ДИНАМИКА РАСПРЕДЕЛЕНИЯ НЕОРГАНИЧЕСКИХ ЗАГРЯЗНИТЕЛЕЙ В УСТЬЕ РЕКИ НОРЫ

Вакула Виктория Июльевна

студентка 4 курса, кафедра общей и неорганической химии ЯрГУ им. П.Г. Демидова,

г. Ярославль

Е-mail: vavival@bk.ru

Орлова Татьяна Николаевна

научный руководитель, канд. химич. наук, доцент ЯрГУ им. П.Г. Демидова,

 г. Ярославль

Среди загрязнителей биосферы, представляющих наибольший интерес для различных служб контроля качества состояния окружающей среды, особое внимание уделяются металлам – токсикантам, которые легко включаются в биогеохимический круговорот и надолго в нем укореняются. Также не малую роль в загрязнении водоемов играют и различные анионы, такие как SO₄^2-, Cl^-, и т.д., повышенное содержание которыхухудшают органолептические свойства воды и оказывают физиологическое воздействие на человеческий организм.

 Многие из металлов необходимы для нормальной жизнедеятельности, как животных, так и человека, они включены в состав различных ферментов. Но в организме они нужны только как микроэлементы, то есть очень малых количествах. Избыточное же содержание этих металлов может приводить к различным патологиям. Cd, Cu, Ni, Pb, Zn, Hg– естественные составляющие природы, в частности, являются непременными компонентами водоемов. В зависимости от условий среды они существуют в разных степенях окисления и входят в состав разнообразных неорганических и металлорганических соединений, которые могут быть истинно растворенными, коллоидно-дисперсными или входить в состав минеральных и органических взвесей. Попав в водоем металл токсикант распределяется между элементами экосистемы, часть осаждается в донные отложения, часть аккумулируется водными организмами, а часть находится в растворенной форме.

Основной целью работы является установление закономерности динамики распределения ионов свинца, меди, цинка и кадмия, а также содержание анионов  SO₄^2-, Cl^-, как основных неорганичесикх загрязнителей в воде реки Норы  за период исследований, интерпретация данных на основе набора биогеографических, физических и техногенных параметров.

   Для ее достижения решались следующие задачи:

1. Изучить закономерности распределения и оценить уровни содержания ионов  свинца, кадмия, меди и цинка  в  воде реки Норы за период исследований.
2. Оценить уровень содержания анионов SO₄^2-, Cl^-,  в  воде реки Норы за период исследований.
3. Сделать заключение о возможных источниках загрязнения, особенностях миграции соединений свинца, меди, кадмия и цинка, а также анионов SO₄^2-, Cl^-,   в водоеме и степень его опасности для живых организмов.

Объект и методы исследования

Истоки Норы — ручьи, текущие от деревень Калинино и Ямино, к северо-западу от поселка Норское Яросавской области, а также из берёзового заболоченного леса, расположенного на юго-запад от этих деревень. После их соединения Нора течёт по вытянутой впадине, понижающейся на юго-восток, по направлению к Норскому. Проходя между деревнями Порошино и Петелино, Нора затем сворачивает на восток справа от  деревни Ченцы, после чего снова течёт на юго-восток, постепенно сближаясь с автомобильной трассой Рыбинск — Ярославль. Нора достигает границы Ярославля, после чего течёт вдоль территории садоводческого товарищества «Текстильщик-2», потом пересекает Ленинградское шоссе и Тутаевское шоссе и сворачивает на северо-восток, сразу уходя в большой овраг. В этом овраге, имеющем террасы, течёт до своего впадения в Волгу, где, после прохождения под Норским мостом, ширина её русла достигает уже свыше 10 метров. Почти везде, за исключением подтопленной части нижнего русла, имеет небольшую глубину.

Для определения концентраций свинца, меди, цинка и кадмия  в воде реки Норы использовался метод инверсионной циклической вольтамперометрии на полярографе с использованием 3-х электродной системы. Для определения содержания анионов SO42- и Cl- использовались объемные методы определения.

С целью установления содержания неорганических загрязнителей нами были проведены количественные исследования проб воды в разные месяцы на реке Норе.

Отбор проб воды производился в 2010 году в течение пяти месяцев с августа по декабрь, с глубины 0,3 метров. Выбор реки Норы для исследований диктовался следующими соображениями: во-первых, свое начало река берет недалеко от городской свалки твердых бытовых отходов «Скоково», что не может не сказаться на повышенном содержании в воде различных загрязнителей; во-вторых, в Нору происходит сброс ливневых сточных вод с предприятия ЗАО «Норский керамический завод», и находящихся на его территории ООО «Норский бетон» и ООО «Сокол-Яр».

Был количественно исследован состав проб воды по содержанию ионов свинца, меди, цинка и кадмия в концентрациях до 10^-10 моль/л методом циклической инверсионной вольтамперометрии. Определение сульфатов производится объемным методом, а определение хлоридов методом Мора с нитратом серебра (аргентометрический метод).

В процессе анализа обработанных проб было установлено содержание ионов cвинца, кадмия, цинка и меди, также сульфат- и хлорид-ионов  в воде реки Норы по разным месяцам. Достоверность полученных результатов была подтверждена путем проведения статистической обработки в программе MS Excel.

Результаты исследования по месяцам приведены в таблицах:

Таблица 1

Рис.1. Значения концентраций ионов свинца (по месяцам  в реке Норе за 2010 год.

Таблица 2

Содержание меди в воде реки Нора

Рис.2. Значения концентраций ионов меди (по месяцам  в реке Норе за 2010 год)

Таблица 3

Содержание цинка в воде реки Нора

Рис.3. Значения концентраций ионов цинка (по месяцам  в реке Норе за 2010 год)

Таблица 4

Содержание кадмия в воде реки Нора

Рис.4. Значения концентраций ионов кадмия (по месяцам  в реке Норе за 2010 год)

Таблица 5

Содержание анионов Cl^- в воде реки Норы

Рис.5.Значения концентраций хлорид-ионов (по месяцам  в реке Норе за 2010 год)

Таблица 6

Содержание анионов SO₄^2- в воде реки Норы

Рис.6.Значения концентраций сульфат-ионов (по месяцам  в реке Норе за 2010 год)

Значения концентраций свинца в воде, полученные  в результате исследований во все время кроме октября не превышают предельно допустимых  концентрации тяжелых металлов в питьевых водах. Содержания меди, кадмия, сульфатов и цинка в водах реки Норы не превышает ПДК во все месяцы исследования. К тому же  концентрация кадмия в августе и сентября была ниже диапазона измерения прибора (то есть очень невелика). Содержание хлоридов превышало ПДК в августе, сентябре и ноябре. Но следует учитывать, что значительная часть металлов может концентрироваться в растительных и животных организмах.

При анализе проведенных измерений можно заметить стойкую закономерность: максимум содержания исследуемых неорганических загрязнителей (кроме хлоридов) приходится на октябрь, а минимум на декабрь (в некоторых случаях и на август). Можно предположить, что причиной такой динамики распределения загрязнителей является неравномерное ежемесячное выпадение осадков, которое обуславливало более интенсивный смыв с окружающей территории загрязнителей в месяцы, когда количество выпавших осадков было достаточно велико, то есть предположительно в октябре.  Наблюдаемый в августе минимум концентрации  цинка и свинца можно объяснить тем, что проба воды бралась до наступления дождей, которые начались лишь в последнюю неделю месяца.

Меньше всего в водах реки Норы содержаться кадмия, это было вполне ожидаемое значение. Так как соединения кадмия выносятся в поверхностные воды со сточными водами свинцово-цинковых заводов, рудообогатительных фабрик, ряда химических предприятий (производство серной кислоты) и гальванического производства, которых нет на территории, расположенной рядом с руслом исследуемой реки. К тому же понижение концентрации растворенных соединений кадмия происходит за счет процессов сорбции, выпадения в осадок гидроксида и карбоната кадмия и потребления их водными организмами, а также значительная часть этого металла  может мигрировать в составе клеток гидробионтов.[1,2,3]

Наличие свинца в Норе, и даже превышение его ПДК в октябре можно объяснить тем, что начало река берет недалеко от городской свалки твердых бытовых отходов «Скоково», на полигонах которой может проводится утилизация отработанных автомобильных аккумуляторов, являющихся одним из основных источников свинца. Также свинец может поступать в природные воды с заводов, изготавливающих керамические изделия, а как уже говорилась ранее в Нору происходит сброс ливневых сточных вод с предприятия ЗАО «Норский керамический завод», свой вклад в загрязнение вносит наличие рядом автомобильных дорог, так как возможными источниками эмиссии является автотранспорт (несмотря на запрет, сохранились, правда весьма незначительные масштабы использования тетраэтилсвинца).

Концентрация меди и цинка в исследуемых водах лежит в пределах нормы, то есть не превышает предельно допустимых концентраций для питьевой воды. Поэтому их наличие можно объяснить естественными процессами  разрушения горных пород и минералов. К тому же попадание цинка в воду в результате деятельности человека происходит при сбросе сточных вод рудообогатительных фабрик и гальванических цехов, производств пергаментной бумаги, минеральных красок и  вискозного волокна, которых не наблюдается на территории, по которой протекает река Нора. Также нужно учитывать, что медь - один из важнейших микроэлементов, поэтому она всегда необходима организмам и может ими потребляться.[1,2,3]

Наличие сульфатов и хлоридов может быть обусловлено разными причинами. Так как содержание хлоридов в некоторые месяцы превышает ПДК, можно предположить, что это происходит из-за наличия у истоков реки Норы свалки твердых бытовых отходов «Скоково», нельзя также не учитывать сброс хлорид-ионов с предприятий «Норский керамический завод» и «Норский бетон».Сульфаты являются одним из важнейшиханионов и присут­ствуют практически во всех поверхностных водах, поэтому наличие их в воде реки Норы было ожидаемым. Значительные количества сульфатов могло попасть в исследуемую воду в процессе отмирания организмов и окисления наземных и вод­ных веществ растительного и животного происхождения и с под­земным стоком. Также можно сделать предположение, что сульфаты выносятся со сточными водами находящихся рядом предприятий, и с бытовыми стоками и водами, поступающих с расположенного рядом с рекой полигона «Скоково». Нужно заметить, что концентрация сульфатов в поверхностных водах подвержена заметным сезонным колебаниям и обычно коррелирует с изме­нением общей минерализации воды. Важнейшим фактором, опре­деляющим их режим, являются меняющиеся соотношения между поверхностным и подземным стоком.[1,2,3]

Выводы

В результате проведенной работы были сделаны следующие выводы:

1) Выявлена динамика распределения ионов свинца, меди, кадмия и цинка (методом циклической инверсионной вольтамперометрии) и сульфат- и хлорид-ионов (объемными методами), которая является для реки Норы неравномерно      на протяжении исследуемых пяти месяцев и определяется в значительной степени антропогенными факторами.

2) Установлено,  что максимальное содержание исследуемых неорганических загрязнителей (кроме хлорид-ионов) приходится на октябрь, а минимум наблюдается в августе и декабре, что предположительно может быть объяснено неравномерным выпадением осадков за эти месяцы с максимумом в октябре.

3) Анализ полученных значений концентраций неорганических загрязнителей позволил выявить, что в некоторые месяцы ПДК свинца, кадмия и хлора превышены, что может быть объяснено суммарным сбросом ливневых сточных вод с трех находящихся рядом промышленных предприятий и вод, идущий от свалки твердых бытовых отходов, которая находится выше по течению.

4) Концентрации  исследуемых металлов-токсикантов в большинстве своем превышают ПДК только в определенные месяцы. Данные металлы при превышении ПДК оказывают отрицательное воздействие на живые организмы, так как они имеют свойство накапливаться. Например Свинец может заменять кальций в костях, становясь постоянным источником отравления.

Список литературы

1.     Руководство по химическому анализу поверхностных вод суши. Под ред. д. х. н. проф. А. Д. Семенова. -  Л.: Гидрометеоиздат, 1977. - 354с.

2.     Грушко Я.М. Ядовитые металлы и их неорганичесике соединения в промышленных сточных водах.  М.:Медицина,1972.-176 с.

3.     Беспамятов Г.П. Кротов Ю.А. Предельно допустимые концентрации химическтх веществ в окружающей среде. - Л: "Химия" 1985г.-  528 с.