Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,674

ГИДРОХИМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА УРОВНЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОДЫ РЕКИ МИАСС НА ТЕРРИТОРИИ ЧЕЛЯБИНСКОЙ ОБЛАСТИ

Гетманец И.А. 1 Артеменко Б.А. 1
1 Челябинский государственный университет
Проанализированы группы показателей, оценивающих качество воды (базовые показатели, показатели эвтрофирования, токсичности, специфические загрязняющие вещества, геохимические и показатели, характеризующие влияние антропогенной активности и хозяйственной деятельности на качество вод, а также гидробиологические показатели), приведенные в разных классификациях. Обоснован выбор станций отбора гидрологических и гидрохимических проб в пределах реки Миасс на территории Челябинской области, имеющей хозяйственно-бытовое и промышленное значение. Проведено сравнение физико-химических показателей воды по следующему комплексу параметров: водородный показатель, сухой остаток, взвешенные вещества, концентрация хлорид-ионов, фосфат-ионов, нитрит- и нитрат-ионов, сульфат-ионов, аммоний-ионов, щелочность общая, окисляемость перманганатная, растворенный кислород, концентрация железа и марганца, биохимическое потребление кислорода за 5 суток (БПК5), прозрачность и цветность. Выявлена корреляционная зависимость между гидрохимическими показателями. Определен трофический статус исследуемого водоема и его пригодность для использования в качестве питьевого и промышленного источника.
биогенные элементы
гидрохимические показатели
качество воды
поверхностные воды
река Миасс
специфические загрязняющие вещества
уровень загрязнения воды
1. Баренбойм Г.М., Веницианов Е.В., Данилов-Данильян В.И. Некоторые научно-технологические проблемы проектирования, создания и функционирования систем мониторинга водных объектов // Вода: химия и экология. – 2008. – № 1. – С. 3–7.
2. Баренбойм Г.М., Веницианов Е.В., Данилов-Данильян В.И. Некоторые научно-технологические проблемы проектирования, создания и функционирования систем мониторинга водных объектов // Вода: химия и экология. – 2008. – № 2. – С. 3–10.
3. Вредные химические вещества: неорганические соединения элементов V-VIII групп. Справочник / А.Л. Бандман, Н.В. Волкова, Т.Д. Грехова [и др.]; под ред. В.А. Филова. – Л.: Химия, 1989. – 592 с.
4. Красногорская Н.Н., Елизарьев А.Н., Хаертдинова Э.С., Муллаянов Р.Р. Оценка экологического состояния лентических водных объектов в пределах урбанизированных территорий [Электронный ресурс] // Современные проблемы науки и образования: сетевой журн. – 2011. – Режим доступа: http://www.science-education.ru/100-4890 (дата обращения 21.06.2013).
5. Серебренникова Ю.А., Артеменко Б.А., Трофимова Л.В. Планктон реки Миасс как индикатор сапробности водоема // Вестник Челяб. гос. пед. ун-та. – 2011. – № 12. – С. 343–349.
6. Справочник по гидрохимии / под ред. А.М. Никанорова. – Л.: Гидрометеоиздат, 1988. – 391 с.

Основным средством для проведения оценки экологического состояния водоема являются показатели качества воды, которые приведены в ГОСТ 17.1.3.07-82. Они характеризуют экологическое состояние лотических водных объектов и применяются для контроля качества природных вод по физическим, химическим и гидробиологическим показателям.

Впервые В.Б. Страдомским [1976] предложена логическая схема дифференциации групп показателей качества воды: общие показатели; минеральные вещества; органические вещества; показатели эвтрофирования; показатели токсичности; специфические загрязняющие вещества [4].

Другая классификация показателей состояния водоемов приведена в работах [1, 2]. Она включает: базовые показатели; геохимические (фоновые) показатели; показатели, характеризующие влияние антропогенной активности и хозяйственной деятельности на качество вод; гидробиологические показатели.

Анализируя эти классификации, Н.Н. Красногорская и др. [2011] подчеркивают характерную избыточность измеряемых параметров при их возможной взаимозаменяемости и утверждают, что оперативность оценки экологического состояния лотических водных объектов может быть достигнута путем мониторинга небольшого числа контролируемых и определяемых гидрохимических показателей, дающих интегральное представление о развитии негативных процессов – эвтрофирования, загрязнения и закисления.

Материал и методы исследования

Объектом нашего исследования явилась река Миасс – крупная водная артерия Челябинской области, используемая для промышленных и хозяйственно-бытовых нужд населения. За последние десятилетия ее русло подверглось сильному антропогенному воздействию, которое нарушило гидрохимический состав вод реки. Свыше 20 предприятий и организаций города сбрасывают в Миасс промышленные и хозяйственно-бытовые сточные воды.

Исследования проведены в 2011–2012 году в средней части бассейна реки Миасс. Общая протяженность маршрута составила более 260 км, в пределах которого были определены 8 станций забора проб, выбор которых определен расположением крупных промышленных предприятий вдоль русла реки, жилмассивов, санкционированных и несанкционированных мест отдыха населения.

Отбор проб для определения физико-химических параметров и гидрохимического анализа осуществлен в соответствии с требованиями ГОСТ Р 51592-2000. Аналитические работы проведены в аккредитованной лаборатории водных экосистем и технологий воды УНИЦ биотехнологий ЧелГУ.

Результаты исследования и их обсуждение

При оценке состояния вод реки Миасс учитывались следующие показатели: водородный показатель, концентрация хлорид-ионов, фосфат-ионов, нитрит- и нитрат-ионов, сульфат-ионов, аммоний-ионов, щелочность общая, окисляемость перманганатная, растворенный кислород, концентрация железа и марганца, БПК5, прозрачность и цветность.

Величины водородного показателя, определенного в ходе стационарных и лабораторных исследований, варьируются от 7,35 до 9,15. На семи ее значение водородного показателя находится в пределах нормативов ПДК и ОБУВ (для воды водных объектов, имеющих рыбохозяйственное значение рН = 6,5–8,5) и только на станции I – «Миасс» – наблюдается повышение показателя до 9,15. Вероятно, такое значение объясняется качеством сточных вод, сбрасываемых ЗАО «Миасский инструментальный завод».

Результаты аналитических исследований показали, что концентрация хлорид-ионов в реке Миасс не превышает ПДК и ОБУВ.

Важнейшим компонентом химического состава поверхностных вод являются сульфат-ионы. Как показали результаты исследований, их содержание находится в пределах от 28,4 до 45,52 мг/дм3, а на станциях VII (п. Першино, Челябинск) и VIII (с. Миасское) значение концентрации увеличивается до 95,63 и 109,1 мг/дм3 соответственно, что превышает предельно-допустимую концентрацию для водоемов с рыбохозяйственным назначением (100 мг/дм3). Такое резкое увеличение объясняется следующим: в реку Миасс сульфаты поступают главным образом за счет промышленных сбросов растворенных серосодержащих минералов.

Концентрация ионов аммония на трех из восьми станций превышает нормы ПДК и ОБУВ для рыбохозяйственных водных объектов и составляет 0,74 мг/дм3 для станций «Бутаки» и «Миасское», 0,56 мг/дм3 «Челябинск». Это указывает на наличие органических источников загрязнения, вызывающих увеличение содержания ионов аммония и соответственно повышение водородного показателя (рис. 1).

pic_46.tif

Рис. 1. Показатели концентрации аммоний-ионов, в мг/дм3

Анализ следует дополнить рассмотрением нитрат- и нитрит-ионов, т.к. в соответствии с требованиями глобальной системы мониторинга состояния окружающей среды/Global Environmental Monitoring System (ГСМОС/GEMS) они входят в программы обязательных наблюдений за составом питьевой воды и являются важными показателями степени загрязнения и трофического статуса природных водоемов.

Уровень нитрит-ионов в реке находится в пределах нормы ПДК и ОБУВ по рыбохозяйственным объектам. На станциях III, V, VI и VII они не обнаружены, на остальных участках забора проб их содержание не превысило 0,02 мг/дм3. Это объясняется щелочной реакцией среды и отсутствием процессов окисления.

Анализируя показатели содержания нитрат-ионов, можно отметить, что их значение на большинстве станций находится в пределах норм ПДК и ОБУВ и варьируется от 1,0 до 4,85 мг/дм3. Лишь на станции VIII – «Миасское» – значение возрастает до 40,9 мг/дм3. Превышение нормы, на наш взгляд, объясняется использованием азотных удобрений на опытно-экспериментальных полях и последующим стоком во время весеннего половодья.

pic_47.tif

Рис. 2. Показатели концентрации растворенного кислорода, мг/дм3

Следующий биогенный элемент, определяющий величину окислительно-восстановительного потенциала, а также направление и скорость процессов химического и биохимического окисления, в том числе нитритов и нитратов, – растворенный кислород (рис. 2).

Максимальные концентрации растворенного кислорода на станциях I, III, V, VII говорят об интенсивности окислительных процессов азота до нитратов, об этом же свидетельствуют и их количественные показатели, и отсутствие нитритов. Исключение составляет III станция, на которой зафиксирована незначительная концентрация нитрат-ионов, но она отлична от других чрезвычайно высокой численностью планктона, способного к нитрификации [5].

Минимальное содержание кислорода на II и VI станциях объясняется эвтрофированием водоема и болотообразовательным процессом, о чем свидетельствуют ассоциации с типичными болотными видам (Rorippa palustris (L.) Bess., Menyanthes trifoliata L., Scirpus lacustris L., Carex cespitosa L. и др.).

Переходим к обсуждению следующего геохимического показателя – фосфора, включенного в глобальную систему мониторинга наряду с содержанием нитритов и нитратов [6]. На подавляющем большинстве станций концентрация фосфат-ионов превышает нормы ПДК и ОБУВ для водоемов, имеющих рыбохозяйственное значение (от 0,26 до 0,71 мг/дм3), но особенно высоко его значение в с. Миасское, где оно составило 3,74 мг/дм3, то есть в 187 раз превысило норму (рис. 3). Это объясняется поступлением в реку удобрений с опытно-экспериментальных полей Института агроэкологии ЧГАА.

pic_48.tif

Рис. 3. Показатели концентрации фосфат-ионов, мг/дм3

Кроме приведенных показателей, следует рассмотреть и специфические загрязнители – железо и марганец.

Для водоемов, имеющих санитарно-бытовое значение, ПДК железа составляет 0,3 мг Fe/дм3, а рыбохозяйственное значение – 0,1 мг/дм3 [3]. Концентрация железа на большинстве станций находится в пределах 0,08 до 0,4 мг/дм3, что соответствует нормам ПДК, но значительно повышаются показатели на станциях IV – ул. Университетская наб. (Челябинск) – 1,2 мг/дм3 и VIII – «Миасское» – 1,3 мг/дм3 (рис. 4). Кроме того, мы констатируем, что на отмеченных станциях значительно снижен показатель прозрачности, при норме СанПиНа 2.1.5.980-00 в 20 см, он составил соответственно 2,9 ± 0,3 и 3,5 ± 0,4 см. Это подтверждается санитарно-гигиеническими данными о том, что повышенное содержание железа ухудшает органолептические свойства воды [3].

pic_49.tif

Рис. 4. Показатели концентрации железа общего в мг/дм3

Следующим показателем качества воды является уровень содержания в воде марганца. В речных водах содержание марганца колеблется обычно от 0,001 до 0,16 мг/дм3. По нормам ПДК и ОБУВ для водоемов, имеющих рыбохозяйственное значение, показатель составляет 0,01 мг/дм3.

Аналитические данные показали, что концентрация марганца в реке Миасс превышает норму ПДК по всем станциям. Максимального значения она достигает в с. Миасское и составляет 0,87 мг/дм3, несколько ниже в д. Бутаки – 0,61 мг/дм3. Можно предположить, что на этих станциях активно происходят процессы разложения органических веществ вследствие процесса заболачивания при недостатке кислорода, столь характерного для сплавин, что и подтверждают показатели концентрации растворенного кислорода (рис. 2) и концентрации БПК5, находящиеся в обратно пропорциональной зависимости.

Биохимическое потребление кислорода является одним из важнейших критериев уровня загрязнения водоема органическими веществами и определяет количество кислорода, необходимое для разложения органических загрязняющих веществ. Показатель БПК был определен за 5 суток инкубации (рис. 5).

pic_50.tif

Рис. 5. Показатели уровня БПК за 5 суток инкубации, мг/дм3

Анализ графика демонстрирует, что почти на всех станциях его значение превышает норму ПДК и ОБУВ для водоемов, имеющих рыбохозяйственное значение, которое соответствует 2,0 мг/дм3. Резкое превышение норм отмечено в д. Бутаки (в 20 раз) и с. Миасское (в 10 раз). Выявленное превышение соответствует низкому содержанию растворенного кислорода и высокому содержанию марганца на этих же станциях, отмеченному выше.

Проведенный анализ гидрохимических параметров воды реки Миасс выявил следующую корреляционную зависимость: высокое содержание аммония приводит к повышению значения водородного показателя, последний определяет уровень нитрит- и нитрат-ионов, содержание которых также зависит и от концентрации растворенного кислорода, а содержание последнего коррелирует с концентрацией марганца и показателями биохимического потребления кислорода.

Таким образом, вода реки Миасс относится к гидрокарбонатному классу и содержит большое количество сульфат-, хлорид-, нитрат-ионов и катионов железа и марганца, значительно превышающих ПДК, что приводит к смене класса воды на сульфатный, способствует повышению общей минерализации (до 532 мг/л) и вызывает значительное увеличение показателя кислотности (рН до 9,5).

Значение БПК5 и связанное с ним содержание растворенного в реке кислорода позволили определить воду реки Миасс на большем протяжении исследуемого участка как β-мезосапробный водоем, а на станциях, размещенных в д. Бутаки и с. Миасское, – как гиперсапробный водоем (содержание БПК5 превышает ПДК в 11,3 и 25,1 раза соответственно).

На основании гидрохимических показателей (рН, нитратный азот, фосфор фосфатный, биохимическое потребление кислорода) можно предположить, что река Миасс – политрофный водоем (умеренно загрязненный/сильно загрязненный) с выраженной тенденцией к гипертрофности (весьма загрязненный/предельно загрязненный) и биогенной нагрузкой, определяемой как очень высокая (вплоть до насыщенной).

Рецензенты:

Павлова В.И., д.б.н., профессор кафедры теоретических основ физической культуры, ФГБОУ ВПО «Челябинский государственный педагогический университет», член-корреспондент РАЕ, г. Челябинск;

Пряхин Е.А., д.б.н., зав. экспериментальным отделом, ФГБУН «Уральский научно-практический центр радиационной медицины» ФМБА России, г. Челябинск.

Работа поступила в редакцию 08.10.2013.


Библиографическая ссылка

Гетманец И.А., Артеменко Б.А. ГИДРОХИМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА УРОВНЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОДЫ РЕКИ МИАСС НА ТЕРРИТОРИИ ЧЕЛЯБИНСКОЙ ОБЛАСТИ // Фундаментальные исследования. – 2013. – № 10-6. – С. 1248-1252;
URL: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=32525 (дата обращения: 17.04.2024).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1,674