Определение загрязнения водных объектов г. Ноябрьска

Фенолы в естественных условиях образуются в процессах метаболизма водных организмов, при биохимическом распаде и трансформации органических веществ, протекающих как в водной толще, так и в донных отложениях. Фенолы являются одним из наиболее распространенных загрязнений, поступающих в поверхностные воды со стоками предприятий нефтеперерабатывающей, сланцеперерабатывающей, лесохимической, коксохимической, анилинокрасочной промышленности и др. В сточных водах этих предприятий содержание фенолов может превосходить 10-20 г/дм3 при весьма разнообразных сочетаниях. В поверхностных водах фенолы могут находиться в растворенном состоянии в виде фенолятов, фенолят-ионов и свободных фенолов. Фенолы в водах могут вступать в реакции конденсации и полимеризации, образуя сложные гумусоподобные и другие довольно устойчивые соединения. В условиях природных водоемов процессы адсорбции фенолов донными отложениями и взвесями играют незначительную роль.

АПАВ в водном растворе ионизируются с образованием отрицательно заряженных органических ионов. Из анионоактивных СПАВ широкое применение шашли соли сернокислых эфиров (сульфаты) и соли сульфокислот (сульфонаты). Радикал R может быть алкильным, алкиларильным, алкилнафтильным, иметь двойные связи и функциональные группы.

Медь - один из важнейших микроэлементов.В природных водах наиболее часто встречаются соединения Cu(II). Из соединений Cu(I) наиболее распространены труднорастворимые в воде Cu2O, Cu2S, CuCl. При наличии в водной среде лигандов наряду с равновесием диссоциации гидроксида необходимо учитывать образование различных комплексных форм, находящихся в равновесии с акваионами металла. Основным источником поступления меди в природные воды являются сточные воды предприятий химической, металлургической промышленности, шахтные воды, альдегидные реагенты, используемые для уничтожения водорослей. Медь может появляться в результате коррозии медных трубопроводов и других сооружений, используемых в системах водоснабжения.

Свинец. Естественными источниками поступления свинца в поверхностные воды являются процессы растворения эндогенных (галенит) и экзогенных (англезит, церуссит и др.) минералов. Значительное повышение содержания свинца в окружающей среде (в т.ч. и в поверхностных водах) связано со сжиганием углей, применением тетраэтилсвинца в качестве антидетонатора в моторном топливе, с выносом в водные объекты со сточными водами рудообогатительных фабрик, некоторых металлургических заводов, химических производств, шахт и т.д. Существенными факторами понижения концентрации свинца в воде является адсорбция его взвешенными веществами и осаждение с ними в донные отложения. В числе других металлов свинец извлекается и накапливается гидробионтами. Свинец находится в природных водах в растворенном и взвешенном (сорбированном) состоянии. В растворенной форме встречается в виде минеральных и органоминеральных комплексов, а также простых ионов, в нерастворимой - главным образом в виде сульфидов, сульфатов и карбонатов.

Цинк. Попадает в природные воды в результате протекающих в природе процессов разрушения и растворения горных пород и минералов (сфалерит, цинкит, госларит, смитсонит, каламин), а также со сточными водами рудообогатительных фабрик и гальванических цехов, производств пергаментной бумаги, минеральных красок, вискозного волокна и др. В воде существует главным образом в ионной форме или в форме его минеральных и органических комплексов. Иногда встречается в нерастворимых формах: в виде гидроксида, карбоната, сульфида и др.Цинк относится к числу активных микроэлементов, влияющих на рост и нормальное развитие организмов. В то же время многие соединения цинка токсичны, прежде всего его сульфат и хлорид.

Кобальт. В природные воды соединения кобальта попадают в результате процессов выщелачивания их из медноколчедановых и других руд, из почв при разложении организмов и растений, а также со сточными водами металлургических, металлообрабатывающих и химических заводов. Некоторые количества кобальта поступают из почв в результате разложения растительных и животных организмов. Соединения кобальта в природных водах находятся в растворенном и взвешенном состоянии, количественное соотношение между которыми определяется химическим составом воды, температурой и значениями рН. Растворенные формы представлены в основном комплексными соединениями, в т.ч. с органическими веществами природных вод. Соединения двухвалентного кобальта наиболее характерны для поверхностных вод. В присутствии окислителей возможно существование в заметных концентрациях трехвалентного кобальта.

Никель. Присутствие никеля в природных водах обусловлено составом пород, через которые проходит вода: он обнаруживается в местах месторождений сульфидных медно-никелевых руд и железо-никелевых руд. В воду попадает из почв и из растительных и животных организмов при их распаде. Соединения никеля в водные объекты поступают также со сточными водами цехов никелирования, заводов синтетического каучука, никелевых обогатительных фабрик. Огромные выбросы никеля сопровождают сжигание ископаемого топлива. В поверхностных водах соединения никеля находятся в растворенном, взвешенном и коллоидном состоянии, количественное соотношение между которыми зависит от состава воды, температуры и значений рН. Сорбентами соединений никеля могут быть гидроксид железа, органические вещества, высокодисперсный карбонат кальция, глины. Растворенные формы представляют собой главным образом комплексные ионы, наиболее часто с аминокислотами, гуминовыми и фульвокислотами, а также в виде прочного цианидного комплекса. Наиболее распространены в природных водах соединения никеля, в которых он находится в степени окисления +2. Соединения Ni3+ образуются обычно в щелочной среде.

Хром. В поверхностные воды соединения трех- и шестивалентного хрома попадают в результате выщелачивания из пород (хромит, крокоит, уваровит и др.). Некоторые количества поступают в процессе разложения организмов и растений, из почв. Значительные количества могут поступать в водоемы со сточными водами гальванических цехов, красильных цехов текстильных предприятий, кожевенных заводов и предприятий химической промышленности. Понижение концентрации ионов хрома может наблюдаться в результате потребления их водными организмами и процессов адсорбции. В поверхностных водах соединения хрома находятся в растворенном и взвешенном состояниях, соотношение между которыми зависит от состава вод, температуры, рН раствора. Взвешенные соединения хрома представляют собой в основном сорбированные соединения хрома. Сорбентами могут быть глины, гидроксид железа, высокодисперсный оседающий карбонат кальция, остатки растительных и животных организмов. В растворенной форме хром может находитьсяв виде хроматов и бихроматов. При аэробных условиях Cr(VI) переходит в Cr(III), соли которого в нейтральной и щелочной средах гидролизуются с выделением гидроксида.

Ванадий находится преимущественно в рассеянном состоянии и обнаруживается в железных рудах, нефтях, асфальтах, битумах, горючих сланцах, углях и др. Одним из главных источников загрязнения природных вод ванадием являются нефть и продукты ее переработки. В воде образует устойчивые анионные комплексы (V4O12)4- и (V10O26)6-. В миграции ванадия существенна роль растворенных комплексных соединений его с органическими веществами, особенно с гумусовыми кислотами.

Висмут. Естественными источниками поступления висмута в природные воды являются процессы выщелачивания висмутсодержащих минералов. Источником поступления в природные воды могут быть также сточные воды фармацевтических и парфюмерных производств, некоторых предприятий стекольной промышленности.

Кадмий. В природные воды поступает при выщелачивании почв, полиметаллических и медных руд, в результате разложения водных организмов, способных его накапливать. Соединения кадмия выносятся в поверхностные воды со сточными водами свинцово-цинковых заводов, рудообогатительных фабрик, ряда химических предприятий (производство серной кислоты), гальванического производства, а также с шахтными водами. Понижение концентрации растворенных соединений кадмия происходит за счет процессов сорбции, выпадения в осадок гидроксида и карбоната кадмия и потребления их водными организмами. Растворенные формы кадмия в природных водах представляют собой главным образом минеральные и органо-минеральные комплексы. Основной взвешенной формой кадмия являются его сорбированные соединения. Значительная часть кадмия может мигрировать в составе клеток гидробионтов.( Ларина Н.С.,2004)

Титан. Соединения титана в природные воды поступают в результате процессов выветривания титановых руд (ильменит, перовскит, лопарит, сфен) и со сточными водами предприятий металлургической и металлообрабатывающей промышленности, производства титановых белил и др. В природных водах может находиться в виде различных минеральных и органических комплексных соединений. Его присутствие возможно в виде коллоидов гидроксида титана.

БПК5 - биохимическая потребность в кислороде за 5 суток. В поверхностных водах величины БПК5 изменяются обычно в пределах 0.5-4 мгO2/дм3 и подвержены сезонным и суточным колебаниям. Сезонные изменения зависят в основном от изменения температуры и от исходной концентрации растворенного кислорода. Влияние температуры сказывается через ее воздействие на скорость процесса потребления, которая увеличивается в 2-3 раза при повышении температуры на 10oC. Влияние начальной концентрации кислорода на процесс биохимического потребления кислорода связано с тем, что значительная часть микроорганизмов имеет свой кислородный оптимум для развития в целом и для физиологической и биохимической активности.

Взвешенные вещества, присутствующие в природных водах, состоят из частиц глины, песка, ила, суспендированных органических и неорганических веществ, планктона и других микроорганизмов. Концентрация взвешенных частиц связана с сезонными факторами и с режимом стока и зависит от таяния снега, пород, слагающих русло, а также от антропогенных факторов, таких как сельское хозяйство, горные разработки и т.п. Взвешенные частицы влияют на прозрачность воды и на проникновение в нее света, на температуру, растворенные компоненты поверхностных вод, адсорбцию токсичных веществ, а также на состав и распределение отложений и на скорость осадкообразования. Вода, в которой много взвешенных частиц, не подходит для рекреационного использования по эстетическим соображениям. (Никаноров А.М.,2001)

Мышьяк. В природные воды мышьяк поступает из минеральных источников, районов мышьяковистого оруднения (мышьяковый колчедан, реальгар, аурипигмент), а также из зон окисления пород полиметаллического, медно-кобальтового и вольфрамового типов. Некоторое количество мышьяка поступает из почв, а также в результате разложения растительных и животных организмов. Потребление мышьяка водными организмами является одной из причин понижения концентрации его в воде, наиболее отчетливо проявляющегося в период интенсивного развития планктона. Значительные количества мышьяка поступают в водные объекты со сточными водами обогатительных фабрик, отходами производства красителей, кожевенных заводов и предприятий, производящих пестициды, а также с сельскохозяйственных угодий, на которых применяются пестициды. В природных водах соединения мышьяка находятся в растворенном и взвешенном состоянии, соотношение между которыми определяется химическим составом воды и значениями рН. В растворенной форме мышьяк встречается в трех- и пятивалентной форме, главным образом в виде анионов.

Аммоний. Содержание ионов аммония в природных водах варьирует в интервале от 10 до 200 мкг/л в пересчете на азот. Присутствие в незагрязненных поверхностных водах ионов аммония связано главным образом с процессами биохимической деградации белковых веществ, дезаминирования аминокислот, разложения мочевины под действием уреазы. Основными источниками поступления ионов аммония в водные объекты являются животноводческие фермы, хозяйственно-бытовые сточные воды, поверхностный сток с сельхозугодий в случае использования аммонийных удобрений, а также сточные воды предприятий пищевой, коксохимической, лесохимической и химической промышленности. В стоках промышленных предприятий содержится до 1 мг/дм3 аммония, в бытовых стоках - 2-7 мг/дм3; с хозяйственно-бытовыми сточными водами в канализационные системы ежесуточно поступает до 10 г аммонийного азота (в расчете на одного жителя). ( Новосельцев В.Н.,2002)

3.2 Оценка степени загрязнения поверхностных вод и их пригодности для различных видов водопользования

Важной характеристикой водных экосистем являются донные отложения. Аккумулируя тяжёлые металлы, радионуклиды и высокотоксичные органические вещества, донные отложения, с одной стороны, способствуют самоочищению водных сред, а с другой - представляют собой постоянный источник вторичного загрязнения водоёмов. Донные отложения - перспективный объект анализа, отражающий многолетнюю картину загрязнения, особенно в малопроточных водоёмах. Пробы донных отложений были приурочены к местам отбора проб поверхностных вод и выступили в качестве дополнительного индикатора состояния поверхностных вод, характеризуя процессы седиментации и аккумуляции химических элементов на для водоёмов. ( Сметанин В.И. ,2000)

Диапазон варьирования водородного показателя в донных отложениях исследуемых водных объектов изменяется в интервале 5,18-6,87 (табл.3.2.2.9) Кислотность поверхностной воды ниже, чем донных отложений, исключение составляют пробы, отобранные в озере Светлое, озере района торгового дома «Украина». Самое высокое содержание нефтепродуктов зафиксировано в образце донных отложений озера «Безымянное», в районе т.д. «Украина» - 327,86 мг/кг, далее по убывающей - в донных отложениях карьера СМП-269 - 274,21 мг/кг, карьера в районе озера Светлое - 234,70 мг/кг, самое низкое - на АТБ-6 - 92,64 мг/кг. Максимальное содержание мышьяка зафиксировано в озере Светлое, меди(проба №1), стронция (проба №2) - в оз. Ханто, цинка - СМП-329. Результаты количественного химического анализа исследованных образцов донных отложений приведены в таблице 3.2.2.9, рис. 3.2.2.20 - 3.2.2.25.

По результатам анализа донных отложений озера Светлое - образец имеет кислую среду, массовая доля элементов в образце составила: кобальта - 13,85 мг/кг, никеля - 10,31 мг/кг, меди - 76,44 мг/кг, цинка - 31,02 мг/кг, мышьяка - 10,94 мг/кг, стронция - 89,35 мг/кг, свинца - 77,69 мг/кг, хлорид ионов - 17,49 мг/кг образца. Содержание нефтепродуктов составило 130,83 мг/кг.

Донные отложения карьера в районе озера Светлое имеют кислую среду, массовая доля элементов в образце составила: кобальта - 16,67 мг/кг, никеля - 15,67 мг/кг, меди - 73,68 мг/кг, цинка - 94,47 мг/кг, мышьяка - 9,28 мг/кг, стронция - 98,86 мг/кг, свинца - 77,45 мг/кг, хлорид ионов - 10,51 мг/кг образца. Содержание нефтепродуктов составило 234,70 мг/кг.

Таблица 3.2.2.9 ? Результат КХА донных отложений исследованных водных объектов.

Карьер-«милионник». Образец имеет кислую среду, массовая доля элементов в образце составила: кобальта - 16,33 мг/кг, никеля - 17,79 мг/кг, меди - 74,99 мг/кг, цинка - 32,01 мг/кг, мышьяка - 6,60 мг/кг, стронция - 110,89 мг/кг, свинца - 64,09 мг/кг, хлорид ионов - 8,81 мг/кг образца. Содержание нефтепродуктов составило 115,70 мг/кг.

Озеро Ханто. Образец имеет кислую среду, массовая доля кобальта - 12,79-15,60 мг/кг, никеля - 12,31-14,55 мг/кг, меди - 98,66-82,76 мг/кг, цинка - 11,40-42,74 мг/кг, стронция - 109,58-120,20 мг/кг, свинца - 67,14-61,60 мг/кг, хлорид ионов - 11,71-12,57 мг/кг образца. Содержание нефтепродуктов - 143,50-136,74 мг/кг.

Образец донных отложений карьера СМП-269 имеет кислую среду, массовая доля элементов: ванадия - 12,77 мг/кг, кобальта - 17,16 мг/кг, никеля - 15,96 мг/кг, меди - 78,32 мг/кг, цинка - 68,82 мг/кг, мышьяка - 7,50 мг/кг, стронция - 112,36 мг/кг, свинца - 71,54 мг/кг, хлорид ионов - 15,33 мг/кг образца. Содержание нефтепродуктов - 274,21 мг/кг.

Карьер АТБ-6 - массовая доля элементов в образце: кобальта - 15,49 мг/кг, никеля - 14,73 мг/кг, меди - 78,10 мг/кг, цинка - 32,17 мг/кг, мышьяка - 6,60 мг/кг, стронция - 104,85 мг/кг, свинца - 76,55 мг/кг, хлорид ионов - 11,21 мг/кг образца, рН среды кислая. Содержание нефтепродуктов - 92,64 мг/кг.

По результатам анализа образца озера «Безымянное» (район т.д. «Украина») - содержание кобальта - 13,95 мг/кг, никеля - 15,65 мг/кг, меди - 94,41 мг/кг, цинка - 30,96 мг/кг, мышьяка - 6,63 мг/кг, стронция - 103,87 мг/кг, свинца - 73,33 мг/кг, хлорид ионов - 9,38 мг/кг образца. Содержание нефтепродуктов составило 327,86 мг/кг. Данный образец имеет нейтральную среду. Результаты представлены также на диаграммах 3.2.2.20 - 3.2.2.25.

ПДК для донных отложений не разработаны, поэтому оценивать загрязнённость микроэлементами необходимо по почвенному ПДК или фоновым концентрациям. Диапазон для различных металлов очень разнообразен. В таблице3.2.2.10 показана кратность превышения содержания тяжёлых металлов в исследуемых пробах донных отложений водоёмов /водотоков над уровнем ПДК почв.

Превышение значения ПДК, установленных для почв наблюдается по кобальту, никелю, меди, цинку, мышьяку, свинцу.

Содержание меди в обследованных донных отложениях варьируется от 73 мг/кг до 98 мг/кг. При превышении ПДК в 24-33 раз и фоновом уровне концентрации меди в почве - 27, 35 мг/кг можно сделать вывод о незначительном загрязнении этим элементом.

азать об отсутствии экологической опасности этого элемента.

Во всех проанализированных образцах наблюдается превышение кобальта от 1,6 до 3,3 ПДК, никеля - от 3,1 до 4,4 ПДК. Самое высокое их содержание - в карьере СМП-269. Концентрация стронция в обследованных пробах - 89,35-109,58 мг/кг, что чуть выше почвенного фона. Максимальное содержание мышьяка - 4,6-5,5 ПДК - в донных отложениях, отобранных в оз.Светлое и прилегающем к нему карьере, в остальных случаях - от 3,3 до 3,8 ПДК. Содержание свинца находится на уровне 61- 77,5 мг/кг , что примерно в два раза превышает уровень установленных ПДК химических веществ в почве.

В целом, по 2 классу опасности исследуемых тяжёлых металлов - уровень загрязнённости находится на уровне 1,1-2,4 ПДК для почв, третьму - на уровне ПДК.

Таблица 3.2.2.10 ? Кратность превышения тяжёлых металлов в исследуемых пробах донных отложений над уровнем почвенного ПДК/ОБУВ

Рисунок 3.2.2.20 ? Уровень рН в образцах проб донных отложений

Рисунок 3.2.2.21 ? Концентрация нефтепродуктов в донных отложениях водных объектов, расположенных на территории МО г. Ноябрьска

водный объект загрязнение водопользование

Рисунок 3.2.2.22 ? Концентрация хлорид-ионов в донных отложениях водных объектов, расположенных на территории МО г. Ноябрьска

Рисунок 3.2.2.23 ?Концентрация кобальта в донных отложениях водных объектов, расположенных на территории МО г. Ноябрьска

Рисунок 3.2.2.24 ? Концентрация стронция в донных отложениях водных объектов, расположенных на территории МО г. Ноябрьска

Рисунок 3.2.2.25 ? Концентрация свинца в донных отложениях водных объектов, расположенных на территории МО г. Ноябрьска

Заключение

Район исследования находится в умеренном климатическом поясе (климате северной тайги). Северная тайга относится к зоне повышенной дискомфортности климата с повторяемостью неблагоприятных погод в среднем за год 30%, зимой - 70%.

Годовое количество осадков около 584 миллиметров, максимум выпадает в теплое время года (с апреля по октябрь). Наибольшее количество осадков выпадает в августе - 78 мм, наименьшее - в феврале - 24 мм.

Район исследований обладает большими ресурсами запаса поверхностных и подземных вод, пригодных для бытовых и промышленных целей. В основном, для хозяйственных и промышленных целей используется вода, добываемая из подземных горизонтов, питаемых за счёт природных вод поверхностных водоёмов и водотоков.

Практически во всех обследованных водных объектах наблюдается превышение по взвешенным веществам, содержанию нефтепродуктов, железа и марганца. В местах водовыпуска стоков - повышение содержания фосфатов (до 126 ПДК), хлоридов. Также имеется превышение по ионам аммония в оз. Ханто, карьерах СМП-269, АТБ-6, оз.Безымянное (непосредственно прилегающее к местам жилой застройки), что свидетельствует о загрязнении бытовыми сточными водами.

Анализ донных отложений водных объектов территории показал наличие загрязнения тяжелыми металлами второго класса опасности в среднем на уровне 1,1-2,4 почвенного ПДК.

К категории грязных вод отнесены оз. Ханто, оз. Безымянное, вода, отобранная в карьере АТБ-6. К категории загрязнённых- оз.Светлое и близлежащие карьеры, карьер в СМП-269.

В основном экологическую обстановку на исследуемой территории можно признать относительно удовлетворительной (благополучной).

Литература

1. Атлас Ямало-Ненецкого автономного Округа. Салехард;Тюмень. ФГУП «ОКФ», 2004.-304с.

2. Барановский В.Д., Кесельман Г.С., Любимова Н.Е., Рохлин С.М., Рыженков И.И. Охрана окружающей среды нефтедобывающей промышленностью. - М.: ВНИИОЭНГ, 1985г.

3. Вода России. Малые реки/Под науч.ред. А.М. Черняева; ФГУП Рос НИИВХ-Екатеринбург: Изд-во «АКВА-ПРЕСС», 2001.-804

4. Водные ресурсы. Под.ред.Хубларян М.Г. М.:Наука .2004. Т.31 №1.128с.

5. Водные ресурсы. Под.ред.Хубларян М.Г. М.:Наука .2005. Т.32 №1.128с.

6. Другов Ю.С., Родин А.А. Экологические анализы при разливах нефти и нефтепродуктов. Спб.: Изд-во ООО Анатолия, 2000.249с.

7. Жулидов А.В. Токсичность для пресноводных организмов // Физико-химическое и химическое состояние металлов в природных водах. Вып.1. М.: Гидрометеоиздат, 1988. С.78-85.

8. Ковалевский В.С. Комбинированное использование ресурсов поверхностных и подземных вод.М.: Научный мир, 2001.-332с.

9. Лезин В.А. Реки и озера Тюменской области (словарь-справочник). Тюмень, 1995.-300с.

10. Линник П.Н., Искра И.В. Кадмий в поверхностных водах: содержание, формы нахождения, токсическое действие.: Гидробиол.журн. 1997. №6. С.72 - 87

11. Ларина Н.С., Катанаева В.Г., Шелпакова Н.А. Техногенные загрязнения природных вод.:Тюмень: Мандр-Ика, 2004. 224с.

12. Московченко Д.В. Гидрохимический мониторинг поверхностных вод Ханты-Мансийского автономного округа - Югры. Новосибирск «Наука». 2007

13. Мур Дж., Рамамурши С. Тяжелые металлы в природных водах: Контроль и оценка влияния / Пер.с анг. М.: Мир, 1987. 288с.

14. Нежиховский Р.А. Гидролого-экологические основы водного хозяйства. Л.: Гидротетеоиздат, 1990-229с.

15. Никаноров А.М. Биомониторинг металлов в пресноводных экосистемах. Л.: Гидрометеоиздат, 1991.

16. Никаноров А.М. Гидрохимия. Л.: Гидрометеоиздат, 1989. 351с.

17. Никаноров А.М. Гидрохимия. Л.: Гидрометеоиздат, 2001. 447с.

18. Новосельцев В.Н. Техногенные загрязнения речных экосистем. М.: Научный мир, 2002. 104с.

19. Оксиюк О.П., Жукинский В.Н, Брагинский Л.П. и др. Комплексная экологическая классификация качества вод суши. // Гидробиол.журн. 1993. Т.29, №4. С. 62-76.

20. Садовникова Л.К., Орлов Д.С., Лозановская И.Н. Экология и охрана окружающей среды при химическом загрязнении. Учеб.пособие,3-е изд., перераат.-М.: Высш.шк., -2006.-334с.:ил.

21. Семенова А.Д. Руководство по химическому анализу поверхностных вод суши. Л.: Гидрометеоиздат, 1977. 542с.

22. Солннцева Н.П. Добыча нефти и геохимия природных ландшафтов.- М.:Изд-во МГУ, 1998-376с.

23. Сметанин В.И. Защита окружающей среды от отходов производства и потребления.-М.: Колос, 2000.-232с.

24. Фелленберг Г. Загрязнение природной среды. Введение в экологическую химию: Пер. с нем. - М.: Мир, 1997.-232с.,ил.

25. Ямал: энциклопедия Ямало-Ненецкого Автономного Округа. Т.4.Салехард;Тюмень: Изд-во ТГУ,2006.-384с.

Размещено на Allbest.ru