CC BY
42
А СТРАХАНСКИЙ ВЕСТНИК ЭКОЛОГИЧЕСКОГО ОБРАЗОВАНИЯ
№2 (40) 2017. с. 43-49.
УДК 504.054
ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ВОДОЕМОВ Г. АСТРАХАНИ ПО ХИМИЧЕСКИМ
ПОКАЗАТЕЛЯМ Татьяна Федоровна Рудева ФГБУ «Северо-Каспийская дирекция по техническому обеспечению надзора на море»
Елена Николаевна Макарова ФГБУ «Северо-Каспийская дирекция по техническому обеспечению надзора на море»
[email protected] Мария Павловна Грушко ФГБОУ ВО «Астраханский государственный технический университет»
водоем, массовые концентрации, Астрахань, тяжелые металлы, биогенные элементы, нефтепродукты, качество воды.
В данной научной работе анализируются исследования массовых концентраций тяжелых металлов, биогенных элементов и нефтепродуктов в природных водах канала Приволжский Затон, канала им. 1 Мая (Варвация), рукава Кутум, рукава Царев. Особое внимание уделяется сравнению полученных данных 2016 и 2017 годов исследования, а также оценке состояния водоемов в соответствии с нормативами предельно допустимых концентраций вредных веществ в воде. В данной статье представлены сведения о современном уровне состояния водных объектов и рекомендации по использованию экспериментальных данных для улучшения качества их водной среды.
AN ASSESSMENT OF THE CHEMICAL STATUS OF WATER BODIES IN
ASTRAKHAN CITY Tatyana Fedorovna Rudeva Elena NikolaevnaMakarova FSBI "North-Caspian Directorate for technical assistance of law enforcementat sea"
[email protected] Maria Pavlovna Grushko Astrakhan State Technical University
water body, Astrakhan, Volga River, contaminant concentration, heavy metals, nutrients, petroleum products, water quality.
This study presents mass concentrations of heavy metals, nutrients and petroleum products in natural waters of the Volga backwater, 1 May (Varvatsiya) canal, Kutum Horn, Tsarev Horn. Special attention is paid to comparison of the data obtained in 2016 and 2017 as well as to assessment of contamination of the water bodies in accordance with the Russian national water quality standards (maximum permissible concentrations). This article provides information on the quality of the water bodies and recommendations how to use the experimental data for managing water quality there.
Высокий уровень антропогенной нагрузки на водные объекты города Астрахани представляет экологическую опасность, но еще большую опасность представляет тенденция его увеличения от года к году. Исследования состояния притоков, в том числе - малых рек, весьма актуальны, поскольку качество вод определяет состав и структуру биоценозов водоемов. Особое значение имеют малые водотоки урбанизированных территорий, играющие важную роль в формировании эколого-природного каркаса города [7].
В исследовании качества воды, широко применяется химический анализ, который в наши дни является достоверным и надежным способом оценки пригодности воды для водопользования.
Целью исследований являлась оценка состояния водоемов г. Астрахани по химическим показателям.
Объектом исследования являлись природные воды следующих внутригородских водоемов: канал Приволжский Затон, канал им. 1 Мая (Варвация), рукав Кутум, рукав Царев. Материалом для данных исследований послужили пробы воды, отбиравшиеся в двух точках каждого анализируемого водоема в мае 2016 года и апреле 2017 года.
Оценка состояния внутригородских водоемов г.Астрахани основывалась на исследовании массовых концентраций тяжелых металлов, биогенных элементов и нефтепродуктов. Лабораторные испытания проводились в аккредитованной лаборатории Информационно-аналитического центра ФГБУ «СевКасптехмордирекция». Анализ содержания тяжелых металлов в исследуемой воде включал в себя измерение концентраций марганца, свинца, хрома, бария, железа, меди, цинка, кадмия, никеля в соотвествии с ПНД Ф 14.1:2:4.135-98.
Содержание биогенных элементов в анализируемых водных объектах оценивалось по результатам анализа массовых концентраций ионов аммония, нитрат-ионов, нитрит-ионов, фосфат-ионов. Проведение анализа содержания ионов аммония осуществлялось в соответствии с ПНД Ф 14.1:2.1-95; нитрат - ионов по ПНД Ф 14.1:2:4.4-95; нитрит - ионов в соответствии с ПНД Ф 14.1:2:4.3-95; фосфат - ионов в соответствии с ПНД Ф 14.1:2:4.112-97.
Проведение измерений массовой концентрации нефтепродуктов осуществлялось в соответствии с ПНД Ф 14.1:2:4.168-2000.
Исследование содержания массовых концентраций тяжелых металлов
Концентрация растворенных форм марганца, установленная в 2016 году, находилась в пределах от 0,0041 до 0,0070 мг/дм . Результаты анализа, проведенного в 2017 году, были представлены диапазоном значений от 0,0152 до 0, 0235 мг/дм , и, следовательно, характеризовались повышением по сравнению с прошлым исследованием [рисунок 1].Уровень ПДК марганца (Приказ Росрыболовства от 18.01.2010 №20 «Об утверждении нормативов качества воды водных объектов рыбохозяйственного значения, в том числе нормативов предельно допустимых концентраций вредных веществ в водах водных объектов рыбохозяйственного значения»), соответствующий нормативам качества воды водных объектов рыбохозяйственного значения, составляет 0,01 мг/дм . Таким образом, следует отметить превышение содержания металла в исследованиях 2017 года [рисунок 2].
0,018 0,016 СП а #,014 а ,012 £ & 0,01 Рн <и |),008 и §0,006 о и |0,004 0,002 0
-----■-■-■
х
/
/ -Ф-Мп
^^^^ / """Ва
-----*-А
Канал Приволжский Канал им. 1 Мая Рукав Кутум Рукав Царев Затон
44
Рис.1. Значения массовых концентраций тяжелых металлов в водных объектах в 2016
году
Массовая концентрация бария в анализируемых пробах воды в 2016 году варьировала в пределах от 0,016 до 0,017 мг/дм [см. рис. 1]. В 2017 году отмечалось повышение концентраций рассматриваемого элемента в 2 раза, характеризующееся пределом от 0,032 до 0,037 мг/дм3 [см. рис. 2]. Полученные результаты экспериментов не превышали установленную ПДК данного элемента, равную 0,74 мг/дм .
Исследования вод внутригородских водоемов в 2016 году свидетельствовали об уровне содержания соединений цинка в пределах от 0,0015 до 0,0033 мг/дм [см. рис. 1]. В 2017 году наблюдалось снижение концентраций данного элемента в водах канала им.1 Мая (0,0010 мг/дм3)
и рукава Кутума (0,0009 мг/дм ), были выявлены концентрации близкие к нулю в водах рукава Царева [см. рис. 2]. 0,04
0,035
СП
а
-5 0,03
(■н
а
§ 0,025 я
03 &
£ 0,02 <и Я д
§ 0,015 «
8 0,01
о 03
а
0,005 0
Канал Канал им. 1 Мая Рукав Кутум Рукав Царев Приволжский Затон
Рис.2. Значения массовых концентраций тяжелых металлов в водных объектах в 2017
году
Соединения цинка в водах исследуемых водоемах в течение двух серий исследований
..........3
находились ниже нормируемого уровня ПДК - 0,01 мг/дм .
Содержание массовых концентраций кадмия во всех анализируемых пробах воды в 2016 году находились в концентрациях близких к нулю. Наблюдалось значительное повышение данного металла в исследуемых водах в 2017 году, характеризующееся уровнем
3 „ и
содержания от 0,0006 до 0,0009 мг/дм3, с доминирующей концентрацией в водах рукава Кутума [см. рис. 2]. Вышеприведенные сведения об уровне содержании кадмия в водах внутригородских водоемов не превышают ПДК элемента (0,005 мг/дм ).
Результаты исследования массовой концентрации меди, полученные в 2016 году, характеризовались минимальным значением и находились ниже предела обнаружения используемого метода. Минимальная концентрация анализируемого металла в исследованиях 2017 года отмечалась в водах рукава Царев (0,0017мг/дм ). Необходимо отметить, что уровень ПДК меди в водных объектах рыбохозяйственного значения составляет 0,001 мг/дм3, вследствие чего, воды рукава Царев характеризовались данным видом загрязнения в размере 1,7 ПДК. Превышение нормируемого качества воды отмечалось
3 3
в Кутуме (0,0031мг/дм ) и канале им.
1 Мая (0,0031мг/дм3)
в 3 раза, Приволжском Затоне
(0,0052 мг/дм3)
в 5 и более раз[см. рис. 2].
Мп Ва гп Си
еа
Массовая концентрация никеля в природных водах 2016 года находилась в пределах от 0,0034 до 0,0126 мг/дм , при доминировании концентрации в водах рукава Царев. ПДК данного элемента в водных объектах рыбохозяйственного значения составляет 0,01 мг/дм3. Таким образом, водным объектам - Приволжский Затон, канал им.1 Мая и Кутум, не свойственно загрязнение данным металлом, тогда как рукав Царев характеризуется превышением допустимого содержания элемента вводе в размере 1,26 ПДК [см. рис. 1]. Значения массовой концентрации никеля в исследованиях 2017 года, не достигали нижнего предела измерения- 0,005 мг/дм3, что объясняет их нахождение в минимальном количестве.
Содержание массовых концентраций свинца и хрома во всех анализируемых пробах воды в исследованиях 2016-2017 годов находилось в концентрациях ниже диапазонов измерения.
Полученные данные массовой концентрации общего железа в анализируемых водах находились ниже измеряемого диапазона (от 0,05-2,0 мг/дм3), а также ниже ПДК данного элемента - 0,1 мг/дм .
Таким образом, в 2017 году по сравнению с прошлым годом повышение массовых концентраций наблюдалось среди таких металлов как марганец, барий, кадмий и медь, превышение нормируемой ПДК достигалось марганцем и медью.
Исследуемые образцы вод, отобранные из канала Приволжский Затон, канала им. 1 Мая (Варвация), рукавов Кутум и Царев, характеризуются относительно низким содержанием тяжелых металлов, находящихся в пределах ПДК, за исключением повышенной концентрации единственного элемента - марганца.
Исследование содержания массовых концентраций биогенных элементов
Наивысшими массовыми концентрациями аммиака характеризовались пробы воды, отобранные в мае 2016 г. на рукаве Царев и имевшие значения на участке ТЦ METRO и лодочной станции - 0,72 и 1,01мг/дм3соответственно [таблица 1]. Следует отметить снижение концентрации биогенного элемента в 2017 г. на выше рассматриваемых участках отбора более чем в 2 раза. Максимальные значения концентраций аммиака - 0,41 и 0,38мг/дм , полученные в 2017 г., наблюдались в двух пунктах отбора воды из рукава Кутум, что, в усредненной форме (0,4мг/дм3), ниже значений предыдущего года исследования (0,5 мг/дм ). Массовые концентрации ионов аммония в природных изучаемых водах находились ниже установленой ПДК, имеющей значения 1,5 мг/дм3.В итоге, можно утверждать о снижении концентрации аммиака и аммония-иона в 2017 г. по сравнению с 2016 г [см. табл.1].
Уровень содержания нитратов в 2017 г. во всех анализируемых пробах воды значительно превышал показания прошлого года. Максимальная концентрация нитратов как в 2016 г, так и в 2017 г. отмечалась в водах рукава Кутум, на участке моста на ул. Студенческая - Н.Островского -0,047 и 2,6мг/дм3соответственно.
Таблица 1
Значения массовых концентраций биогенных элементов в воде внутригородских водоемов г. _Астрахани_
Участки отбора проб Наименование показателей, ед. измерения
Аммиак и аммоний - ион, мг/дм3 Нитраты, мг/дм3 Нитриты, мг/дм3 Фосфаты, мг/дм3
май 2016г апрель 2017г май 2016г апрель 2017г май 2016г апрель 2017г май 2016г апрель 2017г
Канал Приволжск ий Затон Старый мост 0,38 ± 0,13 0,18± 0,06 0,028 ± 0,006 0,8±0,1 0,92± 0,17 0,024± 0,005 0,19±0, 03 0,07±0,0 1
Мост у площади Свободы 0,27± 0,10 0,25± 0,09 0,026 ± 0,005 0,8± 0,1 0,83± 0,15 0,023± 0,005 0,20±0, 03 0,12±0,0 2
Канал им. 1 Мая (Варвация) Варвациев ский мост 0,33± 0,11 0,21± 0,07 0,024 ± 0,005 0,9± 0,2 0,75± 0,13 0,020± 0,004 0,20±0, 03 0,06±0,0 1
Ивановски й мост 0,29± 0,10 0,33± 0,11 0,022± 0,004 1,4± 0,3 1,7±0,3 0,034± 0,007 0,14±0, 02 0,13±0,0 2
Рукав Кутум Сетевязаль ная фабрика 0,29± 0,10 0,41± 0,14 0,024± 0,005 2,6± 0,5 2,0±0,4 0,056± 0,011 0,14±0, 02 0,15±0,0 2
Мост на Ул. Студенчес кая-Н.Островс кого 0,68± 0,24 0,38± 0,13 0,047± 0,009 2,6± 0,5 1,6±0,3 0,055± 0,011 0,20±0, 03 0,14±0,0 2
Рукав Царев ТЦ METRO 0,72± 0,25 0,26± 0,09 0,040± 0,008 1,9± 0,3 1,4±0,3 0,050± 0,010 0,50±0, 08 0,11±0,0 2
Лодочная станция 1,01± 0,21 0,25± 0,09 0,039± 0,008 1,4± 0,3 0,86± 0,15 0,050± 0,010 0,55±0, 08 0,12±0,0 2
Исследования 2017 года свидетельствовали также о высоком содержании данного элемента на участке ООО «Сетевязальная фабрика».Полученные значения массовых концентраций нитратов не превышали ПДК, равную 45 мг/дм3[см. табл.1].
Уровень массовых концентраций нитритов, полученных в 2017 году, являлся в десятки раз ниже уровня 2016 года исследования. Доминирующее значение нитритов отмечалось на участке ООО «Сетевязальная фабрика» как в 2016 г. - 2,0мг/дм , так и в 2017 г. - 0,056мг/дм3. Полученные результаты содержания данного биогенного элемента не
3 3
превышали ПДК (3,3 мг/дм ).Наименьшим содержанием нитритов (0,75мг/дм ) в 2016 году характеризовался участок отбора воды у Варвациевского моста, обладающий наименьшим значением и в 2017 году (0,020мг/дм ) [см.табл.1].
Исследование массовой концентрации фосфатов в природных водах, проводимое в 2016 году, характеризовалось значениями от 0,14 до 0,55 мг/дм при выявлении максимальной концентрации в водах рукава Царев. Доминирующие концентрации биогенного элемента в водах рукава Царев в 2016 году сменялись меньшими концентрациями в 2017 году (0,11 -0,12 мг/дм3). Содержание фосфатов в исследуемых образцах воды, отобранных в 2017 году, снижалось до предела значений от 0,06 до 0,15 мг/дм3. Пункты отбора проб воды у Ивановского моста и ООО «Сетевязальная фабрика» характеризовались достаточно неизменным уровнем содержания фосфатов как в 2016, так и в 2017 году [см.табл.1].
В заключение нужно отметить, что содержание изучаемых биогенных элементов находилось в пределах ПДК. Поверхностные воды характеризовались умеренными
концентрациями ионов аммония. Уровень содержания нитратов был достаточно низок и имел значения от сотых долей до 3 мг/дм3. Концентрация нитритов в поверхностных водах внутригородских водоемов демонстрировала тенденцию к снижению, так же как и уровень фосфатов. Проведенный анализ показал, что поверхностным водам канала Приволжский Затон, канала им. 1 Мая (Варвация), рукавам Кутум и Царев,имеющим низкие концентрации биогенных элементов, не свойственно биогенное загрязнение.
Исследование содержания массовых концентраций нефтепродуктов Экспериментально полученные значения концентраций нефтепродуктов за 2016 -2017 годы исследований не превышали соответствующий уровень ПДК, установленный для водных объектов рыбохозяйственного значения - 0,05 мг/дм [таблица 2].
Измерения концентраций нефтепродуктов, проведенные в мае 2016 года, представляли собой диапазон от 0,003 до 0,039 мг/дм3. Концентрация рассматриваемого загрязнителя в ходе исследований 2017 года снижалась до 0-0,012 мг/дм и находилась ниже предела измерений, то есть ниже 0,02 мг/дм3. Наивысшей концентрацией нефтепродуктов, полученной как в 2016 году, так и в 2017 году характеризовалась точка отбора воды в канале им.1 Мая у Ивановского моста [см. табл.2]. В 2017 году полученное значение в данном пункте снизилось более чем в 3 раза по сравнению с прошлым годом, что, в свою очередь, соответствовало концентрации 0,012 мг/дм3.
Таблица 2
Значения массовых концентраций нефтепродуктов в исследуемых водоемах г. Астрахани,
мг/дм3
Результат, мг/дм3
май 2016 г. апрель 2017 г.
Участки отбора проб Результат Итоговый Результат Итоговый
измерений Х, мг/дм3 результат, мг/дм3 измерений Х, мг/дм3 результат, мг/дм3
Канал Приволжский Затон «Старый» мост 0,005 <0,02 0,000 <0,02
Мост у площади Свободы 0,003 <0,02 0,005 <0,02
Канал им. 1 Мая Варвациевский мост 0,010 <0,02 0,002 <0,02
(Варвация) Ивановский мост 0,039 0,039±0,016 0,012 <0,02
Сетевязальная фабрика 0,012 <0,02 0,000 <0,02
Рукав Кутум Мост на ул. Студенческая-Н.Островского 0,019 <0,02 0,011 <0,02
ТЦ METRO 0,004 <0,02 0,002 <0,02
Рукав Царев Лодочная станция 0,005 <0,02 0,000 <0,02
Участок Ивановского моста характеризовался ближайшим расположением крупных торговых комплексов, таких как «Маяк» и «Московский», а также торгового павильона, вследствие чего данная территория располагает 5 общедоступными парковочными зонами. В рассматриваемом случае, часть нефтепродуктов, поступающая в поверхностные природные воды, представляет собой отработанные моторные масла. Путь поступления последних возможен как с промышленными стоками, так и с дождевыми потоками через ливневую канализацию и с поверхностным стоком. Поэтому отработанные масла, загрязняющие землю у автостоянок и гаражей, в итоге попадают в близлежащий природный водоем. Вносят свой вклад в загрязнение поверхностных вод и хозяйственно - бытовые стоки.
На основании полученных значений, массовые концентрации нефтепродуктов во внутригородских водоемах г.Астрахани, не превышали ПДК данного загрязняющего вещества, вследствие чего, можно утверждать об отсутствии в анализируемой воде загрязнения нефтепродуктами.
Полученные сведения о качестве воды внутригородских водоемов могут быть необходимыми в оценке соответствия химических характеристик водных объектов общепринятым утвержденным нормативам качества, а также применяться в сравнительной характеристике результатов дальнейших исследований, с целью выявления изменения качества воды.
Литература
1. Количественный химический анализ вод. Методика выполнения измерений массовой концентрации элементов в пробах питьевой, природных, сточных водах и атмосферных осадков методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой: ПНДФ 14.1:2:4.135-98 от 25 июня 1998 г. - М.: Изд. 2008 г.
2. Количественный химический анализ вод. Методика измерений массовой концентрации ионов аммония в природных и сточных водах фотометрическим методом с реактивом Несслера: ПНДФ 14.1:2.1-95 от 29 марта 1995 г. - М.: Изд. 1995 г.
3. Количественный химический анализ вод. Методика измерений массовой концентрации нитрит-ионов в питьевых, поверхностных и сточных водах фотометрическим методом с реактивом Грисса: ПНДФ 14.1:2:4.3-95 от 15 марта 2011 г. - М.: Изд. 2011 г.
4. Количественный химический анализ вод. Методика измерений массовой концентрации нитрат-ионов в питьевых, поверхностных и сточных водах фотометрическим методом с салициловой кислотой: ПНД Ф 14.1:2:4.4-95 от 23 марта 2011 г. - М.: Изд. 2011 г.
5. Количественный химический анализ вод. Методика измерений массовой концентрации фосфат-ионов в питьевых, поверхностных и сточных водах фотометрическим методом с молибдатом аммония: ПНД Ф 14.1:2:4.112-97 от 23 марта 2011 г. - М.: Изд. 2011 г.
6. Количественный химический анализ вод. Методика измерений массовой концентрации нефтепродуктов в питьевых, природных и очищенных сточных водах методом ИК - спектрофотометрии с применением концентратомеров серии КН: ПНД Ф 14.1:2:4.168-2000 от 28 августа 2012 г. - М.: Изд. 2012 г.
7. Кудрин И.А. Видовая структура и пространственное размещение зоопланктонных сообществ в условиях антропогенного воздействия (на примере Чебоксарского водохранилища и его притоков): автореферат. - Нижний Новгород: Изд-во Национальный исследовательский НГУ им. Н.И.Лобачевского, 2016. - 168 с.
