Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,791

АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ РЕКИ КУБАНЬ В ЧЕРТЕ ГОРОДА КРАСНОДАРА НА ОСНОВЕ ЧАСТНОГО ОТБОРА ПРОБ ПОВЕРХНОСТНЫХ ПРИРОДНЫХ ВОД

Короткова Т.Г. 1 Заколюкина А.М. 1 Бушумов С.А. 1
1 ФГБОУ ВО «Кубанский государственный технологический университет»
Приведены результаты анализов качества воды реки Кубань, протекающей в пределах г. Краснодара. Выделено 10 точек от входа реки Кубань в город (Пашковский перекат) до её выхода из города (ул. Вавилова). Отбор проб поверхностных природных вод проведен в октябре и ноябре 2018 г. на глубине 30 см в соответствии с требованиями нормативных документов ГОСТ 31861-2012 и ГОСТ 31942-2012. С помощью количественного химического анализа определены 11 показателей: хлориды, аммоний-ион, нитрит-ион, нитрат-ион, химическое потребление кислорода (ХПК), биохимическое потребление кислорода (БПК5), нефтепродукты, железо общее, фосфаты, взвешенные вещества и сульфаты. Микробиологический анализ проведен по трем показателям: общие колиформные бактерии (ОКБ), термотолерантные колиформные бактерии (ТКБ), колифаги. Для определения содержания поллютантов применены фотометрический метод анализа, титриметрический метод анализа, ИК-спектрометрический анализ с предварительной экстракцией. Для подтверждения правильного определения типа колоний бактерий (ОКБ или ТКБ) проведен оксидазный тест в пробирках. За результат количественного химического анализа принята медиана, полученная из трех параллельных определений. Сделан вывод, что р. Кубань загрязнена нефтепродуктами, взвешенными веществами, ионами аммония, нитрит-ионами, железом, ОКБ и ТКБ. Наличие колифагов свидетельствует о возможном присутствии опасных патогенных вирусов. Приведенные показатели относятся к характеристике загрязненных бытовых сточных вод, что согласуется с результатами исследований других авторов. По удельному комбинаторному индексу загрязненности воды на основе доклада Министерства природных ресурсов Краснодарского края р. Кубань в 2017 г. соответствует 4 классу разряда «а» «грязная».
загрязнение
р. Кубань
количественный химический анализ
микробиологический анализ
качество воды
1. Вишневецкий В.Ю., Вишневецкий Ю.М. Влияние антропогенных и иных факторов на изменение водных экологических систем бассейна реки Кубань // Известия ЮФУ. Технические науки. 2013. № 9 (146). С. 197–203.
Vishnevetskiy V.Yu., Vishnevetskiy Yu.M. The influence of anthropogenic and other factors on the change of aquatic ecological systems of the Kuban river basin // Izvestiya SFedU. Engineering Sciences. 2013. № 9 (146). P. 197–203 (in Russian).
2. Вишневецкий В.Ю., Вишневецкий Ю.М. К вопросу влияния состояния водных объектов бассейна реки Кубань на обострение проблемы йододефицита // Электронный научный журнал «Инженерный вестник Дона». 2014. № 4. ч. 2 [Электронный ресурс]. URL: http://ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4p2y2014/2639 (дата обращения: 28.02.2019).
Vishnevetskiy V.Yu., Vishnevetskiy Yu.M. To the question of influence of the state of water bodies of the Kuban River basin on the worsening of iodine deficiency problem // Electronic scientific journal «Engineering Bulletin of the Don». 2014. № 4. p. 2 [Electronic resource]. URL: http://ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4p2y2014/2639 (date of access: 28.02.2019) (in Russian).
3. Вишневецкий В.Ю., Вишневецкий Ю.М. Анализ воздействия загрязняющих веществ на поверхностные водные объекты // Известия ЮФУ. Технические науки. Тематический выпуск. «Экология 2009 – море и человек». 2009. № 7. С. 135–139.
Vishnevetskiy V.Yu., Vishnevetskiy Yu.M. Analysis of the impact of pollutants on surface water bodies // Izvestiya SFedU. Engineering Sciences. Thematic issue. «Ecology 2009 – the sea and human». 2009. № 7. P. 135–139 (in Russian).
4. Вишневецкий В.Ю., Вишневецкий Ю.М. К вопросу влияния гидробионтов на качество воды в водных объектах // Известия ЮФУ. Технические науки. 2011. № 9 (122). С. 145–152.
Vishnevetskiy V.Yu., Vishnevetskiy Yu.M. To the question of influence of hydrobionts on the quality of water in water bodies // Izvestiya SFedU. Engineering Sciences. 2011. № 9 (122). P. 145–152 (in Russian).
5. Иванова В.В. Особенности гидрографии реки Кубань и степень ее загрязнения // Экологический вестник Северного Кавказа. 2012. Т. 8. № 1. С. 80–84.
Ivanova V.V. Kuban river hydrography peculiarities and degree of its pol lution // Ecological Bulletin of the North Caucasus. 2012. Vol. 8. № 1. P. 80–84 (in Russian).
6. Доклады Министерства природных ресурсов Краснодарского края «О состоянии природопользования и об охране окружающей среды Краснодарского края» (2010–2017 гг.). [Электронный ресурс]. URL: http://www.mprkk.ru/ob-okruzhayuschej-srede/o-sostoyanii-okruzhayuschej-sredyi/ezhegodnyij-doklad-o-sostoyanii-prirodopolzovaniya-i-ohrane-okruzhayuschej-sredyi-krasnodarskogo-kraya/ (дата обращения: 28.02.2019).
Reports of the Ministry of Natural Resources of the Krasnodar Region «On the state of environmental management and environmental protection of the Krasnodar Region» (2010–2017) [Electronic resource]. URL: http://www.mprkk.ru/ob-okruzhayuschej-srede/o-sostoyanii-okruzhayuschej-sredyi/ezhegodnyij-doklad-o-sostoyanii-prirodopolzovaniya-i-ohrane-okruzhayuschej-sredyi-krasnodarskogo-kraya/ (date of access: 28.02.2019) (in Russian).
7. РД 52.24.643-2002 «Методические указания. Метод комплексной оценки степени загрязненности поверхностных вод по гидрохимическим показателям».
8. Государственный доклад «О состоянии и использовании водных ресурсов Российской Федерации в 2016 году». Официальный сайт Министерства природных ресурсов и экологии Российской Федерации [Electronic resource]. URL: http://www.mnr.gov.ru/docs/gosudarstvennye_doklady/ (дата обращения: 28.02.2019).
State report «On the status and use of water resources of the Russian Federation in 2016». Official website of the Ministry of Natural Resources and Environment of the Russian Federation [Electronic resource]. URL: http://www.mnr.gov.ru/docs/gosudarstvennye_doklady/ (date of access: 28.02.2019) (in Russian).

Р. Кубань является одной из достопримечательностей Краснодарского края, входящего в Южный федеральный округ и являющегося частицей Кубани – житницы России. Базы отдыха и прогулки по реке доставляют радость жителям края всех возрастов. На правом побережье реки раскинулся город-миллионник Краснодар с развитым промышленным комплексом и сельским хозяйством. Строятся микрорайоны, муниципальные учреждения и возводятся крупные промышленные объекты. С одной стороны, улучшаются условия жизни населения в целом, а с другой стороны, это приводит к возрастанию антропогенной нагрузки на окружающую среду. Жилые комплексы, сельскохозяйственные и промышленные предприятия сбрасывают в реку огромное количество сточных вод, а побережье зачастую завалено сломанными деревьями, бытовыми отходами и мусором. С поверхностным смывом поллютанты попадают в р. Кубань. Такое загрязнение водоемов, по мнению авторов [1, 2] практически не поддается прямому контролю и ограничению. Длительное воздействие загрязняющих веществ на водную экосистему приводит к обеднению видового состава животного и растительного мира [3, 4]. Кроме того, происходит непрерывный рост заболеваемости населения. Территория бассейна р. Кубани отнесена к зоне повышенного риска заболеваний щитовидной железы [2].

Оценка загрязнения р. Кубань, представленная в [5], выявила негативное воздействие на качество воды рек бассейна Кубани недостаточно очищенных сточных вод жилищно-комунального хозяйства и сброса неочищенных ливневых вод с территорий населенных пунктов. Пробы воды, отобранные в первой половине октября с 2004 по 2008 г. на расстоянии 1 м от берега в районе парка «Солнечный остров» показали увеличение гетеротрофных бактерий, плесневых грибов, колиформных и уробактерий.

Анализ ежегодных докладов Министерства природных ресурсов Краснодарского края «О состоянии природопользования и об охране окружающей среды Краснодарского края» [6] показывает, что величина удельного комбинаторного индекса загрязненности воды (УКИЗВ) в соответствии с РД 52.24.643-2002 [7] возрастает. Для наглядности эти показатели с 2010 г. по 2017 г. представлены нами на рис. 1.

korortk1.wmf

Рис. 1. Оценка загрязненности р. Кубань по показателю УКИЗВ

korortk2.tif

Рис. 2. Карта р. Кубань в черте г. Краснодара с указанием точек отбора проб

korortk3a.tif korortk3b.tif

а) б)

Рис. 3. Сток в районе Тургеневского моста на Кубанской набережной: а) вид стока с Тургеневского моста б) сток в р. Кубань

В 2017 г. р. Кубань из 3 класса разряда «б» «загрязненная» переведена в 4 класс разряда «а» «грязная» [6]. По данным [8] в Краснодарском крае 16 из 196 гидротехнических сооружений работают неудовлетворительно.

Целью данной работы было экспериментальное определение показателей качества поверхностной воды р. Кубань, протекающей в пределах г. Краснодара, путём отбора проб воды и проведением количественного химического и микробиологического анализов в аккредитованной лаборатории.

Материалы и методы исследования

Количественный химический анализ 10 отобранных проб воды проведен в аккредитованной лаборатории по 11 показателям: хлориды, аммоний-ион, нитрит-ион, нитрат-ион, химическое потребление кислорода (ХПК), биохимическое потребление кислорода (БПК5), нефтепродукты, железо общее, фосфаты, взвешенные вещества и сульфаты. Микробиологический анализ проведен по трем показателям: общие колиформные бактерии (ОКБ), термотолерантные колиформные бактерии (ТКБ), колифаги. Исследуемые показатели качества воды определены по следующим нормативным документам: природоохранный нормативный документ федерального уровня (ПНД Ф); Федеральный реестр (ФР); Руководящий документ (РД); Государственный отраслевой стандарт (ГОСТ); Методические указания (МУК). БПКполн. ПНД Ф 14.1:2:3:4.123-97; взвешенные вещества ПНД Ф 14.1:2:4.254-2009; железо общее ПНД Ф 14.1:2:4.50-96; ХПК ПНД Ф 14.1:2.100-97; хлориды ПНД Ф 14.1:2:4.111-97; сульфаты ПНД Ф 14.1:2.159-2000; нефтепродукты ПНД 14.1:2:4.5-95; аммоний-ион ПНД Ф 14.1:2:4.262-10; нитрат-ион ПНД Ф 14.1:2:4.4-95; нитрит-ион ПНД Ф 14.1:2:4.3-95; общие колиформные бактерии (ОКБ), термотолерантные колиформные бактерии (ТКБ), колифаги МУК 4.2.1884-04.

Результаты исследования и их обсуждение

На участке р. Кубань в черте г. Краснодара выбрано 10 точек (рис. 2). Нумерация точек принята по направлению течения реки Кубань: вход в г. Краснодар (Пашковский перекат) точка 1; точка 2 расположена в районе поселка Прикубанский, точка 3 – поселки Козет и Новый, точка 4 после нефтеперерабатывающего завода АО «КНПЗ-КЭН» (Краснодарский нефтеперерабатывающий завод – Краснодарэконефть); точка 5 расположена в 500 м до стока в реку Кубань со стороны города. Точка 6 характеризует сток в реку Кубань в районе Тургеневского моста со стороны жилых построек города (рис. 3); точка 7 расположена в 500 м после стока; точки 8 и 9 охватывают дачные участки и жилой поселок Республики Адыгея (аул Старобжегокай), расстояние между ними составляет 1000 м; точка 10 характеризует выход из города.

Отбор проб поверхностных природных вод проведен в октябре и ноябре 2018 г. на глубине 30 см в соответствии с требованиями нормативных документов ГОСТ 31861-2012 и ГОСТ 31942-2012. Для определения химических компонентов пробы отобраны в количестве 5 дм3 в пластиковую тару, для определения содержания нефтепродуктов отобрано 2 дм3 в стеклянную банку с завинчивающейся крышкой и для проведения микробиологических исследований отобрано по 1 дм3 воды в стерильную стеклянную бутылку. Пробы были доставлены в лабораторию не позднее 2 ч после начала отбора. Исследования проведены непосредственно после доставки проб в лабораторию, консервация проб не проводилась.

Проведен количественный химический анализ поверхностных природных вод. Содержание общего железа определено путем минерализации проб с последующим фотометрированием образующегося комплексного соединения ионов железа (III) с 1,10-фенантролином, окрашенного в красно-оранжевый цвет при рН = 3. Сульфат-ионы количественно определены турбидиметрическим методом анализа, основанным на поглощении излучения коллоидами сульфата бария, стабилизированных водным раствором глицерина и этилового спирта. Выполнение измерений массовой концентрации аммонийного азота основано на взаимодействии аммиака в щелочной среде с раствором тетраиодмеркурата калия. В результате образуется иодид меркурат аммония, окрашивающий раствор в цвет от желтого до красно-бурого в зависимости от концентрации аммонийного азота. Содержание нитратов определено на основе восстановительной способности по отношению к сульфату гидразина с последующим детектированием синтезированных нитритов. Сульфаниламид, как и прочие первичные ароматические амины, при действии азотистой кислоты образует диазосоединение, дающее сильноокрашенный комплекс малинового цвета азокрасителя в сочетании с N-(1-нафтил)этилендиамином.

Величина ХПК определена титриметрическим методом, основанном на окислении органических соединений калием двухромовокислом в сильнокислой среде. В качестве катализатора использован сульфат серебра. После количество непрореагировавшего бихромата калия определено титрованием раствором железоаммонийных квасцов и по разности количеств титрантов рассчитано количество, пошедшее на окисление органических соединений.

Исследования массовой концентрации хлоридов основываются на способности определяемого компонента образовывать практически нерастворимое соединение хлорид серебра в реакции с раствором нитрата серебра. По окончании осаждения хлоридов избыточные ионы серебра вступают в реакцию с хромат-ионами, выступающими в качестве индикатора, и образуют равновесный красно-оранжевый комплекс хромата серебра на поверхности осадка. Анализ проводили при рН от 6 до 9 для возможности образования хромата серебра. При сильнощелочной реакции среды ионы серебра образуют гидроксид серебра, которые сразу же разлагаются с образованием осадка оксида серебра.

Определение содержания нефтепродуктов выполнено методом ИК-спектрометрического анализа с предварительной экстракцией. Метод основан на детектировании пропускания излучения в ИК-области спектра с длиной волны 3,42 мкм через анализируемый экстракт нефтепродуктов в четыреххлористом углероде. С-Н связи метильных и метиленовых групп интенсивно поглощают ИК-излучение. Для удаления соединений других классов от определяемых нефтепродуктов экстракты пропускали через колонку с активированным оксидом алюминия. Учет входящих в состав нефтепродуктов ароматических углеводородов, не поглощающих в этой области, осуществляли с помощью специального искусственного стандарта, содержащего 25 % бензола.

Микробиологический анализ проведен для обнаружения и подсчета общих и термотолерантных колиформных бактерий, ОКБ и ТКБ соответственно. Чашки Петри с мембранными фильтрами (рис. 4) в питательных средах на подложке из агар-агара выдерживали в термостате при температуре 37 ± 1 °С в течение 24 ч, в последовательном разбавлении в 10, 102, 103, 104 и 105 раз. Через мембранные фильтры были пропущены пробы воды в соответствующем разведении в объеме 100 мл каждая по сравнению с контролем. Образующиеся колонии бактерий характеризовались наличием наростов в среде чашек в виде образований с характерным металлическим блеском: золотистых и красных. К золотистым колониям относят как ОКБ, так и ТКБ, к красным – только ТКБ.

korortk4.tif

Рис. 4. Чашки Петри с мембранными фильтрами

Для подтверждения правильного определения типа колоний бактерий (ОКБ или ТКБ) проведен оксидазный тест в пробирках (рис. 5). Для этого колонию количественно переносили в тест-пробирку с помощью обеззараженной микробиологической петли. Пробирка с агаром, окрашенным в синий цвет – контроль. Изменение цвета с синего на желтый и образование пузырьков газа свидетельствуют о наличии ОКБ при выдерживании образца в течение 24 ч при температуре 37 ± 1 °С и ТКБ при температуре 41 ± 1 °С. В первых трех чашках наблюдали сплошной рост бактерий, что не дало возможности количественно определить показатели ОКБ и ТКБ. При разбавлении в 104 также наблюдали рост колоний с их конгломерацией («срастанием» друг с другом). Наиболее подходящее для количественного определения ОКБ и ТКБ в нашем случае было разведение в 105 раз. Далее количество ОКБ и ТКБ рассчитывали с учетом разбавления и объема фильтрата и результат представляли в виде количества ОКБ или ТКБ в 100 мл пробы воды.

korortk5.tif

Рис. 5. Оксидазный тест

Результаты количественного анализа получены согласно методикам выполнения измерений. За результат количественного химического анализа принята медиана, полученная из трех параллельных определений. В аккредитованной лаборатории разработана и внедрена процедура внутрилабораторного контроля качества результатов исследований, что подтверждено удовлетворительными результатами контроля показателей качества используемых методик.

korortk6a.wmf korortk6b.wmf

а) б)

korortk6c.wmf korortk6d.wmf

в) г)

korortk6e.wmf korortk6k.wmf

д) е)

Рис. 6. Результаты анализов: (а)–(ж) – количественный химический анализ; (з)–(к) – микробиологический анализ (начало рисунка)

korortk6l.wmf korortk6m.wmf

ж) з)

korortk6n.wmf korortk6o.wmf

и) к)

Рис. 6. Результаты анализов: (а)–(ж) – количественный химический анализ; (з)–(к) – микробиологический анализ (окончание рисунка)

На рис. 6 графически представлены результаты количественного химического анализов (а)–(ж) и микробиологического анализов (з)–(к). Из результатов анализов следует, что точка сброса стока (точка 6) оказывает сильное влияние на загрязнение р. Кубань. Повышенное содержание азота нитритного (а) и аммоний-иона (б) приводит к изменению прозрачности и запаха воды. В свою очередь изменение органолептических свойств вызывает рост болезнетворных бактерий. Повышенные значения данных компонентов в стоке свидетельствуют о том, что сток относится к бытовым сточным водам, очистка которых проводится не на должном уровне. Увеличение содержания нефтепродуктов (в) (точка 4) показывает влияние нефтеперерабатывающего завода, очистные сооружения которого нуждаются в реконструкции. Резкое увеличение в стоке (точка 6) БПК5 (е) и ХПК (ж) говорит о биологическом и химическом загрязнении, что в свою очередь снижает содержание растворенного кислорода. Известно, что снижение растворенного кислорода приводит к усилению неприятного запаха водоема и его заражению патогенными микроорганизмами. Кратность превышения по ПДК общих (з) (ОКБ) и термотолерантных колиформных бактерий (и) (ТКБ) отражает негативное воздействие поверхностных и бытовых стоков жилых застроек и предприятий города и поселков, расположенных вдоль береговой линии р. Кубань.

Заключение

По результатам количественного химического и микробиологического анализов сделан вывод, что р. Кубань загрязнена нефтепродуктами, взвешенными веществами, ионами аммония, нитрит-ионами, железом, общими колиформными бактериями, термотолерантными колиформными бактериями. Наличие колифагов (рис. 6, к) свидетельствует о возможном присутствии опасных патогенных вирусов. Приведенные показатели относятся к характеристике загрязненных бытовых сточных вод. Повышение экологической безопасности р. Кубань напрямую связано с модернизацией очистных сооружений.


Библиографическая ссылка

Короткова Т.Г., Заколюкина А.М., Бушумов С.А. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ РЕКИ КУБАНЬ В ЧЕРТЕ ГОРОДА КРАСНОДАРА НА ОСНОВЕ ЧАСТНОГО ОТБОРА ПРОБ ПОВЕРХНОСТНЫХ ПРИРОДНЫХ ВОД // Успехи современного естествознания. – 2019. – № 3-1. – С. 62-69;
URL: https://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=37072 (дата обращения: 25.05.2022).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074