CC BY
181
ЭКОЛОГИЯ «ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК» № 1 (65)
УДК 502
Т. В. СКРИПКО А. М. ХОРЫШЕВА
Омский государственный технический университет
АДСОРБЦИОННАЯ СПОСОБНОСТЬ ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ ОЗЕРА ЧЕРЕДОВОЕ
Проведен анализ водной вытяжки из донных отложений озера по физическим и химическим показателям, анализ на биогенные элементы, тяжелые металлы, ПАВ и фенол. Выявлено несоответствие нормам ПДК практически по всем показателям. Озеро требует дальнейшего мониторинга, разработки и принятия охранных мер.
Экспериментальная часть
Донные отложения озера были взяты в прибрежной зоне, в середине озера и в зоне выброса сточных вод. Водная вытяжка донных отложений — отношение донных отложений к воде 1:2,5 [1]. Определены физические показатели (запах, плотность, рН, взвешенные вещества, сухой остаток) [2]. Определение кислотности и щелочности проводили с использованием индикаторов метилового оранжевого и фенолфталеина; общей жесткости — в присутствии индикатора хромогена черного. Комплексонометрическим методом с индикатором мурексидом определено содержание ионов кальция и вычислено содержание ионов магния. Для определения окисляемости использован пер-манганатный метод; йодометрический метод — для определения сероводорода.
Проведен анализ на биогенные элементы. Растворенный кислород определен йодометрическим методом. Метод фотометрии с использованием прибора ФЭК — 56М применен для определения фосфат ионов и фосфорсодержащих соединений, азотсодержащих соединений, катионов аммиака и аммония с построением калибровочных графиков зависимости оптической плотности от концентрации ионов в стандартных растворах (рис.1) [3].
Содержание ионов меди, хрома, железа определено фотоколориметрическим методом [2]; концентрация цинка, АПАВ, фенолов с использованием анализаторажидкости«Флюората-02» [4]; пестицидов — методом газожидкостной хроматографии [5].
Обсуждение результатов
В Омской области имеется 16000 озер, из них 245 соленых. На основе картографического материала, изданного в последние годы, установлено, что в городе насчитывается 186 озер. В южной части Ленинского района расположено озеро Чередовое — самое значительное и величественное. Исторически так сложилось, что озеро сегодня оказалось в окружении десяти промышленных, сельскохозяйственных, транспортных, железнодорожных предприятий и организаций, расположенных в его водоохранной зоне.
На химический состав воды в озере значительное влияние оказывают сбросы телевизионного завода, а также стоки, попадающие в озеро по водотокам с частного сектора, с территории ТПК. Все водотоки на водосборе захламлены. Озеро используется для рыбной ловли, а также для полива садов и полей ТПК.
Проведенные ранее исследования снежного покрова, поверхностных вод озера по физико - химическим
показателям подтвердили ухудшение флоры и фауны водоисточника. Донные отложения являются важной составляющей водных экосистем, где аккумулируется большая часть органических и неорганических веществ, в том числе наиболее опасных и токсичных — тяжелые металлы, ПАУ, пестициды, нефтепродукты и др. При определенных условиях, приводящих к изменению гидродинамической обстановки, состава и свойств воды и других факторов, они могут стать источником вторичного загрязнения водных масс. Физические показатели вытяжки донных отложений выявили (табл.1) превышение ПДК по запаху (2 — 2,5 ПДК), по взвешенным веществам (12,3 — 28 ПДК), по сухому остатку (2,3 — 3 ПДК). Взвешенные вещества не подвергаются разрушению, губительно действуя на гидробионты, и препятствуют протеканию процессов самоочищения. Наблюдается увеличение минерализации донных отложений. Повышение минерализации может повлечь за собой процессы, изменяющие состав отложений: выпадение солей, усиление обмена ионов озерных вод с илами и прочее. Происходит трансформация химического состава — кальциевой группы в магниевую (2 ПДК) (табл.2). Водные вытяжки донных отложений обладают жесткостью до 2,5 ПДК. Исследования показали повышенное содержание щелочности от 3 до 38 ПДК, последнее носит явно выраженный антропогенный характер. Основными источниками гидрокарбонатных и карбонатных ионов являются процессы растворения карбонатных пород типа известняков, мергелей, доломитов:
СаС03+С02+Н20=Са2++ 2 НС03
При этом на один ион кальция образуется два НСО3-. Поэтому можно принять, что щелочность в данном случае будет равна: Щ=[НСО3-] = 2Са2+, что и подтверждено в ходе эксперимента. Данные по окисляемости свидетельствуют о высокой степени загрязнения донных отложений органическими веществами (47 — 68 ПДК).
Состав органических веществ формируется под влиянием многих факторов:
- внутриводоемных биохимических процессов продуцирования и трансформации;
- с атмосферными осадками;
- с промышленными и хозяйственно-бытовыми сточными водами.
Высокая степень окисляемости характерна для районов, прилегающих к территории ПО «Иртыш» и АО «Тепличное».
Таблица 1
Физические показатели донных отложений
№ пробы Запах Плотность, г/см3 Взвешенные вещества, мг/л Сухой остаток, мг/л рн
1. Прибрежная зона 4 0,998 367 2336 7,06
2. Середина озера 4 1 518 2768 6,64
3. Зона выброса 5 0,998 844 3008 7,55
ПДК 2 0,95-1,1 30 1000 6, 5 1 5
Превышение ПДК 2-2,25 ПДК - 12-28 ПДК 2,3-3 ПДК -
Таблица 2
Химические показатели донных отложений
№ пробы Кислотность, мг-экв/л Щелочность, мг-экв/л Жесткость, мг-экв/л Ионы Са2+, мг-экв/л Ионы Мд2+, мг-экв/л Окисля- емость, мг/л И2Я, мг/л
1. Прибрежная зона 2,6 11,6 22 326,652 71,82 376 0,0009
2. Середина озера 3,8 13,8 23,5 324,648 91,98 408 0,0364
3. Зона выброса 3,6 150 25 340,68 100,8 544 0,0012
ПДК 6,5-7,5 до 4 до 10 180 40 от 4 до 8 -
Превышение ПДК - 3-38 ПДК 2,2-2,5 ПДК до 2 ПДК до 2,52 ПДК 47-68 ПДК -
Таблица 3
Концентрация тяжелых металлов
Пробы металлы
Сг, мг/л Сг, мг/кг Си, мг/л Си, мг/кг Fe, мг/л Fe, мг/кг 7п, мг/л 7п, мг/кг
1. Прибрежная зона 250 625 550 27,5 1,36 34 2,865 1433
2. Середина озера 100 250 150 70,5 1,27 32 2,725 1228
3. Зона сброса 400 1000 1235 61,77 0,51 13 3,17 1586
ПДК 0,5 100 1 100 0,3 200 1 23
Превы- шение ПДК 200-800 2,5-10 150-1235 - 4,5-1,7 - 2,7-3,17 53,39- 68,96
Образование сероводорода в природных слоях озера вызвано разложением органических веществ и указывает на развитие заморных явлений. Но концентрация сероводорода уменьшается за счет окисления кислородом и за счет микро бактериологических процессов.
В озере активно протекает процесс фотосинтеза, что и является основной причиной высокой насыщенности водной вытяжки донных отложений кислородом (15,52 — 21,76 мг/л).
Круговорот биогенных веществ в озере не менее сложен, чем органических, с которыми он тесно связан. Концентрация биогенных веществ достигает
максимума в зимнее время (минерализация органических остатков в иле продолжается). Азотсодержащие соединения (Ы02- , Ы03- , ЫИ4+ ) находятся в растворенном, коллоидном и взвешенном состояниях и под влиянием многих физико — химических и биохимических факторов могут переходить из одного состояния в другое. Повышенная концентрация ионов аммония (32,5 — 65 ПДК) отражает ухудшение санитарного состояния водного объекта. Фосфор — важнейший биогенный элемент (5 — 11 ПДК), чаще всего лимитирующий развитие продуктивности водоема. Избыточное поступление в озеро биогенных
«ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК» № 1 (65) ЭКОЛОГИЯ
ЭКОЛОГИЯ «ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК» № 1 (65)
Рис. 1. Калибровочный график зависимости оптической плотности от концентрации гидрофосфат-иона (НРО2-)
веществ в виде фосфатов и нитратов (до З ПДК) ведет к эвтрофированию водоема [6];
106 С02 +122Н20 +16 NO, +
Содержание соединений фосфора подвержено значительным сезонным колебаниям, поскольку оно зависит от соотношения интенсивности процессов фотосинтеза и биохимического окисления органических веществ.
В таблице 3 приведены данные на содержание тяжелых металлов.
Отстойные сточные воды — причина накопления хрома в высоких концентрациях в поверхностном слое донных отложений. Окислительно-восстановительные реакции влияют на состояние и, следовательно, на опасность наличия хрома в окружающей среде. В природе существуют две наиболее устойчивые и обычные формы хрома (Сг+3 и Сг+6). Сг+3 обычно рассматривается как неопасная форма в отложениях, однако потенциал окисления трехвалентного хрома в шестивалентную форму не дает такой гарантии [7].
Ион железа Fe+3 также оказывает существенное воздействие на переход части трехвалентного хрома в шестивалентную форму [8].
Избыточные концентрации меди и цинка (до 68,96 ПДК) оказывают неблагоприятное воздействие на растительные и животные организмы.
Токсичность тяжелых металлов в значительной степени обусловлена их консервативностью и способностью к биоаккумуляции. Тяжелые металлы перемещаются по пищевым цепям, включаясь в метаболический цикл и вызывая различные физиологические и генетические нарушения.
Выявлено наличие фенолов и АПАВ (60 ПДК) в донных отложениях. Реагенты поступают в озеро с хозяйственно — бытовыми, промышленными сточными водами, со стоком сельскохозяйственных угодий. С повышением содержания взвешенных веществ увеличивается сорбция и соосождение АПАВ. Накапливаясь в донных отложениях, они становятся источником вторичного загрязнения. При биохимическом окислении СПАВ образуются различные промежуточные продукты распада: спирты, альдегиды, органические кислоты и др. В результате распада ПАВ, содержащих
бензольное кольцо, образуются фенолы. Хотя ПАВ не являются высокотоксичными веществами, имеются сведения о косвенном их воздействии на гидроби-онты (рыбы теряют слизистый покров, наблюдается кровотечение жабр). Кстати последнее зарыбление озера было в 1986 г. [9].
Формирование положительных тенденций в современных экологических условиях вряд ли возможно без экологизации водопотребления и водного хозяйства, поскольку «вода — здоровье человека» — одно из важнейших направлений природоохранной деятельности. Озеро требует особое внимание к сохранению его качества в связи с тем, что именно качество определяет привлекательность озера как рекреационной территории. Экологическое состояние год от года все в большей мере учитывается рекреантами при выборе места отдыха.
Библиографический список
1. Скрипко Т.В., Котова Л.Н. Практикум по прикладной экологии : учеб. пособие. — Омск : Изд-во ОмГТУ, 2007. — 139 с.
2. Унифицированные методы анализа вод. : под ред. Ю.Ю. Лурье. — М. : Химия, 1973. — 376 с.
3. Новгородцева Л.В. Биогенные элементы. — Омск : ОмГТУ, 2002. - 38 с.
4. Флюорат — 02-3М. Руководство по эксплуатации. 240.00.00.00.00.РЭ. Санкт-Петербург : ЛЮМЕКС, 2001. — 48 с.
5. Новиков Ю.В., Ласточкина К.О., Болдина З.Н. Методы исследования качества воды водоемов. — М. : Медицина, — 1990. — 400 с.
6. Тарасова Н.П., Кузнецов В.А., Сметанников Ю.В., Малков А.В., Додонова А.А. Задачи и вопросы по химии окружающей среды. — М. : Мир, 2002. — 368 с.
7. Гусакова Н.В. Химия окружающей среды. — Ростов-на-Дону : Феникс. 2004. — 192 с.
8. Зорин А. «Озеро Чередовое // Природа Прииртышья». — 1994. — №1. — С. 20 — 21.
СКРИПКО Тамара Васильевна, кандидат химических наук, доцент кафедры физической химии ОмГTУ. ХОРЫШЕВА Алена Михайловна, студентка нефтехимического института ОмГГУ специальности 280201 «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов» ОС-514.
Дата поступления статьи в редакцию: 15.10.2008 г.
© Скрипко Т.В., Хорышева А.М.
