КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА КАЧЕСТВА
ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОД РЕК ИЖОРЫ И ОРЕДЕЖА ПО ГИДРОХИМИЧЕСКИМ ПОКАЗАТЕЛЯМ
Авторы работ: Потехина Г.В.
Цель гидрохимических исследований воды рек Ижоры и Оредежа — дать, по возможности, оценку качества природных вод и рассмотреть влияние загрязненной воды на здоровье населения, проживающего на прилегающих территориях. Вода легко загрязняется чуждыми ей примесями, проходя через гидрологический цикл, она вбирает в себя различные промышленные, сельскохозяйственные и бытовые отходы.
При благоприятных условиях загрязненная вода способна самоочищаться. Живущие в ней аэробные бактерии с помощью растворенного кислорода окисляют органические и биогенные вещества, превращая их в неопасные для здоровья живых организмов молекулы и ионы: CO2, H2O, NO3 -, SO42- , PO43-.
Естественное самоочищение возможно лишь в тех случаях, когда водная экосистема не перегружена органикой.
Однако, в воду могут попасть и вещества, абсолютно чуждые экосистемам — ксенобиотики. Среди таких загрязнителей особо опасны тяжелые металлы, хлор- и фторорганические вещества, полихлорполициклические соединения (ПХПС), к ним, в частности, относятся ДДТ и его производные, а также печально знаменитые диоксины.
n, n — дихлордифенилтрихлорэтан (ДДТ)
2,3,7,8 — тетрахлордибензо-n-диоксин (ТХДД).
ПХПС опасны тем, что, находясь в живых организмах в ничтожных концентрациях, подавляют иммунную систему и адаптационные возможности, а в более высоких концентрациях являются канцерогенами. Они нарушают передачу нервных импульсов и некоторые генетические механизмы.
Водоснабжение населения Гатчинского района осуществляется из подземных источников и частично из системы Невского водовода. По данным ЦГСЭН по значительной части водоисточников наблюдается несоответствие химических и, в особенности бактериологических, показателей требованиям ГОСТ 2874-82 “Вода питьевая”, что связано с ненадежностью перекрытий водоносных горизонтов. На территории района имеется более 180 шахтных и буровых колодцев общественного пользования, 35-40% проб воды из них свидетельствуют о несоответствии качества воды санитарным нормам.
Таблица 1
Контроль загрязненности воды с помощью тестов
Наименование теста | Определяемый компонент | Индикационный эффект | Река Оредеж пос. Вырица | Река Оредеж с. Рождествено | ПДКхпн мг/л |
---|---|---|---|---|---|
Активный хлор | активный хлор в свободном и связанном видах | синий | отсутств. | > 1,2 мг/л | не допускается |
Железо общее (феррум) | сумма катионов Fe2+ , Fe3+ | желтый | отсутств. | отсутств. | 0,3 |
Медь (купрум) | катион меди(II) Cu2+ | коричневый | > 5 | 5 | 1,0 |
Никель | катион никеля(II) Ni2+ | розово-красный | отсутств. | >10 | 0,1 |
Нитрат | нитрат- и нитрит-анионов NO3 - , NO2- | красный | > 50 | 40,0 | 45,0 |
Нитрит | нитрит-анион NO2- | красный | - | 3 | 0,1 |
Сульфид | растворенный сероводород, сульфид- и гидросульфид-анионы H2S; S2- ; HS- | серо-коричневый | - | - | не допускается |
Хромат | хром (VI) в хромат- и бихромат-анионах CrO42- Сr2O72- | сиреневый | > 3 | - | 0,05 |
Эко-протект | кислотность (щелочность)H+, OH- | шкала на этикетке | 8,0 | 8,15 | 6,5-8,5 |
Для оценки качества воды можно использовать следующие показатели:
— температура воды;
— органолептические характеристики;
— водородный показатель (рН);
— минеральный состав;
— биогенные элементы;
— биохимическое потребление кислорода БПК5;
— растворенный кислород РК;
— содержание нефтепродуктов;
Температура является важной гидрологической характеристикой водоема,
показателем возможного теплового загрязнения. Оно опасно тем, что вызывает интенсификацию
процессов жизнедеятельности гидробионтов, нарушение экологического равновесия,
может способствовать усилению токсичности ксенобиотиков. Чтобы не допустить
необратимого нарушения экологического равновесия температура воды в водоеме
не должна превышать более, чем на 30С летом по сравнению со среднемесячными
значениями самого жаркого года за последние 10 лет. Температура воды в реках
Ижоре и Оредеже в июне 1997 г. и
1998 г. не превышала среднемесячные данные.
Органолептическая оценка качества воды — обязательная начальная процедура санитарно-химического контроля воды. К органолептическим характеристикам относят: цветность, мутность (прозрачность), запах, вкус и привкус, пенистость.
Неудовлетворительные органолептические характеристики косвенно свидетельствуют о загрязнении водоемов органическими веществами и синтетическими поверхностно-активными веществами СПАВ.
Водородный показатель рН — отрицательный логарифм концентрации катионов
водорода в растворе: рН = - lg [H+].
Для всего живого в воде (за исключением некоторых кислотоустойчивых бактерий) минимально возможная величина рН = 5. В воде водоемов допускается рН = 6,5-8,5.
Кислотность природных вод определяется характером почвы, грунтов, местности. Пониженное значение рН характерно для болотных вод за счет повышенного содержания гуминовых и др. кислот. Загрязнения, придающие воде повышенную кислотность, возникают при “кислотных” дождях, попадании в водоемы неочищенных стоков промышленных и с/х предприятий. Даже обычный дождь в экологически чистой местности имеет подкисленную реакцию рН = 5,6-6,0 за счет частичного растворения углекислого газа атмосферы: CO2+H2O = HCO3- +H+.
Особенно чувствительны к изменению рН среды икра рыб и мальки.
Влияние кислотности воды на выживание организмов
pH | 7,0 | 6,0 | 5,0 | 4,0 |
- гибнут ракообразные, моллюски |
-гибнут лосось, форель, плотва |
-гибнут некоторые насекомые, основная масса планктона |
-гибнут хариус, сиг |
-гибнут окунь, щука |
-гибнут голец, угорь |
-выживают некоторые виды насекомых и планктона |
-выживают некоторые виды насекомых и планктона |
Пробы из исследованных водоемов имели значения рН, не превышающие ПДК от 7,0 до 8,32.
Минерализация — содержание гидрокарбонат (НСО3)-,карбонат
(СО3)2-, сульфат (SО4)2-, хлорид (Cl)--анионов;
общая жесткость: содержание катионов кальция, магния; железо общее (сумма Fe2+
и Fe3+ ); тяжелые металлы; биогенный элемент азот в виде NH4+,
NO3- , NO2-.
Минеральный состав воды отражает результат взаимодействия с береговыми и подстилающими фазами, почвообразующими минералами, воздушной среды и содержащимися в ней минеральными компонентами. Большое влияние на минеральный состав поверхностных вод оказывают протекающие в различных средах химические реакции с участием соединений азота, углерода, кислорода, серы, фосфора и др.
Известно, что ионы растворенных в воде солей играют большую роль в жизнедеятельности гидробионтов. Так, ионы кальция Ca2+ , определяющие, в основном, жесткость пресной воды, необходимы многим моллюскам, ракообразным и др. для постройки раковин и панцирей. Некоторые из них вообще не способны жить в мягкой воде, если содержание в ней Ca2+ < 9 мг/л. Другие животные, например, балтийская камбала, обитают по всей акватории Балтийского моря, но в его восточной части, опресняемой реками, они не размножаются, т.к. икра погибает из-за низкого осмотического давления, обусловленного низкой концентрацией солей в воде.
Способность различных групп гидробионтов существовать в средах с определенным уровнем солености — пример эволюционно сформированной биохимической адаптации.
Нарушение минерального состава воды сказывается на жизнедеятельности клетки, т.к. соли определяют обмен веществ клетки с окружающей средой и являются строительным материалом для элементов живой клетки.
Общая жесткость воды в р. Ижоре и Оредеж достаточно высока.
Повышенная жесткость может привести к образованию камней в почках, в желчном пузыре, а также гипертонической болезни у людей. Можно предположить, что одной из причин высокого уровня болезней систем пищеварения и кровообращения среди жителей Гатчинского района и г. Гатчины является высокая жесткость питьевой воды.
Железо общее. Превышение содержания Fe2+ и Fe3+ в воде может повысить восприимчивость к инфекционным заболеваниям.
Так, в воде п. Вырица, который расположен на берегу р. Оредеж, содержание железа превышает допустимые уровни в 4-5 раз. Возможно, это является одной из причин высокой заболеваемости его жителей желудочно-кишечными инфекциями.
Биогенные элементы
Нами было исследовано содержание в воде азота в виде катиона аммония (NH2+), нитрат (NO3-), нитрит NO2-— анионов. Нитраты относительно малотоксичны, но в живых организмах в результате биохимических реакций они превращаются в нитриты, которые в желудочно-кишечном тракте, взаимодействуя со вторичными аминами, могут превратиться в N-нитрозоамины. Нитрозосоединения являются суперэкотоксикантами (СЭТ). Для СЭТ фактически теряет смысл понятие ПДК. Они резко повышают чувствительность живых организмов к другим, менее сильным ксенобиотикам.
Схема образования нитрозосоединений:
Нитрозамины могут вызвать образование опухолей, разнообразные мутагенные эффекты, установлено их иммуннодепрессивное влияние на иммунные системы. Концентрация нитрозосоединений зависит не столько от их проникновения в различные среды, сколько от синтеза их из предшественников. Эта экологическая особенность делает их особенно опасными для живых организмов, где относительно легко осуществляется их синтез.
Содержание нитритов в открытых водоемах превышает ПДК почти во всех пробах. Одной из причин роста числа врожденных аномалий и новообразований среди детей до 14 лет можно считать повышенное содержание нитритов. Общее количество нитратов не превышает установленных стандартов, но их содержание в воде можно считать значительным. Нитраты являются одной из причин, вызывающих сердечно-сосудистые заболевания, тенденция их роста прослеживается довольно явно среди детей и взрослого населения города и района.
Биохимическое потребление кислорода (БПК5) — количество растворенного кислорода, необходимое для окисления всех биоразложимых органических отходов. Характеризует способность воды к самоочищению. В поверхностных водах величина БПК5 колеблется от 0,5 до 5,0 мг/л, она подвержена сезонным и суточным изменениям.
В исследованных нами пробах БПК5 значительно превышает ПДК для водоемов культурно-бытового водопользования. Это свидетельствует о высокой перегруженности воды органическими веществами, которые попадают в водоем со сточными водами и дождевыми поверхностными смывами с почвы. В результате нарушается экологическое равновесие в водоеме, т.е. исчезают кислородолюбивые организмы и появляются виды, терпимые к дефициту кислорода (О2).
Растворенный кислород (РК)
Содержание РК характеризует кислородный режим водоема и имеет важнейшее значение для оценки экологического и санитарного состояния водоема. Кислород необходим для дыхания гидробионтов и самоочищения водоемов. Снижение его концентрации свидетельствует об изменении биологических процессов в водоеме, о его загрязнении интенсивно окисляющимися органическими веществами.
Нефтепродукты
В водоемах нефть и нефтепродукты скапливаются в поверхностной пленке. Аэробные бактерии окисляют их до нетоксичных СО2 и Н2О. Однако, процессы окисления идут очень медленно и лишь при достаточной концентрации О2 и температуре воды не ниже 5-10oС.
В пресноводных водоемах летальной концентрацией для рыб считают значения около 10-15 мг/л. А при значительно более низких концентрациях таких, как в наших пробах 0,05-1,0 мг/л, гибнут икра, мальки, планктон.
Интегральная оценка качества воды по гидрохимическим показателям
При наличии результатов по достаточному количеству показателей, можно определить класс качества воды, который является интегральной характеристикой загрязненности поверхностных вод.
Класс качества мы определяли по индексу загрязненности воды (ИЗВ), который рассчитывался как сумма приведенных к ПДК фактических значений 6 основных показателей качества воды по формуле:
где Сi — среднее значение определяемого показателя за период наблюдений (при гидрохимическом наблюдении это значение за год);
ПДКi — предельно допустимая концентрация для данного загрязнителя;
6 — число показателей, берущихся для расчета.
В число 6 основных, так называемых “лимитируемых” показателей, при расчете ИЗВ входят, в обязательном порядке, концентрация растворенного кислорода РК, БПК5, содержание нитратов, нитритов, аммонийного азота, тяжелых металлов, нефтепродуктов, СПАВ и др. Для расчета ИЗВ при выборе показателей было отдано предпочтение веществам с относительно большой токсичностью.
Таблица 2
Данные для расчета ИЗВ
Показатель качества | Значение определяемого показателя (мг/л) | ПДК ХПН (мг/л) | |
---|---|---|---|
р. Ижора | р. Оредеж | ||
1.БПК5 | 1,3; 1,03; 1,7; 0,9; 0,98; 1,03; 4,5; Ci=3,3 | 1,5; 1,7; 2,5; 1,17; 1,07; 7,8; Ci=3,57 | не более 2 |
2.РК | 7,6; 9,9; 9,7; 8,36; 9,0; 7,28; Ci=8,64 | 9,0; 10,6; 10,72; 8,0; 7,8; 8,14 Ci=9,04 | не менее 4 |
3.Нитрат-анион (NO3-) | 20,4; 17,7; 25; 30; 30;19; Ci=22,42 | 28; 28; 19; 28,5; 29; Ci=26,125 | 45 |
4.Нитрит-анион (NO2-) | 0,12; 0,12; 0,12; 03; Ci=0,21 | 0,2; 0,2; 0,12; 0,1; 0,1; 0,124; 0,14 Ci=1,146 | 0,1 |
5.Нефтепродукты | 0,2 | 0,15 | не более 0,3 |
6.СПАВ | 0,32 Ci=0,32 | 0,07; 0,09; 0,25; 0,23; 0,3; 0,32; 0,22 Ci=0,2 | 0,5 |
7.NH4+ | Ci=2,4 | Ci=3,5 | 2,0 |
Таблица 3
Характеристика интегральной оценки качества воды
ИЗВ | Класс качества воды | Оценка качества воды |
---|---|---|
Менее или равно 0,3 Более 0,3—1 Более 1—2,5 Более 2,5—4,0 Более 4,0—6,0 Более 6,0—10,0 Свыше 10,0 |
I II III IV V VI VII |
Очень чистая Чистая Умеренно загрязненная Загрязненная Грязная Очень грязная Чрезвычайно грязная |
По нашим данным ИЗВ в р. Ижора=1,274, ИЗВ в р. Оредеж=1,248. Вода в обеих реках оценивается по гидрохимическим показателям как умеренно загрязненная.
Используемая литература