МИГРАЦИЯ КАДМИЯ, ХРОМА И МАРГАНЦА В СИСТЕМЕ “ВОДА-ДОННЫЕ ОТЛОЖЕНИЯ” РЕКИ РАЗДАН И ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ НА ЭТОТ ПРОЦЕСС Петросян В.А.,Пирумян Г.П.

Ереванский государственный университет


Номер: 4-1
Год: 2016
Страницы: 97-104
Журнал: Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук

Ключевые слова

кадмий, хром, марганец, миграция, коэффициент распределения, тяжелые металлы, донные отложения, cadmium, chromium, manganese, migration, distribution coefficient, heavy metals, bottom sediments

Просмотр статьи

⛔️ (обновите страницу, если статья не отобразилась)

Аннотация к статье

В данной работе представлены результаты изучения миграции и распределения кадмия, хрома и марганца в системе “вода-донные отложения” реки Раздан. Изучено также влияние различных факторов на миграцию тяжелых металлов. С этой целью был использован коэффициент корреляции Пирсона, а также коэффициент распределения металлов в воде и донных отложениях реки.

Текст научной статьи

Введение Наибольший интерес из загрязнителей окружающей среды представляют тяжёлые металлы. Физиологическое воздействие металлов на организм человека и животных различно и зависит от природы металла, типа его соединений, встречающихся в природной среде, а также от концентрации. Тяжёлые металлы имеют ярко выраженное комплексообразующее свойство. Это выражается в том, что, если в водном растворе присутствуют какие-либо анионы или молекулы органических соединений, то ионы металлов образуют комплексы с разными структурами и стабильностью [1-3]. Содержание кадмия в природной среде является относительно низким, и его присутствие в значительной степени является результатом антропогенной деятельности [4]. Выбросы кадмия в атмосферу связаны с промышленным производством и эксплуатацией различных типов установок для сжигания отходов [5]. Концентрация кадмия может быть выше в районах, где вода имеет низкий рН [6]. В основном кадмий в природных водах находится в донных отложениях и во взвешенных частицах [7]. Марганец выбрасывается в окружающую среду в результате производственной деятельности, сжигания ископаемого топлива и эрозии почвы, содержащей марганец. Извержения вулканов может способствовать повышению концентрации марганца в воздухе. 80% выбросов марганца связано с объектами производства чугуна и стали. Примерно 20% выбросов марганца приписываются электростанциям и коксовым печам [8]. Воздействие хрома на людей может быть обусловлено как природными, так и антропогенными источниками [9,10]. Большое количество хрома в окружающей среде является результатом деятельности человека, и составляет 60-70% из всех атмосферных выбросов хрома [11]. В озерах период резистентности хрома составляет 4,6-18 лет, причем большая часть находится в отложениях озер и рек [12]. Объектом исследования является река Раздан. Раздан одна из самых крупных и наиболее важных рек Армении, левый приток Аракса [13]. Расположение точек отбора проб [14, 15] No 1 - Ниже Разданского ГЭС до смешивания с рекой Мармарик; No 2 - Устье реки Мармарик; No 3 - Ниже точки смешивания с рекой Мармарик; No 4 - До впадения в водоем Ахпара Лич; No 5 - После выпадения из водоема Ахпара Лич; No 6 - 1 км ниже водоема Ахпара Лич. Материалы и методы рН и растворенный кислород измеряли непосредственно в полевых условиях с помощью YSI Environmental 556 MPS устройства [16]. Каждый день перед измерением делались соответствующие калибровки. Пробы донных отложений были подготовлены к анализу с помощью системы микроволнового разложения Berghoff MWS-3+ [17], по методу 3052 агентства по охране окружающей среды США. Для разложения проб была использована ультрачистая смесь азотной и плавиковой кислот, в соотношении соответственно 9:3 с использованием микроволнового нагрева [18]. Анализ тяжелых металлов осуществлялся с использованием метода масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (ИСП-МС) ELAN 9000 (Perkin Elmer, США) [19]. Перед анализом пробы воды отфильтровывались для удаления твердых частиц. Все пробы консервировались концентрированной азотной кислотой, для того, чтобы гарантировать стабильность проб и совместимость с фирменными стандартами PerkinElmer [20]. Ионы SO42- и NO3- определялись помощью Dionex ICS-1000 ионный хроматографа [21]. Содержание PO43- ионов определялось спектрофотометрическим методом, с помощью устройства Shimadzu 1650 [22]. В природной среде, металлические загрязнители входят в реакцию с лигандами в воде и с твердыми материаламы, которые имеют контакт с водой. Реакции, в которых металл связан с твердой матрицей называют сорбционными реакциами. Коэффициент распределения металов (Кр), также известен, как коэффициент распределения сорбции и представляет собой соотношение концентрации сорбированного металла к концентрации растворенного металла при равновесии: Kp= (1) В почве и в системе поверхностных вод во время транспортировки металлов сорбция металлов на твердых матрицах приводит к уменьшению концентрации растворенных металлов, что влияет на скорость миграции металла [23]. В Таблице 1 представлены содержания растворенного кислорода, SO42-, NO3-, PO43- ионов и значения рН в точках отбора проб 1-6 реки Раздан на 2012-2013 период. Таблица 1 Содержание растворенного кислорода, сульфат, нитрат, фосфат ионов, значения рН в реке Раздан Точка отбора проб Дата pH Растворенный кислород, мг/л Нитрат ион, мг/л Сульфат ион, мг/л Фосфат ион, мг/л 1 Июль, 2012 7,74 6,65 2,5719 20,0173 0,902 Август, 2012 8,08 8,89 10,4258 34,6854 1,159 Сентябрь, 2012 8,23 5,57 10,0198 28,6994 - Февраль, 2013 8,42 13,48 12,758 38,75 1,513 Май, 2013 8 7,53 4,404 13,7 0,083 Июль, 2013 8 11,78 6,681 36,369 0,12 2 Июль, 2012 7,81 8,96 3,0714 9,9398 1,136 Август, 2012 8,54 9,75 4,4722 14,442 0,035 Сентябрь, 2012 8,76 6,37 4,7728 16,8082 - Февраль, 2013 8,54 13,77 2,733 19,05 1,408 Май, 2013 7,4 8,26 0,86 5,46 0,941 Июль, 2013 8,2 11,08 3,146 9,254 0,02 3 Июль, 2012 7,08 8,56 6,5208 23,0141 0,386 Август, 2012 7,9 14,74 13,0979 48,5094 0,047 Сентябрь, 2012 8,28 9,77 12,2562 45,0914 0,023 Июль, 2013 8 10,12 5,605 17,388 0,28 4 Июль, 2012 8,22 9,3 8,4919 30,5876 0,433 Август, 2012 8,15 12,5 13,4337 54,3735 0,199 Сентябрь, 2012 8,19 10,76 13,4883 51,3727 0,012 Май, 2013 5,9 8,48 2,032 9,36 0,229 Июль, 2013 7,8 11,52 7,095 26,268 0,18 5 Июль, 2012 8,92 8,02 0,7779 29,7491 0,902 Август, 2012 8,59 10,12 1,2004 29,6294 0,012 Сентябрь, 2012 8,61 8,98 4,2044 28,873 - Февраль, 2013 8,52 15,2 9,28 36,11 2,094 Май, 2013 7,7 8,01 1,778 9,49 0,242 Июль, 2013 8,4 9,02 0,241 26,544 0,02 6 Июль, 2012 8,26 - 0,5544 28,8876 0,773 Август, 2012 7,94 4,25 0,6874 30,3053 0,035 Сентябрь, 2012 8,12 6,25 1,1115 31,3597 - Февраль, 2013 7,99 7,69 7,279 36,66 2,133 Май, 2013 7,7 1,91 0,541 13,43 0,255 Июль, 2013 7,5 1,89 0,117 27,812 0,08 В Таблице 2 представлены концентрации кадмия, хрома и марганца в речной воде и донных отложениях реки Раздан. Таблица 2 Содержание кадмия, хрома и марганца в речной воде и донных отложениях реки Раздан Точка отбора проб Дата [Cd] H2O, мг/л [Cd] ДО, г/кг [Cr] H2O, мг/л [Cr] ДО, г/кг [Mn] H2O, мг/л [Mn] ДО, г/кг 1 Июль, 2012 0,0000104 0,0003304 - 0,059604 0,0000161 1,6593814 Август, 2012 0,0003143 0,0002442 0,004437 0,043088 0,1094973 1,2568490 Сентябрь, 2012 0,0000145 0,0003386 0,002302 0,050166 0,0436831 1,1599149 Февраль, 2013 0,0000106 0,0000983 0,002099 0,097387 0,0528580 0,791705 Май, 2013 0,0000070 0,0003975 0,000861 0,057712 0,0374642 1,0286961 Июль, 2013 0,0000071 0,0005647 0,00109 0,07802 0,0340796 0,5345238 2 Июль, 2012 0,0000005 0,0001630 0,002667 0,052606 0,0217829 0,7421450 Август, 2012 0,0000212 0,0003146 0,004249 0,077416 0,0926281 1,1900836 Сентябрь, 2012 0,0000096 0,0002137 0,001316 0,041367 0,0362600 0,7014920 Февраль, 2013 0,0000210 0,0001118 0,001459 0,127498 0,0486669 1,13215 Май, 2013 0,0000087 0,0003442 0,000464 0,048657 0,0120852 0,8214108 Июль, 2013 0,0000050 0,0004295 0,000947 0,075687 0,0112369 0,9824610 3 Июль, 2012 0,0000209 0,0002053 0,001303 0,045806 0,0223625 0,9253134 Август, 2012 0,0000203 0,0003866 0,003032 0,055564 0,0260348 1,1641387 Сентябрь, 2012 0,0000021 0,0002787 0,002505 0,05008 0,0339793 0,7429630 Июль, 2013 0,0000035 0,0003016 0,000645 0,07811 0,0292933 0,8680966 4 Июль, 2012 0,0000102 0,0003176 0,001452 0,110494 0,0196281 0,8744684 Август, 2012 0,0000009 0,0001610 0,003568 0,044949 0,0145916 0,8436138 Сентябрь, 2012 0,0000037 0,0001529 0,002258 0,036888 0,0155349 0,5206379 Май, 2013 0,0000003 0,0002599 0,000423 0,052728 0,0242537 0,6922709 Июль, 2013 0,0000270 0,0005938 0,001184 0,107852 0,0323466 0,6948378 5 Июль, 2012 0,0000276 0,0002312 0,01011 0,070379 0,0030208 0,8463797 Август, 2012 0,0000079 0,0001127 0,003606 0,013308 0,0328685 0,7539737 Сентябрь, 2012 0,0000016 0,0002722 0,003125 0,043788 0,0192298 1,1963725 Февраль, 2013 0,0000312 0,000036 0,001754 0,077224 0,0376702 1,066395 Май, 2013 0,0000023 0,0004557 0,000558 0,038199 0,0457097 1,2966702 Июль, 2013 0,0000049 0,0005231 0,001409 0,040287 0,0914760 0,4727057 6 Июль, 2012 0,0000066 0,0004179 0,003935 0,086755 0,0292722 0,6631190 Август, 2012 0,0000004 0,0003937 0,005442 0,066099 0,0815793 0,8219802 Сентябрь, 2012 0,0000058 0,0003094 0,003253 0,046455 0,0386160 0,7674423 Февраль, 2013 0,0000139 0,0001343 0,001388 0,111852 0,0537428 0,64007 Май, 2013 0,0000036 0,0004457 0,00044 0,039643 0,1483133 0,3455245 Июль, 2013 0,0000529 0,0001383 0,001943 0,030759 0,1001851 0,1359373 В Таблице 3 представлены коэффициенты распределения кадмия, хрома и марганца рассчитаны по формуле (1). Таблица 3 Коэффициенты распределения кадмия, хрома и марганца Точка отбора проб Дата Kp Cd Cr Mn 1 Июль, 2012 31,76923077 - 103054,3659 Август, 2012 0,77701413 9,71183339 11,478354 Сентябрь, 2012 23,4017555 21,791446 26,5529365 Февраль, 2013 9,27358491 46,3904159 14,9779598 Май, 2013 56,4630682 67,0264262 27,4580859 Июль, 2013 79,5156294 71,5538418 15,6845614 2 Июль, 2012 319,6 19,7236826 34,0700702 Август, 2012 14,8747045 18,2206741 12,8479796 Сентябрь, 2012 22,3652538 31,4438498 19,3461878 Февраль, 2013 5,32380952 87,3753427 23,2632446 Май, 2013 39,6066743 104,897641 67,9682349 Июль, 2013 86,2143717 79,9579012 87,4317071 3 Июль, 2012 9,8195122 35,1569755 41,3779475 Август, 2012 19,006883 18,3263564 44,7147173 Сентябрь, 2012 133,158146 19,9894544 21,8651888 Июль, 2013 86,2206975 121,082718 29,634602 4 Июль, 2012 31,14 76,1198518 44,551762 Август, 2012 178,888889 12,5967211 57,8151643 Сентябрь, 2012 40,9809702 16,3386086 33,5140757 Май, 2013 787,612121 124,764447 28,5428562 Июль, 2013 21,9696633 91,0772575 21,4809991 5 Июль, 2012 8,36531365 6,96108578 280,186369 Август, 2012 14,229798 3,6905022 22,9390904 Сентябрь, 2012 166,178266 14,0120978 62,2146356 Февраль, 2013 1,15384615 44,0172139 28,3087162 Май, 2013 197,27013 68,4455912 28,3675286 Июль, 2013 107,28466 28,5916905 5,16753804 6 Июль, 2012 63,0307692 22,0469205 22,6535609 Август, 2012 1093,61111 12,1467189 10,0758474 Сентябрь, 2012 53,125 14,2828734 19,8736947 Февраль, 2013 9,6618705 80,5847983 11,9098744 Май, 2013 122,790634 90,0540187 2,32969398 Июль, 2013 2,6150414 15,831366 1,35686078 Результаты и их обсуждение Чтобы оценить влияние содержания растворенного кислорода, SO42-, NO3- и PO43- ионов, а также значения pH на миграцию кадмия, хрома и марганца в системе вода-донные отложения, были рассчитаны коэффициенты корреляции Пирсона между коэффициентом распределения и вышеуказанными показателями [24]. Если |R|<0.1 корреляция отсутствует, если |R|>0.1 корреляция присутствует, корреляция возрастает, если |R|→1. В Таблице 4 представлены коэффициенты корреляции Пирсона между коэффициентом распределения кадмия и содержанием растворенного кислорода, SO42-, NO3-, PO43- ионов, а также значенем pH. Таблица 4 Коэффициенты корреляции для кадмия между коэффициентом распределения и содержанием растворенного кислорода, SO42-, NO3-, PO43- ионов, а также значением pH Параметр Точка отбора проб 1 2 3 4 5 6 pH -0,42839 -0,4539 0,800232 -0,95673 -0,69997 0,048328 Растворенный кислород 0,061222 -0,14813 -0,29958 -0,5845 -0,52899 -0,0706 Сульфат ион -0,28125 -0,39309 0,123234 -0,64247 -0,76405 0,056716 Нитрат иона -0,60075 -0,08922 0,152071 -0,70971 -0,22411 -0,22531 Фосфат ион -0,91983 0,239746 -0,44295 0,05341 -0,5131 -0,42967 В первой точке отбора проб с увеличением содержания сульфат, нитратов и фосфат ионов, а также значения pH миграция кадмия направлена из донных отложений в воду, а влияние растворенного кислорода на миграцию кадмия незначительно. Во второй точке отбора проб с увеличением содержания сульфат иона, растворенного кислорода, а также значения pH миграция кадмия направлена из донных отложений в воду, а с увеличением содержания фосфат иона миграция кадмия направлена из воды в донные отложения, влияние нитратов на миграцию кадмия незначительно. В третьей точке отбора проб с увеличением содержания растворенного кислорода и фосфат иона миграция кадмия направлена из донных отложений в воду, а с увеличением содержания сульфат, нитрат ионов и значения pH миграция кадмия направлена из воды в донные отложения. В четвертой точке отбора проб с увеличением содержания растворенного кислорода, сульфат и нитрат ионов и значения pH миграция кадмия направлена из донных отложений в воду, а влияние фосфат иона на миграцию кадмия незначительно. В пятой точке отбора проб с увеличением всех изученных параметров миграция кадмия направлена из донных отложений в воду. В шестой точке отбора проб с увеличением содержания нитрат и фосфат ионов миграция кадмия направлена из донных отложений в воду. Влияние сульфат иона, растворенного кислорода и pH на миграцию кадмия незначительно. В Таблице 5 представлены коэффициенты корреляции Пирсона между коэффициентом распределения хрома и содержанием растворенного кислорода, SO42-, NO3-, PO43- ионов, а так же значением pH. Таблица 5 Коэффициенты корреляции для хрома между коэффициентом распределения и содержанием растворенного кислорода, SO42-, NO3-, PO43- ионов, а также значением pH Параметр Точка отбора проб 1 2 3 4 5 6 pH -0,32382 -0,41482 0,098008 -0,75827 -0,87634 -0,19651 Растворенный кислород 0,388711 0,406884 -0,27401 -0,70825 0,162094 0,064572 Сульфат ион -0,2821 -0,30874 -0,79288 -0,99622 -0,63067 -0,38357 Нитрат иона -0,64784 -0,794 -0,76115 -0,98682 0,288743 0,547394 Фосфат ион -0,72075 0,258012 0,498756 0,445742 0,172631 0,519117 В первой точке отбора проб с увеличением содержания сульфат, нитрат и фосфат ионов, а также значения pH миграция хрома направлена из донных отложений в воду, a с увеличением содержания растворенного кислорода миграция хрома направлена из воды в донные отложения. Во второй точке отбора проб с увеличением содержания сульфат, нитрат ионов, а также значения pH миграция хрома направлена из донных отложений в воду, a с увеличением содержания растворенного кислорода и фосфат иона миграция хрома направлена из воды в донные отложения. В третей точке отбора проб с увеличением содержания растворенного кислорода, сульфат и нитрат ионов миграция хрома направлена из донных отложений в воду, a с увеличением содержания фосфат иона миграция хрома направлена из воды в донные отложения, влияние pH на миграцию хрома в этой точке незначительнo. В четвертой точке отбора проб с увеличением содержания растворенного кислорода, сульфат и нитрат ионов, а так же значения pH миграция хрома направлена из донных отложений в воду, a с увеличением содержания фосфат иона миграция хрома направлена из воды в донные отложения. В пятой точке отбора проб с увеличением значения pH и содержания сульфат ионов миграция хрома направлена из донных отложений в воду, a с увеличением содержания растворенного кислорода, нитрат и фосфат ионов миграция хрома направлена из воды в донные отложения. В шестой точке отбора проб с увеличением значения pH и содержания сульфат иона миграция хрома направлена из донных отложений в воду, a с увеличением содержания нитрат и фосфат ионов миграция хрома направлена из воды в донные отложения, влияние растворенного кислорода на миграцию хрома незначительнo. В Таблице 6 представлены коэффициенты корреляции Пирсона между коэффициентом распределения марганца и содержанием растворенного кислорода, SO42-, NO3-, PO43- ионов, а также значением pH. Таблица 6 Коэффициенты корреляции для марганца между коэффициентом распределения и содержанием растворенного кислорода, SO42-, NO3-, PO43- ионов, а также значением pH Параметр Точка отбора проб 1 2 3 4 5 6 pH -0,71798 -0,60031 -0,6706 0,445918 0,575782 0,965487 Растворенный кислород -0,37192 0,075828 0,478815 0,353637 -0,34231 0,83121 Сульфат ион -0,42735 -0,76133 0,026573 0,624599 0,174678 0,508625 Нитрат иона -0,65602 -0,60108 0,002739 0,588845 -0,2386 0,105838 Фосфат ион 0,128922 -0,27327 0,276464 0,285588 0,196258 0,407526 В первой точке отбора проб с увеличением значения pH и содержания растворенного кислорода, сульфат и нитрат ионов миграция марганца направлена из донных отложений в воду, a с увеличением содержания фосфат ионов миграция марганца направлена из воды в донные отложения. Во второй точке отбора проб с увеличением содержания сульфат, нитратов и фосфат ионов, а также значения pH миграция марганца направлена из донных отложений в воду, a влияние растворенного кислорода на миграцию марганца незначительно. В третей точке отбора проб с увеличением содержания растворенного кислорода и фосфат иона миграция марганца направлена из воды в донные отложения, a с увеличением pH миграция марганца направлена из донных отложений в воду, влияние сульфат и нитрат ионов на миграцию марганца незначитеьно. В четвертой и шестой точке отбора проб с увеличением всех изученных параметров миграция марганца направлена из воды в донные отложения. В пятой точке отбора проб с увеличением содержания сульфат и фосфат ионов и значения pH миграция марганца направлена из воды в донные отложения, a с увеличением содержания растворенного кислорода и нитрат ионов миграция марганца направлена из донных отложений в воду. Выводы Все изученные факторы, в основном, имеют значительное влияние на интенсивность миграции всех трех металлов. Миграция кадмия, в основном, направлена в сторону воды из донных отложений. Только в 3-ей точке картина немножко искажаться. А в 6-ой точке корреляция в основном отсутствует. Главным образом, исследованные факторы, имеют влияние на миграцию хрома и миграция в основном направлена в сторону воды от донных отложений. Только в случае фосфата картина другая - с повышением содержания фосфатов миграция хрома направлена в донные отложения. В 1-2 точках отбора проб миграция марганца направлена в донные отложения, а на 3-ей точке картина смешанная. В 4-6 точках отбора проб миграция марганца больше склонна в сторону воды от донных отложений. Это может быть связано с фактором наличия резервуара.

Научные конференции

 

(c) Архив публикаций научного журнала. Полное или частичное копирование материалов сайта возможно только с письменного разрешения администрации, а также с указанием прямой активной ссылки на источник.