Scientific journal

Advances in current natural sciences

ISSN 1681-7494

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,775

Синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ), химические соединения, которые эффективно понижают поверхностное натяжение воды на границе раздела фаз. Их нередко называют детергентами или тензидами [1]. Наряду с хорошо изученными загрязняющими веществами гидросферы (тяжёлые металлы и нефтяные углеводороды), в водотоки поступают детергенты, использование которых часто сопровождается пенообразованием. Большое потребление СПАВ на промышленных предприятиях, а также их использование в быту приводит к большим скоплениям пены в водотоках и водоемах урбанизированных территорий. Наблюдается опасность отравления рыб, моллюсков. Незначительной концентрации детергентов в пресной воде (до 0,1 мг/л) достаточно, чтобы вызвать активность токсичных веществ, адсорбированных на поверхности донных осадков. Просачивание в почву сточных вод, содержащих СПАВ, может привести к активизации токсичных продуктов, что является угрозой для грунтовых вод. В водотоки детергенты поступают в больших количествах с бытовыми (использование синтетических моющих средств в быту), промышленными (текстильная, нефтяная, химическая, кожевенная промышленность, производство синтетических каучуков), сельскохозяйственными (входят в состав инсектицидов, фунгицидов, гербицидов и дефолиантов) сточными водами [2, 3].

В поверхностных водах молекулы детергентов находятся преимущественно в растворенном и сорбированном состоянии. Главными факторами понижения концентрации детергентов в речных системах являются процессы биохимического окисления, сорбция взвешенными веществами и донными отложениями. Степень биохимического окисления СПАВ зависит от их химического строения и условий окружающей среды, например, от температуры и рН среды [4]. При биохимическом окислении детергентов отмечено образование различных промежуточных продуктов распада (фенолы, спирты, альдегиды, органические кислоты и др.). С повышением содержания взвешенных веществ и значительным контактом водной массы с донными отложениями скорость снижения концентрации детергентов в воде обычно увеличивается за счет физико-химических явлений, таких как сорбция и соосаждение. В аэробных условиях происходит окисление СПАВ микрофлорой донных осадков, тогда как в анаэробных условиях детергенты могут накапливаться и становиться источником вторичного загрязнения водоема [5].

Многие синтетические поверхностно-активные соединения могут оказывать вредное действие на организм человека: проявлять репродуктивную токсичность, нарушать липидный обмен, обладать кожно-резорбтивным и сенсибилизирующим действием, обладать слабым кумулятивным действием. Отдельные компоненты СПАВ трансформируются с образованием опасных для окружающей среды и здоровья людей соединений [6].

В городах малые реки являются частью урбоэкосистемы, они украшают городскую среду, являются зонами отдыха горожан. Однако их изучением занимаются реже, в сравнении с остальными типами водных объектов урбанизированных территорий.

Цель настоящей работы – дать эколого-химическую оценку состояния водотоков урбанизированных территорий (на примере г. Уссурийска) по содержанию в них детергентов.

Материалы и методы исследования

Районом работ выбраны основные водотоки города Уссурийска (Приморский край) – реки Раковка, Комаровка, Раздольная. Город Уссурийск является вторым по величине (после г. Владивостока) городом Приморского края. Исследуемые реки имеют преимущественно дождевое питание, вклад грунтовых вод относительно слабый. Особенностью р. Раковка, Комаровка и Раздольная является высокая динамичность их гидрологического режима, которая характеризуется чёткой изменчивостью по сезонам года и выраженной неравномерностью стоков. Своеобразный гидрологический режим и неустойчивость муссонных осадков обуславливают наличие у исследуемых рек весеннего и летне-осеннего максимального стока и минимального зимнего стока. Преобладание горного рельефа в верхнем течении рек Раковка, Комаровка и Раздольная, малая ёмкость подземных бассейнов рек, слабая пропускная способность русел исследуемых рек в нижнем и среднем течении оказывает влияние на неустойчивость и неравномерность гидрологического режима.

Для р. Раковки, Комаровки и особенно Раздольной характерными являются обильные паводки до середины сентября, иногда до октября, и как следствие – ежегодные в последнее время катастрофические наводнения. Весеннее половодье наступает в апреле – мае, и на него приходится до 20–30 % от всего годового стока. Реки Раковка и Комаровка протекают по территории г. Уссурийска, который является вторым по величине городом Приморского края с населением 193 тыс. чел. Эти водотоки испытывают значительный техногенный и антропогенный пресс. Река Раздольная – крупнейшая река южного Приморья, которая в верхнем течении протекает по территории Китайской Народной Республики (КНР). Образуется она слиянием рек Дасуйфынхе и Слосуйфынхе. От места слияния река течет на восток и на территории Приморского края делает поворот до г. Уссурийска. Река Раздольная близко подходит к южной части города и принимает в себя сбросы городских очистных сооружений, далее впадает в Амурский залив (Японское море). Процесс самоочищения в данной реке проходит с умеренной скоростью, высокая интенсивность перемешивания сочетается с достаточной водоносностью на протяжении всего периода открытого русла [7].

Впервые был проведён мониторинг состояния водотоков г. Уссурийска по содержанию детергентов. Пункты отбора проб воды были выбраны таким образом, чтобы можно было проанализировать влияние антропогенного пресса на качество речной воды (табл. 1, рисунок) [8].

Таблица 1

Пункты отбора проб воды в водотоках г. Уссурийска

Материалом исследования послужили результаты наблюдений за уровнями содержания детергентов в пресной воде водотоков города, выполненных в 2014–2017 гг. в летний (июнь, июль, август), осенний (сентябрь, октябрь, ноябрь) и весенний (март, апрель, май) периоды. В Приморском крае в июле – сентябре чаще всего наблюдается прохождение тайфунов, сопровождающихся ливневыми дождями и паводками на реках. В весенний период, в результате таяния льдов, сток рек становится максимальным, наступает половодье.

Пробы воды отбирались ежемесячно на пунктах из поверхностного слоя (до 20 см глубиной), консервировали хлороформом и анализировали не позднее 12 ч после отбора. Анионноактивные СПАВ, которые являются основным компонентом детергентов, определяли спектрофотометрическим методом с метиленовым синим на спектрофотометре UNICO 1200. Метод основан на образовании окрашенного соединения при взаимодействии анионноактивных веществ с метиленовым синим, которые экстрагируются хлороформом [9]. Предлагаемые методы определения детергентов по данной методике применимы для анализа речных пресных вод. Присутствие в пробах воды различных органических веществ не влияет на получаемые результаты. Всего было отобрано и обработано 180 проб воды. Для сравнения степени токсичности детергентов в речной воде взяты величины ПДК СПАВ для рыбохозяйственных водоемов (ПДКр.х.), которая составляет 100 мкг/л, тогда как гигиеническая норма по содержанию СПАВ составляет 500 мкг/л. Величина ПДКр.х. является наиболее жесткой из всех величин ПДК [10].

Результаты исследования и их обсуждение

Согласно результатам исследований (табл. 2), чётко прослеживается сезонная изменчивость содержания анионноактивных СПАВ в пробах речной воды из всех наблюдаемых нами водотоков: высоким содержанием детергентов в воде в весенний период, затем снижением концентрации СПАВ к лету и минимальным значением концентраций загрязняющих веществ осенью, что может быть связано с низкой температурой воды (13–15 °С) в осенние месяцы, снижающей скорость биодеструкции детергентов.

В летние периоды 2014 г. и 2016 гг. определенный нами диапазон концентраций детергентов составлял от 24 до 48 мкг/л и не превышал ПДКр.х. Наименьшее содержание детергентов наблюдались на ст. 1 (верховье р. Комаровка) и станциях 3, 4 (р. Раковка), наибольшее – в водах р. Раздольная.

В осенний период концентрации детергентов в пробах воды со всех станций оставалась на стабильном уровне: от 10 мкг/л до 48 мкг/л и не превышали ПДКр.х. В весенний период 2015, 2016 и 2017 гг. определенный нами диапазон концентраций анионных СПАВ составлял от 71 до 332 мкг/л. Особенно высокое содержание детергентов отмечено в пробах из р. Раковка, наблюдалось превышение ПДКр.х. в 2,6–3,3 раза, которое можно объяснить воздействием на водотоки недостаточно очищенных сточных вод промышленных предприятий города. Превышение ПДКр.х. детергентов в 1,8–2 раза наблюдалось и в весенних пробах 2015 и 2017 гг. В р. Раздольная превышения ПДК детергентов по данному показателю в этот период не выявлено.

Рис. 1. Схема водотоков г. Уссурийска

Таблица 2

Содержание детергентов в водотоках г. Уссурийска (Приморский край), (мкг/л)

В весенние периоды 2015–2016 гг. зафиксировано высокое содержание СПАВ по сравнению с другими периодами года на всех пунктах слежения. Весной 2017 г. отмечено незначительное снижение концентрации детергентов в речной воде рек Комаровка и Раковка и возрастание концентрации в р. Раздольная по сравнению с аналогичным периодом 2016 г. Весной 2017 г. наблюдается небольшое снижение содержания детергентов в пунктах № 1 и 2 (р. Комаровка) и пунктах № 3 и 4 (р. Раковка) по сравнению с 2016 г. На р. Раздольная (пункты № 5 и № 6) концентрация СПАВ не достигает уровня ПДКр.х, но наблюдается увеличение концентрации детергентов в весенние периоды 2016 г. и 2017 г. Тенденция к сильному уменьшению концентрации от лета к осени в 2016 г. хорошо прослеживается. В осенний период по мере уменьшения водности рек концентрации большинства загрязняющих веществ снижаются. Наблюдаемые ранее закономерности: уменьшение концентрации от лета к осени в 2016 г. замечены сильнее. Для прослеживания выявленной закономерности выбрано два пункта: пункт № 1 (р. Комаровка) и пункт № 4 (р. Раковка). Мы видим, что в 2014 г. четко прослеживается тенденция уменьшения концентрация СПАВ от лета к осени в пункте № 1 (р. Комаровка), тогда как в пункте № 4 (р. Раковка) концентрации детергентов равны. В 2016 г. четко прослеживается тенденция уменьшения концентрация от лета к осени в обоих пунктах. Осенний период 2016 г. в г. Уссурийске был богат разрушительными тайфунами, которые прошли над Приморьем, особенно сильным стал Лайонрок. В августе – сентябре 2016 г. выпало много осадков, и многие территории Приморского края были затоплены, наблюдался высокий уровень воды в реках, сильный разлив воды в поймы рек, как следствие этого, к осени 2016 г. видно, что тенденция к уменьшению концентрации СПАВ не прослеживается. Если сравнить показатели осени 2015 г. и 2016 г., то видно, что концентрация детергентов в осенний период 2016 г. выше по всем пунктам слежения по сравнению с аналогичными значениями, полученными в 2015 г.

Выводы

На основании проведенных исследований выявлена сезонная изменчивость содержания детергентов в речной воде водотоков урбанизированных территорий: высокое содержание в весенний период, снижение концентрации к лету и минимальное значение осенью. Отмечено, что по контролируемому показателю р. Комаровка является более «чистой». Определённые уровни содержания детергентов в водотоках г. Уссурийска оказались невысокими, в большинстве случаев они не превышали ПДК для рыбохозяйственных водоемов, за исключением наблюдений водотоков р. Раковка и Комаровка в весенний период. В то же время известно, что пороговые концентрации детергентов, влияющих на жизнедеятельность гидробионтов, составляют 100–110 мкг/л [11], следовательно, загрязнение обследованных рек вносит вклад в ухудшение общей химико-экологической ситуации региона. На сегодняшний день содержание детергентов в реках Приморского края остаётся стабильным. Однако превышение ПДКр.х., зафиксированное только в весенний период на станциях р. Комаровка, р. Раковка, заставляется задуматься о техногенном, антропогенном и рекреационном прессе на эти водотоки города.