Роль нітрогенвмісних сполук в оцінці екологічного стану поверхневих штучних водоймах

В останні десятиліття проблема чистої води в багатьох країнах світу є однією з головних, оскільки діяльність людини сприяє значному погіршенню якості води поверхневих водних об’єктів. Сьогодні, плануючи водогосподарські заходи, потрібно враховувати загальний характер, тенденції і розміри втручання людини у природні процеси, реально оцінювати та прогнозувати екологічні, економічні та соціальні наслідки.

Волинська область багата на поверхневі води: ріки, озера, ставки. Гідрографічна сітка області представлена річками двох великих басейнів: р. Прип’ять і р. Західний Буг.

У Волинській області в експлуатації знаходиться 12 водосховищ. Площа дзеркала води у водосховищах становить 2203 га. Використовуються вони для зволоження осушених земель на меліоративних системах та риборозведення. На території області нараховувалося 617 ставків загальною площею водного дзеркала 4544 га., основними джерелами живлення яких є талі, повеневі, дощові і підземні води.

Ставки, кар’єри і водосховище – це штучні створені  водойми, місткістю не більше 1 млн.м3 або водойми, що утворились при спорудженні водопідпірної греблі у долині річки. Ставки і кар’єри становлять найчисельнішу групу штучних водойм, які здавна споруджувались на малих річках, у балках і ярах. Штучні водойми створюються з метою регулювання стоку, для забезпечення різноманітних господарських потреб (гідроенергетики, рибальства, водопостачання, зрошування, рекреацій тощо).

Для прикладу проаналізуємо воду ставка, який використовується для штучного розведення риб. Водойми такого господарського використання вимагають періодичного дослідження відповідності якості води нормативним вимогам для рибогосподарських водойм за даним показникам.

Основними природними компонентами та забрудниками води є нітрогенвмісні сполуки, які є необхідними компонентами водних систем і водночас при перевищенні їх природних концентрацій стають токсикантами [1].

Сполуки, що містять азот, знаходяться в поверхневих водах у розчиненому, колоїдному і зваженому стані і можуть під впливом багатьох фізико-хімічних і біохімічних чинників переходити з одного стану в інший. 

Середня концентрація загального азоту в природних водах коливається в значних межах і залежить від трофності водного об'єкта: для оліготрофних змінюється звичайно в межах 0,3-0,7 мг/дм3, для мезотрофних – 0,7-1,3 мг/дм3, для евтрофних – 0,8-2,0 мг/дм3 [6] .

Підвищення концентрації іонів амонію і нітритів вказує на нещодавнє забруднення, у той час як збільшення вмісту нітратів – на забруднення в минулому. Всі форми азоту, включаючи і газоподібну, можуть взаємно перетворюватися.

У природній воді аміак утворюється при розкладанні органічних речовин, що містять азот. Сполуки гідроксиду амонію є добре розчинними у воді.

Вміст іонів амонію в природних водах знаходиться в межах від 10 до 200 мкг/л у перерахунку на азот. Присутність у незабруднених поверхневих водах іонів амонію пов'язано головним чином із процесами біохімічної деструкції білкових речовин, дезамінування амінокислот, розкладання сечовини під дією уреази.  Основними джерелами надходження іонів амонію у водні об'єкти є тваринницькі ферми, господарсько-побутові стічні води, поверхневий стік із сільськогосподарських угідь при використанні амонійних добрив, а також стічні води підприємств харчової, коксохімічної, лісохімічної і хімічної промисловості. У стоках промислових підприємств міститься до 1 мг/дм3 амонію, у побутових стоках - 2-7 мг/дм3; із господарсько-побутовими стічними водами в каналізаційні системи щодоби надходить до 10 г амонійного азоту (у розрахунку на один жителя) [4].

Присутність амонію в концентраціях порядку 1 мг/дм3 знижує властивість гемоглобіну риб зв'язувати кисень. Ознаками інтоксикації є судороги, хаотичні рухи риби у воді та вистрибування її на поверхню.  Механізм токсичної дії – порушення центральної нервової системи, ураження зябрового епітелію, гемоліз (розрив) еритроцитів.  Токсичність амонію зростає з підвищенням pН середовища [8] .

Підвищена концентрація іонів амонію може використовуватися в якості індикаторного показника, що відображає погіршення санітарного стану водного об'єкту, процес забруднення поверхневих і підземних вод, у першу чергу, побутовими і сільськогосподарськими стоками. 

Наявність нітратних іонів у природних водах пояснюється:

  • внутрішніми процесами у водоймі – нітрифікації амонійних іонів при участі кисню під дією нітрифкуючих бактерій;
  • атмосферними опадами, які поглинають оксиди азоту, що утворюється при атмосферних електричних розрядах (концентрація нітратів в атмосферних опадах досягає 0,9 - 1 мг);
  • промисловими і господарсько-побутовими стічними водами особливо після біологічного очищення, коли концентрація досягає 50 мг/дм3;
  • стоком із сільськогосподарських угідь і зрошуваних полів.

Головними процесами, що знижують концентрацію нітратів, є споживання їх денітрифікуючими бактеріям і фітопланктоном, які при недостачі кисню використовують кисень нітратів для окислювання органічних речовин. 

У поверхневих водах нітрати знаходяться в розчиненій формі.  Концентрація нітратів у поверхневих водах схильна до сезонних коливань: мінімальна у вегетаційний період, вона збільшується восени і досягає максимуму зимою, коли при мінімальному споживанні азоту відбувається розкладання органічних речовин і перехід азоту з органічних форм у мінеральні. Амплітуда сезонних коливань може бути одним із показників евтрофікації водного об'єкта  [5,6] .

Присутність нітрату амонію в концентраціях до 2 мг/дм3 не викликає порушення біохімічних процесів у водоймі; гранична концентрація цієї речовини, що не впливає на санітарний режим водойми складає 10 мг/дм3 [8].

Поряд з описаними ефектами впливу значну роль грає той факт, що азот – це один із першорядних біогенних (необхідних для життя) елементів. Саме цим обумовлене застосування сполук азоту в якості добрив, але, з іншого боку, із цим пов’язаний внесок винесеного із сільськогосподарських земель азоту в розвиток процесів евтрофікації (неконтрольованого росту біомаси) водойм. Так, з одного гектара зрошуваних земель виноситься у водні системи 8-10 кілограмів азоту. 

Нітрити – проміжна ланка у ланцюзі бактеріальних процесів окислювання амонію до нітратів (нітрифікація – тільки в аеробних умовах) і, навпаки, відновлення нітратів до азоту й аміаку (денітрифікація – при нестачі кисню).  Подібні окисно-відновні реакції характерні для станцій аерації, систем водопостачання і власне природних вод. Крім того, нітрити використовуються в якості інгібіторів корозії в процесах водопідготовки технологічної води, внаслідок чого можуть потрапити  у системи господарсько-питного водопостачання. У поверхневих водах нітрити знаходяться в розчиненому стані. У кислих водах можуть бути присутнім невеличкі концентрації азотистої кислоти (HNO2) (не дисоційованої на іони). Підвищений вміст нітритів вказує на посилення процесів розкладання органічних речовин в умовах повільного окислювання NO2- до NO3-, що вказує на забруднення водного об'єкта, тобто є важливим санітарним показником [6].

Концентрація нітритів у поверхневих водах складає соті (іноді навіть тисячні) частки міліграма в 1дм3; у підземних водах концентрація нітритів звичайно вища, особливо у верхніх водоносних горизонтах (соті, десяті частки міліграма в 1дм3).

Сезонні коливання нітритів характеризуються відсутністю їх зимою і появою навесні при розкладанні неживої органічної речовини. Найбільша концентрація нітритів спостерігається наприкінці літа, коли їхня присутність пов’язана з активністю фітопланктону (встановлено здатність діатомових і зелених водоростей відновлювати нітрати до нітритів). Восени вміст нітритів зменшується. 

Особливістю розподілу нітритів за глибиною водного об’єкта є добре виражені максимуми, зазвичай поблизу нижньої межі термокліну й у гіполімніоні, де концентрація кисню знижується найбільш різко [5] .

Відповідно до вимог глобальної системи моніторингу стану навколишнього середовища (ГСМОС/GEMS) нітрит- і нітрат-іони входять у програми обов’язкових спостережень за складом питної води і є важливими показниками забруднення і трофічного стану природних водойм.

Дослідження ставкової води на вміст амоній-, нітрит- та нітрат-іони проводилося весною, в період танення снігу.

Метод визначення амонію ґрунтується на взаємодії іонів амонію з калій тетраіодомеркуроатом у лужному середовищі (реактивом Неслера К2НgІ4+КОН) за рівнянням:

NН3 + 2К2HgI4 + 3КОН = 7КІ + 2Н2O+ NH2Нg2ОІ

 з утворенням сполуки коричнево-жовтого забарвлення, нерозчин­ної у воді іодидої солі основи Міллона, яка переходить у колоїдний стан при малому вмісті іонів амонію, та вимірюванні світлопоглинання при λ=440 нм у кюветах із товщиною шару 5см [2].

При дослідженні використовували фотометричний метод визначення нітрит-іонів, який базується на утворенні діазосполук при взаємодії нітритів й ароматичних амінів. Діазосполуки, взаємодіючи із солями ароматичних амінів, дають забарвленні азосполуки рожевого кольору.

HO3S-C6H4-NH2 + HNO2 = H2O + -O3S-C6H4-N2+;
сульфанілова кислота                     діазосполука
-O3S-C6H4-N2+ + C10H7NH2  HO3S-C6H4-N=N-C10H6N+H3X-+H2O +X-.
                                     азосполука рожевого кольору

Вимірювання світлопоглинання стандартних розчинів проводилось на фотометрі ФЕК-56 М (світлофільтр, λ = 540 нм) з використанням кювет товщиною 5 см [2].

Для вимірювання вмісту нітратів у пробі використовували іономір АI 121. Для цього електрод порівняння замочували  за 24 години. В день вимірювань за  допомогою серії стандартних розчинів проводили його калібрування. Після калібрування провели безпосереднє визначення вмісту іонів NO3-  в пробі.

Розрахунок вмісту нітратів проводився за формулою:

рХ = lg Cр-ну

 Результат  аналізу, проведеного за ГОСТ 4192-82 [2] занесли до таблиці 1.
 

Таблиця 1 – Результати дослідження нітрогенвмісних сполук у ставковій воді

Параметр

Рибогосподарські нормативи [3]

Отримані значення

NH4+, мг/л

0,5

0,04

NO2-, мл/л

0,02

0,03

NO3-, мг/л

40

3,03

Результати вимірювань свідчать, що необхідно прослідкувати за динамікою вмісту нітрит-іонів у воді ставка, оскільки в даний періоди року спостерігається перевищення допустимого вмісту в 1,5 рази, що може пояснюватися як природними процесами (розкладання неживої органічної речовини), так і антропогенним впливом (змив із сільськогосподарських угідь). Інші іони знаходяться в межах допустимих норм для даного господарського використання ставка.

Площа водозбору ставка включає приватні сільськогосподарські угіддя, на яких щороку використовується велика кількість добрив. Тому контроль нітрогенвмісних сполук є досить важливим.

Щоб зменшити негативний вплив даної проблеми необхідна взаємодія всіх учасників господарського впливу на водні об’єкти, а також екологічно обґрунтоване ведення сільськогосподарських робіт.

Список літератури

  1. Романенко В.Д. Основи гідроекології: Підручник /Романенко В.Д. – К.: Обереги, 2001- с. 7.
  2. ГОСТ 4192-82  Вода питьевая. Методы определения минеральных азотосодержащих веществ. – М.: Издательство стандартов. – 1982. 
  3. Обобщенный перечень предельно допустимых концентраций (ПДК) и ориентировочно безопасных уровней (ОБУВ) вредных веществ для воды рыбохозяйственных водоемов. Москва, 1990 г.
  4. Справочник по гидрохимии./ [Под ред. А.М. Никанорова.] – Л.: Гидрометеоиздат, 1988.
  5. Руководство по химическому анализу поверхностных вод суши./ [Под ред. А.Д. Семенова.] — Л.: Гидрометеоиздат, 1997.
  6. Зенин А.А. Гидрохимический словарь./Зенин А.А., Белоусова Н.В. – Л.: Гидрометеоиздат, 1988.
  7. Никаноров А.М. Гидрохимия: учеб. пособие/Никаноров А.М. – Л.: Гидрометеоиздат, 1989.
  8. Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. – USA, 1976.

УДК 504.2:547.546/.547
Солованюк О. В. Роль нітрогенвмісних сполук в оцінці екологічного стану поверхневих штучних водоймах [Електронний ресурс]  / [Солованюк О. В., Гулай Л. Д.] // Збірник наукових статей “ІІІ-го Всеукраїнського з’їзду екологів з міжнародною участю”. – Вінниця, 2011. – Том.2. – С.537–539. Режим доступу: http://eco.com.ua/

Скачати в форматі pdf:

Оцінка: 
0
No votes yet