Разработка метода оценки загрязненности рек тяжелыми металлами для системы экологического мониторинга

Эйрих, Алла Николаевна

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Разработка метода оценки загрязненности рек тяжелыми металлами для системы экологического мониторинга
ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Разработка метода оценки загрязненности рек тяжелыми металлами для системы экологического мониторинга"

На правах рукописи

Эйрих Алла Николаевна

Разработка метода оценки загрязненности рек тяжелыми металлами для системы экологического мониторинга

Специальность 25.00.36 - " Геоэкология"

Автореферат диссертации на соискание > ченой степени кандидата техническич на> к

Ь.фнаул - 21)03

Работа выполнена в Институте водных и экологических проблем Сибирского отделения РАН

Научный руководитель. кандидат химических наук

Папина Татьяна Савельевна

Официальные оппоненты: кандидат технических наук,

доктор биологических наук, профессор

Горяев Владимир Егорович

кандидат технических наук, доцент

Бельдсева Любовь Николаевна

Ведущая организация Институт неорганической

химии СО РАН г. Новосибирск

Защита состоится « 18_»__июля 2003 г. в «14'"; » часов на заседании

диссертационного совета Д 003.008.01. в Институте водных и экологических проблем Сибирского отделения РАН по адресу 656038. г Барнаул. у л Молодежная. 1

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института водных и экологических проблем Сибирского отделения РАН Автореферат разослан «_!_!_»_ _икжц__ 2003 г

Ученый секретарь диссертационного совс кандидат географических наук. шцент

И Н Роганова

- А 114(1

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Для оценки допустимого антропогенного воздействия в речных экосистемах необходимо знать концентрации и формы нахождения токсичных элементов не только в водной толще, но и содержание загрязняющих веществ в донных отложениях рек. Тяжелые металлы (ТМ) оказывают наибольшее влияние на качество природных вод, относятся к консервативным загрязняющим веществам, которые не разлагаются в природных водах, а только изменяют формы своего существования. При поступлении тяжелых металлов в реку в зависимости от гидрологических и гидрохимических условий происходит их распределение в системе: вода - взвешенное вещество (ВВ) - донные отложения (ДО). Донные отложения выступают конечным звеном, своеобразным депо, содержат информацию о загрязненности и особенностях водосборного бассейна. В настоящее время при экологическом мониторинге водной среды для оценки уровня загрязненности используются следующие нормативы: предельно допустимая концентрация веществ в воде водоема хозяйственно -питьевого и культурно - бытового водопользования (ПДКВ) и предельно допустимая концентрация веществ в воде водоема, используемого для рыбохозяйственных целей (ПДКвр), которые позволяют оценить текущее состояние водных экосистем. Однако отсутствуют нормативы для донных отложений, которые являются объективными источниками информации о степени загрязненности водной системы в целом.

Цель и задачи исследований. Целью данной работы является исследование особенностей распределения и накопления тяжелых металлов компонентами речных экосистем; разработка метода оценки уровня загрязненности речных экосистем для усовершенствования системы государственного экологического мониторинга.

Для этого были поставлены следующие задачи:

• определить уровень содержания тяжелых металлов и их пространственное распределение в водах р. Обь;

• выявить приоритетные гидрохимические факторы, влияющие на обменные процессы в системе: вода - донные отложения;

• разработать метод оценки уровня загрязненности речных экосистем по донным отложениям;

• оценить наиболее загрязненные участки реки Обь, используя разработанный метод;

• обосновать внедрение разработанного метода в практику работы государственных служб, осуществляющих экологический мониторинг рек.

Научная новизна работы состоит в том, что:

• проведено сравнение "качественной " и "количественной" характеристик содержания тяжелых металлов во взвешенном веществе, позволяющее выявить их источники поступления в

речную экосистему;

• определено влияние приоритетных гидрохимических факторов на распределение тяжелых металлов в абиотических составляющих -воде, взвешенном веществе и донных отложениях реки Обь;

• выявлено приоритетное влияние железа (гидроксидные формы которого являются хорошими природными сорбентами) на уровень содержания тяжелых металлов в донных отложениях при аэробных условиях;

Практическая значимость работы заключается в том, что разработан экономичный универсальный метод оценки уровня загрязненности речных экосистем ТМ, который использовался при оценке водохозяйственной, гидрохимической и экологической сшуации в бассейне Средней и Нижней Оби в связи с созданием Крапивинского гидроузла на р. Томь. Данный метод позволил адекватно сравнить уровень загрязненности металлами различных рек, и предложен к использованию в структуре сети гидрохимического мониторинга.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на рабочих совещаниях по экспертизе проекта в связи с созданием Крапивинского гидроузла на р. Томь; на 3 Всероссийской конференции "Анализ объектов окружающей среды" (Краснодар, 1998); на 25 ежегодной международной конференции "Heavy Metals in the Environment", (США, университет Мичиган,2000).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 4 печатные

работы.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов, списка литературы и приложения. Диссертация изложена на 120 страницах машинописного текста, содержит 25 рисунков, 29 таблиц, список литературы включает 133 наименования. На защиту выносятся:

• уровни содержания и пространственное распределение тяжелых металлов в различных компонентах водной экосистемы р. Обь;

• механизм накопления тяжелых металлов и органических веществ в донных отложениях р. Обь;

• взаимосвязь содержания железа и других тяжелых металлов в донных отложениях при аэробных условиях:

• метод нормирования для оценки уровня загрязненности речных экосистем тяжелыми металлами.

2. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цели и задачи исследования, показана научная новизна и значимость полученных результатов.

Глава 1. Тяжелые металлы в различных компонентах водной среды

Глава содержит анализ литературных данных по распределению и формам .нахождения тяжелых металлов в природных водах и донных отложениях. Приведены типы источников поступления тяжелых металлов в водные экосистемы. Рассмотрено влияние окислительно-восстановительных условий в донных отложениях на формы нахождения тяжелых металлов, влияние рН условий на протекание обменных процессов. Охарактеризованы современные методы оценки уровня загрязненности тяжелыми металлами водных объектов.

В главе дана характеристика и местоположение изучаемого водного объекта. Карта-схема исследуемого бассейна р. Обь представлена на рис. 1. В данной главе подробно описаны отбор и подготовка проб для определения тяжелых металлов, методы анализа проб воды, взвешенного вещества, донных отложений.

Глава 2. Методология исследований

1 - р. Обь, п. Красный Яр

2 - р. Обь, выше устья Томи

3 - р. Томь, устье

4 - р. Обь, ниже устья Томи

5 - р. Обь, выше устья р. Чулым б-р. Чулым,устье

7 - р. Обь, ниже устья р. Чулым

8 - р. Обь, выше г. Нижневартовска

9 - р. Обь, ниже г. Нижневартовска

10 - р. Обь, выше устья р. Иртыш

11 - р. Иртыш, устье

12 - р. Обь, ниже устья р. Иртыш

13 - р. Обь, п. Карым-Кары

Точки отбора:

Рис. 1. Карта-схема бассейна р. Обь 5

Глава 3. Пространственное распределение тяжелых металлов по абиотическим компонентам водных экосистем Средней и Нижней Оби

В данной главе представлены результаты исследования распределения ТМ в абиотических компонентах водной экосистемы Средней и Нижней Оби.

Скрининговые исследования содержания тяжелых металлов в водном потоке позволяют оценить уровни загрязнености реки на различных ее участках, проследить пространственное распределение и выявить источники поступления ТМ в русловую сеть.

Для оценки уровня загрязненности природных вод применяют различные варианты сравнения определяемых концентраций растворенных форм (РФ) ТМ с законодательно регламентированными предельно допустимыми (ПДК) или фоновыми концентрациями.

Результаты анализа водных проб свидетельствуют (табл. 1), что наибольшее загрязнение вод в период летне-осенней межени по целому ряду показателей (содержание Сс1, Си, Мп, РЪ, Хп) наблюдалось в створах 3 -устье р. Томь (по содержанию Ре, Мп), 11 - устье р. Иртыш (по содержанию Си, Ре, Мп, Ъх£), 12 - ниже устья р. Иртыш (по содержанию РЪ, Сй, Си), а также в замыкающем створе 13 - п. Карым-Кары (по содержанию Ре). Среди определяемых металлов превышение ПДКВ наблюдалось только для железа в створе 13 и свинца в створе 12. Превышение ПДКвр отмечалось для меди повсеместно, для цинка - в створах 1, 4, 7, 8, 11, 12, 13, а для марганца - в створах 4, 11. Содержание же таких токсичных металлов, как СМ и Со в водах Средней и Нижней Оби находится на фоновом уровне.

В табл. 1 и на рис. 2 (на примере Бе и Со) представлены результаты определения содержания тяжелых металлов во взвешенном веществе изучаемого участка р. Обь.

На первый взгляд полученные данные указывают на то, что удельная концентрация таких техногенных загрязнителей, как Си, РЬ увеличивается во ВВ ниже крупных промышленных городов: Новосибирска (створ 1), Томска (створ 3), Нижневартовска (створ 9). Однако, при сопоставлении этой концентрации с мутностью воды (рис. 2) для всех изучаемых металлов, кроме Со и С<1 наблюдается четкая обратно пропорциональная зависимость: с уменьшением мутности увеличивается удельное содержание металла во ВВ. Этот факт можно объяснить тем, что обычно при уменьшении мутности воды в реке в составе ее ВВ увеличивается доля мелких фракций, имеющих большую относительно крупных фракций удельную площадь поверхности. Именно в створах ниже крупных промышленных городов (1, 3, 9) мутность была минимальной, поэтому по значению удельной концентрации тяжелых металлов во ВВ нельзя однозначно судить о существующей на изучаемый момент времени экологической нагрузке.

Таблица 1

Средние (по створу) концентрации растворенных (РФ) и взвешенных (ВФ) форм тяжелых металлов в р. Обь_'

ШШр створа Eh, mV ВВ,-т/п- а Со Cu Fe Мп РЬ Zn

РФ ВФ РФ ВФ РФ ВФ РФ ВФ РФ ВФ РФ ВФ РФ ВФ

маУл маУг мкг/л мкг/л исг/г мюУл жг/л ммУг маУл маУл М1УГ маУл маУл мг/г маУл мсгУл пкг/г мстУл маУл маУг МК1УЛ

1 +380 0,0104 <01 9,2 0,09 0,4 12 0,12 18 3200 33 25 49 510 6,5 5,8 60 2.9 •780 XI 70 «00

2 +440 0,0202 <01 14,3 0,28 <0,1 14 0,28 45 1300 26 15 29 600 4,5 3,2 65 18 290 5.9 < 10 1X00 10

3 +450 0,0148 <01 5,2 0,08 <0,1 93 0,14 2,4 1100 16 250 33 470 11 3,6 53 1,2 330 4.9 <10 2200 43

4 +440 0,0304 <0.1 3,1 0,09 0,5 15 0,46 10 520 16 35 22 680 9,5 2,2 67 2,8 130 3,9 35 1300 40

5 +410 0,0430 <01 21 0,90 0,2 13 0,78 3,5 490 21 И 19 800 3,8 2,4 100 1,5 17 0,73 <10 660 28

б +420 0,0391 <01 14,5 0,57 0,3 19 0,74 1,8 340 13 8 21 810 7,5 4,5 180 2,0 53 0,21 <10 620 24

7 +505 0,0438 03 18,6 0,81 <0,1 20 0,88 1,« 210 9 17 19 840 2,5 4,2 180 1,5 12 0,52 25 900 39

S +480 0,0298 од 24 0,72 <0,1 11 033 2,6 320 9 130 24 710 4,5 2,1 63 1.5 19 0,57 65 560 17

9 +430 0,0158 0,1 15 0,24 0,2 6 0,09 33 670 10 120 37 580 4,5 2,0 32 1,8 75 1,2 <10 800 13

10 +500 0,0285 <од 2,4 0,07 0,5 7 0,20 2,6 840 24 110 26 750 9,5 2,0 74 1,8 90 2,о - 10 1200 34

11 +490 0,3467 0,5 1,2 0,42 0,9 27 9,4 /25 60 21 280 4 1500 30 0,4 130 2,4 1,0 0,35 140 100 35

12 +480 0,1743 0,9 0,9 0,15 0,5 12 2,1 15 180 31 150 7 1300 9,5 0,7 130 54 35 «,1 35 500 87

13 +530 0,1032 0,3 1,6 0,16 0,5 16 1,7 3,3 210 22 410 10 1000 73 1,3 130 5,5 2 2,1 45 300 31

ПДК., ■ - 5 ■ - 10 • - 1 - - 50 - - 10 - - 10 - - 10 - -

ПДК. * - 1 - - 100 • • 1000 - ■ 300 - - 100 • 30 - 1000

Фон (103) <0,4 - - <1,0 - - <5 • - loso - - 10100 - - <10 1-20 •

ПД10.р - предельно допустимые концентрации веществ в воде водоема используемого для рыбохоаяйстаенкых целей

ПДК. • предельно допустимые концентрации веществ в воде водоема хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования

Рис. 2. Пространственное распределение удельных концентраций ТМ во взвешенном веществе р. Обь

Содержание взвешенных форм тяжелых металлов отнесенное к литру воды дает количественную характеристику транспортируемых в составе ВВ металлов. Например, наибольшие содержания взвешенных форм кобальта в водах Оби приходятся на три створа максимальной мутности (1113), что согласуется с отмеченной выше (табл. 1) загрязненностью вод реки (рис. 3).

точки отбора

Рис. 3. Соотношение РФ и ВФ кобальта (мкг/л) в створах р. Обь

Когда обе характеристики взвешенных форм металлов - и "количественная" (содержание ВФ в литре воды) и "качественная" (удельная концентрация металла в ВВ) - указывают на повышенное их содержание, можно с уверенностью констатировать существование на изучаемом участке реки источника поступления данного металла. В реке Обь данная ситуация была отмечена для Сё. Здесь обе характеристики имели максимальные значения в створах, расположенных в зоне влияния сельскокозяйственных районов (створы 5-8, табл. 1, рис. 4). Поэтому попадание кадмия в русловую сеть Оби можно объяснить поверхностным смывом с полей, так как известно, что минеральные фосфатные удобрения содержат в качестве примеси значительное количество этого металла.

При сопоставлении содержания ТМ в РФ и ВФ отмечено, что в основном ТМ сосредоточены во взвешенном веществе, исключение составляют точки отбора: 11, 12, 13 для кадмия; 1, 4, 9, 10 для кобальта; 11 для меди и цинка. Основная часть железа, марганца, цинка, меди переносится во взвешенной форме. Свинец мигрирует преимущественно в растворенной форме.

Рис. 4. Соотношение ВФ кадмия в мкг/л и мкг/г в створах р. Обь

На примере 1, 3, 5 створов представлены данные о содержании тяжелых металлов в двух фракциях (1-0,25 мм и < 0,25 мм) донных отложений (табл. 2), отобранных по трем вертикалям исследуемого участка реки (в диссертации указаны содержания ТМ во всех точках отбора). Содержание всех изучаемых металлов в донных отложениях бассейна Оби находится на фоновом для незагрязненных водоемов уровне, исключение составляют лишь отдельные точки отбора, где содержание Со, Мп, немного превышало уровень фона. Характерно, что в некоторых створах содержание тяжелых металлов в донных отложениях одной из трех вертикалей может существенно (более чем на порядок) отличаться от их содержания в двух других. Такая ситуация наблюдалась в створах 3 (вертикаль у левого берега), 5 (вертикаль у правого берега), 9 (вертикаль у левого берега), 10 (вертикаль у левого берега), 11 (вертикаль у левого берега) и 12 (последовательное увеличение от левого берега к правому). Во всех перечисленных аномальных вертикалях в донных отложениях были отмечены относительно высокие содержания Сорг (> 30000 мг/кг) и отрицательные значения ЕЬ' (восстановительные условия). Таким образом, в донных отложениях одного и того же створа реки (поперечное сечение, условие полного перемешивания) в зависимости от гидрологических особенностей могут формироваться донные отложения различного состава, с различным содержанием тяжелых металлов, что вызывает неоднозначность и трудность в сопоставлении уровня загрязненности ДО различных участков реки между собой.

* -0.4 |

■ > г

1 2 3 4 5 6 7 8 8 10 11 12 13 точки отбора

ГЛАВА 4. ОЦЕНКА УРОВНЯ ЗАГРЯЗНЕННОСТИ ТЯЖЕЛЫМИ

МЕТАЛЛАМИ РЕЧНЫХ ЭКОСИСТЕМ ПО ДОННЫМ ОТЛОЖЕНИЯМ

Из многочисленных опубликованных данных следует, что минералогический состав и гранулометрические характеристики донных отложений контролируют содержание в них тяжелых металлов. Поэтому, при оценке уровня загрязненности речных осадков необходимо учитывать этот факт и вводить на него соответствующие поправки. Широко используемым на практике приемом нивелирования различий в условиях формирования донных отложений является нормирование. Известно, что при этом используют различные варианты нормирования: по содержанию мелких фракций (< 20 мкм) в составе донных отложений (Groot, 1982); по содержанию карбонатов, Сорг и А1203 (Horowitz, 1985). При нормировании предполагается, что существует линейная связь между элементами, т. е. концентрация индикаторного элемента изменяется в зависимости от минералогического состава и гранулометрических характеристик донных отложений, и при этом пропорционально изменяется концентрация нормируемого элемента.

Полученные нами данные (табл. 2) свидетельствуют, что содержание металлов в мелкой фракции донных отложений, как правило, было выше, чем в крупной. Исключение составляли точки отбора 1.3, 6.2, 8.2, 9.1, 11.1, 13.1 и 13.2, где концентрации железа и практически всех других металлов в крупной фракции донных отложений (1-0,25 мм) статистически значимо превышали их содержание в мелкой (< 0,25 мм) фракции. Во всех точках отбора наблюдалась четкая корреляционная зависимость между содержанием Fe и остальными ТМ (к = 0,85 - 0,92), в то время как концентрация Сорг в мелкой фракции ДО была выше, чем в крупной.

В водах многие металлы активно соединяются с аморфным гвдроксидом железа, рыхлая структура которого позволяет сорбировать металлы, как на его поверхности, так и внутри объема. Fe - четвертый по распространенности элемент в земной коре, содержание его около 4,65 % (по массе), гидроксид железа способен покрывать тонким слоем поверхность других частиц, что значительно увеличивает вклад гидроксида железа в общую удельную рабочею сорбционную площадь твердого осадка. На основании этого нами было предложено использовать концентрацию железа в качестве нормирующего фактора при сравнении содержания тяжелых металлов в донных отложениях рек.

Нормирование по железу нивелирует разницу между содержанием ТМ в различных фракциях донных отложений в пределах одного створа, но только при аэробных (окислительных) условиях (Eh > + 200 мВ относительно водородного электрода сравнения) (рис. 5).

Таблица 2

Содержание тяжелых металлов в различных фракциях (1-0,25 мм и <0,25 мм) донных отложений р. Обь,, мг/кг (1997 г.)

Cd Со Си Fe Мп РЬ Zn С орг.

номер* 1-0,25 <0.25 1-0,25 <0.25 1-0,25 <0.25 1-0,25 <0.25 1-0,25 <0.25 1-0,25 <0.25 1-0,25 <0.25 1-0,25 <0.25

р. Обь, п. Красный Яр

1.1 0,03 0,04 1,1 2,3 1,0 1,6 1600 2400 120 140 1,0 1,3 8,8 13 1300 2800

1.2 0,05 0,06 1,0 3,6 1,4 2,6 2500 3600 160 180 и 2,0 12 20 900 1900

1.3 0,03 0,02 1,2 1,0 1,1 1,3 2000 1500 85 57 1=3 0,9 8 5 1100 1400

р. Томь, устье

3.1 0,04 0,08 1,3 3,0 1,4 2,2 2200 3500 81 140 0,8 0,9 11 19 5400 6400

3.2 0,06 0,10 1,0 4,3 1,2 1,8 1800 3800 76 170 1,0 1,0 8 25 3400 7400

3.3 0,24 0,59 12 20 24 38 6200 8300 560 870 1,9 1,9 70 86 52000 57000

р. Обь, выше впадения р.Чулым

5.1 0,20 0,34 8,1 19 20 31 6700 12000 550 650 1,7 2,7 65 80 68000 73000

5.2 0,02 0,03 0,8 2,8 1,7 3,0 1200 2600 64 87 0,4 0,9 6,0 9,2 1100 2100

5.3 0,02 0,05 0,9 4,4 1,5 1,9 1400 2900 87 150 0,8 1,0 10 18 1500 3100

Фон 0,1-1 1-10 15-60 500-10000 100-500 15-50 5-50

(103)

Обозначения: * первая цифра - номер створа, вторая цифра • номер вертикали (1 • правый берег, 2 • середина, 3 - левый берег); приведены средние значения 3-5 параллельных определений, доверительный.интервал при Р=0,95 составлял, (% ): С<1-10-50, Со -7-30, Си - 5-40, Бе - 5-35, Мп- 2-25, РЬ -7-50, 7л-10-60

размер фракций

200 160 §20

3.2

1-0,251 <0 25 Мп

1-0,251 <0 25 Мп/Рех1000

размер фракций

2,5 -

а 21,5 -1 -0.5 -' 0 -

3.1

10,25

<0 25

Си

10,25

<0 25

Си^ех! ООО

размер фракций

5 1,в | 1.2 I 0,8

I 0,4

I О

3.2

1-0,25 | <0 25 Си

1-0,25 | <0 25 Си/рмЮОО

размер фракций

I 30

I 20

I 10

I 0

НА

10,25

Си

ИД

3.3

.о.

10,25

Си/РехЮОО

размер фракций

Рис. 5. Сравнение концентраций Мп, Си в донных отложениях с их нормированными по железу значениями (на примере створа 3), Кн - коэффициент нормирования содержания ТМ по железу

При этом в точках с анаэробными (восстановительными) условиями (ЕЬ < + 200 мВ относительно водородного электрода сравнения) существенно повышены по сравнению с другими контрольными точками створа, как концентрации ТМ, так и содержание Сорг (табл. 2), а нормирование по железу не дает желаемых результатов (табл. 3 рис. 6).

точки отбора

Рис 6. Нормированные значения Мп, Си в створе 3 р. Обь (3.1, 3.2 - аэробные, 3.3 - анаэробные условия)

Таблица 3

Нормированные по Ре величины содержания ТМ в донных отложениях и взвешенном веществе бассейна Оби, 1997 г.

Номер створа СсЩГехЮ3 Си/Же х 103 РЬ/Рех 103 Со/Те х103 Мп/Ре х103 гп/Рех 103 С01>!, мг/кг БЬ, тУ

1-0,25 <0,25 1-0,25 <0,25 1-0,25 <0,25 1-0,25 <0,25 1-0,25 <0,25 1-0,25 <0,25 1-0,25 <0,25

р. Обь, п. Красный Яр

1.1 0,019 0,017 0,63 0?67 0,62 0,54 0,69 0,96 75 58 5,5 5,4 1300 2800 + 360

1.2 0,020 0,017 0,56 0,69 0,48 0,56 0,40 0,99 64 50 4,8 5,6 900 1900 + 360

1.3 0,015 0,013 0,55 0,87 0,65 0,60 0,60 0,67 43 38 4,0 3,5 1100 1400 + 340

ВВ 0,19 65 16 0.25 119 110 -

р. Томь, устье

3.1 0,018 0,021 0,64 0,63 0,36 0,26 0,59 0,86 37 40 5,0 5,4 5400 6400 + 400

3.2 0,033 0,026 0,67 0,57 0,56 0,26 0,56 1,10 42 45 4,4 6,1 3400 7400 + 420

3.3 0,059 0,071 3,9 4,5 0,31 0,23 1,9 2,4 90 105 11 10 52000 57000 + 40

ВВ 0,16 33 ю 0,28 110 67 -

р. Обь, выше впадения р.Чулым

5.1 0,031 0,028 3,0 2,7 0,25 0,23 1,2 1,5 82 75 9,7 7,7 68000 73000 + 170

5.2 0,016 0,012 1,4 1,2 0,33 0,35 0,67 1,1 53 33 5,0 4,5 1100 2100 + 390

5.3 0,014 0,017 1,1 0,8 0,57 0,34 0,64 1?2 62 52 7,1 6,2 1500 3100 + 360

ВВ 1,1 37 0,38 0,96 128 35 - -

отношение кларков 0,006 1,1 0,38 0,38 17 1,5 - -

При переходе от окислительных к восстановительным условиям в ДО р. Обь в среднем на порядок увеличивается содержание Сорт , и на первый взгляд прослеживается четкая прямая корреляционная зависимость между изменениями концентраций С^ и тяжелыми металлами. В литературе приводятся многочисленные свидетельства об аналогичных корреляционных зависимостях между содержанием ТМ и Сорг и делаются выводы о том, что увеличение содержания ТМ в донных отложениях связано с поступлением и захоронением в них организмов и органических веществ, аккумулирующих ТМ.

Известно, что при анаэробных условиях в ДО образуются сульфид-анионы. Механизм накопления ТМ в донных отложениях при анаэробных условиях можно представить следующей схемой:

Ре(ОН)3 с Ме сорб —► Ре2++Ме (ВВ, аэробные ДО) (поровая вода)

Ме^+З2"—► МегБп! (донные отложения)

Таким образом, в поверхностном слое ДО при анаэробных условиях (низкие значения ЕЬ) происходит восстановление гидроксида Ре (III) до растворимого гидроксида Ре (II), при этом сорбированные на поверхности рыхлой структуры Ре(ОН)3 тяжелые металлы высвобождаются в поровую воду. В поровой воде в присутствии Б2" (сульфид - ионы) образуются плохо растворимые в воде сульфиды металлов, которые вновь осаждаются в ДО.

Принимая во внимание описанный выше механизм поступления ТМ в донные отложения при анаэробных условиях и отмеченный нами факт, что наблюдаемое преобладание содержания Сорг в мелкой фракции ДО над его содержанием в крупной для ТМ не всегда выполняется, можно сделать вывод о том, что накопление ТМ и накопление органических веществ в ДО исследуемого участка р. Обь - это два параллельно протекающих процесса. Повышенные содержания ТМ при анаэробных условиях связаны с образованием и осаждением в ДО нерастворимых сульфидов металлов, а резкое уменьшение скорости деструкции (окисления) органического вещества в восстановительных условиях приводит к накоплению С0[Я в анаэробной зоне ДО.

В результате использования нормированных по железу удельных концентраций ТМ в донных отложениях была проведена сравнительная оценка уровня загрязненности ТМ р. Обь (рис. 7) и выявлены наиболее загрязненные участки: точки отбора - 3 {Хп, С(1), 5 6 (Мп, РЪ), 9 Мл, Си, Со, РЬ), 11 (РЬ), 12 (Мп, Со, Ъъ).

Рис. 7. Пространственная динамика нормированных значений тяжелых металлов в донных отложениях р. Обь

Для оценки уровня загрязненности р. Обь в районе г. Барнаула проводились наблюдения за содержанием загрязняющих веществ в весенний лериод 1998 г. Для сравнения отбирались пробы донных отложений у левого и правого берегов выше города (водозабор) и ниже города (п. Гоньба). Для оценки уровня загрязненности донных отложений использовалось нормирование по железу. Превышение фоновых уровней (Перельман, 1989) наблюдалось для Сс1, Со, Мп, Ъп как до, так и после г. Барнаула, для Си и РЬ - после города. Заметно отличаются содержания ТМ в р. Обь у левого и правого берегов. Как для левого, так и для правого берегов наблюдается увеличение загрязнености донных отложений ниже г. Барнаула (п. Гоньба) для всех металлов, кроме РЬ (левый берег) и Мл (правый берег).

Нормированные значения тяжелых металлов по железу в донных

отложениях р. Обь в районе г. Барнаула представлены на рис. 8.

Рис. 8. Нормированные значения ТМ в донных отложениях Верхней Оби (район г. Барнаула); 1.1- водозабор, левый берег; 1.2 - водозабор, правый берег; 2.1 - п. Гоньба, левый берег; 2.2 - п. Гоньба, правый берег

При сравнении нормированных по железу значений содержания ТМ в донных отложениях можно сделать вывод, что Средняя и Нижняя Обь испытывают большую экологическую нагрузку по сравнению с Верхней

Г){Л11Л о р.ЧНПНЙ Г ЕЯПКРЛ'ТТЯ (ртто ОЧ туг» РЯ Рл ЛДг» рк

I «тли.

Г ни Ч^и, Ч^и, ¿«АЛЛ, X с.

0.8

-§• 0.4

в Сред.и Нижняя Обь □ Верхняя Обь

Са/РехЮООО Си/Рех1000 РЬ/РехЮОО Со/РехЮОО мп/РехЮ

2п/РехЮ0

Рис. 9. Сравнение нормированных значений ТМ в донных отложений Верхней (в районе г. Барнаула) и Средней и Нижней Оби

При сравнении уровня загрязненности 1994 и 1997 годов отмечено, что для 1994 г., как и для 1997 г. различие между содержанием ТМ в ДО нивелируется нормированием по железу только при аэробных условиях. Пространственная динамика данных величин в 1994 г. аналогична наблюдаемой в 1997 г., т.е. максимальными значениями характеризуются точки 3 (р. Томь), 5 (р. Обь, выше устья р. Чулым), 6 (р. Чулым, устье), 9 (р. Обь, ниже г. Нижневартовска), 11 (р. Иртыш, устье), 12 (р. Обь, ниже устья « р. Иртыш).

Для подтверждения целесообразности использования нормированных по железу значений ТМ при сопоставлении уровня загрязненности различных речных систем сравнивались реки Обь, Дунай, Шельд. Средние содержания ТМ в донных отложениях рек Обь, Дунай и Шельд приведены в табл. 4.

Таблица 4

Средние содержания ТМ в донных отложениях различных водоемов мг/кг

Река Бе са Со Си Мп Ъп РЬ

Обь 2124 0,04 1,9 1,9 91,3 8,1 1,1

Дунай* 24700 1,1 17,3 30,9 710 120 35

Шельд 10400 4,8 - 35 312 230 47,9

Фон 500-10000 0,1-1 1-10 15-60 100-500 5-50 15-50

♦Рассчитано по данным (Осадчий, 1993)

На первый взгляд можно сделать вывод, что уровень загрязненности ТМ рек Дунай и Шельд существенно выше, чем р. Обь. Однако, необходимо отметить, что в ДО этих рек содержание железа также существенно выше, чем в ДО р. Обь. Это, в конечном итоге, является следствием существующих корреляционных связей (железо выступает в качестве "сорбционной ловушки" для других металлов), что сказывается на повышенном содержании ТМ в ДО рек Дунай и Шельд. При сравнении нормированных по железу величин (табл.5, рис. 10) можно заключить, что экологическая нагрузка по меди и цинку на реки Обь и Дунай близка, а р. Шельд испытывает максимальную нагрузку по этим двум металлам.

Таблица 5

Средние нормированные по Бе концентрации ТМ в донных отложениях

различных водоемов

Река СсШЬ хЮ3 Си/Ре хЮ3 РЬ/Ре х 103 Со/Ре хЮ3 Мп/Ре хЮ3 ЪпГРе хЮ3

Обь 0,02 0,88 0,50 0,88 43 3,8

Дунай 0,09 1,2 1,4 1,7 30 5,6 '

Шельд 0,3 4,6 2,1 - 30 33,0

отношение кларков 0,006 1,1 0,38 0,38 17 1,5

По кадмию нагрузка на р. Шельд выше, чем для р. Дунай и р. Обь, соответственно в 3 и 15 раз, при этом р. Обь испытывает в 1,5 раза большую экологическую нагрузку по марганцу относительно рек Шельд и Дунай.

Целесообразность сравнения нормированных концентраций ТМ при оценке уровня загрязненности ДО рек подтверждается тем фактом, что водосборный бассейн Средней Оби в геологическом плане является провинцией с повышенным содержанием марганца, а основными загрязнителями водосборной площади р. Шельд являются цинк, медь и кадмий.

Рис. 10. Сравнение нормированных значений ТМ донных отложений р. Обь, р. Дунай, р. Шельд

Таким образом, нормированные по железу удельные концентрации ТМ в донных отложениях могут быть использованы для адекватной сравнительной оценки уровня загрязненности ТМ как отдельных участков, так и бассейнов рек.

Использование полученных в работе результатов

При оценке уровня загрязненности реки используются среднегодовые концентрации содержания загрязняющих веществ в водном потоке. Для получения объективных среднегодовых значений требуется отбор и анализ большого количества проб, отобранных в разные гидрологические периоды года. Донные отложения - наиболее консервативный компонент речной экосистемы, отражающий поступление ТМ в водную толщу реки, поэтому ДО могут выступать объективным источником информации о степени загрязнения водной системы в целом.

В данной работе обоснован метод оценки уровня загрязненности речных экосистем ТМ по донным отложениям. Для этого используется способ нормирования содержания ТМ донных отложений речных экосистем.

Предложенный нами метод позволяет: • выявить источники поступления ТМ:

• оценить экологическую нагрузку ТМ, как на отдельные участки, так и на речную экосистему в целом;

• оценить экологическую нагрузку на речные экосистемы в отдаленных районах, где организация створов экологического мониторинга невозможна.

Также для выявления источников поступления ТМ в речную экосистему нами предлагается использовать метод сравнения количественной (мкг/л) и "качественной" (мкг/г) характеристик содержания ТМ во взвешенном веществе.

Разработанные методы по оценке загрязненности речных экосистем ТМ предлагается внедрить в систему государственного экологического и санитарно-гигиенического мониторинга рек. Использование метода государственными контролирующими службами позволит сократить их расходы на организацию створов постоянного наблюдения, существенно Сократить объем химико-аналитических работ при оценке существующего уровня нагрузки ТМ на речные экосистемы.

3. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ

1. Определены уровни содержания ТМ и их пространственное распределение в различных компонентах водной экосистемы р. Обь:

• содержание ТМ в воде, взвешенном веществе и донных отложениях в бассейне Средней и Нижней Оби в целом находится на фоновом уровне для незагрязненных водоемов;

• взвешенные формы ТМ преобладают над растворенными;

• ТМ в донных отложениях одного и того же створа реки распределены неравномерно;

• прослеживается существенная пространственная изменчивость концентраций ТМ в донных отложениях р. Обь.

2. Обоснован метод сравнения "количественной" (мкг/л) и "качественной" (мкг/г) характеристик содержания ТМ во взвешенном веществе, позволяющий выявить источники их поступления в речную экосистему.

3. Выявлены приоритетные гидрохимические факторы, влияющие

на содержание ТМ в донных отложениях:

• окислительно-восстановительные условия определяют содержание ТМ в донных отложениях р. Обь;

• в аэробных условиях решающее влияние на содержание ТМ оказывает железо, гидроксидные формы которого являются хорошими природными сорбентами;

• накопление ТМ и органических веществ в донных отложениях исследованного участка р. Обь - это два параллельно протекающих независимых процесса.

4. Установлено, что нормированные по железу удельные

концентрации ТМ в донных отложениях могут быть использованы для

адекватной сравнительной оценки уровня загрязненности ТМ, как во

временном, так и в пространственном аспектах:

• выявлены наиболее загрязненные участки Средней и Нижней Оби (р. Томь; р. Обь, выше устья р. Чулым; р. Чулым, устье; р. Обь, ниже г. Нижневартовска; р. Иртыш устье; р. Обь, ниже устья р. Иртыш), которые характеризуются особенно высоким содержанием ТМ;,

• Средняя и Нижняя Обь испытывают большую экологическую нагрузку по содержанию ТМ в сравнении с Верхней Обью (район г. Барнаула);

• пространственная динамика нормированных по Fe величин содержания ТМ 1994 и 1997 гг. аналогична;

• экологическая нагрузка на реки Обь и Дунай близка по меди и цинку, а р. Шельд испытывает максимальную нагрузку по этим двум металлам. По кадмию нагрузка на р. Шельд выше, чем для рек Дунай (в 3 раза) и Обь (в 15 раз), при этом р. Обь испытывает в 1,5 раза большую экологическую нагрузку по марганцу относительно рек Шельд и Дунай.

5. Внедрение метода нормирования в систему государственных экологических и санитарно-гигиенических служб, осуществляющих мониторинг водных объектов, позволит сократить их расходы на организацию створов постоянного наблюдения, объем химико-аналитических работ при оценке существующего уровня нагрузки ТМ на речные экосистемы.

Основные материалы диссертации изложены в работах:

1. Т.С. Папина, C.B. Темерев, А.Н. Эйрих. Проблемы пробоотбора и интерпретации результатов при оценке уровня загрязненности ДО реки ТМ //Тез. докл. 111 Всерос. конф. по анализу объектам окружающей среды 20-25 сект. 1998 г. - Краснодар, с.369.

2. Т.С. Папина, Е.И. Третьякова, А.Н. Эйрих. Факторы, влияющие на распределение тяжелых металлов по абиотическим компонентам водных экосистем Средней и Нижней Оби // Химия в интересах устойчивого развития, 1999, т.7, №5, с. 553-564.

3. T. Papina, S. Temerev, A. Eirich. Heavy Metals Transport and Distribution over the Abiotic Components of the Ob River Aquatic Ecosystems (West Siberia, Russia// Proceedings of 25th Annual Inter. Conference on Heavy Metals in the Environment (J. Nriagu, Editor). Contribution # 1152. University of Michigan. School of Public Health, 2000, Ann Arbor, MI (CD-ROM).

4. Т.С. Папина, Е.И. Третьякова, А.Н. Эйрих. Особенности распределения тяжелых металлов по различным компонентам водных экосистем бассейна Оби в зависиvrocra от типа минерализации // Сборник научных трудов «Экологический анализ региона» (теория, методы, практика). -Новосибирск Изд-во СО РАН. - 2000. - с. 136 - 143.

¿o©?-/)

~Т2<Ц »12411

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Эйрих, Алла Николаевна

Введение.

Глава 1. Тяжелые металлы в различных компонентах водной среды

1.1. Понятие «тяжелые металлы», классификации металлов

1.2. Типы источников поступления тяжелых металлов в водные экосистемы

1.3. Распределение и формы нахождения тяжелых металлов в водоемах.

1.4. Факторы, влияющие на содержание и формы нахождения тяжелых металлов в поверхностных водах.

1.5. Характеристика донных отложений природных вод.

1.5.1. Формирование донных отложений.

1.5.2. Химический состав донных отложений

1.6. Факторы, влияющие на концентрацию тяжелых металлов в донных отложениях и взвешенном веществе.

1.6.1. Влияние окислительно-восстановительных условий на формы нахождения тяжелых металлов в донных отложениях.

1.6.2. Влияние рН условий на протекание обменных процессов.

1.7. Оценка уровня загрязненности водных объектов

1.8. Оценка уровня загрязненности тяжелыми металлами взвешенного вещества и донных отложений

Глава 2. Методология исследований.

2.1. Основная задача и направление исследований.

2.2. Характеристика водосбора, организация экспедиционных работ.

2.3. Методика исследования

2.3.1. Отбор и подготовка водных проб для определения тяжелых металлов.

2.3.2. Отбор и хранение донных отложений

2.3.3. Разложение проб взвешенного вещества и донных отложений для анализа.

2.3.4. Методы анализа.

Глава 3. Пространственное распределение тяжелых металлов по абиотическим компонентам водных экосистем Средней и Нижней Оби.

3.1. Содержание тяжелых металлов в поверхностных водах изучаемого объекта.

3.1.1. Содержание железа в поверхностных водах р. Обь.

3.1.2. Содержание марганца в поверхностных водах р. Обь

3.1.3. Содержание меди в поверхностных водах р. Обь.

3.1.4. Содержание цинка в поверхностных водах р. Обь.

3.1.5. Содержание кадмия в поверхностных водах р. Обь.

3.1.6. Содержание свинца в поверхностных водах р. Обь.

3.1.7. Содержание кобальта в поверхностных водах р. Обь.

3.2. Содержание тяжелых металлов во взвешенном веществе р. Обь

3.3. Содержание тяжелых металлов в донных отложениях р. Обь.

Глава 4. Разработка метода оценки загрязненности речных экосистем тяжелыми металлами для системы экологического мониторинга.

4.1. Нормирование концентраций тяжелых металлов во взвешенном веществе и донных отложениях.

4.1.1. Нормирование концентраций тяжелых металлов во взвешенном веществе и донных отложениях по железу

4.1.2. Зависимость накопления тяжелых металлов и органических веществ в донных отложениях от окислительно-восстановительных условий

4.2. Оценка уровня загрязненности тяжелыми металлами р. Обь по донным отложениям.

4.2.1. Оценка уровня загрязненности тяжелыми металлами

Верхней Оби (район г. Барнаула) по донным отложениям

4.2.2. Изменение уровней загрязненности тяжелыми металлами р. Обь в период с 1994 по 1997 г.

4.3. Сравнение уровней загрязненности тяжелыми металлами различных речных экосистем по донным отложениям

4.4. Использование полученных в работе результатов.

ВЫВОДЫ

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Разработка метода оценки загрязненности рек тяжелыми металлами для системы экологического мониторинга"

Актуальность темы. Данные исследования связаны как с фундаментальной задачей, так и с прикладной. С одной стороны, это дает возможность понять процессы формирования состава воды и процессов, происходящих в водной среде. С другой, позволяет определить уровень загрязненности тяжелыми металлами речной экосистемы по донным отложениям.

Работа выполнена в рамках основных заданий к плану НИР института водных и экологических проблем СО РАН "Анализ и моделирование гидрологических, гидрохимических и гидробиологических процессов в бассейнах рек и внутренних водоемов Сибири". Цель и задачи исследований.

Целью данной работы является исследование особенностей распределения и накопления тяжелых металлов компонентами речных экосистем; разработка метода оценки уровня загрязненности речных экосистем для усовершенствования системы государственного экологического мониторинга.

Для этого были поставлены следующие задачи:

• определить уровень содержания тяжелых металлов и их пространственное распределение в водах р. Обь;

• разработать метод оценки уровня загрязненности речных экосистем по донным отложениям;

• оценить наиболее загрязненные участки реки Обь, используя разработанный метод;

Научная новизна работы состоит в том, что:

• проведено сравнение "качественной " и "количественной'' характеристик содержания тяжелых металлов во взвешенном веществе, позволяющее выявить их источники поступления в речную экосистему;

• определено влияние приоритетных гидрохимических факторов на распределение тяжелых металлов в абиотических составляющих - воде, взвешенном веществе и донных отложениях реки Обь;

• установлено, что нормирование содержания тяжелых металлов по железу устраняет влияния, связанные с особенностями гранулометрического и физико-химического состава взвешенного вещества, донных отложений. Практическая значимость работы заключается в том, что разработан экономичный универсальный метод оценки уровня загрязненности речных экосистем ТМ, который использовался при оценке водохозяйственной, гидрохимической и экологической ситуации в бассейне Средней и Нижней Оби в связи с созданием Крапивинского гидроузла на р. Томь. Данный метод позволил адекватно сравнить уровень загрязненности металлами различных рек, и предложен к использованию в структуре сети гидрохимического мониторинга.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на рабочих совещаниях по экспертизе проекта в связи с созданием Крапивинского гидроузла на р. Томь; на 3 Всероссийской конференции по анализу объектов окружающей среды (Краснодар, 1998); на 25 ежегодной международной конференции "Heavy Metals in the Environment" (США, университет Мичиган, 2000).

Структура работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов, списка литературы и приложения. Диссертация изложена на 120 страницах

Заключение Диссертация по теме "Геоэкология", Эйрих, Алла Николаевна

ВЫВОДЫ

1. Определены уровни содержания ТМ и их пространственное распределение в различных компонентах водной экосистемы р Обь:

• взвешенные формы ТМ преобладают над растворенными;

• ТМ в донных отложениях одного и того же створа реки распределены неравномерно;

• прослеживается существенная пространственная изменчивость концентраций ТМ в донных отложениях р. Обь.

3. Выявлены приоритетные гидрохимические факторы, влияющие на содержание ТМ в донных отложениях:

• окислительно-восстановительные условия определяют содержание ТМ в донных отложениях р. Обь;

4. Установлено, что нормированные по железу удельные концентрации ТМ в донных отложениях могут быть использованы для адекватной сравнительной оценки уровня загрязненности ТМ, как во временном, так и в пространственном аспектах:

• выявлены наиболее загрязненные участки Средней и Нижней Оби (р. Томь; р. Обь, выше устья р. Чулым; р. Чулым, устье; р. Обь, ниже г.

Нижневартовска, р. Иртыш устье; р. Обь, ниже устья р. Иртыш), которые характеризуются особенно высоким содержанием ТМ;

• пространственная динамика нормированных по Ре величин содержания ТМ 1994 и 1997 гг. аналогична;

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Эйрих, Алла Николаевна, Барнаул

1. Абакумов В.А. Экологические модификации и критерии экологического нормирования. Л: Гидрометеоиздат, 1991, с. 18-24.

2. Баас-Бекинг Л.Т.М., Каплан И.Ф., Мур Д. Пределы колебаний pH и окислительно-восстановительных потенциалов природной среды В кн.: Геохимия литогенеза. - М.: Изд-во иностр. лит-ра, 1963, с. 11-84.

3. Баринова С.С., Ресин А.Л., Ербанова Л.Н. Оценка состояния и ^ устойчивости экосистем, Москва, 1992, с. 41.

4. Батоян В.В., Касимов Н.С. Геохимические исследования донных осадков внутренних водоемов. Круговорот вещества и энергии в водоемах // Материалы докл. YI Всесоюзного лимнологического совещания. -Иркутск, 1985, Вып. Y, с. 80.

5. Белоконь В.Н., Басс Я. И. Содержание тяжелых металлов, органических веществ и соединений биогенных элементов в донных отложениях Дуная. Вод. ресурсы, т. 20, 1993, с. 469-478.

6. Беус A.A. Геохимия литосферы. М.: Недра, 1972, с. 296.

7. Будников Г.К. Тяжелые металлы в экологическом мониторинге водных систем, 1998.

8. Вернадский В.И. История природных вод. М.: ОНТИ, 1933-1936.с. 85-96.

9. Воды России, Речные бассейны, под ред.А.М. Черняева, Екатеринбург, 2000, с.31.

10. Ф 10.Вышемирский B.C. Органическое вещество в Мировом океане.

11. Новосибирск: НГУ, 1986. с. 73-89.11 .Гидрометеорологическое изд-во, 1962. с. 421- 537.

12. ГОСТ 17.1.5.01.-80. Охрана природы. Гидросфера. Общие требования к отбору проб донных отложений водных объектов для анализа на загрязненность.

13. ГОСТ 17.1.5.05.-85. Общие требования к отбору проб природной воды для определения химического состояния и физических свойств.

14. М.Даувальтер В. А. "Оценка экологического состоянияповерхностных вод севера: седиментологический подход". Антропогенное воздействие на природу севера и его экологические последствия. Апатиты, 1999, с. 212.

15. Демина JI.JI Формы миграции тяжелых металлов в океане. М.: Наука, 1982. - С. 8-9.

16. ИСО 5667/2, 5667/3, 5667/4 : 1980 Руководство по методам отбора проб, часть 2. Руководство по хранению и обработке проб.

17. ИСО 5667-1:1980. Качество воды. Отбор проб. Часть 1. Руководство по составлению программ отбора проб.

18. Караушев A.B., Скакольский Б.Г. Методика изучения качества воды в естественных водных объектах и организация сетевых наблюдений. В кн.: Экспериментальное исследование гидрологических процессов и явлений. М.: изд-во МГУ, 1979, ч.1, с. 60-71.

19. Ковальский В.В. Геохимическая экология. М.: Наука, 1974, 269 с.

20. Козлова С. И. Трансформация форм ртути и процессы ее миграции в экосистемах Килийской дельты р. Дунай и устьевого взморья. Канд. дисс. на соиск. уч. ст. к.г.н., Ростов-на-Дону, 1990, 200 с.

21. Лазо Ф.И. Редукционные процессы в раннем диагенезе осадков Байкала -В кн.: Круговорот вещества и энергии в водоемах. Материалы докл. к Y1 Всесоюзному лимнологическому совещанию. Вып. Y, Иркутск, 1985, с. 111-112.

22. Лапин И.А., Красюков В.Н. Влияние гуминовых кислот на поведение тяжелых металлов в эстуариях // Океанология. 1986. - Т. 26, вып. 4.с.621 627.

23. Линник П.Н., Набиванец Б.И. Формы миграции металлов в пресных поверхностных водах Л.: Гидрометиоиздат, 1986. - 272 с.

24. Лисицын А.П. -Распределение и состав взвешенного материала в морях и океанах. В кн.: Современные осадки морей и океанов. М.: Изд-во АН СССР, 1961.

25. Мельничук В.И. Круговорот серы и связывание тяжелых металлов в донных отложениях // Антропогенное перераспределение органического веществав биосфере. СПб.: Наука, 1993. - с. 104 - 108.

26. Михайлов С.А. Диффузное загрязнение водных экосистем. Методы оценки и математические модели: Аналит. обзор / СО РАН. ГПНТБ, Ин-т вод. и экол. проблем Барнаул: День, 2000.-130 с.

27. Моисеенко Т,И., Родюшкин И.В., Даувальтер В.А., Кудрявцева Л.П. -Формирования качества поверхностных вод и донных отложений в условиях антропогенных нагрузок на водосборы арктического бассейна // Изд-во РАН, Апатиты, 1996.

28. Моисеенко Т.И., Даувальтер В.А., Родюшкин И.В. Геохимическая миграция в субарктическом водоеме ( на примере озера Имандра). - Изд-во РАН, Апатиты, 1971.

29. ЗГМурДж.В., Рамамурти С. тяжелые металлы в природных водах. М.: Мир, 1987, 140 с.

30. Нахшина Е.П. Микроэлементы в водохранилищах Днепра. Киев: Наук, думка, 1993, 160 с.

31. Никаноров A.M. Гидрохимия. Лен. Гидрометеоиздат, 1989, с. 90-99.34.0решкин В.Н., Хаитов И.Г., Рубанов И.В. Кадмий в донных отложениях

32. Аральского моря // Вод. ресурсы. 1993. - Т.20. - с. 376 - 379.

33. Зб.Осадчий В. И., Пелешенко В. И., Савицкий В.Н. и др. Распределение тяжёлых металлов в воде, взвешенных веществах и донных отложениях Дуная. Вод. ресурсы, т. 20, 1993, С. 455-461.

34. Зб.Осинцев С. Р. Тяжелые металлы в донных отложениях Катуни и верховьев Оби. Вод. ресурсы, т. 22, 1995, с. 42-49.

35. Основы прогнозирования качества поверхностных вод. /Фальковская Л.Н., Каминский B.C., Пааль Л.Л., Грибовская И.Ф. (Ред. Авакян А.Б., Родзиллер И.Д.), М.: Наука, 1982 180 с.

36. Пааль Л.Л., Плате Р.В., Руга Л.И. Исследовпание влияния ледового покрова на процесс диффузии. В кн.: Материалы VI Всесоюз. симпоз. по соврем, проблемам самоочищения водоемов и регулирования качества воды, Таллинн, 1979, с. 76-78.

37. Папина Т.С. Транспорт и особенности распределения тяжелых металлов в речных экосистемах, СО РАН, Новосибирск, 2001, 58 с.

38. Папина Т.С., Третьякова Е.И., Эйрих А.Н.- Факторы, влияющие на распределение тяжелых металлов по абиотическим компонентам водных экосистем Средней и нижней Оби // Химия в интересах устойчивого развития, 1999. № 7. - с. 553-564.

39. Перельман А. И. Геохимия. М.: Высшая школа, 1989, с. 286-287.

40. Петрухин В.А., Буриева Л.В., Папенко Л.А. и др. Фоновое содержание микроэлементов в природных средах (по мировым данным). В кн.: Мониторинг фонового загрязнения природных сред. Л.: Гидрометеоиздат, 1989, вып.5, с. 4-30.

41. Плащев A.B., Чекмарев В. А., Гидрография СССР, Л. Гидрометеоиздат, 1967, с. 287.

42. Попов А.Н. Донные отложения в условиях антропогенеза. РосНИИВХ, Москва, Россия.

43. Потемкин В.Н. Гранулометрический анализ морских донных отложений. М.: Наука, 1967, 128 с.

44. Ресурсы поверхностных вод районов освоения целинных и залежных земель. Вып. YI. - Равнинные районы Алтайского края и Южная часть Новосибирской области // Под ред. Урываева В.А. - Л.:

45. Родюшкин И.В. Формы металлов в воде оз. Имандры // Проблемы химического и биологического мониторинга экологического состоянияводных объектов Кольского Севера. Апатиты: Изд-во Кольск.науч. центра РАН, 1995,- с 44-59.

46. Руководство по методам отбора проб, ч.2, 1987.

47. Санитарные нормы предельно допустимых содержаний вредных веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения СанПиН N 42-121 -4130-86.

48. Справочник по гидрохимии // Под ред. Никонорова, Лен. Гидрометеоиздат, 1989.

49. Страхов Н.М., Бродская Н.Г., Князева Л:М., Разживина А.Н., Ратеев М.А., Сапожников Д.Г., Шишова Е.С., Образование осадков в современных водоемах Изд. АН СССР, - М. - 1954, 378 с.

50. Тарновский A.A. Геохимия донных отложений современных озер (на примере озер Карельского перешейка) Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1980. -172 с.

51. Третьякова Е.И. Особенности распределения тяжелых металлов по компонентам водных экосистем различной минерализации// Диссертация на сосиск. Уч. Степ, к.х.н. Барнаул, 2000 - 118 с.

52. Фомин Г.С. "Вода" контроль химической, бактериальной и радиационной безопасности по международным стандартам. Энциклопедический справочник, М,- 1995 - 624 с.

53. Ханке Р.Дж. Моделирование баланса почвенных вод. Гидрологическое прогнозирование / Под ред. Андерсона М.Г. и Берта Т.П. - М: Мир, 1988, с.27-5.

54. Экогеохимия Западной Сибири./ Под ред. Полякова Г.В. Новосибирск, 1996, с. 106.

55. Янин Е.П. Техногенные геохимические ассоциации в донных отложениях малых рек. М.-2002, с. 3, 22.

56. Ankley G.T., Di Того D. M., Hansen D.J. Technical basis and proposal for deriving sediment quality criteria for metals Environ. Toxicol, and Chem. 1996, Vol. 15, № 12, p. 2056-2066.

57. Apodaca L.E., Driver N.E., Bails J.B. Occurrence, transport, and fate of trace elements, Blue River basin, Summit County, Colorado: An integrated approach. Environmental Geology, 2000, v.39, No 8, p. 901-913.

58. Balls P.W. The partition of trace metals between dissolved and particulate phases in European coastal waters: a compilation of field data and comparison with laboratory studies. Netherlands Journal of Sea Research, 1989, v. 23, No 1, p. 7-14.

59. Behrendt H. Point and diffuse loads of selected pollutants in the river Rhine and its main tributaries (International Institute for Applied Systems Analysis RR-93-1), Vienna, 1993, -84 p.

60. Benjamin M.M., Hayes K.L., Leckie J.O. Removal of toxic metals from power-generated waste steams by adsorption and co-precipitation. J. Water Pollut. Contrrol Fed., 1982, v. 54, p. 1472-1481.

61. Bernhard M., Brinckman F.E., Sadler P.J. The importance of chemical "speciation" in environment processes Dahlem Konferezen "Life Sciences Research", Report 33, Springer-Verlag, Berlin, 1986, - 763 p.

62. Bewers J.M., Yeats P.A. Trace metals in the waters of a partially mixed estuary. -Estuarine and Coastal Marine Science, 1978, v. 7, p. 147-162.

63. Black P.E. Watershed function. J. Amer. Water Resources Association, 1997, v.33, No l,p.l-ll.

64. Bourg A.C.M., Loch J.P.G. Mobilization of heavy metals as affected by pH and redox conditions. In: Biogeodynamics of pollutants in soils and sediments (Eds. W. Salomons and W.M. Stigliani), Springer-Verlag, Berlin, 1995, p. 87-102.

65. Bourg A.C.M., Schindler P.W. Control of trace metals in natural aquatic systems by the adsorptive properties of organic matter. Proceedings of Inter. Conf. Of Heavy Metals in the Environment, Sept. 1985, Athens, v.l, p. 97-99.

66. Bowen H.J.M. Environmental Chemistry of the Elements. London etc.: Academic Press, 1979. -317 p.

67. Broshears R.E., Runkel R.L., Kimball B.A. et al. Reactive solute transport inan acidic stream: experimental pH increase and simulation of controls on pH,aluminum, and iron. Environ. Sci. Technol., 1996, v. 30, p. 3016-3024.

68. Bryan G.W. Heavy metals contamination in the sea // In: Marine pollution, Academ. Press. London, New York, San-Francisco.- 1976,- p. 185 -302.

69. Carvalho C.E.V., Ovalle A.R.C., Rezende C.E. et al. Seasonal variation of particulate heavy metals in the Lower Paraiba do Sul River, R.J., Brazil. -Envuronmental Geology, 1999, v. 37, No 4, p. 297-302.

70. Contaminants in the Mississippi River, 1987-92 /Ed. by R. H. Meade- Denver, 1996, -140 p. (U.S. Geological Survey; Circular 1133).

71. Davies-CoIley, Nelson P.O., Williamson K.J. Sulfide control of Cd and Cu concentrations in anaerobic estuarine sediments. Mar. Chem., 1985, Vol. 16, p. 173-186.

72. Di Toro, D.M., J.D. Mahony, D.J. Hansen et al. Acid volatile sulfide predicts the acute toxicity of cadmium and nickel in sediments Environ. Sci. Technol. 1992, v. 26, p. 96-101.

73. Diks D., Allen H. Correlation of copper distribution in a freshwater-sediment system to bioavailability. Bull, of Environmental Contamination and Toxicology, 1983, v. 30, p. 37-43.

74. Emerson S., Jacobs L., Tebo B. The behavior of trace metals in marine anoxic waters: Solubility at the oxygen-hydrogen sulfide interface. In: Trace Metals in Seawater. New York: Plenum Press, 1983, p. 579-608.

75. EPA 823-D-96-002. U.S. Environmental Protection Agency. The national sediment quality survey. A report to Congress on the extent and severity of sediment contamination in surface waters of the United States. Office of Water. Washington, DC. - 1996.

76. Fischer H.B., List E.J., Koh R.C.Y., Imberger J., Brooks N.H. Mixing in inland and coastal waters. Academic Press, New York, 1979.

77. Forstner U. Metal concentration in freshwater sediments natural background effects. In: Proceedings of Int. Conf. "Interaction between sediments and fresh water" - Amsterdam: Hague, 1977, p.94-103.

78. Forstner U. Metal speciation an overview. Intern. J. Environ. Anal. Chem., 1993, v. 51, p. 5-27.

79. Forstner U. Non-linear release of metals from aquatic sediments. In: Biogeodynamics of pollutants in soils and sediments (Eds. W. Salomons and W.M. Stigliani), Springer-Verlag, Berlin, 1995, p. 247-307.

80. Forstner U., Schoer J., Knauth H-D. Metal pollution in the tidal Elbe River. -Sci Total Environ., 1990, v. 97/98, p. 347-368.

81. Forstner U., Wittman G. Metal pollution in the aguatik environment SpringerVerlag, New York, Second Revised Edition, 1981. - 486 p.

82. Friberg L., Nordberg G.F. and Vouk V.B. Handbook on the toxicology of metals. Amsterdam: Elsevier/North-Holland biomedical Press, 1979, 709 p.

83. Friberg L., Nordberg G.F., Vouk V.B. Handbook jn the toxicology of metals -Amsterdam: Elsevier/North-Holland biomedical Press, 1979. 709 p.

84. Gardiner J. The chemistry of cadmium in natural water. 1. A study of cadmium complex formation using the cadmium specific ion electrode. Water Research, 1974, v. 8, p. 23-30.

85. Gibbs R. Transport phases of transition metals in the Amazon and Yukon Rivers. Geological Society of America Bulletin, 1977, v. 88, p. 824-843.

86. Gnandi K., Tobschall H.J. The pollution of marine sediments by trace elements in the coastal region of Togo caused by dumping of cadmium-rich phosphorite tailing into the sea. Environmental Geology, 1999, v. 38, No 1, p. 13-24.

87. Groot A., Zshuppe K., Salomons W. Standardization of methods of analysis for heavy metals in sediments. Hydrobiologia, 1982, v. 92, p. 689-695.

88. Gyu H. Laboratory theory and methods for sediments analysis. U.S. Geological Survey Techniques of Water Resources Investigations, 1969, book 5, chapter CI, 58 p.

89. Heron G., Christensen T. H., Tjell J. Ch. Oxidation capacity of aquifer sediments. - Environ. Sci. Technol., 1993, v. 28, p. 153-158.

90. Horowitz A.J. A primer on trace metal-sediment chemistry. Alexandria, 1985, -67 p. - (U.S. Geological Survey water-supply paper 2277).

91. Huang P. M., Liaw W.K. Distribution and fractionation of arsenic in selected fresh water lake sediments. Internationale Revue der Gesamten Hydrobiologia, 1978, v. 63, p. 533-543.

92. Huang P. W., Schlautman M.A., Weber W.J. A distributed reactivity model for sorption by soils and sediments. Environ. Sci. Technol., 1996, v. 30, No. 10, p. 2993-3000.

93. Huber W.C. Contaminant transport in surface water. In: Handbook of hydrology (Ed. by Maidment D.R.). McGRAW-HILL, INC, 1992, p. 14.1' 14.50.

94. Jenne E.A. Controls on Mn, Fe, Co, Ni, Cu and Zn concentrations in soils and water. The significant role of hydrous Mn and Fe oxides In: Advances in Chemistry, American Chemical Society, Washington, DC, USA, 1968, p. 337387.

95. Jenne E.A. Metal adsorption onto and desorption from sediments. Mar. Freshwater Res., 1995, v. 46, p. 1-18.

96. Leinen M., Pisias N. An objective technique for determining end member compositions and for partitioning sediments according to their sources. -Geochimica et Cosmochimica Acta, 1984, v. 48, p. 47-62.

97. Luoma S., Bryan G. A statistical assessment of the form of trace metals in oxidized estuarine sediments employing chemical extractants. The Science of the Total Environment, 1981, v. 17, p. 165-196.

98. Melnikov S.A. Report on heavy metals // State of the Arctic environment. Reports. Arctic Centre Publications, Rovaniemi, 1991/ p. 82153.

99. Meyer J.S., Davidson W., Sundby B. et al. The effects of variable redox potentials, pH, and light on bioavailability in dynamic water-sedimentenvironments.-In: (Eds. Hamelink J., Landrum P.F., Bergman H.L., Benson

100. W.H.) Bioavailability physical, chemical, and biological interactions. Lewis

101. Publ., Boca Roton, 1993, p. 155-170.

102. Moore J.M. Inorganic contaminants of surface water: research and monitoring priorities.-N.Y.: Springer Verlag, 1991.-366 p.

103. Moran S.B., Yeats P.A., Balls P.W. On the role of colloids in trace metal solid-solution partitioning in continental shelf waters : a comparison of model results and field data. Continental Shelf Research, 1996, v. 16, No. 3, p. 397408.

104. Morel F.M.M., Hering J.G. Principles and applications of aquatic chemistry, Wiley-Interscience, New York, 1993, 588 p.

105. Novotny V. Diffuse (nonpoint) pollution a political, institutional, and fiscal problem. - J. Water Pollution Control Federation, 1988, v.60, № 8, p. 1404-1413.

106. Petersen W., Wallmann K., Pinglin Li, Schroeder F. and Knauth H.-D. Exchange of trace elements at the sediment-water interface during early diagenesis processes. Mar. Freshwater res., 1995, v. 46, p. 19-26.

107. Plant J.A., Raiswell R. Principles of environmental geochemistry. In: Applied environmental geochemistry (Ed. Thornton I.), 1983, Academic Press, London, p. 1-39.

108. Prenzel L. Verlauf und Ursache der Bodenversauerung. Z. Dt Geol Ges, 1985, v.136, p. 293-302.

109. Ramamoortny S., Rust B.R. Heavy metal exchange processes in sediment-water. Environmental Geology, 1978, v. 2, p. 165-167.

110. Randall C.W., Hoehn R.C., Grizzard T.G., Gawlick S.P.J., Heiser D.R., and Lorenz W.D. The significance of heavy metals in urban runnnoff enteringthe Occoquan reservoir, Virginia. Water Resources Center Bulletin, 1981,v. 132,252 p.

111. Reddy K.R., Feijtel T.C., Patric W.H. Effect of soil redox conditions on microbial oxidation of organic matter. In: The role of organic matter in modern agriculture, 1986, p. 66-71.

112. Salomons W. Biogeodynamics of pollutants in soils and sediments / Eds Stigliani. Berlin: Springer- Verlag, 1995. - 353 p.

113. Salomons W., Forstner U. Metals in the Hygrocycle. Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, 1984, p. 89-98.

114. Samiullah Yu. Prediction of the environmental fate of chemicals. -London: Elsevier Science Publishers LTD, 1990. 271 p.

115. Sposito G. Trace metals in contaminated waters // Environ. Sci. Technology. 1981. - Vol. 15, N4. - P. 396 - 403.

116. Steell K.F., Wagner G.H. Trace metal relationships in bottom sediments of freshwater stream the Buffalo River, Arkansas. J. Sediment Petrol. 1975, v.45, №1, p. 310-319.

117. Stigliani W.M. Chemical times bomb: definition, concepts, and examples. Executive report 16 (CTB basic document), 1991, IIASA Laxemburg, - 23 p.

118. Stone M., Droppo I.G. Distribution of lead, copper and zinc in size-fractionated river bed sediment in two agricultural catchments of southern Ontario, Canada. Environ. Pollut., 1996, v. 93, N 3, p. 353-362.

119. Stumm W., Brauner P.A. Chemical speciation. In: Chemical oceanography/Ed.J.P. Riley, G. Skirrow. N.Y.: Acad. Press,2nd ed., 1975, p. 174- 234.

120. Swift R.S. Soil organic matter studies.- IAEA Vienna, 1977, p. 275-281.

121. Tessier A., Campbell H.G., Bisson M. Trace metal speciation in the Yamaska and St. Francois Rivers (Quebec).- Canadian Journal of Earth Sciences, 1980, v. 17, p. 90-105.

122. Tessier A., Turner D.R. (Eds). Metal speciation and bioavailability in aquatic systems, John Wiley & Sons, London, 1995.

123. Turner A. Trace-metal partitioning in estuaries : importance of salinity and particle concentration. Marine Chemistry, 1996, v. 54, p. 27-39.

124. Vahrenkamp H. Metalle in Lebensprozessen // Chemie in Unserer Zeit. -1979. Vol.7. - P. 97- 105.

125. Vasiliev O.F., Papina T.S., Pozdnjakov Sh.R. Suspended sediment and associated mercury transport the case study on the Katun River. Proc. 4 Int. Symp. on river sedimentation, Beijing, China, IRTCES, 1990, p. 155-162.

126. VillaescusaCelaya J.A., GutierrezGalindo E.A., FloresMunoz G. Heavy metals in geochemical sediment fractions of the border region between Baja California, Mexico, and California, USA. Ciencias Marinas, 1997, v. 23, N 1, p. 43-70.

127. Widerlund A. Early diagenetic remobilization of copper in near-shore marine sediments: a quantitative pore-water model. Marine Chemistry, 1996, v. 54, p. 41-53.

128. Wood J.M. Biological cycles for toxic elements in the environment // Science. 1974. - Vol. 183. - P. 1049 - 1052.

129. Wood J.M. Biological processes involved in the cycling of elements between soils or sediments and the agueous environment // Hydrobiologia. -1987.-vol. 149.-P. 31-42.

130. Yeats P.A., Loring D.H. Dissolved and partikulate metal distributions in the St. Lawrence estuary // Canad. J. Earth Sci. 1991 - Vol. 28. - P.729 - 742.

Информация о работе

Эйрих, Алла Николаевна
кандидата технических наук
Барнаул, 2003
ВАК 25.00.36

Диссертация

Разработка метода оценки загрязненности рек тяжелыми металлами для системы экологического мониторинга - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы