Загрязнение донных отложений Клязьмы тяжелыми металлами

Размещено на http://www.allbest.ru/

Загрязнение донных отложений Клязьмы тяжелыми металлами

Осуществлено ранжирование территории бассейна р. Клязьмы и рассмотрены результаты исследований на участке от Пироговского водохранилища до пос. Оргтруд - в пределах поселковых и городских агломераций и притоков р. Клязьмы. Приведены результаты исследований загрязненности донных отложений тяжелыми металлами и мышьяком, оцененных по загрязненности сорбирующей фракции (менее 0,020 мм). Основные загрязняющие элементы - цинк и свинец, техногенная нагрузка от которых оценивается от умеренно опасной до сильной. Несмотря на значительное количество источников загрязнения, говорить о чрезмерно опасной нагрузке на водные объекты на сегодняшний день не приходится.

Комплексное использование водных объектов требует изучения их экологического состояния и оценки уровня техногенной нагрузки. Практически для всех техногенно развитых территорий в аквальных ландшафтах наблюдается формирование литогеохимических аномалий в донных отложениях (ДО) со следующими характеристиками: тонкодисперсный состав осадков, их повышенная пластичность, наличие частиц техногенного происхождения, маслянистость и др. Тонкие фракции ДО вследствие своих высоких сорбционных свойств накапливают широкий комплекс загрязняющих веществ (ЗВ) и потому могут служить индикатором техногенной нагрузки на водный объект. Важно отметить, что оценка техногенной нагрузки только на основе данных о составе и концентрациях ЗВ в воде не может быть корректной без специальных режимных наблюдений из-за сильных флуктуаций расходов воды, концентраций взвешенных и растворенных веществ в течение года. В данной ситуации основным источником информации о состоянии водных систем являются показатели загрязненности ДО -- результаты их исследования позволяют установить наиболее неблагополучные в экологическом отношении участки и скорректировать состав и объём гидрохимического и гидробиологического и геоэкологического мониторинга.

Оценка степени загрязнения ДО тяжелыми металлами представляет собой сложную проблему. В качестве базовой методики авторами взята семизвенная система классификации ДО по «индексу геоаккумуляции» [1, 2], которая в течение 30 лет находит широкое применение при мониторинге бассейнов Рейна и Эльбы [3, 4]. «Индекс геоаккумуляции» характеризует кратность загрязнения ДО относительно природного фона во фракциях менее 0,020 мм. На основе данной методики разработана и применена методика оценки техногенной нагрузки на водные экосистемы [5-8], что позволяет оценить уровень потенциальной и реальной опасности загрязнения водоемов.

В качестве показателя техногенной нагрузки дана оценка загрязнения ДО р. Клязьмы следующими тяжелыми металлами (ТМ): Cd, Си, РЬ, Zn, Сг, М, Fe, Мп, а также As. Исследования проводились в 2017-2018 гг. на территории Московской и Владимирской областей -- от дамбы Пироговского водохранилища до пос. Оргтруд в 10 км ниже г. Владимира. Река Клязьма протекает через восточную часть Московской области, характеризующуюся интенсивной хозяйственной деятельностью человека и, как следствие, высокой антропогенной нагрузкой. В частности, она протекает через ряд (или невдалеке от) достаточно крупных городов (Ногинск, Павловский посад, Орехово-Зуево, Покров, Владимир) с промышленными предприятиями; на её водосборной территории находится развитая сеть автотрасс, большое количество поселков и сельхозугодий. При обследованиях оценка экологического состояния проводилась без учета индивидуальной роли конкретных предприятий-загрязнителей. Створы располагались следующим образом: створ выше города, промзоны, сельскохозяйственных территорий или притока, и створ ниже предполагаемого источника загрязнения в зоне смешения сточных и поверхностных вод. Более подробно принципы выбора пунктов наблюдений рассмотрены в [9, 10]. При исследовании распределения загрязняющих веществ по поверхности и для определения уровня загрязнения в текущий момент пробы отбирали из поверхностного слоя ДО. Использовался пробоотборник грейферного типа. Взятую пробу помещали в широкогорлую пластиковую посуду, гомогенизировали и распределяли по пакетам для исследований. Главное требование -- исключение их загрязнения в процессе отбора, транспортировки и хранения. Пробы хранились в холодильнике. Далее авторами выделялась «сорбирующая фракция» размером менее 0,20 мм, обладающего максимальными сорбционными свойствами [11]. Выбор данной фракции также обусловлен тем обстоятельством, что её содержание в паводковых осадках на пойме может достигать 70% и более [12]. Выделение фракции менее 0,20 мм проводили мокрым просеиванием. Фракции выпаривали и высушивали до воздушно-сухого состояния в сушильных шкафах при температуре не выше +60°С. Для корректировки результатов анализов определяли гигроскопическую влажность воздушно-сухих образцов. Определение концентраций тяжёлых металлов в пробах ДО проводили методами атомной адсорбции ^) и ІСР -- после их разложения в «царской водке». По результатам полевых исследований получены значения концентраций микроэлементов, которые приведены в табл. 1 и 2.

Таблица 1. Концентрации микроэлементов (мг/кг), Fe и Mn (%) в ДО р. Клязьмы в 2017 г.

Таблица 2. Концентрации микроэлементов (мг/кг), Fe и Mn (%) в ДО р. Клязьмы в 2018 г.

В табл. 3 приведены значения загрязнения по игео-классам для каждого из элементов. Как видно из табл. 1 и 2, чувствительность используемого аналитического метода не позволяет определить содержание Ад и Нд в большинстве точек, поэтому из оценки техногенной нагрузки данные элементы исключены.

На участке р. Клязьмы от дамбы Пироговского водохранилища до впадения её притока р. Учи большинство изучаемых ТМ содержатся в ДО в пределах 0-1 (от незагрязненного до умеренно загрязненного) игео-классов (далее -- «классов»), N -- в пределах фонового значения, Zn на всем протяжении и РЬ в районах мостов и автодорог -- 2 класс (умеренно загрязненный). В ДО р. Учи концентрации Zn и Мп соответствуют 2 игео-классу, As и РЬ -- 1-2. В г. Щёл

В табл. 3 приведены значения загрязнения по игео-классам для каждого из элементов. Как видно из табл. 1 и 2, чувствительность используемого аналитического метода не позволяет определить содержание Ад и Нд в большинстве точек, поэтому из оценки техногенной нагрузки данные элементы исключены.

На участке р. Клязьмы от дамбы Пироговского водохранилища до впадения её притока р. Учи боль-шинство изучаемых ТМ содержатся в ДО в пределах 0-1 (от незагрязненного до умеренно загрязненного) игео-классов (далее -- «классов»), N -- в пределах фонового значения, Zn на всем протяжении и РЬ в районах мостов и автодорог -- 2 класс (умеренно загрязненный). В ДО р. Учи концентрации Zn и Мп соответствуют 2 игео-классу, As и РЬ -- 1-2. В г. Щёлково содержание Cd, РЬ, Zn, Сг, Си соответствует 2-3 классу, по оценке [9] умеренно опасной техногенной нагрузке. Однако ниже по течению, при пересечении со Щёлковским шоссе, уровни загрязнения существенно разнятся: As, РЬ, Сг, N -- 4 класс (сильно загрязненный), Си -- 5 класс (сильно загрязненный до чрезмерного), а также аномально высокое содержание Zn на уровне 6 класса -- чрезмерно загрязненный. Данные показатели соответствуют сильной и чрезмерной техногенной нагрузке. Весьма высоко содержание As и Zn в районах пос. Свердловский и Осеево -- 6 класс и чрезвычайно опасная нагрузка, а также Сг и Си -- 4 класс. Такие высокие показатели при отсутствии в непосредственной близости источников ЗВ могут быть объяснены тем, что в данном районе русло реки делает крутые повороты.

Таблиця 3

Ниже по течению, в районе пос. Лосино-Петровский и д. Бездедово концентрации ряда микроэлементов снижаются -- As до 4 и 2 соответственно, Zn до 4, Сг до 1-2 и Си до 2-3. Вместе с тем содержание Cd резко увеличивается относительно верхнего течения и соответствует 5 классу, и держится практически на том же уровне до г. Ногинска. В районе самого Ногинска концентрация РЬ соответствует 4-5 классу, вплоть до впадения р. Шерна. В то же время ниже Ногинска содержание Zn существенно ниже (3 класс), чем в самом городе (4 класс), что может говорить оботсутствии поступления Zn в самом городе в совокупности с существенным разбавлением.

Донные отложения притока Клязьмы р. Шерны характеризуются загрязнением на уровне 2 класса Fe, Мп и As и незначительным загрязнением остальными элементами, а также фоновыми значениями для Сг и Си. Данные показатели могут быть объяснены составом самих ДО -- высокое содержание кристаллической и аморфной форм гидроксидов Fe и Мп, активно сорбирующих микроэлементы [8].

В черте г. Павловского Посада содержание Cd на уровне 4 класса, РЬ -- 3, Zn снижается с 3 до 2. Вместе с тем абсолютные значения всех элементов на выходе реки из города ниже, чем на входе, где опробование проводилось в непосредственной близости от автомоста трассы Кузнецы--Павловский Посад. Таким образом, можно сделать вывод, что города Павловский Посад и Ногинск, не является значительными источниками загрязнения. На участке от г. Оре- хово-Зуево до д. Войнова Гора концентрации As, Cd, РЬ, Zn соответствуют 3 игео-классу, Сг и Си -- 1-2. Fe, Мп и Сг не превышают 1, т.е. не представляют существенной техногенной нагрузки.

Ниже впадения р. Киржач и вплоть до д. Круто- во содержание Мп, Zn и РЬ соответствует 2 классу, содержание As также увеличивается до 2 класса на участке г. Покров -- д. Крутово. Концентрации Си, Сг и Fe не превышают 1 класса, что свидетельствует о слабой техногенной нагрузке на достаточно протяжённом и при этом извилистом участке Клязьмы от д. Войнова Гора до д. Крутово, за исключением подходящих вплотную автодорог. Сходная картина отмечена для протяжённого участка от пос. Собин- ка до пос. Оргтруд, на котором расположен г. Владимир: только содержания Мп и As соответствуют 2-му «умеренно загрязнённому» классу, остальные элементы не превышают 1 игео-класса. Отдельно следует отметить №, концентрации которого в большинстве районов Клязьмы от Пироговского водохранилища до пос. Оргтруд соответствуют фоновым значениям.

В опробованных притоках Клязьмы (Липня, Ко- локша, Нерль) содержание ТМ практически везде соответствует или незначительно превышает фоновые значения. Исключение составляет устье Нерли, где содержание Мп соответствует 2 игео-классу (умеренно опасной нагрузке). Река Пекша -- на выходе из г. Кольчугино концентрации Си и Zn соответствуют 6 и 4 классам -- чрезвычайно опасной нагрузке; РЬ на уровне 2 класса, в этом случае достаточно хорошо «читается» производство изделий из мельхиора, расположенное в нескольких километрах выше по течению. За последние более чем 20 лет, уровень загрязнения остаётся практически постоянным и локализуется на расстоянии первых десятков километров от источника поступления загрязнителей. Ниже по течению в 10 км содержание указанных элементов снижается до 5 и 3 класса, РЬ до 1 класса. Значительно ниже, перед впадением в Клязьму, Си и Zn снижаются до 2 и 1 класса соответственно, остальные элементы на фоновом уровне либо не превышают 1 класса. Имеющиеся данные указывают на серьёзное загрязнение Пекши со стороны г. Кольчугино с достаточно обширным ареалом рассеяния и, как причину, недостаточную или вовсе отсутствующую очистку сточных вод с производственных площадок.

Проведённые исследования свидетельствуют, что наибольшими показателями загрязнения обладают Zn и РЬ на всем протяжении изученного речного участка. Это может быть следствием поступления данных элементов на всем протяжении реки с автодорог и неконтролируемых источников загрязнения [13, 14]. Отмечено высокое содержание Cd, As,

Си, Сг и N выше г. Ногинска, однако об их высокой техногенной нагрузке на весь изученный участок говорить не приходится. В то же время установлено, что игео-классы элементов выше, в черте и ниже крупных районных центров (гг. Щелково, Ногинск, Павловский посад, Орехово-Зуево, Покров), а также областного центра г. Владимира остаются практически без изменений. Данный факт может свидетельствовать о том, что упомянутые города не являются активными источниками загрязнения р. Клязьмы, а их сточные воды разбавляют речные, в результате чего может увеличиваться ареал рассеивания микроэлементов -- в частности Zn и РЬ. Оценивая общую картину загрязнения Клязьмы на протяжении от Пироговского водохранилища до пос. Оргтруд, можно сделать вывод, что, несмотря на значительное количество источников загрязнения (в том числе неконтролируемых) и локальные загрязнения, говорить о чрезмерно опасной нагрузке на сегодняшний день не приходится, за исключением отдельных локальных пунктов, где необходимо применять меры к её снижению.

Выводы

1. Установлено, что основными загрязняющими элементами являются Zn и РЬ начиная от пос. Пирогово и далее на всем протяжении основного русла реки Клязьмы. Их уровень соответствует умеренно опасной техногенной нагрузке и выше, что может быть объяснено развитой инфраструктурой и большим количеством неконтролируемых источников загрязнения. Содержание Cd, As, Си, Сг и N соответствует опасной техногенной нагрузке выше г. Ногинска, однако на всем остальном участке их концентрации существенно ниже и не превышает умеренно опасную нагрузку.

2. Определено, что выше и ниже гг. Ногинска, Павлова Посада, Орехово-Зуева и Владимира содержание микроэлементов в ДО р. Клязьмы практически неизменно, что в свою очередь свидетельствует об отсутствии техногенной нагрузки со стороны упомянутых городов.

3. Установлено, что приток Клязьмы р. Пекша в районе г. Кольчугино и ниже подвергается чрезмерной и сильной техногенной нагрузке по содержанию Zn и Си, что свидетельствует о явно недостаточной или отсутствующей очистке сточных вод с промышленных площадок города, равно как и о загрязнении прилегающих почв.

4. Высокий (чрезмерный) уровень на некоторых участках, в частности, в пос. Свердловском и д. Осе- ево определяется гидрологией потока, морфологией русла и местными условиями осадконакопления, когда достаточно густая водная растительность, являющаяся замедлителем потока, определяет отложение тонкой фракции -- активного сорбента ТМ.

Существуют «природно-морфологические» ловушки -- элементы рельефа, обуславливаемые изгибами реки, содержанием и структурой водной растительности, спецификой течений и прочими характеристиками, вызванными как природными, так и техногенным факторами. Они являются наиболее энергетически выгодными участками для осадконакопления и хранения тонкой фракции иловатых отложений -- активного сорбента тяжелых металлов.

Литература

отложение металл загрязненность

1.Яшин В.М., Пыленок П.И. Мониторинг загрязне-ния пойменных агроландшафтов в среднем течении р. Оки при паводках // Вопросы мелиорации, 2001. №5-6. -- С. 55-63.

2.Коломийцев Н.В., Райнин В.Е., Ильина Т.А., Зимина-Шалдыбина Л.Б., Мюллер Г. Исследования загряз-ненности донных отложений как основа мониторинга состояния водотоков // Мелиорация и водное хозяйство, 2001. №3. - С. 11-25.

3.Техногенное загрязнение речных экосистем / Под ред. В.Е. Райнина, Г.Н. Виноградовой. -- М.: Научный мир, 2002. -- 140 с.

4.Коломийцев Н.В., Корженевский Б.И., Ильина Т.А., Аверкина Т.И., Самарин Е.Н., Иванов Г.Н., Мюллер Г., Яхья А. Загрязнение водных экосистем озера Селигер тяжёлыми металлами // Мелиорация и водное хозяйство, 2004. № 5. -- С. 43-46.

5.Моделирование эрозионных процессов на территории малого водосборного бассейна / Под ред. А.С. Керженцева, Р. Майснера. -- М.: Наука, 2006. -- 223 с.

Размещено на Allbest.ru