Оценка уровня загрязнения анионными поверхностно-активными веществами экосистем реки содышка и их влияния на физико-химические и биохимические процессы самоочищения

В настоящее время синтетические поверхностноактивные вещества (СПАВ) входят в группу наиболее распространенных и опасных загрязняющих веществ в экосистемах малых водотоков Владимирской области [1]. Они поступают в водоемы и водотоки со сточными водами предприятий коммунального хозяйства и различных отраслей промышленности, а также с ливневыми стоками с сельхозугодий и урбанизированных территорий. Обладая высокой устойчивостью к биохимическому окислению, СПАВ способны длительное время сохраняться в экосистемах водных объектов и нарушать физико-химические и биохимические процессы в них. СПАВ могут накапливаться в донных отложениях и при определенных условиях переходить из донных отложений в водную среду, что создает опасность вторичного загрязнения экосистем. Характеризуясь высокой биологической активностью и токсичностью для гидробионтов-фильтрато-ров, СПАВ тормозят процессы биологического самоочищения в экосистемах водных объектов [2-3]. Несмотря на многочисленные работы о влиянии СПАВ на состояние экосистем поверхностных вод, влияние этих веществ на физикохимические и биохимические процессы самоочищения изучены недостаточно.

Известно, что на процессы самоочищения эвтрофных водоемов значительное влияние оказывает внутренняя фосфорная нагрузка – поток

фосфора из донных отложений, который в некоторых случаях становится соизмеримым с внешней фосфорной нагрузкой [4]. Полагают, что главная причина увеличения внутренней фосфорной нагрузки в эвтрофных водных объектах – рост площади анаэробных отложений, с которой высвобождаются фосфаты, сорбированные соединениями железа в аэробных условиях [5]. Самоочищение эвтрофных водотоков, загрязняемых соединениями биогенных элементов, определяется также интенсивностью протекания в них процессов нитрификации [6]. Исходя из этого представляли значительный интерес оценка уровня загрязнения водотоков и изучение влияния наиболее распространенных анионных СПАВ (АСПАВ) на миграцию фосфат-ионов и железа (III) из донных отложений и интенсивность процессов нитрификации в экосистемах эвтрофных водотоков – основных факторов их самоочищения.

Объектом исследования явилась р. Со-дышка, протекающая по северо-западной окраине г. Владимира. Длинна водотока – 22 км, площадь водосбора – 82,7 км². Река загрязняется сточными водами двух птицефабрик, канализационными стоками поселка РТС, ливневыми стоками с коллективных садов, жилого массива и промзоны Октябрьского района г. Владимира. Вследствие высокого уровня загрязнения соединениями биогенных элементов и органическим веществами природного и антропогенного происхождения водок эвтрофтрован, по ИЗВ относится к 6 классу качества.

Содержание АСПАВ в экосистеме р. Со-дышка определяли экстракционно-фотометрическим методом с метиленовым синим по ПНДФ 14.1:2.15-95. В качестве АСПАВ использовали додецилсульфат натрия (ДДС). Концентрацию ионов аммония определяли фотометрически по окраске комплекса с реактивом Несслера. Все анализы проводились в аккредитованной лаборатории физико-химичес-ких методов анализа кафедры экологии Владимирского государственного университета. Обработку результатов анализа проводили с использованием программы Microsoft Office Excel 2007. Исследование влияния ДДС на физико-химические процессы проводили в модельных экспериментах в стеклянных емкостях на 11 дм3 с речной водой и донными отложениями. Содержание в воде фосфат-ионов и железа определяли через 20 дней экспонирования. Фос-фат-ионы определяли фотометрически по окраске восстановленной фосфорномолибденовой кислоты, железо – фотометрически по окраске роданидного комплекса. Пространственная динамика загрязнения экосистемы р.Содышка АСПАВ представлена на рис. 1.

Рис 1. Уровень загрязнения АСПАВ экосистемы р. Содышка (зима 2012 г.)

В целом во всех исследованных створах экосистемы содержание АСПАВ не превышает ПДК (0,1 мг/дм3).. Наименьший уровень загрязнения характерен для водохранилища, что связано с высокой степенью разбавления вод в нем. Как и следовало ожидать, высокие уровни загрязнения наблюдаются после птицефабрик и в устье реки. Исходные концентрации железа (III), фосфат-ионов и СПАВ в модельной системе «вода – донные отложения» представлены в таблице 1. На рис. 2 показана зависимость содержания железа (III) в водной фазе модельной системы «вода – донные отложения» от концентрации ДДС, введенного в систему.

Таблица 1. Исходный уровень загрязнения исследуемой системы

Компоненты системы	Концентрация
	вода, мг/дм3	донные отложения, мг/кг
Fe (III)	0,05	37959
PO4 3-	0,18	1175
СПАВ	0,022	-

Рис. 2. Влияние додецилсульфата натрия на миграцию железа из донных отложений

Обнаружено отчетливое снижение содержания железа (III) в воде с ростом концентрации ДДС в системе. Это можно объяснить коагуляцией и седиментацией ионов железа (III), обусловленной уменьшением или даже снятием электрокинетического потенциала частиц вследствие сорбции противоположно заряженных ионов ДДС. На рис. 3 показана зависимость содержания фосфат-ионов в водной фазе модельной системы от концентрации ДДС.

Рис. 3. Влияние додецилсульфата натрия на миграцию фосфат-ионов из донных отложений

Из рисунка видно, что в начале по мере увеличения концентрации ДДС происходит резкий рост содержания фосфат-ионов в водной фазе, затем происходит резкое и затем плавное снижение концентрации фосфатов до первоначального уровня и ниже. Таким образом, при низких концентрациях (до 0,1 мг/дм3) ДДС происходит миграция фосфатов из донных отложений в водную фазу, при дальнейшем росте концентрации ДДС (от 1 до 4 мг/дм3) начинают в системе преобладать процессы седиментации. Следовательно, при обычных уровнях загрязнения экосистем водотоков АСПАВ, происходит вынос фосфат-ионов из донных отложений и усиление процессов эвтрофикации экосистемы.

Для исследования ДДС на нитрификацию в стеклянные сосуды была внесена вода из эвтрофного водотока Содышка Владимирской области. В каждом сосуде концентрация аммонийного азота была доведена до 2 мг/дм3. В сосуды вносились различные количества ДДС. На рис. 4

мг/дм3 процессы нитрификации практически показана зависимость интенсивности процесса нитрификации от концентрации ДДС. Очевидно, что по мере возрастания концентрации ДДС происходит сначала резкое, затем плавное снижение деятельности нитрифицирующих бактерий. При концентрации 0,074 мг/дм3 интенсивность нитрификации снижается на 50%, а при концентрации 4,024 мг/дм3 практически полно- полностью прекращаются.

Вывод: загрязнение экосистем эвтрофных водотоков АСПАВ вызывает подавление физикохимических и биохимических процессов самоочищения и способствует их дальнейшей эвтрофикации.

Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки РФ ГК № П970 от 27 мая 2010 г.

стью прекращается.

Рис. 4. Влияние додецилсульфата натрия на процессы нитрификации в воде

АСПАВ – додецилсульфат натрия при концентрациях в воде до 0,1 мг/дм³ вызывает ₅ миграцию фосфат-ионов из донных отложений и ^. способствует усилению процессов эвтрофирова-ния в экосистемах водотоков. При всех концентрациях додецилсульфат натрия подавляет про- 6. цессы нитрификации, а при содержании более 4