CC BY
145
УДК 502.55 : 628.19 е. А. ГАЛАТОВА
Уральская государственная академия ветеринарной медицины, г. Троицк
НАКОПЛЕНИЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЭКОТОКСИКАНТОВ В РЕЧНОЙ ВОДЕ (НА ПРИМЕРЕ РЕКИ УЙ)
Приведены результаты исследования накопления и распределения тяжёлых металлов в воде реки Уй, отбор которых проводился в среднем её течении по территории г. Троицка Челябинской области методом атомно-абсорбционной спектрофотометрии. Данные свидетельствуют о серьёзных различиях с нормативными величинами в содержании цинка, меди, железа. Было установлено, что наиболее высокие концентрации были выявлены по цинку и железу.
Ключевые слова: речная вода, река Уй, тяжелые металлы, экотоксиканты.
По гидрохимическому состоянию поверхностных вод Челябинская область относится к наиболее напряжённой группе территорий Российской Федерации. Причиной именно такого состояния является постоянный и многолетний сброс загрязненных промышленными и хозяйственно-бытовыми отходами вод, поверхностных стоков с полей и животноводческих ферм в водные объекты. Не лучшая ситуация с водными объектами складывается и на территории г. Троицка и Троицкого района.
Основным источником питьевого водоснабжения города Троицка является река Уй, которая со своими притоками входит в систему реки Тобол и при своём течении к городу Троицку испытывает значительную техногенную нагрузку.
Основную антропогенную нагрузку река Уй испытывает в районе г. Троицка, где на качество воды оказывают влияние сточные воды Троицкой ГРЭС, городских сооружений, завода ЖБИ.
Река Уй является левобережным притоком реки Тобол длиной 462 км. В границах Челябинской области имеет протяжённость 462 км. Река Уй берёт начало в 12 км к северо-западу от с. Азиашево Учалинского района Республики Башкорстостан, в небольшом болоте. Площадь водосбора — 34400 км2 .
В верхнем течении река протекает по сельскохозяйственным регионам. Качественный состав воды формируется под влиянием поверхностного стока и загрязнённой воды притока реки Кидыша — водоприёмника сточных вод ОАО «Учалинский ГОК».
Поступающие в водоёмы вещества включаются в круговорот и претерпевают различные физикохимические превращения. Малостойкие, простые, твердые и летучие вещества оседают на дно или улетучиваются, а также окисляются, связываются солями буферной системы воды или разлагаются под действием микроорганизмов [1].
Многие токсические вещества могут длительно сохраняться в воде, аккумулироваться в донных отложениях и гидробионтах, мигрировать по пищевой цепи, накапливаясь в возрастающих количествах от низшего звена к высшему звену. В этих случаях, наряду с первичным, важную роль играет вторичное загрязнение, которое возникает вследствие отмирания животных и растений или резорбции токсикантов из грунта. Такой особенностью обладают тяжёлые металлы [2].
Металл — токсикант, попав в водоём или реку,
распределяется между компонентами этой водной экосистемы. Однако не всякое количество металла вызывает расстройство данной системы. При оценке способности экосистемы сопротивляться внешнему токсическому воздействию принято говорить о буферной ёмкости экосистемы. При этом сам металл — токсикант распределяется на следующие составляющие: 1) металл в растворенной форме; 2) сорбированный и аккумулированный фитопланктоном, то есть растительными микроорганизмами; 3) удерживаемый донными отложениями в результате седиментации взвешенных органических и минеральных частиц из водной среды; 4) адсорбированный на поверхности донных отложений непосредственно в водной среде в растворимой форме; 5) находящийся в адсорбриро-ванной форме на частицах взвеси [2].
Тяжёлые металлы — наиболее распространённая группа токсичных, трудноокисляемых загрязнений, присутствующих, как в сточных, так и природных водах. В природных водах металлы представлены разнообразными химическими соединениями во взвешенной, коллоидной, растворенной и нерастворённой формах. Некоторые из солей тяжёлых металлов, например, меди, цинка, в щелочной среде выпадают в осадок. Другие, гидролизуясь, значительно подкисляют воды [3].
Токсичность соли металла зависит от токсичности, как катиона, так и аниона. Наиболее распространённые анионы, входящие в состав солей металлов в сточных водах, хлориды, нитраты и сульфаты, токсичность которых примерно одинакова, а катионы металлов по своей токсичности значительно различаются, и по убыванию их можно расположить в следующий ряд [4, 5] Нд2+>Са2+^п2+>Си2+>РЪ2+>№2+>Со2+^п2+ >Ва2+ ^е2+ >Мп2+ ^г2+>Мд2+>Са2+.
В связи с этим оценка состояния загрязнённости воды реки при её течении по территории г. Троицка представляет определённый интерес.
Нами проведено определение содержания тяжёлых металлов в воде реки Уй, отбор которых проводился в среднем её течении по территории г. Троицка Челябинской области методом атомно-абсорбционной спектрофотометрии. Содержание тяжёлых металлов в подготовленных таким образом пробах определялось методом атомной абсорбции при атомизации в пламени и контролируемом температурном режиме (атомно-абсорбционный спектрофотометр ААЙ-30
«ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК» № 1 (84), 2009 ЭКОЛОГИЯ
ЭКОЛОГИЯ «ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК» № 1 (84), 2009
Содержание тяжелых металлов в речной воде, мг/дм3 (п=10)
Показатель зима весна лето осень ПДК
2п 25,48±1,12 22,84±0,93 10,84±0,24 12,12±0,34 5,0
Си 6,42±0,20 5,94±0,15 2,12±0,05 3,85±0,08 1,0
Со 0,08±0,02 0,09±0,01 0,05±0,01 0,04±0,01 0,1
Бе 1,88±0,12 1,62±0,13 0,85±0,03 0,61±0,01 0,3
N1 0,19±0,004 0,28±0,011 0,12±0,005 0,25±0,010 0,1
РЪ 0,12±0,002 0,15±0,001 0,09±0,001 0,08±0,001 0,03
Мп 0,29±0,002 0,32±0,001 0,15±0,001 0,12±0,001 0,1
Сё 0,0035 0,0022 0,0014 0,0013 0,001
ГОСТ 26929-94).
Данные таблицы 1 свидетельствуют о серьезных различиях с нормативными величинами в содержании цинка, меди, железа, концентрация которых в отдельные периоды наблюдений достигла в среднем 6 ПДК.
Так, массовая концентрация цинка зимой составила 25,48±1,12 мг/л и превысила доступный уровень в 5,1 раза. Высокий уровень этого элемента в речной воде продолжал сохраняться и в весенний период (22,84±0,93 мг/дм3; 4,57 ПДК). В летний и осенний период концентрация цинка снизилась в 2,0-2,5 раза и составила 10,84±0,24 и 12,12±0,34 мг/л, соответственно, по сезонам года.
Опасность содержания цинка в речной воде в высоких концентрациях связана с тем, что он обладает кумулятивными свойствами, при этом локализируется в эритроцитах, 3% — в лейкоцитах и 12% — в сыворотке крови [6].
Токсическое действие на рыб оказывают при повышении их уровня и соединения меди. Как видно по материалам таблицы 4, содержание меди в речной воде составило от 2,12±0,05 мг/л — летом до 6,42±0,20 мг/л — зимой, что выше нормативного показателя в 1,12-6,42 раза.
Согласно данным литературы, нарушение эмбрионального развития радужной форели наступает при концентрациях меди 0,02-0,04 мг/л в мягкой воде и 0,08 мг/л — в жесткой, а карпа — в концентрациях выше 0,5 мг/л в мягкой воде. Хроническое отравление рыб медью отмечают при 0,1 мг/л [6].
При остром отравлении рыбы возбуждены, тело их покрывается коагулированной слизью голубоватого цвета. В жабрах и коже наблюдается гиперемия, дистрофия, некробиоз и десквамация покровного эпителия, в почках и печени — зернистая дистрофия и деструкция эритроцитов.
Анализ полученных нами данных позволил выявить и высокие массовые концентрации железа, которые были выше ПДК для водоемов рыбохозяйственного назначения.
Токсичность железа обусловлена механическим повреждением и асфиксией рыб и икры в результате осаждения хлопьев гидроксида железа или снижением в воде кислорода, потребляемого на окисление закисного железа. Токсическое действие железа во многом зависит от гидрохимического режима, особенно от pH, жесткости и других показателей. Для рыб более токсично сернокислое и двухлористое железо, чем его оксид, и хлористое железо [7].
По данным ряда авторов, острое отравление карпа, карася и леща происходит при концентрации
хлорида и сульфата железа 4,3-6,4 мг/л. При pH воды 5,0-6,7 токсические концентрации железа для лосося, форели щуки, плотвы снижаются до 1,0-2,0 мг/л. Гибель икры байкальского окуня отмечена при концентрации железа 0,52 мг/л в результате оседания на ее оболочках оксида железа. При остром отравлении соединениями железа жабры, кожа рыб, а также оболочка погибшей икры покрываются бурым налетом. В жабрах, кроме того, отмечается распад эпителия и его десквамация [8].
Анализ проб речной воды на содержание тяжелых металлов показал также повышенный уровень содержания в ней никеля, свинца и кадмия.
Никель относится к редким элементам, но в отдельных местностях содержание его весьма значительно. Это обусловлено тем, что кроме природных никелевых провинций, существуют еще и техногенные [9]. Наиболее токсичными считают хорошо растворимый никеля хлорид, никеля ацетат, никеля сульфат, наименее токсичным является металлический никель.
В наших исследованиях в речной воде установлено превышение ПДК для открытых водоемов в зимний период в 1,9 раза; весенний — в 2,8 и осенний — в 2,5 раза. Летом концентрации никеля в исследованной воде снизились и достигли 0,12±0,005 мг/л при ПДК 0,1 мг/л.
Концентрации марганца были также выше допустимого уровня, однако следует отметить, что если зимой и весной они составили 2,9 ПДК и 3,2 ПДК, соответственно, то в летний и осенний периоды исследований их содержание значительно снизилось — до 1,5 ПДК и 1,2 ПДК соответственно.
Достаточно высокие концентрации установлены в речной воде и для кадмия, составившие 0,0035; 0,0022; 0,0014 и 0,0013 мг/л, соответственно в зимний, весенний, летний и осенний периоды наблюдения. Необходимо отметить, что максимальные концентрации этого элемента регистрировались зимой (3,5 ПЛК) и в начале весны (2,2 ПДК).
Проведенные исследования позволяют сделать вывод, что токсичность вод при загрязнении их тяжелыми металлами в основном определяется концентрацией либо акваионов металлов, либо простейшим комплексом с неорганическими ионами. Присутствие других комплексообразующих веществ, и прежде всего органических, понижает токсичность. Отмеченное выше явление накопления токсикантов в донных отложениях может явиться причиной вторичной токсичности вод. Действительно, даже если источник загрязнения устранен, как говорят, «вода пошла нормальная», в дальнейшем становится обратная миграция металла из донных отложений в
воды. Поэтому прогнозирование состояния водных систем должно опираться на данные анализа всех их составляющих, проводимого через определенные промежутки времени.
Библиографический список
1. Трапезников, А.В. Радиоэкология пресноводных экосистем (на примере Уральского региона) : автореф. дис.... докт. биол. наук / А.В. Трапезников. — Екатеринбург, 2001. — 48 с.
2. Уразаев, Н.А. Сельскохозяйственная экология / Н.А.Уразаев, А.А. Вакулин, А.В. Никитин. — М. : Колос, 2000. — С. 267-268.
3. Папина, Т.С. Транспорт и особенности распределения тяжелых металлов в ряду: вода — взвешенное вещество — донные отложения речных экосистем / Т.С. Папина. — Новосибирск, 2001. — 269 с.
4. Фомин, Г.С. Вода. Контроль химической, бактериальной и радиационной безопасности по международным стандартам: Энциклопедичексий словарь / Г.С. Фомин. — М. : Протектор, 2000. — 848 с.
5. Фрумин, Г.Т. Экологически допустимые уровни воздействия металлами на водные экосистемы // Биология
внутренних вод. — 2000. — № 1. — С. 125-131.
6. Воробьёв, В.И. Микроэлементы и их применение в рыбоводстве / В.И. Воробьёв. — М. : Пищевая промышленность, 1979. — 183 с.
7. Белковский, Н. Обезжелезивание полезной воды / Н. Белковский // Рыбоводство и рыболовство. — 1983. — № 2. — С. 10-12.
8. Гриценко, Л.Н. Болезни рыб и основы рыбоводства / Л.Н. Гриценко, М.Ш. Акбаев, Г.В. Васильков. — М. : Колос, 1999. - 456 с.
9. Таланов, Г.А. Санитария кормов / Г.А. Таланов, Б.Н. Хмелевский. — М. : Агропромиздат, 1991. — 303 с.
ГАЛАТОВА Елена Александровна, кандидат биологических наук, старший преподаватель кафедры экономики и организации агропромышленного комплекса Уральской государственной академии ветеринарной медицины.
457100, Челябинская область, г. Троицк, ул. Рабочая, 45в, кв 1.
Дата поступления статьи в редакцию: 20.09.2009 г.
© Галатова Е.А.
Книжная полка
ББК 502/К88
Кубарева, М. В. Импактный и биологический мониторинг загрязнения ртутью окружающей среды [Текст] : монография / М. В. Кубарева ; ОмГТУ. - Омск : Изд-во ОмГТУ, 2009. - 112 с. : рис., табл. - Библиогр.: с. 91112. - ISBN 978-5-8149-0654-0.
В монографии изложены вопросы экологической оценки загрязнения ртутью почв ОАО «Павлодарский химический завод»(Павлодарская область). Оценено вертикальное распределение ртути в почвах промпло-щадки, влияние степени минерализации и катионно-анионного состава почв на степень концентрирования в них ртути. Для оценки степени загрязнения ртутью поверхностных вод и донных отложений Иртыша на территории Омской области приведены их аналитические исследования. Кроме того, выявлена токсичность ртути через оценку всхожести, энергии прорастания, цитогенотоксический эффект азотнокислой ртути в зависимости от дозы и сроков экспозиции в ана- и телофазе митоза клеток апикальной меристемы растительного тест-объекта.
Предназначена для научных работников, преподавателей, аспирантов и студентов высших учебных заведений.
ББК 57/П81
Промышленная экология. Основы инженерных расчетов [Текст] : учеб. пособие для вузов по специальности «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов» / С. В. Фридланд [и др.]. -М. : КолосС, 2008. - 176 с. : рис., табл. - (Для высшей школы). - Библиогр.: с. 147-148. - ISBN 978-5-95320546-7.
Учебное пособие содержит основные расчеты процессов загрязнения окружающей среды и теоретические основы расчетов: рассеивания и нормативов предельно допустимых выбросов вредных веществ в атмосферу; экономической эффективности мероприятий по очистке газопылевых выбросов; работы комплекса очистных сооружений, а также ущерба от загрязнения поверхности Земли твердыми отходами, сточными водами и от загрязнения атмосферы.
«ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК» № 1 (84), 2009 ЭКОЛОГИЯ
