CC BY
69
Bulletin AB RGS [Izvestiya AO RGO]. 2018. Ш 3 (50)
УДК 556.114.6
МИКРОЭЛЕМЕНТНЫЙ СОСТАВ ВОДЫ РЕКИ ОБИ В РАЙОНЕ ГОРОДА БАРНАУЛА
А.Н. Эйрих, Т.Г. Серых, В.Н. Степанец, Т.С. Папина
Институт водных и экологических проблем СО РАН, Барнаул, E-maii: alnik@iwep.ru; tangers62@gmail.com; stepanets. valeria@yandex. т; papina@iwep. т.
Исследовано содержание химических элементов в поверхностной воде реки Оби в районе г. Барнаула. Проведена оценка уровня ее загрязнения, выявлено превышение содержания А1, Т1, Си, Fe относительно предельно допустимых концентраций для вод рыбохозяйственного назначения. Рассмотрено распределение растворимых и взвешенных форм микроэлементов в воде реки Оби.
Ключевые слова: микроэлементы, вода, река Обь.
Дата поступления 10.09.2018
Обь - одна из крупнейших рек земного шара. По водосборной площади она занимает первое место по России, по длине - второе, третье - по водоносности. Использование ее вод как источника водоснабжения для питьевых и промышленных целей требует постоянного контроля качества [1-2], которое по результатам наблюдений, выполненных Алтайским ЦГМС, не изменилось за последние годы: для створа выше Барнаула - «очень загрязненная», для створа ниже города - «грязная» [3].
Среди множества токсикантов, поступающих в природные воды, особое значение имеют микроэлементы. Включаясь в миграционные процессы, они аккумулируются в различных компонентах водных экосистем. Особая опасность заключается в том, что в отличие от веществ органической природы, в большей или меньшей степени разлагающихся в природных водах, микроэлементы (в первую очередь, металлы) в них стабильны и изменяют только свои формы нахождения [4].
Являясь непременными компонентами поверхностных вод суши, микроэлементы значительным образом влияют на качество водной среды и функционирование водных экосистем [5-6]. Например, такие металлы, как марганец, медь, кобальт, никель, ванадий, железо,
цинк, молибден входят в состав ферментов некоторых белков и витаминов. Однако поступление из внешней среды избыточных количеств этих элементов приводит к различным токсическим эффектам.
Попав в организм, в отличие от биогенных микроэлементов, они чаще всего не подвергаются существенным превращениям и крайне медленно из него выводятся. Степень их отрицательного воздействия зависит не только от концентрации, превышающей уровень ПДК, но и от природы металла. Высокотоксичными являются ксенобиотики, т.е. элементы, не входящие в состав биомолекул (например, кадмий и свинец) [7].
В природных водах микроэлементы присутствуют в различных ионных и молекулярных формах. При этом выделяют три основных типа их миграции в водных средах: истинно растворенная, взвешенная и коллоидная. При исследовании речных экосистем важным аспектом, в первую очередь, является изучение содержания растворенных форм микроэлементов [8], которые могут быть как нетоксичными, так и проявлять ее в водных экосистемах в различной степени: от низкой до высокой.
Целью работы было изучение современного состава и содержания рас-
Известия АО РГО. 2018. № 3 (50)
творенных и взвешенных форм микроэлементов в поверхностной воде реки Оби в районе г. Барнаула. Проведены комплексные исследования уровня загрязненности Оби в районе г. Барнаула. Содержание и распределение микроэлементов (Li, Al, Ti, Mn, Co, V, Ni, Cu, Zn, As, Cd, Pb, Fe) в системе «вода -взвешенное вещество» изучали в период половодья в июне 2018 г. Пробы воды отбирали стеклянным батометром, затем фильтровали и консервировали концентрированной азотной кислотой (марки ОСЧ) до pH < 2 [9]. С целью учета возможного загрязнения образца при отборе, фильтровании, консервации, транспортировке и хранении проводили контроль с помощью «холостого» опыта, значение которого учитывали при расчетах. Содержание микроэлементов определяли методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ICP MS) на приборе ICAP-Qc. С целью соблюдения чистых условий отбора и анализа проб при определении в них низких концентраций элементов для подготовки посуды и приготовления эталонов (построение калибровочного графика) использовали ультрачистую воду, очищенную с помощью системы Simplicity, а консервацию проб проводили очищенной с помощью перегонки на приборе Savillex DST-1000 азотной кислотой. Соблюдение особо чистых условий при выполнении процедур отбора и пробоподготовки позволили снизить пределы обнаружения определяемых микроэлементов до 0,0001 мг/л.
Результаты и обсуждение
Анализ микроэлементного состава воды реки Оби в районе г. Барнаула показал, что концентрации металлов варьируют в широких пределах (табл. 1). Так содержание Fe в исследуемых пробах изменялось в пределах от 26 до 144 мкг/л, Ti - от 43 до 78 мкг/л, Ni -2,2 до 4,0 мкг/л, Mn - от 2,0 до 7,4 мкг/л, Cu - от 0,8 до 2,6 мкг/л, Zn -от 1,4 до 2,4 мкг/л, Al - от 21 до
97 мкг/л. Концентрации As, Cd, V, РЬ и Со в отобранных пробах составляли менее 1 мкг/л.
В настоящее время р. Обь присвоен статус водного объекта рыбохозяй-ственного назначения высшей категории, поэтому для оценки уровня ее загрязненности было проведено сравнение полученных концентраций растворенных форм металлов с их предельно допустимыми концентрациями для вод рыбохозяйственного (ПДК р.х.) назначения. Анализ полученных результатов показал, что в отобранных пробах воды превышение ПДК р.х. наблюдается для Fe в 1,1-1,4 раз, для Си - в 1,1-2,6 раз, для Al - в 1,1-2,4 раз и для Т - в 0,8-1,3 раз. По остальным определяемым элементам превышение ПДК р.х. не отмечалось (табл. 1).
Химическое видообразование имеет первостепенное значение при оценке реакционной способности металла в биологических и экологических процессах, при этом содержание растворенных форм микроэлементов в воде отражает биологически доступные формы загрязняющих веществ.
Таблица 1
Средние, минимальные и максимальные значения концентраций растворенных форм микроэлементов в поверхностной воде р. Обь, мкг/л
Концентрация
Элемент средняя TT11T1 max ПДК р.х.
(n=27) nun
Li 1,0 0,8 1,5 80
Al 77 21 97 40
Ti 55 43 78 60
V 0,67 0,5 1,1 1
Mn 3,6 2,0 7,4 10
Co 0,15 0,1 0,2 10
Ni 2,6 2,2 4,0 10
Cu 1,2 0,8 2,6 1
Zn 1,6 1,4 2,4 10
As 0,54 0,4 0,8 50
Cd 0,09 0,03 0,5 5
Pb 0,12 0,06 0,24 6
Fe 96 26 144 100
Примечание: n - количество проб.
Bulletin AB RGS [Izvestiya AO RGO]. 2018. No 3 (50)
Таблица 2
р. Обь происходит преимущественно в составе взвешенного вещества, в то время как сток Т1, V, N1 Си, Лб осуществляется в виде растворимых соединений.
Среднее содержание растворенных и взвешенных форм микроэлементов в воде р. Обь, %
Элемент РФ ВЗ
Al 48,5 51,5
Ti 93,7 6,3
V 61,8 38,2
Mn 17,3 82,7
Co 43,8 56,2
Ni 91,8 8,2
Cu 73,8 26,2
As 72,9 27,1
Pb 22,8 77,2
Fe 10,8 89,2
Заключение
Примечание: РФ - растворенные формы; ВФ - взвешенные формы.
Поэтому в данной работе были изучены соотношения взвешенных и растворенных форм микроэлементов (табл. 2). Результаты анализа показывают, что сток Л1, Мп, Бе, РЬ, Со в воде
При изучении современного микроэлементного состава поверхностной воды реки Оби в районе г. Барнаула было выявлено превышение допустимых норм концентраций (ПДК р.х.) для следующих элементов: Fe - в 1,1-1,4 раз, Си - в 1,1-2,6 раз, А1 - в 1,1-2,4 раз, Т -в 0,8-1,3 раз. Показано, что в период половодья (июнь 2018 г.) микроэлементы Л, V, № Си, As в воде р. Обь транспортируются в растворенных формах, в то время как Л1, Со, Fe, Мп, РЬ мигрируют преимущественно в составе взвешенного вещества.
Список литературы
1. Черняев А.М. и др. Вода России. Речные бассейны. - М.: ФГУН, 2000. - 536 с.
2. Эйрих А.Н., Серых Т.Г. Содержание микроэлементов в воде бассейна реки Обь // Мир науки, культуры, образования. - 2010. - № 6-1. - С. 245-248.
3. Доклад «О состоянии и об охране окружающей среды городского округа - города Барнаула Алтайского края в 2016 г.». - Барнаул, 2017. - 100 с.
4. Справочник по гидрохимии / А.М. Никаноров и др. - Л.: Гидрометеоиздат, 1989. - 390 с.
5. Эйрих А.Н., Третьякова Е.И., Папина Т.С. Аналитический контроль тяжелых металлов в донных отложениях речных экосистем (на примере реки Обь) // Мир науки, культуры, образования. - 2009. - № 5. - С. 11-13.
6. Линник П.Н., Искра И.В. Роль растворённых органических веществ в миграции цинка, свинца и кадмия в водохранилищах Днепра // Водные ресурсы. - 1997. - № 4.
7. Канатникова Н.В., Кочкарев В.Р. Тяжелые металлы в питьевой воде и их характеристика // Уч. записки ОГУ. - 2008. - № 2. - С. 10-14.
8. Папина Т.С. Транспорт и особенности распределения тяжелых металлов в ряду: вода - взвешенное вещество - донные отложения речных экосистем // Аналитический обзор. Сер. Экология. Вып. 62. - Новосибирск: ГПНТБ, 2001.
9. Охрана природы. Гидросфера. Общие требования к отбору проб поверхностных и морских вод, льда и атмосферных осадков. - Введ.01.07.86. - М., 2002. - ГОСТ 17.1.5.05-85.
References
1. Chernyaev A.M. i dr. Voda Rossii. Rechnye basseyny. - M.: FGUN, 2000. - 536 s.
2. Eyrikh A.N., Serykh T.G. Soderzhaniye mikroelementov v vode basseyna reki Ob // Mir nauki, kultury, obrazovaniya. - 2010. - № 6-1. - S. 245-248.
H3eecmun AO PW. 2018. № 3 (50)
3. Doklad «O sostoyanii i ob okhrane okruzhayushchey sredy gorodskogo okruga - goroda Barnaula Altayskogo kraya v 2016 g.». - Barnaul, 2017. - 100 s.
4. Spravochnik po gidrokhimii / A.M. Nikanorov i dr. - L.: Gidrometeoizdat, 1989. -390 s.
5. Eyrikh A.N., Tretyakova Ye.I., Papina T.S. Analitichesky kontrol tyazhelykh metal-lov v donnykh otlozheniyakh rechnykh ekosistem (na primere reki Ob) // Mir nauki, kultury, obrazovaniya. - 2009. - № 5. - S. 11-13.
6. Linnik P.N., Iskra I.V. Rol rastvoryonnykh organicheskikh veshchestv v migratsii tsinka, svintsa i kadmiya v vodokhranilishchakh Dnepra // Vodnye resursy. - 1997. - № 4.
7. Kanatnikova N.V., Kochkarev V.R. Tyazhelye metally v pityevoy vode i ikh kharak-teristika // Uch. zapiski OGU. - 2008. - № 2. - S. 10-14.
8. Papina T.S. Transport i osobennosti raspredeleniya tyazhelykh metallov v ryadu: voda - vzveshennoye veshchestvo - donnye otlozheniya rechnykh ekosistem // Analitichesky ob-zor. Ser. Ekologiya. Vyp. 62. - Novosibirsk: GPNTB, 2001.
9. Okhrana prirody. Gidrosfera. Obshchiye trebovaniya k otboru prob poverkhnostnykh i morskikh vod, lda i atmosfernykh osadkov. - Vved.01.07.86. - M., 2002. - GOST 17.1.5.05-85.
THE TRACE ELEMENT COMPOSITION OF WATER IN THE OB RIVER NEAR BARNAUL
A.N. Eirikh, T.G. Serykh, V.N. Stepanets, T.S. Papina
Institute for Water and Environmental Problems SB RAS, Barnaul, E-maii: alnik@iwep.ru; tangers62@gmail.com; stepanets.valeria@yandex.ru; papina@iwep.ru
The content of chemical elements in the surface water of Ob River the largest in world is investigated. The content of trace element is determined by inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP MS). An assessment of the level of river water pollution in the area of Barnaul, the excess of the Al, Ti, Cu, Fe content relative to the maximum permissible concentrations for fishery waters was detected. The distribution of forms of microelements in water is considered. In the period of high water (June 2018), the microelements Ti, V, Ni Cu, As in the water of the Ob River transported in dissolved forms, while Al, Co, Fe, Mn, Pb migrate predominantly - in the suspended matter.
Keywords: microelements, water, Ob River.
Received September 10, 2018
