Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Состояние проблемы и методологические основы ее решения 12
ГЛАВА 2 Факторы, определяющие геоэкологическое состояние подземных вод 20
2.1. Природные факторы 20
2.1.1. Климат 20
2.1.2. Гидрография 21
2.1.3. Особенности геологического строения 30
2.1.4. Гидрогеологические условия 41
2.2. Техногенные факторы 58
2.2.1. Характеристика основных техногенных источников загрязнения водных объектов 58
2.2.2. Влияние техногенных источников загрязнения на подземные воды 70
ГЛАВА 3 Геоэкологическое состояние урбанизированных территорий 92
3.1. Минеральный состав пород 99
3.2. Содержание органических веществ в горных породах 107
3.3. Емкость поглощения и состав обменного комплекса пород 111
3.4. Химический состав водных вытяжек 116
3.5. Содержания белка в породах 125
3.6. Активность микробиологических процессов 126
3.7. Естественная влажность пород 139
ГЛАВА 4 Природная защищенность грунтовых вод от загрязнения 140
ГЛАВА 5 Зонирование территории г. Южно-Сахалинска по геоэкологическому состоянию грунтовых вод 151
Заключение 155
Список литературы. 157
- Особенности геологического строения
- Характеристика основных техногенных источников загрязнения водных объектов
- Емкость поглощения и состав обменного комплекса пород
- Активность микробиологических процессов
Введение к работе
Обеспечение надежного снабжения населения высококачественной водой - одна из наиболее важных государственных задач. Дефицит воды или ее неудовлетворительное качество, как минимум, снижает комфортность жизненных условий. Прекращение подачи воды или ее загрязнение в населенных пунктах даже на непродолжительное время (несколько суток) приводит к возникновению напряженной санитарно-эпидемиологической ситуации и обостряет социальную обстановку.
Учитывая, что в настоящее время развитие жилищного строительства происходит в основном за счет малоэтажных индивидуальных домов, в качестве источника водоснабжения в массовом прядке используется и будет использоваться далее первый от дневной поверхности грунтовый водоносный горизонт в силу небольшой стоимости строительства неглубоких (10-15 м) водозаборных скважин.
Вместе с тем система рассредоточенного водоснабжения, ориентированная на грунтовый водоносный горизонт, имеет существенный недостаток. Являясь первым от поверхности, грунтовый водоносный горизонт уязвим для загрязнения из техногенных источников загрязнения.
Для изучения потенциальных возможностей использования грунтового водоносного горизонта при организации хозяйственно-питьевого водоснабжения в зонах с различной техногенной нагрузкой и геоэкологическими особенностями выполнена настоящая работа.
Объектом научного исследования являются подземные воды грунтового водоносного горизонта, распространенные в пределах территории г. Южно-Сахалинска. Предмет исследования - геоэкологические процессы и факторы формирования химического состава подземных вод в условиях интенсивной антропогенной нагрузки.
Цель работы - оценить основные геоэкологические факторы, определяющие качество грунтовых вод, распространенных на территории г.Южно-Сахалинска, в условиях интенсивной антропогенной нагрузки.
Основные задачи исследований:
Выявить основные источники техногенного воздействия на грунтовые воды и определить параметры этого воздействия.
Изучить временные и пространственные закономерности изменения состава загрязняющих компонентов в конкретных геоэкологических условиях.
3. Установить основные геоэкологические факторы, определяющие
степень воздействия загрязняющих веществ на фунтовые воды.
4. Разработать интегральный критерий оценки защищенности грунтовых
вод в условиях интенсивной антропогенной нагрузки.
5. Провести зонирование территории г. Южно-Сахалинска по
геоэкологическому состоянию грунтовых вод и разработать рекомендации по
возможности их использования для организации хозяйственно-питьевого
водоснабжения.
Научная новизна работы заключается в следующем:
Впервые проведено комплексное изучение характерных техногенных источников воздействия на качество грунтовых вод в пределах территории г.Южно-Сахалинска, оценены основные параметры этого воздействия и предложена классификация источников воздействия.
Установлено, что, несмотря на значительное количество источников антропогенного воздействия на исследуемой территории, качество грунтовых вод, используемых для рассредоточенного водоснабжения, остается удовлетворительным.
3. Выявлено, что низкая степень трансформации грунтовых вод,
находящихся под воздействием техногенных источников загрязнения,
обусловлена геоэкологическими свойствами подземных вод и вмещающих
отложений: высокая обменная емкость глинистой составляющей пород;
восстановительные условия, являющиеся следствием значительной
органогенности пород; высокая активность окислительно-восстановительных
и микробиологических процессов, способствующих разрушению
органоминеральных комплексов загрязняющих веществ и восстановлению кислородсодержащих компонентов.
4. Впервые для г. Южно-Сахалинска реализована методика интегральной оценки геоэкологических факторов, обусловливающих самоочищающую способность геологической среды и защищенность грунтовых вод от воздействия техногенных источников загрязнения.
Практическая значимость результатов исследований заключается в следующем:
1. Предложена интегральная оценка факторов, обусловливающих
природную самоочищающую способность геологической среды и
защищенность грунтовых вод от загрязнения из техногенных источников
воздействия, включающая в себя параметры источников загрязнения,
мощность и фильтрационные свойства зоны аэрации, физико-химические
свойства горных пород, активность микробиологических процессов.
2. Проведено зонирование территории города Южно-Сахалинска по
степени защищенности грунтовых вод от загрязнения из техногенных
источников.
3. Разработаны рекомендации по возможности использования грунтовых
вод для рассредоточенного хозяйственно-питьевого водоснабжения в
условиях интенсивной антропогенной нагрузки.
Основные защищаемые положения.
1. На территории г. Южно-Сахалинска подземные воды грунтового водоносного горизонта испытывают воздействие многочисленных разнопрофильных техногенных источников загрязнения. В районах расположения сосредоточенных источников воздействия интенсивность загрязнения грунтовых вод различными поллютантами достигает десятков* единиц ПДК (для воды хозяйственно-питьевого назначения). В районах рассредоточенных источников загрязнение подземных вод весьма умеренное, наблюдается незначительное превышение фоновых концентраций отдельных компонентов химического состава.
2. Комплекс геоэкологических факторов - высокая обменная емкость
глинистой составляющей пород, формирование в водоносном горизонте
глеевых условий, являющихся следствием значительной органогенности
отложений, высокая микробиологическая активность — способствуют
ограничению распространения поллютантов и разрушению
органоминеральных комплексов загрязняющих веществ. Таким образом
реализуется природная самоочистка грунтовых вод.
3. На основании выполненного зонирования с использованием
комплексного интегрального оценочного критерия, включающего в себя
параметры техногенных источников загрязнения, мощность и
фильтрационные свойства зоны аэрации, физико-химические свойства
горных пород, в г. Южно-Сахалинске выделены участки, составляющие
около 50% от площади всей территории, в пределах которых воды
грунтового водоносного горизонта могут использоваться для хозяйственно-
питьевого водоснабжения без каких-либо ограничений.
Апробация работы. Основное содержание работы и отдельные ее части представлялись и докладывались на заседаниях Факультета природных ресурсов и нефтегазового дела Сахалинского государственного университета (г. Южно-Сахалинск, 2005, 2006, 2009 г.г.), научно-практической конференции «г. Южно-Сахалинск, стратегия развития - взгляд в будущее» (г. Южно-Сахалинска, 2005 г.), международных научных чтениях «Приморские Зори-2007» (г. Владивосток, 2007 г.), международной конференции «Проблемы- устойчивого развития региона на современном* этапе» (г. Южно-Сахалинск, 2007 г.), совещаниях при управлении ГО и ЧС администрации г. Южно-Сахалинска (г. Южно-Сахалинск, 2006, 2007 г.г.), сессии Ученого Совета ДВГИ ДВО РАН (Владивосток, 2007, 2008 г.), объединенном научном семинаре кафедр гидрогеологии и геоэкологии и геохимии ТПУ (2009 г.).
Публикации. По проблемам, связанным с тематикой диссертационной работы, опубликовано 10 статей, в том числе входящих в перечень ВАК — 2.
Исходными материалами Фактическим материалом для диссертационной работы послужили результаты геологоразведочных работ по поиску и разведке подземных вод для хозяйственно-питьевого водоснабжения различных объектов г. Южно-Сахалинска, результаты режимных гидрогеологических и гидрологических наблюдений, специальных физико-химических и микробиологических исследований, в большинстве из которых автор принимал непосредственное участие.
Основные результаты исследований сконцентрированы в двух авторских работах: 1) Сахаров В.А. (отв. исп.) «Оценка обеспеченности населения Сахалинской области ресурсами подземных вод для хозяйственно-питьевого водоснабжения (отчет по результатам второго этапа)». Отчет Сахалинской гидрогеологической экспедиции. Южно-Сахалинск, 2000 г. 2) Сахаров В.А. (отв. исп.) «Изучение техногенного воздействия на подземные воды в районе водозабора «Луговое». Отчет Сахалинской гидрогеологической экспедиции. Южно-Сахалинск, 1990 г.
В процессе специальных исследований выполнено более 1000 анализов воды и горных пород.
Реализация основных результатов работы. Полученные результаты
внедрены в производство поисково-разведочных работ на подземные воды
хозяйственно-питьевого назначения в гидрогеологических организациях
Сахалинской области, ООО «Сахалинский водоканал», использованы при
разработке схемы территориального планирования (генерального плана) г.
Южно-Сахалинска, применяются Управлением ГО и ЧС по г. Южно-
Сахалинску (акты о внедрении 2007, 2008 г.г.). Разработанная методика
зонирования может использоваться в городах, расположенных на
территориях с аналогичными геолого-гидрогеологическими и
климатическими условиями.
Объем и структура диссертации. Работа состоит из введения, 5 глав и заключения. Общий объем работы - 167 страниц текста, включающего 33 таблицы, 27 рисунков и 121 наименование библиографических источников.
Автор считает своим долгом выразить глубокую благодарность научному руководителю работы - доктору технических наук, профессору В.А.Мелкому за постоянное внимание, советы и консультации в процессе работы. В ходе выполнения работ по изучению гидрогеологических и геоэкологических условий автор пользовался постоянной поддержкой гидрогеологов СГГЭ Прядко А.Ф, Завадского И.Г., Пчелкина В.И., д.г.-м.н. Боревского Б.В., д.г.-м.н. Язвина Л.С., к.г-м.н Закутина В.Н., д.т.н. Питальника В.М., к.г.-м.н. Чесалова СМ., к.г.-м.н. Борзенкова И.А. и др. Весьма полезным при подготовке диссертации были обсуждения работы с д.т.н. Адамом А.М, д.т.н. Петуховым В.И., д.т.н. Агошковым А.И., к.г-м.н. Потаповой Е.Ю. и другими. Автор благодарен всем сотрудникам Факультета природных ресурсов и нефтегазового дела Сахалинского государственного университета за поддержку и помощь в подготовке работы.
Особенности геологического строения
В России проблемами защищенности подземных вод в той или иной степени занимались В.М. Гольдберг, Б.В. Боревский, А.Е. Орадовская, Л.С. Шварцев, Ф.М. Бочевер, В.Г. Румынии, И.С. Пашковский, И.С. Зекцер, В.Г. Самойленко, В.А. Мироненко, А.П. Белоусова и др.
В 1986-1987 М.Н. Аграковым с участием автора [117] выполнена оценка природной защищенности грунтовых вод на территории г. Южно-Сахалинска. Для оценки защищенности была выбрана методика В.М.Гольдберга. Карта условий природной защищенности грунтовых вод построена с использование фактических сведений о мощности и коэффициентах фильтрации отложений зоны аэрации, полученных в процессе специальных гидрогеологических работ. Также использовался обширный массив архивных и фондовых материалов. Качественная оценка условий природной защищенности грунтовых вод выражалась суммой баллов исходя из мощности зоны аэрации (Н), мощности слабопроницаемых отложений (т0) и их литологии, через которые учитываются фильтрационные свойства этих отложений. Сумма баллов рассчитывается по специальной таблице, в которой указаны выделенные градации глубин залегания подземных грунтовых вод, мощности слабопроницаемых отложений, обобщенная литология последних и соответствующие им баллы.
Наименьшей защищенностью характеризуются условия, соответствующие категории I, наибольшей - категории III. Оценка защищенности грунтовых вод с определением категорий защищенности по сумме баллов производилась по сетке элементарных участков площадью 0,25 км" (шаг разбивки 0,5 км). В пределах каждого из квадратов защищенность грунтовых вод оценивалась как сумма баллов, присвоенных за мощность зоны аэрации и слабопроницаемых слоев, их литологию.
В результате выполненных исследований было установлено, что город Южно-Сахалинск, где сконцентрировано большинство источников загрязнения различного типа и интенсивности, по большей части расположен на территории, характеризующейся наименьшей защищенностью грунтового водоносного горизонта (I категория). Для оценки уязвимости грунтовых вод для загрязнения такая оценка слишком груба, в связи с чем была произведена дополнительная дифференциация защищенности грунтовых вод, отнесенной к I категории. Первая категория разделена на две подкатегории.
В реальных условиях строение и мощность зоны аэрации характеризуется сильной изменчивостью. Поэтому для дифференциации условий защищенности авторами использованы факторы, которые могут быть определены достаточно уверено: 1) мощность зоны аэрации (по результатам многолетнего мониторинга глубины залегания грунтовых вод); 2) коэффициент фильтрации зоны аэрации, интегрально учитывающий литологию разреза пород, мощность и фильтрационные свойства отложений, включая слабопроницаемые (по результатам опытно-фильтрационных работ - наливы в шурфы [17, 54]).
В то же время территория города испытывает значительную техногенную нагрузку. В городе насчитывается большое количество техногенных источников загрязнения грунтовых вод, относящихся к сельскохозяйственной, углеводородной, хозяйственно-бытовой, и промышленной группам. Изучению воздействия источников загрязнения посвящены многочисленные работы [2, 5, 6,8, 11, 12, 13,15, 19, 20, 23, 24, 26, 27, 28, 29, 39, 49, 50, 63, 64, 67, 71, 93, 103,104, 105]. Учитывая, что на предприятиях практически не выполняются водоохранные мероприятия, ожидалось значительное загрязнение грунтовых вод тяжелыми металлами, органическим соединениями, соединениями азота, серы, нефтепродуктами ингредиентами средств химизации сельского хозяйства. Однако результаты режимных наблюдений за химическим составом грунтовых вод свидетельствует о локальном развитии загрязнения. Учитывая достаточно слабую природную защищенность грунтовых вод, ограничение распространения загрязнения может быть обусловлено геоэкологическими свойствами природной среды [4, 7, 11, 22, 24,27, 28, 39, 49, 50, 53, 62, 65, 67, 77, 86, 103, 104, ПО, 112]. Изучение основных геоэкологических процессов, ограничивающих распространение загрязнения в водоносных горизонтах - основа надежного прогноза возможного влияния техногенных источников на подземные воды и разработки рекомендаций по использованию грунтовых вод для организации хозяйственно-питьевого водоснабжения.
Проведенные исследования актуальны для решения еще одной характерной проблемы. Как отмечалось выше, водозаборы подземных вод хозяйственно-питьевого назначения расположены в непосредственной близости от производственных и жилых зон. Расчеты зон санитарной охраны (ЗСО), выполненные с использованием действующих методик [81, 94], не учитывают тормозящие эффекты вмещающих пород. Поэтому расчетные ЗСО имеют огромные размеры. Если их учитывать при территориальном планировании, значительные городские территории попадают в зоны градостроительных ограничений (около 30% площади города). Использование результатов исследований позволяет сократить размеры ЗСО до реальных величин.
Для решения данной проблемы под руководством и при непосредственном участии автора были выполнены специальные работы по комплексному изучению геоэкологических особенностей водоносных горизонтов и комплексов, распространенных в пределах территории г. Южно-Сахалинска.
Методология исследований базировалась на работах В.М. Гольдберга, Б.В. Боревского, А.Е. Орадовской, Л.С. Шварцева, Крамаренко Л.Е., Трофимова В.Т., Осипова В.И. и др. Исследования включали: изучение и классификацию техногенных источников загрязнения, определение фонового химического состава подземных вод, изучение физико-химических свойств водовмещающих пород, изучение активности аборигенной микробной популяции по разрушению характерных поллютантов, определение характеристик зоны аэрации, применение принципов геоэкологического картирования.
Характеристика основных техногенных источников загрязнения водных объектов
В пределах распространения делювиально-пролювиальных отложений коэффициенты водопроводимости, как правило, не превышают первых еди-ниц, в то время как в пределах конусов выноса достигают 161 м"/сутки.
По преобладающим ионам воды горизонта гидрокарбонатные кальциевые, натриево-кальциевые, с минерализацией не более 0,25 г/дм3. Питание подземных вод осуществляется за счет атмосферных осадков, и перетока из смежных горизонтов, разгрузка - в местную эрозионную сеть. Горизонт может быть использован, особенно на участках конусов выноса, для хозяйственно-питьевого водоснабжения. Водоносный горизонт верхненеоплейстоценовых голоценовых элювиально-делювиальных, делювиально-коллювиальных, элювиальных отложений (ed, dc, є ІП-Н) широко распространен в пределах изучаемой территории на склонах западного и восточного бортов Сусунайской депрессии. Водовмещающими отложениями являются суглинок, супесь, алеврит, щебень и дресва с супесчано-суглинистым заполнителем мощностью до 6-7 м. В горизонте формируются грунтовые воды, характеризующиеся большими гидравлическими уклонами. В верхних частях склонов глубина залегания грунтовых вод резко увеличивается. Питание горизонта осуществляется за счет атмосферных осадков, разгрузка - в смежные горизонты и эрозионную сеть. Горизонт в целом характеризуется низкими значениями водопроводимо-сти (от 7- до 14 м /сут.). По преобладающим ионам воды горизонта гидрокарбонатные натриевые, натриево-кальциевые, с минерализацией от 0,075 до 0,13 г/дм3. Для целей водоснабжения практического значения не имеет. Водоносный комплекс средне-верхненеоплейстоценовых морских и аллювиально-морских отложений (т, am 11-ТИ) распространен в устьевых частях депрессии, где вскрывается на глубине от 12 до 40 м. Отложения комплекса представлены переслаиванием гравийно-галечника с песчано-глинистым заполнителем, песка, глины, алеврита, суглинка. К комплексу приурочены напорные пластово-поровые воды, уровень которых устанавливается на глубине от 0 до 2,5 м. Водопроводимость отло-жений комплекса составляет 260-380 м /сутки. Дебит скважин изменяется 1287,4 до 1425,6 м /сут. при понижении, соответственно, 8,23 и 11,2 м. Воды комплекса в полосе, шириной до 3 км от побережья, хлоридного натриево-магниевого состава с минерализацией от 2 г/дм3 в верхних слоях и до 7,5 г/дм3 в нижних слоях. Дальше к центру депрессии состав изменяется до хлоридно-гидрокарбонатного натриевого, натриево-кациевого с минерализацией 0,2-0,3 г/дм3. Питание вод комплекса осуществляется из смежных горизонтов напорных и грунтовых вод, разгрузка - в вышележащие горизонты и море. Широко используется для хозяйственно-питьевого водоснабжения. Водоносный комплекс озерно - аллювиальных, озерных, аллювиаль-но-пролювиальных + озерных, аллюеиально-пролювиалъных верхне-средненеоплейстоценовых отложений (la, I, ар III + I, ар II) ("верхний" водоносный комплекс) распространен в центральной части Сусунайской низменности. Водовмещающие породы представлены прослоями песков, супесей, глин, гравийно-галечников с песчано-глинистым заполнителем. Количество заполнителя увеличивается от центра к бортам от 25 до 50 % . Мощность водовмещающих отложений изменяется от 10 до 80м. К бортам бассейна она уменьшается иногда до полного выклинивания. Подземные воды комплекса в основном напорные, пластово-поровые. Величина напора от кровли отдельных водоносных пластов составляет от 10 до 25 м. Уровень напорных вод устанавливается от 1 м ниже и до 1-2 м выше поверхности земли. Вблизи рек и в прибортовых частях бассейна, воды безнапорные. Водоносность горизонта, по данным опробования многочисленных скважин, высокая. Удельные дебиты скважин при откачках колеблется от 0,1 до 10 л/с. Коэффициент фильтрации изменяется от 2 до 50 м/сут., водопроводимость от 30 до 1370 м /сут. Для водовмещающих пород, представленных аллювиально-пролювиальными отложениями, дебит скважин не превышает 2,5-2,7 л/с при понижениях 3,5-4,0 м, коэффициент фильтрации изменяется от 0,1 до 1,3-1,5 м/сут. Питание водоносного горизонта осуществляется за счет инфильтрации атмосферных осадков в местах выхода горизонта на поверхность и путем перетекания из смежных горизонтов и комплексов. Направление движения подземных вод совпадает с уклоном поверхности земли. Разгрузка осуществляется непосредственно в реки и в вышезалегающие горизонты, основной поток направлен в сторону моря. Воды комплекса по химическому составу соответствуют требованиям СанПиН 2.1.4.559-96 к питьевым водам. Водоносный горизонт имеет важное практическое значение. Водоносный комплекс верхнеэоплейстоценовых нижненеоплейсто-ценоеых аллювиалъно-пролювиальных отложений (ар Е II-I) - («нижний» водоносный комплекс), распространен в центральной части Сусунаской депрессии и вскрыт многочисленными скважинами на глубинах от 40 до 110-130 м.
Отложения комплекса представлены гравийно-галечником с песчано-глинистым заполнителем с линзами и прослоями суглинка, глин, песка. В при бортовых частях отложения представлены гравийниками, галькой, щебнем, валунами, заполнитель - глинистый. Мощность отложений комплекса изменяется от 10-30 м в прибортовой части до 40-50 м в осевой части депрессии и 70-80 м вдоль восточного борта долины р. Сусуи.
К комплексу приурочены напорные поровые воды. Уровень напорных вод в естественных условиях устанавливается близ уровня земной поверхности или на 2-3 м выше. Величина относительного напора увеличивается с глубиной залегания кровли комплекса.
Емкость поглощения и состав обменного комплекса пород
Загрязняющими веществами этой группы являются сточные воды животноводческих ферм и комплексов, птицефабрик; органические и минеральные удобрения; ядохимикаты. Основные компоненты загрязнения -соединения азота, ядохимикаты, калий и фосфор, кроме того, возможно появление хлоридов, сульфатов, кадмия, ртути, меди и др. тяжелых металлов [2,15,23,64].
Наибольшее распространение получило загрязнение подземных вод соединениями азота в силу их химической устойчивости, высокой миграционной способности и значительного содержания в исходных загрязняющих веществах. К источникам загрязнения этой группы следует отнести животноводческие комплексы и фермы, птицефабрики, склады средств химизации сельского хозяйства, площадки торфокомпоста, сельскохозяйственные поля.
В ходе работ выявлено всего 124 источника загрязнения этой группы. Из них по типам загрязняющих веществ: 90 источников, связанных с животноводством , 6 - с птицеводством, 11 - со складами средств химизации сельского хозяйства, 17 - с площадками торфокомпоста. Сельскохозяйственные угодья занимают около 40% площади. Широкое развитие здесь сельскохозяйственных предприятий, значительнее количество отходов от них делают эту группу одной из наиболее значительных в пределах изучаемой территории. Сельскохозяйственные источники загрязнения делятся на сосредоточенные (места складирования отходов животноводческих ферм и комплексов и птицефабрик, склады средств химизации сельского хозяйства) и рассредоточенные (промышленные зоны сельхоз предприятий, сельскохозяйственные угодья).
Сельскохозяйственные земли используются для выращивания овощей, кормовых культур, одно- и многолетних трав. Практически на всех полях культуры чередуются во времени, следовательно чередуются и вносимые ядохимикаты и удобрения. Ярко выраженных участков, на которых продолжительное время применялся бы какой-либо один препарат, нет. На основании этого все сельскохозяйственные угодья рассматриваются как единый, площадной, потенциальный источник загрязнения подземных вод, влияние которого может вызвать рост общей минерализации подземных вод, появление в воде пестицидов, соединений азота, калия, фосфора и других характерных поллютантов. На сельскохозяйственные угодья ежегодно вывозится в среднем 40-80 тонн органических удобрений на один гектар. Однако на отдельных участках этот показатель может достигать 970 т/га. Кроме органических, на поля вносятся минеральные удобрения: мочевина, селитра, аммиак, аммофос и др. На полях, занятых под овощные культуры, применяются ядохимикаты 54-х наименований. 1 Общее количество сбрасываемых ежегодно животноводческих стоков оценивается в 8000 м3/сут. Общий объем загрязняющих веществ, хранящихся в жижесборниках, площадках компостирования торфа, полях фильтрации, составляет примерно 1 млн. м — 90% от этого объема приходится на торфокомпост. Водоохранная деятельность всех сельскохозяйственных предприятий находится на очень низком уровне. Ни на одном предприятии нет оборудования по обезвреживанию отходов. Простейшими жижесборниками обеспечены лишь крупные предприятия, сооруженные по типовым проектам, и то далеко не в полном объеме. Большая часть жидких отходов сбрасывается непосредственно в водотоки, горные выработки или на рельеф. Имеющиеся на комплексах емкости, как правило, переполнены; вопреки проектам выполнены без гидроизоляционного экрана. Загрязнение подземных вод под влиянием источников загрязнения сельскохозяйственной группы (животноводческие фермы и комплексы) установлено по ряду наблюдательных скважин, расположенных вблизи источников. Углеводородная группа. Загрязняющими веществами этой группы являются нефть и нефтепродукты (бензин, керосин, дизельное топливо, различные масла). Загрязнение подземных вод углеводородами может быть вызвано утечками нефтепродуктов из емкостей и при перекачке, аварийными утечками и сбросами нефтепродуктов на поверхность земли. К потенциальным источникам загрязнения этой группы отнесены склады ГСМ, автозаправочные станции, гаражи, мойки автотранспорта. Всего на исследуемой территории выявлено 152 потенциальных источника загрязнения углеводородной группы. В ходе обследования складов ГСМ, автозаправочных станций и гаражей установлено, что утечки нефтепродуктов допускаются практически на всех объектах. Они, как правило, вызваны неисправностью запорной арматуры, низкой квалификацией обслуживающего персонала, также отмечаются случаи умышленного сброса остатков ГСМ на рельеф. Хозяйственно-бытовая группа. К загрязняющим веществам этой группы относятся фекалии, коммунальные сточные воды, твердые отходы жилых помещений, предприятий общественного питания, магазинов, городской мусор, шламы коммунальных очистных сооружений. Характерными загрязняющими ингредиентами являются микроорганизмы, азотные соединения, органические кислоты, хлориды, жиры, поверхностно-активные вещества и др.
Активность микробиологических процессов
При исследовании современных микробиологических процессов, протекающих в различных природных экосистемах, применяется, как правило, широкий набор методов. Выбор конкретных методик определяется в первую очередь объектом исследования и кругом задач, рамками которых ограничивается проводимая работа [65]. В данном случае изучались современные бактериальные процессы деструкции органического вещества в подземных водах.
Поставленная задача связана с проблемой охраны подземных вод от потока органических соединений - загрязнителей, формирование которых определяется сельскохозяйственной деятельностью. Поскольку некоторые соединения азота, такие как нитрат и аммоний, также являются продуктами сельскохозяйственной деятельности и их содержание нормируется СанПиН, ставилась и задача изучения распространения в подземных водах микрофлоры группы азота, в частности денитрифицирующих и нитрифицирующих микроорганизмов.
Известно, что микроорганизмы подразделяются на две большие группы по способности использовать органические соединения для построения вещества клеток. Это автотрофные микроорганизмы, которые строят органическое вещество клеток исключительно из углерода карбонатов и гетеротрофные - которые для этих целей используют органические соединения [65]. Причем гетеротрофы способны активно включать в состав клеточного органического вещества и неорганический углерод, доля которого может достигать 70%. Исходя из этого, в работе радиоизотопным методом определялись скорости утилизации органического вещества (ацетата) и скорость ассимиляции карбонатного углерода. Первая величина характеризует активность микробиологической деструкции органических соединений, вторая - позволяет выделить области активного развития автотрофных микроорганизмов. Отметим, что гетеротрофная микрофлора, как правило, способна восстанавливать нитраты, т.е. осуществлять процесс денитрификации, а нитрификаторы являются типичным представителем автотрофной микрофлоры.
В ходе деструкции органического вещества микроорганизмами в среде обитания накапливаются легкие по изотопному составу углерода карбонаты. С другой стороны некоторые микробиологические процессы, осуществляемые автотрофной микрофлорой, утяжеляют исходный изотопный состав углерода карбонатов. Таким образом, используя данные по изотопному составу углерода карбонатов, можно выделить области активной микробиологической деятельности.
Численность микроорганизмов группы азота определялась методом предельных разведений. При учете денитрифицирующих микроорганизмов использовалась среда Гильтая. При учете нитрификаторов использовалась среда Сормана, Уокера.
Определение скорости включения минерального углерода в состав органического вещества клеток проводилось с использованием меченого по углероду (Си) гидрокарбоната. При этом в склянку с пробой вводилась углеродная метка и после определенного времени инкубирования (обычно около суток) при комнатной температуре пробу фильтровали через мембранный фильтр с диаметром пор 22 мкм. После промывки 50 мл подкисленной НС1 до рН=2 дистиллированной водой, фильтр подсушивался. Активность бактериальных клеток, осажденных на фильтре, проводилась на жидкостном сцинтилляционном счетчике "Rackbetta" фирмы LKB в сцинтилляционной жидкости "Lipoluma".
Скорость включения неорганического углерода в бактериальные клетки подсчитывали по формуле : I=rC /Rt, мг С/л сутки, где г - активность фильтра, cpm; R - активность гидрокарбоната в пробе, ерш; С - концентрация неорганического углерода в пробе, мг/л; t - время инкубирования, сутки.
Определение скорости включения органического углерода в состав бактериальных клеток проводилось радиоизотопным методом с использованием меченого по метил ьному углероду (С]4) ацетата. При этом в пробу вводилась метка ацетата. Последующий ход анализа был аналогичен описанному выше для карбоната. Различие заключалось в том, что при расчете скорости ассимиляции органического углерода, в качестве величины С выступает содержание углерода ацетата в пробе.
Определение ацетата и других летучих жирных кислот проводили газохроматографическим способом. Подготовка проб для анализа заключалась в предварительном обессоливании и последующем концентрировании определяемых кислот. В ходе обессоливания летучие жирные кислоты отгонялись из пробы паром. Объем отгона в десять раз превышал объем исходной аликвоты. При таком соотношении достигается полная перегонка летучих органических кислот. После перегонки раствор кислот подщелачивался NaOH до рН=7,5 и выпаривался досуха в термостате при температуре 65С. Непосредственно перед анализом осадок растворялся 10% раствором Н3РО4, в объеме, составляющем 1/10 от исходной аликвоты.
Концентрация летучих органических кислот определялась газохроматографическим методом. . При анализе была использована стеклянная колонка длиной в два метра с внутренним диаметром 5 мм. В качестве сорбента применяли паропак "Q", обработанный Н3РО4. Изотопный состав карбоната определяли на масс-спектрометре МИ -1201 В. Результаты, характеризующие распространение микрофлоры группы азота в подземных водах приведены в таблице 3.10. Здесь же отражены и данные СЭС по численности микрофлоры группы кишечной палочки, показывающие санитарно-гигиеническое состояние водоносных горизонтов.
Похожие диссертации на Зонирование урбанизированных территорий по геоэкологическому состоянию грунтовых вод : на примере г. Южно-Сахалинска
