загрязнение стойкими органическими веществами бассейна

УДК 504.064.2
ЗАГРЯЗНЕНИЕ СТОЙКИМИ ОРГАНИЧЕСКИМИ ВЕЩЕСТВАМИ
БАССЕЙНА РЕКИ АМУР
Косткина А. Д., магистрант
Россия, 117198, г. Москва, Российский университет дружбы народов,
кафедра прикладной экологии
Научный руководитель: Хаустов А.П., д.г.-м.н, профессор
Россия, 117198, г. Москва, Российский университет дружбы народов
[email protected]
В течение последних десятилетий речная система Амура, особенно в пределах
Среднеамурской низменности, несет значительную антропогенную нагрузку, связанную с
хозяйственной деятельностью в данном регионе.
Одной из главных проблем является загрязнение речных вод, и она неразрывно
связана с наиболее опасной группой химических соединений – стойких органических
загрязнителей (СОЗ).
Загрязнение экосистемы реки Амур стойкими органическими загрязнителями
имеет большое значение. Связано это с тем, что СОЗ обладают токсическими свойствами,
проявляют устойчивость к разложению, характеризуются биоаккумуляцией и являются
объектом трасграничного переноса по воздуху, воде и мигрирующими видами, а также
осаждаются на большом расстоянии от источника их выброса, накапливаясь в
экосистемах суши, водных экосистемах и в жировых тканях живых организмов.
СОЗ поступают в природные воды бассейна реки Амур:
-
с выбросами от энергетических источников, транспортных средств
-
со сточными водами промышленных предприятий и коммунального хозяйства,
сельскохозяйственных предприятий
-
из накопленных в субъектах ДВФО запасов ядохимикатов
-
с поверхностным стоком с территории водосбора и из атмосферы
-
в результате трансграничного переноса загрязняющих веществ с сопредельных
территорий Китая.
Особо актуальным является трансграничное поступление загрязняющих веществ с
сопредельных территорий Китая.
http://sntbul.bmstu.ru/doc/636543.html
Целью данной работы является анализ загрязнения трансграничных водных
объектов бассейна реки Амур стойкими органическими веществами.
В качестве исходной информации для анализа были взяты результаты анализа
проб, отобранных в ходе совместного российско-китайского мониторинга качества вод
трансграничных водных объектов за период 2008-2011 гг.
В соответствии с Программой мероприятий по осуществлению совместного
российско-китайского мониторинга качества вод трансграничных водных объектов
учреждения Росгидромета совместно с китайскими организациями осуществляют отбор проб
воды на 9 створах на реках Аргунь, Амур, Уссури, Раздольная и озера Ханка (рис. 1 и табл. 1).
Рис. 1. Схематическая карта створов совместного российско-китайского мониторинга
Таблица 1
Створы совместного российско-китайского мониторинга
качества вод трансграничных водных объектов
Название
водного
объекта
р. Аргунь
р. Амур
Местоположение
Привязка контрольного
створа
Забайкальский край (Россия),
автономный район Внутренняя
Монголия (КНР)
Амурская область (Россия), провинция
Хэйлунцзян (КНР)
Еврейская автономная область (Россия),
провинция Хэйлунцзян (КНР)
Еврейская автономная область (Россия),
провинция Хэйлунцзян (КНР)
с. Молоканка – с. Агуруту
с. Кути – с. Хэйшаньтоу
с. Олочи – с. Шивэй
ниже г. Благовещенска – г.
Хэйхэ
1 км выше с. Амурзет –
г.Миншань
с. Нижнеленинское –
с. Тунцзяндунган
Молодежный научно-технический вестник ФС77-51038
Название
водного
объекта
р. Уссури
оз. Ханка
р. Раздольная
Привязка контрольного
створа
Местоположение
Хабаровский край (Россия), провинция
Хэйлунцзян (КНР)
Приморский край (Россия), провинция
Хэйлунцзян (КНР)
Приморский край (Россия), провинция
Хэйлунцзян (КНР)
7 км выше с. Казакевичево – 2
км выше заставы Усучжэнь
Исток р. Сунгача - Лунванмяо
Место на российско-китайской
границе - Саньчакоу
Для оценки качества поверхностных вод производился расчет по 15 стойким
органическим загрязнителям (нефтепродукты, ПХБ, дихлорфенол, трихлорфенол, ДДТ,
ДДЕ, 2,4-Д, линдан, бензол, толуол, этилбензол, ксилолы, дибутилфталат, атразин,
гексахлорбензол) комплексного показателя – удельного комбинаторного индекса
загрязненности воды (УКИЗВ) и определялся класс качества воды в соответствии с РД
52.24.643-2002 «Руководящий документ. Методические указания. Метод комплексной
оценки степени загрязненности поверхностных вод по гидрохимическим показателям».
УКИЗВ условно оценивает в виде безразмерного числа долю загрязняющего
эффекта,
вносимого
в
общую
степень
загрязненности
воды,
обусловленную
одновременным присутствием ряда загрязняющих веществ, в среднем одним из учтенных
при расчете комбинаторного индекса ингредиентов и показателей качества воды.
Данный комплексный показатель имеет массу достоинств по сравнению с другими.
Во-первых, в отличие от ИЗВ (индекса загрязнения воды) и ПХЗ-10 (формализованного
суммарного показателя химического загрязнения), количество учитываемых ингредиентов
неограниченно. Во-вторых, в отличие от ИЗВ, кроме определения кратности превышения
ПДК, имеет место еще и определение повторяемости случаев превышения нормативных
значений, КИЗВ и УКИЗВ, как более точно отражающие ситуацию с качеством воды. Втретьих, расчет УКИЗВ позволяет проводить сравнение степени загрязненности воды в
различных створах и пунктах при условии различия программы наблюдений.
Расчет УКИЗВ условно можно разделить на 2 этапа.
На 1 этапе по каждому ингредиенту определяют следующие характеристики:
1.1. Повторяемость случаев загрязненности (aij):
a ij =
nij¢
nij
×100% ,
где n'ij - число результатов анализа по i-му ингредиенту в j-м створе за
рассматриваемый период времени, в которых содержание или значение их превышает
соответствующие ПДК;
http://sntbul.bmstu.ru/doc/636543.html
nij - общее число результатов химического анализа за рассматриваемый период
времени по i-му ингредиенту в j-м створе.
1.2. Частный оценочный балл по повторяемости (Saij)
1.3. Среднее значение кратности превышения ПДК в тех результатах анализа, где
оно имеет место ( b ij ):
nij¢
åb
bij¢ =
где bifj =
Cifj
ПДКi
ifj
f =1
nij¢
,
- кратность превышения ПДК по i-му ингредиенту в f-м результате
химического анализа для j-го створа;
Cifj - концентрация i-го ингредиента в f-м результате химического анализа для j-го
створа, мг/дм3.
1.4. Частный оценочный балл по кратности превышения (Sbij )
1.5.
Обобщенный
оценочный
балл
по
каждому
ингредиенту
(Sij).
Он
рассчитывается как произведение частных оценочных баллов по повторяемости случаев
загрязненности и средней кратности превышения ПДК:
Sij = Saij Sbij
Обобщенный оценочный балл дает возможность учесть одновременно значения
наблюдаемых концентраций и частоту обнаружения случаев превышения ПДК по
каждому ингредиенту.
Значение обобщенного оценочного балла по каждому ингредиенту в отдельности
может колебаться для различных вод от 1 до 16. Большему его значению соответствует
более высокая степень загрязненности воды.
На 2 этапе производят следующие действия:
2.1. Расчет комбинаторного индекса и удельного комбинаторного индекса
загрязненности воды (КИЗВ и УКИЗВ) по следующим формулам:
Nj
S j = å Sij
i =1
,
где Sj - комбинаторный индекс загрязненности воды в j-м створе;
Nj - число учитываемых в оценке ингредиентов;
Молодежный научно-технический вестник ФС77-51038
S ¢j =
Sj
Nj ,
где S'j - удельный комбинаторный индекс загрязненности воды в j-м створе.
2.2. Выделение критических показателей загрязненности (КПЗ) воды.
Критические показатели загрязненности воды (КПЗ) – это ингредиенты или
показатели загрязненности воды, которые обусловливают перевод воды по степени
загрязненности в классы "очень грязная" и "экстремально грязная" на основании значения
рассчитываемого
по
каждому
ингредиенту
оценочного
балла,
учитывающего
одновременно значения наблюдаемых концентраций и частоту их обнаружения.
Для КПЗ Sij ³ 9, а их количество обозначают F.
2.3. Расчет коэффициента запаса (k).
Коэффициент запаса (k) – промежуточный расчетный показатель, преднамеренно
занижающий количественные выражения градаций качества в зависимости от числа
критических показателей загрязненности воды.
Расчет производится по формуле:
k = 1 – 0,1 F,
где F - число критических показателей загрязненности воды.
Коэффициент запаса рассчитывается при F £ 5. В случае, когда F ³ 6 и k £ 0,4, воду
без расчетов относят к 5-му классу и оценивают как "экстремально грязная".
2.4. Определение классов качества воды
Необходимо отметить, что в расчет УКИЗВ помимо гидрохимических показателей
был включен микробиологический – ТКБ (термотолерантные колиформные бактерии).
Термотолерантные колиформные бактерии – это бактерии, обладающие
признаками общих колиформных бактерий, а также способные ферментировать лактозу
до кислоты, альдегида и газа при температуре 44 °С в течение 24 ч. Это индикаторная
группа бактерий, указывающая на фекальное загрязнение воды.
Учитывая
тот
факт,
что
в
последние
годы
отмечен
высокий
уровень
микробиологического загрязнения р. Амур, включение в расчет УКИЗВ показателя ТКБ
можно считать целесообразным. Микробиологический показатель может оказаться
решающим при оценке пригодности воды для использования. Такой подход делает
данный метод комплексной оценки качества вод более совершенным.
При оценке степени загрязненности воды были использованы значения предельно
допустимых концентраций (ПДК) загрязняющих веществ для водных объектов
рыбохозяйственного значения, принятых для Российской Федерации.
http://sntbul.bmstu.ru/doc/636543.html
Результаты расчета УКИЗВ можно увидеть на рис. 2.
Рис. 2. Значения УКИЗВ для стойких органических загрязнителей (СОЗ)
Как видно из рис. 2., по российским данным меньше всего СОЗ загрязнены створы,
привязанные к реке Аргунь, а именно 1 (с. Молоканка – с. Агуруту) и 3 (с. Олочи – с. Шивэй).
УКИЗВ для них составляет 1.79 и 1.78 соответственно, а качество воды относится ко 2 классу,
то есть она является слабо загрязненной.
Наихудшее качество отмечено для створа, привязанного к реке Раздольная (место на
российско-китайской границе - Саньчакоу), – вода является грязной (4 класс, разряд «б»), и
УКИЗВ составляет 5.75.
В створах 2 (р. Аргунь), 5, 6 (р. Амур), 7 (р. Уссури) вода является загрязненной (3
класс, разряд «а»), створе 4 (р. Амур) – очень загрязненной (3 класс, разряд «б»), створе 8
(оз. Ханка) – грязной (4 класс).
Если исходить из рассчитанных по китайским данным УКИЗВ, то здесь можно
сказать следующее.
Меньше всего СОЗ загрязнен створ, привязанный к реке Уссури (7 км выше с.
Казакевичево – 2 км выше заставы Усучжэнь). УКИЗВ для него составляет 5.26, а качество
воды относится ко 4 классу, разряду «г», то есть она является очень грязной.
Наихудшее качество отмечено для створов, привязанных к реке Аргунь – вода является
экстремально грязной (5 класс), и УКИЗВ составляет 11.42. Надо отметить, одинаковые
значения УКИЗВ для всех 3-х створов, привязанных к р. Аргунь, сильно выделяются
Молодежный научно-технический вестник ФС77-51038
среди остальных значений. Для них совершенно одинаковы количество веществ, чьи
концентрации выше ПДК, количество критических показателей загрязненности, а также
классы качества воды, что дает основание утверждать о меньшей точности результатов
анализов проб воды.
Для всех остальных створов значения УКИЗВ меньше, но класс качества воды тот же – 5
класс.
Как уже было сказано выше, наибольший УКИЗВ, рассчитанный по российским
данным, имеет место в створе на российско-китайской границе (р. Раздольная), в то время
как по китайским данным это наблюдается в 3-х створах р. Аргунь (Молоканка – Агуруту,
Кути – Хэйшаньтоу, Олочи – Шивэй). Столь большие различия можно объяснить
применением разных методов исследования, различием в условиях выполнения анализов.
Необходимо также отметить, что на основе значений УКИЗВ была сформирована
классификация качества воды в бассейне реки Амур, в которой поверхностные воды в
зависимости от степени их загрязненности были разделены на следующие категории:
- 2-й класс - слабо загрязненная
- 3-й класс - загрязненная (разряды «а», «б»)
- 4-й класс - грязная (разряды «а», «б»; «в», «г»)
- 5-й класс - экстремально грязная
Далее были построена карта загрязнения бассейна реки Амур стойкими органическими
веществами (рис. 3) и составлена легенда (табл. 2).
http://sntbul.bmstu.ru/doc/636543.html
Рис. 3. Карта загрязнения бассейна реки Амур
стойкими органическими веществами
Таблица 2
Легенда
Класс качества воды
2
3
4
Разряд «а»
Разряд «б»
Разряд «а»
Разряд «б»
Разряд «в», «г»
5
Слабо загрязненная
Загрязненная
Очень загрязненная
Грязная
Грязная
Очень грязная
Экстремально грязная
Значения УКИЗВ
(с учетом КПЗ)
[1,78-1,79]
[2,39-2,88]
[3,51]*
[5,21]*
[5,75]*
[5,26]*
[8,65-11,42]
Цвет на
карте
*В данном случае критические показатели загрязненности (КПЗ) выявлены не были,
поэтому не учитываются
Глядя на карту, можно увидеть, что большая часть территории бассейна реки Амур
характеризуется 3 и 5 классом качества воды, причем последний отмечен для территории
Китая. Столь большие различия объясняются неодинаковой производимой Россией и Китаем
хозяйственной нагрузкой на экосистему Амура.
Нельзя не сказать о том, что качественное состояние воды на участках бассейна реки
Амур зависит от концентраций загрязнителей, определяющих характеристику и уровень
загрязненности воды.
Молодежный научно-технический вестник ФС77-51038
Так, для участков, имеющих 2 класс качества воды, наибольшую долю в общую
оценку степени загрязненности воды вносят нефтепродукты, которые отнесены к
критическим показателям загрязненности воды.
Для участков с загрязненной водой (3 класс, разряд «а») наибольшую долю в
общую оценку степени загрязненности воды вносят нефтепродукты, дибутилфталат и
ПХБ.
Для участков с очень загрязненной водой (3 класс, разряд «б») наибольшую долю в
общую оценку степени загрязненности воды вносит 2,4-Д (2,4 - Дихлорфеноксиуксусная
кислота).
Для участков с грязной водой (4 класс, разряд «а») наибольшую долю в общую
оценку степени загрязненности воды вносит трихлорфенол, отнесенный к критическим
показателям загрязненности воды.
Для участков с грязной водой (4 класс, разряд «б») наибольшую долю в общую
оценку степени загрязненности воды вносят ПХБ и трихлорфенол, отнесенные к
критическим показателям загрязненности воды.
Для участков с очень грязной водой (4 класс, разряд «в», «г») наибольшую долю в
общую оценку степени загрязненности воды вносят ПХБ, трихлорфенол, ДДТ, 2,4-Д, и
линдан, отнесенные к критическим показателям загрязненности воды.
Для участков с экстремально грязной водой (5 класс) такие вещества, как
нефтепродукты, ПХБ, дихлорфенол, трихлорфенол, ДДТ, ДДЕ, 2,4-Д, линдан и
дибутилфталат являются критическими показателями загрязненности воды и вносят
достаточно большую долю в общую оценку степени ее загрязненности.
В довершение всего вышесказанного хотелось бы отметить, что для снижения
риска загрязнения СОЗ бассейна реки Амур нужно провести углубленные исследования
качественного и количественного состава этих токсичных веществ. Кроме того,
существует необходимость в проведении исследований механизмов биоаккумуляции в
различных органах и тканях гидробионтов (особенно с длительным жизненным циклом),
поскольку это позволит провести оценку возможного влияния СОЗ на состояние и
воспроизводство биоресурсов.
Список литературы
1.
Стокгольмская конвенция о СОЗ.
2.
ГОСТ 30813-2002 «Вода и водоподготовка. Термины и определения».
http://sntbul.bmstu.ru/doc/636543.html
3.
РД 52.24.643-2002 «Руководящий документ. Методические указания. Метод
комплексной
оценки
степени
загрязненности
поверхностных
вод
по
гидрохимическим показателям».
4.
.Отчет о результатах российско - китайского мониторинга в 2008. Хабаровск:
Амурское бассейновое водное управление, 2009.
5.
Отчет о результатах российско - китайского мониторинга в 2009. Хабаровск:
Амурское бассейновое водное управление, 2010.
6.
Отчет о результатах российско - китайского мониторинга в 2010. Хабаровск:
Амурское бассейновое водное управление, 2011.
7.
Отчет о результатах российско - китайского мониторинга в 2011. Хабаровск:
Амурское бассейновое водное управление, 2012.
8.
Бардюк В.В., Стойко Л.С. К вопросу комплексной оценки качества поверхностных
вод // Электронный научный журнал «Экономика и экологический менеджмент»
[Электрон. ресурс] – 2011. – № 2. – Режим доступа: http://economics.openmechanics.com/articles/378.pdf.
Молодежный научно-технический вестник ФС77-51038