Розглядаються особливості розподіл важких металів в донних відкладеннях і поровой воді р. Об. Показано, що для отримання достовірних даних необхідний відбір 3-5 паралельних проб донних відкладень. На місці відбору в кожній пробі необхідно проводити pH і Eh вимірювання. Відзначено, що зміни окисно-відновних умов впливають на вміст мікроелементів в системі донні відкладення парова вода.

Анотація наукової статті з наук про Землю і суміжних екологічних наук, автор наукової роботи - Ейріх А. Н., Третьякова Е. І., Батькова Т. С.


ANALYTICAL CONTROL OF HEAVY METALS IN BOTTOM SEDIMENTS OF THE OB RIVER ECOSISTEM

The paper deals with distribution heavy metals in the bottom sediments and interstitial water of the Ob river. To obtain reliable data 3-5 samples from 1 sampling site should be done. We established that even changes of red-ox potential have an influence on trace elements content in the bottom sediments interstitial water system.


Область наук:
  • Науки про Землю та суміжні екологічні науки
  • Рік видавництва: 2009
    Журнал: Світ науки, культури, освіти
    Наукова стаття на тему 'Аналітичний контроль важких металів в донних відкладеннях річкових екосистем (на прикладі річки Обь)'

    Текст наукової роботи на тему «Аналітичний контроль важких металів в донних відкладеннях річкових екосистем (на прикладі річки Обь)»

    ?Таблиця 4

    Вплив зміни зволоження на поверхневий стік, пост Васюган-Майськ

    А Х, мм Y 1 расчетниі Y - 1 середн. "^ Асче ™ ^ мм Y - cередня. Y% расчетн.

    +300 340,8 +212,8 166

    +200 253,7 +125,7 98

    +150 213,4 +85,4 67

    +100 177,1 +49,1 38

    +50 144,6 +16,6 13

    0,0 128,0 0,0 0

    -50 98,4 -29,6 23

    -100 74,51 -53,5 42

    -150 57,20 -70,8 55

    -200 41,32 -86,68 68

    -250 26,11 -101,89 80

    -300 12,76 -115,24 90

    Примітка: середня багаторічна сума опадів по басейну дорівнює 519,8 мм.

    Судячи з отриманих даних численних експериментів, найбільш значний вплив на поверхневий стік надає зміна зволоження. Причому при зміні суми опадів за рік на 50% будуть спостерігатися катастрофічні явища: при зменшенні поверхневий стік зменшиться на 80%, при збільшенні - більш ніж в два рази.

    Робота виконана в рамках інтеграційної програми Президії СО РАН «Розробка наукових і технологічних основ моніторингу і моделювання природно-кліматичних процесів на території Великого Васюганського болота».

    бібліографічний список

    1. Галахов, В.П. Формування поверхневого стоку в умовах мінливого клімату (з досліджень в басейні Верхньої Обі) / В.П. Галахов, О.В. Бєлова. - Барнаул: Изд-во АлтГУ 2009.

    2. Ресурси поверхневих вод. Гідрологічна вивченість. - Вип. 2. - М: Гидрометеоиздат, 1967. - Том 15.

    3. Довідник з клімату СРСР, вип. 20. Томська, Новосибірська, Кемеровська області та Алтайський край. Метеорологічні дані за окремі роки. Частина 1. Температура повітря. - Л: Гидрометеоиздат, 1970.

    4. Довідник з клімату СРСР, вип. 20. Томська, Новосибірська, Кемеровська області та Алтайський край. Метеорологічні дані за окремі роки. Частина II. Книга 1. Атмосферні опади. - Новосибірськ, 1977.

    5. Стан природних комплексів рівнин і гір в умовах глобальної зміни клімату: Звіт по гранту Міносвіти. Проект А 03-2.13-534 / Н.Ф. Харламова. - Барнаул: АлтГУ, 2002.

    Стаття надійшла до редакції 3.08.09

    УДК 504.453.054.669.018.674

    А.Н. Ейріх, канд. техн. наук, н.с. ІВЕП СО РАН, м Барнаул, E-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.,

    Є.І. Третьякова, канд. хім. наук, с.н.с. ІВЕП СО РАН, м Барнаул, E-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її. Т. С. Батькова, д-р хім. наук, доц. зав. центром ІВЕП СО РАН, м Барнаул, E-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    АНАЛІТИЧНИЙ КОНТРОЛЬ ВАЖКИХ МЕТАЛІВ У донних відкладах РІЧКОВИХ ЕКОСИСТЕМ (НА ПРИКЛАДІ РІЧКИ ОБЬ)

    Розглядаються особливості розподіл важких металів у донних відкладеннях і поровой воді р. Об. Показано, що для отримання достовірних даних необхідний відбір 3-5 паралельних проб донних відкладень. На місці відбору в кожній пробі необхідно проводити pH і Eh вимірювання. Відзначено, що зміни окислювально-відновних умов впливають на вміст мікроелементів в системі донні відкладення - парова вода.

    Ключові слова: донні відкладення, парова вода, важкі метали, окислювально-відновні умови.

    Серед безлічі елементів, що впливають на якість донних відкладень (ДО), слід виділити важкі метали (ТМ), тому що вони не розкладаються і не зникають в ДО, а лише перерозподіляються по компонентам річкової екосистеми, змінюючи форму свого існування [1]. Накопичення важких металів у донних відкладеннях становить небезпеку для якості вод через можливе вторинного забруднення - виносу мікроелементів з ДО в воду.

    Еко-аналітичний контроль будь-яких водних об'єктах включає в себе наступні послідовні стадії: відбір проби, консервацію, пробопідготовку, інструментальний аналіз, а також інтерпретацію отриманих результатів. При еко-аналітичному контролі водних об'єктів необхідно приділяти велику увагу питанням відбору репрезентативної (представницької) проби та інтерпретації отриманих результатів. Отримання проби донних відкладень на великих водотоках становить серйозну задачу. Помилки, допущені на початкових стадіях контролю не виправляються наступними стадіями, а тільки підсумовуються при переході від попередньої стадії до наступним [2].

    Основні правила відбору проб при дослідженні водного об'єкта викладені в нормативних документах [ГОСТ 17.1.5.01-80; ГОСТ 17.1.5.05-85; ГОСТ Р 51592-2000]. При відборі проб донних відкладень повинен дотримуватися ряд вимог.

    1. Проба донних відкладень повинна характеризувати водний об'єкт або певну частину його за певний проміжок часу.

    2. Місце відбору проб донних відкладень вибирають відповідно до цілей дослідження. Відбір проб обов'язковий в місцях, в яких донні відкладення досягають максимального розвитку.

    3. Проби донних відкладень відбирають з інтервалом, що забезпечує можливість оцінки ступеня забрудненості донних відкладень в характерні фази гідрологічного режиму водотоків.

    4. Для відбору проб донних відкладень використовуються різні способи в залежності від характеру і властивостей ДО, забруднюючих речовин і від гідрологічного режиму водного об'єкта.

    При розподілі забруднюючої речовини в поверхневому шарі донних відкладень і для визначення ступеня забрудненості дна проби відбирають з поверхневого шару ДО.

    5. При зберіганні відібраного матеріалу здійснюють операції, що перешкоджають зміні стану проб [3].

    Метою даної роботи було вивчення рівномірності розподілу концентрацій мікроелементів в системі донні відкладення - парова вода (на прикладі р. Об, 2007).

    Робота виконана в рамках основних завдань до плану НДР Інституту водних та екологічних проблем (ІВЕП СО РАН) «Гідрологічні і екологічні процеси в річкових системах і їх водозбірних басейнах в різних природних зонах Сибіру».

    Об'єкти і методи досліджень. Для вивчення мікро-елементного (As, Cd, Co, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn) складу донних відкладень і парової води була обрана схема контрольних точок спостереження на ділянці р. Об в районі м Барнаула.

    Послідовність робіт на обраних контрольних точках спостереження була така: в фіксованих точках річки, координати яких при кожному відборі відстежувалися за допомогою супутникової навігаційної системи GPS-12, проводили відбір верхнього ненарушенного 10-ти сантиметрового шару донних відкладень в 3-5 метрах один від одного . На місці відбору проб проводили вимірювання температури, pH і Eh парової води, всі наступні визначення і дослідження - в лабораторних умовах згідно з існуючими методиками [4]. Проби донних відкладень поміщали в попередньо підготовлений посуд з поліетилену високого тиску (очищені 1М соляною кислотою і промиті дистильованою водою). У лабораторії проводили відділення парової води від твердої складової донних відкладень. Для визначення розчинених форм важких металів проби парової води фільтрували через мембранні ядерні фільтри з діаметром пор 0,45 мкм.

    Зразки донних відкладень висушували при кімнатній температурі в чистому приміщенні. Після цього проби подрібнювали в яшмової ступці і розділяли за допомогою капронових сит на 2 фракції: 1,00-0,20 мм і <0,20 мм. Розрахунок загального вмісту мікроелементів у донних відкладеннях проводили з урахуванням внеску кожної фракції.

    Концентрації важких металів визначали методом атомно-абсорбційної спектрометрії з використанням полум'яного варіанти атомізації (ацетилен-повітря) і електротермічною атомізації (ЕТА) на приладі SOLAAR M-6, для градуювання приладу використовували стандартні розчини ДСО визначається елемента. Контроль правильності визначень мікроелементів проводили за допомогою зразків порівняння stream sediment NCS DC 73307.

    Обговорення результатів. Методична складність роботи полягала не тільки у відборі репрезентативною проби донних відкладень, а й відборі парової води з донних відкладень і збереження її в первісному стані. При відборі проб донних відкладень відбувається її окислення на повітрі за лічені хвилини (в щільно закритих посудинах за лічені години). З метою усунення перерозподілу мікроелементів між донними відкладеннями і поровим розчином, проби донних відкладень поміщали в посуд, заповнений інертним газом (аргон), і всі процедури по відділенню парової води від твердої складової донних відкладень проводили в інертному атмосфері. Зміни концентрацій мікроелементів в поровой воді донних відкладень в залежності від умов зберігання проб (з аргоном і без нього показані) на рис. 1.

    У пробах парової води, поміщених в посуд, заповнений аргоном, відзначені більш низькі концентрації мікроелементів, ніж у пробах без аргону. Збільшення концентрацій мікроелементів в пробах парової води донних відкладень пов'язане з окисленням проби киснем повітря.

    ? проба з аргоном? проба без аргону

    Fe / 100 Mn / 100 Cu Ni Co * 10 As / 10 Zn / 10 Cd * 10

    Мал. 1. Зміна концентрацій мікроелементів в поровой воді в залежності від умов зберігання проби донних відкладень

    Вивчення змісту і розподілу мікроелементів в пробах донних відкладень показало істотну відмінність концентрацій мікроелементів в паралельно відібраних пробах (табл.1).

    Таблиця 1

    Вміст мікроелементів у донних відкладеннях р. Об, мкг / г

    * - мг / г

    Така ситуація спостерігалася в пробах з різними окислювально-відновними умовами. Наприклад, в 1 точці відбору проби донних відкладень знаходяться: до1 - в помірно-відновлювальних умовах (ОІ = -99 ту), а до2 - в відновлювальних умовах (ОІ = -160 ТУ). Відповідно, концентрації мікроелементів в паралельно відібраних пробах донних відкладень значно відрізняються (рис. 2). Визначено, що в 1-якій точці відбору вміст мікроелементів в пробах донних відкладень до2 значно вище, ніж в пробах до1 (табл. 1). Відомо, що підвищений вміст важких металів при анаеробних умовах пов'язані з утворенням і осадженням в донних відкладеннях нерозчинних сульфідів металів [5].

    Відзначено, що в паралельно відібраних пробах донних відкладень з аналогічними окислювально-відновними умовами значення концентрацій мікроелементів можна порівняти, наприклад, в 3-якій точці відбору з помірно-анаеробними умовами до1 (ОІ = -81 ту) і до2 (ОІ = -95 ту).

    По- ка Точка 1 Точка 2 Точка 3

    за- ки до1 до2 до1 до2 до1 до2

    Eh, mV -99 -160 + 16 +98 -81 -95

    As 3,88 ± 0,3 5,21 ± 0,4 2 5,35 ± 0,4 3 5,17 ± 0,4 1 7,08 ± 0,5 7 5,90 ± 0, 47

    Cd 0,09 ± 0,0 0,15 ± 0,0 0,17 ± 0,0 0,19 ± 0,0 0,20 ± 0,0 0,24 ± 0,

    03 06 07 08 08 01

    Co 22,3 ± 1,0 7 23,4 ± 1,1 7 21,6 ± 1,0 8 25 ± 1,25 25,0 ± 1,2 5 24,7 ± 1, 24

    Cu 14,6 ± 0,3 21,9 ± 0,4 24,8 ± 0,5 25,5 ± 0,5 30,7 ± 0,6 31,6 ± 0, 6

    Fe * 12,9 ± 0,1 29,6 ± 0,4 30,5 ± 0,4 30,9 ± 0,4 28,3 ± 0,4 27,6 ± 0,

    7 0 3 3 0 39

    Mn 275 ± 3 643 ± 7 696 ± 8 710 ± 8 611 ± 7 811 ± 9

    Ni 41,0 ± 1,9 42,9 ± 2 44,3 ± 2,1 43,6 ± 2 45,0 ± 2,1 47,0 ± 2, 2

    Pb 6,99 ± 0,1 8,84 ± 0,1 9,74 ± 0,1 9,84 ± 0,1 11,1 ± 0,2 11,0 ± 0,

    2 6 9 9 1 21

    Zn 46,6 ± 0,5 54,9 ± 0,5 61,4 ± 0,6 60,6 ± 0,6 70,9 ± 0,7 0, 4 <0, 7

    I? До1 (БІ = -99)? До2 (Бі = -160) I

    г ~ П Р

    шгї

    As Cd * 100

    Cu Fe / 1000 Mn / 10

    Мал. 2. Вміст мікроелементів в паралельно відібраних пробах донних відкладень р. Об (на прикладі 1 точки відбору)

    За даними наших досліджень, в одній і тій же точці відбору в залежності від гідрологічних особливостей можуть формуватися донні відкладення різного складу, відповідно, з різним вмістом важких металів, що викликає неоднозначність і складність в зіставленні рівня забруднення донних відкладень між собою.

    Результати аналізу проб парової води показали значну відмінність у змісті мікроелементів в паралельно відібраних пробах (табл. 2).

    Таблиця 2

    Вміст мікроелементів в поровой воді донних відкладень р. Об, мкг / л

    Точка 1 Точка 2 Точка 3

    ПВ1 ПВ2 ПВ1 ПВ2 ПВ1 ПВ2

    Eh mV -99 -160 +16 +98 -81 -95

    As 6,0 ± 0,36 8,10 ± 0,49 1,93 ± 0,12 2,92 ± 0,18 5,03 ± 0,3 8,46 ± 0,51

    Cd 0,07 ± 0,005 <0,03 <0,03 <0,03 <0,03 <0,03

    Co 0,45 ± 0,05 0,29 ± 0,03 0,20 ± 0,02 0,14 ± 0,02 0,27 ± 0,03 0,40 ± 0,04

    Cu 1,77 ± 0,02 1,18 ± 0,01 2,70 ± 0,03 3,06 ± 0,03 2,13 ± 0,02 5,18 ± 0,05

    Fe 290 ± 46 157 ± 25 127 ± 20 186 ± 30 202 ± 32 205 ± 33

    Mn 565 ± 17 786 ± 24 133 ± 4 602 ± 18 +1261 ± 38 тисячі чотиреста двадцять дев'ять ± 43

    Ni 1,26 ± 0,04 10,0 ± 0,3 0,95 ± 0,03 0,84 ± 0,03 1,04 ± 0,03 1,10 ± 0,03

    Pb 0,90 ± 0,04 <0,1 0,44 ± 0,02 1,35 ± 0,05 3,70 ± 0,15 1,07 ± 0,04

    Zn 33,8 ± 3,04 27,4 ± 2,47 19,3 ± 1,74 29,2 ± 2,63 29,7 ± 2,67 76,8 ± 6,91

    ПВ - парова вода, мкг / л

    Концентрації мікроелементів в пробах парової води з різними окислювально-відновними умовами статистично значимо відрізняються один від одного. Наприклад, в паралельно відібраних пробах парової води ПВ1 першої точки відбору концентрація важких металів (С ^ З, Сі, Її, РЬ,'п) з помірно-анаеробними умовами (ОІ = -99 шу)

    бібліографічний список

    вище, ніж в пробах парової води ПВ2 з відновними умовами (ОІ = -160 шу). У 2-якій точці відбору паралельно відібрані проби парової води знаходяться в помірно-анаеробних умовах, ПВ1 - (ОІ = + 16шУ), ПВ2 - (ОІ = + 98 шу), при цьому значення окислювально-відновного потенціалу значно відрізняються один від одного, відповідно в цих пробах парової води встановлені різні концентрації мікроелементів (рис.3). Відзначено, що в пробах поро-вої води при зміні окисно-відновних умов у бік збільшення спостерігається зростання концентрацій мікроелементів. Відомо, що зміна відновлювальних умов донних відкладень на окислювальні підвищує мобільність типових халькофільних металів, таких як Н ?,'п, РЬ, Сі і Cd. [6].

    ? ПВ 1? ПВ2

    7,5

    - 2,5 -

    &

    IІ! І І

    SNNNNNX Ф "і [і Гі Кш / У Ге m ДП? 1

    As

    Co * 10 Cu Fe / 100 Mn / 100

    Pb

    Zn / 10

    Мал. 3. Вміст мікроелементів в паралельно відібраних пробах парової води донних відкладень р. Об (на прикладі 2 точки), ПВ1 (ОІ = + 16шУ), ПВ2 (ОІ = -98шУ)

    Зі зміною окислювально-відновної зональності в донних відкладеннях відбувається закономірна зміна форм знаходження металів [1], що пов'язано з нерівномірним розподілом вмісту важких металів в паралельно відібраних пробах парової води і донних відкладеннях. Внаслідок цього для отримання репрезентативних даних не можна обмежуватися відбором однієї або двох проб донних відкладень в кожній точці відбору. Необхідний відбір 3-5 паралельних проб, а також вимір pH і ЇЙ на місці відбору в кожній пробі донних відкладень.

    висновки

    1. Для усунення змін у змісті визначених компонентів при зберіганні проб парової води запропоновано використовувати аргон і всі процедури по відділенню парової води від донних відкладень проводити також в інертному атмосфері.

    2. На рівень концентрацій мікроелементів в пробах поро-вої води і донних відкладеннях впливають зміни окислювально-відновних умов, які призводять до перерозподілу мікроелементного складу в системі донні відкладення - парова вода.

    3. Для отримання репрезентативних даних необхідний відбір 3-5 паралельних проб, а також вимір pH і ЇЙ на місці відбору в кожній пробі донних відкладень.

    1. Батькова, Т.С. Транспорт і особливості розподілу важких металів в річкових екосистемах / Т.С. Батькова. - Новосибірськ: ДПНТБ СВ РАН, 2001. (серія Екологія, вип. 62.).

    2. Батькова, Т.С. Відбір проб, як важлива складова екоаналітичного контролю річкових екосистем / Т.С. Батькова // Екологічна хімія -2004. - №4.

    3. ГОСТ 17.1.5.01-80. Охорона природи. Гідросфера. Загальні вимоги до відбору проб донних відкладень водних об'єктів для аналізу на забрудненість.

    4. ПНД Ф 16.1: 2.2: 3.36-02 Методика виконання вимірювань валового вмісту міді, кадмію, цинку, свинцю, нікелю та марганцю в грунтах, донних відкладеннях і опадах стічних вод методом полум'яної атомно-абсорбційної спектрометрії.

    5. Forstner, U. Non-linear release of metal from aquatic sediments / U. Forstner // Biogeodynamics of pollutants in solids and sediments. - Berlin, Springer-Verlag, 1995.

    6. Satamons, W. Metals in the Hygrocycle / W. Satamons, U. Forstner. - Berlin, Springer-Verlag, 1984.

    Стаття надійшла до редакції 3.08.09

    80

    60

    40

    20

    ?

    5

    0


    Ключові слова: донні відкладення / парова вода / ВАЖКІ МЕТАЛИ / Окислювально-ВІДНОВЛЮВАЛЬНІ УМОВИ / BOTTOM SEDIMENTS / INTERSTITIAL WATER / HEAVY METALS / RED-OX CONDITIONS

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити