CC BY
39
УДК 658.38; 585.15
НЕКОТОРЫЕ АСПЕКТЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ВОДЫ РЕКИ ЦНЫ © Е.Я. Ситнер, B.C. Советских
Sitner E.Y., Sovetskich V.S. Some issues of inspecting the quality of the river Tsna's water. The article describes the authors' attempt at research into the ecological balance of the river Tsna with the help of water quality generalised data - on biochemical and chemical oxygen consumption.
ВВЕДЕНИЕ
Стремительное развитие промышленности поставило перед человечеством немало задач, среди которых многие ученые и государственные деятели под номером первым обозначают проблему обеспечения водой растущего населения и хозяйства.
Но водная проблема стоит сейчас столь остро не столько из-за того, что во многих районах Земли пресной воды недостаточно или же ее распределение по сезонам года не отвечает потребностям развивающейся промышленности, а из-за того, что в результате хозяйственной деятельности воды рек и озер почти повсеместно сильно загрязнены [1].
Негативная экологическая ситуация, сложившаяся в водном хозяйстве Российской Федерации, привела к необходимости постоянного мониторинга водных объектов. Для жителей Тамбова и области несомненный интерес представляют данные мониторинга качества воды р. Цны.
По данным областного Комитета охраны природы, в поверхностные водные объекты области в 2000 году, например, сброшено 77,43 т фосфора общего, 145,96 т жиров и масел, 14,2 т железа , 4,89 тыс. т сульфатов и 8,45 тыс. т хлоридов. В том числе в г. Тамбове сброшено 2600 т сульфатов, 4320 т- хлоридов, 54,7 т фосфора общего и 215,6 т азота общего [2 ].
Крайне отрицательно на качестве воды в реках сказывается отсутствие очистных сооружений ливневого стока городов и поселков. В периоды ливневых дождей в речных водах резко увеличивается содержание загрязнителей группы азота, нефтепродуктов и взвешенных частиц. Накопление загрязняющих веществ в донных отложениях русел рек и на водосборах служит причиной вторичного загрязнения водных объектов.
Объектом наших исследований стала экологическая ситуация в канале р. Цны. В представленной работе изложены результаты, полученные в этой области на кафедре аналитической химии и экологии ТГУ им. Г. Р. Державина, показаны принципиальные возможности исследования экологического равновесия водных объектов с помощью обобщенных показателей качества воды - биохимического и химического потребления кислорода.
МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
Определение ХПК и БПК5 вели согласно арбитражным методикам [3,4].
При определении ХПК к 20 мл пробы (средней представительной) добавляли 10 мл ОД5 М раствора К2СГ2О7, по 0,4 г сульфатов серебра и ртути (П). При перемешивании добавляли 30 мл концентрированной серной кислоты и кипятили в течение 2 часов с обратным холодильником. После охлаждения приливали 100 мл дистиллированной воды, 5 капель ферроина, после чего обратным титрованием раствором соли Мора удаляли избыток К2СГ2О7. Параллельно проводили холостой опыт, используя вместо анализируемой - дистиллированную воду. Определения проводили в двукратной повторности.
При определении БПК5 отобранную пробу (не менее 1 л) насыщали кислородом воздуха в течение не менее 15 мин. Подготовленную пробу наливают в 3 предварительно ополоснутые анализируемой водой склянки, заполняя их до краев. В одной из трех склянок сразу же фиксируют и определяют кислород. Время между аэрацией пробы и фиксированием кислорода при определении его концентрации не должно быть более 15 мин.
Две другие склянки закрывают, помещают пробками вниз в заполненную дистиллированной водой фотографическую кювету или кристаллизатор (гидрозатвор) и устанавливают в термостат. Склянки выдерживают в термостате при 20 ± 1 °С в темноте в течение 5 суток. По истечении этого срока в инкубированных склянках определяют концентрацию растворенного кислорода по Винклеру. За величину БПК5 принимают среднее арифметическое результатов определения в двух склянках, подвергавшихся инкубации [4].
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
Приступая к анализу полученных данных, следует заметить, что на протяжении реки Цны от парома в Архиерейском лесу до водохранилища имеется 17 организованных выпусков сточных вод. Для отбора проб и анализа нами выбрано шесть, наиболее крупных, створов - три непосредственно в городской черте и три - в лесной зоне (рис. 1).
ріапі (1421x2164x256 Ьтр)
Рис. 1. Схема расположения точек отбора проб в канале реки Цны
Анализ вод водоемов относится к следовому анализу. Вследствие большого числа нормируемых показателей практически невозможно дать надежную оценку качества воды, используя только информацию о содержании в ней отдельных компонентов. Основу системы оценки качества вод должны составлять так называемые обобщенные показатели - определяемые непосредственным измерением количественные характеристики свойств воды, обусловленные совместным влиянием содержащихся в ней компонентов и необходимые для оценки ее качества [5]. Одним из наиболее существенных обобщенных показателей такого рода
является окисляемость компонентов воды. Б ПК и ХПК - самостоятельные и различающиеся по содержанию показатели. Смысл показателя ХПК заключается в определении количества кислорода, потребляемого при химическом окислении содержащихся в воде неорганических и органических восстановителей под действием различных окислителей. Этот показатель учитывает все органические вещества, находящиеся в воде.
Окисляемость речных вод измеряется в широких пределах - от 1 до 60 мг/л Ог. Первые же анализы показали, что вода характеризуется высоким значением ХПК.
Рис.2. Изменение среднемесячных значений ХПК вод р. Цны в городской черте
За время наблюдений (апрель - июнь 2001 г.) отмечена тенденция к уменьшению среднемесячных значений ХПК во всех точках наблюдений от апреля к июню (рис. 2). На наш взгляд, столь высокие показатели обусловлены, в первую очередь, смывом в реку большого количества загрязнителей (нефтепродуктов, сажи, различного рода органических отходов и т. д.), накопившихся за зимний период, талыми и дождевыми водами. Возможно также вымывание из почвы гумусовых веществ и других продуктов распада растительных и животных организмов. Существенную роль играют и залповые выбросы. Следует отметить всплески значений ХПК 17 апреля в точках 1 и 3 (свыше 80 мг/дм3), 25 апреля в точке 2 (48 мг/дм3), 26 и 28 апреля в точке 1 (50 мг/дм3 и 41 мг/дм3 соответственно). Внезапное повышение окисляемости, как правило, является следствием сброса сточных вод, чаще всего бытовых или промышленных. По сравнению со среднемесячными значениями ХПК в апреле 2001 года, в мае - июне отмечается снижение показателя.
Наличие такой тенденции объясняется, вероятно, протеканием процессов самоочищения, в результате которых в воде снижается концентрация веществ, способных к окислению.
Анализируя экологическую обстановку канала реки Цны в городской черте, следует отметить, что наиболее благоприятная ситуация сложилась в районе Парка культуры, тогда как наименее благоприятная - вблизи завода «Комсомолец» и станции сжижения воздуха. Возможной причиной можно считать сброс вод с Тамбовского ликероводочного завода, расположенного выше по течению.
Среднемесячные значения ХПК в пробах, отобранных в точках 4, 5, 6 (в районе Архиерейского леса), несколько ниже, чем в городской черте. Однако в этом районе значения ХПК отличаются нестабильностью (рис. 3). Причиной этого, по-нашему мнению, следует считать возможные сбросы в водный объект сточных вод ОАО «Пигмент», содержащих восстановители.
Как показали результаты проведенных наблюдений, ХПК природных вод изменяется в течение суток (табл. 1).
Таблица 1
Суточные колебания ХПК воды р. Цны в промышленной зоне г. Тамбова в июне 2001 г.
Точка Время отбора, ч
отбора 600 1200 1800
4 15,1 17,6 18,0
5 26,0 17,6 18,8
6 42,0 26,0 21,7
В точках 5 и 6 прослеживается тенденция к уменьшению величины ХПК в дневные и вечерние часы по сравнению с утренними. Снижение показателей объясняется, по всей видимости, протекающими в воде естественными процессами самоочищения и разбавления. Однако высокие абсолютные значения показателя свидетельствуют о возможном сбросе загрязнителей в ночные и предутренние часы.
Другой комплексный показатель экологического контроля - биохимическое потребление кислорода или БПК. Процесс биохимического потребления кислорода бытовых сточных вод подчиняется закону реакции 1 порядка:
V = кс,
где V - скорость реакции; к - константа скорости химической реакции; с - концентрация реагирующего вещества.
Концентрация органических веществ в сточных водах (определенная по БПК) изменяется во времени. Но этот процесс подчиняется кинетическому закону реакции 1-го порядка не на всем протяжении процесса. Считают, что время достижения БПКП0Лн. равно времени, в течение которого процесс заканчивается на 99 %. То есть, время минерализации органического вещества зависит от константы скорости этого процесса. Величина к определяется природой органических веществ.
Для бытовых сточных вод БПКз составляет 75-85 % от БПКполн. Для природных поверхностных вод можно считать, что эта величина составляет порядка 70 %.
Нами зафиксированы суточные колебания биохимического потребления кислорода в промышленной зоне г. Тамбова.
Ярко выраженных колебаний значений БПК5 не выявлено. На протяжении всего дня в точках 4 и 6 БПК5 немного снижалось, а в 5-ой практически осталось постоянным (см. табл. 2).
Рис. 3. Изменение ХПК воды р. Цны в промышленной зоне г. Тамбова в мае 2001 г.
Таблица 2
Суточные изменения БПК5 вод р. Цны в промышленной зоне г. Тамбова 6.06. 2001 г.
Точка от- Время отбора, ч
бора 6°о 12°° 1800
4 2,5 1,9 1,8
5 2,4 2,6 2,5
6 2,6 2,2 2,0
Воды в промышленной зоне г. Тамбова характеризуются чрезвычайно низким биохимическим показателем (БПКполн/ХПК): для точки 6 он составил менее 0,1, а для 5-ой - около 1,3. Этот факт свидетельствует о том, что воды загрязнены трудно- и долгоокисляемыми веществами. Помимо того, что воды с низким биохимическим показателем долго избавляются от загрязняющих веществ, они, как правило, являются токсичными для микрофлоры, осуществляющей окисление полютантов. Этим может быть некоторое снижение Б ПК5 в течение дня.
Ситуация, сложившаяся в г. Тамбове, внушает серьезные опасения. В апреле 2001 г. нами не зафиксировано не одного значения БПК5, которое не превышало бы ПДК менее чем в 4 раза. Среднее превышение ПДК по БПК5 за апрель в 1 - 3 точках составили:
6.3 ПДК, 4,8 ПДК и 5,5 ПДК• соответственно. Такое удручающее состояние водного бассейна реки Цны в городской черте не может быть объяснено лишь попаданием в воду загрязнений вместе с талыми водами.
Ситуация усугубляется тем, что Б ПК 5 является некоторой условной мерой загрязнения вод органическими веществами, в особенности достаточно легко подвергающимися биохимической деградации. Что, в свою очередь, ведет к нарушению условий существования гидробионтов, вплоть до полной гибели аэробных организмов. В первую, очередь гибнут рыбы, т. к. для них минимальное количество растворенного в воде кислорода должно составлять не менее 4-6 мг/л. В мае значения БПК5 в 1-3 точках несколько снизились, однако по-прежнему превышали ПДК: в точке 1 - 4,4 ПДК, в точке 2-4 ПДК и в точке 3 - 3,6 ПДК (рис. 4). Такая тенденция объясняется протеканием процессов самоочищения воды за счет микробиологического окисления полютантов.
В целом, ситуация, сложившаяся по БПК5 в водах реки Цны промышленной зоны г. Тамбова, более благоприятная, нежели в городской части. Фиксируемые значения в трех точках отбора проб не превышали ПДК более чем в 3,7 раза. Средние же значения в этих точках колебались в пределах двукратного превышения ПДК. Однако в промышленной зоне г. Тамбова также отмечались резкие скачки значений БПК Так, в течение недели значение БПК5 понизилось более чем в 4,5 раза: с
7.3 до 1,6 мг/дм3. Наличие таких всплесков значений указывает на залповые сбросы органических соединений.
Средние значения БПК5, фиксируемые в промышленной зоне г. Тамбова, значительно ниже соответствующих в центре и составили 4,1; 3,8 и 3,4 мг/дм3 для 4, 5 и 6 точек отбора проб, соответственно.
Рис. 4. Изменение среднемесячных значений БПКз вод р. Цны в городской черте
Несоответствие таких значений БПКз довольно высоким значениями ХПК, фиксируемыми в тех же точках и в те же дни, указывает на загрязнение вод реки Цны в промышленной зоне г. Тамбова трудно- и долгоокисляемыми веществами. Косвенно это подтверждают и низкие значения биохимического показателя.
Вообще, если проследить изменение биохимического показателя вод по месяцам, следует отметить, что этот показатель снижался от апреля к маю, а с мая по июнь - стабилизировался практически во всех точках отбора. Таким образом, можно констатировать, что в апреле воды р. Цны очищались за счет окисления легко-окисляющихся веществ, на протяжении же мая - июня соотношение концентраций легко- и трудноокисляющихся веществ остается практически постоянным и биохимический показатель вод реки Цны стабилизируется.
Таким образом, проведенные нами исследования по определению показателей окисляемости воды (ХПК и БПКз) реки Цны еще раз подтвердили удручающую негативную ситуацию в г. Тамбове. Загрязнение вод бытовыми, ливневыми и промышленными сточными водами приводит к увеличению значений ХПК и БПК5, что, в свою очередь, ведет к снижению количества растворенного кислорода, и, как следствие, замору и невозможности нормального существования и размножения гидробионтов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Авакян А.Б. Водные проблемы: мифы и реальность. М.: Знание, 1991. С. 4-12.
2. Доклад о состоянии окружающей природной среды и использовании природных ресурсов Тамбовской области в 2000 г. Тамбов, 2001. С. 18-27.
3. Руководящий документ (РД 52. 24. 421 -95). Методические указания. Определение химического потребления кислорода в водах. Ростов-н/Д.. 1995. С. 1-9.
4. Руководящий документ (РД 52. 24. 420-95). Методические указания. Определение в водах биохимического потребления кислорода скляночным методом. Ростов-н/Д, 1995. С. 1-14.
5. Дедков ЮМ., Келъина С.Ю., Елизарова О.В. Окисляемость как обобщенный показатель качества вод // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2000. Т. 66. № 1. С. 12-18.
ш____
■'Л'.
10,00
