Оценка качества природных вод и донных отложений малых рек Ивановской области (Горьковское водохранилище)

DOI: 10.24411/9999-010A-2019-10117

К.А. ТЮКАНОВА, А.И. МАКАРОВА, К.С. ШУРАКОВА, Т.В. ИЗВЕКОВА

Ивановский государственный химико-технологический университет, г. Иваново, Россия

ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ПРИРОДНЫХ ВОД И ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ МАЛЫХ РЕК ИВАНОВСКОЙ ОБЛАСТИ

Проблема возрастающего загрязнения водоемов, в том числе и малых рек - наиболее уязвимых водных экосистем, в последние десятилетия приобретает глобальные черты. Малые реки интенсивно используются для различных видов деятельности: транспортировки грузов и людей, лесосплава, водоснабжения населённых пунктов и промышленности, сброса сточных вод, орошаемого земледелия, сельскохозяйственного производства, рыбного хозяйства. В настоящее время наблюдается прогрессирующее загрязнение бассейнов малых рек. Актуальность проблемы связана с тем, что малые реки более чувствительны к антропогенному воздействию. Русла этих рек принимают основную техногенную нагрузку. Малые реки являются основными источниками питания крупных речных артерий, поэтому от них зависит степень загрязнения реки и ее самоочищающаяся способность. Качество поверхностных вод формировалось под влиянием гидрохимического состава подземных вод, сбросов сточных вод с промышленных объектов, поверхностного стока с сельскохозяйственных угодий, лесов и территорий населенных пунктов, а также транзита загрязняющих веществ из соседних областей (Абдюкова, 2015).

Сейчас состояние малых рек Ивановской области, в результате возросшей антропогенной нагрузки на них, оценивается как катастрофическое. Многие реки измельчали или оказываются на пороге исчезновения. Ухудшение качества воды в поверхностных водотоках и, как следствие, снижение запасов питьевой воды, является одной из глобальных экологических проблем.

Поэтому исследование вод и донных отложений рек важно с точки зрения изучения их токсического действия, так как известна общая тенденция - распределение токсикантов в водной среде и аккумуляция их в донных отложениях.

Целью данной работы является оценка экологического состояния малых рек Ивановской области (Горьковское водохранилище).

В качестве объектов исследований были выбраны 5 малых рек Ивановской области: Сунжа, Мера, Казоха, Кинешемка и Елнать.

В мировой практике методу биотестирования (из числа биологических методов) все больше отводится роль комплексного исследования загрязнения, результатом которого является сигнальная информация о степени токсичности водного объекта.

Биотестирование - это процедура установления токсичности среды с помощью тест-организмов, сигнализирующих об опасности независимо от того, какие вещества и в каком сочетании вызывают изменения жизненно важных функций у тест-организмов. Тест-организм - специально выращенный в контролируемых условиях организм, наиболее чувствительный для данного вида биологического контроля. Для оценки параметров среды используются стандартизованные реакции живых организмов.

Методы биотестирования по определению токсичности сточных и природных, пресных вод, донных отложений применяются наряду с физико-химическими методами в следующих случаях:

© 2019 Тюканова Ксения Александровна, tyka-ksenia@mail.tu; Макарова А.И.; Шуракова К.С.; Извекова Татьяна Валерьевна, mbimpa@bk.ru

- при проведении экологического контроля за соблюдением нормативов допустимых сбросов вредных веществ в водные объекты;

- осуществления государственного экологического мониторинга водных объектов;

- проведения экологической экспертизы новых технологических материалов проектов очистных сооружений;

- проведения оценки степени токсичности вод на разных стадиях формирования

очистных сооружений;

- проведение оценки состояния водных экосистем и т.д.

Биотестирование промышленных и городских сточных вод проводится с целью определения их токсичности, возможности и условий подачи на сооружения биологической очистки, для оценки эффективности работы очистных сооружений и установления возможности сброса очищенных сточных вод в водные объекты. Метод биотестирования позволяет решать многие практические задачи, связанные с очисткой, утилизацией и сбросом образующихся промышленных стоков.

В данной работе было использовано два метода биотестирования. А именно, метод биотестирования по гибели одноклеточной водоросли Chlorella vulgaris Beijer (ПНД Ф Т 14.1:2:3:4.10-2004) и по гибели ракообразных Daphnia Magna Straus (ПНД Ф Т 14.1:2:3:4.12-2006). Данные методики нашли наиболее широкое применение, поскольку тест-организмы легко культивируются, а также обладают высокой чувствительностью к токсикантам различной природы (Гущин, 2012).

Методы биотестирования относятся к качественному анализу. Биотестирование лишь отвечает на вопрос: «токсично» или «нетоксично». Степень же токсичности можно определить методом разбавления исследуемой пробы - во сколько раз следует разбавить токсичную пробу, чтобы она стала нетоксичной. Такой подход дает возможность сравнивать степень опасности различных проб между собой (Жмур, 2012).

Кроме того, биотестирование позволяет определить интегральную токсичность, обусловленную совокупностью всех присутствующих в пробе опасных химических веществ и их метаболитов поэтому может быть использовано для оценки свойств растворов с неизвестным и непостоянным составом (Гущин, 2012). В связи с этим использование метода биотестирования необходимо на первом этапе мониторинга природных вод. И если качество воды соответствует требованиям нормативной документации, то прибегать к дополнительным химическим анализам нет необходимости, а если биотестирование не дало положительных результатов, тогда необходимы дополнительные исследования, которые покажут причину этого явления.

По результатам биотестирования пробы природных вод (малые реки Ивановской области) являются слаботоксичными и не оказывают острого токсического действия, однако реки Казоха, Кинишемка и Ёлнать обладают хронической токсичностью. Донные отложения исследуемых рек не оказывают острого токсического действия, кроме проб реки Казоха.

Одним из наиболее достоверных методов оценки состояния водных объектов является использование комплекса гидрохимических показателей, который позволяет оценить качество поверхностных вод с использованием следующих критериев и индексов:

- комплексная оценка загрязненности вод по гидрохимическому индексу загрязненности воды (ИЗВ) (Шитиков и др., 2003; Методические рекомендации..., 1988).

- комплексная оценка загрязненности вод по показателю химического загрязнения воды (ПХЗ10) (Шитиков и др., 2003).

- комплексная оценка загрязненности вод по комбинаторному и удельному комбинаторному индексу загрязненности (КИВЗ, УКИВЗ) (Новиков и др., 1990; Шитиков и др., 2003).

Основная цель применения комплексных показателей заключается в том, чтобы получить с применением гидрохимических показателей обоснованную статистическую информацию о состоянии поверхностных вод (Новиков и др., 1990).

В ходе выполнения работы была проведена оценка потенциальной токсичности (ПТ). Расчет ПТ производился согласно данным гидрохимических экспериментов, в ходе которых определялись концентрации загрязняющих веществ (БПК, ХПК, нефтепродукты, КО2", КО3-, КН4+, Реобщ., Си, Мп). Расчет ПТ производился по формуле:

птды

При расчете потенциальной токсичности было выявлено, что наиболее потенциально токсичными являются пробы воды рек Казоха и Кинишемка (табл. 1), а донные отложения рек Казоха и Ёлнать (табл. 2).

Таблица 1. Потенциальная токсичность проб воды исследуемых рек за разный период времени

№ п/п Исследуемая проба Потенциальная токсичность(расчет) 2017 год Потенциальная токсичность (расчет) 2015 год Потенциальная токсичность(расчет) 2014 год

1 Мера 24,3 28,5 17,5

2 Сунжа 25,3 32,2 19,5

3 Казоха 32,3 38,4 21,2

4 Кинешемка 28,4 28,3 18,8

5 Ёлнать 23,1 20,9 21

Сравнительный анализ ПТ за 2014, 2015 и за 2017 года показал, что ПТ рек значительно увеличилась в 2015 году, а в период с 2015 года по 2017 год наблюдается снижение в реках Мера, Сунжа и Казоха, а в реке Ёлнать незначительно увеличилась. Вероятно, это обусловлено изменением таких показателей как Реобщ, Си, Мп и ХПК.

Таблица 2. Потенциальная токсичность донных отложений исследуемых рек за 2017 г.

№ п/п Исследуемая проба Потенциальная токсичность на 2017 год

1 Мера 4,9

2 Сунжа 9,7

3 Казоха 36,7

4 Кинешемка 8,4

5 Ёлнать 16,2

Гидрохимический индекс загрязненности воды (табл. 3) рассчитывался по формуле:

2

ИЗВ = —I

где С; - концентрация компонента (значение параметра); N - число показателей, используемых для расчета индекса; ПДК - установленная величина для соответствующего типа водного объекта.

По результатам расчёта ИЗВ вода во всех исследуемых реках является загрязнённой.

УКИЗВ является наиболее информативной комплексной оценкой. Его значение может варьироваться в водах различной степени загрязненности от 1 до 16. Большему

значению индекса соответствует худшее качество воды. Классификация качества воды, проведенная на основе значений УКИЗВ, позволяет разделять поверхностные воды на 5 классов в зависимости от степени из загрязненности: 1-й класс - условно чистая; 2-й класс - слабо загрязненная; 3-й класс - загрязненная; 4-й класс - грязная; 5-й класс -экстремально грязная.

Таблица 3. Величина ИЗВ исследуемых проб воды за 2017 г.

Река ИЗВ Характеристика реки

Мера 2,7 Загрязненная

Сунжа 2,8 Загрязненная

Казоха 3,6 Загрязненная

Кинишемка 3,2 Загрязненная

Ёлнать 2,6 Загрязненная

Расчет УКИЗВ (табл. 4) производится по формуле:

Где Б] - комбинаторный индекс загрязненности воды в ]-м створе; К] - число учитываемых в оценке компонентов.

Таблица 4. Величины УКИЗВ, класс и разряд качества в пробах воды малых рек Ивановской области

Реки УКИВЗ Класс и разряд качества воды

Ёлнать 2,32 3-й класс, разряд «а», загрязненная

Мера 2,83 3-й класс, разряд «б», очень загрязненная

Кинишемка 2,97 3-й класс, разряд «б», очень загрязненная

Казоха 3,8 4-й класс, разряд «а», грязная

Сунжа 1,41 3-й класс, разряд «а», загрязненная

По УКИВЗ реки Мера и Кинишемка являются очень загрязнёнными, Ёлнать и Сунжа загрязнённые, а р. Казоха - грязной. Основной вклад в загрязнение всех рек вносят соединения железа и марганца, повышенное содержание которых связано с естественным фактором, поскольку почвы на территории Ивановской области преимущественно дерново-подзолистые с повышенным содержанием этих соединений, а для рек Казоха и Кинешемка дополнительный вклад в загрязнение вносит медь, присутствие соединений которой вероятнее всего вызвано антропогенной деятельностью (Гущин, 2015).

Отличие результатов биотестирования и расчетных показателей в данной работе может быть связано с тем, что при проведении анализа биотестирования исследуется воздействие всех загрязняющих веществ в целом, а при расчете ПТ, ИЗВ, УКИВЗ берется лишь ряд веществ, оказывающих наиболее сильное воздействие и содержащиеся в наибольших количествах. Поэтому, с нашей точки зрения, результаты, полученные с помощью метода биотестирования, являются более объективными по сравнению с результатами расчетов.

Список литературы

Абдюкова Г.М., Турдумамбетова М.А., Янгу-разова З.А. Экологическая оценка микробиологического загрязнения малых рек // Безопасность жизнедеятельности в современных условиях: проблемы и пути их решения: материалы Международ. науч.-практич. конф. Уфа, 2015. С. 8-10.

Гущин А.А., Гриневич В.И., Извекова Т.В., Иванцова Н.А. Метод биотестирования в оценке эффективности работы плазмохимических очистных устройств // Безопасность в техносфере. 2012. № 4. С. 47-53.

Жмур Н.С. Применение методов биотестирования в России и в мире // Методы оценки соответствия. 2012. Вып. 2. С. 22-26

Шитиков В.К., Розенберг Г.С., Зинченко Т.Д. Количественная гидроэкология: методы системной идентификации. Тольятти, 2003. 463 с.

Методические рекомендации по формализованной комплексной оценке качества поверхностных и морских вод по гидрохимическим показателям. М: Госкомгидромет СССР, 1988. 8 с.

Новиков Ю.В., Ласточкина К.О., Болдина З.Н. Методы исследования качества воды водоемов. М.: Медицина, 1990. 400 с.

Гущин А.А., Марченко Т.А., Извекова Т.В., Гриневич В.И. Методы оценки качества водоемов по комплексу гидрохимических показателей на примере рек Ивановской области // Вода: химия и экология. 2015. № 11. С. 22-29.

ПНД Ф Т 14.1:2:3:4.10-04 Токсикологические методы контроля. Методика измерений оптической плотности культуры водоросли хлорелла (Chlorella vulgaris Beijer) для определения токсичности питьевых, пресных природных и сточных вод, водных вытяжек из грунтов, почв, осадков сточных вод, отходов производства и потребления. М., 2014. 36 с.

ПНД Ф Т 14.1:2:3:4.12-06 Токсикологические методы контроля. Методика измерений количества Daphnia magna Straus для определения токсичности питьевых, пресных природных и сточных вод, водных вытяжек из грунтов, почв, осадков сточных вод, отходов производства и потребления методом прямого счета. М., 2014. 39 с.