close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

send finel cover;pdf

код для вставкиСкачать
УДК 504.4.054(282.247.29)(06)
СОДЕРЖАНИЕ ИОНОВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ВОДАХ
НИЖНЕГО ТЕЧЕНИЯ РЕКИ ПРЕГОЛИ В 2000-х ГОДАХ
Н.В. Чибисова, М.В. Лятун
Атлантическое отделение Федерального государственного бюджетного
учреждения науки Института океанологии имени П.П. Ширшова РАН,
Россия, 236022, г. Калининград, пр. Мира, 1
E-mail: [email protected], [email protected]
Обобщены данные по содержанию ионов тяжелых металлов в воде для нижнего течения
р. Преголя в 2004, 2006, 2009-2011 гг. Отмечено превышение предельно допустимых концентраций для ионов хрома, цинка, железа, меди и марганца. Наибольшие концентрации ионов токсичных металлов зарегистрированы в устье р. Преголи.
тяжелые металлы, р. Преголя, рентгенофлуоресцентный анализ, предельно допустимые концентрации
ВВЕДЕНИЕ
Изучение растворенных и взвешенных форм токсичных микроэлементов,
а также процессов миграции ионов тяжелых металлов в водотоках и накопления
их в донных отложениях является важным аспектом при экологических исследованиях речных экосистем. Сведения о содержании ионов токсических металлов в
водах реки носят отрывочный характер. В работе В.И. Панасина и Л.Ф. Мизиной
приводятся сведения о концентрациях свинца, меди, кадмия, цинка, марганца,
хрома и никеля в основных водотоках бассейна р. Преголи в конце 1990-х годов
[1]. Отдельные данные публикуются в ежегодных докладах правительства Калининградской области о состоянии окружающей среды, однако эти сведения носят
скорее справочный характер [2-4]. В 2003 г. Н.В. Чибисовой было проведено исследование возможности использования методики рентгенофлуоресцентного анализа для определения ионов тяжелых металлов в природных водах с различной
минерализацией и показано, что данная методика может использоваться при мониторинге различных водных систем – от пресноводных до морских [5]. Были начаты работы по исследованию содержания ионов токсичных микроэлементов в
водах р. Преголи, Вислинском и Куршском заливах Балтийского моря [6, 7]. Данная статья суммирует результаты нескольких лет исследований в нижнем течении
р. Преголи.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Материалом для исследования послужили пробы воды, отобранные в нижнем течении реки на постоянных мониторинговых станциях 23, 24, 26, 27, 29, 30
(см. рис. 1) в 2004, 2006, 2009-2011 гг. Пробы воды для определения в них ионов
цинка, меди, никеля, железа, марганца, кобальта, хрома, ванадия и висмута отбира-
ли в 2004 и 2006 гг. в октябре-ноябре, в 2011 г. – в июле-августе. В 2009 и 2010 гг.
были проведены анализы проб воды р. Преголи для определения в них концентрации ионов хрома и железа. Пробы воды (1 л) отбирали из поверхностного горизонта 0-0.5 м, фиксируя 2 мл азотной кислоты. Всего исследовано 243 пробы.
Использована методика выполнения измерений массовых концентраций
ванадия, висмута, железа, кобальта, хрома, свинца, марганца, никеля, цинка и меди в природных водах рентгенофлуоресцентным методом после концентрирования на целлюлозных ДЭТАТА-фильтрах, разработанная НПО «Спектрон»
(г. Санкт-Петербург) [8, 9]. Метод заключается в селективном концентрировании
металлов на целлюлозных ДЭТАТА-фильтрах и рентгенофлуоресцентном определении металлов в полученных фильтрах-концентратах.
Концентрацию растворенных форм металлов определяли после фильтрования пробы через двойной фильтр «синяя лента» и буферирования пробы. Специальной подготовки проб воды для устранения химических помех, обусловленных вариациями состава проб (матричных эффектов), не требуется. Результатом
сорбции металлов на ДЭТАТА-фильтрах является концентрат унифицированного
состава. Определение концентрации тяжелых металлов выполнялось на рентгеновском спектрометре марки «Спектроскан МАКС – G» в комплекте с компьютером 1ВМ РС АТ 386-586 и разборными кюветами [10].
Рис. 1. Схема расположения разрезов на р. Преголе
Fig. 1. Scheme of cuts on the Pregola river
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Результаты анализа 243 проб воды из нижнего течения Преголи, включая
участок реки в пределах Калининграда и нижележащий приустьевой, показали,
что в исследуемые 2004, 2006, 2009-2011 гг. концентрации ионов кобальта и ванадия были ниже предела обнаружения контрольного образца.
Концентрации ионов хрома колебались в пределах 0.0008-0.134 мг/л. Превышение предельно допустимых концентраций (ПДК – 0.07 мг/л) ионов хрома
для рыбохозяйственных водоемов отмечено в приустьевой части реки (ст. 22 в
2011 г. и 23 в 2006 г.) и в Новой Преголе – район ст. 28 в 2006 г. (см. рис. 2, А).
Средняя за исследованный период концентрация ионов хрома в реке составила
0.009 мг/л.
Концентрация ионов висмута колебалась от 0.001 до 0.016 мг/л. Превышения (ПДК – 0.1 мг/л) для рыбохозяйственных водоемов за весь период исследова-
ний не отмечено (рис. 2, Б). Средняя за исследованный период концентрация ионов висмута составила 0.005 мг/л.
А
Б
Рис. 2. Концентрация ионов хрома (А) и висмута (Б) в р. Преголе
Fig. 2. The concentration of chromium (А) and bismuth (Б) ions in the Pregola river
Содержание ионов цинка в 2004, 2006, 2011 г. варьировало от 0.0001 до
0.1208 мг/л. Превышение (ПДК – 0.1 мг/л) отмечено в 2004 г. в устье реки (ст. 22)
и на ст. 28о и 28 (ПДК превышено соответственно в 1.1, 2.0 и 1.4 раза) (рис. 3, А).
А
Б
Рис. 3. Концентрация ионов цинка (А) и железа (Б) в р. Преголе
Fig. 3. The concentration of zinc (А) and iron (Б) ions in the Pregola river
Концентрации ионов железа в прегольской воде превышали предельно допустимые практически во всех точках отбора проб во все годы исследований. На
разных станциях превышение ПДК отмечено в 1.1-11 раз (рис. 3, Б). Концентрации ионов железа в реке варьировали от 0.08 до 0.550 мг/л, минимальные концентрации отмечены в 2006 г. (0.06 мг/л), максимальные – в 2004 г. (0.550 мг/л).
Концентрации ионов меди в воде во все годы исследований превышали
ПДК (0.005 мг/л) в 1.4-9.5 раз на всех мониторинговых точках. Повышенное со-
держание ионов меди отмечено в 2004 г. в районе устья, ст. 22 (0.026 мг/л) и в
районе ст. 28 и 28о (0.027 и 0.021 мг/л соответственно). Минимальные концентрации отмечены в 2006 г. на ст. 23 (0.0001 мг/л) (рис. 4, А). Среднее за период исследований содержание ионов меди в речной воде составило 0.015 мг/л.
А
Б
Рис. 4. Концентрация ионов меди (А) и марганца (Б) в р. Преголе
Fig. 4. The concentration of copper (А) and manganese (Б) ions in the Pregola river
Концентрация ионов марганца в годы исследований варьировала от 0.001
до 0.079 мг/л, при ПДК 0.01 мг/л. В 2004 г. превышение ПДК составило от 1.3 до
12 крат в большинстве точек отбора проб. В ноябре 2006 г. концентрация ионов
марганца в водах р. Преголи превышала ПДК лишь в районе ст. 27 (0.0155 мг/л).
В 2011 г. содержание ионов марганца в воде было ниже предела обнаружения
контрольного образца практически на всех мониторинговых станциях. Только на
ст. 26 и 29 отмечены значимые концентрации – 0.024 и 0.001 мг/л соответственно.
При этом на ст. 26 зафиксировано превышение предельно допустимых концентраций ионов в воде в 2.4 раза (рис. 4, Б).
Во все годы исследований концентрация ионов свинца не превышала ПДК
для рыбохозяйственных водоемов и варьировала от 0.0002 до 0.0044 мг/л (рис. 5).
Средняя концентрация – 0.002 мг/л.
Рис. 5. Концентрация ионов свинца в р. Преголе
Fig. 5. The concentration ions of lead ions in the Pregola river
Таким образом, ионы висмута и свинца хотя и присутствуют в пробах прегольской воды, но в небольших концентрациях. Со стоком р. Преголи в Вислинский залив поступают значительные количества ионов других тяжелых металлов
– хрома, цинка, железа, меди и марганца. Для всех вышеназванных металлов отмечены превышения ПДК для рыбохозяйственных водоемов. Характер распределения концентраций закономерен – самые высокие значения отмечаются в разные
годы исследований в устьевой части реки. Как известно, приустьевые области рек
являются своеобразными ловушками загрязнений [11]. Повышенные концентрации ионов тяжелых металлов выявлены также в разные годы на ст. 28 в Новой
Преголе, лежащей в 1 км ниже по течению от ЦБЗ «Дарита», на протяжении почти 100-летнего периода являвшегося основным источником различных видов химического загрязнения вод Преголи. Локальный характер загрязнения говорит о
том, что его источник имеет антропогенное происхождение.
Следует отметить, что превышение ПДК ионов меди, марганца и никеля
отмечено другими исследователями для ряда водотоков Калининградской области
в 2010 г. [12]. При этом в более ранних работах [1] для рек бассейна р. Преголи
выявлены только повышенные концентрации ионов железа, что является характерной чертой всех природных вод Калининградской области и связано, скорее
всего, с химическим составом коренных пород, слагающих русла водотоков.
Известно, что отдельные тяжелые металлы могут включаться в пищевые
цепи. Так, Pb, Cu, Zn аккумулируются фито- и зоопланктоном. Ni, Co, Cr и Fe могут поглощаться представителями перифитона. Макрофиты в большей степени
концентрируют Cu, Ni, Cr, Fe [13]. Гидробионты накапливают тяжелые металлы в
количествах, в сотни (железо), в тысячи (медь, кадмий) и сотни тысяч (цинк, марганец) раз превышающих их концентрации в воде [14]. Водные организмы, концентрируя микроэлементы, обеспечивают тем самым нормальный синтез биологически активных веществ типа ферментов, гормонов и витаминов [15]. Однако
при концентрациях, превышающих их нормальное содержание, в организме стирается грань между их физиологическим и токсическим действием [16]. Кроме
этого, наряду с прямым токсическим действием, тяжелые металлы вызывают
опасные отдаленные последствия, а именно: мутагенное, эмбриотоксическое, гонадотоксическое и др. [17]. Учитывая, что указанные элементы присутствуют в
водах р. Преголи в повышенных концентрациях, они могут оказывать негативное
воздействие на речные биологические сообщества.
ВЫВОДЫ
1. В результате исследований отмечено превышение ПДК в прегольской
воде для ионов хрома в 3.8 раз (0.134 мг/л), цинка – в 1.1-2 раза
(0.0532-0.1208 мг/л), железа – в 1.1-11 раз (0.0645-0.550 мг/л), меди – в 1.4-9.5 раз
(0.0068-0.0476 мг/л) и марганца – в 1.3-12 раз (0.0155-0.079 мг/л).
2. Содержание в воде ионов висмута и свинца во все годы исследований не
превышало ПДК на мониторинговых станциях и колебалось в пределах от 0.001
до 0.016 и от 0.0002 до 0.0044 мг/л соответственно.
3. За весь период исследований наибольшие концентрации токсических
микроэлементов отмечены в приустьевой зоне р. Преголи и на ст. 28 в рукаве Новой Преголи.
4. В межгодовом аспекте отмечено уменьшение содержания ионов хрома,
цинка, меди и марганца в водах реки в период с 2004 по 2011 гг.
5. Повышенные концентрации хрома, цинка, железа, меди и марганца могут оказывать мутагенное, эмбриотоксическое, гонадотоксическое и другие типы
негативного воздействия на гидробионтов, обитающих в реке. Оценка влияния
токсичных металлов на экосистему р. Преголи требует дальнейших исследований.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Панасин, В.И. Экологическое состояние бассейна реки Преголи /
В.И. Панасин, Л.Ф. Мизина // Теоретические и прикладные аспекты экологии и
биологии: межвуз. сб. ст. – Калининград: Изд-во КГУ, 2001. – С. 3-12.
2. Доклад о состоянии и об охране окружающей среды Калининградской
области в 2001 г. – Калининград: Калининградский печатный двор, 2002. – 160 с.
3. Доклад о состоянии окружающей природной среды Калининградской
области в 1998 году. – Калининград, 1999. – 200 с.
4. Доклад об экологическом состоянии Калининградской области в 2003 г. –
Калининград: Янтарный сказ, 2004. – 216 с.
5. Чибисова, Н.В. Рентгенофлуоресцентное определение тяжелых металлов в природных водах с различной минерализацией / Н.В. Чибисова // Труды V
Международной научной конференции «Инновации в науке и образовании –
2007». – Калининград: Изд-во КГТУ, 2007. – С. 321-323.
6. Чибисова, Н.В. Мониторинг тяжелых металлов в реке Преголя и Вислинском заливе Калиниградской области / Н.В. Чибисова, А.В. Старожук // Актуальные проблемы неорганической и аналитической химии: межвуз. тематич. сб.
науч. тр. – Калининград: Изд-во РГУ им. И. Канта, 2008. – Вып. 4. – С.78-83.
7. Чибисова, Н.В. Мониторинг содержания железа и хрома в реке Преголя
/ Н.В. Чибисова, Е.П. Жолинская // Химия и современное общество: сб. тез. докл.
I науч.-практ.конф., посвященной Международному году химии. – Калининград:
Изд-во БФУ им. И. Канта, 2011. – С. 38-39.
8. Определение тяжелых металлов в воде с помощью флуоресцентной
спектроскопии // Путь создания подходящей сенсорной системы. – Anal. Chet,
2000. – 368, № 2-3. – С. 182-191.
9. Терлецкая, А.В. Использование рентгенофлуоресцентного анализа для
определения тяжелых металлов в воде р. Днепр / А.В. Терлецкая, Т.А. Богословская, В.Я. Яемченко // Химия и технол. воды, 2000. – 22, № 2. – С. 151-159.
10. Методика определения содержания металлов Bi, Pb, Zn, Cu(II), Ni, Co,
Fe(III), Mn(II), Cr(III), V при анализе вод на сорбционных целлюлозных ДЭТАТАфильтрах рентгенфлуоресцентным методом. ГОСТ № 2420/322-94/0396-001. –
СПб.: «Спектрон», 2003. – 17 с.
11. Лисицын, А.П. Развитие четырехмерной океанологии и создание фундаментальных основ комплексного мониторинга морских экосистем (на примере
Белого моря) / А.П. Лисицын [и др.] // Физические, геологические и биологические исследования океанов и морей. – М.: Науч. мир, 2010. – С. 559-596.
12. Об экологической обстановке в Калининградской области в 2010 г //
Материалы для Государственного доклада «О состоянии и об охране окружающей
среды в Российской Федерации в 2010 году». – Калининград, 2011. – 156 с.
13. Леонова, Г.А. Биогеохимическая индикация антропогенной геохимической трансформации водных экосистем бассейна реки Обь / Г.А. Леонова,
Ж.О. Бадмаева, В.Н. Ильина // Экологобиогеохимические исследования в бассейне Оби. – Томск: Изд-во «РАСКО», 2002. – С. 136-156.
14. Комаровский, Ф.Я. Ртуть и другие тяжелые металлы в водной среде:
миграции, накопление, токсичность для гидробионтов (обзор) / Ф.Я. Комаровский, Л.Р. Полищук // Гидробиол. Журн. – 1981. – Т.17, №5. – С.71-83.
15. Ковальский, В.В. Геохимическая экология / В.В. Ковальский. – М.:
Наука, 1974. – 299 с.
16. Горовая, С.Л. Физиолого-биохимические показатели рыб водоѐмов Белоруссии / С.Л. Горовая, С.А. Столярова. – Минск: Наука и техника, 1987. – 157 с.
17. Devis, L.T. Methyl mercury in fish Report from an Expert group FAO /
L.T. Devis. – FAO, Stockholm, 1971. – 364 p.
THE CONTENT OF HEAVY-METAL IONS IN WATER OF THE LOWER
REACHES OF PREGOLYA RIVER IN THE 2000-S
N.V. Chibisova, M.V. Lyatun
Summarized data of the heavy-metal ions content in the water of the lower reaches of Pregolya
river in 2004, 2006, 2009-2011. Observed excess of maximum permissible concentrations of ions of
chromium, zinc, iron, copper and manganese. The greatest concentrations of toxic metal ions registered at
the mouth of the river Pregolya.
heavy metals, Pregolya river, x-ray fluorescence analysis, the maximum permissible concentration
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа