И.И. Силин
Экология и экономика природных ресурсов бассейна р. Протва
(Калужская и Московская области)
Обнинск, 2003. - 302 с.

8. Загрязнение поверхностных вод, донных отложений и биоценоза р. Протвы

Обсуждение результатов наблюдений за состоянием поверхностных вод

Учитывая существующую практику оценки уровня загрязнения вод по медико-биологическим критериям, разработанным гигиенической наукой и основанных на концепции предельно допустимых концентраций химических элементов, мы привели в соответствующих таблицах данные сравнительного анализа [7].

Но, как уже отмечалось, интерпретация большей части получаемых сегодня данных о качестве вод с позиций ПДК не может быть объективной т. к. не учитывает ведущей роли взвешенных форм миграции элементов в загрязненных водных системах.

Количество химических элементов, мигрирующих во взвешенной группе форм (т.е. содержание химических элементов, связанных с твердым взвешенным веществом, приходящимся на единицу объема воды), зависит от степени разбавления техногенных взвешенных частиц как природными литогенными частицами, так и водной массой реки (т. е. от мутности и водообильности водотока).

Химические элементы, связанные с взвешенным веществом, могут быть закреплены в разнообразных химических формах: в сорбционно-карбонатной, органической  и в виде сорбции в свежеосажденных гидроокислах, окислах и в различных коллоидных комплексах. Самые высокие флуктуации концентраций характерны для компонентов, наиболее распространенных в современном производстве: сульфатов, хлоридов, нитратов, аммония, натрия. Превышение уровня концентрации над фоном у них составляет десятки (до сотни) раз. Очевидно, что активность этих ионов влияет на поведение в водном потоке прочих примесей.

Наибольшая техногенная нагрузка на поверхностные воды бассейна р. Протвы наблюдается в районе г. Верея и с\х Архангельский в Московской области и гг. Обнинск, Боровск, Балабаново, п. Ермолино в Калужской области. В меньшей степени – вблизи гг. Протвино, Малоярославец, Жуков, Высокиничи, пп. Кривское, Восход, Шемякино и др.

Наибольшее сульфатное загрязнение вод отмечается  в районе северо-восточной промзоны г. Обнинска (район д. Мишково). Там же в водах р. Дырочной отмечены высокие концентрации хлорид - иона, натрия, кальция, магния. Высокие содержания аммония отмечены в пробах воды, отобранных ниже стоков юго-восточной промзоны города. Высокие содержания хлоридов и натрия отмечены ниже стоков с ОС г. Малоярославца.  Определенное влияние на состав поверхностных вод оказывают атмосферные выбросы предприятий, загрязняющие ливневые стоки.

Территории с загрязненными поверхностными водостоками характеризуют, с одной стороны, плохую очистку сбросных вод в этом районе, с другой стороны – недостаточное разбавление стоков природными водами.

Известно, что природные воды изучаемого района имеют существенно гидрокарбонатно–кальциевый состав, генетически связанный с известняками каменноугольного возраста.

Гидрокарбонатные воды представляют собой самую распространенную и самую сложную природную систему, состоящую из растворенных в воде диоксида углерода, угольной кислоты, гидрокарбонатных, карбонатных и водородных ионов, газообразного диоксида углерода и карбоната кальция в твердой фазе [71]. С ними непосредственно связан весь комплекс растворенных веществ. Соотношение указанных форм карбонатного равновесия, главные из которых HCO₃^-, CO₃^-, (H₂CO₃ + CO₂), определяет значения РН и равновесие всех растворенных веществ системы.

Значения РН в водах бассейна р. Протвы изменяются в диапазоне 6.4 –9.8, т.е. от слабокислых до щелочных. Состав сбросных и ливневых вод может быть существенно кислее. Поэтому в точке сброса техногенных вод и вблизи неё происходят активные химические реакции, приводящие к нейтрализации исходного состава стоков, к образованию новых химических веществ, устойчивых в нейтральной среде или выпадающих в осадок.

Косвенно о характере протекающих химических реакций можно судить на основании сравнения элементного состава геохимических аномалий в водном потоке и в донных отложениях ниже промышленных или хозяйственно-бытовых стоков.

Наиболее контрастным поведением в водных потоках и в донных осадках бассейна р. Протвы характеризуются марганец, молибден, серебро, медь и никель.

Преимущественно в осадках наблюдаются аномалии свинца, магния, олова и висмута, а в водном потоке – аномалии железа, алюминия, хрома и стронция. Остальные из приведенных в таблицах элементов образуют слабоконтрастные аномалии как в воде, так и в донных осадках.

Поведение химических элементов в геохимических процессах окислительного ряда, протекающих на участках сбросов промстоков и ливневых вод, в обобщенном виде следующее.

Сернокислый процесс возникает на участках сбросов сульфат – иона или серы. В кислой среде высокую миграционную способность приобретают алюминий (инертный в большинстве других обстановок), железо, медь, цинк и другие металлы [47].

Кислый процесс возникает при поступлении в воду оснований сильных кислот и при разложении растительных остатков и поступлении в воду углекислоты и гумусовых кислот, в результате чего РН вод понижается до 4 – 6.5. Последнее характерно для местных почв, из которых за счет кислотного выщелачивания удаляется кальций.

При просачивании в подпочвенные горизонты кислые потоки энергично выносят  из пород также  натрий, стронций, редкие щелочи, медь, кобальт, цинк.

Нейтральный карбонатный процесс характерен для сравнительно чистых интервалов р. Протвы. Здесь мигрируют, кроме кальция, стронций, уран, магний, натрий, сульфат – ион. Алюминий, железо, гумусовое вещество мигрируют слабо и в основном накапливаются в виде тонкого слоя на дне реки в зоне слабопроточных вод [48].

Хлоридный процесс характерен для участков сбросных хлорированных вод хозяйственно-бытового происхождения. В них интенсивно мигрируют хлор, сульфат – ион, натрий, стронций, хром, бор и йод.

Что касается аммиака и кислородных соединений азота, то никакие физико-химические барьеры  не задерживают азот, и единственным концентратором его в ландшафте является биогеохимический барьер. По исключительно высокой роли биогенной миграции азот занимает первое место среди других элементов периодической системы.

Поэтому при анализе состава гидрогеохимических аномалий в первую очередь отметим  группу аномалий с биогенной формой миграции вещества: это аномалии 1,3,13,14,15,19,20. Источником аномалий 1, 15 являются сельскохозяйственные фермы, источники других – смешанного производственно - коммунального происхождения.

В выявленных аномалиях обращают на себя внимание высокие коэффициенты концентрации алюминия и кремнезема, источником которых является строительная индустрия и опытное производство НПО «Технология». Вероятно, миграция этих элементов происходит во взвешенной или коллоидной форме. В остальной части состав выявленных аномалий, по-видимому, обусловлен составом стоков и характером принимающей стоки речной воды.

В целом, при сложившейся инфраструктуре производства в бассейне р. Протвы  восстановление качества поверхностных вод до нормативного уровня потребует проведение целого ряда хозяйственных мероприятий.

Для восстановления потенциала  реки по разбавлению коммунально-производственных стоков до приемлемого качества необходимо изменить структуру водопользования, сбалансировав её с целью  уменьшения нагрузки в среднем течении. и выравнивания её на всем протяжении реки до устья. Одним из компонентов решения проблемы может стать ввод в эксплуатацию Жуковского водозабора.

Вторым непременным условием является  усовершенствование работы очистных сооружений бассейна р. Протвы.

Третьим условием является необходимость регламентации объемов и качества сельскохозяйственных и рыбохозяйственных стоков.