Труды Всероссийского научно-практического семинара
«Экологизация автомобильного транспорта», МАНЭБ. СПб. 2003 г., с. 83-88
Актуальные вопросы оценки загрязнения
почвенного покрова вблизи автомагистралей
В.Н. Пшенин,
к.т.н., чл.-корр. МАНЭБ,
зам. главного инженера
ЗАО «Экотранс-Дорсервис»
Негативное воздействие автомобильного транспорта на почвенный покров придорожной полосы определяется поступлением в почву самых разнообразных химических веществ, среди которых тяжелым металлам и, прежде всего, свинцу и его соединениям в многочисленных исследованиях уделялось наиболее пристальное внимание. Однако проблема загрязнения свинцом придорожного почвенного покрова становится все менее актуальной. Связано это, как с существующим уже не одно десятилетие запретом на использование этилированных бензинов в крупных городах России, так и с фактическим прекращением их выпуска к настоящему моменту. В то же время все более остро начинает проявляться проблема загрязнения почв нефтепродуктами, бенз(а)пиреном, соединениями цинка и некоторых других тяжелых металлов.
Опыт экологических исследований почвенного покрова вблизи многочисленных автомобильных магистралей, накопленный ЗАО «Экотранс-Дорсервис», свидетельствует, что, например, повышенное содержание цинка стало характерным явлением, которое в силу своей экологической опасности требует пристального контроля и внимательного изучения.
Цинк поступает в придорожное пространство в результате истирания различных деталей, эрозии оцинкованных поверхностей, износа шин, за счет использования в маслах присадок, содержащих этот металл. Так, в качестве антиокислительных присадок к моторным маслам применяют диалкил- и диарилдитиофосфаты цинка, которые улучшают также антикоррозионные свойства и уменьшают износ деталей. Введение в состав масел дитиофосфатов цинка часто оказывается достаточным для предотвращения коррозионно-механического изнашивания и модифицирования поверхностей тяжело нагруженных деталей во избежание задиров или усталостного выкрашивания. Массовая доля цинка в моторных маслах для бензиновых двигателей составляет 0,09 - 0,12 %, в маслах для дизельных двигателей - 0,05 – 0,1 %. После отказа от использования соединений кадмия в процессах вулканизации резины и замены их соединениями цинка истирание автомобильных шин также стало одним из источников накопления этого металла вдоль дорог. В последнее время для борьбы с коррозией широко используется за рубежом и интенсивно внедряется у нас оцинковка кузовных деталей автомобилей, прежде всего днища, что влечет за собой дополнительное поступление цинка в придорожное пространство.
В результате этих процессов вдоль автомобильных дорог формируются геохимические аномалии цинка. К сожалению, методология расчетов накопления цинка в придорожных почвах пока не разработана, происходящие в почве процессы миграции и накопления цинка недостаточно изучены, что не позволяет уверенно прогнозировать процессы его распределения в почве. Тем полезнее тот опыт наблюдений за содержанием цинка в почве, который накоплен в исследованиях ЗАО «Экотранс-Дорсервис».
При контроле содержания цинка в почве в наших исследованиях, как правило, концентрации цинка определяются непосредственно у основания дорожного полотна и затем в нескольких точках, постепенно удаляющихся от кромки дороги. Это позволяет оценить по изменению концентраций цинка с расстоянием какой вклад привносит собственно дорога по сравнению с его существующим фоновым содержанием в почве.
Особое внимание исследованию содержания цинка в почве, учитывая важность поставленных задач, было уделено при проведении инженерно-экологических изысканий в обеспечение строительства первой очереди Кольцевой автомобильной дороги (КАД) вокруг Санкт-Петербурга. Всего на содержание цинка было исследовано более тысячи проб почв, отобранных по трассе, как на участках не подверженных выраженному антропогенному воздействию (сельскохозяйственные угодья), так и в местах его возможного проявления (пересечения с магистралями, почвы около свалок).
Химический анализ образцов почвы проводился в соответствии с ГОСТ 17.4.3.01-83 «Охрана природы. Почвы. Общие требования к отбору проб», ГОСТ 17.4.4.02 –84 и ГОСТ 28168-89, а также по методике, изложенной в РД 5.УЕИА-3212-98 «Почвы городских территорий». Массовые концентрации цинка устанавливались атомно-эмиссионным методом. Подготовка проб к анализу проводилась методом кислотного разложения азотной кислотой, предел обнаружения цинка в почвах составлял 0,2 мг/кг.
Характерные распределения концентраций цинка, полученные около автомобильных дорог, пересекающих трассу КАД, изображены на рис.1, 2. Они свидетельствуют о том, что вблизи дорожного полотна наблюдаются повышенные концентрации цинка, обычно превышающие санитарно-гигиенические нормативы. Величина ОДК с учетом фона в соответствии с ГН 2.1.7.020-94 для цинка устанавливается следующим образом:
а) для песчаных и супесчаных почв – 55 мг/кг;
б) для кислых (суглинистых и глинистых) почв, рН < 5,5 –110 мг/кг;
в) для близких к нейтральным, нейтральным (суглинистым и
глинистым), рН < 5,5 – 220 мг/кг.
Рис. 1. Распределение концентраций цинка на пересечении КАД
с автомобильной дорогой "Россия" (ПК 523).
Рис. 2. Распределение концентраций цинка на пересечении КАД
с Рябовским шоссе.
Почвы отбирались с двух горизонтов по глубине – 0-
Всего было исследовано 29 пересечений КАД с магистралями, в том числе и железнодорожными. При этом для 21 пересечения (72 %) было установлено превышение допустимых концентраций цинка. В пределах нормативных значений концентрации цинка наблюдались только на магистралях с малой интенсивностью движения.
Если говорить о фоновых концентрациях цинка на землях, отводимых под строительство КАД, то на территории Ленинградской области, занятых в основном сельскохозяйственными угодьями и лесопарками, они составляют 21 мг/кг. Допустимые концентрации из большой серии наблюдений (не считая пересечений с магистралями) превышены лишь на одном локальном участке – в пойме реки Утки. В то же время на городских территориях, отводимых под КАД и расположенных в основном в промзонах и насыщенных свалками, они составляют 88 мг/кг. Число участков с обнаруженным превышением допустимых концентраций – 20, не считая пересечений с магистралями.
Цинк имеет более подвижные формы в почве по сравнению со свинцом и легче мигрирует в водную среду, захватывается растениями. В частности, период полувыведения цинка из почвы составляет от 70 до 510 лет, в то время как для свинца – от 740 до 5900 лет. В связи с этим можно ожидать повышенное содержание цинка не только в почвах, но и в придорожных водотоках и водоемах.
Полученные данные показывают, что проблема загрязнения придорожных почв цинком начинает проявляться все более явственно. В то время как многочисленные измерения демонстрируют успехи в борьбе со свинцовым загрязнением, опасность накопления в придорожных почвах недопустимого количества цинка нарастает.
Одним из наиболее опасных тяжелых металлов является кадмий. Кадмий до определенного периода попадал в почву при истирании шин, т.к. он добавлялся к резине для ускорения процесса вулканизации. В настоящее время использование кадмия в производстве шин запрещено, и это обстоятельство положительно сказывается на качестве почв. Так, опыт исследований почвенного покрова по трассе кольцевой автомобильной дороги (КАД) вокруг Санкт-Петербурга, проведенных ЗАО «Экотранс-Дорсервис» (несколько сотен измерений), свидетельствует, что на всей полосе отвода КАД и, в частности, на пересечениях КАД с существующими дорогами сверхнормативного содержания кадмия не обнаружено.
Нефтепродукты, представляющие собой композицию самых разнообразных углеводородов, являются, как общеизвестно, самым обыденным и повсеместным загрязнителем придорожных полос. Несмотря на то, что загрязнение ими носит самый масштабный и распространенный характер, каких-либо удовлетворительных методик, обеспечивающих прогнозные оценки загрязнения почв, до сих пор не разработано. Мало того, до сих пор в России отсутствуют утвержденные ПДК и ОДК по их содержанию в почве. Поэтому приходится пользоваться зарубежными критериальными оценками, принимая допустимую концентрацию нефтепродуктов в почве от 50 до 180 мг/кг. Реальное содержание нефтепродуктов в придорожных почвах, как показывают многочисленные исследования, обычно существенно больше, чем дают указанные критерии (см. рис.3).
Рис. 3. Содержание нефтепродуктов вблизи автомобильных магистралей в Санкт-Петербурге.
Среди показателей, характеризующих загрязнение почвы углеводородами, особую значимость имеет бенз(а)пирен, обладающий канцерогенным действием. Бенз(а)пирен в составе других полициклических ароматических углеводородов содержится в отработавших газах автомобильных двигателей. Кроме отработавших газов источником выделения бенз(а)пирена могут быть органические вяжущие материалы, используемые при строительстве дорожной одежды. В шинах автомобилей полициклические ароматические углеводороды содержатся по причине использования при производстве резины газовой сажи, которая придает резине необходимые свойства по стойкости к истиранию, прочности, жесткости, твердости. По имеющимся оценкам каждые 100 грамм стершихся шин содержат до 1,2 мг бенз(а)пирена. Представляется, что истирание асфальта и шин является главенствующей причиной повышенного накопления бенз(а)пирена в придорожных почвах.
Повышенные концентрации бенз(а)пирена (до 20 ПДК), как показывает опыт ЗАО «Экотранс-Дорсервис», обнаруживаются практически вдоль всех крупных автомагистралей. В качестве примера на рис. 4 приведены результаты измерений концентраций бенз(а)пирена и полихлорбифенилов (ПХБ) около Рябовского шоссе в Санкт-Петербурге. При норме 0,02 мг/кг измеренные около шоссе концентрации бенз(а)пирена достигали 0,17 мг/кг. Если говорить о концентрациях ПХБ в придорожных почвах, то, как показывает опыт изысканий для КАД, они нигде не превышали допустимых значений. При этом не обнаружено снижения содержания ПХБ по мере удаления от автомобильной дороги. Это свидетельствует о том, что автотранспорт не является основным источником загрязнения почвы этими веществами (см. рис. 4).
Рис. 4. Концентрации бенз(а)пирена и полихлорированных бифенилов в почве около Рябовского шоссе.
Опять же методические основания для оценки загрязнения почв в придорожном пространстве бенз(а)пиреном сегодня отсутствуют, несмотря на очевидную актуальность вопроса, который пока приходится решать эмпирическим путем. Это обстоятельство, как и сказанное выше о нефтепродуктах и цинке, ставят перед прикладной наукой важные задачи по оценке загрязнения почвенного покрова, в решении которых остро нуждается дорожная отрасль.