2015-07-14
882
Анализы выполнены в лаборатории Тверского областного центра госсанэпиднадзора атомно-абсорбционным методом.
Концентрации определяемых микроэлементов в образцах ДО, отобранных в 2000 году представлены в таблице 4.1.
Таблица 4.1. Концентрация микроэлементов и относительное содержание органического вещества (ОВ) в образцах ДО 2000 года
| № пункта отбора проб | Место отбора ДО | Расстояние от истока, км | ОВ, % | Содержание микроэлемента, мг/кг | |||||
| Pb | Сu | Сd | Zn | Mn | Cr подв. | ||||
| исток Волги | 5,99 | 5,56 | 3,78 | 14,8 | 87,3 | - | |||
| оз. Стерж1 | 8,5 | 30,8 | 20,47 | 18,66 | 0,7 | 137,1 | 4,44 | ||
| оз. Стерж2 | 5,44 | 8,37 | 5,08 | 0,23 | 35,1 | 64,4 | - | ||
| оз. Вселуг | 3,93 | 5,51 | 4,63 | 0,069 | 23,8 | 657,1 | 1,5 | ||
| начало оз. Пено | 14,23 | 14,5 | 13,73 | 0,37 | 92,8 | 661,8 | 5,04 | ||
| выше п. Пено | 3,91 | 3,74 | 2,41 | 0,063 | 14,8 | 304,6 | - | ||
| ниже п. Пено 1 | 3,7 | 3,1 | 2,72 | 0,099 | 27,2 | 220,9 | 4,94 | ||
| ниже п. Пено 2 | 5,89 | 5,82 | 5,78 | 0,18 | 34,1 | 477,5 | - | ||
| д. Селище | 25,33 | 14,62 | 0,42 | 58,8 | 925,9 | 6,57 | |||
| бейшлот 1 | 33,6 | 10,16 | 8,91 | 0,27 | 53,2 | 1343,0 | 5,46 | ||
| бейшлот 2 | 19,23 | 13,43 | 11,59 | 0,32 | 59,4 | 571,9 | - | ||
| лев. пр. р.Сели-жаровки, устье | 27,87 | 23,55 | 28,28 | 0,62 | 202,8 | 9361,6 | - | ||
| п. Селижарово | 2,85 | 5,98 | 2,21 | 0,045 | 15,7 | 394,5 | - | ||
| близ д. Ельцы | 3,33 | 1,86 | 2,42 | 0,072 | 16,1 | 113,0 | 4,79 | ||
| выше г. Ржева | 9,12 | 5,7 | 6,19 | 0,17 | 29,0 | 862,7 | - | ||
| г. Ржев | 6,22 | 14,33 | 6,3 | 0,14 | 26,6 | 415,5 | - | ||
| г. Зубцов | 265,8 | 5,68 | 28,22 | 5,02 | 0,11 | 25,0 | 426,6 | - | |
| ниже г. Зубцова | 11,7 | 7,42 | 11,1 | 0,24 | 45,3 | 549,1 | - | ||
| ниже г. Старицы | 7,02 | 3,49 | 5,19 | 0,15 | 29,5 | 408,1 | - | ||
| выше г.Твери | 6,67 | 5,5 | 7,64 | 0,23 | 33,2 | 286,8 | - | ||
| устье р. Тверцы | 11,36 | 12,58 | 16,29 | 1,13 | 100,9 | 1421,2 | 16,23 | ||
| ниже г.Твери | 3,85 | 2,65 | 4,92 | 0,066 | 19,2 | 136,1 | - | ||
| Городня | 8,71 | 9,33 | 15,14 | 0,23 | 59,9 | 536,8 | - |
Являясь неотъемлемой частью земной коры, ДО рек (современный аллювий) содержит определённое количество ТМ. Безусловно, вариации состава размываемых рекой горных пород, а также речные течения, обусловливают и изменения фона ТМ в ДО на различных участках реки. Для оценки загрязнения седиментов использовался показатель накопления (ПН) ТМ [19], характеризующий превышение содержания рассматриваемого элемента над его фоновым значением, за которое принималось минимальное содержание микроэлементов в ДО Верхневолжских озер Пено и Волго.
|
|
|
Количество осадков летом 2000 г. значительно превысило среднемноголетнюю норму для этого периода, что вызвало подъем уровня воды в реках на 1,5 ¸ 2 м и изменение гидрологического режима (увеличение расхода, скорости течения, подтопление некоторых участков и т.д.). В свою очередь это привело с одной стороны к перераспределению наносных ДО, с другой стороны значительно усложнило отбор проб в пунктах мониторинга.
|
|
|
Однако, общая картина распределения определяемых ТМ не претерпела значительных изменений по сравнению с предыдущими годами.
Наибольшие ПН для Pb составили: в Зубцове – 2587,6% – значительное загрязнение, не зарегистрированное в предыдущие годы; в левом притоке р. Селижаровка (проба отобрана впервые) – 2142,8%; в г. Ржев – 1264,8%; на бейшлоте – 1179%; в устье р. Тверца (г. Тверь, проба отобрана впервые) – 1098%.
|
Для Cd наибольшие ПН: в устье р. Тверца (г. Тверь) – 3545%, оз. Стерж – 2158%, в левом притоке р. Селижаровка – 1900%, в пос. Селище (выше бейшлота) – 1255%, на бейшлоте – 932%.
Для Zn наибольшие ПН: в левом притоке р. Селижаровка – 1734%, оз. Стерж – 1139%, в устье р. Тверца (г. Тверь) – 812%, в пос. Городня (начало Иваньковского водохранилища) – 442%, на бейшлоте – 437%.
Для Cr наибольшие ПН: в устье р. Тверца (г. Тверь) – 317%, в пос. Селище (выше бейшлота) – 69%, на бейшлоте – 40%.
В 2000 году проведен анализ содержания Mn в ДО Верхней Волги. Наибольшие ПН: в левом притоке р. Селижаровка – 14445%, в устье р. Тверца (г. Тверь) – 2108%, на бейшлоте – 1987%, выше г. Ржева – 1240%.
Наибольшие ПН по всем определяемым микроэлементам выглядят следующим образом: в левом притоке р. Селижаровка – 8530%, устье р. Тверца (г. Тверь) – 1293%, на бейшлоте – 1170%, пос. Селище (выше бейшлота) – 807%, выше г. Ржев – 711%.
Таким образом, обнаружены два пункта наиболее интенсивного накопления ТМ в ДО: в левом притоке р. Селижаровка, впадающей в Волгу (пос. Селижарово) и в устье реки Тверца, впадающей в Волгу в г. Тверь.
Динамика накопления определяемых микроэлементов в ДО Верхней Волги за период 1998 – 2001 годов представлена на рисунках 4.2 – 4.6.
Повышенное содержание свинца помимо указанных выше двух пунктов отмечено в г. Зубцов. Однако даже в пунктах наибольшего накопления концентрации Pb не превышают ПДК для почвогрунтов.
Содержание Cu, Cd и Zn в ДО в 2000 году несколько уменьшилось, по сравнению с 1999 годом, по видимому, за счет сноса течением верхних слоев ДО в нижерасположенные участки реки. Концентрации этих микроэлементов в некоторых пунктах мониторинга превышает ПДК для почвогрунтов.
На рис.4.6 показано содержание Mn в ДО р. Волга от истока до Иваньковского водохранилища. Значительное количество Mn, превышающее ПДК для почвогрунтов в 6,24 раза, отмечено только в ДО в устье левого притока р. Селижаровка. Концентрация Mn в устье р. Тверца находится на уровне ПДК, в остальных пунктах мониторинга она существенно ниже ПДК для почвогрунтов.
Ниже бейшлота значительная скорость движения воды препятствует образованию илистых накоплений, взвешенный мелкодисперсный материал уносится потоком. Места повышенного накопления ТМ в ДО на этом участке р. Волга приурочены к крупным населённым пунктам (гг. Ржев, Зубцов, Старица, Тверь, п. Городня) и впадению притоков (Селижаровка, Тверца).
В таблице 4.2 приведено изменение ПН различных микроэлементов для конечного пункта мониторинга в п. Городня – начало Иваньковского водохранилища.
Таблица 4.2. Показатели накопления ТМ в донных отложениях начала
Иваньковского водохранилища, %
| Год | Cu | Zn | Cr | Cd | Pb | Mn |
| - | 126,8 | 7,1 | – | 39,6 | Н | |
| 99,2 | 64,9 | - | 10,7 | - | Н | |
| 117,43 | 44,7 | – | - | 10,0 | 24,8 | |
| 47,9 | 116,7 | - | - | 33,3 | - |
Примечание: знак «–» означает отсутствие превышения фона; «Н» – означает отсутствие данных.
Сравнение данных о содержании ТМ в ДО Иваньковского водохранилища свидетельствует о снижении концентрации Zn в 1998 – 2000 годах. Однако в 2001 году она возросла почти до начального значения, превышая ПДК для почвогрунтов в 3,9 раз. Концентрация Cr достигла фоновых значений в 1999 году. Содержание Cd существенно возросло в 1999 году, оставаясь, однако, ниже ПДК для почвогрунтов, но затем снизилось до фоновых значений. Содержание Cu и Pb подвержено колебаниям. Концентрации Cu резко возросли в 1999 году и еще увеличились в 2000 году. Концентрация превысила ПДК для почвогрунтов в 5 раз. В 2001 году концентрация Cu снизилась, оставаясь выше ПДК в 3,4 раз. Однако, учитывая высокие концентрации Cu на участке бейшлот – Тверь, можно ожидать увеличения содержания Cu в ДО Иваньковского водохранилища в ближайшее время. Содержание Pb, напротив, уменьшилось в 1999 г., но опять возросло в 2000 году и еще увеличилось в 2001 году. Концентрация Pb не превышает ПДК для почвогрунтов.
|
|
|
На рисунке 4.7 показано распределение относительного содержания органического вещества (ОВ) в ДО, за которое мы принимали потери при прокаливании образца ДО в муфельной печи при температуре 8000С, на исследуемом участке Верхней Волги. Максимальные значения содержания ОВ наблюдаются в районе Верхневолжских озёр в местах резкого замедления течения воды и, как следствие, увеличения интенсивности оседания мелкодисперсного взвешенного материала, в том числе органического, хорошо сорбирующего ТМ. Поэтому в ДО озера Стерж и озера Волго (перед бейшлотом) наблюдаются довольно высокие концентрации ТМ, совпадающие с местами накопления ОВ в ДО (см. табл.4.1 и рис. 4.2-4.7).
Ниже бейшлота значительная скорость движения воды препятствует образованию илистых накоплений, взвешенный мелкодисперсный материал уносится потоком. Места повышенного накопления ТМ в ДО на этом участке р. Волга приурочены к крупным населённым пунктам (гг. Ржев, Зубцов, Старица, Тверь, п. Городня) и впадению притоков (Селижаровка, Тверца).
Рис. 4.7. Содержание ОВ в донных отложениях Верхней Волги
В таблице 4.3 приведено сравнение ПН различных микроэлементов для мелководных заливов Иваньковского водохранилища, полученных в 1995 году [20], с нашими результатами.
Таблица 4.3. Показатели накопления ТМ в донных отложениях Иваньковского водохранилища относительно фона (Верхней Волги), %
|
|
|
| Год | Cu | Zn | Cr | Cd | Pb | Mn |
| 690,0 | 2060,0 | 1110,0 | – | 370,0 | 640,0 | |
| 144,0 | 749,0 | 16,7 | 29,0 | 1027,0 | Н | |
| 1172,4 | 517,3 | – | 703,2 | 599,0 | Н | |
| 1289,0 | 441,5 | Н | 641,9 | 788,6 | 734,0 |
Примечание: знак «–» означает отсутствие превышения фона; «Н» – означает отсутствие данных.
Сравнение данных о содержании ТМ в ДО Иваньковского водохранилища свидетельствует о стойком снижении концентраций Zn и Cr. Однако, если концентрация Cr достигла фоновых значений в 1999 году, то содержание Zn остается достаточно высоким, превышая ПДК для почвогрунтов примерно в 2,5 раза. Содержание Cd напротив существенно возросло, оставаясь, однако, ниже ПДК для почвогрунтов. Содержание Cu и Pb подвержено колебаниям. После уменьшения концентрации Cu в 1998 году ее содержание резко возросло в 1999 году и еще увеличилось в 2000 году. Концентрация превысила ПДК для почвогрунтов в 5 раз. Содержание Pb, напротив, после роста в 1998 году несколько уменьшилось в 1999 г., но опять возросло в 2000 году. Концентрация Pb не превышает ПДК для почвогрунтов.
Весьма важным при изучении состава ДО, а именно загрязнения их ТМ, является учет различий проб по механическому составу. Это основополагающий аспект методологии изучения ДО рек, озер, водохранилищ и прибрежных акваторий. В природе существует тесная взаимосвязь размера слагающих элементов твердой компоненты осадочных обломочных горных пород, к которым относятся и ДО, с их минеральным составом. Во фракциях менее 0,005 мм наибольшее распространение имеют глинистые минералы, а в более грубых фракциях скапливаются обломки горных пород и зерна первичных силикатов. На межфазной поверхности минерал – вода идут различные физико-химические процессы, такие как адсорбция, осмос и ионный обмен. Развитие их зависит от дисперсности твердой компоненты и заметно возрастает с увеличением суммарной удельной поверхности, поэтому они наиболее характерны для глинистых и других тонкодисперсных минералов. Глинистые частицы, обладая большой удельной поверхностью, адсорбируют большую часть ионов и соединений ТМ. На этом основана широко применяемая в Германии методика оценки техногенной нагрузки на речные экосистемы [19, 21].
Для целей корреляции проб различного механического состава используют определение загрязненности фракции менее 0,002 мм (глинистая фракция в европейских классификациях) или фракции менее 0,020 мм при преобладании в ней глинистых частиц. В последнем случае резко упрощается методика подготовки проб к анализам. Таким способом отобранные на различных участках реки пробы приводятся к «общему знаменателю», и техногенное загрязнение реки оценивается по степени насыщенности ТМ глинистой фракции ДО. Для определения степени загрязнения пользуются игео-классами или «индексами геоаккумуляции» (табл. 4.4) по Г.Мюллеру, которые определяются следующим уравнением, являющимся основой подразделения по классам качества (табл. 4.5):
I-geo,n = Log2 (Cn /1,5 Bn),
где Cn – измеренная концентрация элемента n в ДО (фракция менее 0,020 мм); Bn – геохимическая фоновая концентрация элемента n (табл. 4.6 второй столбец).
Таблица 4.4. Значения концентраций основных металлов по игео-классам (по Г. Мюллеру)
| Элемент | |||||||
| Fe, % | 7,08 | 14,16 | 28,32 | 56,64 | >56,64 | ||
| Mn, мг/кг | >40800 | ||||||
| Cd, мг/кг | 0,45 | 0,9 | 1,8 | 3,6 | 7,2 | 14,4 | >14,4 |
| Zn, мг/кг | 142,5 | >4560 | |||||
| Pb, мг/кг | >960 | ||||||
| Cu, мг/кг | 67,5 | >2160 | |||||
| Ni, мг/кг | >3264 | ||||||
| Cr, мг/кг | >4320 | ||||||
| Hg, мг/кг | 0,6 | 1,2 | 2,4 | 4,8 | 9,6 | 19,2 | >19,2 |
Таблица 4.5. Характеристика уровня загрязнения по игео-классам
| Игео-класс | Уровень загрязнения |
| незагрязнённый | |
| незагрязнённый до умеренно загрязнённого | |
| умеренно загрязнённый | |
| среднезагрязнённый | |
| сильнозагрязнённый | |
| сильнозагрязнённый до чрезмерно загрязнённого | |
| чрезмерно загрязнённый |
Таблица 4.6. Средние значения концентраций основных тяжёлых металлов в почвах, горных породах и донных отложениях, мг/кг
| Элементы | Фоновые значения в земной коре [21] | Фоновые значения для фракции <2...20 мкм донных отложений [19] |
| Fe | ||
| Mn | ||
| Cd | 0.3 | 0.3 |
| Zn | 0.95 | |
| Pb | ||
| Cu | ||
| Ni | ||
| Cr | ||
| Hg | 0.04 | 0.4 |
Для оценки техногенной нагрузки по методу Г. Мюллера в пробах ДО реки Волга из пяти пунктов мониторинга, проводимого в рамках 7-й Российско-Германской экспедиции в 2002 году (ВНИИГиМ, ТГТУ с Российской стороны, Гейдельбергский университет с Германской стороны), выделена фракция менее 0,020 мм, в которой определены концентрации 10 микроэлементов (табл. 4.7). Анализы проводились в лаборатории Института геохимии окружающей среды Гейдельбергского университета (Германия).
Таблица 4.7. Содержание микроэлементов в донных отложениях во фракции размером менее 0,02 мм
| Место отбора образца донных отложений | Fe, % | Ag, мг/кг | Cr, мг/кг | Mn, мг/кг | Pb, мг/кг | Ni, мг/кг | Cu, мг/кг | Zn, мг/кг | Cd, мг/кг | Hg, мг/кг |
| Пено | 4,09 | 1,148 | 50,8 | 15,9 | 21,1 | 14,3 | 128,5 | 0,1 | 0,15 | |
| Бейшлот | 0,7 | 51,9 | 12,5 | 28,7 | 23,2 | 108,3 | 0,81 | |||
| Ржев | 5,86 | 1,5 | 52,4 | 17,6 | 23,5 | 20,9 | 140,1 | 0,3 | 0,21 | |
| Тверь, гавань | 5,41 | 2,45 | 31,4 | 43,4 | 211,1 | 0,35 | 0,39 | |||
| Городня | 5,88 | 80,8 | 40,4 | 33,6 | 0,7 | ‑ |
На основе приведенной классификации (табл. 4.4 и 4.5) только участок реки Волга в районе поселка Городня (начало Иваньковского водохранилища) по загрязнению цинком (Zn) относится к 4-му игео-классу (уровень загрязнения «сильно загрязненный»). По остальным определяемым микроэлементам во всех пяти выбранных пунктах мониторинга игео-классы 0 (уровень загрязнения - «незагрязненный») или 1 (уровень загрязнения - «незагрязненный до умеренного загрязнения»).
Использование данной методики определения техногенной нагрузки на водные объекты позволит подходить к оценке экологического состояния рек и водоемов-приемников сточных вод с учётом международных требований, а также будет способствовать применению новых технологий, как в производстве, так и в очистке сточных вод.
