Создание системы оперативного мониторинга водных ресурсов и экологического контроля гидротехнических инженерных сооружений Северного Казахстана - Оценка химического состава донных отложений

В ходе проведенных работ были проведены исследования химического состава проб образцов донных отложений, отобранных на водохранилищах (таблицы 1 и 2). По результатам лабораторных исследований были получены показатели общих (валовых) форм содержания химических элементов, включая содержание таких компонентов как Al2O3, SiO2,Р (в перерасчете на P2О5), S (общая), K (в перерасчете на K2О), Ca (в перерасчете на CaО), Mg (в перерасчете на MgО), Fe (в перерасчете на Fe2О3), Mn (в перерасчете на MnО), Ti (в перерасчете на TiО2), Cr, Co, Ni, Cu, Zn, As, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Sn, Pb, др. Концентрации компонентов, которые приведены в таблицах, выражены в граммах на килограмм. Пустые ячейки таблиц означают, что концентрация компонента аналитически малая, либо не показатель в данной пробе определялся.

Основой химического состава образцов донных отложений водохранилищ являются оксиды кремния, алюминия, железа, магния, кальция, титана, фосфора, марганца. Выявлены в аналитически значимых концентрациях тяжелые и редкие металлы и элементы, стронций, цирконий, хром, никель, кобальт, медь, цинк, рубидий, иттрий, ниобий, свинец, мышьяк. В таблицах 1 и 2 отражено содержание основных химических компонентов проб донных отложений, взятых с определенных участков водохранилищ. Также приведены средние значения в целом по водохранилищу среднеквадратичное отклонение от значения средних. Для большей части проб среднеквадратичное отклонение от значения не превышает 50% от среднего значения. Это указывает на достаточно стабильный состав донных отложений по всем точкам отбора водохранилищ.

Таблица 1 - Содержание основных химических компонентов в пробах образцов донных отложений Верхнетобольского водохранилища

Показатель	Номер пробы и точки отбора								Сред. знач.	СКО	Cv, %
Показатель	1	2	3	4	5	6	7	8	Сред. знач.	СКО	Cv, %
SiO2	651,99	596,30	744,35	801,27	896,36	921,99	548,45	824,95	748,21	128,99	17,2
Al2O3	114,90	145,65	114,44	85,52	59,91	34,57	107,32	74,96	92,16	33,17	36,0
Fe2O3	96,68	55,75	43,09	30,38	20,51	25,42	38,29	28,65	42,35	23,03	54,4
K2O	16,32	19,87	14,61	12,07	8,67	10,29	13,53	10,01	13,17	3,48	26,4
MgO	15,65	21,89	27,22	0,00	14,59	15,14	28,65	7,20	16,29	9,06	55,6
CaO	5,23	15,11	6,80	18,51	7,57	3,38	84,03	6,51	18,39	25,28	137,4
TiO2	8,39	8,34	4,87	4,43	2,27	2,44	6,43	5,14	5,29	2,19	41,5
P2О5	3,45	2,82	1,41	0,57	0,75	0,94	1,02	1,17	1,52	0,98	64,4
MnO	1,26	1,07	0,58	0,51	0,39	0,27	0,77	0,49	0,67	0,32	48,2
S	0,67	0,61	0,23	0,32	0,30	0,52	-	0,48	0,39	0,21	53,0
Sr	0,16	0,18	0,12	0,13	0,09	0,06	0,23	0,08	0,13	0,05	41,1
Zr	0,20	0,21	0,11	0,17	0,07	0,15	0,18	0,23	0,17	0,05	29,9
Cr	0,044	0,101	0,113	-	0,046	0,085	0,122	0,083	0,085	0,028	33,2
Co	0,017	0,011	0,012	0,014	0,010	0,012	0,008	0,025	0,014	0,005	37,3
Ni	0,054	0,054	0,040	0,032	0,027	0,019	0,042	0,033	0,038	0,012	30,8
Cu	0,053	0,034	0,024	0,013	0,012	-	0,016	-	0,025	0,015	58,0
Zn	0,112	0,081	0,038	0,017	0,016	-	0,043	-	0,068	0,030	43,9
As	0,030	0,014	0,008	0,007	0,007	-	0,009	0,005	0,011	0,008	69,7
Rb	0,045	0,070	0,035	0,032	0,020	0,026	0,043	0,033	0,038	0,014	37,2
Y	0,023	0,026	0,014	0,016	0,009	0,009	0,021	0,017	0,017	0,006	34,2
Nb	0,008	0,011	0,006	0,005	0,005	-	0,008	0,005	0,007	0,002	29,9
Pb	0,023	0,012	0,009	0,011	0,010	0,000	0,014	0,010	0,011	0,006	53,0

Таблица 2 - Содержание основных химических компонентов в пробах образцов донных отложений Каратомарского водохранилища

Показатель	Номер пробы и точки отбора									Средн. знач.	СКО	Cv, %
Показатель	1	2	3	4	5	6	7	8	9	Средн. знач.	СКО	Cv, %
SiO2	740,4	805,7	984,7	906,6	884,1	836,5	814,0	1 009,5	754,7	859,6	94,63	11,00
Al2O3	94,93	77,4	34,6	51,5	58,1	49,2	57,2	15,3	66,4	56,11	23,10	41,18
Fe2O3	36,32	32,8	13,28	18,69	23,06	37,11	26,50	10,63	33,32	25,75	9,94	38,59
K2O	17,18	18,57	9,14	12,21	13,25	15,20	14,25	8,84	12,37	13,45	3,28	24,41
MgO	-	-	-	16,38	-	13,36	19,06	-	-	16,26	2,85	17,54
CaO	12,36	17,53	4,94	6,08	7,10	3,94	14,63	1,32	27,24	10,57	8,21	77,62
TiO2	5,68	6,08	3,04	3,11	4,06	2,63	3,44	-	3,77	3,98	1,26	31,65
P2О5	1,62	0,97	0,76	0,83	0,95	1,44	1,12	0,74	1,61	1,11	0,35	31,69
MnO	0,73	0,66	0,20	0,45	0,44	0,23	0,20	0,08	0,78	0,42	0,26	61,79
S	0,38	0,76	0,26	0,62	0,76	2,84	1,61	0,32	3,77	1,26	1,24	98,94
Sr	0,14	0,163	0,068	0,085	0,099	0,226	0,106	0,024	0,112	0,11	0,058	50,91
Zr	0,14	0,140	0,152	0,117	0,133	0,094	0,173	0,027	0,146	0,12	0,043	34,23
Cr	0,057	0,120	0,071	0,068	0,079	0,058	0,117	-	0,070	0,08	0,025	30,92
Co	0,0076	0,0110	0,0196	0,0113	0,0116	0,0129	0,0086	0,0103	0,0093	0,01	0,0035	30,77
Ni	0,0301	0,0246	0,0261	0,0192	-	0,0167	0,0145	0,0163	0,0239	0,02	0,0055	25,86
Cu	0,0201	0,0147	0,0208	-	0,0127	-	-	-	0,0221	0,02	0,0041	22,68
Zn	0,0409	0,0190	-	-	0,0177	0,0169	0,0262	-	0,0304	0,025	0,0094	37,21
As	0,0078	0,0096	0,0052	0,0045	0,0067	0,0059	0,0047	-	0,0082	0,0066	0,0018	28,05
Rb	0,0408	0,0439	0,0187	0,0262	0,0315	0,0416	0,0365	0,0205	0,0307	0,032	0,0092	28,54
Y	0,0156	0,0131	0,0065	0,0091	0,0096	0,0086	0,0128	0,0045	0,0171	0,0108	0,0042	38,74
Nb	0,0055	0,0068	0,0046	0,0049	0,0055	0,0050	0,0046	-	0,0046	0,0052	0,0008	14,99
Pb	0,0159	0,0181	-	0,0099	0,0110	-	0,0099	0,0000	0,0203	0,0122	0,0068	55,77

Для большей части проб среднеквадратичное отклонение от значения не превышает 50% от среднего значения. Это указывает на достаточно стабильный состав донных отложений по всем точкам отбора водохранилищ. Полученные данные достаточно хорошо коррелируют с научными описаниями подобных объектов. В таблицах 1 и 2 также приведены СКО- среднеквадратичное отклонение, Cv – коэффициент вариации.

Согласно авторам [142-144] кларк марганца в породах земной коры варьируется в пределах 800-1000 мг/кг, кларк железа варьируется в пределах 42000- 56300 мг/кг, кларк меди варьируется в пределах 47-100 мг/кг, кларк хрома варьируется в пределах 83-330 мг/кг, кларк никеля варьируется в пределах 58-200 мг/кг, кларк цинка варьируется в пределах 40-200 мг/кг, кларк свинца варьируется в пределах 12,5-20 мг/кг, кларк кобальта варьируется в пределах 18-100 мг/кг, кларк стронция варьируется в пределах 150-400 мг/кг. Общее среднее содержание таких элементов, как железо (с учетом перерасчета с оксидной формы в элементную), марганец (с учетом перерасчета с оксидной формы в элементную), хром, стронций, не превышает значений кларков в земной коре. Содержание других элементов практически соответствует показателям значений кларков, приводимыми различными авторами.

При оценке концентраций потенциально токсических элементов, содержащихся в донных отложениях, получены следующие результаты (таблица 3).

Таблица 3 - Концентрации потенциально токсических элементов в образцах проб донных отложений Верхнетобольского водохранилища

Показатель		Номер пробы и точки отбора								ПДК, г/кг
Показатель	1	2	3	4	5	6	7	8	9	Подвижная форма	Валовое содержание
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Верхнетобольское водохранилище
Cu	0,053	0,034	0,024	0,013	0,012	-	0,016		-	0,003*	0,055***
Zn	0,112	0,081	0,038	0,017	0,016	-	0,043		-	0,023**	0,100***
Mn	1,26	1,07	0,58	0,51	0,39	0,27	0,77	0,49	-	-	1,5*
Ni	0,054	0,054	0,040	0,032	0,027	0,019	0,042	0,033	-	0,004*	0,085***
Co	0,017	0,011	0,012	0,014	0,010	0,012	0,008	0,025	-	0,005*	-
As	0,030	0,014	0,008	0,007	0,007	-	0,009	0,005	-		0,002**
Pb	0,023	0,012	0,009	0,011	0,010	0,000	0,014	0,010	-	0,006*	0,032*
Cr (трехвалентный)	0,044	0,101	0,113	-	0,046	0,085	0,122	0,083	-	0.006*	-
Каратомарское водохранилище
Cu	0,0201	0,0147	0,0208	-	0,0127	-	-	-	0,0221	0,003*	0,055***
Zn	0,0409	0,0190	-	-	0,0177	0,0169	0,0262	-	0,0304	0,023**	0,100***
Mn	0,509	0,460	0,138	0,31	0,305	0,157	0,140	0,057	0,546	-	1,5*
Ni	0,0301	0,0246	0,0261	0,0192	-	0,0167	0,0145	0,0163	0,0239	0,004*	0,085***
Co	0,0076	0,0110	0,0196	0,0113	0,0116	0,0129	0,0086	0,0103	0,0093	0,005*	-
As	0,0078	0,0096	0,0052	0,0045	0,0067	0,0059	0,0047	-	0,0082	-	0,002**
Pb	0,0159	0,0181	-	0,0099	0,0110		0,0099	0,0000	0,0203	0,006*	0,032*
Cr (трехва лентный)	0,057	0,120	0,071	0,068	0,079	0,058	0,117	-	0,070	0.006*	-

Примечания:

* Общесанитарный лимитирующий показатель вредности
** Транслокационный лимитирующий показатель вредности
*** Согласно требованиям Методическим указаниям по определению тяжелых металлов в почвах сельхозугодий и продукции растениеводства (Москва, 1992 год).

Содержание меди, свинца, марганца, никеля, цинка (в средних значениях) в валовых формах не превышает норм ПДК [111-114]. Содержание кобальта, мышьяка и хрома превышает содержание норм ПДК. Нужно отметить, что ПДК для стронция не установлен.

[Источники]

111) Приказ и.о. Министра сельского хозяйства Республики Казахстан от 27 февраля 2015 года № 4-1/147 «Об утверждении Правил проведения агрохимического обследования почв». – URL: https://adilet.zan.kz/rus/docs/V1500010686 (дата обращения 2024-09-09).
112) Методические указания по определению тяжелых металлов в почвах сельхозугодий и продукции растениеводства (Москва, 10 марта 1992 г. Издание 2-е, переработанное и дополненное). – Москва, 1992. – 63 с.
113) Об утверждении Гигиенических нормативов к безопасности среды обитания. Приказ Министра здравоохранения Республики Казахстан от 21 апреля 2021 года № ҚР ДСМ -32. – URL: https://adilet.zan.kz/rus/docs/V2100022595 (дата обращения 2024-09-09).
114) «Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в почве: Гигиенические нормативы. — М.: Федеральный центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора, 2006.— 15 с.
142) Кла́рковое число́ или кларки элементов. – URL: https://lyl.su/EEAI.
143) S.R. Taylor. Abundance of chemical elements in the continental crust: a new table. // Geochimica et Cosmochimica Acta. – 1964 - Volume 28, Issue 8. – P. 1273-1285. https://doi.org/10.1016/0016-7037(64)90129-2
144) Большая советская энциклопедия [В 30 т.]. Кварнер - Конгур / Гл. ред. А.М. Прохоров. — 1973. — 623 с.