CC BY
192
УДК 504.4.054
Д. А. Крамер (асп.), И. О. Тихонова (к.т.н., доц.)
Антропогенное загрязнение донных отложений малых рек
Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева, кафедра промышленной экологии 125047 г. Москва, Миусская площадь, д. 9; e-mail: Dkramer@mail.ru; iriti-may@yandex.ru
D. A. Kramer, I. O. Tikhonova
Analyses of anthropogenic contamination of small rivers bottom sediments in moscow
Mendeleev University of Chemical Technology of Russia 9, Miusskaya sq, 125047, Moscow, Russia; e-mail: Dkramer@mail.ru; iriti-may@yandex.ru
В данной работе исследовали загрязнение донных отложений двух малых рек Москвы: Бусинки и Таракановки. Определяли содержание тяжелых металлов, нефтепродуктов и экстрагируемых органических соединений (ЭОС). Результаты показали, что река Бусинка более загрязнена, чем река Таракановка, а органическое загрязнение в основном обусловлено нефтепродуктами.
Ключевые слова: донные отложения; загрязнение; малые реки; нефтепродукты; тяжелые металлы; ЭОС.
Донные отложения (ДО) являются наиболее консервативным компонентом природных водных объектов и содержат информацию о загрязненности и особенностях водосборного бассейна, поэтому донные отложения могут выступать в качестве индикатора для выявления состава, интенсивности и масштаба техногенного загрязнения, т.к. их состав отражает биогеохимические особенности водосборных территорий *'2. Определение тяжелых металлов в верхнем (1 см) слое донных отложений служит (с учетом особенностей осадконакопле-ния) характеристикой годового процесса накопления загрязняющих веществ .
В 2011 г. было выполнено обследование двух малых рек города Москвы: Таракановки и Бусинки, протекающих в районах города с сильной промышленной нагрузкой. Особый акцент уделялся анализу загрязнений донных отложений, а также выявлению потенциальных загрязнителей этих рек.
Река Таракановка находится на северо-западе г. Москвы, является левым притоком р. Москвы, длина 7.8 км (большая часть заключена в коллектор). Площадь бассейна 18.3 км2.
Дата поступления 29.09.12
In this study contamination of bottom sediments of two Moscow small rivers: Businka and Tarakanovka was observed. Such parameters as heavy metals, petroleum products and extracted organic compounds (EOC) containment were determined. The results of our observation showed that river Businka is more polluted than river Tarakanovka by all measured parameters and that organic contamination is mostly caused by petroleum products.
Key words: bottom sediment; EOC; heavy metals; petroleum products; pollution; small rivers.
В 1950—1960-e гг. река была почти полностью убрана в коллектор, небольшие открытые участки реки сохранились в зонах жилой застройки вблизи Хорошевского шоссе, Звенигородского шоссе и Ленинградского проспекта.
Река Бусинка расположена на севере г. Москвы и Московской области, является правым притоком р. Лихоборки, которая в свою очередь впадает в р. Яузу. Общая протяженность реки около 4.5 км, часть реки заключена в коллектор. Река берет начало в Московской области в близи двух полигонов ТБО, затем уходит в коллектор под МКАД и снова выходит на поверхность уже в г. Москве в промышленной зоне вблизи железной дороги и гаражей, после чего река уходит в коллектор и выходит из него уже при впадении в р. Лихоборка.
Экспериментальная часть
В начале работы было выполнено полевое обследование состояния рек Бусинка и Тарака-новка, целью которого являлось описание прибрежной зоны и идентификация возможных источников загрязнения данных рек.
По результатам полевого обследования рек на них было выбрано по 9 точек пробоотбора, где отбирали пробы воды и донных отложений. Пробы ДО отбирали в поверхностном слое (глубина 0—5 см), затем определяли в них содержание нефтепродуктов, ряда тяжелых металлов, а также суммарное органическое загрязнение.
Перечень приоритетных для определения тяжелых металлов был составлен на основе скриннингового анализа проб донных отложений, выполненного методом индуктивно-связанной плазмы в Институте проблем технологии микроэлектроники и особо чистых материалов (г. Черноголовка). Содержание нефтепродуктов в пробах донных отложений определяли методом ИК-спектрометрии, а содержание выбранных тяжелых металлов определяли методом атомно-абсорбционной спектрометрии.
Результаты и их обсуждение
Результаты анализа содержания тяжелых металлов в донных отложениях рек представлены в табл.1—3. Для оценки загрязнения рек тяжелыми металлами были использованы ПДК содержания тяжелых металлов в почве 4, а также фоновое содержание химических веществ в почве 5'6.
В качестве приоритетных тяжелых металлов в ДО были выбраны медь, цинк, кадмий и стронций (рис. 1).
В донных отложениях р. Таракановка наблюдается повышенное содержание 2п, тогда как в ДО р. Бусинка наблюдается высокое содержание Сё вблизи полигонов ТБО. Необходимо отметить высокое содержание Бг в пробах донных отложений обеих рек.
Выполнен расчет коэффициента донной аккумуляции (КДА) для Си и 2п — отношение концентрации вещества в ДО к его концентра-
ции в воде
КДА = Сд0/С
у вода
3 4 5 6 7 № точки пробоотбора
16 14 -12 -10
ц
о 6
4 -
Бусинка
1
Ш
□ Си ПЦп
□ СС
Йп
гь гь I ГВп
5 6 7 8 9
№ точки пробоотбора
Содержание стронция в долях от величины рекомендуемого норматива
35 -, 30 -25 -20 -15 -10 -5 -
1
1
□ Бусинка аТаракановка
I ■ М -11
1 23456789
№ точки пробоотбора
Результаты расчета представлены в табл. 47.
Согласно классификации, представленной в , уровень загрязнения донных отложений р. Бусинка Си и 2п является высоким, уровень загрязнения р. Таракановка 2п является высоким, а Си — невысоким.
Результаты анализа содержания нефтепродуктов в ДО, представленные в табл. 5 и на рис. 2, свидетельствуют об интенсивности поступления их в реку и, что не менее важно, позволяют выделить предполагаемые источники загрязнения.
Рис.1. Содержание приоритетных тяжелых металлов в пробах донных отложений
В р. Таракановка обнаружена лишь одна точка пробоотбора с превышением допустимого показателя, — в районе сбросов от автотехцентра. Р. Бусинка более загрязнена нефтепродуктами, в ее бассейне находятся несколько гаражных кооперативов.
2 -
0
0
7
Таблица 1
Содержание тяжелых металлов в донных отложениях р. Бусинка, мг/кг
Элемент № точки пробоотбора ПДК почв, мг/кг Фоновое со-дер- 5 жание , мг/кг
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Сг 549.25 311.00 234.25 203.00 67.20 18.10 29.50 31.00 43.50 Не уст. 46
1\Н 6.33 6.96 7.08 45.60 42.50 14.10 19.20 5.66 10.84 80 20
Си 189.25 855.25 171.05 646.00 220.00 76.80 84.80 123.75 310.25 132 27
гп 420.25 797.25 411.25 748.00 268.00 81.30 98.40 196.25 567.75 220 50
Аб 2.63 2.27 2.27 3.50 3.30 1.20 1.70 3.25 2.95 10 6.6
Эг 673.25 885.00 623.00 382.00 237.00 112.0 0 133.0 0 617.50 126.00 Не уст. 30
Сс1 29.00 27.50 15.75 17.90 1.90 0.36 0.53 1.22 5.35 2 0.3
нд 1.00 0.37 0.42 0.584 0.10 0.04 0.05 0.06 0.16 2.1 0.15
РЬ 64.75 59.00 28.61 71.80 30.30 12.80 28.70 16.68 42.04 130 26
Примечание: жирным шрифтом выделены значения, превышающие норматив.
Таблица 2
Содержание тяжелых металлов в донных отложениях р. Таракановка, мг/кг
Элемент № точки пробоотбора ПДК почв, мг/кг Фоновое содержание 5, мг/кг
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Сг 5.24 8.16 4.68 30.13 14.47 10.18 4.10 63.76 122.91 Не уст. 46
1\Н 1.22 1.72 1.65 15.47 4.17 2.28 1.07 35.02 28.29 80 20
Си 19.30 24.19 15.17 46.72 20.38 34.47 4.53 37.13 43.86 132 27
гп 89.00 110.00 71.00 77.03 256 217.25 71.75 184.84 150.68 220 50
АБ 0.85 1.01 1.17 2.27 2.51 1.67 1.35 8.41 5.13 10 6.6
Эг 308.75 251.50 282.25 121.35 607.00 424.50 56.50 342.11 434.82 Не уст. 30
СС 0.53 0.44 0.28 0.40 0.36 0.34 0.18 0.40 0.47 2 0.3
Нд 0.07 0.09 0.27 0.03 0.04 0.09 0.02 0.03 0.05 2.1 0.15
РЬ 5.24 7.88 3.85 20.23 6.05 8.00 1.34 30.11 34.25 130 26
Таблица 3
Содержание тяжелых металлов в донных отложениях (мг/кг)
элемент Фоновое содержание в донных отложениях рек Московской области и водотоков НП «Лосиный остров» 6 Среднее содержание в донных отложениях исследуемых рек
Региональный фон ДО рек Моск. области Фон почвы парка Параметры местного фона ДО водотоков парка Таракановка Бусинка
Сг 29.0 33.3 39.2 29.2 165.2
1\Н 11 23.1 23.4 10.1 17.6
Си 35 27.4 36.7 27.3 297.5
гп 37 58.2 62.3 136.3 398.7
Эг н/о н/о н /о 314.3 241.0
СС 0.3 - - 0.38 11.1
РЬ 19 21.2 15.6 13.1 39.4
Примечание: н/о — не определяли
Таблица 4
Коэффициент донной аккумуляции ^ и Zn_
Элемент р. Бусинка р. Таракановка р. Волга 7 Природные объекты в целом 7
Си 8.8-103 8.8-102 7.7-102 4.4-10 - 2.7-102
гп 2.3104 1.1-103 7.5-10 5 - 2-103
Таблица 5
Содержание нефтепродуктов в пробах донных отложений, мг/кг_
№ точки пробоотбора 1 234 567 89
Содержание нефтепродуктов р. Бусинка
768.0 | 3470.6 | 871.8 | 4502.6 | 3111.1 | 646.8 | 1280.7 | 1928.2 | 5414.4
р. Таракановка
6835.5 | 646.0 | 515.2 | 918.0 | 702.0 | 579.8 | 264.5 | 632.5 | 537.6
Примечание: жирным шрифтом выделены значения, превышающие рекомендуемый норматив для Москвы и Московской области 1000 мг/кг.
7000
6000
и
к 5000
г
4000
и
э
а 3000
р
т
си 2000
э
X
о 1000
Ш
Ш
м
О Таракановка
□ Бусинка
О допустимый показатель
М|1
1 2 3 4 5 6 7 № точки пробоотбора
Рис. 2. Содержание нефтепродуктов в донных отложениях
Помимо стандартного анализа на содержание нефтепродуктов, был выполнен анализ экстрагируемых органических соединений (ЭОС) в пробах донных отложений обеих рек. В литературе имеются данные 8 по определению ЭОС спектрофотометрическим методом. К сожалению, при предварительном выполнении анализа на ЭОС нами не было выявлено корреляций оптической плотности и концентрации ЭОС при длинах волн от 250 до 600 нм. Примеры спектров поглощения показаны на рис. 3. В дальнейшем анализ на содержание ЭОС был выполнен гравиметрическим методом.
II ЕВ!
Ж. О пел. В Ш.Й ЕЙЙЙ 688, Й 700.0 800
Рис. 3. Спектр поглощения комбинации проб №2, 5, 7, 9 р. Бусинка в УФ- и видимой области
Рис. 4. Концентрации нефтепродуктов и ЭОС в донных отложениях р. Бусинка
ЭОС - .НП
Ь - -о- '<>" о - <>>
№ точки пробоотбора
Рис. 5. Концентрации нефтепродуктов и ЭОС в донных отложениях р. Таракановка
На рис. 4—5 представлено симбатное изменение концентраций нефтепродуктов и ЭОС для обеих рек, что означает, что органическое загрязнение в реках обусловлено в основном именно антропогенным сбросом нефтепродуктов.
Для оценки загрязнения рек были рассчитаны коэффициент загрязнения С£, характеризующий загрязнение акватории отдельными веществами, а также степень загрязнения С^, характеризующая общее загрязнение водного объекта 9.
о
Таблица 6
Значение коэффициента загрязнения С донных отложений р. Бусинка
№ точки пробоотбора Сг 1\Н Си гп АБ Эг Сс1 нд РЬ НП
1 11.94 0.32 7.01 8.41 0.40 22.44 96.67 6.67 2.49 0.77
2 6.76 0.35 31.68 15.95 0.34 29.50 91.67 2.47 2.27 3.47
3 5.09 0.35 6.34 8.23 0.34 20.77 52.50 2.80 1.10 0.87
4 4.41 2.28 23.93 14.96 0.53 12.73 59.67 3.89 2.76 4.50
5 1.46 2.13 8.15 5.36 0.50 7.90 6.33 0.67 1.17 3.11
6 0.39 0.71 2.84 1.63 0.18 3.73 1.20 0.27 0.49 0.65
7 0.64 0.96 3.14 1.97 0.26 4.43 1.77 0.33 1.10 1.28
8 0.67 0.28 4.58 3.93 0.49 20.58 4.07 0.40 0.64 1.93
9 0.95 0.54 11.49 11.36 0.45 4.20 17.83 1.07 1.62 5.41
Примечание: жирным шрифтом выделены высокие значения Cf
Таблица 7
Значение коэффициента загрязнения Сг донных отложений р. Таракановка
№ точки пробоотбора Сг Ы1 Си гп Аб Эг Сс нд РЬ НП
1 0.11 0.061 0.71 1.78 0.13 10.29 1.77 0.47 0.24 6,83
2 0.18 0.09 0.89 2.20 0.15 8.38 1.47 0.60 0.30 0.65
3 0.10 0.08 0.56 1.42 0.18 9.41 0.93 1.80 0.15 0.52
4 0.66 0.77 1.73 1.54 0.34 4.05 1.33 0.20 0.78 0.92
5 0.31 0.21 0.75 5.12 0.38 91.97 1.20 0.27 0.23 0.70
6 0.22 0.11 1.28 4.35 0.25 14.15 1.13 0.60 0.31 0.58
7 0.09 0.05 0.17 1.44 0.20 1.88 0.60 0.13 0.05 0.26
8 1.39 1.75 1.38 3.69 1.27 11.40 1.33 0.20 1.16 0.63
9 2.67 1.41 1.62 3.01 0.78 14.49 1.57 0.33 1.32 0.54
Примечание: жирным шрифтом выделены высокие значения Cf
Для описания загрязнения акватории токсичными веществами определяются значения коэффициента загрязнения С{.
с
с =
0-5
с
где Сг0-5 — содержание вещества;
г — металлы N1, Си, РЬ, Мп, С^ Н^, аб, 5г; нефтепродукты в поверхностном слое (0—5 см) донных отложений;
Сгп — среднее фоновое значение для донных отложений.
Использование этих металлов и нефтепродуктов для определения интенсивности загрязнения обусловлено высокой токсичностью этих веществ для гидробионтов, а также наличием данных об этих веществах.
Коэффициент загрязнения Cf рассчитывали для каждого вещества в отдельности и придерживались следующей классификации значений коэффициента загрязнения:
Cf < 1 — низкий;
1 < С( < 3 — умеренный;
3 < С( < 6 — значительный;
Cf > 6 — высокий.
Результаты расчета коэффициента загрязнения донных отложений в исследуемых реках представлены в табл. 6, 7.
Далее рассчитывали степень загрязнения Cd как сумму всех коэффициентов загрязнения С1 для конкретной реки:
с, =у с =у^
а / I с <■ / I
С п
При расчете степени загрязнения Cf значение коэффициента загрязнения суммировалось по п веществам. В соответствии с 8, значения Са характеризуются следующим образом:
С, < п — низкая степень загрязнения;
п < С а < 2п — умеренная;
2п < С а < 4п — значительная;
С, > 4п — высокая, свидетельствующая о серьезном загрязнении.
Для оценки загрязнения токсичными веществами ДО рек Бусинка и Таракановка определены значения коэффициента загрязнения по 10 показателям, поэтому использовали следующую классификацию значений:
Са < 10 — низкая степень загрязнения;
10 < Са < 20 — умеренная;
20 < Са < 40 — значительная;
С а > 40 — высокая.
Значения степени загрязнения донных отложений рек Бусинка и Таракановка представлены в табл. 8.
Значение степени загрязнения Cd донных отложений
Таблица 8
Cu Zn Pb Cd | Ni | Cr | Hg As Sr НП
р. Бусинка
99.15 71.77 13.64 331.70 | 7.91 | 32.32 | 18.56 3.50 126.29 22.00
р. Таракановка
9.09 24.55 4.54 11.33 | 4.54 | 5.73 | 4.60 3.68 166.02 11.63
Для р. Таракановка получены высокие значения коэффициента загрязнения лишь для Бг и нефтепродуктов (в 1-й точке пробоотбо-ра); значительные — для 2п.
Для р. Бусинка получены высокие значения коэффициента загрязнения и степени загрязнения для Си, 2п, Сё, Н и Бг, значительные — для РЬ и нефтепродуктов. В целом для реки степень загрязнения тяжелыми металлами считается высокой.
На р. Бусинка самым загрязненным является участок реки, протекающий в зоне влияния двух полигонов ТБО (точки пробоотбора №1—4). Р. Таракановка наиболее загрязнена в промышленной зоне Хорошевского шоссе (точки пробоотбора №5, 6).
Таким образом, результаты полевого обследования малых рек Бусинка и Таракановка, протекающих в промышленных зонах г. Москвы, показали, что приоритетными тяжелыми металлами, загрязняющими донные отложения данных рек, являются Си, 2п, Сё и Бг, при этом донные отложения р. Бусинка на участке, принимающем фильтрационные воды от полигонов ТБО, в высокой степени загрязнены тяжелыми металлами и органическими соединениями, тогда как донные отложения р. Таракановка имеют меньшую степень загрязнения. Загрязнение органическими соединениями обеих рек обусловлено, в основном, нефтепродуктами.
Литература
1. Папина Т. С. // Аналитический обзор речных экосистем. — Новосибирск, Изд. ГПНТБ СО РАН.- Сер.Экология.— 2001.- Вып.62.- C.58.
2. Янин Е. П. Техногенные геохимические ассоциации в донных отложениях малых рек (состав, особенности, методы оценки).— М.: ИМГРЭ, 2002.- 52 с.
3. Патеев М. Р. Межфазный и трансграничный перенос тяжелых металлов в прибрежных и устьевых зонах южных морей России: Дис. ... к.г.н.— М., 2009.— 253 с.
4. ГН 2.1.7.2041-06 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в. почве».
5. Методика исчисления размера ущерба, вызываемого захламлением, загрязнением и деградацией земель на территории Москвы. Приложение к распоряжению Мэра Москвы от 27 июля 1999 №801-РМ.
6. Соколова О. В. Экспериментальное исследование и термодинамическое моделирование миграции тяжелых металлов в системе «вода — донные отложения» в зоне антропогенного воздействия: Дис. ... к.г.-м.н. — М., 2008.— 189 с.
7. Никаноров А. М., Страдомская А. Г. // Водные ресурсы.— 2007.— Т.34, №3.— С.314.
8. Vignati D.A.L., Burdino E., Congiu A. M., Cicala F., Pardos M., Nieddu G. F. and Ugazio G. //Water air and soil pollution.— 2008.— V.190.— P. 129.
9. Даувальтер В. А. Оценка экологического состояния поверхностных вод по результатам исследований химического состава донных отложений.— Мурманск: Изд-во МГТУ, 2006.— 35 с.
