4.1 Эколого-геохимический способ оценки загрязненности донных отложений

Суть эколого-геохимического подхода состоит в сопоставлении компонентного состава донных отложений, отобранных на участке реки с высокой техногенной нагрузкой, с донными отложениями, отобранными в фоновом створе. Поскольку донные отложения накапливают загрязняющие вещества, их состав отражает геохимические особенности водосборных территорий. Соответственно донные отложения на участках, подверженных антропогенной нагрузке, будут отличаться повышенным относительно природного фона содержанием определенной группы химических элементов. Такую группу элементов, характеризующую техногенное воздействие источника загрязнения на водный объект, называют геохимической ассоциацией.

Методические приемы выявления техногенных геохимических ассоциаций

Для выявления техногенных геохимических ассоциаций необходимо в первую очередь оценить содержание того или иного компонента в донных отложениях по отношению к фону. В качестве фоновой концентрации компонента понимается его типичное содержание в пределах относительно однородного участка, не испытывающего прямого техногенного воздействия.

Выявление и анализ техногенных геохимических ассоциаций основывается на изучении значений концентраций химических элементов в донных отложениях, приуроченных к участку русла реки, испытывающему непосредственное техногенное воздействие источника загрязнения.

Для характеристики техногенных геохимических ассоциаций отбирают пробы донных отложений и определяют их компонентный состав и концентрации загрязняющих веществ. Далее для каждой пробы донных отложений рассчитываются следующие показатели.

1. Коэффициенты концентрации химических элементов К_С, характеризующие уровень концентрирования элемента в донных отложениях относительно его фонового содержания.

К_С = С_i / C_{i Ф},

где С_i – фактическое содержание i-го загрязняющего вещества в донных осадках;

С_iф – фоновое содержание i-го загрязняющего вещества в донных осадках;

В геохимическую ассоциацию включаются компоненты со значениями К_С не менее 1,5.

2. Формула геохимической ассоциации, характеризующая качественный (элементный) состав и структуру геохимической аномалии, представляет собой упорядоченную по значениям K_С совокупность (ранжированный ряд) химических элементов (веществ) со значением K_С не менее 1,5, т.е. превышающим фон в 1,5 раза.

Формула изображается, например, так:

Hg₁₅₀-Cd₁₁₀-Ag₇₈-As₅₁-Zn₂₃-Pb₁₁-(Cu-Co-Sb)₅-Mo₃-(Mn-Ti)_1.7-V_1.5

Входящие в геохимическую ассоциацию вещества объединяют по значениям K_С в группы с шагом 0,5: 1,5..3; 3…10; 10…30; 30…100 и т.д.

3. Показатель количественного состава геохимической ассоциации N_Э, отражающий количество входящих в геохимическую ассоциацию химических элементов (К_С которых не менее 1,5).

4. Коэффициент среднего накопления компонентов R_X, характеризующий среднюю интенсивность полиэлементной геохимической аномалии:

R_X = (∑ К_С) : n,

где К_С – коэффициент концентрации i-го химического элемента;

n – количество элементов, входящих в геохимическую ассоциацию (т.е. N_Э).

5. Суммарный показатель загрязнения Z_C, отражающий совместное превышение фонового уровня группой элементов и характеризующий уровень техногенного загрязнения водотока. Он рассчитывается по формуле:

,

где С_i – фактическое содержание i-го загрязняющего вещества в донных осадках;

С_iф – фоновое содержание i-го загрязняющего вещества в донных осадках;

n – количество элементов, входящих в геохимическую ассоциацию.

Уровень техногенного загрязнения водоема классифицируется в зависимости от значения суммарного показателя загрязнения донных отложений следующим образом (табл. 18).

Таблица 18

Классы качества вод в зависимости от значения показателя

загрязнения донных отложений

Zc	Уровень техногенного загрязнения
<10	Низкий
10 – 30	Средний
30 – 100	Высокий
100 – 300	Очень высокий
>300	Чрезвычайно высокий

6. Показатель долевого участия химического элемента в геохимической ассоциации М_С %, отражающий процентную долю участия соединения в ассоциации и используемый для ее характеристики. Показатель рассчитывается по формуле:

М_С% = [(К_С – 1) : Z_C]  100 %,

где К_С – коэффициент концентрации химического соединения в данной геохимической ассоциации,

Z_С – суммарный показатель загрязнения.

Обычно данный показатель рассчитывается для элементов, доля участия которых в ассоциации в сумме превышает 50%. Для техногенных химических ассоциаций, фиксируемых донными отложениями рек, это, как правило, не более двух-трех элементов.

Пример. Определить уровень техногенного загрязнения и составить формулу геохимической ассоциации донных отложений, отобранных в зоне влияния горно-обогатительного комбината. Результаты химического анализа донных отложений приведены в табл. 19.

Таблица 19

Содержание химических элементов в донных отложениях р.Таналык, отобранных выше и ниже горно-обогатительного комбината (ГОК)

№ п/п	Название элемента	Концентрация, мг/кг		Коэффициенты концентрации КС = Сi/ Сiф
		Выше ГОК (фон), Сiф	Ниже ГОК Сi
1	Нитраты	8,8	14,0	1,6
2	Хлориды	28,0	43,0	1,5
3	Сульфаты	284,0	372,0	1,3
4	Железо (общ.)	26094	29718	1,1
5	Хром (общ.)	92	93	1,0
6	Медь	40	310	7,8
7	Цинк	66	220	3,3
8	Никель	71	68	1,0
9	Марганец	618	847	1,4
10	Ртуть	0,019	0,023	1,2
11	Кадмий	0,04	0,49	12,3
12	Ванадий	65	62	1,0
13	Кобальт	15,0	22,0	1,5
14	Свинец	16,0	14,0	0,9

Из табл.19 видно, что в донных отложениях р.Таналык ниже сброса сточных вод ГОК накапливаются кадмий, медь, цинк и некоторые другие элементы.

Формула геохимической ассоциации для этого створа будет иметь вид:

Cd_12,3 - Cu_7,8 - Zn_3,3 - нитраты_1,6 - (хлориды - Co)_1,5

Показатель количественного состава геохимической ассоциации имеет значение N_Э=6.

Рассчитывается коэффициент среднего накопления R_X:

Рассчитывается суммарный показатель Z_C:

В соответствии с классификацией, приведенной в табл. 18, река Таналык в исследуемом створе имеет средний уровень техногенного загрязнения.

Далее рассчитывается показатель долевого участия химических элементов М_С% для кадмия, меди и цинка – элементов, имеющих наибольшую долю в ассоциации:

Таким образом, донные отложения реки Таналык в зоне влияния горно-обогатительного комбината характеризуются повышенным по сравнению с фоном содержанием тяжелых металлов кадмия, меди и цинка, являющихся специфичными для ГОК. Река в исследуемом створе имеет средний уровень техногенного загрязнения.