Содержание тяжелых металлов в почвах полигона по захоронению отходов в Улан-Баторе



Ключевые слова: загрязнение почвы тяжёлыми металлами, захоронение отходов

Обоснованность исследования

Захоронение отходов без сортировки, обработки, дезинфекции, обезвреживания вредных веществ является основной причиной загрязнения почвы. Это в дальнейшем приводит к появлению благоприятной среды для размножения различных бактерий и распространения вредных веществ посредством ветра, осадков и наводнений, что является источником деградации окружающей среды и различных заболеваний.

В Улан-Баторе существуют три сертифицированные свалки отходов: Цагаан Даваа, Морингийн энгэр и Нарангийн энгэр. Из них самая близкая к населенным пунктам – свалка Нарангийн Энгэр. Она находится к северо-западу от города, откуда дует постоянный ветер, что негативно влияет на окружающую среду и вредит здоровью столичных жителей. Именно это послужило основной причиной для исследования загрязнения почвы этого места.

Свалка Нарангийн Энгэр находится рядом с юрточными кварталами города Улан-Батора. В 2008 году закончилась работа по захоронению свалки Улаанчулуут, которая использовалась в 1998–2004 годах. Существуют данные, что захоронили... тонн отходов.

Функционирование свалки Нарангийн Энгэр началось с 2009 года. Но расширение города, особенно юрточных кварталов привело к значительному перемещению свалки к населенным пунктам. Сегодня свалка Нарангийн Энгэр находится в 54 метрах от юрточного квартала. Каждый день на свалку Нарангийн Энгэр добавляется... тонн различных отходов, ... из которых сортируются. Это... процент всех отходов, которые жители Улан-Батора выбрасывают в один день.

Методы исследования

Площадь исследования

Для исследования были выбраны площадь свалки Нарангийн Энгэр и захороненная свалка Улаанчулуут. Также для сравнительного анализа выбраны площади некоторых юрточных кварталов.

На свалке Нарангийн Энгэр отходы хоронятся на глубине 60 см. Размер площади захороненной старой свалки Улаанчулуута занимает... га (Рисунок 1). Для восстановления нормальной природной среды с 2010 года на этом месте начали высаживать деревья.

Сбор образцов почвы

В целях исследования с 14.03.2015 по 19.10.2015 собраны образцы почвы в следующих местах: на свалке Нарангийн Энгэр – 2 образца (НЭ), старой свалке Улаанчулуут – 4 образца (УЧ), в юрточных кварталах вблизи Нарангийн Энгэр – 2 образца (ЮКНЭ), также для сравнения в юрточных кварталах в районе Нисэх и Яармаг – 2 образца (ЮКНЯ). Образцы сохранились в конвертах, что соответствует стандарту MNS 3298–90 (Охрана природы. Почва. Общие требования при сборе образцов почвы для исследования).

Таблица 1

Места, где брали образцы

Нумерация образцов	Места, где брали образцы	Географический меридиан		Местонахождение Н.у.м (м)
		Долгота	Широта
1	НЭ-1	106° 47' 20.3"	47° 56' 52.6"	1394
2	НЭ -2	106° 47' 11.6"	47° 56' 43.7"	1364
3	УЧ-1	106° 47' 31.6"	47° 56' 41.8"	1423
4	УЧ-2	106° 47' 40.0"	47° 56' 40.0"	1418
5	УЧ-3	106° 47' 34.0"	47° 56' 31.7"	1401
6	УЧ-4	106° 47' 25.6"	47° 56' 34.7"	1399
7	НЭГХ-1	106° 47' 39.2"	47° 55' 50.5"	1332
8	НЭГХ-2	106° 47' 36.3"	47° 55' 42.0"	1366
9	НЯГХ-1	106° 48' 54,5"	47° 52' 28.3"	1270
10	НЯГХ-2	106° 45' 56,4"	47° 52' 09.3"	1289
12	Үнс

Рис.1. Географическое положение мест образцов

Лабораторное исследование

В рамках исследования использованы 10 образцов почвы и один образец пепла. На основе этих образцов проведено лабораторное исследование по определению загрязнения почвы тяжелыми металлами, содержащих такие элементы, как As, Cd, Cr, Zn, Pb, Ni.

Подготовка образцов к исследованию прошла в лаборатории Хурдас-Орчин судлалын на факультете прикладных наук Монгольского Государственного Университета. При обработке образцов почвы был применении стандарт физико-химического исследования образцов почвы MNS ISO:11464:2002 и в результате лабораторного испытания по методу атом-спектрофотометрии (Buck Scientific, 210/211VGP Atomic Absorption Spectrophotometers).

Оценка загрязнения почвы тяжелыми металлами

На сегодняшний день в Монголии не разработан индекс загрязнения почвы при содержании тяжелых металлов. Поэтому в данном исследовании при определении индекса загрязнения почвы использована методика Хакансона, которая широко используется в международной практике. Оценка загрязнения почвы тяжелыми металлами проведена на основе определений Хакансаном [1] загрязняющих факторов.

Оценка загрязняющих факторов выражена по формуле , где — содержание загрязняющих элементов и - стандарт загрязняющих элементов.

Таблица 2

Классификация загрязняющих факторов

Классификация	Показатель
Небольшое количество загрязняющих факторов	CF<1
Среднее количество загрязняющих факторов	1
Большое количество загрязняющих факторов	3
Очень большое количество загрязняющих факторов	6

Степень загрязнения выражена по формуле , где, - оценка загрязняющих факторов по элементам и n- число загрязняющих элементов.

Таблица 3

Классификация загрязнения

Классификация	Показатель
Небольшое загрязнение	Cd<8
Среднее загрязнение	8<=Cd<16
Большое загрязнение	16<=Cd<32
Очень большое загрязнение	32=>Cd

Изменение в степенях загрязнения выражено по формуле . Изменение в степенях загрязнения Abrahim [2] показывает уравнение Hakanson следующим образом:

Таблица 4

Измененная классификация степени загрязнения

Классификация	Показатель
Загрязнение ниже нуля	mCd<1.5
Небольшое загрязнение	1.5<= mCd<2
Среднее загрязнение	2<=mCd<4
Большое загрязнение	4<=mCd<8
Очень большое загрязнение	8<=mCd<16
Опасное загрязнение	16<=mCd<32
Запредельное загрязнение	>=32

Индекс нагруженности загрязнителями почвы выражен формулой

На основе этих методов определяется классификация нагруженности почвы загрязнителями

Таблица 5

Классификация нагруженности почвы загрязнителями

Классификация	Показатель
Нет необходимости принять меры	PLI <50
Необходимо подробное исследование	PLI ≥50
Немедленно принять меры	PLI≥100

Результат исследования

Землеиспользование в районах свалки Нарангийн Энгэр

Свалка Нарангийн Энгэр и захороненная свалка Улаан Чулуут, которые использованы в качестве площадей исследования, отличаются от других двух свалок тем, что они находятся ближе к населенным пунктам. (Рисунок 4)

Загрязнение почвы тяжелыми металлами

В образцах почвы выбранных мест содержание кадмия ниже 1 ppm, хрома 2–41 ppm

Предельно допустимая концентрация-ПДК), цинк 22–117 ppm, черный свинец 5–117 ppm. Никель 14–97 ppm (некоторые из них за пределами допустимой концентрации), а содержание мышьяка — особо вредного тяжелого металла составляет 7–68 ppm, что превышает ПДК. (Рис. 2).

Рис. 2. Содержание тяжелых металлов в почвах (ppm)

В почвах захороненной свалки Улаан чулуут содержится самое большое количества тяжелых металлов. Почва свалки Нарангийн Энгэр содержит больше цинка, чем в почвах других свалок — 84–117 ppm, что в 7,2–11,8 раз больше, чем в почвах юрточных кварталов и в пепле. (Рис. 3.)

Рис. 3. Содержание в почвах тяжелых металлов

Среди тяжелых металлов, содержащихся в пепле обычной печи юрт, самый большой показатель имеют никель и мышьяк. Как мы видим из графика 2, есть вероятность того, что пепел из обычных печей юрт является главным загрязнителям почвы такими тяжелыми металлами, как черный свинец и мышьяк.

Предельно допустимая концентрация (ПДК) в почве загрязняющих веществ и химических элементов на территории Монголии установлена по стандарту MNS 5850:2008. Почва, которая содержит превышенное количество загрязнителей по этому стандарту, считается загрязненной. Поэтому ниже приведено сравнение каждого тяжелого металла с допустимым максимумом по стандарту (Рис. 4-7). Если говорить о содержании кадмия в почве и пепле, то оно составляет меньше 1 ppm, что не превышает ПДК и не загрязняет почву.

Рис. 4. Содержание мышьяка в почве

Рис. 5. Содержание черного свинца в почве

Во всех образцах содержание мышьяка превышало ПДК. Например, в образцах УЧ2 и УЧ3, также ЮКНЭ 1 и ЮКНЭ 2 содержание этого металла составляло 39–68 ppm, что в 19–34 раз больше ПДК. Также содержание мышьяка в пепле составляет 97 ppm. Это доказывает то, что в районах свалки Нарангийн Энгэр образуется большой источник загрязнения почвы мышьяком. Причиной этого является пепельный отход. (Рисунок 2, График 3). Самое маленькое количество тяжелых металлов содержали образцы ЮКНЯ.

Рис. 6. Распространение мышьяка в почве

Рис. 7. Распространение черного свинца в почве

Загрязнение почвы черным свинцом обнаружено в образцах УЧ1, УЧ2, УЧ3 и составляет 94–117 ppm, что в 1,9–2,3 раз больше ПДК. В других образцах черный свинец не обнаружен. Образцы ЮКНЯ содержат небольшое количество этого металла (рис. 7, 5).

Рис. 8. Содержание никеляв почве

Рис. 9. Содержание цинка в почве

В образце УЧ2 содержание никеля достигает ПДК, а в образце ЮКНЯ 2 загрязнение почвы никелем превышает ПДК и составляет 97 ppm. (Рисунок 10, рис. 8)

Рис. 10. Распространение никеля в почве

Рис. 11. Распространение цинка в почве

В образце УЧ2 содержание цинка достигает ПДК, а в образцах УЧ -3,4, также в образце ЮКНЭ 2 содержится самое большое количество цинка. Оно составляет 103–177 ppm, то есть в 1,03–1,8 превышает ПДК. Все образцы НЭ содержит больше цинка, чем образцы юрточных кварталов. (Рис. 11, 9)

Рис. 12.Содержание хрома в почве

Все использованные для исследования плошади содержат допустимое количество хрома. Самое большое количество этого элемента наблюдалось в образцах НЭ 1 и НЭ 2, а также УЧ3 (Рис.12, 13).

Рис. 13. Распространение хрома в почве

Оценка загрязнения почвы тяжелыми металлами

На сегодняшний день в Монголии не разработаны методы по определению индекса загрязнения почвы тяжелыми металлами, также не существует их классификации. Стандарт MNS 5850:2008 только предоставляет возможность определить, загрязнена почва или нет. Но есть возможность классифицировать загрязнения. Поэтому в данном исследовании, с целью оценки загрязнения почвы тяжелыми металлами использована методика Хакансона — методика загрязняющих факторов (таблица 8)

Загрязняющие факторы тяжелых металлов в почве выражены по формуле CFAs> CFCd > CFPb > CFZn> CFNi> CFCr, где можно видеть то, что в образцах больше всего содержится мышьяк, а меньше всего – хром.

Таблица 6

Индекс загрязняющих факторов тяжелых металлов впочве

Места, где брали образец	Оценка факторов (CF)
	As	Cd	Cr	Pb	Zn	Ni
НЭ-1	12.00	0.99	0.43	0.40	0.93	0.52
НЭ -2	13.50	0.99	0.52	0.38	0.84	0.47
УЧ-1	19.50	0.99	0.05	1.92	0.89	0.42
УЧ-2	34.00	0.99	0.18	0.60	1.00	1.00
УЧ-3	9.50	0.99	0.68	2.34	1.77	0.25
УЧ-4	11.00	0.99	0.28	1.88	1.21	0.23
ЮКНЭ -1	21.00	0.99	0.23	0.58	0.78	0.30
ЮКНЭ -2	25.00	0.99	0.03	0.68	1.03	0.77
ЮКНЯ -1	7.50	0.99	0.17	0.36	0.14	0.77
ЮКНЯ	3.50	0.99	0.18	0.10	0.22	1.62
CF в общем количестве	165	10.89	3.23	9.72	8.97	7.48

Почва ЮКНЯ 2 находится под большим влиянием мышьяка, а другие образцы подвергаются опасному воздействию мышьяка. Образцы УЧ-1, 3, 4 имеют среднее влияние загрязняющих факторов черным свинцом. Образцы УЧ-2, 3, 4, а также образец НЭ-2 имеют среднее влияние загрязняющих факторов цинком, остальные образцы имеют незначительное влияние, а некоторые образцы – не имеют влияния загрязняющих факторов. Образцы УЧ-2 и ЮКНЯ-2 имеют среднее влияние загрязнения никелем, а некоторые образцы – не имеют влияния загрязняющих факторов. Влияние загрязняющих факторов хромом и кадмием во всех образцах ниже или отсутствуют (Таблица 10).

Если рассмотреть с точки зрения степени загрязнения тяжелыми металлами, то почва УЧ-2 загрязнена в очень большой степени, почвы НЭ-2, УЧ-1, ЮКНЭ-1, 2 загрязнены в просто большой степени, почвы НЭ-1, УЧ-3, 4 загрязнены в средней степени. А почвы ЮКНЯ 1,2 имеют небольшое загрязнение тяжелыми металлами. (Таблица 7, Рисунок 14).

Таблица 7

Классификация степени загрязнения почвы тяжелыми металлами

Места, где брали образец	Степень загрязнения (Cd)
	15.27
НЭ-1	16.69
НЭ -2	23.77
УЧ-1	37.77
УЧ-2	15.53
УЧ-3	15.60
УЧ-4	23.88
ЮКНЭ -1	28.50
ЮКНЭ -2	9.92
ЮКНЯ -1	6.61

Как видно из таблицы 9, в почвах НЭ содержится большое количество тяжелых металлов по сравнению с почвами тех мест, которые находятся далеко от свалок.

Рис. 14. Классификация степени загрязнения почвы тяжелыми металлами

Классификация изменений встепенях загрязнения (mCd).

Почвы УЧ-4, ЮКНЭ-2 имеют среднюю степень загрязнения, почвы НЭ-1, 2-р, УЧ-1, 3, 4, ЮКНЭ-1 имеют среднюю степень загрязнения, а почва ЮКНЯ загрязнена в степени ниже нуля, то есть не считается загрязненной тяжелыми металлами. Поскольку почва НЭ загрязнена в большей степени по сравнению с почвой юрточных кварталов, которые находятся далеко от свалок, загрязнение почвы тяжелыми металлами тех юрточных кварталов, находящихся рядом со свалками, происходят именно от загрязнения почвы мест свалок. (таблица 8, рисунок 15)

Таблица 8

Классификация степени загрязнения почвы тяжелыми металлами

Места, где брали образец	Степень изменения вклассификации загрязнения (mCd)
НЭ-1	2.55
НЭ -2	2.78
УЧ-1	3.96
УЧ-2	6.30
УЧ-3	2.59
УЧ-4	2.60
ЮКНЭ -1	3.98
ЮКНЭ -2	4.75
ЮКНЯ -1	1.65
ЮКНЯ -2	1.10

Рис. 15. Степень изменения в классификации загрязнения почвы тяжелыми металлами

Индекс нагруженности загрязнителями (PLI). По индексу нагруженности загрязнителями почвы НЭ-2, УЧ-2, 3, 4 необходимо восстановить и очистить от загрязнителей. В других местах нужно провести тщательное исследование (таблица 9, Рисунок 16).

Таблица 9

Нагруженность загрязнителями тяжелых металлов

Места, где брали образец	Индекс нагруженности загрязнителями (PLI)
НЭ-1	99.82
НЭ -2	100.47
УЧ-1	93.94
УЧ-2	124.38
УЧ-3	137.15
УЧ-4	108.57
ЮКНЭ -1	93.27
ЮКНЭ -2	87.31
ЮКНЯ -1	60.25
ЮКНЯ -2	53.17

Рис. 16. Классификация нагруженности почвы загрязнителями тяжелых металлов

Вывод

В целях исследования собраны образцы почвы Нарангийн Энгэр, старой свалки Улаанчулуут, юрточных кварталов вблизи Нарангийн Энгэр, также для сравнения в юрточных кварталах в районе Нисэх и Яармаг.

В результате исследования обнаружено, что почвы НЭ-1 и УЧ-1,2,3 в большой степени загрязнены тяжелыми металлами. В этих местах содержание мышьяка, который является особо вредным веществом, в 11–34 раза превышает ПДК, в почве захороненной свалки Улаан чулуут содержание черного свинца в два раза больше ПДК. В связи с этим отмечу, что необходимо продолжать исследование загрязнения почвы тяжелыми металлами в районах Улаан Чулуут.

Данное исследование будет продолжаться с более детальным изучением и использованием других критериев.

Литература:

1. Hakanson Lars. An Ecological Pisk Index for Aquatic Pollution Control: A Sedimentologial Approach // Water Res. 1980. P. 975–1001.
2. Abrahim G. M. S, Parker P. J. Assesment of heavy metal enrichment factor and the degree of contamination in marine sediments from Tamaki Estuary, Auckland, New Zealand, // Environ. Monit. Assess. 2008. Vol. 136. P. 227–228.
3. Hugo Velasco, Mario Rodvigvez. 1999–2000. Research collaboration program: “Modelling environmental processes”. Argentine: 1999–2000.
4. JICA. 2005. МонголУлсынУлаанбаатархотынхатуухогхаягдлынменежментийнсудалгаа. Мэдээллийнтойм-1. УБ: 2005 оны.
5. Lenntech BV. http://www.lenntech.com/periodic/elements/as.htm. [Online]
6. ManjuRawat, AL Ramanathan. June 2011. Assessment of Methane Flux from Municipal Solid Waste (MSW) Landfill Areas of Delhi, India. Journal of Environmental Protection. s.l.: Published Online, June 2011 оны.
7. Асаенок И, С, Лубашев Л.П, Навоша А.И,. 1999. Радиационная безопасность. Минск: 1999 оны.
8. Баатар У. 2004. Физик хими. УБ: дэд дэвтэр, 2004. pp. 30–38, 51–54.
9. Бадамцэцэг Б. 2012. Улаанбаатар хотын орчны бохирдолын судалгаа. Докторын диссертаци. УБ: 2012 оны. p. 17.
10. Баттогтох З. 2013. Дулааны цахилгаан станцын үнсний тархалтыг цацраг идэвхит бодисын түвшингээр тодорхойлох судалгаа. Докторын диссертаци. УБ: 2013 оны.
11. Гантөмөр С. 2013. Ландшафт геохимийн өгөгдлийг үндэслэн хотжсон дэвсгэр нутгийн геоэкологийн үнэлгээ. Докторын диссертаци. УБ: 2013 оны. p. 37.
12. Дондог С, нар. 1987. Ерөнхий органик биш хими. УБ: 1987.
13. Дорж Д. 2010–2012. Хүнд хортой металлын биогеохими, экологи, хоргүйжилтийн судалгаа. Эрдэм шинжилгээний ажлын тайлан, Суурь судалгааны тайлан. УБ: 2010–2012 оны.
14. Дорж Д, Даваасүрэн С, Даржаа Ц,. 2005. Хүрээлэн буй орчны анализ. УБ: 2005. pp. 136–137. нар.
15. Доржготов Д, Удвал Г, Батхишиг О, Гончигсумлаа Ч, Зузаан О. 2005. Улаанбаатар хотын дэвсгэр талбай болон зэргэлдээх зарим дүүргийн бүс нутгийн геоэкологийн региналь судалгаа. УБ: Ашигт малтмал газрын тосны хэрэг эрхлэх газар, Газар-Эко ХХК, 2005.
16. Маликов В.Г, Жуков Б.И, Черненко Т. А. 1994. Мониторинг содержания в почвах Северного Кавказа естественных радионуклидов и тяжелых металлов,. Агрохимия, № 7–8. 1994 оны. pp. 96–99.
17. Монгол Улсын Засгийн Газрын тогтоол. 2014. Хог хаягдлын менежментийг сайжруулах үндэсний хөтөлбөр. 298 дугаар. УБ: 2014 оны.
18. Намчинсүрэн Ц. 2010. Монгол орны зарим нутгийн хөрсний цацраг идэвхт, макро микроэлементийн судалгаа. Докторын диссертаци. УБ: 2010 оны. p. 61.
19. Сайжаа Н, Купул Ж, Буяндэлгэр Ц, Оюунчимэг М, Бат-Эрдэнэ Э, Энхтуяа П, Доржханд Б, Халзанхүү Ж,. 2010. Аюултай тусгай хог хаягдлаас хүн амын эрүүл мэнд, байгаль орчинд үзүүлэх нөлөөллийн экологи, эрүү ахуйн үнэлгээ. ЭША-ийн тайлан. УБ: 2010 оны. p. 22.
20. Эрдэв Б, Баттогтох З, Маахүү Р. 2005. Хүрээлэн буй орчны бохирдлыг гол эх үүсвэрээс нь хамааруулан судлах нь. МУИС-ийн ЭШБ, № 225(12). УБ: 2005 оны.
21. Эрхэмбаяр Ц. 2010. Монгол орны төвийг бүсийн хөрсний цацраг идэвхийн судалгаа. Докторын диссертаци. УБ: 2010 оны.
22. Болормаа О, 2014. “Хүрээлэн буй орчны эрсдлийн үнэлгээ, бохирдолыг бууруулах метрохимийн үндэстэй цогц судалгаа” ШУТ-ийн сэдэвт ажлын тайлан. УБ. 2014
23. Батсүрэн Д, Сономдагва Ч, Даваадорж Д, Мөнхбат Б. 2015. Хүрээлэн буй орчин дахь хуримтлагдах нөлөөллийн судалгаа (Нарангийн энгэрийн хог хаягдлын төвлөрсөн цэгийн жишээн дээр). Хүрэл тогоот-2015. Газарзүй Геологийн салбарын залуу эрдэмтэн, судлаачдын бүтээлийн эмхэтгэл.УБ. 2015

---

[1] Данное исследование проводится при поддержке проекта «Грант молодым исследователям», который реализуется в рамках года, призванного содействовать в исследованиях МонГУ