Вода является необходимым условием существования человека как биологического вида. Живые организмы не могут обойтись без воды

Вид материала

Содержание

Подобный материал:

1 2

ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ В ШЕЛЬФОВОЙ ЗОНЕ АРКТИЧЕСКИХ МОРЕЙ РОССИИ.

В группу тяжелых металлов (ТМ) входит большое число химических элементов (металлов и металлоидов), удельная плотность которых больше 5 г/см3. При всей условности такого объединения все тяжелые металлы обладают одним общим свойством: они могут быть биологически активными.

Попадая в результате антропогенной деятельности в природные среды, многие из них могут накапливаться в живых организмах до таких уровней концентраций, когда они начинают оказывать токсические воздействие на организмы. К числу наиболее токсичных для биоты тяжелых металлов относятся свинец, кадмий, ртуть, мышьяк, медь, цинк, ванадий, кобальт, хром и др. Загрязнение природной среды некоторыми тяжелыми металлами уже приобрело глобальный характер.

Источники поступления тяжелых металлов в морские бассейны подразделяются на две группы — природного и антропогенного происхождения.

К природным относится в первую очередь речной сток, куда химические элементы попадают в растворенном и взвешенном виде в результате химического и физического выветривания пород и почв водосбора, со стоком подземных вод, атмосферными выпадениями, при эрозии берегов и дна, за счет поступления богатых металлами иловых вод из донных отложений, а также при водообмене с другими водоемами.

Антропогенными источниками являются разработки месторождений различных руд, нефти, газа, промышленные, перерабатывающие и ремонтные предприятия (особенно металлургические заводы), автомобильный, авиационный и морской транспорт, сельское хозяйство, морские порты, муниципальные стоки городов, санаторно-курортные комплексы и т.д.

Баренцево море. Важнейшими источниками загрязнения вод Баренцева моря являются горно-добываюшие и металлургические производства в бассейне моря, особенно на территории Кольского полуострова; городские стоки Мурманска и других городов побережья; речной сток; атмосферные выпадения; рыбопромысловый и транспортный флот; Нордкапское течение, несущее атлантические воды с загрязнениями из Атлантики и Северной Европы.

Металлургические комбинаты «Североникель» и «Печенганикель», а также Кандалакшский алюминиевый завод сбрасывают стоки в поверхностные воды и загрязняют территорию водосбора моря аэротехногенным путем. Мощные горно-добывающие и горно-перерабатывающие предприятия АО «Апатит», Оленегорскиий железорудный комбинат, Ловозерский горно-обогатительный комбинат и другие предприятия складируют «хвосты обогащения», откачивают шахтные и карьерные воды в локальные понижения рельефа.

Основной рекой бассейна Баренцева моря является Печора, выносящая в море ежегодно 131 км³воды и 13,5 млн. т взвеси. Воды Атлантического океана, переносимые течением Гольфстрим, могут приносить в Баренцево море различные загрязняющие вещества. В первую очередь это относится к радиоактивным загрязнениям. Что же касается тяжелых металлов, то было отмечено 2—3-кратное превышение концентраций ртути по сравнению с восточными районами моря. Имеющаяся информация о содержании ТМ в донных осадках Баренцева моря представлена в Таблице 1(данные в таблицах будут приведены за 2001 год).

Таблица 1.

Содержание тяжелых металлов в донных осадках Баренцева моря, мкг/г.

Район моря	Cu	Zn	Pb	Cd	Cr	As	Ni	Hg	V
Центральная часть	29	108	12	-	103	-	55	-	-
Печорское море	21	80	19	0,07	105	113	41	-	178
Кольский залив	-	-	20-100	-	70-150	-	30-50	0,05-0.09	-
В районе ШГКМ	2-6	6-38	8-21	0,02-0.21	2-7	-	-	0,5	50-100

Полученные данные показали связь распределения металлов в донных отложениях с морфологией и гидродинамикой Печорской губы, а также с объемом стока рек Печора, Хыльчия, Дресвянка, Черная. Отмечается отсутствие в осадках ртути и кадмия (чувствительность анализа 0,001 мкг/г). Весьма низкие содержания металлов измерены в донных отложениях Печорского моря в районе освоения Штокмановского газоконденсатного месторождения (ШГКМ).

Таким образом, резюмируя кратко представленные данные, отмечу, что, несмотря на близость к акватории моря Кольского полуострова с его металлургическими и другими производствами, поставляющими в окружающую среду огромные количества загрязняющих веществ, в том числе тяжелых металлов, загрязнение воды и донных осадков регистрируется только в прибрежных районах моря — Кольском заливе, Печорской губе — и нет никаких признаков загрязнения открытых районов Баренцева моря.

Белое море. Наиболее важными источниками поступления металлов в Белое море являются стоки рек Северная Двина (водный сток 110 км³/год, твердый сток — 3,8-106 т/год), Мезень (27,2 км³/год, 0,9-106 т/год), Онега (15,9 км³/год, 0,3-106 т/год) и более мелких рек. Общий сток всех рек в море составляет 463 км³/год воды и 22-106 т/год взвеси. В бассейне Белого моря, особенно на Кольском полуострове, сосредоточены многие полезные ископаемые и геохимические провинции с промышленным содержанием редких элементов. Здесь же располагаются крупные горнорудные и металлургические компании: ПО «Апатит» с рудником и обогатительными фабриками; комбинат «Североникель», включающий плавильный комплекс по получению Сu , Ni , Со, а также попутных металлов — Аu , Аg , Рt и Sе; Оленегорский горно-обогатительный комбинат, который добывает и обогащает железные руды; крупный металлургический комбинат «Печенганикель» (г. Никель).

Важнейшим источником поступления металлов являются атмосферные выпадения. Показано, что аэрозоли над акваториями Белого моря и других морей Российской Арктики значительно обогащены многими металлами, особенно никелем и медью, что является результатом деятельности указанных выше горно-добывающих и металлургических производств.. Свой вклад в возможное загрязнение Белого моря тяжелыми металлами вносят и крупные города-порты на берегу моря — Архангельск, Северодвинск и др.

Содержания ТМ в донных осадках устьевых участков рек бассейна Белого моря и различных его районов даны в Таблицах 2,3.

Таблица 2.

Содержание ТМ в донных осадках приустьевых участках рек бассейна Белого моря, мкг/г.

Металл	Северная Двина	Мезень	Кольвица	Воронья	Княжья	Пояконда	Чупа	Среднее для рек
>63 мкм	<63 мкм	>63 мкм	<63 мкм	>63 мкм	<63 мкм	>63 мкм	<63 мкм	>63 мкм	<63 мкм
Cu	13-22	9		18
Zn	62-159	14	18	43	17	55	20	60	22	30	38	62	31
Pb	7-28	20	4	55	6	57	5	54	17	21	19	54	6,3

В последней колонке таблицы представлены средние содержания тяжелых металлов в донных осадках рек и озер на территории бывшего Советского Союза по результатам усреднения от 437 анализов на ртуть до 1834 анализов на цинк в период 1973-1993 гг.

Таблица 3.

Содержание ТМ в донных осадках различных районов Белого моря, мкг/г.

Металл	Кандалакшский залив	Двинский залив	Мезенский залив	Близ р.Кереть
>63 мкм	<63 мкм
Cu		2.7-15.9.	0.5-5.5	5.2
Zn	28	54	16.4-161	6.1-25	13
Pb	13	63	4.7-47.6	4.4-10.5	1.9
Co		1.3-19.9	0.7-3.3	1.8
Cr	3.4-17.1	1.2-5.2	7.2
Ni	5.9-34.1	1.6-8.8	14.3

Видно, что практически все имеющиеся аналитические данные по тяжелым металлам в донных осадках устьевых участков рек бассейна Белого моря не превышают уровня фоновых содержаний. Осадки малых рек были разделены на фракции менее 63 мкм и более 63 мкм. Грубые фракции содержат всегда меньше тяжелых металлов. По этой причине в Таблице, где приведены результаты определения ТМ в донных осадках прибрежной зоны Белого моря, часто встречаются очень низкие содержания (они относятся к пробам песчаных отложений).

Таким образом, современные данные по содержанию ТМ во взвеси устьев рек и донных осадках приустьевых участков рек и заливов Белого моря свидетельствуют об отсутствии заметного антропогенного загрязнения.

Карское море. Основным источником поступления осадочного растворенного и взвешенного материала в Карское море являются, в первую очередь, стоки крупнейших рек Арктики Обь и Енисей, которые выносят ежегодно в море 1049 км³ пресной воды и 22,4.106 т взвеси, что составляет 71 и 67%, соответственно, от полного водного и твердого стока в море. Другой важный источник — это поступление в акваторию моря и эстуарии Оби и Енисея аэрозольного материала с металлургического производства в Норильске.

В работе Д. Лоринга с соавторами приведены средние концентрации металлов в тонкозернистых осадках (>70% фракции <63 мкм) шельфа Карского моря по девяти пробам: Аs - 53±36, Сd - 0,09±0,05, Сr — 95±34, Сu - 26±9, Ni - 42±9, РЬ - 17±3, V- 92±31,2 - 61±14 мкг/г.

Валовые содержания металлов в поверхностных (0—5 см) осадках на разрезах река-эстуарий-море для Оби и Енисея и в Карском море показаны в Таблице 4.

Таблица 4.

Содержание ТМ в донных осадках эстуариев Оби и Енисея и прилегающей части Карского моря (данные за 1998 год).

ppm

Район моря	Co	Cu	Zn	Cr	Cd	Pb	Mn	Ni
Разрез р.Обь -Карское море	6-37	2-28	22.7-108.7	38-81	0.06	22-54	480-108.94	42-98
Разрез р.Енисей - Карское море	14-34	8-270	13-710	50-376	0-0.06	22-70	416-1361	42-86
Карское море	10-40	10-100	10-200	10-50	-	20	-	50-100
Речные и озерные осадки (СССР,1973-1993 гг)
Фоновые	-	18	31	-	0.39	6.3	-	-
Загрязненные	-	360	800	-	38	60	-	-

Из нее следует, что по содержанию Zn , Рb и Сu осадки эстуариев Оби и Енисея в ряде случаев существенно превышают уровень содержаний в фоновых осадках рек и озер на территории бывшего СССР, но все же они значительно ниже среднего уровня антропогенно загрязненных осадков. Донные осадки Карского моря (76° с.ш., 73° в.д.) отличаются от эстуарных осадков более тонкозернистым составом, и тенденцию повышения содержаний тяжелых металлов.

Таким образом, распределение группы тяжелых металлов в воде, взвеси и донных осадках эстуарных зон Оби и Енисея и прилегающей части Карского моря определяется главным образом природными процессами, антропогенное загрязнение в целом незначительно и носит локальный характер. Сильное загрязнение вод малых рек и озер вблизи Норильска никак не обнаруживается в Енисейском заливе, что свидетельствует о способности реки и ее эстуария к самоочищению от избыточных концентраций тяжелых металлов.

Море Лаптевых. Главным источником поступления тяжелых металлов в море Лаптевых являются стоки рек Лена, Хатанга и Яна, которые вместе выносят 645 км³пресной воды, 22,8.106 т взвеси, 69.106 т растворенных солей, что составляет, соответственно, 86,5; 90,8 и 90,5% от общего речного стока в море. Важное значение имеют атмосферные выпадения на акваторию моря и морские льды, транспортирующие осадочный материал в море.

Концентрации растворенных металлов в море Лаптевых и в открытых водах Арктического океана очень сходны, что указывает на в целом гомогенное распределение металлов в изученной акватории и, вероятно, малый вклад антропогенного источника в море Лаптевых.

В 1993 г. в нижнем течении Лены и ее дельте (13 образцов) содержание цинка повсеместно ниже 70 мкг/г (максимальное содержание в одной пробе 110 мкг/г). На 35 станциях в море Лаптевых в поверхностном слое осадков (0-5 см) содержание этого металла не превышало 130 мкг/г. Также низки в осадках содержания и других определявшихся тяжелых металлов. В осадках шельфа моря Лаптевых анализ шести преобладали следующие средние содержания ТМ: Сd — 0,05±0,02, Сu — 18±3, Ni - 32±3, Рb - 19±3, Zn - 108±9 мкг/г.

Концентрационные градиенты для всех элементов довольно малы. Для Сu самые низкие содержания приурочены к придельтовой зоне. Для всех других металлов донные осадки, находящиеся под влиянием стоков р. Лена, имели относительно повышенные содержания. Подобное распределение может быть объяснено влиянием гранулометрического состава, определяемого смешением более крупнозернистого речного материала с органическим материалом морского происхождения. Наряду с этим, придонные течения оказывают влияние на характер распределения металлов в осадках.

Содержания тяжелых металлов подобны тем, которые встречаются в незагрязненных почвах и прибрежных илах, что указывает на фоновый уровень тяжелых металлов в осадках моря Лаптевых. Этот вывод подтверждают и результаты изучения распределения тяжелых металлов в осадках моря. Как правило, изменения тяжелых металлов по глубине осадков очень незначительны, нигде не встречено характерного для загрязненных осадков морских водоемов повышения содержаний Рb , Сd , Zn , Сu в поверхностных слоях и их снижения с глубиной.

Чукотское море. Бассейны этих морей удалены от индустриальных районов и, по-видимому, единственный серьезный источник поступления загрязнений — это аэрозольный материал, который приносится из Северной Америки.

В Чукотском море в 1992 г. концентрация растворенной меди колебалась в диапазоне 0,02—0,49, кадмия — 0,01— 0,13, цинка — 0,01-2,13, свинца — 0,07-2,34 мкг/л. Сравнение с фоновыми концентрациями этих металлов в морской воде показывает, что только по свинцу заметно превышение фонового уровня.

Среднее содержание ТМ в поверхностном слое донных осадков Чукотского моря в 1996 г. составляло: для Рb — 13±4, Сu - 24±4, Сd - 0,17±0,04, Сr - 73± 11, Zn - 87± 12, V - 114±21 мкг/г.

Таким образом, в воде и шельфовых осадках Чукотского моря отсутствуют какие-либо признаки антропогенного загрязнения тяжелыми металлами.

Берингово море. Наиболее крупные реки в бассейне Берингова моря — Анадырь и Камчатка — выносят в море ежегодно, соответственно, 67,9 и 32,6 км³ воды и 3,6 и 3,1 млн. т взвеси.

В 1988 г. в воде Анадырского залива концентрации растворенной меди очень низки — 0,01-0,09 мкг/л, то же относится к марганцу — 0,01 и цинку — 0,12-0,39 мкг/л.В открытых поверхностных и глубинных (до 100 м) водах моря разброс концентраций значительно больше: Сu — 0,01-0,68, Сd — 0,02-0,65, Мn - 0,01-0,40, Zn - 0,15-3,67 и Рb - 0,02-2,5 мкг/л. Некоторые высокие концентрации Сd , Zn и Рb , вероятно, связаны с загрязнением проб воды.

В 1991 г. содержание тяжелых металлов в донных осадках Анадырского залива и открытых районов моря представлены в Таблице 5 (данные за 1992г.). В июле 1993 г. во время 24-го рейса НИС «Академик Александр Несмеянов» были выполнены анализы пяти проб донных осадков западной части Берингова моря. Были получены следующие результаты: Zn — 43,4-67,3, Сu — 16,8-30,4, Со - 5,9-12,5, Ni - 12,0-44,1, Рb - 5,4-9,1, Сd - 0,39-1,05, Сr -9,1-32,7 мкг/г.

Таблица 5.

Содержание тяжелых металлов в поверхностном слое осадков Берингова моря, мкг/г.

Глубина дна,м	Pb	Cu	Mn	Co	Cd	Hg	As
Анадырский залив
148	7.4	6.5	290	7.6	0.24	0.02	9.8
75	9.5	13	410	8.4	0.17	0.026	19
88	17	14	390	6.9	0.46	0.063	14
35	16	13	370	10	0.47	0.045	13
Открытая часть Берингова моря
3092	8.5	31	910	7.4	0.35	0.06	3.5
140	7.9	13	390	8.5	0.24	0.02	8.3
107	9.7	16	360	10	0.46	0.033	14

Таким образом, имеющаяся информация по тяжелым металлам указывает на то, что прибрежные и открытые районы Берингова моря остаются незагрязненными тяжелыми металлами.

СОДЕРЖАНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ ШЕКСНИНСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА.

Результаты химического анализа проб донных отложений отобранных в 1994 г. представлены в Таблицах 6 и 7.

Распределение ТМ в донных отложениях Шекснинского водохранилища не равномерное. Различия, в первую очередь, обусловлены типом донных отложений. Между типом донных отложений и содержанием элементов: никель, кадмий, железо, медь, марганец прослеживается четкая корреляция. В глине концентрация их выше, особенно на Ковжинском участке.

Таблица 6.

Валовое содержание тяжелых металлов в донных отложениях Шекснинского водохранилища (август 1994 г.)

Станция	Медь, мкг/г	Кадмий, мкг/г	Свинец, мкг/г	Никель, мкг/г	Марганец, мкг/г	Железо, мкг/г
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20	160 110 120 114 112 112 92 86 100 100 80 96 88 78 94 76 98 120 108 106	1,0 0,2 1,6 1,2 1,4 1,4 1,4 1,8 1,4 1,4 0,6 2,0 1,0 1,0 1,8 2,0 2,0 2,0 1,2 1,8	62 3 31 38 41 3 18 42 20 22 3 23 3 3 40 3 48 60 18 63	28 14 36 26 40 30 34 35 30 34 15 38 18 14 40 42 38 40 40 41	0,64 0,32 1,44 0,80 2,72 1,04 0,72 0,64 0,73 1,05 0,24 0,56 0,31 0,25 0,48 0,79 0,57 0,82 0,96 0,81	32 14 33 28 56 32 24 23 34 30 13 44 14 12 40 42 44 48 43 46

В речной части Шекснинского водохранилища с учетом типа донных отложений выделяется три участка с различными уровнями содержания ТМ:

1) с. Крохино - с. Горицы,

2) Сизьменский разлив,

3) Приплотинный участок (устье реки Чуровки).

На первых двух участках наибольшее валовое содержание кадмия и никеля, на третьем меди и свинца. Русловая часть Сизьменского разлива, особенно станция в районе о. Разбуй, отличается от других участков более высокими концентрациями железа и марганца.

Таблица 7.

Содержание подвижных форм тяжелых металлов в донных отложениях Шекснинского водохранилища (август 1994 г.)

Станция	Медь, мкг/г	Кадмий, мкг/г	Свинец, мкг/г	Никель, мкг/г	Марганец, мкг/г	Железо, мкг/г
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20	26 12 30 20 35 22 23 20 27 30 10 25 12 10 22 22 23 38 30 36	0,4 0,1 0,7 0,6 0,5 0,4 0,2 0,4 0,4 0,5 0,1 0,1 0,1 0,3 0,2 0,4 0,1 0,5 0,5 0,9	9 3 5,2 4,8 5 3 3 5,3 3,1 2,8 3 3 3 3 6 3 7,7 9,1 3 9,2	8 1 9 8,8 14 13 7 7,4 9,3 9 1 7,2 1 5 5,4 6,8 5 7,8 11 3	0,41 0,24 1,36 0,65 2,40 1,76 0,32 0,48 0,54 1,00 0,04 0,41 0,10 0,16 0,34 0,36 0,32 0,52 0,80 0,56	4,4 2,2 14 7 24 7,2 4,9 5,1 6,8 8 0,5 11 1 1,2 6 7,2 6,1 4 7 3,7

В целом по водохранилищу, принимая во внимание тип донных отложений, следует считать равномерным распределение меди - валового содержания в пределах 120 мкг/г, подвижной фракции - 35 мкг/г, никеля - валового содержания в пределах 40 мкг/г, подвижной формы - 8 мкг/г, кадмия - в пределах 2.0 и 0.5 мкг/г, железа - 44 и 7 мкг/г, марганца - 0.9 и 0.8 мг/г сухого вещества, соответственно. Распределение подвижной формы свинца также более менее равномерно по всему водоему, в пределах 9 мкг/г, однако валовое содержание, хотя и равнозначно как в глинах Ковжинского, так и в донных отложениях Приплотинного участков (не выше 62-63 мкг/г), но весьма неравномерно по водохранилищу.

Более высокими концентрациями металлов (выше общего фона) в донных отложениях выделяются участки: приплотинный плес по валовому содержанию меди, Сизьменьский разлив (ст.Салово,о.Розбуй, русловой участок южной части разлива) по валовому содержанию и подвижным формам марганца; о. Розбуй по валовому содержанию и подвижным формам железа русловой участок южной части разлива по подвижным формам железа ст. Салово и о.Розбуй по подвижным формам никеля.

Согласно материалам Областного комитета экологии, ГОСНИОРХа (Табл.8) в целом по водохранилищу содержание меди в предыдущие годы колебалось в пределах отмеченного выше среднего уровня подвижной фракции (35 мкг/г), значения кадмия выше концентраций подвижной фракции (0.5 мкг/г), а местами превышало валовое содержание. Однако обобщение и интерпретация материалов затруднена по причине неясности применяемых методов анализа и несовпадения станций наблюдений с ранее выбранными пунктами отбора проб.

Таблица 8.

Содержание тяжелых металлов в донных отложениях Шекснинского водохранилища (мг/кг сух.вещ.) по материалам Областного комитета экологии и ГОСНИОРХа

Место отбора проб	Дата	Cu	Zn	Cd	Pb	Hg	Mn	Co	Ni	Fe	Cr
д.Ниловцы 8 км ниже д.Ниловцы пр.Топорня с.Салово с.Горицы 3 км ниже с.Горицы Белое озеро: дЧалекса Центр озера с.Киснема	1993 1993 1992 1993 1992 1992 1993 1994	27,3 37,8 11,8 18,1 35,1 13,5 40,4 15,1 14,9 14,9	- - 19,7 - 40,0 33,9 - 0,8 103,0 100,0	6,25 2,8 1,04 1,9 1,04 0,76 2,2 0,85 0,67 0,90	16,7 41,8 15,4 10,6 16,2 11,2 88,0 15,0 15,8 14,8	- 0,036 - 0,076 - - 0,054 0,42 0,56 0,06	- - 408 - 1010 353 - 275 325 420	- - 3,8 - 11,5 5,5 - 15,4 15,6 14,6	- - 10,1 - 32,0 14,3 - 35,4 37,0 36,8	- - 8700 - 20000 10000 - 3600 3695 3655	- - - - - - - 49,4 47,1 43,5

Оценка уровней содержания металлов в донных отложениях вопрос довольно сложный, так как в России по сей день нормативы на содержание загрязняющих веществ в донных отложениях не разработаны. Можно ориентироваться лишь на некоторые рекомендации научных организаций и информацию, имеющуюся в иностранной литературе (Табл.9).

Таблица 9.

Фоновые значения и нормативы на содержание загрязняющих веществ в донных отложениях, мг/кг.

Название организаций	Cd	Cu	Ni	Cr	Pb	As	Hg	Zn
Концерн «ТЕОЭКОцентр»,значения для Московского региона	0,16	21,0	29,0	28,0	10,0	4,0	-	30,0
Ин-т минералогии, геохимии и кристаллохимии редких элементов	0,30	35,0	11,0	29,0	19,0	-	0,10	37,0
Голландские «предельные» нормы (до 2000 г.)	2,0	36,0	35,0	380	530,0	55,0	0,50	480,0
Голландские «намеченные» нормы (после 2000 г.)	0,8	36,0	35,0	100	85,0	29,0	0,30	140,0

Близки к этим значениям нормы содержания ТМ в донных отложениях, принятые Агентством по окружающей среде США. Они составляют: для меди - 50 мг/кг, кадмия - 2 мг/кг, свинца - 50 мг/кг, никеля - 50 мг/кг, содержание марганца и железа не нормируется, поскольку они относятся к наиболее распространенным в земной коре элементам.

Принимая во внимание приведенные выше критерии, можно считать, что донные отложения Шекснинского водохранилища как по валовому содержанию, та и по наличию подвижных форм не загрязнены кадмием и никелем. Значения этих элементов для Шекснинского водохранилища соответствуют также средним данным для водных объектов Европейской части России (Cd - 0,3-2,0, Ni - 50 мг/кг). По свинцу местами (Ковжинский и Приплотинный участки) высоки значения по валовому содержанию, но при наличии низкого процента подвижных форм (Табл. 10) это не должно представлять опасность для водоема.

Таблица 10.

Содержание подвижных форм тяжелых металлов в донных отложениях Шекснинского водохранилища (август 1994 г.), в % от валового.

Станция	Медь	Кадмий	Свинец	Никель	Марганец	Железо
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20	16,3 10,9 25,0 17,5 31,3 19,6 25,0 13,3 27,0 30,0 12,5 26,0 13,6 12,8 23,4 28,9 23,4 31,6 27,7 33,9	40,0 50,0 44,0 50,0 36,0 29,0 14,3 22,2 28,6 35,7 16,6 5,0 10,0 30,0 11,1 20,0 5,0 25,0 41,6 50,0	14,5 100,0 16,7 12,6 12,2 100,0 16,6 12,6 15,5 12,7 100,0 13,0 100,0 100,0 15,5 100,0 16,0 15,1 16,6 14,6	28,6 7,0 25,0 33,8 35,0 43,3 20,5 21,1 31,0 26,5 6,6 18,9 5,5 35,7 13,5 16,2 13,2 19,5 27,5 7,3	64,0 75,0 94,4 81,3 88,2 73,1 44,4 75,0 73,9 95,2 16,7 73,2 32,3 64,0 78,0 45,6 56,1 63,4 83,3 69,1	13,8 15,7 42,4 25,0 42,9 22,5 20,4 22,8 20,0 26,7 3,8 25,0 7,1 10,0 15,0 17,1 13,9 8,3 16,3 8,0

Валовое содержание меди в 2-3 раза превышает ее среднее содержание в донных отложениях водоемов и водотоков мира и в 3-4- и более раз ( в зависимости от используемого норматива) среднее в донных отложениях незагрязненных водных объектов. При этом подвижные формы составляют в среднем 23% от валового, что ниже обычного (около 40 %). Поскольку ТМ, поступающие в водные объекты в результате загрязнения, накапливаются преимущественно в подвижных формах, в данном случае, вероятно, наблюдается природное повышенное содержание меди, или, возможно также, что загрязнение медью произошло достаточно давно ( более 5-10 лет назад) и подвижные формы трансформировались в малоподвижные. Аналогичная картина прослеживается с железом. Средняя концентрация железа в донных отложениях водных объектов Европейской части России составляет 4 мг/г. Содержание марганца, кроме участков с. Крохино, с. Салово-Сизьменский разлив, не превышает среднее значение для водных объектов Европейской части России - 0,9 мг/г. В речной части содержание марганца местами (о.Розбуй) превышает это значение в 3 раза. Причем процент подвижных форм марганца довольно высок.

Донные отложения являются активными накопителями металлов. Благодаря сорбционным процессам, происходит как бы самоочищение водоемов от тяжелых металлов. Однако в определенных условиях (изменение pH, окислительно-восстановительного потенциала(Eh), наличие разнообразных комплексообразующих веществ, в том числе макролигандов, и др.) происходит десорбция металлов и их переход в растворенное состояние в толщу воды, т.е. донные отложения в такой ситуации превращаются в источник вторичного загрязнения.

МЕТОДЫ ОБНАРУЖЕНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛОВ В ПРОБАХ ВОДЫ

Определение кадмия с дитизоном. Метод. основан на образовании в щелочной среде окрашенного дитизоната кадмия, растворенного в органических растворителях. При этом кадмий отделяют от свинца, висмута и основной массы цинка, остающихся в водном слое. Затем дитизонат кадмия разрушают 0,01 н. кислотой и таким образом переводят его в водный слой, отделяя от меди, никеля, кобальта. серебра, ртути и других металлов, дитизонаты которых устойчивы к кислотам и потому остаются в слое органического растворителя. Наконец, вторично экстрагируют кадмий в виде дитизоната из щелочного раствора (при этом он отделяется от последних следов цинка) и определяют колориметрически.

Предел обнаружения 0,001 мг/л кадмия. Диапазон измеряемых количеств кадмия 0,5 - 5 мкг в пробе.

При большом содержании органических веществ и для разрушения органических комплексов кадмия пробу минерализуют.

Если исследуемая вода окрашена и вызывающие это окраску органические вещества переходят в слой тетрахлорида углерода в процессе экстрагирования, то это мешает проведению анализа. В таком случае после концентрирования упариванием проводится предварительная экстракцию тетрахлоридом углерода (без добавления дитизона) до тех пор, пока органический растворитель после экстракции не станет совершенно бесцветным. Кроме того, таким образом устраняется эмульсия воды из тетрахлорида углерода. Образование эмульсии можно также предотвратить упариванием подкисленной пробы досуха или кипячением в течение 5 мин.

Определение с сульфарсазеном свинца. Метод основан на образовании желто-оранжевого соединения свинца с сульфарсазеном (плюмбон) при pH 7 - 7,3. Свинец предварительно экстрагируют дитизоном в тетрахлориде углерода при pH 9,2 - 9,6. Образовавшийся дитизонат свинца разрушают хлористоводородной кислотой, при этом ионы свинца переходят в водный раствор, в котором определяют свинец.

Предел обнаружения 0,005 мг/л. Диапазон измеряемых количеств свинца в пробе 0,5 - 5 мкг.

Проведению анализа свинца мешают марганец, цинк, никель, железо, кадмий, медь, кобальт и молибден. Для устранения мешающего влияния введена предварительная экстракция свинца дитизоном в присутствии хлорида гидроксиламина. Реэкстрация свинца 0,05 н. хлористоводородной кислотой устраняет влияние меди, кадмия, кобальта и никеля, а комплексообразование цинка с гексацианоферратом(II) калия - влияние цинка. Для предупреждения выпадения гидроксидов металлов прибавляют тартрат калия-натрия.

Влияние сильных окислителей, окисляющих дитизон, устраняют восстановлением их гидроксиламином.

При большом содержании органических веществ и для разрушения комплексных соединений свинца пробу минерализуют.

Полярографическое определение шестивалентного хрома. Метод основан на способности ионов хрома (VΙ) в среде 1 н.гидроксида натрия восстанавливаться на ртутном капельном электроде до хрома (ΙΙΙ) при потенциале полуволны - 1,03 В по отношению к насыщенному каломельному электроду.

Предел обнаружения 0,1 мг/л. Диапазон измеряемых количеств хрома(VΙ) в пробе 0,025 - 0,75 мг.

Проведению анализа мешает присутствие железа, никеля, меди, кобальта, которое устраняется осаждением этих металлов в щелочной среде.

Также мешают ионы свинца, их полярографически определяют подобным же способом при потенциале полуволны - 0,76 В по отношению к насыщенному каломельному электроду. Растворенный кислород необходимо устранять продуванием инертного газа.

Определение цинка и меди в одной пробе. Метод определения меди основан на взаимодействии диэтилдитиокарбамата (ДДК) свинца в хлороформе с содержащимися в воде ионами меди, в результате, которого образуется ДДК меди. Оба соединения хорошо растворимы в хлороформе, но ДДК свинца бесцветен, а ДДК меди имеет интенсивный желтый цвет.

Предел обнаружения меди 0,002 мг/л. Диапазон измеряемых количеств меди в пробе 0,5 - 10 мкг.

Метод определения цинка в пробе воды, остающейся после экстракции ДДК меди, основан на реакции его с дитизоном. Красный дитизонат цинка экстрагируют тетрахлоридом углерода и фотометрируют.

Предел обнаружения цинка 0,001 мг/л. Диапазон измеряемых количеств цинка в пробе 0,5 - 5 мкг.

Определение металлов атомизацией в пламени. Метод основан на распылении исследуемой пробы сжатым воздухом в пламя горелки, в котором атомизируются металлы. Атомное облако просвечивается специальной лампой, излучающей свет определенной длины волны. Поглощение этого излучения невозбужденными атомами, пропорциональное концентрации металла в воде (атомная абсорбация), регистрирует фотоумножитель.

Метод позволяет определять кадмий, кальций, кобальт, железо, медь, магний, марганец, никель, олово, свинец, серебро, цинк, хром при атомизации в низкотемпературном воздушно-ацетиленовом (или воздушно-пропановом) пламени при 2200 - 2400 °C. Для определения алюминия, бария, бериллия, ванадия, молибдена, применяют высокотемпературное пламя: оксид азота (Ι) - ацетилена.

Метод служит для определения валового содержания элементов (суммы находящихся в ионной форме, в виде коллоидных и комплексных соединений), поскольку в пламени происходит окисление до высшей валентности.

Мешающие влияния при ААС практически отсутствуют. В некоторых случаях в пламени могут образовываться термостойкие соединения металлов, которые не поглощают излучения, в связи с чем происходит «гашение» излучения, а результаты получаются заниженными. Для предотвращения этого вводят соли щелочноземельных металлов. Так для обнаружения магния в присутствие фосфатов вносят соли лантана, а для марганца в присутствии кремнекислоты - соли кальция.

При определении небольшого количества элементов с низкими потенциалами ионизации (щелочные металлы) уменьшается концентрация свободных атомов за счет их ионизации. Это явление устраняется введением в пробу элемента с еще меньшим потенциалом ионизации, так например, соли натрия или калия при определении бария.

В присутствии трудноокисляемых соединений пробу взбалтывают, отбирают 100 мл в термостойкий стакан, приливают 3 мл азотной кислоты пл. 1,42 г/см³ и выпаривают на электроплитке почти досуха, следя за тем, чтобы раствор не кипел. После охлаждения вносят еще 3 мл этой же кислоты, накрывают стакан часовым стеклом и снова нагревают, повысив температуру, до полного растворения всех растворимых в этих условиях соединений. на что указывает получение светлоокрашенного осадка. Нагревание прекращают, обмывают стенки стакана и часовое стекло дистиллированной водой и отфильтровывают кремнекислоту и другие нерастворимые вещества. Объем фильтрата разбавляют количественно до определенного объема. Фильтрат должен быть прозрачным.

Пробы воды отбирают в полиэтиленовую посуду или склянки из бесцветного стекла и консервируют азотной кислотой до pH 2.

Для обнаружения металлов в жидкой фазе пробу после отбора фильтруют через мембранный фильтр №2 и подкисляют до pH 2 азотной кислотой. При определении суммарного содержания в жидкой и твердой фазе, что обычно требуется при санитарно-химических исследованиях, необходима специальная обработка. Обычно для поверхностных вод достаточно подкислить воду до pH 2 азотной кислотой, при этом растворяются сорбированные на взвешенных веществах соединения металлов, а затем профильтровать воду через рыхлый бумажный фильтр.

Прямое определение большинства металлов возможно при концентрациях более 100 мкг/л. Поскольку гигиенические нормативы (ПДК) для многих из них ниже этой концентрации, при анализе обычно проводят предварительное концентрирование их в пробе.

Определение металлов беспламенным ААС методом. Метод основан на атомизации элементов в графитовой кювете при высокой температуре, которая достигается электрическим нагревом. В представленном варианте метод позволяет определять кадмий, кобальт, серебро, свинец, сурьму. Указанные элементы предварительно концентрируют и извлекают из воды в виде комплексов с диэтилдитиокарбаматом натрия и 8-оксихинолином.

Предел обнаружения кобальта 0,2 мкг/л, серебра 0,01 мкг/л, сурьмы 0,1 мкг/л. Мешающее влияние органических веществ, образующих устойчивую эмульсию при экстракции, устраняют кипячением пробы воды с персульфатом аммония.

БИОГЕОХИМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ТЕХНОГЕННОЙ ТРАНСФОРМАЦИИ ВОДНЫХ ЭКОСИСТЕМ.

Среди методов контроля за уровнем загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами все более широкое распространение получает метод биогеохимической индикации, в основу которого положены теоретические идеи и разработки В. И. Вернадского и, в частности, представление о концентрационной функции живого вещества. Сущность метода заключается в определении количественного содержания металлов в биологических объектах как тест-индикаторах с целью установления на этой основе степени загрязнения абиотических компонентов экосистемы. Метод биогеохимической индикации использован для оценки экологического состояния как искусственных водоемов (Иркутское, Братское, Новосибирское водохранилища), так и естественных (озера Алтайского края и Ямало-Ненецкого автономного округа, реки Обь и Томь), Посредством метода биогеохимической индикации выявлено ртутное загрязнение верхнего участка Братского водохранилища. Установлена общая закономерность пространственного распределения ртути - концентрации металла в биообъектах достигают своих максимальных значений на верхнем участке водохранилища и уменьшаются в направлении приплотинной части. Проблема ртутного загрязнения взаимосвязанных компонентов экосистемы Братского водохранилища (вода-донные осадки-биота) связана со сбросами ртутьсодержащих сточных вод химического комбината по производству каустической соды АО Усольехимпром (г. Усолье-Сибирское). В качестве основного вывода проведенных биогеохимических исследований выдвигается тезис о том, что именно живое вещество играет существенную роль в идентификации техногенной составляющей загрязнения водоемов тяжелыми металлами. Без исследования химического состава живого вещества точно идентифицировать природу загрязнения затруднительно. Живые организмы, и, в частности планктон, активно абсорбируя металлы из водного раствора, записывают информацию о начальных этапах поступления загрязняющих веществ в водоем. Планктон может быть рекомендован для идентификации конкретного точечного источника загрязнения. Химический состав донных отложений несет информацию об интегрирующей сумме как природной, так и техногенной составляющей загрязнения за длительный период времени. Для более четкого разграничения природных и техногенных факторов загрязнения необходимы дальнейшие исследования по выявлению форм нахождения металлов в водном растворе, так как именно этот фактор определяет места локализации металлов техногенной природы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

В заключении хотелось бы сказать, что в 2004 году российскими учеными был создан измеритель качества воды, предназначенный для оперативного контроля загрязнения поверхностных водоемов и сточных вод солями тяжелых металлов, позволяющий определять показатель качества воды.

Компактность, простота и высокая точность измерения позволяет использовать устройство в качестве экспресс-анализатора для проведения экологических и санитарно-гигиенических исследований качества воды. Может быть применено в быту для контроля эффективности работы фильтров очистки питьевой воды, для оценки качества бутилированной воды. Диапазон измерений концентраций солей в воде 0.01–10.0 г/л. Минимальный объем раствора 50 мл.По сравнению с зарубежными аналогами обладает повышенной чувствительностью к малым значениям концентрации растворенных в воде солей. Авторами являются: Д.А. Усанов, Ал.В. Скрипаль.

ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА.

1. Ю.В.Новиков, К.О.Ласточкина, З.Н.Болдина. Методы исследования качества воды водоемов. - М: «Медицина», - 1990 г

2.Современное состояние экосистемы Шекснинского водохранилища - Ярославль - 2002 г.

3. Ю.В.Новиков. Экология, окружающая среда и человек. - М., 2003 г.

4. Г.А.Воробьев. Исследуем малые реки. - Вологда - 1997 г

5. Г.К.Будников. Тяжелые металлы в экологическом мониторинге водных систем.- Соросовский образовательный журнал - 1998 г., № 5, - с. 23–29.

6.Г.А. Леонова. Биогеохимическая оценка техногенной трансформации водных экосистем.- Геохимия биосферы : 3 Международное совещание, посвященное 10-летию Научно-исследовательского института Геохимии Биосферы РГУ , Ростов-на-Дону Тезисы докладов. - Ростов н./Д, 2001 - С. 169-171 .

Blog

Вода является необходимым условием существования человека как биологического вида. Живые организмы не могут обойтись без воды

Содержание