Experimental evaluation of the migration of anti-icing materials into the water

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Введение. Применение противогололёдных материалов (ПГМ) помимо непосредственного влияния на здоровье человека может воздействовать на него косвенно, ухудшая состояние объектов окружающей среды, в том числе и состояние почвы. По данным литературы, регулярное применение ПГМ вдоль автомобильных дорог приводит к формированию техногенных почвенных аномалий повышенного содержания солей, распределённых по вертикальному и горизонтальному профилям. Высокое солесодержание обусловливает увеличение миграционной способности сопутствующих поллютантов – тяжёлых металлов, переводя их в подвижные формы. Изучение миграционных процессов токсикантов является одной из гигиенически значимых задач нормирования. Таким образом, целью настоящего исследования является изучение влияния суммарной нагрузки противогололёдных материалов на почвы.

Материал и методы. Изучено влияние твёрдого ПГМ нитратной группы, в состав которого входят (NН2)2СO, Mg(NO3)2 и NH4NO3, с различной степенью нагрузки на верхний корнеобитаемый слой дерново-подзолистой и городской почв для установления их поглотительной способности и миграции солей в нижележащие горизонты в модельном эксперименте.

Результаты. Установлено, что в водных фильтратах содержится значительное количество катионов кальция (Ca2+) по сравнению с контролем. Процесс вымывания кальция наиболее интенсивно происходит в антропогенно преобразованной городской почве, которая в большей степени подвержена антигололёдной нагрузке.

Заключение. Таким образом, зональная (дерново-подзолистая) почва обладает большей аккумулирующей способностью к компонентам ПГМ и низкой буферной активностью в сравнении с городской почвой. Учитывая специфические особенности почвенных процессов под воздействием компонентов ПГМ, возникает опасность вторичного загрязнения грунтовых вод. В связи с этим система мониторинга качества почв должна учитывать комплексный подход, а профилактические мероприятия по оздоровлению городских почв необходимо планировать, предусматривая неизбежность применения ПГМ в зимний период в целях обеспечения безопасности дорожного движения.

About the authors

Olga V. Ushakova

Centre for Strategic Planning, Russian Ministry of Health

Author for correspondence.
Email: lab.pochva@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-2275-9010

MD, Ph.D., leading researcher of the laboratory of Environmental and Hygienic Assessment of Waste and Soil of the Centre for Strategic Planning, Russian Ministry of Health, Moscow, 119991, Russian Federation.

e-mail: lab.pochva@mail.ru

Russian Federation

M. A. Vodyanova

Centre for Strategic Planning, Russian Ministry of Health

Email: noemail@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0003-3350-5753
Russian Federation

L. G. Donerian

Centre for Strategic Planning, Russian Ministry of Health

Email: noemail@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0002-9718-0663
Russian Federation

L. I. Tribis

Centre for Strategic Planning, Russian Ministry of Health

Email: noemail@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0002-1687-4162
Russian Federation

A. V. Sbitnev

Centre for Strategic Planning, Russian Ministry of Health

Email: noemail@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0003-4406-4287
Russian Federation

References

  1. Wu J., Kim H. Impacts of road salts on leaching behavior of lead contaminated soil. J Hazard. 2017; 324: 291–7.
  2. Cunningham M.A., Snyder E., Yonkin D., Ross M., Elsen T. Accumulation of deicing salts in soils in an urban environment. Urban Ecosyst. 2008; 11: 17–31.
  3. World Health Organization. Health effects of particulate matter. Available at: http://www.euro.who.int/__data/assets/pdf_file/0006/189051/Health-effects-of-particulate-matter-final-Eng.pdf
  4. Kosheleva N.E., Kuz’minskaya N.Yu., Terskaya E.V. Salinization and saltification of urban soils due to the use of anti-icing agents (on the example of the Western Administrative District of Moscow). Inzhenernyye Izyskaniya. 2017; 6–7: 64–77. (in Russian)
  5. Lysikov A.B. The effect of anti-icing agents on the soil condition of the roadside pine forests of Serebryanoborskogo experimental forestry. Lesovedeniye. 2017; 6: 446–51. (in Russian)
  6. Nikiforova E.M., Kosheleva N.E., Khaybrahmanov T.S. Ecological consequences of the use of anti-icing agents for the soils of the eastern district of Moscow. Vestnik Moskovskogo universiteta. Seriya 5. Geografiya. [Moscow University Bulletin. Series 5. Geography]. 2016; 3: 40–9. (in Russian)
  7. Lee S.Z., Chang L., Yang H.H., Chen C.M., Liu M.C. Adsorption characteristics of lead onto soils. J Hazard. 1998; 63 (1): 37–49.
  8. Kim E.J., Herrera J.E., Huggins D., Braam J., Koshowski S. Effect of pH on the concentrations of lead and trace contaminants in drinking water: A combined batch, pipe loop and sentinel home study. Water Res. 2011; 45 (9): 2763–74.
  9. Stumm W., Morgan J.J. Aquatic Chemistry: Chemical equilibria and rates in natural Waters. New York: Wiley; 1996. 1040 p.
  10. Amrhein C., Mosher P.A., Strong J.E., Pacheco P.G. Trace Metal Solubility in Soils and Waters Receiving Deicing Salts. J Environ Qual. 1994; 23 (2): 219–27.
  11. Amrhein C., Mosher P.A., Strong J.E. Colloid-Assisted Transport of Trace-Metals in Roadside Soils Receiving Deicing Salts. Soil Sci Soc Am J. 1993; 57 (5): 1212–7.
  12. Amrhein C., Strong J.E. The Effect of Deicing Salts on Trace Metal Mobility in Roadside Soils. J Environ Qual. 1990; 19 (4): 765–72.
  13. Amrheln C., Strong J.E., Mosher P.A. Effect of Deicing Salts on Metal and Organic Matter Mobilization in Roadside Soils. Environ Sci Technol. 1992; 26 (4): 703–9.
  14. Bauske B., Goets D. Effects of Deicing-Salts on Heavy Metal Mobility Zum Einflußvon Streusalzen auf die Beweglichkeit von Schwermetallen. Acta Hydrochim Hydrobiol. 1993; 21 (1): 38–42.
  15. Warren L.A., Zimmerman A.P. The influence of temperature and NaCl on cadmium, copper and zinc partitioning among suspended particulate and dissolved phases in an urban river. Water Res. 1994; 28 (9): 1921–31.
  16. Bäckström M., Karlsson S., Bäckman L., Folkeson L., Lind B. Mobilisation of heavy metals by deicing salts in a roadside environment. Water Res. 2004; 38 (3): 720–32.
  17. Interlandi S.J., Crockett C.S. Recent water quality trends in the Schuylkill River, Pennsylvania, USA: a preliminary assessment of the relative influences of climate, river discharge and suburban development. Water Res. 2003; 37 (8): 1737–48.
  18. Maxe L. Sources of major chemical constituents in surface water and groundwater of southern Sweden. Nord Hydrol. 2001; 32 (2): 34–115.
  19. Jones B., Snodgrass J.W., Ownby D.R. Relative Toxicity of NaCl and Road Deicing Salt to Developing Amphibians. Copeia. 2015; 103 (1): 72–7.
  20. Silver P., Rupprecht S.M., Stauffer M.F. Temperature-Dependent Effects of Road Deicing Salt on Chironomid Larvae. Wetlands. 2009; 29: 942–51.
  21. Li F., Wu G., Hu S., Fan Z., Gao Q. Growth Behavior and Physiological Characteristics of Chlorella vulgaris in the Presence of Deicing Salt. Procedia Environ Sci. 2013; 18: 20–5.
  22. Kadyrov D.E., Lihachev A.N., Homyakov D.M., Schigriva M.M. The effect of liquid anti-icing agents on the composition of the microbiota of sod-podzolic soil in a megacity. Vestnik Rossiyskoy voyenno-meditsinskoy akademii [Bulletin of the Russian Military Medical Academy]. 2008; 23 (3): 343. (in Russian)
  23. Mamilov A., Oliver M.D., Inubushi K. Microbial eco-physiology of degrading Aral sea wetlands: Consequences for C-cycling. J Soil Sci Plant Nutr. 2004; 50 (6): 839–42.
  24. Yuan B.C., Li Z.Z., Liu H., Gao M., Zhang Y.Y. Microbial biomass and activity in salt affected soils under arid conditions. Appl Soil Ecol. 2007; 35 (2): 319–28.
  25. Gerasimov A.O., Chugunova M.V. Influence of pollution of sod-podzolic soil by deicing reagents on higher plants and soil microorganisms. Ekologiya i promyshlennost’ Rossii [Ecology and Industry of Russia]. 2015; 19 (4): 59–63. (in Russian)
  26. Craig S., Zhu W. Impacts of Deicing Salt and Nitrogen Addition on Soil Nitrogen and Carbon Cycling in a Roadside Ecosystem. Water Air Soil Poll. 2018; 229 (6): 187.
  27. Černohlávková J., Hofman J., Bartoš T., Sanka M., Anděl P. Effects of road deicing salts on soil microorganisms. Plant Soil Environ. 2008; 54 (11): 479–85.
  28. Denby B.R., Ketzel M., Ellermann T., Stojiljkovic A., Kupiainen K., Niemi J.V. et al. Road salt emissions: A comparison of measurements and modelling using the NORTRIP road dust emission model. Atmos Environ. 2016; 141: 508–22.
  29. Ducret-Stich R.E., Tsai M.Y., Thimmaiah D., Künzli N., Hopke P.K., Phuleria P.C. PM10 source apportionment in a Swiss Alpine valley impacted by highway traffic. Environ Sci Pollut Res. 2013; 20 (9): 6496–508.
  30. Malysheva A.G., Shelepova O.V., Vodyanova M.A., Doneryan L.G., Ushakova O.V., Yudin S.M. Ecological and hygienic problems of anti-ice reagents in a large metropolis (for example, the territory of the city of Moscow). Gigiena i sanitariya [Hygiene and Sanitation, Russian journal]. 2018; 97 (11): 1032–7. (in Russian)
  31. Kryatov I.A., Tonkopiy N.I., Vodyanova M.A., Rusakov N.V., Doneryan L.G., Evseeva I.S. et al. Methodical approaches to the justification of hygienic requirements for the use of anti-icing materials. Gigiena i sanitariya [Hygiene and Sanitation, Russian journal]. 2014; 93 (6): 52–4. (in Russian)
  32. Voronchikhina E.A., Schukin A.V., Shchukina N.I. Evaluation of the geochemical state of the Permian urban ecosystem in connection with the use of anti-icing agents. Geograficheskiy vestnik [Geographical Bulletin]. 2014; 29 (2): 78–94. (in Russian)
  33. Rakhmanin Yu.A., Bobrovnitsky I.P., Sinitsyna O.O. Scientific basis for the formation of a new preventive direction – environmental medicine. Proceedings of the XII All-Russian Congress of Hygienists and Sanitary Physicians [XII Vserossiyskiy s’ezd gigienistov i sanitarnykh vrachey]. November 17–18, 2017; Moscow. Moscow; 2017: 27–30. (in Russian)

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2024 Ushakova O.V., Vodyanova M.A., Donerian L.G., Tribis L.I., Sbitnev A.V.


СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: серия ПИ № ФС 77 - 37884 от 02.10.2009.