CC BY
84
УДК 502.51 (282): 504.5
ОЦЕНКА УРОВНЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АНИОННЫМИ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫМИ ВЕЩЕСТВАМИ ЭКОСИСТЕМ РЕКИ СОДЫШКА И ИХ ВЛИЯНИЯ НА ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ И БИОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ САМООЧИЩЕНИЯ
© 2012 С.М. Чеснокова, А.С. Злывко, О.В. Савельев, А.В. Малыгин
Владимирский государственный университет им. А.Г. и Н.Г. Столетовых
Поступила в редакцию 03.05.2012
В статье рассмотрено влияние наиболее распространенных анионных СПАВ (АСПАВ) на миграцию фосфат-ионов и железа (III) из донных отложений и интенсивность процессов нитрификации в экосистемах эвтрофных водотоков.
Ключевые слова: анионные синтетические поверхностно-активные вещества, самоочищение, эв-трофные водотоки, нитрификация
В настоящее время синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ) входят в группу наиболее распространенных и опасных загрязняющих веществ в экосистемах малых водотоков Владимирской области [1]. Они поступают в водоемы и водотоки со сточными водами предприятий коммунального хозяйства и различных отраслей промышленности, а также с ливневыми стоками с сельхозугодий и урбанизированных территорий. Обладая высокой устойчивостью к биохимическому окислению, СПАВ способны длительное время сохраняться в экосистемах водных объектов и нарушать физико-химические и биохимические процессы в них. СПАВ могут накапливаться в донных отложениях и при определенных условиях переходить из донных отложений в водную среду, что создает опасность вторичного загрязнения экосистем. Характеризуясь высокой биологической активностью и токсичностью для гидробионтов-фильтрато-ров, СПАВ тормозят процессы биологического самоочищения в экосистемах водных объектов [2-3]. Несмотря на многочисленные работы о влиянии СПАВ на состояние экосистем поверхностных вод, влияние этих веществ на физико-химические и биохимические процессы самоочищения изучены недостаточно.
Известно, что на процессы самоочищения эвтрофных водоемов значительное влияние оказывает внутренняя фосфорная нагрузка - поток
Чеснокова Светлана Михайловна, кандидат химических наук, профессор кафедры экологии. E-mail: chesnoko-va_sm@mail. ru
Злывко Алексей Сергеевич, аспирант. E-mail: alexzlyvko @mail. ru
Савельев Олег Владимирович, аспирант. E-mail: olegator86@bk. ru
Малыгин Андрей Владимирович, студент. E-mail: malig-inav@rambler. ru
фосфора из донных отложений, который в некоторых случаях становится соизмеримым с внешней фосфорной нагрузкой [4]. Полагают, что главная причина увеличения внутренней фосфорной нагрузки в эвтрофных водных объектах -рост площади анаэробных отложений, с которой высвобождаются фосфаты, сорбированные соединениями железа в аэробных условиях [5]. Самоочищение эвтрофных водотоков, загрязняемых соединениями биогенных элементов, определяется также интенсивностью протекания в них процессов нитрификации [6]. Исходя из этого представляли значительный интерес оценка уровня загрязнения водотоков и изучение влияния наиболее распространенных анионных СПАВ (АСПАВ) на миграцию фосфат-ионов и железа (III) из донных отложений и интенсивность процессов нитрификации в экосистемах эвтрофных водотоков - основных факторов их самоочищения.
Объектом исследования явилась р. Со-дышка, протекающая по северо-западной окраине г. Владимира. Длинна водотока - 22 км, площадь водосбора - 82,7 км2. Река загрязняется сточными водами двух птицефабрик, канализационными стоками поселка РТС, ливневыми стоками с коллективных садов, жилого массива и промзоны Октябрьского района г. Владимира. Вследствие высокого уровня загрязнения соединениями биогенных элементов и органическим веществами природного и антропогенного происхождения водок эвтрофтрован, по ИЗВ относится к 6 классу качества.
Содержание АСПАВ в экосистеме р. Со-дышка определяли экстракционно-фотометричес-ким методом с метиленовым синим по ПНДФ 14.1:2.15-95. В качестве АСПАВ использовали до-децилсульфат натрия (ДДС). Концентрацию ионов
2381
Известия Самарского научного центра Российской академии наук, том 14, №1(9), 2012
аммония определяли фотометрически по окраске комплекса с реактивом Несслера. Все анализы проводились в аккредитованной лаборатории физико-химичес-ких методов анализа кафедры экологии Владимирского государственного университета. Обработку результатов анализа проводили с использованием программы Microsoft Office Excel 2007. Исследование влияния ДДС на физико-химические процессы проводили в модельных экспериментах в стеклянных емкостях на 11 дм3 с речной водой и донными отложениями. Содержание в воде фосфат-ионов и железа определяли через 20 дней экспонирования. Фосфат-ионы определяли фотометрически по окраске восстановленной фосфорномолибденовой кислоты, железо - фотометрически по окраске роданидного комплекса. Пространственная динамика загрязнения экосистемы р.Содышка АСПАВ представлена на рис. 1.
Компоненты Концентрация
системы вода, донные отло-
мг/дм3 жения, мг/кг
Fe (III) 0,05 37959
PÜ43" 0,18 1175
СПАВ 0,022 -
Рис. 2. Влияние додецилсульфата натрия на миграцию железа из донных отложений
Обнаружено отчетливое снижение содержания железа (III) в воде с ростом концентрации ДДС в системе. Это можно объяснить коагуляцией и седиментацией ионов железа (III), обусловленной уменьшением или даже снятием электрокинетического потенциала частиц вследствие сорбции противоположно заряженных ионов ДДС. На рис. 3 показана зависимость содержания фосфат-ионов в водной фазе модельной системы от концентрации ДДС.
Рис 1. Уровень загрязнения АСПАВ экосистемы р. Содышка (зима 2012 г.)
В целом во всех исследованных створах экосистемы содержание АСПАВ не превышает ПДК (0,1 мг/дм3). Наименьший уровень загрязнения характерен для водохранилища, что связано с высокой степенью разбавления вод в нем. Как и следовало ожидать, высокие уровни загрязнения наблюдаются после птицефабрик и в устье реки. Исходные концентрации железа (III), фосфат-ионов и СПАВ в модельной системе «вода - донные отложения» представлены в таблице 1. На рис. 2 показана зависимость содержания железа (III) в водной фазе модельной системы «вода - донные отложения» от концентрации ДДС, введенного в систему.
Таблица 1. Исходный уровень загрязнения исследуемой системы
Рис. 3. Влияние додецилсульфата натрия на миграцию фосфат-ионов из донных отложений
Из рисунка видно, что в начале по мере увеличения концентрации ДДС происходит резкий рост содержания фосфат-ионов в водной фазе, затем происходит резкое и затем плавное снижение концентрации фосфатов до первоначального уровня и ниже. Таким образом, при низких концентрациях (до 0,1 мг/дм3) ДДС происходит миграция фосфатов из донных отложений в водную фазу, при дальнейшем росте концентрации ДДС (от 1 до 4 мг/дм3) начинают в системе преобладать процессы седиментации. Следовательно, при обычных уровнях загрязнения экосистем водотоков АСПАВ, происходит вынос фосфат-ионов из донных отложений и усиление процессов эвтрофикации экосистемы.
Для исследования ДДС на нитрификацию в стеклянные сосуды была внесена вода из эв-трофного водотока Содышка Владимирской области. В каждом сосуде концентрация аммонийного азота была доведена до 2 мг/дм3. В сосуды
2382
вносились различные количества ДДС. На рис. 4 показана зависимость интенсивности процесса нитрификации от концентрации ДДС. Очевидно, что по мере возрастания концентрации ДДС происходит сначала резкое, затем плавное снижение деятельности нитрифицирующих бактерий. При концентрации 0,074 мг/дм3 интенсивность нитрификации снижается на 50%, а при концентрации 4,024 мг/дм3 практически полностью прекращается.
100
0,024 0.07а 0.12 4 0.524 1.024 1,424 2.024 3.024 4.024 Концентриция ДДС. ыгаыЭ
Рис. 4. Влияние додецилсульфата натрия на процессы нитрификации в воде
АСПАВ - додецилсульфат натрия при концентрациях в воде до 0,1 мг/дм3 вызывает миграцию фосфат-ионов из донных отложений и способствует усилению процессов эвтрофирова-ния в экосистемах водотоков. При всех концентрациях додецилсульфат натрия подавляет процессы нитрификации, а при содержании более 4
мг/дм3 процессы нитрификации практически полностью прекращаются.
Вывод: загрязнение экосистем эвтрофных водотоков АСПАВ вызывает подавление физико-химических и биохимических процессов самоочищения и способствует их дальнейшей эвтро-фикации.
Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки РФ ГК№ П970 от 27мая 2010 г.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. О состоянии окружающей среды и здоровья населения Владимирской области в 2010 году. Ежегодный доклад под редакцией директора департамента природопользования и охраны окружающей среды Владимирской области А.А. Мигачева. - Владимир, 2011. 117 с.
2. Остроумов, С.А. Биологические эффекты поверхностно-активных веществ в связи с антропогенным воздействием на биосферу. - М.: МАКС-Пресс, 2000. 116 с.
3. Остроумов, С.А. Загрязнение, самоочищении и восстановление водных экосистем. - М.: МАКС-Пресс, 2005. 108 с.
4. Мартынова, М.В. О роли донных отложений в эв-трофировании водоемов: обмен соединениями азота и фосфора между донными отложениями и водой // Водные ресурсы. 1988. №4. С. 85-95.
5. Kamp-Nielsen, L. Modeling the recovery and internal loading of Lake Haid / L. Kamp-Nielsen, P. Gevy, E.K. Rasmussen, H. Krarup // Proc. 13th Nordic Symp. on sediments Aneboda, 1985. P. 74-107.
6. Савельев, О.В. Оценка допустимой антропогенной нагрузки на малые реки по их самоочищающей способности / О.В. Савельев, С.М. Чеснокова // Проблемы региональной экологии. 2011. №1. С. 6-11.
ESTIMATION THE LEVEL OF POLLUTION THE ECOSYSTEMS OF SODYSHKA RIVER BY ANIONIC SURFACE-ACTIVE SUBSTANCES AND THEIR INFLUENCE ON PHYSICAL, CHEMICAL AND BIOCHEMICAL SELF-CLEANING PROCESSES
© 2012 S.M. Chesnokova, A.S. Zlyvko, O.V. Savelyev, A.V. Malygin Vladimir State University named after A.G. and N.G. Stoletov
In article the influence of most widespread anionic synthetic surface-active substances (ASSAS) on migration of phosphate ions and ferrum (III) from ground deposits and intensity of nitrification processes in eutrophic water currents ecosystems are considered.
Key words: anionic synthetic surface-active substances, self-cleaning, eurtophic waterways, nitrification
Svetlana Chesnokova, Candidate of Chemistry, Professor at the Ecology Department. E-mail: [email protected]
Aleksey Zlyvko, Post-graduate Student. E-mail: [email protected] Oleg Savelyev, Post-graduate Student. E-mail: [email protected] Andrey Malygin, Student. E-mail: [email protected]
2383
