Эколого-гидрохимическая характеристика природных и питьевых вод Лаганского района

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«КАЛМЫЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра химии Эколого-гидрохимическая характеристика природных и питьевых вод Лаганского района Бакалаврская работа студента направления «Химия»

Манджиева С.А.

Элиста 2014

Содержание Введение

1. Обзор литературы

1.1 Физико-географическая оценка района исследования

1.2 Формирование состава природных вод

1.3 Эколого-токсикологический показатель воды

2. Объекты и методы исследования

2.1 Объекты исследования

2.2 Методы исследования

3. Результаты и обсуждение

3.1 Органолептический анализ

3.2 Минеральный состав анализируемых вод

3.3 Эколого-санитарные (трофо-биологические) показатели воды

3.4 Эколого-токсикологический анализ поверхностной воды Выводы Список литературы

Введение

Несмотря на предпринимаемые меры проблема качества воды, является неизменно актуальной, не только в промышленно развитых регионах, но и в тех, где промышленность практически не развита. Таким примером является Лаганский район Республики Калмыкия, в котором техногенная нагрузка ограничивается в основном нефтеи газодобычей (4 месторождения), предприятиями пищевой промышленности, топливно-энергетического комплекса, сельского хозяйства. Наиболее значимой экологической проблемой для Лаганского района является нехватка кондиционной воды для хозяйственно-питьевого водоснабжения, нерациональное использование собственных водных ресурсов; загрязнение водных объектов промстоками и неочищенными канализационными стоками, загрязненными ливневыми водами, сбросными водами сельскохозяйственных предприятий. Особенностью гидрография Лаганского района является наличие участка Каспийского моря и отходящего от него Каспийского судоходного канала; нескольких водохранилищ и каналов, питающимися из реки Волга. В связи с этим, гидрохимические показатели поверхностных вод помимо антропогенных факторов, определяются природными условиями, в том числе составом морской и речной вод, участвующих в формировании состава поверхностных и питьевых вод Лаганского района.

Таким образом, целью исследования явилась эколого-гидрохимическая оценка вод различных источников Лаганского района.

В соответствии с поставленной целью были поставлены следующие задачи:

— количественный анализ гидрохимических показателей питьевой и поверхностных вод Лаганского района;

— определение содержания тяжелых металлов в воде;

— дать экологическую оценку анализируемых вод.

1. Обзор литературы

1.1 Физико-географическая оценка района исследования Каспийский район расположен на юго-востоке Калмыкии. С востока территорий района омывается Каспийским морем, на севере граничит с Астраханской областью, на западе — c Черноземельским районом Калмыкии, на юге — с Дагестаном. Районный центр — г. Лагань, находится в 310 км на юге-востоке от столицы республики г. Элиста и связан со столицей автомобильной трассой с асфальтовым покрытием[4]. Развернутая экспликация района 2012 года указана в таблице 1.

Таблица 1. Развернутая экспликация земель района 2012 года

Климат в Лаганском районе сухой и жаркий с жарким летом и умеренно мягкой зимой. Критерий увлажненности — гидротермический коэффициент колеблется в пределах 0,3−0,4, что говорит о недостатке влаги.

Температура воздуха имеет резко выраженный годовой ход. Годовая амплитуда абсолютных температур воздуха составляет 80−90 єС. Особенность температурного режима состоит в быстром нарастании среднесуточных температур весной и такое же быстрое падение их осенью. Средняя месячная и годовая температура воздуха в 2012 году представлена в таблице 2.

Таблица 2. Средняя месячная и годовая температура воздуха в 2012 году (^оС)

Из приведенных данных видно, что среднегодовая температура положительная и составляет 10,4 ^оС.

Таблица 3. Среднемесячное и среднегодовое количество осадков в мм

Большое количество осадков приходится на начало лета, то есть на июнь месяц. Зимние осадки незначительны. Снежный покров зимой составляет 10 см. Наиболее устойчивым в Луганском районе являются ветра восточного направления. Зимой они приносят холодные массы осадков, а в весной и летом жаркий сухой ветер. Который очень осушает почву и уносит верхний плодородный слой.

Рельеф района расположен на Прикаспийской низменности. Территория района делится на 4 части:

1. Береговая зона — непосредственно прилегает к морю. Зона периодически заливается морем

2. Восточная равнинная часть — идеальная равнина, на которой встречаются небольшие замкнутые понижения и очень слабые повышения (холмики, западники, протоки).

3. Равнинно-бугристый рельеф занимает довольно большую площадь. Характерной чертой рельефа является широкое развитие длинных от 1 до 15 см бэровских бугров и ряд вытянутых в широком направлении.

4. Северо-западная часть района представлена всхолмлено-волнистой и слабо-всхолмлено-бугристой равниной. В связи с общим повышением местности, здесь происходит относительное снижение бугров.

К искусственным водным источникам можно отнести Каспийский канал с отходящими от него обводнительными каналами. Вода в канале пресная, берется из р. Волга.

Согласно почвенно-географическому районированию территория района расположена в зоне полупустыни в подзоне бурых полупустынных почв Прикаспийской провинции. Бурые полупустынные почвы занимают небольшую северо-западную часть территорий района и распространены на буграх Бэра и слабо-волнистой равнине. Их формирование происходило в условиях крайне засушливого климата с небольшим количеством выпадающих осадков и в тоже время высокой испаряемостью, связанной с низкой относительной влажностью. Большую часть почвенного покрова района занята гидроморфными почвами: луговыми и влажно-луговыми почвами полупустынь, которые приурочены к пониженной равнине. На формирование этих почв огромное влияние оказало Каспийское море. Почти все почвы засолены, частично заливаются моряной.

Бурые полупустынные солонцеватые почвы, формируются на слабоволнистой равнине и бэровских буграх. Мощность гумусового горизонта А+В достигается в среднем 80 см. Механический состав описываемых почв песчаный, супесчаный, легкосуглинистый. Пастбища на бурых полупустынных солонцеватых почвах представлены белополынными модификациям.

Солонцы на территории района имеют весьма ограниченное распространение. Они располагаются незначительными контурами в западной части территории района и входят в комплексы с бурыми полупустынными почвами. Залегают солонцы на буграх Бэра.

Характерным признаком этих почв является наличие в почвенном поглощающем комплексе большого количества обменного натрия и трехъярусная дифференциация почвенного профиля. По мощности над солонцового горизонта солонца встречаются мелкие (1−10 см), средние (10−18 см). Пастбища на солонцах средних и глубоких занимают площадь 835 га и представлены полынными, прутняково-полынными группировками. Пастбища на солонцах мелких представлены солянковыми, однолетниково-солянковыми ассоциациями.

Пески располагаются значительными массивами в западной половине территории района и небольшими контурами, разбросанными по всей территории района. Встречаются как самостоятельными контурами, так и в комплексе с бурыми полупустынными почвами, где они являются фоновыми. Положительным свойством песков является их хорошая влагоотдача растениям. Некоторые массивы песков сохраняют ценную в условиях полупустыни разнотравно-злаковую и ксерофитную полукустарниковую растительность. Пески характеризуются низким содержанием гумуса (0,4%), с глубиной его количество резко снижается. Обеспеченность песков элементами питания низкая.

Луговые почвы полупустынь формируются в пониженной равнине в условиях высокого уровня грунтовых вод (2−3 м), а также дополнительного увлажнения в восточной зоне в результате периодического заливания моряной. Тип засоления почв хлоридно-сульфатный. Растительность здесь представлена злаково-разнотравными, злаковыми, злаково-полынными, солянковыми группировками.

Лугово-болотные почвы полупустынь формируются в основном в приморской и приозерных частях территории района. Для данного типа почв характерно обильное увлажнение поверхностными (моряна) и грунтовыми водами. Почвы засолены, тип засоления хлоридно-сульфатный, растительность — тростниковая.

Солончаки или озерные отложения приурочены к выраженным плоским впадинам, обычно заросшие солянками или же вовсе лишены растительности. Тип засоления хлоридно-сульфатный. Вся площадь солончаков отнесена к землям мелиоративного фонда.

Особенности природного условий описываемой зоны, в частности, равнинный рельеф, легкий механический состав почв, изреженный травостой, постепенно дующие сильные ветры, нерациональное использование земель, обусловили проявление ветровой эрозии, которой подвержена большая половина землепользования района. Значительным распространением, особенно в северо-западной части района, используются эоловые отложения (пески). Они расположены на мелкобугристых равнинах.

Территория района расположена в зоне типичных полукустарничковых и кустарниковых пустынь Прикаспийской под провинции. Однако значительная часть растительного покрова носит характер, во многом сходный с растительностью менее засушливой степной зоны. Это обусловлено близким расположением территории к Каспийскому морю. Влажность воздуха здесь значительно выше по сравнению с остепенённой пустыней, что особенно важно, грунтовые воды залегают высоко. Однако значительная часть растительного покрова носит характер, во многом сходный с растительностью менее засушливой степной зоны. Это обусловлено близким расположением территории к Каспийскому морю. Пустынная растительность представлена в растительных комплексах бурых почв, солонцов, песков, а также луговые незасоленные травостои: злаковобелополынные, прутняково-белополынные, однолетниково-белополынные. Из злаков наиболее распространенные в полупустынных формациях получил житняк сибирский. Псаммофильная растительность, кроме выше названных формаций полыни белой, представлена кизяковыми, песчаннополынными, чаще кустарниковыми группировками. Из кустарников более распространены тамарикс многоветвистый (Тamarix ramosissima), тамарикс Майера (Tamarix meyeri).

Большим разнообразием отличается интерзональная растительность, характерная, для обширных понижений с луговыми и влажно луговыми почвами. Здесь значительное распространение получили следующие знаки: житняк сибирский (Agropyrum sibiricum), пырей ползучий (Agropyrum repens), прибрежница береговая (Aeluropes litaralis), свинорой пальчатый (Cynodon clactylon), тростник обыкновенный (Phragmites commynis), полынь солончаковая (Artemisia salina).

Болотная растительность представлена в основном тростником обыкновенным. Характерной чертой растительности района является периодичность ее развития, что приводит к неодинаковой обеспеченности животных кормами.

1.2 Формирование состава природных вод Отличительной особенностью природных вод является их непостоянство их состава. Непосредственными причинами изменения состава воды будет являться впадение притоков, различие в характере питания водоема и процессы, совершающиеся в нем. Различие состава заметно больше всего у рек имеющих большую протяженность и протекающие в различных географических и климатических условиях. Так же к формированию состава поверхностных природных вод оказывает влияние деятельности человека (судоходство, ирригация, сброс сточных вод и т. д.).

Основным фактором формирования состава природных вод является климат местности. Выпавшие атмосферные осадки уменьшают минерализацию поверхностных вод, но в тоже время испарение поверхностных вод увеличивает минерализацию.

В природных водах содержится более половины известных на данный момент химических элементов. Сложность состава природных вод характеризуется не только большим количеством элементов, но и различным соотношением, а также различными формами этих элементов. Химические элементы в составе природных вод делят на 6 групп:

1) макрокомпоненты — K⁺, Na⁺, Mg²⁺, Ca²⁺, SO₄^2-, Cl^?, HCO₃^?, CO₃^2-;

2) растворенные газы — азот, кислород, диоксид углерода, сероводород;

3) биогенные веществакремний, соединения азота, железа, фосфора;

4) органические вещества — различные органические соединения, относящиеся к органическим кислотам;

5) микроэлементы — все металлы кроме главных элементов (K⁺, Na⁺, Mg²⁺, Ca²⁺, SO₄^2-, Cl^-, HCO₃^-, CO₃^2-);

6) загрязняющие веществ — нефтепродукты, пестициды и т. д.

К числу главных ионов (макрокомпонентов) содержащихся в природных водах относятся K⁺, Na⁺, Mg²⁺, Ca²⁺, SO₄^2-, Cl^-, HCO₃^-, CO₃^2-, которые определяют химический тип воды. Микрокомпоненты в природных водах содержатся в меньших количествах и не определяют химический тип воды.

Некоторые компоненты, растворенные в водах, занимают промежуточное значение между макрои микрокомпонентами. К таким компонентам относятся нитраты, ионы аммония и ионы водорода. Эти компоненты в некоторых типах вод могут занимать первостепенное значение.

Хлорид ионы обладают высокой миграционной способностью, то есть способностью к перемещению. Они присутствуют во всех природных водах в количестве от следов до нескольких сотен миллиграммов на 1 литр воды. В умеренно минерализованных водах ионы хлора находятся на третьем месте. В водах повышенной минерализации они занимают второе или первое место, доминирующее значение принимают в высокоминерализованных водах или рассолах.

Основными источниками загрязнения природных вод ионами хлора являются: хлористые минералы из горных пород, почв и скоплений солей, атмосферные осадки, вулканические выбросы, стоки промышленных предприятий.

Сульфат ионы обладают хорошей подвижностью, но уступают в этом хлорид-ионам. Содержание SO₄^2- в поверхностных водах лимитируется присутствием в воде ионов Ca²⁺, который образует с SO₄^2- малорастворимый CaSO₄. При невысоком содержании ионов Ca²⁺ в минерализованных водах наблюдается содержание SO₄^2-, в концентрациях, превышающих в несколько десятков грамм на 1 литр воды. Подземные и поверхностные воды неглубоких горизонтов почти всегда содержат сульфатные ионы, которые доминируют в умеренно минерализованных реках и озер. В слабоминерализованных водах они обычно уступают гидрокарбонатным ионам.

Основным источником появления сульфатов являются различные осадочные пароды, в состав которых входит гипс и ангидрит. Не маловажное значение имеют процессы окисления сульфидов, происходящие в земной коре. Повышенное значение может быть причиной приноса ионов сульфатов дождевыми водами. Какое-то количество сульфатов попадает в поверхностные воды путем разложения промышленных и бытовых отходов, а также с атмосферными осадками путем сгорания ископаемого топлива.

Гидрокарбонатные и карбонатные ионы являются важнейшей частью химического состава природных вод. Распределение CO₂, HCO₃^- и CO₃^2- в воде связано с рН. Гидрокарбонатные ионы присутствуют во всех поверхностных водах, кроме в кислых. Доминируют в водах низкой минерализации и зачастую в водах умеренной минерализации. Накопление в водах ионов гидрокарбонатов лимитируется присутствием кальция, образующего с гидрокарбонатами малорастворимую соль. Из-за очень низкой растворимости карбонатов кальция и магния содержание ионов CO₃^2- редко превышает нескольких миллиграммов 1 литр. Однако в природе известны воды, в которых значение карбонатов и гидрокарбонатов выражается в граммах и даже в нескольких десятках грамм на 1 литр воды. Считается общепризнанным, что источником HCO₃^- и CO₃^2- служат различные карбонатные породы: известняки, доломиты, мергели, а также карбонатный цемент многих осадочных пород.

Ионы натрия по распространенности среди катионов стоят на первом месте. Миграционные возможности натрия весьма широки. В этом отношении он уступает только иону хлора, так как может вступать в обменные реакции с поглощенным комплексом пород и, следовательно, выводится из раствора. Последним объясняется наблюдаемое иногда отставание концентраций Na⁺ от Сl^- в процессе роста минерализации воды. В водах низкой минерализации Na⁺ чаще всего занимает третье место по концентрации, хотя в коре выветривания изверженных пород нередко встречаются слабоминерализованные воды с преобладанием натрия. С повышением минерализации содержание Na⁺ увеличивается, и уже в водах, имеющих минерализацию несколько граммов на литр, Na⁺ в большинстве случаев становится преобладающим катионом. В морской воде ионы Na⁺ составляют около 84% массы всех катионов. Их количество в рассолах выражается десятками граммов на 1 л. Большая часть ионов натрия уравновешивается ионами хлора, в результате чего образуется подвижное и устойчивое соединение, которое со значительной скоростью мигрирует в растворе. Меньшая, но все же существенная часть Na⁺ мигрирует в форме сернокислых солей и частично в форме неустойчивых углекислых солей. В земной коре содержание Na⁺ составляет 2,5% по массе. Большая часть его атомов входит в состав различных силикатов. Одним из источников появления Na⁺ в водах являются продукты выветривания изверженных пород (гранит, гнейс и др.). Другим важным источником Na⁺ в водах служат залежи его солей, главным образом каменной соли, и рассеянные в почвах и породах его соединения (кристаллики минералов галлита, мирабилита и др.). И наконец, как одновалентный ион, натрии вытесняется из поглощенного комплекса пород и почв двухвалентными ионами кальция и магния, что способствует его накоплению в природных водах.

Ионы калия по химическим свойствам и содержанию в земной коре имеют большое сходство с ионами натрия. Калий так же, как и натрий, образует легкорастворимые соединения с главными анионами (КСl, K₂CО₃, KHCО₃, K₂SО₄). Однако ионы калия в очень незначительных концентрациях содержатся в природных водах, за исключением атмосферных осадков. Количество калия обычно составляет примерно 4−10% от количества натрия (больший процент — в маломинерализованных водах), но это соотношение под влиянием локальных условий часто нарушается. Причина этого нарушения заключается не в химических свойствах данного элемента, а в слабой миграционной способности калия, обусловленной главным образом его большой биологической потребностью для живых организмов, в первую очередь для растительности. Относительная концентрация ионов калия в атмосферных осадках значительно выше, чем в других видах природных вод. Это объясняется иными условиями формирования химического состава вод в атмосфере.

Ионы кальция. Среди щелочных и щелочноземельных металлов кальций обладает наивысшим кларком его содержание в известняках, мергелях и некоторых других породах может превышать 10% (максимум -40%). Среднее содержание кальция в живом веществе составляет 0,5%. Этот элемент активно участвует в биологических процессах. После смерти организмов кальций быстро переходит в минеральную форму и поступает в почву. Поэтому почвенные растворы, как правило, являются кальциевыми. Кальций преобладает и в поглощенном комплексе почв и пород.

Ионы кальция доминируют в катионном составе слабоминерализованных вод. Гидрокарбонатные кальциевые воды имеют региональное распространение в хорошо дренированных местностях. С ростом минерализации относительное содержание Са²⁺ быстро уменьшается. Это объясняется сравнительно ограниченной растворимостью сернокислых и низкой растворимостью углекислых солей кальция, вследствие чего при испарительном концентрировании природных вод, имеющем место в аридных условиях, непрерывно выводятся из раствора огромные количества Са²⁺ в виде CaSО₄ • 2Н₂О и СаСО₃. По этой причине количество Са²⁺ в природных водах редко превышает 1 г/л, обычно — существенно ниже. Только в глубинных хлоридных кальциевых рассолах содержание кальция выражается десятками граммов на литр.

Одним из важных источников Са²⁺ в природных водах являются известняки, доломиты и известковистый цемент горных пород, которые растворяются в воде. Значительные количества кальция переходят в воду за счет растворения гипса, широко распространенного в земной коре. Ионы кальция освобождаются и поступают в воду в процессе выветривания кальцийсодержащих силикатов. Это весьма распространенный источник обогащения природных вод кальцием. Ионы кальция поступают в воду при фильтрации ее через почву. Во всех указанных случаях ионы кальция находятся в водах в сочетании с анионами HCO₃^- и SO₄^2-.

Ионы магния. По своим химическим свойствам магний близок к кальцию, его кларк имеет тот же порядок, но миграция этих элементов протекает по-разному. Биологическая активность у магния выражена слабее, чем у кальция. В поглощенном комплексе пород магний связывается слабее, чем кальций; этот элемент входит в состав многочисленных вторичных силикатов.

Ионы магния присутствуют почти во всех природных водах, но очень редко встречаются воды, в которых магний доминирует. Обычно же в слабо минерализованных водах преобладает кальций, в сильно минерализованных-натрий. Однако лучшая растворимость сульфата и гидрокарбоната магния по сравнению с CaSО₄ и Са (НСО₃)₂ способствует концентрированию Mg²⁺ в природных водах.

Ионы магния поступают в природные воды преимущественно при растворении доломитов, мергелей или продуктов выветривания основных (габбро), ультраосновных (дунит, перидотит) и других пород. В водах, формирующихся в перечисленных породах, даже на низких стадиях минерализации ионы магния занимают первое место в катионном составе или разделяют первенство с ионами кальция.

1.3 Эколого-токсикологические показатели воды К основным неорганическим показателям воды, определяющим техногенное загрязнение, относят рН, жесткость воды, концентрация соединений азота, сульфатов, хлоридов, мышьяка и тяжелых металлы, таких как медь, цинк, кадмий, свинец и ртуть.

Обычно уровень рН находится в пределах, при которых он непосредственно не влияет на потребительские качества воды. Так, в речных водах pH обычно находится в пределах 6,5−8,5, в атмосферных осадках 4,6−6,1, в болотах 5,5−6,0, в морских водах 7,9−8,3. Поэтому ВОЗ не предлагает какой-либо рекомендуемой по медицинским показателям величины для рН. Вместе с тем известно, что при низком рН вода обладает высокой коррозионной активностью, а при высоких уровнях (рН>11) вода приобретает характерную мылкость, неприятный запах, способна вызывать раздражение глаз и кожи. Именно поэтому для питьевой и хозяйственно-бытовой воды оптимальным считается уровень рН в диапазоне от 6 до 9.

Жесткость воды представляет собой свойство природной воды, зависящее от наличия в ней главным образом растворенных солей кальция и магния. Суммарное содержание этих солей называют общей жесткостью. Жесткость поверхностных вод подвержена заметным сезонным колебаниям, достигая обычно наибольшего значения в конце зимы и наименьшего в период половодья.

Высокая жесткость воды ухудшает органолептические свойства воды, придавая ей горьковатый вкус и оказывая действие на органы пищеварения. Оказывает негативное влияние в хозяйственно-бытовом аспекте — образование накипи, повышенный расход моющих средств, плохое проваривание мяса и овощей. Соли кальция и магния могут быть одним из факторов развития уролитиаза (мочекаменная болезнь), пониженное содержание способствует развитию сердечно-сосудистых заболеваний (один из действующих факторов). Норматив — 7,0 мг-экв./л.

К группе азотсодержащих относят соединения, необходимые для жизнедеятельности водных организмов и образующиеся ими в результате обмена веществ. Это, в первую очередь, минеральные и органические соединения азота. Концентрация аммонийного азота — показатель, указывающий на загрязненность вод фекальными сточными водами, в которых аммонийные соли образуются при гидролизе мочевины и распаде белка при гниении. Содержание нитритов и нитратов — важный санитарный показатель, повышенное содержание нитритов в воде указывает на усиление процессов разложения органических остатков в условиях медленного окисления NO₂? до NO₃?.

Санитарная норма содержания сульфатов в питьевой воде (предельно допустимые концентрации) — не более 500 мг/дм³ по СанПиН 2.1.4.1074−01 (М.: Госкомсанэпиднадзор, 2001), ПДК для рыбохозяйственного производства — 100 мг/дм³. Степень вредности сульфатов по СанПиН — 4-й класс опасности (умеренно опасны по органолептическому признаку).

Большие количества хлоридов поступают из недостаточно очищенных промышленных (соляная кислота и ее производные) и бытовых стоков. Предельно допустимые концентрации хлоридов в питьевой воде по СанПиН 2.1.4.1074−01 — не более 350 мг/дм³, ПДК для рыбохозяйственного производства — 300 мг/дм³. Степень вредности хлоридов по СанПиН — 4-й класс опасности (умеренно опасны по органолептическому признаку).

Мышьяк относится к 6 классу опасности. Высокотоксичный кумулятивный яд, поражающий нервную систему. В многолетних опытах на животных при определении недостатка мышьяка наблюдались неоднократные случаи внезапной смерти от сердечной недостаточности. В малых количествах мышьяк оказывает благотворное действие на организм человека: улучшает кроветворение, повышает усвоение азота и фосфора, ограничивает распад белков и ослабляет окислительные процессы. Смертельная доза — 200 мг. Хроническая интоксикация наблюдается при потреблении 1−5 мг в сутки. При остром отравлении симптомы его обычно наступают через 20−30 мин. Нередко отравление заканчивается летальным исходом. Токсическое действие мышьяка связано с нарушением им окислительных процессов в тканях вследствие блокады ряда ферментных систем организма. Наиболее быстро под влиянием мышьяка разрушается нервная ткань.

Тяжелые металлы Медь. Все соли меди обладают биотоксичным действием. Медь — необходимый для растений и животных микроэлемент. Основная биохимическая функция меди — участие в ферментативных реакциях в качестве активатора или медьсодержащих ферментов. Избыток меди подавляет иммунную систему, может привести к развитию анемии, неинфекционному гепатиту. Медь с трудом выводится из организма, накапливаясь в тканях, печени и костях. Период полуудаления составляет свыше 310 лет и значительно превышать продолжительность человеческой жизни. Медь относится к 3 классу опасности.

Цинк. Важнейшими объектами антропогенного рассеивания цинка являются предприятия цветной металлургии. В значительных количествах этот элемент содержится в коммунальных стоках, препаратах, используемых для обработки сельскохозяйственных культур, в угольном шлаке. Период естественного полураспада цинка в природной среде — 70−510 лет. Цинк участвует в межклеточном обмене, развитии и делении клеток. Он повышает устойчивость растений к засухе, бактериальным и грибковым инфекциям. Нормальная концентрация цинка в растительных тканях по данным исследований варьирует от 1,2 до 73 мг/кг сухой массы. Избыток этого элемента в организме вызывает «литейную лихорадку», ведет к подавлению иммунитета, активизации онкологических заболеваний и потере зрения. Цинк относится к 3 классу опасности.

Кадмий. Естественное содержание кадмия в объектах окружающей среды относительно невелико, и в основном его наличие является следствием антропогенных выбросов. По сравнению с цинком, кадмий менее распространен в природе, но по химическим особенностям и поведению в природной среде сходен с ним. Фоновое для ландшафтной оболочки содержание кадмия в почвенном субстрате колеблется в пределах 0,07 — 0,5 мг/кг. В микродозах кадмий необходим как регулятор содержания сахара в крови. Предельно допустимый уровень содержания в продуктах питания человека — 0,03 мг/кг продукта. В малых дозах кадмий повышает кровяное давление, при продолжительном воздействии загрязнения накапливается в костях, вызывая болезни костно-двигательной системы. Период полуудаления кадмия 13 — 110 лет. Кадмий относится к химическим элементам 2 класса экологической опасности.

Ртуть. Концентрация ртути в водных организмах может на несколько порядков превышать ее содержание в среде обитания. Особенно значительные количества накапливаются в хищных видах рыб — высших звеньях цепи питания водных организмов. При концентрации ртути в воде менее 0,0005 мг/л ее содержание в тканях хищных морских рыб было близко к критической отметке безопасного уровня — 0,05 мг/кг. Осаждаясь в илах, ртуть медленно из них освобождается, приводя к длительному, «хроническому» загрязнению водных объектов и удаляется из почвенного субстрата в виде паров. Основная масса накапливается в вегетативных органах и мигрирует в репродуктивные органы. При хроническом отравлении ртутью наблюдается разрушение зубов, облысение, психические расстройства, полная слепота и паралич. Источниками антропогенного поступления ртути являются промышленные отходы гальванических цехов, амальгамирование при извлечении золота из руд, лакокрасочные производства и краски, пестициды, полимерные материалы. Значительные объемы ртути поступают при производстве хлора ртутным методом. Высока природная концентрация ртути в каменном угле и сырой нефти, поэтому сжигание угля, нефти и нефтепродуктов также является источником загрязнения среды обитания этим элементом. Ртуть — химический элемент 1 класса экологической опасности.

Свинец. Является естественным компонентом таких природных сред, как почва, атмосферный воздух, вода. В результате природной эмиссии в атмосферу ежегодно поступает в среднем 27 тысяч тонн свинца, однако все же большая его часть поступает в окружающую среду в результате деятельности человека, т. е. из антропогенных источников[10]. Токсичное действие свинца ярко выражено не только по отношению к растительности, но и к теплокровным организмам, включая человека. Допустимая суточная доза для человека: 0,5 мг — для взрослого, 0,2 мг — для ребенка. Свинец медленно выводится из организма, поражаются почки и половые органы, ослабляется репродуктивная функция организма. Свинец относится ко 2 классу экологической опасности.

При оценке качества воды принимают во внимание несколько лимитирующих показателей вредности (ЛПВ). Для водоемов питьевого и культурно-бытового назначения используют три вида ЛПВ: санитарно-токсикологический, общесанитарный и органолептический (табл.4). Для водоемов рыбохозяйственного назначения дополнительно применяют еще два ЛПВ: токсикологический и рыбохозяйственный.

Таблица 4. Критерии оценки загрязненности

Лимитирующий показатель вредности объединяет группу нормативов для веществ, вредное воздействие которых на организм человека и окружающую среду наиболее выражено именно в данном отношении. Так, к органолептическим лимитирующим показателям относятся нормативы для тех веществ, которые вызывают неудовлетворительную органолептическую оценку (по вкусу, запаху, цвету, пенистости) при концентрациях, находящихся в пределах допустимых значений.

Лимитирующие общесанитарные показатели устанавливаются в виде нормативов для относительно малотоксичных и нетоксичных соединений — например, уксусной кислоты, ацетона, дибутилфталата и т. п. Для остальных (основной массы) вредных веществ установлены как лимитирующие санитарно-токсикологические показатели вредности.

2. Объекты и методы исследования

2.1 Объекты исследования Объектами исследования данной работы стали питьевая вода и поверхностные воды Лаганского района (табл. 5), пробы отобраны в апреле 2014 г.

Таблица 5

Каспийский судоходный канал был образован в XIX в. по причине высокой загруженности судоходных путей. Главной функцией Каспийского судоходного канала являлось соединить морские пути по р. Волга и Каспийское море, его протяженность составляет около 10 км. Канал заходит в город делится на три части.

Канал Лаганский банк предназначен для рекреационных целей. Площадь используемой акватории — 0,004 км². Протяженность канала Лаганский банк 42 км; средняя ширина канала 0,09 км, режим уровней воды в месте водопользования определяется режимом уровней Каспийского моря.

Кателинское водохранилище входит в состав Каспийской обводнительно-оросительной система (КООС). Основными водоисточниками КООС является река Бахтемир (правый рукав р. Волги) и Каспийское море. Забор речной воды осуществляется в п. Оля Астраханской области при помощи насосной станции и по распределительным каналам (Оля — Каспийскому — длина 34,6 км и Оленическому — длина 31,2 км) поступает самотеком в Лаганский район, где используется на нужды орошения, водоснабжения и подпитки группы мелководных водохранилищ.

2.2 Методы исследования Анализ качества питьевой и поверхностных вод проводился титриметрическим, гравиметрическим, потенциометрическими и атомно-абсорбционно-спектрометрическим методами (табл. 6).

Таблица 6. Физико-химические методы определения (n = 3)

ГОСТ 3351–71 «Вода питьевая. Методы определения вкуса, запаха, цветности, мутности». Настоящий стандарт распространяется на питьевую воду и устанавливает органолептические методы определения запаха, вкуса, привкуса и фотометрические методы определения цветности и мутности.

Запах определяется органолептически. Параметры — характер и интенсивность. Характер запаха воды определяется ощущением воспринимаемого запаха (землистый, хлорный, нефтепродуктов и т. д.). Определяется запах при температурах 20⁰ и 60⁰ С.

Вкус — органолептически определяют характер и интенсивность вкуса и привкуса. Различают 4 вида вкуса: соленый, кислый, сладкий, горький. Все другие виды вкусовых ощущений называются привкусами.

ГОСТ 18 164–72 «Вода питьевая. Метод определения содержания сухого остатка». Величина сухого остатка характеризует общее содержание растворенных в воде нелетучих и частично органических соединений. Данный метод определения сухого остатка дает несколько завышенные результаты вследствие гидролиза и гигроскопичности хлоридов магния и кальция и трудной отдачи кристаллизационной воды сульфатами кальция и магния. Эти недостатки устраняются прибавлением к выпариваемой воде химически чистого карбоната натрия. При этом хлориды, сульфаты кальция и магния переходят в безводные карбонаты, а из натриевых солей лишь сульфат натрия обладает кристаллизационной водой, но она полностью удаляется высушиванием сухого остатка при 150−180 °С.

ГОСТ 4245–72 «Вода питьевая. Методы определения содержания хлоридов». Метод основан на осаждении хлорид-ионов в нейтральной или слабощелочной среде азотнокислым серебром в присутствии хромовокислого калия в качестве индикатора. После осаждения хлорида серебра в точке эквивалентности образуется хромовокислое серебро, при этом желтая окраска раствора переходит в оранжево-желтую. Точность метода — 1−3 мг/л.

ГОСТ 26 449.2−85 «Установки дистилляционные опреснительные стационарные. Методы химического анализа дистиллята». Аммонийный азот в исследуемом растворе определяют по изменению ЭДС цепи, состоящей из аммонийселективного электрода, электрода сравнения, измерительной ячейки с исследуемым раствором и лабораторного рН-метра или иономера. Метод применяют при определении массовой концентрации аммонийного азота от 50 до 500 мкг/дм³. Нижний предел обнаружения составляет 25 мкг/дм³[15].

ПНД Ф 14.1;2;3;4.121−97 «Количественный химический анализ вод. Методика выполнения измерений рН в водах потенциометрическим методом». Метод определения величины рН проб воды основан на определение ЭДС электродной системы, состоящей из стеклянного электрода, потенциал которого определяется активностью водородных ионов, и вспомогательного электрода сравнения с известным потенциалом.

ГОСТ 23 268.9−78 «Воды минеральные питьевые лечебные, лечебно-столовые и природные столовые. Методы определения нитрат-ионов». Метод основан на прямом определении нитрат-ионов с использованием ионоселективного электрода.

Метод позволяет определять нитрат-ионы в минеральных водах любой минерализации при содержании их от 10 до 70 мг/дм³ с относительной ошибкой 10%.

ПНД Ф14.1;2.95−97 «Количественный химический анализ вод. Методика выполнения измерений массовой концентрации кальция в пробах природных и очищенных сточных вод титриметрическим методом». Титриметрический метод определения массовой концентрации кальция основан на его способности образовывать с трилоном Б малодиссоциированное, устойчивое в щелочной среде соединение. Конечная точка титрования определяется по изменению окраски индикатора (мурексида) из розовой в красно-фиолетовую. Для увеличения четкости перехода окраски предпочтительнее использовать смешанный индикатор (мурексид + нафтоловый зелёный Б).

РД 52.24.493−2006 «Массовая концентрация гидрокарбонатов и величина щелочности поверхностных вод суши и очищенных сточных вод». Методика выполнения измерений титриметрическим методом". Выполнение измерений массовой концентрации гидрокарбонатов и величины щелочности основано на титровании пробы воды раствором сильной кислоты (соляной или серной), в результате чего карбонаты и гидрокарбонаты образуют слабую угольную кислоту, распадающуюся в растворе на H₂O и свободный CO₂. Анионы других слабых кислот, если они присутствуют в воде, превращаются в соответствующие кислоты, гидроксид-ионы — в воду.

Методика предусматривает два варианта выполнения измерений. Вариант 2 (обратное титрование) предусматривает добавление избытка соляной кислоты, удаление образующегося CO₂ и последующее титрование избытка кислоты раствором тетрабората натрия (буры) в присутствии индикатора метилового красного.

ГОСТ 23 268.12 — 78 «Воды минеральные питьевые лечебные, лечебно — столовые и природные столовые. Метод определения перманганатной окисляемости». Настоящий стандарт распространяется на лечебные, лечебно-столовые и природные столовые питьевые минеральные воды и устанавливает перманганатный метод определения окисляемости. Метод основан на окислении органических веществ раствором марганцовокислого калия в кислой или щелочной средах при кипячении. Метод позволяет определять количество органических веществ, на окисление которых расходуется до 10 мг/дм кислорода.

МУК 4.1.1504−03 «Инверсионно-вольтамперометрическое измерение концентрации ионов цинка, кадмия, свинца и меди в воде». Настоящие методические указания распространяются на пищевые продукты, продовольственное сырье, на питьевую, природную источную воду и устанавливают инверсионно-вольтамперометрические методы определения содержания в них токсичных элементов (цинка, кадмия, свинца, меди, мышьяка, ртути) с использованием анализаторов серии ТА.

ПНД Ф 14.1;2.240−07 «Методика выполнения измерений массовых концентраций сульфат-ионов в природных и сточных водах гравиметрическим методом». Гравиметрический метод определения массовой концентрации сульфат-ионов основан на их способности образовывать в слабокислой среде и в присутствии ионов бария малорастворимый осадок сульфата бария.

3. Результаты и обсуждение Оценка проб воды включала органолептический анализ, определение солевого состава, эколого-санитарных гидрохимических показателей.

3.1 Органолептический анализ Органолептический анализ по вкусу и запаху воды позволяет выявить наличие различных органических остатков, грибков и плесени, многие микроэлементы, неорганические ионы, промышленные отходы и обеззараживание воды при помощи хлора.

Результаты органолептического анализа представлены в таблице 7.

Таблица 7. Органолептические свойства воды

Данные табл. 7 свидетельствуют о том, что большинство проб исследуемой воды по органолептическим свойствам соответствуют нормативам, кроме пробы воды, отобранной в Лаганском банке.

Органолептические показатели водопроводной воды соответствуют нормативам, следовательно, по этим показателям водопроводная вода может быть отнесена к классу питьевых вод.

3.2 Минеральный состав анализируемых вод Для характеристики солевого состава анализируемых вод был проведен количественный анализ ионов Ca²⁺, Mg²⁺, SO₄²⁺, CO₃^2-, HCO₃^?, Cl^?, определены рН, сухой остаток, общая минерализация. Результаты анализа представлены в таблице 8.

Данные табл. 8 показывают, что проанализированные воды, по величине кислотности относятся к нейтральным.

Общий уровень минерализации воды, находящийся в пределах 1−2 г/л, позволяет отнести их к слабоминерализованным.

По содержанию ионов, среди всех проанализированных проб, превышение значений ПДК наблюдается только по одному показателю — содержанию сульфатов, в пробах нескольких объектов: левой ветки Каспийского судоходного канала (превышение в 1,24 раза), Кателинского водохранилища (превышение в 1,2 раза) и канала Лаганского банка (превышение в 1,04 раза). Что касается водопроводной воды, то по содержанию сульфатов превышения ПДК отсутствует, но близко к критическому.

Для большинства проанализированных проб не выявлены значительные отличия, касающиеся изменения содержания ионов в зависимости от удаленности от берега (5, 10 и 15 м), в среднем концентрации ионов варьируют в пределах 5 мг/л в ту или иную сторону.

Таблица 8. Минеральный состав питьевых и природных вод Лаганского района

Значительное понижение концентрации магния по мере удаления от берега отмечено только в водах Каспийского судоходного канала и по содержанию хлорид-ионов — в воде канала Лаганский банк наблюдается понижение концентрации при движении от берега, а в Кателинском водохранилище зависимость обратная.

В табл. 8 представлены данные Калмыцкого филиала ГНУ ВНИИГиМ Россельхозакадемии по ионному составу прибрежной зоны, отобранные в разное время года. Прослеживается сезонная динамика — снижении уровня минерализации осенью, что может быть объяснено увеличением количества осадков в этот период и повышением минерализации в зимний период, вследствие понижения подвижности ионов и биологической активности из-за низких температур. В целом, данные полученные нами, сопоставимы с летними данными 1972 г.

3.3 Эколого-санитарные (трофо-биологические) показатели воды Высокие концентрации ионов аммония свидетельствуют о содержании азотсодержащих органических веществ, в особенности протеинов и мочевины, и могут служит доказательством загрязнения коммунальными сточными водами. Содержание ионов аммония в воде, отобранной на расстоянии 5 м от берега незначительно ниже, чем в пробах, отобранных в 10 м от берега. Причин такой тенденции может быть несколько: более высокая биологическая активность, подводные течения, загрязнение морской воды сточными водами и др., однако в проанализированных пробах воды превышение значений ПДК по этому показателю отсутствует.

Перманганатная окисляемость или химическая потребность в кислороде (ХПК) дает представление о количестве органических солей в пробе. Во всех проанализированных пробах, в том числе в водопроводной воде, отмечается превышение ПДК по этому показателю. Высокие значения перманганатной окисляемости имеет левая ветка Каспийского судоходного канала, которая в 2,6 больше ПДК. Так же во всех пробах, при движении от берега вглубь водоема перманганатная окисляемость увеличивается.

Таблица 9. Эколого-санитарные (трофо-биологические) показатели воды

Кроме этого, во всех пробах в пробах, отобранных в 5 м от берега, перманганатная окисляемость выше, чем в отобранных в 10 м метрах от берега, следовательно, органические вещества из почвы и растительного опада попадают в поверхностные воды и взвывают их загрязнение.

3.4 Эколого-токсикологический анализ поверхностной воды Были проведены исследования поверхностных вод солями тяжелых металлов, таких как Cu, Zn, Pb, As, Cd, Hg. Результаты исследований приведены в таблицы 10.

Таблица 10. Содержание токсичных элементов в воде Лаганского района

Из данной табл. 10 видно, что содержание ртути, кадмия и мышьяка находятся ниже предела обнаружения, а содержание меди, цинка и свинца представлены в следовых количествах. Таким образом, содержание тяжелых металлов не превышает ПДК и соответствует гигиеническим требованиям.

Выводы лаганский район вода токсикологический

1. Исследованная проба питьевой воды по органолептическим показателям характеризуется как чистая и отвечает требованиям, установленным в СанПиН 2.1.4.559−96 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества».

2. Анализ солевого состава показал превышение значений ПДК только по одному показателю — содержанию сульфатов, в пробах нескольких объектов: левой ветки Каспийского судоходного канала (превышение в 1,24 раза), Кателинского водохранилища (превышение в 1,2 раза) и канала Лаганского банка (превышение в 1,04 раза).

3. По эколого-санитарному (трофо-биологическому) показателю перманганатной окисляемости, во всех проанализированных пробах, в том числе в водопроводной воде, отмечено превышение ПДК с максимальным значением — 2,6ПДК в воде левой ветки Каспийского судоходного канала. По трофо-биологическим показателям анализируемые пробы можно охарактеризовать как слабо загрязненные.

4. Содержание тяжёлых металлов во всех исследуемых объектах находится ниже предела обнаружения, а в тех случаях, где они были обнаружены, то не превышали санитарных норм.