Эколого-химический мониторинг состояния природных вод территории Павлодарской области

Аннотация: На сегодняшний день одной из первостепенных глобальных проблем человечества является защита окружающей среды, а сохранение чистой природной воды является наиболее важной задачей, поскольку гидросфера является наиболее уязвимым компонентом природного ландшафта. Целью исследования является оценка эколого-геохимического состояния природных вод Павлодарской области, выявление признаков их загрязнения и потенциально возможных источников самого загрязнения. В рамках работы было проведено углубленное изучение химического и микробиологического состава воды на всех уровнях ее залегания, проанализировано экологическое и химическое состояние природных вод, степень их загрязнения, а также осуществлялась оценка и мониторинг состояния природных вод. Предполагаемая научная новизна. На территории Павлодарской области проводят экологический и химический мониторинг состояния и выявляют возможные источники загрязнения для дальнейшего их устранения.
Ключевые слова: природные воды, мониторинг, Павлодарская область, химический состав.
Создатель учения о геологии воды и ее геологической деятельности, В. И. Вернадский, писал: «Современная вода суши… есть геологически новое явление истории планеты, небывалое в прежние геологические эпохи. Вековечный ход воздействия живого вещества на воды изменен появлением одаренного разумом и волей Homo sapiens faber. Изменение всей воды суши под его целевым, сознательным, а попутно и бессознательным, влиянием все увеличивается» [1, C. 14].
Сохранение чистой природной воды в городах является одной из особенно сложных задач, поскольку они оказывают активное антропогенное воздействие на все компоненты природной среды. Павлодар - старый индустриальный город, в котором нет четко разделенных промышленных, жилых и зеленых зон, поэтому для его территории загрязнение природных вод является неотъемлемым процессом, с которым необходимо бороться, т.к. такое антропогенное воздействие может нести необратимые последствия для экологии края и здоровья населения.
Учитывая то, что здоровье населения города зависит от состояния окружающей среды, необходимо изучить ее состояние, выявить и, по возможности, устранить источники загрязнения.
Водные ресурсы земли включают мировой океан, атмосферную влагу, реки, озера и болота, т.е. всю воду на планете, во всех ее агрегатных состояниях, объем которой составляет 1389 млн. км3.
Стоит также отметить, что количество воды неизменно, т.к. влага не выходит за пределы атмосферы, меняется лишь соотношение чистой воды и технической.
Ежедневно на нужды человечества расходуется до 7 млрд. т воды. Такая масса соответствует добываемых за год полезных ископаемых.
Вода – обязательный компонент практически всех технологических процессов в промышленности и сельском хозяйстве. Основными потребителями в промышленности являются нефтехимическая, химическая, целлюлозно-бумажная отрасли, а также черная и цветная металлургия и энергетика.
Первичными источниками водоснабжения промышленных предприятий служат поверхностные и грунтовые воды, которые составляют около 0,01% всей воды в гидросфере.
Вода превратилась в один из важнейших элементов химического производства. Это вызвано рядом причин: [8, С. 271]
- наличием комплекса ценных свойств (высокая теплоемкость, малая вязкость, низкая температура кипения);
- доступностью и дешевизной (затраты исключительно на извлечение и очистку);
- чистотой, отсутствием токсичности;
- удобством использования в производстве и транспортировке.
Существует понятие качества воды и определенный ряд требования к ней. Природная вода недостаточно чистая и без соответствующей обработки не может быть использована для промышленного водоснабжения. В 1 л пресной воды, как правило, содержится до 0 г солей. Кроме того, пресная природная вода содержит целый ряд примесей: твердые взвеси, сложные природные органические соединения (гумус), коллоидные вещества и примеси биологического происхождения (микроорганизмы, водоросли и др.) и растворенные газы, количество которых зависит от особенностей водоема и его размеров (река, озеро, водохранилище, канал, подземные воды). Состав воды влияет на кислотность, например, для рек и озер pH колеблется в пределах 5,0^8,5.
Химический состав природных вод
По своему химическому составу природные воды являются весьма разнообразными, в них содержится большинство известных химических соединений. Количество тех или иных химических веществ в воде зависит от многих условий, например, геологических, физико-географических и тому подобного [9, С. 787].
Для человеческого организма химические вещества, присутствующие в природной воде, можно разделить по значению на четыре основные группы.
1 группа Он включает вещества, которые являются вторым индикатором возможного загрязнения воды патогенными микроорганизмами. Такие вещества включают органические вещества, которые вызывают так называемые окисляемость; азотистые соединения, содержащие; Индекс концентрации ионов водорода (рН), хлоридов, растворенного кислорода и биохимического кислорода в воде (БПК), сероводорода и фосфатов.
Азот в воде может присутствовать в форме как органических, так и неорганических соединений. Органические соединения представляют собой так называемый азот альбумина (низшие пептиды, аминокислоты, мочевина и тому подобное). Однако его определение в воде широко не использовалось из-за сложности методологии и сложности разграничения азота от животного и растительного происхождения. На практике широко используется определение неорганических азотных соединений: ионы аммония (NH4), ионы азота (NO3) и азотная кислота. Они возникают в воде из-за распада веществ белкового происхождения. Кроме того, сначала образуется аммиак, затем под действием ферментов нитрифицирующих бактерий в присутствии достаточного количества кислорода аммиак окисляется до азотной и азотной кислоты [3, С. 35].
Химический состав органического вещества очень сложен и разнообразен. Они образуются в воде вследствие жизнедеятельности водных организмов и растений, а также вследствие их разложения. Органические вещества могут попадать в воду вместе с атмосферными, бытовыми и промышленными сточными водами. Общее содержание органического вещества зависит от количества миллиграммов кислорода, которые окисляются в 1 л воды всех окисленных веществ (окисление воды). Подземные воды обладают окислительной способностью от 2 до 4 мг / л; поверхностные воды от 6 до 8 мг / л O2 и чистые подземные воды 1-2 мг / л O2.
Атмосфера и жизнедеятельность некоторых водных организмов является источником кислорода в природных водах.
Содержание кислорода в воде зависит от многих факторов, таких как площадь контакта поверхности со свободной атмосферой, интенсивность биологических и биохимических процессов, температура [4, с. 227].
Подземные воды практически не содержат кислород, т.к. его основным источником являются атмосферные осадки. В поверхностных водах при слабом развитии биологических и биохимических процессов кислород находится в пределах 8-10 мг/л – зимой и 6-8 мг/л летом.
В случае интенсификации биологических процессов, сопровождающихся фотосинтезом, может происходить перенасыщение воды кислородом. Однако этот процесс двухсторонний, при интенсивно развитых биологических процессах окислительной природы содержание кислорода может уменьшаться до критически низких значений.
Критерии чистоты воды:
1. Очень чистая вода, в которой количество кислорода за 5 суток уменьшилось на 1 мг в литре;
2. Чистая вода – в которой количество кислорода за 5 суток уменьшилось на 2 мг/л,
3. Довольно чистая вода, в которой количество кислорода за 5 суток уменьшилось от 3 до 4 мг/л,
4. Загрязненная вода, в которой количество кислорода за 5 суток уменьшилось от 4 до 5 мг/л;
5. Очень грязная вода, в которой количество кислорода за 5 суток уменьшилось более 5 мг/л.
Соединения фосфора могут попадать в воду из земной коры вследствие разложения органических веществ, природных белков и процесса выщелачивания фосфорных удобрений с полей осадков, а также из-за того, что большое количество фосфора может поступать из бытовых и промышленных сточных вод. Например, суточная моча человека содержит от 2 до 2,5 г фосфора и около 8% от общего количества сухого вещества в кале. В этом отношении соединения фосфора считаются одним из основных показателей загрязнения воды биологическими сточными водами.
Хлориды содержатся почти во всех природных водах в форме анионов хлора, связанных с одним из катионов, чаще всего с натрием. Они попадают в подземные воды, за исключением бытовых и промышленных сточных вод. С одной стороны, они влияют на вкусовые свойства воды, а с другой стороны, они могут служить индикатором возможного загрязнения сточными водами, упомянутыми выше. Содержание хлоридов в воде централизованного питьевого водоснабжения допускается до 350 мг / л.
Основными веществами, определяющими реакцию воды (рН), являются углекислота и ее соли. Обычный рН природных вод колеблется от 6,5 до 8,5, и это нормальный показатель.
Значение pH в гигиеническом ощущении заключается в том, что может существовать значительный разброс этого показателя по отношению к нормальным значениям из-за проникновения промышленных и сточных вод в воду, а в экстремальных ситуациях - различных типов химических веществ, в том числе сильнодействующих и ядовитых [7, с. 75].
Вторая группа включает вещества, которые в известных концентрациях оказывают вредное воздействие на организм человека. В эту группу входят вещества, присутствие которых в воде в любом случае нежелательно или должно быть строго ограничено. Некоторые из них имеют естественное происхождение, другие - продукт промышленной и бытовой деятельности людей.
Природные вещества включают молибден, бериллий, свинец, селен, фтор, нитраты, стронций и мышьяк. К ним также относятся природные радиоактивные вещества, которые вызывают фоновую радиоактивность в воде. Конечно, все эти вещества могут быть природного происхождения. Продукты человеческого производства включают большое количество органических и неорганических соединений, а также большую группу неестественных радиоактивных веществ.
В третью группу входят вещества с положительной биологической ценностью. Это включает в себя определенные минеральные вещества, присутствие которых в воде желательно при определенных нормированных концентрациях. К ним относятся фтор, железо, медь, йод, цинк, марганец, кремний, кобальт, молибден, селен, хром, никель, олово и ванадий. Конечно, основным источником их попадания в организм является пища. Роль воды известна только для фтора, частично йода, в некоторой степени железа, марганца, меди, цинка и кремния.
Содержание фтора в природных водах составляет от сотых до 5 и даже 12 мг / л. Помимо естественного происхождения, фтор может поступать в источники воды вместе с промышленным стоком нечистот [5, C. 5].
Содержание железа в поверхностных водах обычно невелико, чуть больше, чем в подземных водах (до нескольких десятков мг / л), эти статистические данные относятся к глубине залежей железной руды.
Железо как микроэлемент очень важно для полноценного развития человека. Железо является частью гемоглобина, участвует в процессе производства крови, в тканевом дыхании и в составе ядер клеток. Основным поставщиком железа является пища и питьевая вода, благодаря которой организм получает от 10 до 15% от общего объема. Научно доказано, что длительное употребление 300 мг железа в таблетках ежедневно вызывало только гастроэнтерит в легкой форме и повышение гемоглобина.
Значение марганца для человека было определено сравнительно недавно, в 1972 году. При дефиците в организме наблюдается умственная отсталость, бесплодие, задержка развития костного аппарата, гипохромазия волос и другие нарушения физического развития и здоровья человека. В больших количествах (более 0,5 мг / л) марганец меняет цвет воды, придает ей вяжущий вкус и делает его своего рода дезинфицирующим средством.
В природных водах содержание меди составляет от 20 до 400 мкг / л. Медь способствует созреванию эритроцитов, гормональной активности передней доли гипофиза и способствует прохождению железа от частиц неорганического железа к парафинам, и, таким образом, оказывает благотворное влияние на организм человека. При дефиците меди происходят потеря эластичности стенок крупных сосудов, остеопороз, атаксия, анемия, альбинизм и деменция.
Общие требования к питьевой воде сводятся к тому что:
1) Вода должна обладать благоприятными органолептическими свойствами, т.е. быть прозрачной, бесцветной, без запаха и не содержащий видимых примесей жидкостью.
2) Вода должна быть безвредной по химическому составу, т.е. в ней должны отсутствовать опасные для человека микроэлементы.
3) Вода должна быть безопасна в эпидемическом и радиационном отношении.
На территориях с антропогенным воздействием биологическому и химическому загрязнению поддаются все поверхностные и грунтовые воды. Источниками загрязняющих веществ являются сточные воды промышленных предприятий и частных домов и свалки.
В случае несоблюдения экологических нормативов по концентрации вредных примесей в сточных водах предприятий и очистных сооружений существует риск нанесения ущерба не только экологической обстановке в регионе, но и нанесения тяжелых и иногда и необратимых воздействий на организмы живых существ, включая человека и представителей флоры и фауны. Как уже было выявлено, переизбыток, ровным счетом, как и нехватка некоторых микроэлементов способно нанести непоправимый урон репродуктивной функции организма, а, следовательно, нанести вред не только самому человеку, но и демографической ситуации в стране.
Загрязнение природной воды в городах происходит активно на атмосферном этапе ее формирования. Снег химически и бактериально загрязнен. Наибольшее загрязнение характерно для районов на севере и в центре города, для зон влияния промышленных предприятий (Павлодарский завод), для хранения песка и технической соли для борьбы с ледяными явлениями на дорогах зимой и для мест скопления транспорта.
Подземные воды в городе в основном "чистые" и "удовлетворительно чистые". Анализ показывает, что наиболее глубокие водоносные горизонты палеозойских и палеогенных формаций лучше всего защищены от техногенного воздействия [3, C. 218].
Литература:
Алексеевский Н.И., Заславская М.Б., Гончаров А.В. Методические подходы к изучению и параметризации качества воды // Вестник Московского университета. Серия 5. География. 2016. №2. С. 13 – 21.
Арынова Ш. Ж., Рихванов Л. П. Эколого-геохимическая оценка территории Павлодарской области (Республика Казахстан) по данным изучения элементного состава солевых отложений питьевых вод // Вестник ЗабГУ. 2015. №12 (127). С. 4 - 10.
Богданова В.Д., Кику П. Ф., Кислицына Л.В. Комплексная оценка качества прибрежных вод морей рекреационных зон Хасанского района Приморского края // ЗНиСО. 2018. №5 (302). С. 35 – 39.
Королева Г.П., Горшков А.Г., Виноградова Т.П. [и др.]. Исследование загрязнения снегового покрова как депонирующей среды // Химия в интересах устойчивого развития. 1998. № 1. С. 227-237.
Методические рекомендации по оценке степени загрязнения атмосферного воздуха населенных пунктов металлами по их содержанию в снежном покрове и почве. М: ИМГРЭ, - 1990. – С. 15.
Муравьев А.Г. Руководство по определению показателей качества воды полевыми методами. 3-е изд., доп. и перераб. – СПб.: «Крисмас+», 2009 –218 с.
Шорникова Елена Александровна Методологический подход к оценке экологического состояния водных объектов с использованием комплексного индекса качества воды на примере Среднего Приобья // СНВ. 2019. №2 (27). С. 75-80.
Bolton P.W., Currie J.C., Tervet D.J., Welsh W.T. An Index Improve Water Quality Classification // Water Pollut. Control. 1978. P. 271-284.
Brown R.M., McCleland N.I., Deininger R.A., O'Connor M.F. A water quality index - crashing the psyhological barrier//Adv. Water Pollut. Res. Proc. 6th Int. Conf, Ierusalim, 1972. Oxford. P. 787-794.