Теорія і методи аналізу регіональних гідрохімічних систем (стр. 9 )

Джерелами радіоактивного забруднення природних вод є також випробувальні ядерні вибухи та радіоактивні відходи ядерної енергетики, промисловості і транспорту.

Техногенні аварії, такі як аварія на Чорнобильській АЕС, також призводять до забруднення радіоактивними речовинами поверхневих вод, в основному, внаслідок змиву поверхнево-схиловим стоком радіоактивних речовин з водозборів. Питаннями дослідження вмісту та міграції цих речовин у водному середовищі займалися [187], , та ін. [188], , Насвіт О. І. [189].

Структуру гідрохімічних систем поряд з мінеральними складають і органічні речовини. Деякі з них вже досить тривалий час контролюються мережею гідроекологічного моніторингу, тому вважаються відносно виченими. Це синтетичні поверхнево-активні речовини (СПАР), феноли та нафтопродукти.

У водні об`єкти СПАР потрапляють з побутовими та промисловими стічними водами. Перебувають у розчиненому і сорбованому станах, а також у поверхневій плівці води водного об`єкта. У слабозабруднених поверхневих водах концентрації СПАР коливаються в межах тисячних і сотих мг/дм3, часто цілих мг/дм3. У зонах забруднення вони підвищуються до десятих часток мг/дм3, поблизу джерела забруднення - кілька мг/дм3.

Феноли є ароматичними сполуками, які мають у молекулі гідроксильні групи, безпосередньо пов`язані з атомами вуглецю ядра. Феноли поділяють на дві групи - леткі з парою (крезоли, ксиленоли, гваякол, тимол) і нелеткі (резорцин, пірокатехін, гідрохінон та інші багатоатомні феноли).

У природних умовах феноли утворюються при процесах метоболізму водних організмів, при біохімічному окисленні та трансформації органічних речовин, які проходять як у водній товщі, так і в донних відкладах. Вони є однією з найпоширеніших забруднювальних речовин, які надходять у природні води зі стічними водами нафтопереробних, лісохімічних, коксохімічних, лакофарбових, фармацевтичних та інших підприємств.

Нафтопродукти - суміші газоподібних, рідких і твердих вуглеводнів різних класів, які видобуваються з нафти і нафтових супутніх газів. Поділяються на такі основні групи: палива, масла, тверді вуглеводні (парафіни, церезини, озокерити), бітуми тощо.

Нафтопродукти належать до найпоширеніших і небезпечних речовин, які забруднюють природні води. Значні кількості нафтопродуктів потрапляють у природні води при перевезенні нафти водним шляхом, зі стічними водами промислових підприємств, особливо нафтодобувної та нафтопереробної промисловості, з господарсько-побутовими стічними водами.

Використання останніх досягнень хімії органічного синтезу привело до створення цілого ряду синтетичних органічних речовин (діоксини, поліхлоровані біфеніли, хлоровані вуглеводні) для яких не існувало природних аналогів.

Концентрація цих органічних речовин у воді у більшості випадків дуже низька, проте внаслідок своєї стабільності та біоакумуляції у ланках харчового ланцюга навіть низькі їх концентрації викликають занепокоєння.

Діоксини виникають при синтезі деяких хлорорганічних сполук і представлені двома групами речовин: поліхлоровані дибензо-р-діоксини (англійською - РСDD) та поліхлоровані дибензофурани (англійською - PСDF).

Пестициди - це синтезовані органічні сполуки, які використовуються у сільському господарстві для захисту рослин від хвороб і шкідників з метою збереження урожаю сільськогосподарських культур. Класифікація існуючих пестицидів, їх хімічні властивості добре описані в спеціальній та учбовій літературі [190,191].

Водноекологічні аспекти використання пестицидів ще потребують тривалого дослідження. Відомо, що сьогодні застосовується понад 300 пестицидів. Контролювати таку кількість речовин у воді не здатна жодна з країн світу. Для більшості з цих речовин не існує токсикологічно обгрунтованих ГДК. Так, в Європейському співтоваристві встановлені “підготовчі” ГДК (0,1 мкг/дм3), щоб попередити небажане забруднення пестицидами питних і поверхневих вод.

Значну небезпеку для поверхневих та грунтових вод становлять пестициди, які вносяться в кількостях від 1 до 10 кг/га, добре розчиняються у воді (> 10-50 мг/л) і дуже повільно біологічно розкладаються. До таких пестицидів належать триазинові деривати (атразін, сімазін, тербутилазін), феноксикарбонові кислоти та їх похідні (бентазон, бромазіл, гексазінон).

Поліхлоровані біфеніли ( англійською - РСВ) представлені групою сполук, у яких від 1 до 10 станів хлору зв’язані з атомами вуглецю в молекулі біфенілу.

Типовими представниками цієї групи речовин, які характерні для хімічного складу поверхневих вод є флуорантен, бензо-(а)-пірен, нафталін, фенантрен, атрацен, фризен та інші.

Поліциклічні ароматичні вуглеводні (англійською - РАH) містять дві або декілька поєднаних між собою ароматичних кільцевих систем.

Вони синтезуються під час процесів неповного згорання як супутні продукти і вважаються збудниками ракових захворювань. Природні джерела РАH – це лісові пожежі, пожежі у предгір’ях, вулканічна діяльність. Антропогенні джерела – моторна техніка (особливо з дизельними двигунами), коксові батареї, опалювання мазутом, сигарети та деревне вугілля, що використовується для грилю.

За рахунок різноманітних природних та антропогенних джерел і надходять поліциклічні ароматичні вуглеводні до поверхневих вод [192] .

Для порівняння наводяться дані про вміст деяких форм РСВ та РАН у різних компонентах водних екосистем (табл.2.4).

При хлоруванні води у ній з`являються нові органічні сполуки – тригалогенметани, ряд хлорзаміщених і незаміщених продуктів реакції, які можуть викликати мутагенні зміни в живих організмах [193].

Наведена нижче таблиця (табл.2.5) представляє результати дослідження здатності води до утворення хлороформу (ТНМ-потенціал) .

Із поданої таблиці видно, що найвищою здатністю до утворення хлороформу та адсорбованих органічно звязаних галогенів (АОХ) мають болотні води. Саме тому вода річок Українського Полісся, стік яких формується у болотних масивах (річки басейну Дніпра, Прип`яті, Десни тощо), потенційно здатні утворювати значну кількість хлороформу та АОХ.

Вміст леколетких хлорованих вуглеводнів у поверхневих водних об`єктах характеризує таблиця 2.6.

Таблиця 2.4

Вміст окремих форм РСВ у природних водах, донних осадах та деяких гідробіонтах

Форми

РСВ

Водний об`єкт

Компонент водної екосистеми

Вміст

РСВ

ГДК для питної води (вимоги ВОЗ)

ГДК для водопостачання (вимоги САНПіН-4630-88 [194])

вода

вода

0,01 мкг/дм3

0,005 мкг/дм3

РСВ101

р. Дунай [195 ]

р. Рейн[196] (нижня течія)

седименти

седименти

2-4100 мкг/кг

8000-30000 мкг/кг

РСВ138

р. Дунай[194]

р. Рейн [196] (нижня течія)

р. Рейн - м. Кобленц[196] (1994р.)

р. Мозель - м. Кобленц[196] (1994р.)

седименти

седименти

седименти

седименти

21-6300 мкг/кг

14000-55000 мкг/кг

4-16 мкг/кг

7-22 мкг/кг

Бензо-(а)-пірен

ГДК для питної води

Дунай [195]

р. Дніпро - м. Запоріжжя [197]

р. Дніпро - м. Кременчук [197]

р. Рейн - м. Кобленц [196] (1994 р.)

р. Мозель - м. Кобленц [196] (1994 р.)

вода

седименти

седименти

седименти

седименти

седименти

0,01 мкг/дм3

2–1000мкг/кг

294000 мкг/кг

68000 мкг/кг

290-680 мкг/кг

350-1390 мкг/кг

РСВ28,52(101,138,

153,180)

р. Ельба - м. Гренско[198]

вода

седименти

0,0002-0,0012 мкг/дм3

1,6-29 мкг/кг

РСВ138 - РСВ180

р. Дунай [195]

двостулкові молюски

від 1000-20000 мкг/кг (дельта),

до 750000 мкг/кг в районі Відня

Таблиця 2.5

Здатність води до утворення хлороформу (ТНМ-потенціал) та адсорбованих органічно зв`язаних галогенів (АОХ) при таких модельних умовах реакції (DOC (розчинені органічні вуглеводні) - 3 мг/дм3, Cl2 - 10 мг/дм3, рН - 7; час реакції - 48 годин) [199]

Походження проби

ТНМ-потенціал [мкг СНCl3/мг DOC]

АОХ [мкг АОХ/мг DOC]

Болотна вода

63

122

Болотна вода

69

147

Річкова вода

15

73

Річкова вода

31

89

Озерна вода

25

52

Озерна вода

26

61

Таблиця 2.6

Вміст легколетких хлорованих вуглеводнів у поверхневих водах, мкг/дм3

Водний об`єкт

Трихлоретан (хло роформ) (ГДК = 30 мкг/дм3)

Трихлоретилен (ГДК=30 кг/дм3)

Тетрахлор-етилен (ГДК =10 мкг/дм3)

р. Дніпро[200] - м. Київ

2,36

-

0,32

р. Рейн [196] - м. Кобленц

0,08-0,66

< 0,05-0,12

< 0,05-0,42

р. Мозель[196] - м. Кобленц

< 0,05-0,21

< 0,05-0,13

< 0,04-0,29

р. Ельба [198] - м. Гренско

0,06-0,84

-

-

2.2.Процесно-функціональна структура: гідрохімічні підсистеми

Компоненти гідрохімічної системи беруть участь у перебігу основних процесів речовинного обміну між водою та компонентами навколишнього середовища.

Вплив того чи іншого фактора на гідрохімічну систему породжує своєрідний ланцюг хімічних реакцій, тобто таких послідовних процесів, кожен з яких є наслідком попереднього та причиною наступного. Так, наприклад, скидання у водойму збагачених біогенними речовинами комунально-побутових стічних вод приводить до евтрофування останньої. Внаслідок цього порушується стабільність карбонатно-кальцієвої системи (зростає вміст розчиненого двоокису вуглецю, іонів водню), знижується величина pH води, що в свою чергу призводить до мобілізації токсичних важких металів з донних відкладів і завислих речовин.

Більшість цих реакцій направлена на нейтралізацію впливу на систему. У випадку гідрохімічної системи це виражається протіканням процесу самоочищення води від забруднюючої речовини. Самоочищення - це складний процес окислювально-відновних перетворень органічних і неорганічних речовин, сорбція і десорбція, утворення важкорозчинних та комплексних сполук, реакції полімеризації та конденсації. Значну роль у самоочищенні водних об’єктів відіграють також гідробіонти.

Сукупність хімічних реакцій у водному середовищі, в результаті яких відбувається трансформація та транспорт речовин і енергії і складає процесно – функціональну структуру гідрохімічної системи. Ця структура надзвичайно складна і мало досліджена, адже вона формується на основі хімічних зв’язків між тисячами хімічних сполук природнього і антропогенного походження, які присутні у природних водах.