Ниже приведены основные сведения по нормированию содержания тяжелых металлов в воздухе, воде, почве, пищевых продуктах и кормах сельскохозяйственных животных
Воздух
Воздух – среда, непосредственно окружающая человека и потому прямо воздействующая на его здоровье. Еще в 20-е гг. ХХ века начали вводить ДПК вредных веществ в рабочих помещениях. Обычно содержание примесей в воздухе рабочего помещения больше, чем на площадке предприятия и тем более за ее пределами. Поэтому для каждого вредного вещества в воздухе устанавливают по крайней мере два нормативных значения: ПДК в воздухе рабочей зоны (ПДКр.з.) и ПДК в атмосферном воздухе ближайшего населенного пункта (ПДКа.в), а также максимально разовые (ПДКм.р.) и среднесуточные (ПДКс.с).
Под ПДК следует понимать такую концентрацию химического соединения, которая при ежедневном воздействии в течение длительного времени на организм человека не вызывает каких-либо патологических изменений или заболеваний, обнаруживаемых современными методами исследования, а также не нарушает биологического отптимума для человека.
ПДК р.з. – предельно-допустимая концентрация вредного вещества в воздухе рабочей зоны (мг/м3). Эта концентрация не должна вызывать у работающих при ежедневном вдыхании в приделах 8 часов в течение всего рабочего стажа заболеваний или отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемых современными методами исследования непосредственно в процессе работы или в отдельные сроки. Рабочей зоной считается пространство высотой до 2 метров над уровнем пола или площадки, на которой находится места постоянного или временного пребывания работающих.
ПДК м.р. – максимальная разовая концентрация вредного вещества в воздухе населенных мест, мг/м3. Эта концентрация вредного вещества не должна вызывать рефлекторных реакций в организме человека.
ПДК с.с. – среднесуточная предельно допустимая концентрация вредного вещества в воздухе населенных мест, мг/м3. Эта концентрация вредного вещества не должна оказывать на человека прямого или косвенного воздействия в условиях неопределенного долгого круглосуточного вдыхания.
В таблице 2.1 приведены ПДК некоторых загрязняющих веществ в воздухе
При проектировании или строительстве предприятий в районах, где воздух уже загрязнен, необходимо выбросы предприятий нормировать с учетом присутствующих примесей, т.е. фоновой концентрации (Сф). Если в атмосферном воздухе присутствуют выбросы нескольких веществ, то сумма отношений концентраций загрязняющих веществ к их ПДК (с учетом Сф) не должна превышать единицы:
где Сi – концентрация i-го вещества; ПДКi – предельно допустимая концентрация i-го вещества; Сфi - фоновая концентрация i-го вещества; n – число суммируемых веществ.
Таблица 2.1
Предельно-допустимые концентрации вредных неорганических веществ в воздухе рабочей зоны и в атмосферном воздухе населенных мест [8]
| № п/п | Соединение | Формула | Молекулярная масса | ПДКр.з. (1) ПДКм.р. (2) ПДКс.с. (3), мг/м3 | ||||||
| Железа оксид | Fe2O3 | 159,7 | 10 (1) | |||||||
| Железа растворимые соли в пересчете на Fe | - | - | 0,1 (1) | |||||||
| Кадмий сернистый | CdS | 144,46 | 0,1 (1) | |||||||
| Кадмий и его соединения | - | - | 0,2 (1) | |||||||
| Кадмий стеариновокислый в пересчете на Cd | Cd(C17H33COO)2 | 678,39 | 0,1 (1) | |||||||
| Кадмия оксид | CdO | 128,39 | 0,1 (1) | |||||||
| Кобальт | Co | 58,93 | 0,5 (1) | |||||||
| Кобальта гидрокарбонил и продукты его распада в пересчете на Co | Co(CO)4H | 171,98 | 0,01 (1) | |||||||
| Кобальта оксид | Co2O3 | 165,88 | 0,5 (1) | |||||||
| Марганец | Mn | 54,94 | 0,3 (1), 0,01 (3) | |||||||
| Медь | Cu | 63,54 | 1 (1) | |||||||
| Молибден | Mo | 95,94 | > 4 (1) | |||||||
| Молибдена нерастворимые соединения | - | - | 6,0 (1) | |||||||
| Молибдена растворимые соединения в виде аэрозоля пыли | -- | -- | 2,0 (1) 4,0 (1) | |||||||
| Молибдена карбонил | Mo(CO)6 | 264,0 | 1 (1) | |||||||
| Мышьяк и его соединения в пересчете на As | - | - | 0,5 (1), 0,003 (3) | |||||||
| Мышьяка пятиокись | As2O5 | 229,84 | 0,3 (1) | |||||||
| Мышьяка трехокись | As2O3 | 197,84 | 0,3 (1) | |||||||
| Никель | Ni | 58,71 | 0,5 (1) | |||||||
| Никель сернистый в пересчете на Ni | NiS | 90,76 | 0,5 (1) | |||||||
| Никель сернокислый | NiSO4 | 154,78 | 0,5 (1) | |||||||
| Никеля карбонил | Ni(CO)4 | 170,75 | 0,0005 (1) | |||||||
| Никеля растворимые соединения | - | - | 1 (1) | |||||||
| Олово и его неорганические соединения | - | - | 2 (1) | |||||||
| Ртуть | Hg | 200,59 | 0,01 (1), 0,0003 (3) | |||||||
| Ртуть хлорная | HgCl2 | 271,5 | 0,1 (1) | |||||||
| Свинец и его неорганические соединения в пересчете на Pb | - | - | 0,01 (1), 0,0007 (3) | |||||||
| Свинец сернистый | PbS | 239,28 | 0,0017 (3) | |||||||
| Селена соединения в пересчете на Se | - | - | 0,2 (1) | |||||||
| Титана диоксид | TiO2 | 79,90 | 10 (1) | |||||||
| Хром | Cr | 52,0 | 2 (1) | |||||||
| Хрома оксид | CrO3 | 100,0 | 0,01 (1), 0,0015 (2, 3) | |||||||
| Хром треххлористый | CrCl3·6H2O | 266,48 | 0,01 (1) | |||||||
| Хрома (VI) соединения в пересчете на CrO3 | - | - | 0,0015 (2, 3) | |||||||
| Хромовокислые соли | - | - | 0,01 (1) | |||||||
| Цинк хлористый | ZnCl2 | 136,29 | 1 (1) | |||||||
| Цинка оксид | ZnO | 81,37 | 6 (1) | |||||||
Мощным загрязнением атмосферы городов является транспорт, при этом лидирующая роль принадлежит автотранспорту. Во многих городах выбросы автодорожного транспорта превалируют над промышленностью, и составляет 60-80% от общего объёма выбросов загрязняющих веществ в атмосферу. Бурная “эпидемия автомобилизации” как фактор загрязнения окружающей среды является характерным явлением для Уфы.
Известно, что в России 75% выпускаемых бензинов являются этилированными и в своем составе содержат свинец. Использование этилированного бензина приводит к значительному загрязнению свинцом воздуха, почвы и растительности на площадях, прилегающих и городским автострадам. При истирании тормозных колодок в воздух и почву попадает тяжелые металлы (Zn, Mo, Ni, Cr), а при износе автопокрышек – Cd, Pb, Mo, Zn. Детали и механизмы автомобилей, которые подвергаются изнашиванию и коррозии в процессе экспирации, также содержат тяжелые металлы. Так, Cr, Ni, Cu, Pb входят в состав применяющих в автомобилестроении сталей в качестве легирующих компонентов.
Вода
Вода является средой, в которой возникала жизнь и обитает большая часть видов живых организмов (в атмосфере лишь слой около 100м наполнен жизнью).Поэтому при нормировании качества природных вод необходимо заботиться не только о воде как ресурсе, потребляемом человеком, но и о сохранении водных экосистем как важнейших регуляторов условий жизни планеты. Однако действующие нормативы качества природных вод ориентированы главным образом на интересы здоровья человека и рыбного хозяйства и практически не обеспечивают экологическую безопасность водных экосистем.
Требования потребителей к качеству воды зависят от целей использования. Выделяют три вида водопользования:
- хозяйственно-питьевое – использование водных объектов или их участков в качестве источника хозяйственно-питьевого водоснабжения, а также для водоснабжения предприятий пищевой промышленности;
- культурно-бытовое – использование водных объектов для купания, занятий спортом и отдыха. К этому виду водопользования относятся и участки водных объектов, находящиеся в черте населенных мест;
- водоемы рыбохозяйственного назначения, которые, в свою очередь, делятся на три категории:
- высшая категория – места расположения нерестилищ, массового нагула и зимовальных ям особо ценных и ценных видов рыб, других промысловых водных организмов, а также охранные зоны хозяйств для искусственного разведения и выращивания рыб, других водных животных и растений;
- первая категория – водные объекты, используемые для сохранения и воспроизводства ценных видов рыб, обладающих высокой чувствительностью к содержанию кислорода;
- вторая категория – водные объекты, используемые для других рыбохозяйственных целей.
Конечно, природные воды являются объектами и других видов водопользования - промышленного водоснабжения, орошения, судоходства, гидроэнергетики и.т.д. Использование воды, связано с ее частичным или полным изъятием, называют водопотреблением. Все водопользователи обязаны соблюдать условия, которые обеспечивают качество воды, соответствующее установленным для данного водного объекта нормативам. Существуют и некоторые общие требования к составу и свойствам воды (табл. 2.2).
Поскольку требования к качеству воды зависят от вида водопользования, необходимо определить этот вид для каждого водного объекта или его участков. Согласно Правилам виды водопользования устанавливаются региональными органами экологического и санитарного контроля и утверждаются соответствующей исполнительной властью.
Под ПДК природных вод подразумевается концентрация индивидуального вещества в воде, при превышении которой она непригодна для установленного вида водопользования. При концентрации вещества равной или меньше ПДК вода так же безвредна для всего живого, как и вода, в которой полностью отсутствует данное вещество.
Таблица 2.2
Общие требования к составу и свойствам воды (Правила охраны поверхностных вод от загрязнения)
| Показатель | Виды водопользования | ||||||||
| хозяйственно-питьевое | культурно-бытовое | рыбохозяйственное | |||||||
| высшая и первая категория | вторая категория | ||||||||
| Взвешенные вещества | Содержание взвешенных веществ не должно увеличиваться более чем на | ||||||||
| 0,25 мг/л | 0,75 мг/л | 0,25 мг/л | 0,75 мг/л | ||||||
| Плавающие примеси | На поверхности водоема не должны обнаруживаться плавающие пленки, пятна минеральных масел и других примесей | ||||||||
| Окраска | Не должна обнаруживаться в столбике | Вода не должна иметь окраски | |||||||
| 20 см | 10 см | ||||||||
| Запахи, привкусы | Вода не должна приобретать запахов и привкусов более 2 баллов, обнаруживаемых | Вода не должна придавать посторонних привкусов и запахов мясу рыбы | |||||||
| непосредственно или после хлорирования | непосредственно | ||||||||
| Температура | Летом, после спуска сточных вод, не должна повышаться более, чем на 3 0С по сравнению со средней в самый жаркий месяц | Не должна повышаться более, чем на 5 0С там, где обитают холоднолюбивые рыбы, и не более 8 0С в остальных случаях | |||||||
| Водородный показатель рН | Не должен выходить за пределы 6,5 – 8,5 | ||||||||
| Минерализация воды | Не должна превышать по плотному остатку 1000 мг/л, в том числе хлоридов – 350 мг/л, сульфатов – 500 мг/л | Нормируется по показателю «привкусы» | Нормируется согласно таксации рыбохозяйственных водоемов | ||||||
| Растворенный кислород | В любой период года не ниже 4 мг/л в пробе, отобранной до 12 ч дня | В подледный период не ниже | |||||||
| 6,0 мг/л | 4,0 мг/л | ||||||||
| Полное биохимическое потребление кислорода (БПК полн) | При 20 0С не должно превышать | ||||||||
| 3,0 мг/л | 6,0 мг/л | 3,0 мг/л | 3,0 мг/л | ||||||
| Химическое потребление кислорода (ХПК) | Не более 15,0 мг/л | 30,0 мг/л | - | - | |||||
| Химические вещества | Не должны содержаться в воде водотоков и водоемов в концентрациях, превышающих ПДК, установленные | ||||||||
| СанПиН 4630-88 | Перечнем ПДК и ОБУВ вредных веществ для воды рыбохозяйственных водоемов | ||||||||
| Возбудители заболеваний | Вода не должна содержать возбудителей заболеваний, в том числе жизнеспособные яйца гельминтов и цисты патогенных кишечных простейших | ||||||||
| Лактозоположительные кишечные палочки (ЛКП) | Не более | - | - | ||||||
| 10000 в 1 л | 100 в 1 л | ||||||||
| Колифаги (в бляшкообразующих единицах) | Не более 100 в 1 л | Сточная вода на выпуске в водный объект не должна оказывать острого токсического действия на тест-объекты | |||||||
| Токсичность воды | - | - | |||||||
Характер воздействия загрязняющих веществ на человека и водные экосистемы может быть разным. Многие химические вещества могут тормозить естественные процессы самоочищения, что приводят к ухудшению общего санитарного состояния водоема (дефициту кислорода, гниению, появлению сероводорода, метана и. т. д.). В этом случае устанавливают ПДК по общесанитарному признаку вредности.
При нормировании качества воды водоемов ПДК устанавливается по лимитирующему признаку вредности – ЛПВ.
ЛПВ – признак вредного действия вещества, который характеризуется наименьшей пороговой концентрацией.
В табл.2.3 приведены значения ПДК соединений тяжелых металлов в водоемах хозяйственно-питьевого водопользования.
Таблица 2.3
Предельно допустимые концентрации вредных веществ в воде водоемов хозяйственно-питьевого водопользования [8]
| № п/п | Соединение | Формула | Молекуляр-ная масса | Концентрация, мг/л | |||
| ППКорл | ППКс.рв | ППКт | ПДКв | ||||
| Железа соединения в пересчете на Fe | - | - | 0,5 | 0,5 | >50 | 0,5 | |
| Кадмий хлористый в пересчете на Cd | CdCl2 | 183,3 | 0,01 | 0,01 | 0,01 | ||
| Кобальт хлористый в пересчете на Co | СoCl2 | 129,8 | ≥3 | ||||
| Марганца соединения в пересчете на Mn | - | - | ≤100 | - | |||
| Медь сернокислая в пересчете на Cu | CuSO4 | 159,6 | 0,1 | 0,1 | |||
| Мышьяк окись в пересчете на As | As2O3 | 197,8 | 0,1 | 0,05 | 0,05 | ||
| Никель серyокислый в пересчете на Ni | NiSO4 | 157,8 | 0,1 | >3,75 | 0,1 | ||
| Ртуть: оксид металл сульфид | HgO Hg HgS | 216,6 200,6 232,7 | 0,01 0,01 0,01 | 0,005 0,005 0,005 | 0,005 0,005 0,005 | ||
| Свинец азотнокислый в пересчете на Pb | - | - | 0,8 | 0,1 | 0,1 | ||
| Свинца соединение в пересчете на Pb | - | - | - | - | 0,1 | 0,1 | |
| Хрома (III) соединения в пересчете на Cr | - | - | 0,5 | >0,5 | 0,5 | ||
| Хрома (VI) соединения в пересчете на Cr | - | - | 0,1 | 0,1 | 0,1 | ||
| Цинка соединение в пересчете на Zn | - | - |
Примечание:
При установлении ПДК вредных веществ в воде водоемов ориентируются на минимальную концентрацию веществ по одному из следующих показателей:
ППЛорл – подпороговая концентрация веществ в водоеме, определяемая по изменению органолептических характеристик(запах, цвет, привкус), мг/л.
ППКс.р.в. – подпороговая концентрация вещества, определяемая по влиянию на санитарный режим водоема (сапрофитная микрофлора, биологическая потребность в кислороде и др.), мг/л.
ППКт – подпороговая концентрация вещества в водоеме, определяемая по токсилогическим характеристикам, мг/л.
ПДКв – предельно допустимая концентрация вещества в воде водоема, мг/л.
При сбросе в водоемы нескольких загрязняющих веществ и от нескольких источников действует то же правило, что и при выбросе нескольких загрязнений в атмосферу: сумма отношений концентраций веществ, нормируемых по одинаковому ЛПВ и относящихся к 1-му и 2-му классам опасности, к их ПДК не должна превышать единицы:
На основании отчета ОАО “Башкиргеология” по гидрохимической характеристике поверхностных вод имеются превышения ПДК по некоторым тяжелым металлам:
- по молибдену в ручье около ОАО “Уфаорсинтез” (12,5 ПДК) и в правом протоке р. Белой южнее садов п. Новоалександровка (6,6 ПДК)
- по марганцу в ручье около АНП “Черкассы” и в озерах Кумлекуль, Абизово, Брызгалово (100-300 ПДК).
- по никелю в ручьях Рыча и Фирсов Овраг (18,5 ПДК)
- по меди в реке Дема в зимний период (56 ПДК).
- по ртути в реке Шугуровка и ее притоках (7-10 ПДК).
Таким образом, имеет место несанкционированное загрязнение тяжелыми металлами ряда водных объектов Башкортостана. Высокая степень загрязнения характерна для шахтных и подвальных вод горнопромышленного комплекса РБ. Низкая степень очистки загрязненных сточных вод характерна для предприятий машиностроительного комплекса Республики [6].
Почва
В настоящее время в России для оценки загрязнения почв тяжелыми металлами (ТМ) используется как официально одобренные, так и не имеющие официального статуса нормативы. Основное их назначение – не допустить поступления в избыточном количестве антропогенно накапливающихся в почве ТМ в организм человека и тем самым избежать их негативного влияния. Почва в отличие от гомогенных водной и воздушной сред является сложной гетерогенной системой, меняющей поведение токсикантов в зависимости от её свойств. трудности обоснованной оценки почвенно-экологического состояния – одна из причин различного уровня фитотоксичности почв, установленного разными исследователями (табл. 2.4)
Таблица 2.4
Суммарные концепции микроэлементов в поверхностном слое почв, считающиеся предельными в отношении фитотоксичности мг/кг сухой массы [9]
| Элемент | Концентрация (по данным разных авторов) | |||||
| Ковалевский | El-Bassam | Linzon | Кабата-Пендкас | Kloke | Kita-gischi | |
| As B Cd Cr Cu Fe Hg Pb V Zn | - - - - - - - | - | - - 0.3 | - - - - - - |
Оценку почв можно проводить с учетом интенсивности и характера загрязнений. В этом случае загрязнение почвы оценивают по четырем уровням: допустимое, умерено-опасное, высоко-опасное и чрезвычайно опасное.
Суммарный показатель ZC предложен Ю.Э. Саэтом [10] и рассчитывается по формуле:
где n – число определяемых ингредиентов; KС – коэффициент концентрации элемента (вещества), определяемый отношением его содержания в загрязненной почве к фоновому.
Если ZС<16, почва относиться к I категории загрязнения; ZС=16–32 – ко II категории; ZС=33–128 – к III категории; ZС>128 – к IV категории.
Однако расплывчивость классификационных диапазонов концентраций ТМ в почве ограничивает применение данного показателя. С его помощью возможна лишь самая общая оценка экологической ситуации на изучаемой территории.
Степень загрязнения почв можно оценивать на основе учета предельно-допустимых концентраций (ПДК) химических веществ. Согласно этой схеме нормирование в почвах подразделяется на транслокационное (переход нормируемого элемента в растение) и общесанитарное (влияние на самоочищающую способность почвы и почвенный микробиоценоз). Значение ПДК представлены в табл.2.5 [11]
Недостатком этой разработки является ограниченность информации по элементам. Кроме этого значение ПДК и ОДК для некоторых металлов(например для цинка и свинца)не учитывают наличие у растений защитных механизмов, которые могут существенно ограничить поступление избытка химических элементов в надземные органы [12]
Таблица 2.5
Предельно-допустимые концентрации тяжелых металлов в почве и ориентировочно допустимые концентрации их в почвах с различными физико-химическими свойствами, утвержденные Госкомсанэпиднадзором России, ГН 2.1.7.020-94
| Наименование вещества | Величина ПДК (мг/кг) почвы с учетом фона | Лимитирующий показатель вредности |
| Предельно допустимые концентрации (ПДК) Валовое содержание | ||
| Ванадий Ванадий + марганец Мышьяк Ртуть Свинец Свинец + ртуть Сурьма | 100+1000 2,0 2,1 32,0 120,0+1,0 4,5 | Общесанитарный Общесанитарный Транслокационный Транслокационный Общесанитарный Транслокационный Воздушномиграционный |
| Подвижная среда | ||
| Кобальт* Марганец (извлекаемый 0,1н H2SO4) черноземы дерново-подзолистые почвы: pH 4,0 pH 5,1-6,0 pH > 6,0 (извлекаемый ацетатно-аммонийным буфером с pH 4,8) черноземы дерново-подзолистые почвы: pH 4,0 pH 5,1-6,0 pH > 6,0 | 5,0 | Общесанитарный Общесанитарный Общесанитарный Общесанитарный Общесанитарный Общесанитарный |
| Медь** Никель** Свинец** Цинк** Хром** | 3,0 4,0 6,0 23,0 6,0 | Общесанитарный Общесанитарный Общесанитарный Транлокационный Общесанитарный |
| Ориентеровочно-допустимые концентрации (ОДК) Валовое содержание мг/кг | ||
| Никель Медь Цинк Мышьяк Кадмий Свинец | а)20 б)40 в)80 а)33 б)66 в)132 а)55 б)110 в)220 а)2 б)5 в)10 а)0,5 б)1,0 в)2,0 а)32 б)65 в)130 | Общесанитарный Общесанитарный Общесанитарный Общесанитарный Общесанитарный Общесанитарный Транлокационный Транлокационный Транлокационный Транлокационный Транлокационный Транлокационный Транлокационный Транлокационный Транлокационный Общесанитарный Общесанитарный Общесанитарный |
Примечание: *- подвижная форма кобальта извлекается из почвы ацетатно-натриевым буферным раствором с рН 3,5 для сероземов и ацетатно-аммонийным буферным раствором с рН 4,8 для остальных типов почв;
**- подвижная форма элемента извлекается из почвы ацетатно-аммонийным буферным раствором с рН 4,8; а) для почв песчаных или супесчаных; б) для почв кислых (суглинистых и глинистых) рН<5,5; в) для почв с кислотностью близкой к нейтральной (суглинистых и глинистых) рН>5,5
В работе [13] был предложен подход к экологическому нормированию на основе природно-географического критерия “фоновое содержание”, под которым понимают содержание загрязняющих элементов и соединений в почвах, соответствующих сочетанию естественных факторов почвообразования на территориях, не испытывающих заметного антропогенного воздействия.
С целью выявления закономерностей варьирования показателя различные типы почв были сгруппированы на основании сходства-различия их физико-химических свойств. Введены понятия “экологическая норма содержания - ЭНС”, соответствующая фоновому содержанию химических элементов, седиметационная или иная нагрузка на которые не превышает интенсивности выноса поступающих элементов за границы ландшафта; “предельно-допустимое содержание - ПДС” равное приблизительно 4-х кратному значению ЭНС; “экологически критическое содержание - ЭКС”, равное в среднем 64 кратному значению ЭНС (табл. 2.6)
Таблица 2.6
Экологические показатели уровня загрязнения почв, мг/кг [14]
| Элемент | Песчаные и супесчаные | Суглинистые и глинистые при рН<5,5 | Суглинистые и глинистые при рН>5,5 | ||||||
| ЭНС | ПДС | ЭКС | ЭНС | ПДС | ЭКС | ЭНС | ПДС | ЭКС | |
| Zn Cd Pb Cu Ni Cr As Co | 8,0 0,04 5,0 1,5 1,5 1,5 0,5 1,0 | 0,5 | 0,06 1,5 | 0,07 1,7 |
Однако среды многих исследователей существует убеждение, что наиболее объективную оценку загрязнения почв ТМ можно получить при определении в почве содержания подвижной формы ТМ. Классификация почв по степени загрязнения подвижными формами ТМ приведена в табл. 2.7 [14, 15].
Таблица 2.7
Классификация почв по содержанию и степени загрязнения подвижными формами ТМ, мг/кг воздушно-сухой почвы, ацетатно-аммонийный буфер, рН 4,8
| Градации | Pb | Cd | Zn | Cu | Ni | Co |
| Содержание | ||||||
| Очень низкое Низкое Средне Высокое | <0.2 0,2-0,5 0,5-1,5 1,5-5,0 | <0,02 0,02-0,05 0,05-0,10 0,10-0,50 | <1 1-2 2-5 5-20 | <0.2 0,2-0,5 0,5-2,0 2,0-5,0 | <0.2 0,2-0,5 0,5-1,5 1,5-5,0 | <0.1 0,1-0,2 0,2-0,5 0,5-3,0 |
| Загрязнение | ||||||
| Слабое (ПДК) Среднее Сильное Очень сильное | 5-10 10-50 50-100 >100 | 0,5-1,0 1,0-3,0 3,0-5,0 >5,0 | 20-50 50-100 100-200 >200 | 5-10 10-50 50-100 >100 | 5-10 10-50 50-100 >100 | 3-5 5-25 25-50 >50 |
Недостатком данной классификации является не учет совместного отрицательного эффекта, поскольку почвы загрязняются одновременно несколькими химическими элементами. Следует учитывать не только ингибирующее, но и стимулирующее действие ТМ.
Таким образом, можно сделать вывод, что система нормирования содержания ТМ в почвах еще далека от совершенства. Даже если содержание ТМ ниже ПДК, остается опасность загрязнения почв, растений и сопредельных ландшафтов, что вызывает необходимость проведения регулярного контроля состояния ТМ в агроценозах и осуществления агротехнических и агрохимических мероприятий, снижающих подвижность ТМ и возможность их поступления в растения [16].
Пищевые продукты
Человеческий организм содержит многие металлы, хотя и в весьма малых концентрациях. Отдельные элементы являются составной частью ферментов, гормонов и их относят к жизненно необходимым. Оптимальная физиологическая потребность для взрослого человека в сутки составляет (в мг): в меди – 2,0 – 2,5; марганце – 5 – 6; кобальте – 0,1 – 0,2; цинке – 10 – 12; молибдене – 0,2 – 0,3; никеле – 0,6 – 0,8 и в железе – 15 -20 [17].
К. Рейли [18] считает, что необходимые для человеческого организма металлы можно разделить по их количественному содержанию на два класса (табл. 2.8). Калий, магний, кальций и натрий относят к макроэлементам, остальные – к микроэлементам.
Таблица 2.8
Классификация металлов, содержащихся в организме [18]
| Группа | Металл (содержание, % от массы тела) |
| 1. Макроэлементы, необходимые для функционирования организма | Ca (1,5 – 2,2), K (0,4), Na (0,2), Mg (0,05) |
| 2. Микроэлементы, необходимые для функционирования организма | Fe (0,0035), Zn (0,025), Se (0,0003) Mn (0,0002), Cu (0,0001), Mo, Co, Cr, Si, Ni, Sn |
| 3. Металлы, механизм действия которых не установлен, но существуют доказательства их участия | Ba, As, Cr, Cd, V |
| 4. Металлы, метаболические функции которых неизвестны | Pb, Hg, Au, Ag, Bi, Sb, B, Be, Li, Ti и др. |
К токсичным относят те металлы, которые не являются жизненно необходимыми, ни благотворными, и даже в малых дозах приводят к нарушению нормальных метаболических функций.
Неблагоприятное действие тяжелых металлов, а также других ксенобиотиков, связано с миграцией химических веществ по одной или нескольким экологическим цепям:
- воздух – человек;
- вода – человек;
- пищевые продукты – человек;
- почва - вода – человек;
- почва – растение – человек;
- почва – растение – животное – человек и т.д.
Считается [19], что из ядов, регулярно попадающих в организм человека, около 70% поступает с пищей, 20 % - из воздуха и 10 % - с водой.
В табл. 2.9 приведены средние величины глобальных антропогенных потоков токсичных микроэлементов в воздух, воду и почву [20].
Таблица 2.9
Средние уровни глобального антропогенного загрязнения микроэлементами (млн.т/год)
| Элемент | Воздух | Вода | Почва |
| Zn | 131,88 | ||
| Cu | 35,37 | ||
| Pb | 332,35 | ||
| Ni | 55,65 | ||
| As | 18,82 | ||
| Mo | 3,27 | ||
| Se | 3,79 | ||
| Sb | 3,51 | ||
| V | 8,6 | ||
| Cd | 7,57 | 9,4 | |
| Hg | 3,56 | 4,6 |
Активная циркуляция микроэлементов, накапливающихся в природных средах и далее неизбежно по пищевым цепям, создает серьезную угрозу для здоровья современного человека, а также будущих поколений [21].
При нормировании химических веществ в пищевых продуктах предельно допустимая концентрация (ПДК) устанавливается с учетом допустимой суточной дозы (ДСД) или допустимого суточного поступления (ДСП). Необходимость такого подхода обусловлена чрезвычайным разнообразием пищевого рациона и его химического состава, что не позволяет нормировать допустимое содержание химического вещества в каждом пищевом предмете.
Особой токсичностью отличаются такие тяжелые металлы, как ртуть, кадмий, свинец. Эти элементы обладают сильно выраженными токсикологическими свойствами даже при самых низких концентрациях. Поскольку отдельные пищевые продукты, не употребляемые ежедневно, могут быть в довольно высокой степени загрязнены этими тяжелыми металлами, для них комитет экспертов Продовольственной и сельскохозяйственной секции Организации Объединенных Наций и экспертная группа Всемирной организации здравоохранения (ФАО/ВОЗ) ввели норматив, названный предварительным недельным поступлением (табл. 2.10) [20].
Таблица 2.10
Рекомендации ФАО/ВОЗ о допустимом еженедельном поступлении токсичных тяжелых металлов с пищей и другими источниками
| Токсичные тяжелые металлы | Норма | |
| мг на человека | мг/кг массы тела | |
| Ртуть (общая) | 0,3 | 0,005 |
| Метилртуть (в пересчете на Hg) | 0,2 | 0,003 |
| Свинец | 0,05 | |
| Кадмий | 0,4 – 0,5 | 0,0067 – 0,0083 |
В табл. 2.11 приведены рекомендации ФАО/ВОЗ по допустимым количествам некоторых металлов в основных группах пищевых продуктов.
Таблица 2.11
Допустимые остаточные количества металлов в основных группах пищевых продуктов (мг/кг сырого продукта) [20]
| Элемент | Рыбные | Мясо-продукты | Молочные | Хлебные и зернопродукты | Овощи | Фрукты | Соки и напитки |
| Ртуть | 0,5 | 0,03 | 0,005 | 0,01 | 0,02 | 0,01 | 0,005 |
| Кадмий | 0,1 | 0,05 | 0,01 | 0,02 | 0,03 | 0,03 | 0,002 |
| Свинец | 0,5 | 0,05 | 0,2 | 0,5 | 0,4 | 0,4 | |
| Мышьяк | 0,5 | 0,05 | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,2 | |
| Медь | 0,5 | ||||||
| Цинк | |||||||
| Железо | |||||||
| Олово | - | ||||||
| Сурьма | 0,5 | 0,1 | 0,05 | 0,1 | 0,3 | 0,3 | 0,2 |
| Никель | 0,5 | 0,5 | 0,1 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 0,3 |
| Селен | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | ||
| Хром | 0,3 | 0,2 | 0,1 | 0,2 | 0,2 | 0,1 | 0,1 |
| Алюминий |
В табл. 2.12 представлены ПДК тяжелых металлов и мышьяка в пищевых продуктах.
Таблица 2.12
ПДК тяжелых металлов в продовольственном сырье и пищевых продуктах [22]
| Пищевые продукты | Металлы, мг/кг | ||||||||
| Pb | Cd | As | Hg | Cu | Zn | ||||
| Хлебобулочные и кондитерские изделия | |||||||||
| Зерновые | 0,5 (0,3) | 0,1 (0,03) | 0,2 | 0,03 | |||||
| Зернобобовые | 0,5 (0,3) | 0,1 (0,03) | 0,3 | 0,02 | |||||
| Крупы | 0,5 (0,3) | 0,1 (0,03) | 0,2 | 0,03 | |||||
| Мука, кондитерские изделия | 0,5 (0,3) | 0,1 (0,03) | 0,2 | 0,02 | |||||
| Хлеб | 0,3 | 0,05 | 0,1 | 0,01 | |||||
| Соль поваренная | 0,1 | 0,01 | |||||||
| Сахар-песок | 0,05 | 0,5 | 0,01 | ||||||
| Орехи (ядро) | 0,5 | 0,1 | 0,3 | 0,03 | |||||
| Конфеты | 0,1 | 0,5 | 0,01 | ||||||
| Какао-порошок и шоколад | 0,5 | 0,01 | |||||||
| Печенье | 0,5 | 0,1 | 0,3 | 0,02 | |||||
| Молочные изделия | |||||||||
| Молоко, кисломолочные изделия | 0,05 | 0,03 (0,02) | 0,05 | 0,05 | |||||
| Молоко консервированное | 0,3 | 0,1 | 0,15 | 0,015 | |||||
| Молоко сухое | 0,05 | 0,03 | 0,05 | 0,005 | |||||
| Сыры, творог | 0,3 | 0,2 | 0,2 | 0,03 | |||||
| Масло сливочное, жиры животные | 0,1 | 0,03 | 0,1 | 0,03 | 0,5 | ||||
| Растительные продукты | |||||||||
| Масло растительное | 0,1 | 0,05 | 0,1 | 0,05 | - | ||||
| Маргарин и кулинарные жиры | 0,1 | 0,05 | 0,1 | 0,05 | |||||
| Овощи свежие и свежезамороженные | 0,5 | 0,03 | 0,2 | 0,02 | |||||
| Фрукты, ягоды свежие и свежезамороженные | 0,4 | 0,03 | 0,2 | 0,02 | |||||
| Грибы свежие, консервированные и сухие | 0,5 | 0,1 | 0,5 | 0,05 | |||||
Примечание. В скобках указаны ПДК для детского и диетического питания
Следует отметить, что одним из факторов, приводящих к увеличению попадающего в организм кадмия, является курение. С каждой сигаретой курильщики вдыхают 0,1 – 0,2 мкг кадмия. Некоторые металлы попадают в пищевые продукты при контакте с металлической посудой, оборудованием, упаковкой и т.д.
Для достижения норм ПДК следует применять такие агротехнические приемы, как известкование и внесение минеральных и органических удобрений в почву. Среди биологических приемов следует выделить выращивание толерантных сортов и культур, используемых в пищу или в качестве корма для животных. Содерж