Содержание некоторых химических элементов в природных водах озер Тверской области

Данилов Иван Павлович; Danilov I.P.

Содержание некоторых химических элементов в природных водах озер Тверской области

Автор: Данилов Иван Павлович

Журнал: Вестник Тверского государственного университета. Серия: Биология и экология @bio-tversu

Рубрика: Междисциплинарные исследования

Статья в выпуске: 3, 2014 года.

Бесплатный доступ

Проведены исследования проб воды, взятых с 11 озер, расположенных в 4 районах Тверской области. Методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой выявлены концентрации химических веществ в пробах. Ни в одном из водоемов превышения ПДК по исследованным элементам не обнаружено. Некоторое повышение их концентрации в водоемах Бологовского района связано с антропогенно-индуцированными и природными процессами.

Озера, пдк, концентрация химических элементов, атомно-эмиссионная спектрометрия с индуктивно связанной плазмой, загрязнение, антропогенная нагрузка

Короткий адрес: https://sciup.org/146116527

IDR: 146116527 | УДК: 556.314

Concentration of certain chemical elements in natural waters of lakes in Tver region

Water samples from 11 lakes of 4 districts in Tver region have been analized. Concentrations of certain chemical elements in samples have been revealed using nuclear-emission spectroscopy with inductively coupled plasma. None of the lakes showed the excess of maximum permissible concentration by the elements studied. The higher concentration of some elements in lakes of Udomlya District is related to both, human-induced and natural causes.

Текст научной статьи Содержание некоторых химических элементов в природных водах озер Тверской области

Введение. Неотъемлемой частью ландшафтов и природной среды Тверской обл. являются озера. Они представляют собой своеобразные природные комплексы со своими гидрологическими, геоморфологическими, микроклиматическими, биотическими особенностями. Значительных по размеру озер (пл. св. 2 кв. км) в области свыше 60. Общее число озер достигает 1760. Их общая площадь превышает 1000 кв. км (1,2% всей территории области). Большие озера области возникли в результате деятельности ледников и талых вод. Крупные озера (Селигер, Кафтино) - тектонического происхождения: их котловины образовались в результате прогибов участков земной коры, обработанных ледником. Отдельные карстовые озера (как правило, небольшие) возникли на месте провалов и пустот в известняках. Многие озера образовались в поймах рек.

В последние десятилетия антропогенное влияние на водоемы Тверской обл. усилилось. Настоящее исследование, направленное на определение содержания ряда химических элементов в природных водах озер Тверской области, призвано внести вклад в оценку степени и вектора это влияния.

Методика. Исследования проводились на 11 озерах, расположенных в 4 районах Тверской области: оз. Бросно (Андреапольский р-н), оз. Бологое, Великое, Долгое, Кафтино, Пирос (Бологовский р-н), оз. Волго, Глубокое, Селигер (Осташковский р-н), оз. Песьво, Удомля (Удомельский р-н) (рис. 1).

Валдай

ЦГОМПЯ

Бологое

Вышний Волочек ш. Селигер . . Г / всрская 00,

Осташков

Mcmw^tiirOis аахр,

Верхневсзлжск^ Торжок г од^р Кувшинове

• 2 *

Рис. 1. Карта отбора проб в исследуемых озерах Тверской области:

1 - оз. Волго, 2 - оз. Бросно, 3 - оз. Глубокое, 4 - оз. Селигер,
5 - оз. Долгое, 6 - оз. Великое, 7 - оз. Бологое, 8 - оз. Кафтино,

9 - оз. Пирос, Ю-оз. Песьво, 11 - оз. Удомля

Указанные озера различались по степени антропогенной нагрузки: (1) с высокой (оз. Бологое, Глубокое, Селигер, Песьво, Удомля), (2) средней (оз. Бросно, Кафтино, Пирос, Волго) и (3) слабой (оз. Великое, Долгое).

ДуОоео

Xретень

ЗадуЬы?

Во гюхоащмм

Пас»оре#щина

КЦ1.1 НС Ч,ИЬ

З^рвЧЬв

Острица

. .СтопВмон жар

Спобош

Лсщинь л.

^Осташков

Ж/ГШЮ

Cu0O.i / ГкздгоадьД

Рис. 2 . Карта отбора проб на оз. Селигер: темными точками показаны места отбора

Зпборм!

Д'

Для анализа отбиралось 10 проб с каждого исследуемого озера (рис. 2). При отборе определялись температура воды и окружающего воздуха, а так же некоторые органолептические показатели (цветность, запах). Пробы отбирались в течение вегетационного сезона 2012 г.

При проведении атомно-эмиссионного анализа важнейшим этапом являлся процесс подготовки. Отбор проб озерной воды поверхностного слоя осуществлялся в соответствии с ГОСТ Р 51592 и ГОСТ 17.1.5.05. Пробы воды отбирались в емкости из полимерного материала объемом 0,5 л с узким горлышком и плотно закручивающимися крышками. Проводилась консервация исследуемых проб раствором (1:1) азотной кислоты (HNO3) из расчета 2 мл раствора на 100 мл пробы. Консервация необходима для предотвращения осаждения и сорбции растворенных соединений в пробах воды и развития микрофлоры (Batley, 1990). Во избежание сорбции основных металлов на стенках вся используемая для отбора, хранения, транспортировки и анализа проб посуда промывалась раствором азотной кислоты (Методика..., 1998; APHA-AWWA-WPCF, 1998; McCleskey, Nordstrom, Maest 2004).

Количественный анализ проводился с помощью метода атомноэмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (АЭС с ПСП) на спектрометре iCAP 6300 Duo (Thermo Scientific, USA) посредством программного обеспечения iTEVA 2.8.0.89. Определение массовой концентрации (мг/л) проводили в соответствии с ПНДФ 14.1:2:4.135-98 по следующим элементам Ag, Al, As, Са, Сг, Си, Ге, К, Mg, Мп, Na, Ni, Pb, Sb, Sn, Zn.

Коррекцию при возникновении матричных эффектов и учет взаимного влияния элементов за счет наложения спектральных линий проводили при помощи программного обеспечения. Исходя из средней концентрации элементов в природной воде для макроэлементов (К, Na, Mg, Са) выбирали спектральные линии меньшей интенсивности, а для остальных элементов - линии наибольшей интенсивности. Анализируемые линии должны быть расположены в спектре друг от друга на расстоянии более 0,01 нм. Интенсивность мешающей линии по сравнению с анализируемой должна быть минимум на 2 порядка меньше. Неконтролируемое изменение данных условий может приводить к наложению спектральных линий, что выражается в эффекте повышения или понижения концентрации анализируемого элемента. С учетом этих соображений были выбраны следующие длины волн (табл. 1).

Для построения градуировочных кривых использовали растворы одноэлементных стандартных образцов (СО) анализируемых элементов (Inorganic Ventures, USA). Калибровочные кривые строили по 3 точкам (нулевой СР -1:1 азотной кислоты) из расчета диапазона концентраций предусмотренного ПНДФ 14.1:2:4.135-98.

' - 92 -

Таблица 1

Длины волн элементов

Элемент	Длина волны, нм
Ag	328,068; 338,289
Al	167,081; 396,153; 308,215
As	189,042; 193,759; 197,262
Са	317,933; 315,887; 393,366
Cr	205,552; 267,716; 284,325; 283,563
Си	324,754; 327,396
Fe	259,940; 271,441; 238,200
К	766,49; 769,90
Mg	279,079; 279,533; 285,213; 383,286
Мп	257,61; 293,306
Na	589,592; 818,3; 330,2
Ni	218,461; 221,647; 231,604
Pb	216,999; 220,353; 283,306
Sb	206,833; 217,581
Sn	189,989; 224,604; 235,484
Zn	202,548; 206,200; 213,856

Статистическая обработка данных включала расчет среднего арифметического по каждому элементу (исходя из количества линий) с учетом его ошибки, а также дисперсии и среднего квадратичного отклонения. Сравнение концентраций элементов по ПДК проводилось в соответствии с ГН 2.1.5.1315-03.

Результаты и обсуждение. В ПО пробах воды озер Тверской обл. превышения ПДК исследуемых химических элементов в соответствии с ГН 2.1.5.1315-03 не выявлено.

Наибольшая концентрация Ag в исследуемых пробах была выявлена в оз. Долгое- 0,0235 мг/л. Поскольку оз. Долгое имеет слабую антропогенную нагрузку, а полученный результат не превышает ПДК, возможным источником присутствия Ag в субмикрограммовых концентрациях является природный источник, например подземные воды (табл. 1).

Наибольшая концентрация А1 в исследуемых пробах была выявлена в оз. Удомля - 0,0835 мг/л. Резкое повышение концентрации А1 в указанном озере связано, возможно, с минерализацией воды и химическим равновесием в системе «вода - донные отложения». В качестве причин высокой концентрации А1 не исключено также частичное растворение глин и алюмосиликатов, а также атмосферные осадки.

Наибольшая концентрация Са была выявлена в оз. Бологое -94,885 мг/л. Са входит в состав любых природных объектов;

возможным источником его пристутсвия в воде являются процессы химического выветривания и растворения минералов, прежде всего известняков, доломитов, гипса, кальция содержащих силикатов и других осадочных и метаморфических пород.

В наибольшем количестве Сг был обнаружен в оз. Бологое -0,0251 мг/л. Возможным источником поступления Сг со сточными водами являются ЗАО «Болотовский фурнитурный завод» и ОАО «Бологовский арматурный завод» (табл. 1).

Анализ проб воды на Си выявил наибольшую концентрацию его в оз. Бологое - 0,0200 мг/л. Возможными источниками поступления Си со сточными водами являются ЗАО «Бологовский фурнитурный завод», ООО «Строммашина», ОАО «Бологовский арматурный завод». Не исключено также присутствие Си в субмикрограммовых концентрациях в результате контакта подземных вод с горными породами содержащими Си, таких как халькопирит.

Наибольшая концентрация Fe была выявлена в оз. Кафтино-0,0565 мг/л. Возможными источником высокой концентрации Fe в воде являются р. Коломенка, сообщающуяся с антропогенно нагруженным оз. Бологое, а также участок железной дороги «Бологое-Бежецк-Сонково». Не исключены и природные процессы химического выветривания горных пород.

Наибольшая концентрация К была обнаружена в оз. Бологое -12,057 мг/л. Возможными источниками присутствия К в воде являются хозяйственно-бытовые стоки, а процессы, протекающие в коре выветривания и почвах. Важную роль может играть возможное нарушение химического равновесия в системе «вода-донные отложения».

Таблица 2

Массовая концентрация (Х±т) элементов в исследуемых пробах

	Песьво	Бологое	Кафтино	Бросив	Волго	Пирос	Удомля	Долгое	Селигер	Великое \|Глубокое		ПДК
Ag												0,05
х	0,0014	0,0016	0,0016	0,0014	0,0016	0,0016	0,0015	0,0016	0,0016	0,0017	0,0017
£ m	6Д8Е-05	4,27E-05	3J4E-05	4,0E-05	4,9E-05	4,2E-05	8.4E-05	6,2E-05	5,337E-05	7.8E-05	4,729E-05
D	3,82E-08	1.82E-08	9.89E-09	l,6E-08	2.4E-08	I.8E-08	7.5E-08	3,6E-08	2,84E-08	6ДЕ-08	2.233E-08
CKO	0,0002	0,0001	0,0001	0,0001	0,0002	0,0001	0,0003	0,0002	0,0002	0,0002	0,0001
Al												0,5
x	0,0017	0,0097	0,0197	0,0102	0,0178	0,0497	0,0610	0,0386	0,0396	0,0381	0,0317
± m	8,ОЗЕ -08	4.772E-06	3,55E-07	5,8E-08	1.0E-05	3,5E-07	7.3E-08	1.2E-07	7,54E-08	ЗЛЕ-07	9,37E-07
D	2,53E-07	1,508Е-05	1.12E-06	0,000184	3.3E-05	1.1E-06	2.3E-07	4,8E-07	2,38E-07	1.0E-06	2,96E-06
CKO	0,0005	0,0039	0,0011	0,0004	0,0058	0,0011	0,0005	0,0006	0,0005	0,0010	0,0017
As												0,05
x			-			-				-		0,05
Ca												h/h**
X	29,608	94,885	74,833	50,633	68,889	50,829	51,131	50,534	52,518	50,8	44,843
£ m	0,1149	0,8333	5,9048	0,0624	0,0520	0,1129	0,0569	0,0382	0,1116	0,5166	0,8353
D	0,3632	2,6333	18,6593	0,1973	0,1644	0,3569	0,1798	0,1208	0,3528	1,6324	2,6397
CKO	0,6026	1,6228	4,3196	0,4442	0,4054	0,5974	0,4240	0,3476	0,5939	1,2777	1,6247
Cr												0,5
X	0,0135	0,0137	0,0116	0,0089	0,0089	0,0110	0,0118	0,0132	0,0131	0,0125	0,0113
£ m	1.27E-07	1Д7Е-07	1.26E-06	4ДЕ-08	7Д7Е-08	1.43E-07	1.08E-07	I.7E-07	1ДЗЕ-О7	1.5E-07	5.01E-07
D	4.02E-07	3,715E-07	3,99E-06	l,3E-07	2,2E-07	4.51E-07	3,42E-07	4,6E-07	3,56E-07	4.9E-07	l,58E-06
CKO	0,0006	0,0006	0,0020	0,0004	0,0005	0,0007	0,0006	0,0007	0,0006	0,0007	0,0013

	Песьво	Бологое \|Кафтино\| Бросно			Волю	Пирос	Удомля	Долгое	Селигер	Великое (Глубокое		ПДК
Си												1,0
X	0,0020	0,0110	0,0033	0,0018	0,0070	0,0031	0,0033	0,0031	0,0035	0,0039	0,0046
± m	5,66E-09	5,76E-09	3,25E-08	6,6E-09	8,3E-09	2,0E-08	l,4E-08	4.6E-09	l,95E-08	9.1E-09	l,07E-08
D	I.78E-08	1,82Е-08	I.08E-07	0,00002	2,6E-08	6,5E-08	4,7E-08	l,8E-08	6,18E-08	2.9E-08	3,38E-08
CKO	0,0001	0,0001	0,0003	0,0001	0,0002	0,0003	0,0002	0,0001	0,0002	0,0002	0,0002
Fe												0,3
X	0,0007	0,0149	0,0307	0,0003	0,0177	0,0051	0,0018	0,0025	0,0061	0,0030	0,0234
± m	8,59E-05	0,00145	0,00018	5ДЕ-05	0,0019	5,4E-05	0,0001	6,4E-05	0,000746	0,0007	0,001272
D	7,37E-08	0,0000211	3,44E-07	2,6E-08	3,8E-05	3,7E-08	l,3E-07	4.7E-08	5,55E-06	5.2E-06	l,62E-05
CKO	0,0003	0,0046	0,0006	0,0002	0,0062	0,0002	0,0003	0,0002	0,0024	0,0023	0,0040
К												h/h
X	1,063	12,057	6,2041	7,2788	8,9408	7,5231	6,8579	7,2507	7,293	6,9803	6,3752
± m	0,0051	0,0757	0,1316	0,0143	0,0391	0,0406	0,2801	0,0465	0,0382	0,0641	0,0870
D	0,0003	0,0573	0,1729	0,0020	0,0153	0,0165	0,7833	0,0216	0,0146	0,0411	0,0756
CKO	0,0160	0,2393	0,4159	0,0452	0,1236	0,1284	0,8850	0,1468	0,1208	0,2027	0,2750
Mg												50,0
X	4,8246	14,947	10,408	5,8127	10,478	7,2209	8,1746	8,3199	7,5625	7.6763	8,4152
± m	0,1981	0,0283	0,0431	0,0133	0,0161	0,0095	0,0112	0,0200	0,0170	0,0250	0,0240
D	0,3918	0,0080	0,0185	0,0018	0,0026	0,0009	0,0013	0,0040	0,0029	0,0062	0,0058
CKO	0,3962	0,0567	0,0861	0,0265	0,0322	0,0190	0,0224	0,0400	0,0340	0,0500	0,0480
Mn												0,1
X	0,00008	0,00035	0,00063	0,00002	0,0004	0,00205	0,00004	0,0003	0,00047	0,00003	0,00191
± m	2,90E-05	9,69E-05	I.52E-05	1.4E-05	7,2E-05	l,6E-05	l,6E-05	0	3,96E-05	1,5Е-05	l,8E-05
D	8,44E-09	9,38E-08	2,33E-09	1.7E-09	5.9E-08	2.7E-09	2,7E-09	0	1.57E-08	2.3E-09	3,22E-09
CKO	9,14E-05	0,000306	4,83E-05	4ДЕ-05	0,00024	5,2E-05	5,16E-05	0	0,000125	4.8E-05	5,68E-05
Na												200
X	5,1103	39,264	2,5548	103,25	71,931	104,75	104,9	103,56	103,28	92,566	82,158
± m	0,0287	0,1672	0,0378	0,2640	0,1672	0,2936	0,2954	0,3272	0,4759	0,8859	1,2489
D	0,0082	0,2792	0,0143	0,6961	0,2791	0,8606	0,8711	1,0693	2,2618	7,8370	15,5742
CKO	0,0908	0,5284	0,1195	0,8343	0,5283	0,9277	0,9333	1,0341	1,5039	2,7995	3,9464
Ni												0,02
X	0,0002	0,0015	0,0025	0,0012	0,0014	0,0032	0,0033	0,0029	0,0031	0,0035	0,0056
± m	4,94E-05	6Д87Е-05	4,5E-05	5,4E-05	6,2E-05	4,4E-05	5,3E-05	3,9E-05	4.73E-05	5.4E-05	2,91E-05
D	2,44E-08	3,82E-08	2,0E-08	2,9E-08	3,9E-08	2ДЕ-08	3,lE-08	l,5E-08	2,23E-08	2.9E-08	8,44E-09
CKO	0,0002	0,0002	0,0001	0,0002	0,0002	0,0001	0,0002	0,0001	0,0001	0,0002	0,0001
Pb												0,03
				-	- 1 -			-	- 1 1 -			0,03
Sb												0,05
X			-		- 1 -			-	- 1 1 -			0,05
Sn												h/h
X			-		- 1 -			-	- 1 1 -			h/h
Zn												1,0
X			-		- 1 -			-	- 1 1 -			1,0

Примечание. * - концентрация химического элемента находится ниже предела определения;

** - концентрация химического элемента не нормируется в соответствии с ГН 2.1.5.1315-03.

Наибольшая концентрация Mg в исследуемых пробах была выявлена в оз. Бологое- 14,947 мг/л. Возможными источниками поступления Mg со сточными водами являются ЗАО «Болотовский фурнитурный завод», ОАО «Болотовский шпалопропиточный завод», ООО «Строммашина», ОАО «Болотовский арматурный завод», ООО Швейная фабрика «Андромеда»; не исключены также процессы химического выветривания и растворения доломитов, мергелей и других минералов.

Наибольшая концентрация Мп в исследуемых пробах была выявлена в оз. Пирос - 0,00205 мг/л. Возможным источником присутствия Мп в субмикрограммовых концентрациях является выщелачивание железомарганцевых руд и других минералов содержащих Мп, а так же процесс разложения водных животных и растений.

Наибольшая концентрация Na исследуемых пробах была выявлена в оз. Удомля - 104,9 мг/л. Возможной причиной повышенной концентрации Na в воде являются сбросы с орошаемых полей. Источником присутствия Na в воде являются также самородные растворимые хлористые, сернокислые и углекислые соли Na.

Наибольшая концентрация Ni в исследуемых пробах была выявлена в озере Глубокое - 0,0056 мг/л. Возможным источником присутствия Ni в воде являются ЗАО «Осташковский кожевенный завод» (табл. 2).

Заключение. Наибольших концентраций исследуемые элементы достигают в водах озер Бологовского р-на Тверской обл. Превышения ПДК исследуемых химических элементов в 11 озерах Тверской обл. не выявлено. Причиной повышения концентрации Ag, Са, Сг, Си, Ге, К, Mg, Мп в водоемах области служат как антропогенно-индуцированные, так и естестенные процессы.

Данилов И.П. Содержание некоторых химических элементов в природных водах озер Тверской области / И.П. Данилов // Вести. ТвГУ. Сер. Биология и экология. 2014. № 3. С. 90-97.

Список литературы Содержание некоторых химических элементов в природных водах озер Тверской области

APHA-AWWA-WPCE (American Public Health Association-American Water Works Association-Water Pollution Control Federation) Washington, DC, 1998. Режим доступа: http://www.mwa.co.th/download/file_upload/SMWW_10900end.pdf (Дата обращения 21.02.14).
Batley G.E. 1990. Trace element speciation: analytical methods and problems. CRC Press, Boca Caton. 350 р.
McCleskey R.B., Nordstrom D.K. Maest A.S. 2004. Preservation of water samples for arcsine (III/V) determination: an evolution of the literature and new analytical resulte//Appl. Geochem. V. 19. P. 995-1009.
ГН 2.1.5.1315-03. Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования: . Режим доступа: http://www.etch.ru/norma.php?art=4 (Дата обращения 21.10.13).
ГОСТ Р 51592-2000. Вода. Общие требования к отбору проб: . Режим доступа: http://files.stroyinf.ru/Data1/11/11722/(Дата обращения 21.10.13).
ГОСТ 17.1.5.05-85. Общие требования к отбору проб поверхностных и морских вод, льда и атмосферных осадков: . Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/1200008297 (Дата обращения 21.10.13).
ПНДФ 14.1:2:4.135-98. Количественный химический анализ вод. Методика выполнения измерений массовой концентрации элементов в пробах питьевой, природных, сточных вод и атмосферных осадков методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой. М.: ГК РФ по охране окружающей среды. 27 с.

Еще