Эколого-гигиеническая оценка железомарганцевых конкреций Балтийского моря и продуктов их переработки

Актуальность темы

Производство марганца для Российской Федерации в современных социально-экономических условиях является актуальной проблемой. Марганец и его соединения нашли широкое применение в производстве высокопрочных сталей, сплавов цветных металлов, машинного оборудования, электротехники, удобрений, кормов, лекарственных средств, красителей, катализаторов, консервантов древесины и др. (Гасик М.И., 1992; Степкин Ю. Н., 1998; Шифрин В. М., 1999; Гладких В. А., 2001; Страхов И. В., Дмитриевский Б. А., 2003; Mikhalyov, 2000; Elbio Dagotto, 2002).

Сырье для получения марганца в бывшем СССР добывали в Казахстане, Грузии и на Украине, где находились самые большие месторождения. Здесь же были построены основные предприятия по его производству. С распадом Союза Россия потеряла не только сырьевую базу, но и возможность самой производить марганец. В этой ситуации возникла необходимость импортировать сырье из-за рубежа, а также искать новые источники и технологии для производства этой редкой продукции.

В настоящее время в РФ разработана новая технология получения марганца химическим способом, основанная на сернокислотном его выщелачивании из руды железомарганцевых конкреций Балтийского моря (Дмитриевский Б.А., 2003).

Для обеспечения гигиенической безопасности вновь внедряемых i технологических решений для здоровья работающих, условий проживания населения необходимо располагать данными о токсичности и опасности химических веществ, сопровождающих технологический процесс (Саноц-кий И.В., 2001; Измеров Н. Ф., 2003, 2006; Артамонова В. Г., 2004; Ча-щин В.П., 2006).

Отдельным гигиеническим, токсикологическим и клиническим аспектам воздействия — марганца и его соединений на организм человека и объекты окружающей среды посвящены результаты исследований и опубликованные работы ряда авторов (Дрогичина Э.А., 1968; Платонов А. А., 1982; Грацианская? Л1Ни соавт., 1985; 0: В1Мельник, 1988—А. А. Королев и соавт., 1991; Бессмертный А. Н. и соавт., 1993; Рябова О. И., 2004; Ча-щин ВДШ, Свидовый ВЖ, 2004; Чащин М-В1, 2006).

В то же время, гигиеническая наука и санитарная практика не располагают данными о токсичности и опасности химических веществсопровождающих новую? технологию получения марганца: железомарганцевых конкреций (ЖМК), марганцевого концентрата- (МК), карбоната марганца? (КМ), отхода производства — песков железистых (ПЖ) — Особенностью перечисленных соединений является их сложный многокомпонентный? состав. Неизученность этих продуктов с позиции гигиены и токсикологии затрудняет разработку профилактических мероприятий, а также критериев и показателей для организациимониторинговых наблюдений как за воздухом рабочей зоны, так и объектами окружающей среды.

Другой актуальной гигиенической^ проблемой внедрения новой технологии получениямарганца является" обращение с многотоннажным отходом производства — песками, железистымиИсследования Н-В. Русакова и соавт. (1998), (2005), Е. Ю. Кручининой (1998), Н. И. Латышевской и соавт. (2000) и др. свидетельствуют о целесообразности/использования неорганических отходов Ш-IV классовопасности' для" приготовленияпочво-грунтов и в дорожном строительстве. Однако, для решения вопроса утилизации песков — железистых требуется проведение дополнительных санитар-но-химических и токсикологических исследований по обоснованию степени опасности отхода, (класс опасности) — определению. критериальной1 значимости токсичных продуктов, мигрирующих из песков железистых в различные среды (атмосферный воздух, воду, почву), влиянию на самоочищающуюся способность почвы и др. Отсутствие этих данных не позволяет дать эколого-гигиеническое обоснование безопасности основных направлений утилизации отхода производства марганца по новой технологии.

Эти и некоторые другие эколого-гигиенические аспекты внедрения технологии получения марганца из железомарганцевых конкрецийБалтийского моря определили актуальность проведения настоящего исследования: .

Работа выполнялась в рамках планов научно-исследовательской тематики Санкт-Петербургской государственной медицинской академии им. И. И. Мечникова по темам: «Совершенствование системы показателей социально-гигиенического мониторинга в условиях территориального промышленного комплекса» (№ государственной регистрации 1 960 011 530) — «Разработка региональных основ и принципов безопасности среды обитания и здоровья населения» (№ государственной регистрации 1 200 012 944).

Цель исследования: Комплексная эколого-гигиеническая оценка железомарганцевых конкреций Балтийского моря и продуктов их переработки.

Достижение указанной цели предусматривалось решением следующих задач:

1. Исследовать особенности технологии производства марганца из железомарганцевых конкреций Балтийского морявыявить условия техногенного влияния химического фактора на работающих и окружающую ¦среду.

2. Установить общие закономерности и специфические особенности токсического действия химических веществ (ЖМК, MKVKMПЖ) на этапах переработки железомарганцевых конкреций Балтийского моря.

3. Дать эколого-гигиеническое обоснование утилизации песков железистых в дорожном строительстве и приготовлении почво-грунтов. Для этого: изучить миграционную способность компонентов отхода в сопредельные средыисследовать влияние компонентов отхода на почвенную и санитар-но-показательную микрофлоруоценить влияние компонентов отхода на высшие растения и гидро-бионты.

4. Разработать критерии и показатели для обеспечения гигиенической безопасности внедряемой технологии для здоровья работающих и населения.

Научная новизна. Исследования по комплексной эколого-гигиенической оценке химического фактора в новой технологии производства марганца предприняты впервые. Получены новые научные данные о токсичности и опасности ранее не изученных многокомпонентных продуктов: железомарганцевых конкреций, марганцевого концентрата, карбоната марганца, песков железистых. Показано, что токсикологические свойства изученных продуктов обусловлены входящими в их состав компонентами (марганец, железо, фосфор^ диоксид кремния).

Впервые научно обоснована возможность утилизации песков железистых в дорожном строительстве и для приготовления почво-грунтов. Определен класс опасности отхода. Установлены закономерности миграции неорганических компонентов ПЖ в сопредельные среды (воду, воздух, почву), транслокации в растения. С гигиенических позиций обоснована безопасная доза внесения отхода в почву. Предложены критерии и показатели для обеспечения гигиенической безопасности химического фактора при производстве марганца из железомарганцевых конкреции Балтийского моря.

Практическая значимость и внедрение в практику. Полученные на этапе опытно-промышленных испытаний химической технологии производства, марганца данные о токсиколого-гигиенических свойствах исходных, промежуточных и конечных продуктов необходимы для планирования и разработки мероприятий по технике безопасности и охране окружающей среды при эксплуатации предприятия. Утилизация песков железистых в дорожном строительстве и приготовлении почво-грунтов значительно снизит техногенную нагрузку на окружающую среду. Использование разработанных гигиенических критериев и показателей в системе мониторинга позволит обеспечить безопасность новой технологии для работающих и населения.

Результаты исследований явились основанием для выдачи санитарно-эпидемиологических заключений о гигиенической безопасности: железомарганцевых конкреций (№ 47.01.02.073 П 549.04.03 от 21.04.2004), марганцевого концентрата (№¦ 47.01.02.212 П 551.04.03 от 21.04.2004), песков железистых (№ 74.01.02.216 П 550.04.03 от 21.04.03). Уровень внедрения — федеральный.

Разработанные в ходе выполнения диссертации рекомендации по организации мониторинга рабочей зоны и окружающей среды, а также по использованию отхода в дорожном строительстве и приготовлению почво-грунтов приняты к внедрению и используются в работе Управления Рос-потребнадзора в Ленинградской области (акт о внедрении от 16.04.07.), в Кингисеппском, Волосовском и Сланцевском районах Ленинградской области (акт о внедрении от 20.03.07), кафедры медицинской5 экологии Санкт-Петербургской медицинской академии последипломного образования (акт о внедрении от 18.04.07.), лаборатории токсикологии ФГУН «Северо-западный научный центр гигиены и общественного здоровья» (акт о внедрении от 09.04.07), кафедры общей гигиены и экологии СПбГМУ им. И. П. Павлова (акт о внедрении от 18.04.07), кафедры гигиены окружающей и производственной среды СПбГМА им. И. И. Мечникова (акт о внедрении от 11.04.07).

Апробация работы. Основные положения диссертации обсуждались и были одобрены на: Международном экологическом форуме «Окружающая среда и здоровье человека» (Санкт-Петербург, 2003) — Всероссийской научнопрактической конференции «Гигиенические проблемы водоснабжения населения и войск» (Санкт-Петербург, 2003) — 2-ом съезде токсикологов России (2003) — Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Актуальные аспекты жизнедеятельности человека на Севере» (Архангельск, 2006) — научно-практических конференциях: «Проблемы охраны здоровья населения и окружающей среды» (Санкт-Петербург, 2002), «Экология человека: медико-социальные проблемы» (Санкт-Петербург, 2003), «Проблемы укрепления здоровья и профилактика заболеваний» (Санкт-Петербург, 2004), «Человек и его здоровье» (Санкт-Петербург, 2005).

Личный вклад автора. Автором лично осуществлено планирование, организация и проведение исследований по всем разделам диссертации, Автор принимал непосредственные участие в формулировании цели и задач, определении объема и методик исследования, сборе и анализе полученных результатов, формулировке выводов и разработке практических рекомендаций. Отдельные исследования (гистологические, некоторые биохимические и санитарно-микробиологические) выполнены при участии специалистов других организаций, на что имеются ссылки в диссертации и отражено в совместных публикациях. Доля личного участия автора в накоплении информации более 80%, в обобщении и анализе материала до 100%.

Публикации.По теме диссертации опубликовано 9 научных работ, в том числе 2 — в изданиях, рекомендованных ВАК и 1 работа — в зарубежном журнале.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Производство марганца из железомарганцевых конкреций Балтийского моря должно рассматриваться как потенциальный источник загрязнения воздуха рабочей зоны и окружающей среды комплексомхимических веществ, способных оказать неблагоприятное воздействие на человека.

2. Характер вредного действия железомарганцевых конкреций, марганцевого концентрата, карбоната марганца и песков железистых определяется входящими в их состав соединениями марганца, железафосфора и кремния. Критериями гигиенической безопасности изученных многокомпонентных продуктов являются: состав и процентное соотношение компонентов? в — смесиих индивидуальная токсичность и токсичность самого продукта, гигиенические нормативы в объектах окружающей среды.

3. Пескижелезистые относятся котходам III класса опасности. С эколого-гигиенических позиций обоснована возможность их промышленного использования в дорожном строительстве и • при: рекультивации тех-ногенно измененных грунтов.

4. Научно обоснованы и: разработаны приоритетные компоненты для осуществления! мониторинговых наблюдений за содержанием железомарганцевых конкреций и продуктов их переработки в воздухе рабочей зоны и объектах окружающей среды.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, обзора литературы, 4 глав собственных исследований, заключения, выводов, практических рекомендаций, указателя литературы и приложения. Работа изложена на 143 страницах машинописного текста, иллюстрирована 10 рисунками и 29 таблицами. Указатель литературы включает 215 источников отечественных и 44 иностранных авторов.

выводы.

1. Технологический процесс производства марганца из железомарганцевых конкреций Балтийского моря связан с образованием многокомпонентных продуктов, содержащих вещества I, II и III класса опасности (марганец, кремния диоксид, железо, фосфор и другие примеси), являющихся потенциальными факторами риска для здоровья работающих и окружающей среды.

2. Изученные многокомпонентные продукты: железомарганцевые конкреции и пески железистые относятся к III классу опасности, а марганцевый концентрат и карбонат марганца — ко II классу опасности в соответствии с ГОСТ 12.1.007−76. Уровень индивидуальной токсичности и опасности исследованных веществ определяется количественным содержанием в них марганца.

3. Многокомпонентные продукты производства марганца не обладают аллергенным и гонадотоксическим действием, однако при контакте с кожей и слизистыми оказывают слабое раздражающее действие и требуют применения средств индивидуальной защиты.

4. Пески железистые при длительном поступлении в организм экспериментальных животных в дозе 800 мг/кг оказывают слабовыраженный токсический эффект, который проявляется в развитии тормозных процессов в нервной системе, угнетением эритропоэза, нарушением функции печени.

5. Компоненты отхода (марганец, железо, кремния диоксид, фосфор) при внесении в почву имеют низкую воднои воздушно-миграционную способность. Приоритетным веществом — мигрантом является марганец. Ориентировочный водно-миграционный показатель в водных, кислотных и ацетат-аммонийных вытяжках не превышает 1. Пыление мелкодисперсных материалов из песков железистых не приводит к превышению ПДК химических компонентов отхода в атмосферном воздухе населенных мест.

6. Особенностью песков железистых является угнетение нитрифицирующей и дегидрогеназной активности почвы. Пески железистые не оказывают фитотоксического действия (ER50 менее 0,1), не обладают токсическим действием на гидробионты (Кт для Daphnia magna — 0,44, для инфузорий Tetrahimena piryformis — 0,51). Максимально-недействующая доза в вегетационном опыте установлена на уровне бООг/кг.

7. Экспериментально показано, что отход производства марганца — пески железистые по гигиеническим, токсикологическим, физико-химическим критериям вредности относится к III классу опасности, умереноопасным отходам (по общесанитарному показателю вредности). Для окружающей природной среды пески железистые являются малоопасными отходами (IV класс опасности).

8. Обоснована целесообразность утилизации песков железистых в дорожном строительстве и для приготовления почво-грунтов. При этом содержание отхода не должно превышать 600 г/кг почвы.

9. Контроль воздушной среды за содержанием руды железомарганцевых конкреций рекомендуется проводить по марганцу и диоксиду кремниямарганцевого концентрата и карбоната марганца — по марганцупесков железистых — по содержанию взвешенных веществ (пыли).

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ.

1. Производственные помещения, где проводятся работы с железо-марганцевыми конкрециями, марганцевым концентратом, карбонатом марганца, должны быть оснащены приточно-вытяжной вентиляцией. Рабочие места, связанные с наиболее интенсивным выделением загрязнений, должны быть оборудованы защитными зонтами с вытяжной вентиляцией.

2. Все работы, связанные с производством и применением перечисленных веществ, должны производиться в соответствии с санитарными правилами организации технологических процессов и гигиеническими требованиями к производственному оборудованию.

3. Работающие с железомарганцевыми конкрециями, марганцевым концентратом и карбонатом марганца, должны обеспечиваться средствами индивидуальной защиты. Для защиты органов дыхания рекомендуется использовать респираторы типа «Лепесток» и «У-2к» и ежегодно проходить периодические медицинские осмотры.

4. Контроль за содержанием железомарганцевых конкреций в воздухе рабочей зоны необходимо осуществлять по ГОСТ 12.1.005−88 и методическим указаниям № 4436−87 «Измерение концентраций аэрозолей преимущественно фиброгенного действия».

5. Контроль за содержанием марганцевого концентрата в воздухе рабочей зоны необходимо проводить по ГОСТ 12.1.005−88 и «Руководству по контролю вредных веществ в воздухе рабочей зоны», МУ № 1617−77 «Марганца соединения».

6. При решении вопросов утилизации отходов производства марганца в дорожном строительстве и других отраслях промышленности предприятиям, учреждениям Роспотребнадзора рекомендуется использовать полученные в работе эколого-гигиенические данные о токсичности и опасности отходов для человека и окружающей природной среды.