CC BY
39
пищеи для других организмов, внедряют тем самым Cd в общую цепь питания. Кадмий представляет особую опасность для организма вследствие устойчивости и липофильности (взаимодействию с жирами), обуславливающими большой период полувыведения, который составляет более 10 лет [11].
Интенсивная сорбция меди глинистыми частицами обусловливает ее высокое содержание в донных отложениях. Основным источников поступления меди в природные воды являются сточные воды предприятий. Возможность десорбции из донных отложений зависит от рН среды (в кислой среде более подвижна), жесткости воды, от присутствия в ней природных и синтетических хелатов и других комплексообразо-вателей и ПАВ.
Подобно тому, как почва представляет собой «зеркало ландшафта», донные отложения могут расцениваться как «барометр», «зеркало» аквальных и водных экосистем. Донные отложения — это открытая физико-химическая система, через границы которой (водная толща — донные отложения) осуществляется материальный обмен с окружающей средой. Аккумулируя тяжелые металлы, высокотоксичные органические вещества, с одной стороны оказывают содействие самоочищению водной среды, тем не менее, с другой — представляют собой постоянный источник вторичного загрязнения водоемов.
На основании проведенных исследований было установлено, что озеро подвергается антропогенному воздействию. Влияние города Омска как интенсивного источника загрязнения отразилось на качество вод озер и их донных отложений. Неблагополучное состояние озера по физико-химическим показателям указывает на большое поступление хозяйственно-бытовых отходов. Озеро требует особого внимания к сохранению своего 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.
Озеро требует более детального исследования.
Библиографический список
1. Скрипко, Т. В. Практикум по прикладной экологии : учеб. пособие / Т. В. Скрипко, Л. Н. Котова. — Омск : Изд-во ОмГТУ, 2007. - 139 с.
2. Унифицированные методы анализа вод : под. ред. Ю. Ю. Лурье. - М. : Химия, 193. - 376 с.
3. Новгородцева, Л. В. Биогенные элементы : методические указания / Л. В. Новгородцева. — Омск : Изд-во ОмГТУ. 2002. — 38 с.
4. Новиков, Ю.В. Методы исследования качества воды водоемов / Ю. В. Новиков, К. О. Ласточкина, З. Н. Болдина. — М. : Медицина, 1990. - 400 с.
5. Трифонов, К. И. Физико-химические процессы в техносфере : учебник. - М. : Форум: ИНФА-М, 2007. - 380 с.
6. Гидрофизика и экология озер. Т.1. Гидрофизика. - М. : Физфак. МГУ, 2002. - 276 с.
7. Задачи и вопросы по химии окружающей среды / Н. П. Тарасова [и др.]. - М. : Мир, 2002. - 368 с.
8. Гусакова Н. В. Химия окружающей среды. Серия «Высшее образование». - Ростов-на-Дону : Финикс, 2004. - 192 с.
9. Попов, А.Н. Влияние донных отложений на состояние водотоков и водоемов // Мелиорация и водное хоз-во. - 2001. -№ 1. - С. 37-40.
10. Фелленберг, Г. Загрязнение природной среды. Введение в экологическую химию / Г. Фелленберг ; пер. с нем. - М. : Мир, 1997. - 232 с.
11. Экологическая химия ; пер. с нем. / под ред. Ф. Корте -М. : Мир, 1997. - 396 с.
СКРИПКО Тамара Васильевна, кандидат химических наук, доцент кафедры физической химии. НИТЕЙСКИЙ Антон Сергеевич, студент нефтехимического института специальности 280201 «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов», группа ОС-524. Адрес для переписки: e-mail: [email protected]
Статья поступила в редакцию 16.06.2010 г. © Т. В. Скрипко, А. С. Нитейский
УДК 502 Т. В. СКРИПКО
М. Л. ТУРЧАНИНОВА
Омский государственный технический университет
ГИДРОХИМИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ОЗЕРА ГОРОДСКОЙ ТЕРРИТОРИИ (СОВЕТСКИЙ ОКРУГ)
Исследованы поверхностные воды озера, расположенного вблизи Учхоза. Проведен анализ по физическим и химическим показателям, анализ на биогенные элементы, тяжелые металлы, пестициды. Выявлено несоответствие нормам ПДК практически по всем показателям. Озеро требует дальнейшего мониторинга, разработки и принятия охранных мер.
Ключевые слова: озеро, физические показатели, жесткость, биогенные элементы, тяжелые металлы.
Экспериментальная часть
Были взяты пять проб воды в прибрежной и серединной части озера. Интенсивность запаха оценивали по 5-балльной шкале (ГОСТ 3351) Для точного опре-
деления рН использовали иономер И-120.1. Определены физические показатели: плотность, взвешенные вещества, сухой остаток, электропроводность [1]. Электропроводность измерена на кондуктометре 5721 М. Определение кислотности и щелоч-
ности проводили с использованием индикаторов метилового оранжевого и фенолфталеина; общую жесткость — в присутствии индикатора хромогена черного. Комплексонометрическим методом с индикатором мурексидом определено содержание ионов кальция и вычислено содержание ионов магния. Для определения окисляемости использован перманганат-ный метод; йодометрический метод — для определения сероводорода. Титриметрическим методом определены хлорид- и сульфат-ионы. 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) [2].
Содержание ионов меди, железа, кадмия, алюминия, хрома определено фотоколориметрическим методом [1], пестицидов — методом газожидкостной хроматографии [3].
Обсуждение результатов
Исследуемое озеро находится на пути ручья Старозагородный, который впадает в реку Иртыш. Протяженность ручья от улицы Долгирева до улицы Красный путь — около 1,5 км. Берега самого озера захламлены бытовым мусором и представляют собой многолетний завал всевозможного мусора, подобные свалки наблюдаются на протяжении течения всего ручья (рис. 2). Водосбор озера осуществляется из вышележащих земель. Воды из озера перетекают к реке через дорогу по кюветам, по территории судоремонтного завода, по улицам. Водопропускные сооружения через дорожную сеть — дренажные сети — отсутствуют. Глубина озера небольшая, дно грязе-илистое. Питание осуществляется преимущественно за счет ручья и грунтовых вод [4].
Исследование озера проводили в осенний и весенний периоды. Получены данные, представленные в табл. 1—5.
Величина рН воды — один из важнейших показателей качества вод. От величины рН зависит развитие и жизнедеятельность водных растений, устойчивость различных форм миграции элементов. Значения рН находятся в нормах ПДК.
Данные по взвешенным веществам показали превышение ПДК от 81,5 до 129,16 раза. Взвешенные частицы влияют на прозрачность воды и на проникновение в нее света, состав растворенных компонентов поверхностных вод. И по эстетическим соображениям вода не подходит для рекреационного использования.
Сухой остаток дает представление о степени минерализации воды. В пробах зафиксировано превышение по данному показателю в 1,6 раза. Озерная вода с относительно повышенной минерализацией (500—1000 мг/л). Минеральную часть воды составляют ионы Ыа+, К+, Са2+, СТ , Я042-, НС03-. Этими ионами и обуславливается электропроводность природных вод. Величина удельной электропроводности служит приблизительным показателем суммарной концентрации электролитов, главным образом неорганических, и используется в программах наблюдений за состоянием водной среды для оценки минерализации вод. Наблюдается корреляция по данным сухого остатка и удельной электропроводности.
Рис. 1. Калибровочный график зависимости оптической плотности от концентрации нитрит-ионов
Рис. 2. Ручей Старозагородный
Экспериментальные исследования (табл. 2) показали отсутствие сильных кислот в озерной воде. Щелочность озера, как и у большинства природных вод, определяется только гидрокарбонатами кальция и магния при рН, не превышающим значение 8,5. Прослеживается определенная корреляция между щелочностью и наличием гидрокарбонат-ионов (табл. 3).
Одной из важнейших характеристик вод, во многом определяющих возможности их использования, является жесткость воды. Под карбонатной жесткостью понимается количество ионов кальция и магния, связанных с карбонат- и гидрокарбонат-ионами. Численное значение карбонатной жесткости равно сумме концентраций карбонат- и гидрокарбонат-ионов, выраженных в мг-экв/л. Жесткость поверхностных вод подвержена заметным сезонным колебаниям, достигая обычно наибольшего значения в конце зимы и наименьшего в период половодья. Вода с жесткостью менее 4 мг-экв/л считается мягкой, от 4 до 8 мг-экв/л — средней жесткости, от 8 до 12 мг-экв/л —жесткой. Происходит рост катионов озерной воды в такой последовательности: Са2+^ ^ Мд2 + ^ Ыа+. В составе катионов озерных вод преобладающая роль кальция сохраняется лишь до 1—2 г/кг, уступая при дальнейшем росте минерализации ионам натрия. Ионы магния сохраняют при всех величинах минерализации промежуточные положения. Причина подобного распределения ионного состава заключается в различной растворимости солей [5]. Выявлено превышение содержания ионов
Физические показатели
Показатель Номер пробы воды озера ПДК
1 2 3 4 5
1. Запах(баллы) 0 0 0 0 0 2
2. Плотность, г/см3 0,999 1,0 0,999 0,998 0,997 0,995-1
3. Взв. вещества, мг/л 2447 3548 4209 3875 2900 30
4. Сухой остаток, мг/л 960 460 320 228 1160 1000
5. рН 6,42 6,73 6,82 7,12 6,75 6,5-8,5
6. Электропроводность, S/m 0,0248 0,025 0,0246 0,0252 0,0248 2 мСм/см
Таблица 2
Химические показатели озерной воды
Показатели Номер пробы воды озера ПДК
1 2 3 4 5
Кислотность, мг/экв-л 1,6 1,4 1,56 1,8 1,4 6,5-7,5
Щелочность, мг/экв-л 8 7,2 7,6 8,4 7,8 4
Гидрокарбонаты, мг/л 414,8 427 414,8 427 402,6 400
Обшая жесткость, мг/экв-л 6,9 7,0 7,15 7,4 7,5 10
Ионы кальция, мг/л 44,088 744,096 46,092 52,104 50,1 180
Ионы магния, мг/л 57,152 55,936 58,976 58,368 60,8 40
Хлорид-ионы, мг/л 109,5 111,7 107,4 113,8 112,7 300
Сульфат-ионы, мг/л 24,7 25,4 25,9 25,1 25,6 500
Сероводород, мг/л 0,0198 0,0185 0,0217 0,0159 0,0186 Не допуст.
Окисляемость, мгО/л 7,6 7,76 7,44 7,6 7,12 4
Таблица 3
Химические показатели озерной воды
Показатели Номер пробы воды озера
1 2 3 4 5
Щелочность, мг/экв-л 8 7,2 7,6 8,4 7,8
Гидрокарбонат-ионы, мг-экв /л 6,8 7 6,8 7 6,6
Жесткость (карбонатная), мг-экв 6,9 7 7,15 7,4 7,5
Ионы кальция, мг-экв /л 2,2 2,4 2,3 2,6 2,5
Ионы магния, мг-экв /л 4,7 4,6 4,85 4,8 5
магния в 1,4—1,5 ПДК. Как показали исследования, хлориды являются одними из преобладающих анионов в озерной воде и их концентрация подвержена заметным сезонным колебаниям. Ионы С1- не усваиваются растениями и бактериями и выделяются в свободном состоянии организмами животных. Хлориды не склонны к образованию ассоциированных ионных пар.
Содержание сульфатных ионов, в отличие от хло-ридных, лимитируется присутствием ионов Са2+, которые образуют с Са2+ малорастворимый СаЯ04. Произведение растворимости равно [Са2+].[Я042-] = = 6,1.10-5. В присутствии посторонних солей растворимость СаЯ04 значительно повышается. Концентрация сульфатов коррелирует с изменением минерализации воды. Озеро подпитывается подземными стоками. Важнейшим фактором, определяющим режим сульфатов, являются меняющиеся соотношения между поверхностными и подземными стоками.
Заметное влияние оказывают окислительно-восстановительные процессы и биологическая обстановка в водном объекте. Предельно допустимая концентрация строго регламентируется нормативными актами. Данные Я042- лежат в пределах ПДК.
В водах озера обнаружен сероводород. Обычно в водах сероводород не содержится. Для водоемов санитарно-бытового и рыбохозяйственного пользования наличие сероводорода недопустимо. Вероятно, источником незначительных количеств И2Я являются придонные слои, где протекают восстановительные процессы или городские сточные воды. Сероводород в водах находится в виде недиссоци-ированных молекул И2Я, ионов гидросульфида ИЯ-и весьма редко — ионов сульфида Я2-. Соотношение между концентрациями этих форм определяются значениями рН воды: при рН<10 содержанием ионов сульфида пренебрегают; при рН = 7 содержание И2Я и ИЯ- примерно одинаково; при рН = 4 сероводород
Биогенные элементы
Показатели Номер пробы воды озера ПДК
1 2 3 4 5
Растворенный кислород, мг/л 10,64 10,48 10,96 10,40 10,72 > 4
Фосфат-ионы, мг/л 0,1825 0,4293 0,1727 0,3711 0,4244 0,1
Нитрит-ионы, мг/л 0,0066 0,006 0,027 0,02 0,025 3,3
Нитрат-ионы, мг/л 0,0012 0,0008 0,001 0,005 0,0006 45
Ионы аммония, мг/л 1,35 0,875 0,71 0,052 0,365 2
Металлы в озерной воде
Таблица 5
Показатели Номер пробы воды озера ПДК
1 2 3 4 5
Ионы железа, мг/л 0,22 0,22 0,5 0,85 0,91 0,3
Ионы хрома, мг/л 0,05 0,03 0,05 0,03 0,06 0,001
Ионы кадмия, мг/л 0,1 0,12 0,09 0,1 0,1 0,001
Ионы алюминия, мг/л 5 4,8 1,6 3 0,05 0,5
Ионы меди, мг/л 0 0 0 0 0 1
почти полностью (99,8 %) находится в молекулярной форме [5]. Наличие сероводорода в озерной воде служит показателем загрязнения водоема органическими веществами.
Данные по окисляемости подтверждают наличие в воде органических веществ (до 2 ПДК). Окис-ляемость выражается в миллиграммах кислорода, пошедшего на окисление органических веществ, содержащихся в 1 л воды. Состав органических веществ в природных водах формируется под влиянием многих факторов. К числу важнейших относятся внутриводоемные биохимические процессы продуцирования и трансформации, поступления из других водных объектов, с промышленными и хозяйственно-бытовыми сточными водами.
Круговорот биогенных веществ в озере не менее сложен, чем органических, с которыми он тоже связан (табл. 4). Концентрации биогенных элементов и их режим целиком зависят от интенсивности биохимических и биологических процессов, происходящих в водоеме.
Содержание кислорода тесно связано с процессами создания и деструкции органического вещества. Основные источники кислорода в озере — фотосинтез и атмосфера — обогащают верхние слои озера и потребление кислорода происходят на все глубинах. Кислородный режим оказывает глубокое влияние на жизнь водоемов. Минимальное содержание растворенного кислорода, обеспечивающее нормальное развитие рыб, составляет около 5 мг/л. Понижение его до 2 мг/л вызывает массовую гибель (замор) рыбы. Неблагоприятно сказывается на состоянии водного населения и перенасыщение воды кислородом в результате процессов фотосинтеза при недостаточно интенсивном перемешивании слоев воды. Процент насыщения озера кислородом при концентрации 10—11 мг/л составляет 75 %. В осенне-зимний период это соответствует умеренно-загрязненным водам.
Концентрация биогенных веществ в озере меняется посезонно, достигая максимума в зимнее время, когда процесс фотосинтеза почти отсутствует, а минерализация органических остатков в иле продол-
жается. Сезонные изменения в концентрации биогенных веществ при наличии стратификации температур протекают по-разному на разных глубинах [6].
Из неорганических соединений азота в воде содержатся аммонийные НИ4+, нитритные Ы02- и нитратные Н03- ионы. Их исследуют совместно из-за сходства их генезиса и возможности взаимного перехода одного иона в другой. Концентрация ионов аммония составляет 1,4 — 2,7 ПДК. Повышенная концентрация ионов аммония может быть использована в качестве индикаторного показателя, отражающего ухудшение санитарного состояния озера, процесса загрязнения поверхностных вод бытовыми и сельскохозяйственными стоками.
Концентрация нитритов в естественных условиях из-за их нестойкости очень незначительна (табл. 4). Нитратные ионы среди других неорганических соединений связанного азота наиболее устойчивы. Для режима Н03- характерно уменьшение и даже полное исчезновение в вегетационный период.
В соответствии с требованиями глобальной системы мониторинга состояния окружающей среды (ГСМОС^ЕМЯ) нитрит- и нитрат-ионы входят в программу обязательных наблюдений за состоянием водоемов и их трофического статуса.
Концентрация фосфат-ионов составляет 1,7 — 4,24 ПДК. Основной формой неорганического фосфора при значениях рН > 6,5 (табл. 1) является ион НРО42-(около 90 %). Избыточное содержание фосфатов в озере — отражение присутствия в водоеме примесей удобрений, компонентов хозяйственно-бытовых сточных вод, разлагающейся биомассы.
К числу важнейших факторов, обуславливающих загрязнение воды относятся металлы (табл. 5). К источникам поступления алюминия (от 3,2 до 10ПДК) можно отнести: атмосферные осадки, сточные воды производств. Растворимость соединений алюминия является функцией рН. При рН 5 — 6 в растворе преобладают ионы А1(ОН)2+; при рН>7 — ионы А1(0Н)4-.
Тяжелые металлы ^е, Сг, С^ Си) относятся к приоритетным загрязняющим веществам, наблюдения за которыми обязательно во всех средах. Токсич-
ность тяжелых металлов в значительной степени обусловлена их консервативностью и способностью к биоаккумуляции. Ионы тяжелых металлов, как правило, хорошо растворимы в воде и способны образовывать высокотоксичные металлоорганические соединения. Они могут перемещаться по пищевым цепям, включаясь в метаболический цикл и вызывая различные физиологические и генетические нарушения.
Из экспериментальных данных видно, что тяжелые металлы превышают нормы ПДК (по железу до 3 ПДК; по хрому от 30 до 60 ПДК; по кадмию от 90 до120 ПДК).
Концентрация железа подвержена заметным сезонным колебаниям. Осенне-весенние перемешивания водных масс (гомотермия) сопровождается окислением Fe(II) в Fe (III) и выпадением последнего в виде Fe(OH)3. Являясь биологически активным элементом, железо в определенной степени влияет на интенсивность развития фитопланктона и качественный состав микрофлоры в водоеме.
Соединения хрома в водоеме находятся в растворенном и взвешенном состояниях. Взвешенные соединения хрома представляют собой сорбированные соединения хрома. Сорбентами могут быть глины, гидроксид железа, остатки растительных и животных организмов. Ион железа (III) также оказывает существенное воздействие на переход части трехвалентного хрома в шестивалентную форму. Соединения Сг^) и Сг(Ш) в повышенных количествах обладают канцерогенными свойствами. Соединения Сг^) являются более опасными. Серьезное опасение вызывает большое содержание преимущественно в веществах, адсорбированных на взвешенных в воде частицах, и лишь 25 — 30 % его растворено в воде [5].
Осаждение из воздуха, вымывание из сельскохозяйственных угодий и вод, просачивающихся со свалок, суммарно могут привести к появлению высоких локальных концентраций.
Значительная часть кадмия может мигрировать в составе клеток гидробионтов и внедряться в общую цепь питания. Подобные вещества представляют особую опасность для организма вследствие их устойчивости и липофильности (взаимодействию с жирами), обуславливающими большой период полувыведения. Для кадмия период полувыведения составляет более 10 лет, поэтому даже следам кадмия, если они попадают в организм, необходимо уделять серьёзное внимание. Не приходится удивляться вред-
ным последствиям внедрения кадмия в организм: соответствующая болезнь носит название итаи-итаи, выражается в болезненном скручивании костей, анемии и почечной недостаточности.
Токсичность тяжелых металлов связана с образованием хелатов и сульфидов с биологически активными веществами, особенно с ферментами [7]. На основании проведенных исследований было установлено, что озеро подвергается антропогенному воздействию и требует особого внимания к восстановлению и сохранению его качества как рекреационной территории.
Исследования, проведенные в лаборатории ГНУ СибНИИСХ Россельхозакадемии, на наличие пестицидов показали отсутствие последних в водах озера.
Библиографический список
1. Унифицированные методы анализа вод / под ред. Ю. Ю. Лурье. - М. : Химия, 1973. - 376 с.
2. Новгородцева, Л. В. Биогенные элементы / Л. В. Новго-родцева. - Омск : ОмГТУ, 2002. - 38 с.
3. Новиков, Ю. В. Методы исследования качества воды водоемов / Ю. В. Новиков, К. О. Ласточкина, З. Н. Болдина. - М. : Медицина, 1990. - 400 с.
4. Валитов, Р. Г. Экологические каркасы - новая форма охраны бассейнов водосборов // Проблема управления и рационального использования ресурсов бассейна реки Иртыша : материалы Международной научно-практической конференции. - Омск : ООО «Издательский дом «Наука», - 2004. -С. 198-201.
5. Экологическая химия : пер. с нем. / под ред. Ф. Корте. -М. : Мир, 1997. - 396 с.
6. Гусакова, П. В. Химия окружающей среды / П. В. Гусакова. -Ростов-на-Дону : Феникс. - 192 с.
7. Фелленберг, Г. Загрязнения природной среды. Введение в экологическую химию / Г. Фелленберг : пер. с нем. ; под ред. К. Б. Заборенко. - М. : Мир, 1997. - 232 с. - ^N5-03-002857-9
СКРИПКО Тамара Васильевна, кандидат химических наук, доцент кафедры физической химии. ТУРЧАНИНОВА Марина Александровна, студентка нефтехимического института ОмГТУ специальности 280201 «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов», группа ОС-514. Адрес для переписки: е-шаП: [email protected]
Статья поступила в редакцию 16.06.2010 г. © Т. В. Скрипко, М. А. Турчанинова
Книжная полка
Короновский, Н. В. Геология [Текст] : учеб. для вузов по экол. специальностям / Н. В. Короновский, Н. А. Ясаманов. - 6-е изд., стер. - М. : Академия, 2010. - 445 с. - ISBN 978-5-7695-7038-4.
В книге рассмотрены форма, строение и физические свойства Земли, а также основные геологические, географические, геофизические и геохимические сведения о строении и составе земного шара и земной коры. Освещены экзогенные и эндогенные процессы, их взаимодействие и взаимообусловленность, рассмотрены их роль и значение в формировании и развитии земной коры и рельефа Земли. Изложены природа тектонических движений и деформаций, причины сейсмической активности, покровных оледенений и других геологических явлений в свете новой глобальной концепции — тектоники литосферных плит. Учебник написан с учетом новейших данных, полученных в результате геолого-геофизических, космических и океанологических исследований.
