Дипломная (вкр): Тяжелые металлы в донных отложениях

·        органической;

·        остаточной, входящей в кристаллическую алюмосиликатную решетку.

В США для некоторых тяжелых металлов утверждена сравнительная шкала критерия оценки загрязненности донных отложений: незагрязненные, умеренно загрязненные и сильно загрязненные, Таблица 5.13.

Агентство по охране окружающей среды США (EPA) в начале 90-х гг. разработало и предложило для оценки качества природных донных отложений критерий качества донных отложений (SQC - Sediment Quality Criteria). Введение SQC преследовало две цели: во-первых, иметь возможность оценивать безопасность донных отложений и, во-вторых, прогнозировать потенциальные нагрузки на них без наступления неблагоприятных последствий для всей экосистемы в целом.

Таблица 5.13 Классификация донных отложений природных вод, мкг/г

Теория критериев качества донных отложений базируется на расчете четырех основных параметров:

. Расчет количества легкоподвижные сульфиды (или просто сульфидный параметр);

. Определение содержания тяжелых металлов в поровой воде донных отложений;

. Расчет количества легкоподвижные сульфиды и органического вещества, а так же количеств тяжелых металлов, находящихся в виде сульфидов и сорбированных на органические вещества донных отложений;

. Минимальное разделение.

Смысл 1-го (сульфидного) критерия заключается в том, что донные отложения классифицируются как нетоксичные лишь в том случае, если содержащиеся в них тяжелые вещества присутствуют в сульфидной форме. Для расчета данного критерия сравнивают сумму молярных концентраций тяжелые вещества (ΣMe), имеющих значение произведения растворимости (ПР) меньше, чем у Fe и Mn, с молярной концентрацией легкоподвижных сульфидов (ΣS2-). Выполнение условия: Σ S2- > ΣMe - указывает на то, что все металлы связаны в донных отложениях в виде прочных комплексов MeS.

Если наблюдается противоположное неравенство: ΣS2- < ΣМе, то это указывает на то, что часть металлов в донных отложениях находится либо в ионной форме, либо они связаны в комплексы с другими лигандами, например, с органическими веществами. В этом случае прогноз токсичности донных отложений проверяется расчетом 2, 3 и 4-го критериев.

Суть 2-го критерия заключается в том, что донные отложения считаются нетоксичными, если концентрации тяжелых металлов в поровой воде не превышают допустимых значений для воды (т. е. ПДК). Для этого сравнивают суммы концентраций тяжелых в поровых водах с суммой ПДК для всех металлов. В случае их превышения донных отложений классифицируются как токсичные.

Объединенный, 3-й критерий, легкоподвижных сульфидов и органических веществ основывается на том, что дополнительной связующей фазой для тяжелых металлов в донных отложений, чаще всего, выступает органичеческое вещество.

Суть этого критерия сводится к следующему: донные отложения считаются нетоксичными, если сумма металлов в поровой воде за вычетом суммы металлов, связанных орагникой донных отложений, меньше, чем сумма ПДК в воде всех присутствующих металлов. Расчет критерия проводится по аналогии с критерием поровой воды. Разница заключается в учете доли тяжелых металлов, связанных с органически веществом. Этот критерий используют в случае нарушения предыдущего критерия.

Критерий минимального разделения применим только для донных отложений, не содержащих сульфиды, и, по сути, аналогичен вышеприведенному критерию.

На основе этих критериев можно рассчитывать формы нахождения металлов, прогнозировать их поступление в поровой воде и, что наиболее важно, прогнозировать биодоступность тяжелых металлов для водной флоры и фауны.

Агентством по охране окружающей среды США (EPA) предложен, кроме того, следующий подход оценки качества донных отложений.

На основе статистической обработки данных о влиянии донных отложений различной степени загрязненности на экологическое состояние водных объектов предложены два предельных значения концентраций тяжелых металлов в донных отложениях: пороговое, минимально допустимое содержание - (TEC) и максимально допустимое содержание - (PEC). В таблицах 5.14-5.15 представлены рекомендованные в работе значения ТЕС и РЕС, так называемые, согласованные значения. Так же в представленных таблицах указаны значения следующих параметров:

·        TEL - возможный уровень воздействия, представляет собой концентрацию загрязняющего вещества, ниже которой отрицательное влияние наблюдается достаточно редко;

·        LEL - минимальный уровень влияния, согласно этому критерию отложения рассматриваются как чистые или минимально загрязненные, не ожидается влияния на донные организмы ниже этого уровня;

·        МЕТ - порог минимального влияния, согласно этому критерию отложения рассматриваются как чистые или минимально загрязненные, не ожидается влияния на донные организмы ниже этого уровня;

·        ERL - уровень низкого влияния, представляет собой концентрацию загрязняющего вещества, ниже которой отрицательное влияние наблюдается только достаточно редко;

·        TEL-HA28 - пороговый уровень влияния для амфиподы Hyalella Azteka, представляет собой концентрацию загрязняющего вещества, ниже которой отрицательное влияние на амфиподы Hyalella Azteka во время 28 суточного теста наблюдается достаточно редко;

·        PEL - пороговый уровень влияния, представляет собой концентрацию загрязняющего вещества, выше которой отрицательное влияние наблюдается часто;

·        SEL - уровень серьезного влияния, при этой концентрации загрязняющего вещества донных отложений рассматриваются как сильно загрязненные, ожидается неблагоприятное влияние на большинство донных организмов при достижении этой концентрации;

·        TЕТ - предел токсического влияния, при этой концентрации загрязняющего вещества донных отложений рассматриваются как сильно загрязненные, ожидается неблагоприятное влияние на большинство донных организмов при достижении этой концентрации;

·        ERМ - средняя медиана влияния, представляет собой концентрацию загрязняющего вещества, выше которой отрицательное влияние наблюдается часто;

·        РEL-HA28 - максимально допустимый уровень влияния для амфиподы Hyalella Azteka, представляет собой концентрацию загрязняющего вещества, выше которой отрицательное влияние на амфиподы Hyalella Azteka во время 28 суточного теста наблюдается часто.

Таблица 5.14 Нормативы качества донных отложений для тяжелых металлов в пресноводных системах на основе ТЕС

Таблица 5.15 Нормативы качества донных отложений для тяжлых металлов в пресноводных системах на основе РЕС

Для оценки поликомпонентного загрязнения было предложено использовать суммарное значение превышения норматива РЕС. Для этого суммируют все математически значимые величины частного от деления на РЕС и делят на количество использованных в расчете веществ.

При оценке токсикологической опасности донных отложений руководствуются тем, что в интервале < 0,1-0,5 пробы не будут токсичны и при значениях, превышающих 0,5, 1,0 и 1,5, ожидать токсичность можно с большой долей вероятности.

В Таблице 5.16 представлены нормативы загрязнения донных отложений ряда стран, полученные с учетом взаимосвязи между токсичностью донных отложений и концентрациями в них тяжелых отложений.

При этом для 20 веществ из 28 была отмечена прямая зависимость между концентрацией и токсичностью на бентосных организмах.

В Европе широко применяется метод оценки степени загрязнения донных отложений тяжелыми металлами на основе расчета геоаккумуляции. Для оценки уровня загрязненности донных отложений вычисляются индексы геоаккумуляции:

,)

где:

С - измеренная (валовая) концентрация элемента в донных отложениях (наиболее часто используют фракции менее 0,02 мм, как обладающие наибольшей сорбционной емкостью);

Cф - геохимическая фоновая концентрация элемента с учетом региональных особенностей рассеивания элемента;

.5 - коэффициент учета вариаций природных концентраций элемента.

Оценка уровня загрязнения донных отложений тяжелыми металлами по Мюллеру образуют простую систему классов геоаккумуляции, которая позволяет математическим путем определить классификационные показатели оценки экологического состояния донных отложений и «локализовать» места формирования донных отложений с максимальными концентрациями загрязняющих веществ, Таблица 5.17.

Таблица 5.16 Нормативы содержания тяжелыми металлами в донных отложений пресноводных систем

Еще одной методикой, основанной на фоновых концентрациях, является принятый в Санкт-Петербурге «Региональный норматив и критерии загрязненности донных отложений, извлекаемых из водных объектов при проведении дноуглубительных работ для решения вопросов их дальнейшего использования (намыв территорий, сброс в водные объекты, складирование в специально оборудованные отвалы с выполнением комплекса защитных мероприятий)».

Таблица 5.17. Оценка уровня загрязнения донных отложений тяжелыми металлами (по Мюллеру)

Значение индекса геоаккумуляции, Классы

геоаккумуляции

Критерии для тяжелых металлов (к которым в данной методике отнесен и As) в стандартных донных отложениях приведены таблице 5.18.

Таблица 5.18 Критерии загрязнения стандартных донных отложений по концентрациям загрязняющих веществ в мг/кг сухого веса