ENSURING ENVIRONMENTAL SAFETY IN THE CONDITIONS OF ENVIRONMENTAL POLLUTION BY CADMIUM

Full Text

Среди тяжелых металлов кадмий довольно часто встречается в воздухе промышленных агломераций. Преимущественное агрегатное состояние кадмия - пыль. Его присутствие, несомненно, обусловлено тем фактом, что он входит в состав разнообразных материалов, используемых в промышленности. Так, в машиностроении он находится в составе красок и припоев, заводы по производству резинотехнических изделий используют кадмийсодержащие пигменты, на предприятиях, выпускающих электронику и полупроводники, применяются сплавы, припои и даже пластмассы на основе кадмия. Повышенное содержание металла в воздушной среде заводов, выпускающих керамические изделия, обусловлено его присутствием в сырье. Установлено, что карбонатные и силикатные породы включают Cd-содержащие соединения в качестве естественных примесей. Таким образом, загрязнение окружающей среды кадмием обусловлено его достаточно широким применением. Кадмий используется в промышленности для нанесения гальванических покрытий, получения лаков, эмалей, керамики, красителей, а также в производстве подшипников, аккумуляторов, поливинилхлорида, фотопленок. Он присутствует в газообразных выбросах предприятий, активном иле DOI: 10.17673/Vestnik.2018.01.11 Градостроительство и архитектура | 2018 | Т. 8, № 1 60 ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ СТРОИТЕЛЬСТВА И ГОРОДСКОГО ХОЗЯЙСТВА очистных сооружений и даже в фосфатных удобрениях. В подземные воды тяжелый металл попадает со сточными водами промышленных производств. Техногенное загрязнение земель кадмием происходит в промышленно развитых районах, где функционируют нефтеперерабатывающие, металлургические, энергетические производства (содержится в выбросах, образующихся при сгорании угля, дизельного топлива). Таким образом, его присутствие в организме человека, где он легко аккумулируется, обусловлено, в первую очередь, индустриальным загрязнением. Кадмий может попадать в человеческий организм при вдыхании загрязненного воздуха и табачного дыма. Было установлено, что элемент в высоких концентрациях накапливается в табаке, а при высушивании сырья его концентрация резко увеличивается [1]. Интоксикация кадмием отмечается не только при активном, но и при пассивном курении. Другой возможный путь появления кадмия в организме - употребление в пищу растительной продукции, выращенной в загрязненных районах или произведенной с использованием суперфосфатных удобрений. Ранее были опубликованы результаты исследований, позволяющие расценивать кадмий как супертоксикант окружающей среды [2, 3]. Об этом свидетельствует чрезвычайно высокая опасность кадмия (среднесуточная ПДК в атмосфере - 0,0003 мг/м3 [4]), его широкая распространенность в окружающей среде, а также выраженная материальная кумуляция. Накапливаясь в эритроцитах, он связывается с гемоглобином и длительно сохраняется в крови; откладывается в костной ткани, почках, железах внутренней секреции и очень медленно (в течение 2,0 - 2,5 лет) выводится из организма, вызывая в нем нарушение фосфорно-кальциевого обмена, атрофию костной ткани, поражение суставов, половых желез и расстройство функций почек. По результатам исследований можно предположить, что, поскольку из почвы кадмий легко проникает в растения и через них поступает к животным, главным источником попадания его в организм человека являются пищевые продукты. Концентрация тяжелого металла в пищевых продуктах оценивалась дважды. С этой целью на базе Управления Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека по Самарской области были проведены исследования пищевых продуктов на предмет содержания в них кадмия. Используемый метод - атомно-абсорбционная спектроскопия. Изучались мясо и мясопродукты, рыба и рыбные продукты, зерно, крупяные и хлебобулочные изделия, сахар и кондитерские изделия, плодоовощная продукция, масличное сырье и жиры, а также напитки (минеральная вода и вина). При проведении исследований кадмий был обнаружен в 197 (39 %) пробах. С наибольшим постоянством он присутствовал в мясных и рыбных продуктах (соответственно в 60 и 51 % проб) в количестве 0,005 - 0,03 мг/кг. При повторном эксперименте кадмий был обнаружен во всех 140 пробах, и по-прежнему наибольшее содержание его (0,01 - 0,18 мг/кг) имело место в мясных продуктах. Для общей оценки количества металла, поступающего в организм человека с пищей, был проведен расчет по минимальной потребительской корзине, установленной законом № 101-ГД «О потребительской корзине в Самарской области» от 05.11.2015 г. [5]. Результаты экспериментов и расчетов представлены в таблице. Таким образом, результаты экспериментов показали, что наибольшее содержание кадмия приходится на мясопродукты, растительное масло и маргарин, а также хлебопродукты. Расчет по минимальной потребительской корзине указывает, что при существующих нормах потребления продуктов Количество и предельно-допустимые концентрации кадмия в продуктах минимальной потребительской корзины Наименование продукта Объем потребления на чел., кг/год* ПДК, мг/кг [ 4] Кол-во Cd, мг/кг** Кол-во Cd в год, мг Хлебные продукты 128,9 0,1 0,03 3,867 Картофель 87,8 0,03 0,0001 8,78·10-3 Овощи и бахчевые 121,1 0,03 0,011 1,332 Фрукты свежие 60,0 0,03 0,01 0,6 Сахар и кондитерские изделия 23,8 0,1 0,01 0,238 Мясопродукты 70,0 0,05 0,03 2,1 Рыбопродукты 20,0 0,2 0,08 1,6 Молоко и молокопродукты 258,6 0,03 0,017 4,396 Масло растительное, маргарин 13,0 0,03 0,03 0,39 Прочие продукты (соль, чай, специи) 4,9 - 0,2 0,98 Итого: 15,512 * Данные рассчитаны по минимальной потребительской корзине. ** Данные столбца определены экспериментально. 61 Градостроительство и архитектура | 2018 | Т. 8, № 1 М.Н. Закирова, Е.В. Чуприна наибольшее количество тяжелого металла поступает в организм с молокопродуктами, затем с хлебными изделиями и мясом. За год в организм человека может поступать около 15 мг кадмия, что согласуется с данными [2]. В сутки человек получает примерно 42,5 мкг металла. При этом следует помнить, что многие пищевые продукты не вошли в потребительскую корзину. Кроме того, не учтено попадание кадмия в организм с воздухом и сигаретным дымом. Как можно объяснить отсутствие у людей явной клинической картины хронического отравления кадмием? Возможно, большим сходством с другими заболеваниями (поражение опорно-двигательного аппарата, артериальная гипертония, нарушение функции почек) [1]. Также может возникнуть «привыкание» к кадмию, как и к большинству ядов, в малых дозах длительно поступающих в организм. Его следует рассматривать как состояние временно компенсированной патологии, т.е. высокой готовности к развитию выраженного заболевания. Литературные данные подтверждают, что хроническое поступление кадмия в организм в форме неорганических солей и связанных с белком форм зачастую является причиной возникновения токсической нефропатии [6]. Поступление в организм даже низких доз дихлорида кадмия в подостром периоде сопровождается изменением механизмов осморегуляции. Тяжелый металл способен преодолевать плацентарный барьер, обладая тератогенным действием, обусловленным нарушением поступления в плод некоторых необходимых элементов (цинка) [7]. В настоящее время кадмий включен в перечень приоритетных химических загрязнителей атмосферы, воздуха жилых и общественных зданий и питьевой воды, представляющих канцерогенную опасность для человека. Кадмий (оксид, сульфат, сульфид, хлорид) относят к группе таких канцерогенов 1-го класса опасности, как асбест и бензапирен [8]. В системе глобального мониторинга, проводимого в рамках Программы ЮНЕП, кадмий включен в перечень приоритетных загрязнителей, подлежащих определению в воздухе, атмосферных осадках, пресных водах, донных отложениях, почве и биоте [9]. Каким образом можно минимизировать влияние данного загрязнителя на человека? Учитывая вышеизложенные сведения, предлагается ряд мероприятий и способов, способствующих уменьшению содержания кадмия в организме: 1. Допустимая суточная доза кадмия, безопасная для здоровья человека, составляет 70 мкг [7] (доза, рассчитанная по содержанию металла в основных продуктах минимальной потребительской корзины, составила 42,5 мкг). Запас по гигиеническим меркам небольшой. Следовательно, необходимо вести тщательный контроль за продуктами питания на предмет содержания кадмия, особенно хлебобулочных изделий, молоко- и мясопродуктов, растительного масла и семечек. 2. На всасывание тяжелого металла в желудочно-кишечном тракте влияет дефицит макро- и микроэлементов (кальция, железа, цинка), а также дефицит белка. Следовательно, актуальна задача поиска веществ и способов, которые, с одной стороны, способствовали бы детоксикации и выведению кадмия из организма, а с другой - повышали бы сопротивляемость к его воздействию. С этой целью могут использоваться энтеросорбенты, препятствующие всасыванию и абсорбции кадмия кишечником, а также такие вещества, как цинк и селен, обладающие по отношению к кадмию функциональным антагонизмом. Более простым способом выведения из организма тяжелых металлов является употребление в пищу большого количества клетчатки, овощей, сухофруктов. Тогда тяжелые металлы будут оседать в желудочно-кишечном тракте и выводиться оттуда вместе с клетчаткой, не всасываясь. 3. Отказ от курения, в том числе и пассивного, способствует уменьшению количества кадмия, депонируемого в организме. 4. Необходимо проводить мониторинговые обследования почв сельскохозяйственных земель на загрязнение тяжелыми металлами, в том числе кадмием. 5. Соблюдение норм внесения суперфосфатных удобрений при производстве зерновых культур и подсолнечника и перевод сельскохозяйственного производства на естественные способы выращивания продукции снизят содержание кадмия в употребляемых продуктах. 6. Проведение «точечного» мониторинга на объектах, где используется кадмий, и в районах их расположения, с целью выявления главных источников опасности поражения персонала предприятий и проживающего вокруг населения. Особое внимание уделять объектам, где используются устаревшие технологии. 7. Известны предложения по ограничению поступления кадмия в гидросферу со сточными водами путем перевода его в малорастворимые соединения: гидроксиды, сульфиды, фосфаты [8]. Подобные реагентные методы очистки предназначены в основном для сточных вод гальванических производств. Однако представляется более перспективным и экологически эффективным заменить на таких производствах один металл близким по свойствам другим металлом, но менее опасным для окружающей среды и человека. Например, вместо кадмия использовать цинк. ПДК для цинка в атмосферном воздухе на порядок выше, чем у кадмия, и он относится к 3-му классу опасности. Этот опыт внедряется на производствах, вырабатывающих детали для стран с тропическим климатом. Сейчас для придания антикоррозионных свойств применяется технология Градостроительство и архитектура | 2018 | Т. 8, № 1 62 ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ СТРОИТЕЛЬСТВА И ГОРОДСКОГО ХОЗЯЙСТВА их гальванического покрытия цинком, а не кадмием, как это делалось ранее. Выводы. Уровень загрязнения городской среды кадмием высок и постоянно растет. Содержание кадмия в воздухе промышленных агломераций должно мониторироваться и быть жестко ограничено в связи с широкими возможностями его применения (особенно в случае близости промзоны к сельскохозяйственным и селитебным территориям), высокой кумулятивной способностью металла, сложностью выведения из организма человека, токсичностью, тератогенным и канцерогенным эффектами. Не менее жестко должно отслеживаться содержание кадмия в продуктах питания, так как его возможное количество, поступающее ежедневно с пищей, составляет больше половины допустимой суточной дозы.

About the authors

Marina N. ZAKIROVA

Samara State Technical University

Email: vestniksgasu@yandex.ru

Elena V. CHUPRINA

Samara State Technical University

Email: vestniksgasu@yandex.ru

References

Supplementary files