Про хімічний склад донних відкладів у водних об`єктах районів АЕС

Суттєвий вплив на розподіл та міграцію багатьох речовин, що знаходяться у водоймах, мають донні відклади. До них належать мінеральні та органічні частки, які утворились та осіли на дно внаслідок фізичних, хімічних і біологічних процесів, що відбуваються у водному об`єкті. Розвиток цих процесів визначає акумуляцію у донних відкладах значної кількості різноманітних елементів та їх сполук, в тому числі і біологічно активних (азот, фосфор, мікроелементи тощо), як автохтонного так і алохтонного походження [1,2]. За певної зміні фізико-хімічних та гідродинамічних умов у придонному шарі води речовини із донних відкладів або розчинні продукти їх діагенезу можуть переходити у водну фазу. Седиментація та накопичення речовин природної та антропогенної генези у донних відкладах, їх трансформація і часткове повернення різних сполук у водну фазу – процеси, що визначають характер повного кругообігу речовин у водному об`єкті. Тому важливим завданням досліджень, особливо на водоймищах-охолоджувачах АЕС (ВО АЕС), є вивчення хімічного складу донних відкладів. Такі експериментальні дослідження проведені нами на ВО ЧАЕС, ХАЕС і ЗАЕС, на р.Горинь, Каховському водосховищі, Дніпровсько-Бузькому лимані. Частково результати цих досліджень опубліковано [3,4,5].

Характерною особливістю ВО, особливо наливного типу, є уповільнений водообмін, що зумовлює накопичення у цих водоймищах речовини різної генези. Автохтонні компоненти донних відкладів вміщують продукти абразії берегів, залишки відмерлих гідробіонтів та завислих речовин, що випадають із водної товщі. Важливу роль у формуванні донних відкладів відіграють ґрунти, що складають дно ВО. Після наповнення ВО внаслідок статичного і динамічного впливу водних мас, особливо підігрітих, за умови повного і тривалого зволоження відбувається розмочування і розмивання первинних ґрунтів. Процес розмивання найбільш типовий для мілководних ділянок, де великий вплив мають вітрові хвилі [1]. Важливим гідрологічним чинником є стокові течії — хоч і порівняно невеликі за швидкістю, але постійні за часом і напрямком. До автохтонних джерел також належать збагачені органічною речовиною відмерлі залишки гідробіонтів, фіто- і зоопланктону вищої водної рослинності, відходи садкових рибних господарств (їжа, фекалії риб тощо), що створені на ХАЕС, ЗАЕС, були на ЧАЕС.

З алохтонних джерел, що формують донні відклади, головну роль відіграють речовини, що надходять із водою річок, що живлять ВО. Для ВО руслового та руслово-наливного типу значний внесок робить поверхнево-схиловий стік, особливо в період повені та зливових дощів. Для ВО наливного типу, такого як ВО ЧАЕС, цей чинник взагалі практично відсутній. Достатньо велика кількість завислих і розчинених речовин надходить у ВО із господарсько-побутовими і промисловими стічними водами.

Стокові течії та вітрові хвилі впливають на процес трансседиментації алохтонних та автохтонних завислих часток, в ході якого відбувається їх сортування за площею і глибиною. При цьому у найбільш глибоких частинах ВО, більше 6-8м, відбувається акумуляція тонкодисперсної, мулистої частини відкладів, як автохтонного, так і алохтонного походження.

При вивченні донних відкладів на ВО АЕС особлива увага приділялась нами розподілу важких металів [3,4]. Донні відклади на ВО ЧАЕС, ЗАЕС та ХАЕС вивчались у 1985—1991рр. у процесі польових досліджень при гідрохімічних зйомках. На р.Горинь донні відклади вивчались у 1990р. у процесі спільних з відділом геотехніки і гідрохімії інституту Укрдіпроводгосп досліджень з вивчення екологічного стану середньої частини басейну р.Горинь (у зоні водозаборів м.Рівне) та впливу ВО ХАЕС на водні ресурси цієї річки [9]. Проби донних відкладів відбирались за допомогою дночерпалки. У донних відкладах визначався валовий вміст важких металів у різних фракціях за допомогою розробленого у ПНДЛ гідроекології та гідрохімії багатоцільового уніфікованого гібридного екстракційно-атомно-абсорбційного методу. Цей метод має в основі групову екстракцію металів в органічний розчинник – аліфатичну монокарбонову (пеларгонову) кислоту в присутності бензиламіну. Метод детально охарактеризований [6] і запатентований. Визначаються важкі метали за допомогою атомно-абсорбційного методу, в полум`яному варіанті атомізації в екстрактах-концентратах, без допоміжної їх обробки (випаровування, мінералізації тощо). Висока чутливість аналізу досягалась при введенні у полум`я горючого екстракту елементів, що сприятливо впливало на умови їх розпилення і атомізації. В цілому ж для вивчення зразків донних відкладів і водних витяжок використано методи, поширені у практиці гідрохімічних досліджень.

Середній вміст важких металів у різних типах донних відкладів ВО АЕС наведений у табл.1. У пробах донних відкладів р. Горинь, крім важких металів, у яких визначалась також водорозчинна форма, вивчалися у водних витяжках також вміст головних іонів, нітрати і пестициди (табл.2). Одержані дані по ВО АЕС, р.Горинь і Каховському водосховищу порівнювались із раніше одержаними нами результатами на Дніпровсько-Бузькому лимані та з літературними даними. Слід відзначити, що для ВО ХАЕС на початковому етапі переважали процеси автохтонного надходження матеріалу, передусім за рахунок розмивання берегів, дна і островів. Ці джерела постачали переважно мінеральні речовини, а органічні частки утворювались потім із продукції фітопланктону, водної рослинності, садкового рибного господарства тощо. Алохтонні надходження матеріалу здійснювались у перші два-три роки за рахунок води р.Горинь, якою спочатку наповнювалось ВО, а потім – за рахунок річкового стоку р.Гнилий Ріг. Для ВО ЧАЕС і ЗАЕС із алохтонних джерел, поряд із стічними водами, основну роль відігравали води відповідно р.Прип'ять і Каховського водосховища, що підживлюють ці ВО наливного типу. Певну роль відіграють для ВО АЕС також господарсько-побутові і промислові стічні води, особливо зливової каналізації. Із автохтонних джерел більше значення мають внутришньоводоймищні гідробіологічні процеси.

Як видно з табл.1, найбільший вміст важких металів спостерігається у мулистих донних відкладах, де найбільший також вміст органічної речовини. Серед важких металів максимальні концентрації характерні для заліза, а також, хоч і значно меншою мірою, для марганцю. Для різних ВО різниця в концентраціях

Таблиця 1. Середній валовий вміст важких металів у різних типах донних відкладів ВО АЕС, мг/кг сухої речовини

металів серед відкладів однакового гранулометричного складу незначна, за деякими винятками. Так, у піщаних відкладах, при вмісті органічної речовини у межах десятих частин відсотка, валовий вміст заліза становить 1531—1831 мг/кг, марганцю – біля 34—180 мг/кг, цинку ще менший – тільки 10—20 мг/кг, а вміст інших металів мінімальний – у межах 3—9 мг/кг. Серед ВО за підвищеним вмістом нікелю в піщаних відкладах можна відзначити ЗАЕС, а свинцю – ХАЕС. У мулах, при вмісті органічної речовини у межах 14—19% концентрація заліза зростає до 30070—39384 мг/кг, марганцю – до 279—1670 мг/кг, цинку – до 89—117мг/кг, міді – до 47—85 мг/кг, нікелю – до 27—63 мг/кг, а свинцю – до 25—52 мг/кг. Кобальт міститься в незначній кількості – тільки 12—25 мг/кг. Найменше у донних відкладах кадмію – він виявлений взагалі тільки у ВО ЗАЕС, де його вміст становив 0,5—0,6мг/кг у пісках та замулених пісках і зростав до 1,6 мг/кг у мулах.

У цілому ж на всіх ВО максимальний вміст металів приурочений до мулистих відкладів; найбільші концентрації характерні для заліза і марганцю, а найменші – для кадмію і кобальту. Вміст інших металів у досліджуваних ВО майже на однаковому рівні і залежить від типу відкладів та вмісту органічної речовини.

Донні відклади р.Горинь, що досліджувались, відносяться до мулів глинистого та суглинистого складу; проби відбирались із поверхневих шарів до глибини 10—15см, як і на ВО. Як видно з табл.2, мінералізація водних витяжок із проб донних відкладів р.Горинь змінюється у межах 133—264 мг/дм3, що менше майже у два рази порівняно з водою р.Горинь. У хімічному складі водних витяжок серед аніонів переважають гідрокарбонатні іони, що становлять, у середньому, близько 60%-екв., а серед катіонів – кальцій (близько 80%-екв.). Порівняно з водою р.Горинь, серед аніонів помітно збільшилась роль сульфатів – до 35%-екв., а роль іонів хлору зменшилась. У цілому ж вміст головних іонів у водних витяжках порівняно невеликий і визначається складом води р.Горинь, розчинністю солей, процесами аніонного та катіонного обміну. Вміст нітратів у водних витяжках коливається у межах 2,1—9,8 мг/дм3, що помітно вище порівняно з водою р.Горинь. Це пояснюється накопиченням органічної речовини у відкладах та її мінералізацією. При процесах нітрифікації органічної речовини нітрати, як кінцевий продукт цього процесу, накопичуються у донних відкладах. Надалі, при створенні анаеробних умов при достатньо витривалому в часі льодовому покриві у зимовий період нітрати у донних відкладах можуть відновитись до амонію, який, переходячи у придонні шари води, буде їх забруднювати. Із десяти різновидностей пестицидів у донних відкладах знайдено тільки три. Атразин виявлено у двох випадках, де його вміст не перевищував ГДК, а симазин, якого за ГДК взагалі не повинно бути у воді, виявлено в двох випадках, особливо в досить значній кількості – в створі с.Гориньград.

Таблиця 2. Вміст хімічних речовин у пробах донних відкладів р.Горинь, мг/кг сухої речовини

Примітка: пестициди метафос, прометрин, рогор, ліндан, ДДТ, ДДЕ, ДДД — не виявлені,

Кадмій: валовий вміст виявлений у трьох пробах (2,4—6,0мг/кг),

розчиненої форми — не виявлено

Серед металів, як і для донних відкладів ВО АЕС, найбільш високий валовий вміст характерний для заліза і марганцю – біля 372—864 і 300—1200 мг/кг, а найменший – для кадмію і кобальту. Для металів та інших речовин, що визначались у донних відкладах р.Горинь, помітна тенденція до їх збільшення після населених пунктів (сс. Шубків, Козьмин). Це свідчить про достатньо значну роль антропогенних чинників у накопиченні цих речовин у донних відкладах. Водорозчинна форма важких металів, за виключенням заліза, становить десяті частки відсотка від валового вмісту, а у кобальту та кадмію ця форма у донних відкладах р.Горинь взагалі не виявлена. Тобто майже всі важкі метали, за винятком заліза, містяться у донних відкладах р.Горинь у вигляді нерозчинних сполук, тому повторне забруднення водних мас металами за рахунок їх ремобілізації з донних відкладів за сучасних умов практично виключено. Цей висновок зроблений нами і у відношенні донних відкладів Дніпровсько-Бузького лиману, де сліди водорозчинної форми у деяких пробах виявлено тільки для кадмію і марганцю – лише у поверхневому шарі відкладів; для заліза вона становила 0,01% від валового вмісту [5].

Порівнюючи середній вміст металів (у відповідних типах донних відкладів) досліджуваних ВО АЕС, слід відзначити практично однаковий його рівень по окремих металах. Так, вміст міді коливається у межах 22—30мг/кг, цинку – 42—50, кобальту – 9,5—17мг/кг. Дещо підвищений вміст свинцю у ВО ХАЕС (33мг/кг) порівняно із ВО ЧАЕС і ЗАЕС (15—17мг/кг), а також нікелю – у ВО ЗАЕС (36мг/кг) порівняно із ВО ХАЕС і ЧАЕС (11—23мг/кг). Для марганцю найменший вміст спостерігається на ВО ЧАЕС — 117мг/кг, що у декілька разів менше, ніж на ВО ЗАЕС — 426мг/кг. У донних відкладах ЗАЕС також найбільший вміст заліза — 21100мг/кг, що майже вдвічі більше, ніж у ВО ХАЕС і ЧАЕС. Відмічена різниця у вмісті металів у ВО пояснюється, у першу чергу, різницею у джерелах надходження та фізико-хімічними і гідробіологічними умовами їх міграції та накопичення у донних відкладах.

У цілому середній вміст важких металів у ВО, р.Горинь, Каховському водосховищі і Дніпровсько-Бузькому лимані знаходиться на одному рівні і практично відповідає середній величині наявності у різних геологічних формаціях, особливо таких, як ґрунти і донні відклади річок світу [5]. Найбільш важливим є те, що важкі метали у донних відкладах досліджуваних водних об`єктів містяться у вигляді практично нерозчинних сполук, що виключає за сучасних умов забруднення води при їх ремобілізації із цих відкладів. У цілому валовий вміст важких металів не дає адекватної інформації про їх шкідливість для людини та гідробіонтів. Співставлення валового вмісту і ГДК некоректне, бо не враховується при цьому ступінь токсичності різних форм, від якого залежить біодоступність та токсичність металів. Процеси, які найбільш сприяють детоксикації металів у водоймищах, в т.ч. і ВО АЕС, пов`язані із їх сполученням у комплекси із розчиненими органічними речовинами та адсорбцією на завислих глинистих частках, а надалі – із седиментацією та захороненням у донних відкладах.

Список літератури

1. Денисова А.И., Нахшина В.П., Новиков Б.И., Рябов А.К. Донные отложения водохранилищ и их влияние на качество воды // Наукова думка. – К. – 1987. – 160с. 2. Мартынова Н.В. Азот и фосфор в донных отложениях озер и водохранилищ // Наука. – М. – 1984. – 160с. 3. Пелешенко В.И., Осадчий В.И., Ромась Н.И. и др. Миграция тяжелых металлов в водоеме-охладителе наливного типа//Состояние и перспективы развития методологических основ химического и биологического мониторинга поверхностніх вод суши. Тез. докл. 29 Всесоюзн. гидрохим. совещ. – Ростов-на-Дону. – 1987. – С.259—260. 4. Пелешенко В., Ромась М., Гребінь В., Семерик В. Розподіл важких металів в донних відкладах Хмельницької АЕС//Україна та глобальні процеси і географічний вимір. – т.2. – Київ—Луцьк. – 2000. – С.298—301. 5. Савицкий В.Н., Осадчий В.И., Ромась Н.И., Чеботько К.А. Химический состав и некоторые свойства донных отложений устьевой части Днепровско-Бугского лимана // Водные ресурсы. – М. – № 2. – 1990. – С.121—129. 6. Савицкий В.Н., Пелешенко В.И., Осадчий В.И. Экстракционное концентрирование и атомно-абсорбционное определение железа, меди, цинка, кадмия и свинца в природных водах // Журнал аналитической химии. – М. – №4. – т.4. – С.677—681.