Изучение форм соединений хрома и некоторых других тяжелых металлов в потоке воды р. Илек



В сумму состояний элементов тяжелых металлов, куда относится и хром, в природных поверхностных водах включены разные фазы и биосистемы, причем металл редко остается все время в одной фазе. При изменении физико-химических условий происходит миграция металла из одной фазы в другую, причем, как правило, изменяется форма его существования.

Для изучения распределения и миграции некоторых элементов тяжелых металлов (ТМ), в особенности хрома, как одного из основных элементов-загрязнителей многих объектов биосферы бассейна реки Илек вблизи г. Актобе, нами были проведены исследования по изучению содержания этих элементов в растворенной и нерастворенной взвешенной формах в воде реки Илек. Пробы воды были взяты за 40 км вверх по течению, которые приняты были за фоновые условия, и 12 км вниз по течению, после поступлений техногенных потоков из городских накопительных прудов и территории завода «АЗХС», которые явились зоной смешения техногенного водотока с речным.

Отбор пробы воды и химический анализ металлов-загрязнитей в них проводили по известным методикам [1, 2,3].

Как известно, в фоновых условиях химические элементы мигрируют в виде двух основных потоков – растворенных и взвешенных формах [4].

Данные полученных результатов анализов в фоновых условиях приведены в таблице 1.

Таблица 1

Форма нахождения химических элементов в воде фонового водотока

Элемент	Форма нахождения	Среднее содержание, мкг/л	Коэффициент вариации, %	Содержание В+Р, мкг/л	Доля взвеш-х форм, %
Хром	В Р	9,80 3,00	115 0	12,8	76,6
Никель	В Р	4,13 2,60	76 73	6,73	61,4
Медь	В Р	4,69 7,62	84 30	12,31	38,1
Цинк	В Р	14,59 28,56	42 40	43,15	33,8
Кадмий	В Р	0,404 0,240	78 25	0,644	63,7

Примечание. «В» и «Р» – соответственно взвешенные и растворенные формы, приведены средние данные за 10-дневный период опробования в межень.

В динамическом ряду наблюдения растворенные формы отличаются в целом слабо выраженным и незакономерно варьирующим распределением. Для взвешенных частиц выявлена высокая степень неоднородности распределения. Отмеченные особенности хорошо прослеживаются на графиках фактического распределения элементов в динамическом ряду наблюдения (рис. 1) и находят отражение в значениях коэффициентов вариации многих из них.

Корреляционный анализ не выявил каких-либо динамических связей между двумя основными миграционными потоками. Это свидетельствует о том, что закономерности поведения взвешенной и растворенной форм внутри водной массы достаточно различны. В частности, распределение растворенных форм химических элементов в фоновых условиях определяется сложным взаимодействием различных физико-химических, биогеохимических и гидродинамических факторов, по разному сказывающихся на их поступление и миграции в водной толще.

Cu

Cr

Рис.1.Динамика распределения взвешенных (синяя линия) и растворенных (красная линия) форм в воде фонового водотока

На основании полученных исследований можно предположить, что растворенные формы химических элементов отличаются незакономерным характером поведения в фоновых условиях. Во взвешенной форме же химические элементы в фоновых условиях мигрируют более согласным потоком.

Для полноты характеристики речной взвеси, которая представлена в виде тонкодисперсного материала, нами были сопоставлены результаты содержания ней химических элементов, в том числе и хрома, с содержанием этих же элементов в фоновых условиях в донных отложениях и почвах, анализы которых были проведены известными методами [2,3,4]. Полученные результаты приведены в таблице 2.

Таблица 2

Сравнительная характеристика содержаний химических элементов во взвеси, донных отложениях и почвы в фоновых условиях реки Илек, мг/кг

Элемент	Взвеси		Донные отложения	Почвы
	Среднее	Коэффициент вариации, %
Хром	409	90	51	45
Никель	283	151	18	20
Медь	195	89	30	26
Цинк	170	49	123	52
Кадмий	28	152	0,3	0,3

Из таблицы видно, что взвесь более обогащена химическими элементами, нежели почвы и донные отложения. Подобная закономерность отмечается многими авторами для ряда рек в России и Казахстане [5,6]. Особенно это отмечается для средних и малых рек.

В условиях загрязнения поведение химических элементов определяется сложным взаимодействием техногенных и природных факторов. Поэтому были отобраны пробы речной воды после участка сброса очищенных коммунальных вод с накопительной станции и территории завода «АЗХС» и проведены их анализ на нахождение приведенных элементов в растворенной и в нерастворенной взвешенной формах. Полученные результаты анализов приведены в таблице 3.

Таблица 3

Форма нахождения химических элементов в пределах зоны

техногенного смешения водного потока реки Илек, мг/кг

Элемент	Форма нахождения	Среднее содержание, мкг/л	Коэффициент вариации, %	Кс	Содержание В+Р, мкг/л	Кс	Доля взвеш-х форм, %
Хром	В Р	29,50 10,6	60 87	3,02 3,53	40,1	3,1	73,57
Никель	В Р	26,1 48,0	86 49	6,32 19,5	74,1	11	35,22
Медь	В Р	73,7 34,3	67 86	15,71 4,5	108	8,8	68,24
Цинк	В Р	69,8 48,2	62 34	4,78 1,69	118	2,8	59,15
Кадмий	В Р	3,22 6,14	68 238	7,97 25,6	9,36	14,5	34,40

Примечание. «В» и «Р» – соответственно взвешенные и растворенные формы, приведены средние данные за 10-дневный период опробования в межень; К_с – коэффициент концентрации относительно фонового содержания.

В пределах зоны смешения, характеризующего поставку химических элементов источниками загрязнения, техногенные аномалии в водах формируются в результате поступления двух потоков – потока взвешенных и потока растворенных форм. Для всех элементов, как видно из таблицы, содержание взвешенных форм имеет преобладающее значение, особенно для хрома, меди и цинка, что подтверждают литературные данные [5,6].

Процессы разбавления и гидравлического осаждения грубой взвеси приводят к определенному изменению в соотношении различных форм миграции химических элементов, в том числе и хрома. Это выражается, прежде всего, в увеличении относительной доли растворенных форм. Характерно более стабильное соотношение двух основных форм в течении всего периода исследования, что также указывает на установление определенного динамического равновесия водной массе.

Особенности фактического распределения рассмотрены на графике распределения этих элементов в динамическом ряду наблюдения (рис.2).

Для всех изучаемых элементов корреляционный анализ не показал временной связи их распределения во взвешенной и растворенной формах. Поэтому можно четко констатировать тот факт, что техногенная поставка загрязняющих веществ осуществляется двумя потоками – с взвесью и в растворе. Вместе с тем устанавливаются различия между растворенными и взвешенными формами.

Рис.2. Динамика распределения взвешенных (пунктир) и растворенных (сплошная линия) форм в воде реки Илек после смешения с техногенными потоками.

Таким образом, на основе проведенных исследований и полученных данных можно сделать выводы, что поступление химических элементов в водотоки от техногенных источников загрязнения превышает природное, резко отличается от него динамическими параметрами, формами нахождения и характером ассоциаций, создаваемых, прежде всего накоплением элементов с малым кларком и повышенной токсичностью [5,6,7]. Кроме этого можно отметить, что распределение химических элементов в водной массе реки Илек, в том числе и хрома, определяется скоростями осаждения взвеси, сорбции из раствора и процессами вторичного поступления их из донных отложений.

Литература:

1. Новиков Ю.В., Ласточкина К.О., Болдина З.Н. В кн.: Методы определения вредных веществ в воде водоемов. М.: Медицина. – 1981. – 87 с.
2. Методические указания по колориметрическому определению подвижных форм микроэлементов в почвах. – М.: Колос. – 1987. – 56 с.

3. Гончарук Е.И., Сидоренко Г.И. Гигиеническое нормирование химических веществ в почве. – М.: Медицина. – 1986. – 320 с.

4. Венецианов Е.В., Лепихин А.П. Физико-химические основы моделирования миграции и трансформации тяжелых металлов в природных водах. – Екатеринбург.: РосНИИВХ. 2002. – 236 с.Микроэлементы в биосфере Казахстана. – Алма-Ата.: Наука. – 1981.– 161 с.

5. Садыков А.Р., Мухашева М.Ж., Кумискалиева Г.А., Сарсенов А.М., Мангибаева М.С. Содержание ионов хрома у некоторых представителей ихтиофауны р.Илек в районе техногенной биогеохимической провинции в северной части г.Актобе. Материалы международной научно-практической конференции «Жаратылыстаңудың өзекті проблемалары: оларды шешудің жолдары мен перспективалары». Актобе. 2009. с.97-102..
6. Канбетов А.Ш., Зайцев В.Ф., Крючков В.Н. Содержание тяжелых металлов в двухстворчатых моллюсках дельты р.Урал.//Вестник Атырауского института нефти и газа//, №5,2004. – с.230-232.

7. КаломийцевН.В., Ильина Т.А., Зимина-Шалдыбина Л.Б. Загрязнение донных отложений как характеристика техногенной нагрузки на водные экосистемы. // Современные проблемы мелиораций и их пути решения. М.: ВНИИГ и М, 1999. т.2. с. 103-119.