RU2526798C2 - Способ выявления загрязнения рек полихлорированными бифенилами - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к экологии, охране окружающей среды, к способам и средствам мониторинга окружающей среды и может быть использовано для контроля загрязнений водоемов полихлорированными бифенилами. Способ включает забор проб воды, донных отложений и фитомассы макрофитов, их обработку и оценку, причем в качестве фитомассы макрофитов используют вегетативные органы растений Carex riparia Curt. (осоки береговой) и Typha angustifolia L. (рогоза узколистного), забор проб проводят в начале и конце периода вегетации растений, коэффициенты биологического поглощения загрязнителя оценивают как отношение содержания ПХБ в сухой массе макрофитов к их суммарному содержанию в донных отложениях и в воде, и при коэффициенте, превышающем 2,5±0,43 для осоки береговой и 10,2±1,03 для рогозе узколистного, судят о загрязнении реки. Разработка простого и объективного способа выявления зон техногенного загрязнения полихлорированными бифенилами водоемов промышленно-урбанизированных районов позволяет учесть процессы миграции и вторичного распределения ПХБ в водной среде. Заявляемый способ предназначен для применения на открытых водоемах, при гидрологических исследованиях реки и ее притоков по водосборным бассейнам, в работе природоохранных организаций, очистных сооружений и может быть внедрен в экологический мониторинг загрязнения речной системы и качества речной воды. 3 пр., 2 табл., 2 ил.

Description

Изобретение относится к экологии, охране окружающей среды, к способам и средствам мониторинга окружающей среды и может быть использовано для контроля загрязнений водоемов полихлорированными бифенилами.

Проблеме загрязнения окружающей среды диоксинами и диоксиноподобными соединениями, которые часто называют "суперэкотоксикантами", в настоящее время во всем мире уделяется особое внимание. В большую группу таких соединений входят полихлорированные бифенилы (ПХБ) (Киселев А.В. Отравленные города / А.В. Киселев, В.В. Худолей. - М: Greenpeace - 1997 - 84 с.).

В отличие от диоксинов, которые являются побочным продуктом химического синтеза или образуются в результате термического воздействия на хлорированные углеводороды, ПХБ производились промышленностью в больших количествах, как технические жидкости, начиная с 1929 г. Термическая, химическая стабильность и способность ПХБ биоаккумулироваться в пищевых цепях, сделали их опасными контаминантами окружающей среды (Ровинский Ф.Я. Фоновый мониторинг загрязнения экосистем суши хлорорганическими соединениями/Ф.Я. Ровинский, Л.Д. Воронова, М.И. Афанасьев. - Л.: Гидрометеоиздат, 1990. - 270 с.; Федоров Л.А. Диоксины как экологическая опасность: ретроспектива и перспективы / Л.А. Федоров. - М.: Наука, 1993. - 1993. - 226 с.). К возможным объектам нахождения ПХБ можно отнести следующие: электротехническое оборудование (конденсаторы, трансформаторы и др.) на объектах коммунального хозяйства, химической промышленности, других отраслей экономики, в том числе выведенные из эксплуатации; предприятия-производители ПХБ; предприятия-производители электротехнического оборудования с ПХБ; полигоны размещения промышленных отходов; полигоны размещения бытовых отходов; несанкционированные свалки; предприятия по переработке лома цветных и черных металлов; гидравлическое и другое оборудование на объектах различных отраслей промышленности, в том числе в военной технике (Приложение к Приказу Госкомэкологии России от 13 апреля 1999 г. N165. Рекомендации для целей инвентаризации на территории Российской Федерации производств, оборудования, материалов, использующих или содержащих ПХБ, а также ПХБ-содержащих отходов. - М., 1999). Кроме того, возможными источниками ПХБ могут стать металлургические процессы, производство пластмасс, цемента, процессы нефтепереработки, производство теплоносителей и хладагенов, смазочных масел, компонентов красок, лаков и клеевых составов, растворителей. ПХБ могут выделяться при пожарах (горение полимерных конструкционных материалов и оборудования), при окрасочных работах, сжигании отходов как открытом, так и с использованием специальных установок, а также при сгорании топлива автотранспорта и топке углем (Наумов В.С. Проблема загрязнения окружающей среды выбросами стойких органических загрязнителей в процессе жизненного цикла судов. / B.C. Наумов, Т.А. Игнатьева, Н.Ш. Ляпина // Наука и техника транспорта. - 2010. - №2. - С.11-12). Несмотря на то, что в настоящее время производство ПХБ запрещено, загрязнение окружающей среды происходит за счет их испарения и утечки из промышленного оборудования, а также в ходе неправильной его утилизации. По оценкам экспертов около 35% общего объема произведенных ПХБ все еще присутствует в окружающей среде (Майстренко В.Н. Эколого-аналитический мониторинг стойких органических загрязнителей / В.Н. Майстренко, Н.А. Клюев. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2004. - 323 с: ил.; Смирнов A.M. Антропогенные поллютанты, их ветеринарно-санитарное и токсикологическое значение / A.M. Смирнов, Г.А. Таланов // Сельскохозяйственная биология. - 1994. - №2. - С.34-42), и это представляет огромную опасность как для экосистем, так и для человека.

ПХБ относятся к группе стойких экотоксикантов, обладающих канцерогенным, тератогенным, эмбриотоксическим, мутагенным действием и способных наносить вред человеку, сельскохозяйственным, диким животным и окружающей среде даже в очень низких концентрациях. Причем данные последних лет показывают, что главная опасность ПХБ не столько в их острой токсичности, сколько в кумулятивном действии и отдаленных последствиях (Смирнов A.M. Антропогенные поллютанты, их ветеринарно-санитарное и токсикологическое значение / A.M. Смирнов, Г.А. Таланов // Сельскохозяйственная биология. - 1994. - №2. - С.34-42). Опасность ПХБ для живых организмов в водной среде обусловлена их способностью перемещаться по пищевой цепи и аккумулироваться в жиросодержащих тканях животных. Даже при низких концентрациях ПХБ в компонентах природной среды имеется опасность их аккумуляции в организме человека как высшем звене пищевой цепи. Учитывая угрозу дальнейшего распространения ПХБ в окружающей среде, необходимо проводить исследования в зонах локальных источников воздействия, выявление загрязненных участков, оценку масштабов загрязнения для разработки планов действий и выбора технологий по очистке (Кухарчик Т.Н. Загрязнение окружающей среды полихлорированными бифенилами в Беларуси // Вестник БГУ. - 2007. - Сер. 2. - №2. - С.104-110).

Уровень техники. Известен способ оценки загрязнения окружающей среды ПХБ, включающий отбор проб, геохимический анализ почвы, поверхностных вод, донных отложений и атмосферного воздуха и последующее сравнение полученных данных с нормативными величинами содержаний загрязняющих веществ (Кухарчик Т.Н. Загрязнение окружающей среды полихлорированными бифенилами в Беларуси // Вестник БГУ. - 2007. - Сер. 2. -№2. - С.104-110). Химико-аналитические определения ПХБ в почвах и донных отложениях выполнены с использованием газового хроматографа с электронозахватным детектором и хромато-масс-спектрометрии. Данный способ учитывает взаимосвязь между содержанием загрязняющих веществ в природных компонентах среды и источниками загрязнения, но не рассматривает такое свойство реки как динамичность. Известно, что содержание поллютантов зависит не только от количества их поступления, но и от степени разбавления (водности реки) (Фомичева А.Н. Мониторинг мутагенного загрязнения малых рек / А.Н. Фомичева, И.М. Прохорова // Водные ресурсы. - 2005. - Т.32. - №3. - С.347-351). Поскольку водность реки подвержена сезонным изменениям, то при стабильном поступлении загрязняющих веществ колебания свойств воды и донных отложений будут определяться гидрологическим циклом. Кроме того, вследствие аккумуляции ПХБ в тканях макрофитов не всегда геохимический анализ только двух компонентов водной среды - воды и донных отложений - может показать повышенное содержание поллютанта и тем самым объективно оценить наличие техногенного загрязнения.

Известен геохимический способ выявления и оценки зон техногенного загрязнения рек, включающий отбор проб, выделение эпифитовзвеси и определение ее химического состава (Геохимический способ выявления и оценки зон техногенного загрязнения рек. - Патент РФ, МПК G01N 33/18, №2205401). Для получения проб эпифитовзвеси срезанные под поверхностью воды стебли и листья макрофитов помещают в полиэтиленовые пакеты, доставляют в лабораторию, высушивают на воздухе в тени. Затем их размещают на кальке и механическим воздействием, встряхиванием, отделяют находящийся на них твердый материал с целью получения проб эпифитовзвеси. Макроскопические частицы эпифитона, присутствующие в пробах эпифитовзвеси, удаляют пластиковым пинцетом. Полученные пробы эпифитовзвеси досушивают на воздухе в тени, растирают в агатовой ступке и помещают в пакеты из кальки. Способ позволяет определить содержание и формы химических элементов в твердых частицах, взвешенных в воде и адсорбированных на поверхности листьев и стеблей макрофитов. Однако оценить степень накопления ряда органических соединений, например ПХБ, в тканях растений данным методом не представляется возможным.

Известен способ определения ПХБ в пресноводных рыбах и донных отложениях на примере Рыбинского водохранилища (Пространственное распределение и качественный состав полихлорированных бифенилов (ПХБ) и хлорорганических пестицидов (ХОП) в донных отложениях и леще (Abramis brama L.) Рыбинского водохранилища / Г.М. Чуйко и [и др.] // Биология внутренних вод. - 2010. - №2. - С.98-108). Повышенное содержание ПХБ зафиксировано в районах антропогенного влияния. Однако в качестве биоматериала использовались только мышечные ткани леща, которые не могут в полной мере охарактеризовать степень аккумуляции ПХБ в живом организме.

Прототип. Наиболее близкий к предложенному способ оценки распределения микроэлементов в высшей водной растительности (Распределение микроэлементов в высшей водной растительности Иваньковского водохранилища / Е.С. Гришанцева [и др.] // Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология. - 2010. - №3. - С.223-231). С помощью данного способа авторы изучали аккумуляцию тяжелых металлов высшей водной растительностью в течение нескольких лет, учитывали сроки вегетации макрофитов и анализировали состав донных осадков, придонных и поверхностных вод на примере Иваньковского водохранилища. Авторами формация погруженных в воду рдестов (рдест блестящий, рдест пронзеннолистный, рдест гребенчатый) была рекомендована в качестве основного объекта при проведении диагностического мониторинга современного экологического состояния водохранилища. Однако, как признают сами авторы, использование данного вида растительности для мониторинга осложняется тем, что по мере увеличения содержания тяжелых металлов в водной среде меняется состав растительных ассоциаций макрофитов в сторону снижения числа или полного исчезновения погруженных видов растений.

Задача изобретения - разработка эффективного способа выявления зон загрязнения рек полихлорированными бифенилами промышленно-урбанизированных районов.

Новизна изобретения

Впервые в процессе выявления степени загрязнения водных объектов полихлорированными бифенилами предлагается комплексная оценка содержания полихлорированных бифенилов в воде, донных отложениях и фитомассе высших водных растений, позволяющая при мониторинге экологического состояния водоема учесть процессы миграции и вторичного перераспределения ПХБ в водной среде по цепи вода - донные отложения - макрофиты.

Существенные отличия

Способ выявления загрязнения рек полихлорированными бифенилами включает отбор проб воды, донных отложений и фитомассы макрофитов, а именно Carex riparia Curt. (осоки береговой) и Typha angustifolia L. (рогоза узколистного), забор проб проводят в начале и конце периода вегетации растений, коэффициенты биологического поглощения загрязнителя оценивают как отношение содержания ПХБ в сухой массе макрофитов к их суммарному содержанию в донных отложениях и в воде, и при коэффициенте, превышающем 2,5±0,43 для осоки береговой и 10,2±1,03 для рогоза узколистного, судят о загрязнении реки.

Технический результат

Разработка простого и объективного способа выявления зон техногенного загрязнения полихлорированными бифенилами водоемов промышленно-урбанизированных районов позволяет учесть процессы миграции и вторичного распределения ПХБ в водной среде. В предлагаемом способе каждый из отличительных признаков необходим, и все вместе достаточны для осуществления способа.

Раскрытие способа. Для достижения технического результата и предлагается данный способ, в котором комплексный анализ содержания полихлорированных бифенилов в воде, донных отложениях и макрофитах проводится в весенний (апрель -июнь) и осенний (середина сентября - начало ноября) периоды. Данная особенность отбора проб связана не только с гидрологическим циклом реки, когда содержание загрязняющих веществ зависит от их разбавления (водности реки), но и со сроками начала и завершения вегетации высших водных растений. Наибольшее загрязнение воды и донных отложений отмечается в период весеннего половодья, а наибольшее аккумулирование ПХБ в макрофитах наблюдается к окончанию летней межени. Т.к. загрязняющие вещества присутствуют в большом количестве в экосистеме и весной, и осенью, и в течение данного периода происходит перераспределение ПХБ по системе вода - донные отложения - макрофиты, то исследование необходимо проводить именно в данные периоды гидрологического цикла реки и изучать все компоненты водной среды, включая макрофиты. Забор воды и определение содержания ПХБ осуществляется стандартными методами. Полученные данные сравниваются с нормативными величинами содержаний ПХБ в воде (ПДК), равными 0,001 мг/л (Майстренко В.Н. Эколого-аналитический мониторинг стойких органических загрязнителей / В.Н. Майстренко, Н.А. Клюев. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2004. - 323 с: ил.; - 2000 экз. - ISBN 5-94774-204-7 (в пер.); ГН 2.1.5.2280-07. Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования. Дополнения и изменения №1 к ГН 2.1.5.1315-03 от 28 сен. 2007 г. - М. 2007. - 12 с). При получении данных, равных 1 ПДК и более, участок реки считается загрязненным. Пробы донных отложений отбираются с горизонта 0-10 см дночерпателем Патерсона, высушиваются и измельчаются. Концентрация ПХБ в грунтах определяется стандартными методами, после чего полученные данные сравниваются с ПДК для донных отложений, равными 0,02 мг/кг (Neue Niederlandische Liste, Altlasten Spekrum 3/95 // PTS limits and levels of concern in the environment, food and human tissues. - Ch.3. - P.29-32. URL.: http: // www. amap.no/documents). При получении данных, равных 1ПДК и более, участок реки считается загрязненным. Учитывая способность ПХБ растворяться в липидах и концентрироваться главным образом в клетках и тканях гидробионтов, необходимо исследовать содержание ПХБ в водных растениях, т.к. по мере увеличения содержания загрязняющих веществ в водных компонентах, а также к концу вегетативного периода растений значительное количество поллютанта будет накапливать вегетативная часть (фитомасса) макрофитов. Для отбора проб фитомассы макрофитов используют гидрофиты и гелофиты. Гидрофиты - укореняющиеся, погруженные в воду растения, которые определенную часть вегетационного периода находятся в плавающем состоянии и встречаются в речных биотопах на всех типах субстратов, в том числе там, где движение воды препятствует накоплению илистых отложений, например Zannichellia palustris L. (заникеллия болотная), Potamogeton perfoliatus L. (рдест пронзен-нолистный), Potamogeton crispus L. (рдест курчавый). Гелофиты - укореняющиеся, водно-болотные растения, верхняя часть стеблей и листьев которых находятся над поверхностью воды: Butomus umbellatus L. (сусак зонтичный), Typha angustifolia L. (рогоз узколистный) и Carex riparia Curt. (осока береговая).

Отбор фитомассы растений осуществляется на опытных станциях (зоны, где планируется определить наличие или отсутствие загрязнения ПХБ) и фоновых. Фоновые участки - это участки реки, расположенные вне зоны прямого воздействия источников загрязнений вдали от населенных пунктов и сельскохозяйственных угодий и обычно приуроченные к верховьям рек. Для получения проб фитомассы извлеченные корни, стебли и листья макрофитов помещают в бумажные пакеты, высушивают. Содержание полихлорированных бифенилов устанавливают стандартными методами согласно методическим указаниям по определению хлорорганических пестицидов и полихлорированных бифенилов при их совместном присутствии в объектах внешней среды и биоматериале (РД 52.18.578-97. Руководящий документ. Методические указания. Массовая доля суммы изомеров полихлорбифенилов в пробах почвы. Методика выполнения измерений методом газожидкостной хроматографии (утв. Росгидрометом 20.02.1997. - 1997. - С.10-15). Для оценки интенсивности вовлечения ПХБ в биогеохимические циклы миграции для высшей водной растительности рассчитываются коэффициенты биологического поглощения (Кб), численно равные отношению содержания ПХБ в сухой массе макрофита к его суммарному содержанию в донных отложениях и воде, т.к. адсорбция загрязняющего вещества происходит не только из грунтов, но и из водной толщи:

$$Кб=\frac{{С}_{р}}{{С}_{до}+{С}_{вода}},\text{ (1)}$$

где Кб - коэффициент биологического поглощения ПХБ растениями; С_р - содержание ПХБ в фитомассе растения в конкретной точке наблюдения;

С_до - содержание ПХБ в донных отложениях, отобранных из-под корней исследуемого растения; С_вода - содержание ПХБ в поверхностной воде.

Для определения миграционной способности ПХБ в водной среде анализируют изменения содержания загрязняющего вещества в донных отложениях, воде и фитомассе. Снижение концентрации ПХБ в воде с последующим ее ростом в донных отложениях свидетельствует о переходе поллютанта в грунт и макрофиты. Снижение содержания ПХБ в воде и донных отложениях и увеличение его в фитомассе характеризует переход вещества и его аккумуляцию в высших водных растениях, и нередко при химическом анализе только воды и донных отложений не регистрируется превышения ПДК ПХБ, а следовательно, не определяется загрязнение реки данным поллютантом. Однако в водной среде загрязняющее вещество присутствует, только лишь временно выводится из круговорота. Фитомасса водных макрофитов играет большую роль в миграции и перераспределении веществ в водной среде. Химические элементы, органические соединения, в том числе и ПХБ, концентрирующиеся в фитомассе, являются составной частью потока вещества, участвующего в биогеохимических процессах. После отмирания растений, загрязняющие вещества возвращаются в грунт, участвуют в формировании его химического состава и наряду с донными отложениями служат вторичным источником загрязнения водной массы.

Фитомасса высших водных растений накапливает ПХБ намного интенсивнее, чем вода и донные отложения, т.к. из-за своей способности растворяться в липидах ПХБ концентрируются главным образом в клетках и тканях гидробионтов. Поэтому по мере увеличения содержания загрязняющих веществ в воде и донных отложениях, а также к концу вегетативного периода растений именно вегетативная часть (фитомасса) макрофитов будет накапливать значительное количество поллютанта.

Определение коэффициента биологического поглощения (Кб) ПХБ в макрофитах относительно их содержания в среде (воде и донных отложений) позволило выявить наибольшее аккумулирование ПХБ в фитомассе Typha angustifolia L. (рогоз узколистный) и Carex riparia Curt. (осока береговая) (табл.1), что позволяет использовать данные растения как индикаторные виды в водных экосистемах, которые наиболее информативны для экологического мониторинга ПХБ. На фоновом участке р. Урал - станция №4, Дубки - фитомасса Typha angustifolia L. (рогоз узколистный) и Carex riparia Curt. (осока береговая) отбиралась в июне 2009 г., июне 2011 г.и сентябре 2011 г. Расчет Кб для данных видов растений не выявил значительного изменения величины (табл.1, 2), что позволяет использовать его в качестве критерия в определении загрязнения водной среды полихлорированными бифенилами и применять понятие «фоновый коэффициент» поглощения ПХБ растениями.

Табл. 1
Коэффициент биологического поглощения некоторых видов растений (июнь 2009 г.).
Станция	Растение	Коэффициент биологического поглощения (Кб)
Станция №1 Очистные сооружения	Zannichellia palustris L. (цаникеллия болотная)	10,18
	Butomus umbellatus L. (сусак зонтичный)	12,08
	Carex riparia Curt. (осока береговая)	40,45
Станция №2 Автодорожный мост	Potamogeton perfoliatus L. (рдест пронзеннолистный)	78,65
	Butomus umbellatus L. (сусак зонтичный)	54,49
	Carex riparia Curt. (осока береговая)	79,97
	Typha angustifolia L. (рогоз узколистный)	89,89

Станция №3 Водозабор	Potamogeton crispus L. (рдест курчавый)	25,25
	Butomus umbellatus L. (сусак зонтичный)	12,25
	Zannichellia palustris L. (цаникеллия болотная)	25,25
	Potamogeton perfoliatus L. (рдест пронзеннолистный)	31,86
Станция №4	Typha angustifolia L. (рогоз узколистный)	11,12
Дубки (фоновый участок)
	Carex riparia Curt. (осока береговая)	2,87
	Potamogeton perfoliatus L. (рдест пронзеннолистный)	1,44
	Butomus umbellatus L. (сусак зонтичный)	1,02
	Zannichellia palustris L. (цаникеллия болотная)	1,26

Табл. 2
Изменение коэффициента биологического поглощения некоторых видов растений за период июнь-сентябрь 2011 г.
Станция	Растение	Коэффициент биологического поглощения (Кб)
		Июнь 2011 г	Сентябрь 2011 г
Станция №1	Carex riparia Curt. (осока береговая)	9,70	13,98
Очистные сооружения
Станция №2 Автодорожный мост	Typha angustifolia L. (рогоз узколистный)	13,77	43,12
	Carex riparia Curt. (осока береговая)	3,72	28,69
Станция №3 Водозабор	Carex riparia Curt. (осока береговая)	22,02	26,67
	Typha angustifolia L. (рогоз узколистный)	33,48	51,78
Станция №4 Дубки	Carex riparia Curt. (осока береговая)	2,05	2,7
	Typha angustifolia L. (рогоз узколистный)	9,10	10,5

Для расчета фонового коэффициента используется параметр Кб±а, где Кб - средний фоновый коэффициент, а - стандартное отклонение. Статистическая обработка проводится стандартными методами при помощи компьютерных программ EXCEL 2000 (Microsoft, USA). Коэффициенты биологического поглощения, отличающиеся от средних более чем на значение стандартного отклонения (Кб±σ), характеризуют данный участок реки как загрязненный. Для осоки береговой фоновый коэффициент биологического поглощения составил 2,5±0,43, для рогоза узколистного - 10,2±1,03. Таким образом, при коэффициенте биологического поглощения, превышающем фоновый коэффициент 2,5±0,43 для осоки береговой или 10,2±1,03 для рогоза узколистного, говорят о наличии загрязнения реки полихлорированными бифенилами даже при отсутствии превышения ПДК ПХБ в воде и донных отложениях.

Для пояснения необходимости применения фонового коэффициента использовались следующие примеры.

Пример 1.

Определение концентрации ПХБ в воде и донных отложениях на станции 1 (Очистные сооружениия р. Урал) с использованием газового хроматографа «Хромое ГХ-1000» и флюората «02-2М» показало превышение содержания ПХБ в донных отложениях относительно ПДК и соответствие 1 ПДК в воде в начале периода вегетации: в июне 2011 г. оно составило в донных отложениях 0,065 мг/кг - 3,25 ПДК (фиг.2), в воде 0,001 мг/л (фиг.1). Коэффициент биологического поглощения Carex riparia Curt. (осока береговая) превышает фоновый коэффициент в 3,9 раза в июне и в 5,6 раза в сентябре. Таким образом, исследование воды, донных отложений и фитомассы макрофитов позволяет установить наличие загрязнения водоема полихлорированными бифенилами.

Пример 2. Химический анализ содержания ПХБ в воде в июне и сентябре на станции 3 (Водозабор) приводит к ошибочному заключению о благополучном состоянии реки на данном участке, т.к. концентрация ПХБ в воде составила 0,0007 мг/л в июне и 0,0005 мг/л в сентябре, что не превышает ПДК данного загрязнителя (фиг.1). Однако исследование донных отложений и расчет коэффициента биологического поглощения макрофитов свидетельствует о наличии загрязнения полихлорированными бифенилами. Независимо от времени отбора проб зафиксировано превышение ПДК вещества в донных отложениях: в июне содержание ПХБ составило 0,037 мг/кг, что соответствует 1,85 ПДК, в сентябре - 0,028 (1,4 ПДК) (фиг.2). Коэффициент биологического поглощения для Carex riparia Curt. (осоки береговой) в июне составил 22,02 (превышение фонового коэффициента в 8,8 раз), в сентябре 26,67 (превышение в 10,7 раз). Для Typha angustifolia L. (рогоза узколистного) коэффициент биологического поглощения ПХБ достиг 33,48 и 51,78 в летний и осенний периоды соответственно, что превышает фоновые коэффициенты в 3,3 и 5,1 раза. Таким образом, исследование грунта и фитомассы высших водных растений дает возможность выявить не только загрязнение данной зоны полихлорированными бифенилами, но и особенности миграции поллютанта в разных компонентах водной среды. Для донных отложений характерно максимальное аккумулирование ПХБ в июне, что связано с переходом загрязняющего вещества из воды. Снижение концентрации ПХБ в грунтах и воде к сентябрю и увеличение за этот период коэффициента биологического поглощения для Carex riparia Curt. (осоки береговой) и Typha angustifolia L. (рогоза узколистного) свидетельствует о миграции ПХБ из донных отложений и воды в вегетативные органы растений и максимальном концентрировании именно в осенний период (в конце вегетативного периода). Именно в этот период происходит временное выведение загрязняющего вещества из водной среды и обратное его возвращение при отмирании растения, и при наличии дополнительного антропогенного загрязнения с каждым годом происходит увеличение накопления полихлорированных бифенилов во всех компонентах экосистемы.

Пример 3. Исследование воды и донных отложений на станции 2 в июне (район автодорожного моста р. Урал) не выявило превышения содержания ПХБ относительно ПДК (фиг.1, 2). Концентрация ПХБ в воде составила 0,0007 мг/л (при ПДК 0,001 мгл), в донных отложениях - 0,015 мг/кг (при ПДК 0,02 мг/кг). Коэффициенты поглощения, рассчитанные для Carex riparia Curt. (осоки береговой) и Typha angustifolia L. (рогоза узколистного) составили 3,72 и 13,77 соответственно, что превышает фоновый коэффициент для осоки береговой в 1,5 раз, а для рогоза в 1,35 раз. Анализ содержания ПХБ только в двух компонентах: воде и донных отложениях ошибочно приводит к заключению о благополучном состоянии данного участка реки в плане загрязнения полихлорированными бифенилами, однако превышение фонового коэффициента свидетельствует о накоплении поллютанта в фитомассе и о наличии загрязнения.

В сентябре ситуация меняется: в воде превышения содержания ПХБ относительно ПДК не наблюдается (0,0006 мг/л), в донных отложениях концентрация составила 1,05 ПДК. Коэффициенты поглощения, рассчитанные для Carex riparia Curt. (осоки береговой) и Typha angustifolia L. (рогоза узколистного) составили 28,69 и 43,12, что больше фоновых коэффициентов в 11,5 и 4,2 раз соответственно. Такое значительное превышение фонового коэффициента позволяет сделать вывод не только о наличии загрязнения участка реки ПХБ, но и об ухудшении экологической ситуации по сравнению с июнем. Анализ содержания ПХБ в компонентах экосистемы позволяет установить наличие загрязнения реки в данной зоне и охарактеризовать особенности перераспределения загрязнителя в водной среде. За период июнь-сентябрь происходит постепенная миграция ПХБ из водной толщи в меньшей степени в грунт и в большей степени в растительные ткани, т.к. концентрация ПХБ в осоке береговой и рогозе узколистном увеличилась по сравнению с содержанием ПХБ в фитомассе в июне в 7,7 и 3,1 раз соответственно.

Таким образом, комплексное исследование содержания ПХБ в воде, донных отложениях и фитомассе водных макрофитов в начале и конце вегетативного периода растений позволило выявить перераспределение в содержании ПХБ в воде и донных отложениях и в вегетативной части растений Carex riparia Curt. (осоки береговой) и Typha angustifolia L. (рогоза узколистного) на всех станциях отбора проб, что подтверждает необходимость использования в процессах экологического мониторинга содержания ПХБ в водоемах не только воду и донные отложения, но и данные макрофиты как индикаторные и наиболее информативные виды в водных экосистемах. Изучение только воды или индивидуальное исследование только донных отложений может дать ложноотрицательный результат в оценке экологического состояния водной экосистемы.

Заявляемый способ предназначен для применения на открытых водоемах при гидрологических исследований реки и ее притоков по водосборным бассейнам, в работе природоохранных организаций, очистных сооружений и может быть внедрен в экологический мониторинг загрязнения речной системы и качества речной воды.

Заявляемый способ выявления загрязнения рек полихлорированными бифенилами позволяет объективно определить наличие техногенного загрязнения водных экосистем полихлорированными бифенилами в разные гидрологические циклы реки благодаря использованию в комплексном мониторинге Typha angustifolia L. (рогоза узколистного) и Carex riparia Curt. (осоки береговой). Данные виды позволяют зафиксировать максимальное загрязнение водной среды полихлорированными бифенилами в конце вегетационного периода, что свидетельствует о необходимости их использования в индикации водных экосистем.

Источники информации

1. Геохимический способ выявления и оценки зон техногенного загрязнения рек. - Патент РФ МПК G01N 33/18, №2205401, заявка №2001131942/04, подана 28.11.2001, опубликов. 27.05.2003).

2. ГН 2.1.5.2280-07. Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования. Дополнения и изменения №1 к ГН 2.1.5.1315-03 от 28 сен. 2007 г. - М. 2007. - 12 с.

3. Киселев А.В. Отравленные города / А.В. Киселев, В.В. Худолей. -М: Greenpeace - 1997 - 84 с.

4. Кухарчик Т.Н. Загрязнение окружающей среды полихлорированными бифенилами в Беларуси / Т.Н. Кухарчик // Вестник БГУ. - 2007. - Сер. 2. - №2. - С.104-110.

5. Майстренко В.Н. Эколого-аналитический мониторинг стойких органических загрязнителей / В.Н. Майстренко, Н.А. Клюев. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2004. - 323 с: ил.; - 2000 экз. - ISBN 5-94774-204-7 (в пер.).

6. Наумов B.C. Проблема загрязнения окружающей среды выбросами стойких органических загрязнителей в процессе жизненного цикла судов. / B.C. Наумов, Т.А. Игнатьева, Н.Ш. Ляпина // Наука и техника транспорта. - 2010. - №2. - С.11-12.

7. Приложение к Приказу Госкомэкологии России от 13 апреля 1999 г. N 165. Рекомендации для целей инвентаризации на территории Российской Федерации производств, оборудования, материалов, использующих или содержащих ПХБ, а также ПХБ-содержащих отходов. - М., 1999.

8. Пространственное распределение и качественный состав полихлорированных бифенилов (ПХБ) и хлорорганических пестицидов (ХОП) в донных отложениях и леще (Abramis brama L.) Рыбинского водохранилища / Г.М. Чуйко и [и др.] // Биология внутренних вод. - 2010. - №2. - С.98-108.

9. Распределение микроэлементов в высшей водной растительности Иваньковского водохранилища / Е.С. Гришанцева [и др.] // Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология. - 2010. - №3. - С.223-231.

10. РД 52.18.578-97. Руководящий документ. Методические указания. Массовая доля суммы изомеров полихлорбифенилов в пробах почвы. Методика выполнения измерений методом газожидкостной хроматографии (утв. Росгидрометом 20.02.1997). - 1997. - С.10-15.

11. Ровинский Ф.Я. Фоновый мониторинг загрязнения экосистем суши хлорорганическими соединениями / Ф.Я. Ровинский, Л.Д. Воронова, М.И. Афанасьев. - Л.: Гидрометеоиздат, 1990. - 270 с.

12. Смирнов A.M. Антропогенные поллютанты, их ветеринарно-санитарное и токсикологическое значение / A.M. Смирнов, Г.А. Таланов // Сельскохозяйственная биология. - 1994. - №2. - С.34-42.

13. Федоров Л.А. Диоксины как экологическая опасность: ретроспектива и перспективы. - М.: Наука, 1993. - 1993. - 226 с.- ISBN 5-02-001674-8.

14. Фомичева А.Н. Мониторинг мутагенного загрязнения малых рек / А.Н. Фомичева, И.М. Прохорова // Водные ресурсы. - 2005. - Т.32. - №3. - С.347-351.

15. Neue Niederlandische Liste, Altlasten Spekrum 3/95 // PTS limits and levels of concern in the environment, food and human tissues. - Ch.3. - P. 29-32. URL.: http: file:////www.amap.no/documents.

Claims (1)

1. Способ выявления загрязнения рек полихлорированными бифенилами, включающий забор проб воды, донных отложений и фитомассы макрофитов, их обработку и оценку, отличающийся тем, что в качестве фитомассы макрофитов используют вегетативные органы растений Carex riparia Curt. (осоки береговой) и Typha angustifolia L. (рогоза узколистного), забор проб проводят в начале и конце периода вегетации растений, коэффициенты биологического поглощения загрязнителя оценивают как отношение содержания ПХБ в сухой массе макрофитов к их суммарному содержанию в донных отложениях и в воде, и при коэффициенте, превышающем 2,5±0,43 для осоки береговой и 10,2±1,03 для рогоза узколистного, судят о загрязнении реки.

Images