В статье представлены исследования содержания ионов марганца в воде и донных отложениях реки Раскурихи, расположенной в черте города Снежинск (Челябинской области) и впадающее в озеро Синара — источник питьевого водоснабжения города Снежинск. Показана прямая зависимость содержания ионов марганца в воде от содержания марганца в донных отложениях.
Ключевые слова: марганец, содержание ионов марганца воде, донные отложения, река Раскуриха.
Марганец относится к важным микроэлементам, который необходим для правильного развития клеток биологических тканей, для роста костей, для образования гормонов щитовидной железы и для правильного функционирования центральной нервной системы и половых желёз, что влияет на репродуктивную функцию человека. С другой стороны, избыточные концентрации марганца оказывают отравляющее действие на организм человека. Марганец свободно проникает через гистогематический барьер между кровеносной системой и центральной нервной системой и оказывает пагубное влияние на ее деятельность.
Одним из способов поступления марганца в организм человека является вода, которая употребляется в пищу.
Существуют несколько путей поступления марганца в водоемы: разложение водных животных и растительных организмов особенно сине-зелёных и диатомовых водорослей, которые накапливают марганец в процессе жизнедеятельности, выщелачивание железомарганцевых руд и других минералов, содержащих марганец (пиролюзит, псиломелан, браунит, манганит, черная охра), а также антропогенный фактор (предприятия черной и цветной металлургии, металлообработки и машиностроения) [1,2].
Исследование влияния концентрации марганца в донных отложениях на концентрацию марганца в воде является важной задачей в исследовании путей поступления марганца в водоемы.
В качестве объекта исследования была выбрана река Раскуриха (Челябинская область), которая располагается вдали от промышленных предприятий. Река впадает в озера Синара, которое является источником питьевого водоснабжения города Снежинск.
Река Раскуриха находится на территории города Снежинска. Она относится к категории малых рек, которая берёт начало из Мохового болота и впадает в озеро Синара. Её протяжённость составляет около 2 км. Вдоль по течению, река пересекается тремя просеками и грунтовой дорогой. Рядом с грунтовой дорогой есть подземный ключ, питающий реку. Он оборудован деревянным срубом и колодцем, откуда население города Снежинск берёт воду для питьевых нужд. В верхнем течении река протекает через смешанный лес. В нижнем течении река расположены индивидуальные садовые участки. Под грунтовой дорогой и просеками находятся железные трубы для стока реки.
Русло реки в верхнем течении может пересыхать во многих местах, в зависимости от сезона и водности года. Небольшое течение наблюдается в районе болота, а затем после ключа становится многоводной и течёт через садовые участки. В своём завершении река впадает в озеро Синара.
Русло реки узкое, извилистое, непрямолинейное. Река на всём её протяжении сильно петляет в процессе развитого меандрирования.
Методы исследования
Исследование воды на содержание металлов проводили по ГОСТ Р 57165–2016 с использованием оптико-эмиссионного спектрометра с индуктивно-связанной плазмой [3]. Калибровку прибора проводится с применением калибровочных растворов, которые готовятся путем разбавления Государственного стандартного образца ионов марганца (ГСО 7875–2000) водой I типа чистоты по ASTM D1193–06(2011). Отбор проб воды осуществлялся согласно требованиям ГОСТ 31861–2012 в пластиковую посуду. Консервацию проб для определения растворенных ионов металлов проводится с использованием азотной кислоты квалификации осч марка 18–4 (ГОСТ 11125–84) согласно требованиям п. 5.2 ГОСТ Р 57165–2016 [3].
Озоление проб донных отложений проводили согласно ПНД Ф 16,2,2:2.3:3,29–02 [4].
Исследование золы донных отложений на содержание химических элементов проводили с помощью рентгеновского спектрального микроанализа.
Отбор проб донных отложений осуществлялся на основании требований ГОСТ 17.1.5.01–80 [5]
Места отбора проб
На протяжении реки было выбрано 6 участков для отбора проб. Участок 1 находился возле первой просеки, участок 2 — рядом со второй просекой, участок 3 — в лесу между второй и третьей просеками, участок 4 — рядом с третьей просекой, участок 5 — возле ключа и участок 6 — на устье реки. На рисунке 1 представлена карта местности с обозначенными на ней участками.
Рис. 1. Нумерация и расположение точек исследования реки Раскурихи
Результаты и обсуждения
Результаты анализа зольности проб донных отложений представлены в таблице 1.
Таблица 1
Зольность донных отложений реки Раскурихи
|
№ пробы |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
Зольность, % |
88,2 |
88,6 |
90,6 |
90,5 |
96,3 |
99,0 |
Результаты анализа проб воды и золы донных отложений на содержание ионов марганца представлены в таблице 2
Таблица 2
Содержание марганца в пробах воды и в золе донных отложений реки Раскурихи
|
№ пробы |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
Концентрация Mn 2+ в воде, мг/л |
1,105 |
0,835 |
0,654 |
0,469 |
0,108 |
0,041 |
|
Концентрация Mn 2+ в золе, масс. % |
14,3 |
4,4 |
3,4 |
0,9 |
0,8 |
Не обнаружено* |
Примечание: жирным шрифтом выделены результаты, превышающие значения ПДК (ПДК марганца в воде составляет 100 мг/л, согласно СанПиН 1.2.3685–21)
* — не обнаружено при пределе обнаружения 0,1 масс. %
Анализ данных, представленных в таблице 1, говорит о постепенном увеличении зольности, что свидетельствует об уменьшение количества ила в донных отложениях. Таким образом, можно сделать вывод о том, что у истока дно русла илистое, далее илисто-песчаное, в устье преобладает песчаное дно.
Результаты химического анализа показывают прямую зависимость содержания ионов марганца в воде от содержания марганца в золе донных отложений. Аномально высокое содержания марганца в пробе золы донных отложений отобранной на участке 1 можно объяснить антропогенным фактором — наличием на прилегающей территории стальных арматур от опор действующей линии электропередач. Косвенно, это подтверждается большим содержанием железа (26,6 %) в золе донных отложений, отобранных с этого же участка. Постепенное снижение содержания марганца в золе донных отложений приводит к постепенному снижению концентрации марганца в воде. После разбавления реки Раскурихи ключевой водой (участок 5) значение содержания ионов марганца снижается примерно в 4 раза, но все еще находится выше верхней границы значения ПДК. У устья (участок 6) содержание марганца снижается более чем в 2 раза и уже не превышает значений ПДК. В золе донных отложениях на участке 6 соединений марганца не обнаружено.
Выводы
Проведен анализ воды и донных отложений реки Раскурихи на содержание ионов марганца, отобранной на всем протяжении реки. Установлено, что содержание ионов марганца в пробах воды находится в прямой зависимости от концентрации марганца в донных отложениях. Вода, отобранная возле устья реки соответствует требованием СанПиН 1.2.3685–21 по содержанию ионов марганца.
Литература:
- Галимова А. Р., Тунакова Ю. А. Поступление, содержание и воздействие высоких концентраций металлов в питьевой воде на организм // Вестник Казанского технологического университета. 2013. № 20.
- Огрызкова О. С., Эйрих А. Н., Серых Т. Г., Дрюпина Е. Ю., Усков Т. Н., Папина Т. С. Сезонные изменения содержания марганца в воде Новосибирского водохранилища // Известия АлтГУ. 2014. № 3.
- Национальный стандарт РФ ГОСТ Р 57165–2016 (ИСО 11885:2007) Вода. Определение содержания элементов методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой. М.:ООО «Протекор» и др., 2018. 36 с
- ПНД Ф 16,2,2:2.3:3,29–02 Методика выполнения измерений массовой доли золы в твердых и жидких отходах производства и потребления, осадках, шламах, активном иле, донных отложениях гравиметрическим методом М.:ФГУ «ФЦАО», 2002. 13 с.
- ГОСТ 17.1.5.01–80 Охрана природы. Гидросфера. Общие требования к отбору проб донных отложений водных объектов для анализа на загрязненность М.:ИПК издательство стандартов, 1980. 7 с.
