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

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

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

Статья научная