УДК 556.555.8(282.256.341-17)
Стойкие органические загрязняющие вещества в донных отложениях на севере оз. Байкал в районе влияния трассы Байкало-Амурской магистрали
С. А. Резников*, Р. А. Аджиев*
Приведены результаты выполненных в 2013 г. исследований распределения в донных отложениях на севере оз. Байкал полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) (по сравнению с 1984 и 1988 гг.) и хлорорганических соединений (ХОС) (по сравнению с 2006 г.). Впервые для системы наблюдений на севере озера в зоне влияния трассы Байкало-Амурской магистрали определен суммарный состав полиаренов в донных отложениях, отмечены участки концентрации различных гомологов ПАУ на полигоне. Умеренное загрязнение ПАУ и бенз(а)пиреном донных отложений отмечено только на маргинальном фильтре на авандельте р. Кичера. Среди пестицидов отмечено увеличение содержания метаболитов ДЦТ и ДДД. Представленные характеристики современного уровня загрязнения стойкими органическими загрязнителями донных отложений на севере озера будут использованы как экологические показатели в дальнейшем мониторинге.
Ключевые слова: полициклические ароматические углеводороды, хлорорганичес-кие соединения, донные отложения, оз. Байкал, Байкало-Амурская магистраль.
1. Введение
Систематический комплексный мониторинг состояния экосистемы оз. Байкал в районах сильного антропогенного воздействия на него дает очень важную информацию, характеризующую состояние природной среды озера. Результаты совместных экспедиционных и химико-аналитических работ Гидрохимического института, Иркутского УГМС и НПО "Тайфун" по изучению качественного состояния донных отложений, проведенных на оз. Байкал в 2011—2013 гг., свидетельствуют о значительном загрязнении озера стойкими органическими загрязнителями (СОЗ) [8]. В данной работе СОЗ представлены полициклическими ароматическими углеводородами (ПАУ) и хлорорганическими пестицидами (ХОП), которые от но сят ся к стой ким токсич ным соеди не ни ям и мо гут на ходить ся в толще донных отложений многие десятки лет. Полициклические аромати-чес кие угле водо роды входят в спи сок при ори тет ных за грязня ю щих веществ, их содержание в окружающей среде контролируется в Европейском Союзе. Впервые для бассейна оз. Байкал в 1981—1988 гг. было проведено
* Гидрохимический институт; e-mail: anton-ozero@yandex.ru.
исследование содержания ПАУ в районе сброса сточных вод Байкальского целлюлозно-бумажного комбината (БЦБК) (в донных отложениях, в воде озера и сточных водах комбината) [6].
Комплексный мониторинг, проводимый Росгидрометом на оз. Байкал, выполняется на участках (полигонах), наиболее сильно подвергающихся антропогенному воздействию: районы выпуска сточных вод уже бывшего БЦБК (официально закрыт 25 декабря 2013 г.), на севере озера в зоне влияния железнодорожной трассы Байкало-Амурской магистрали (БАМ), проходящей непосредственно в прибрежной части озера, на авандельте р. Селенга. По большинству нормируемых показателей качества озерной воды, составляющих химический баланс озера, включая загрязняющие вещества (нефтепродукты и др.), вклад р. Селенга превышает 50%.
2. Методика проведенных работ
Пробы донных отложений на севере озера отбирали в поверхностном двухсантиметровом слое с помощью дночерпателя "0кеан-0,05", выполненного из нержавеющей стали, в прибрежной полосе на глубине 20— 210 м. Всего проанализировано 12 проб. Химико-аналитические определения С03 в донных отложениях озера проводили по общепринятым методикам в Институте проблем мониторинга НПО "Тайфун" [7]. ПАУ извлекали из пробы экстракцией органическим растворителем. Коэкстрактив-ные вещества удаляли путем двухступенчатой очистки методом микроколоночной хроматографии. Измерения проводили методом жидкостной хроматографии на приборе LC-20 Prominence фирмы "Shimadzu" с флуоресцентным детектором. Анализ донных отложений на содержание хлорорга-нических соединений включал стадии экстракции смесью гексан — ацетон, очистку экстракта серной кислотой и концентрирование. Измерения проводили на газовом хроматографе с электронно-захватным детектором, разделение — на капиллярной колонке.
В статье принята шкала сравнительных оценок загрязнения донных отложений внутриконтинентальных водоемов по бенз(а)пирену (БП), разработанная в Институте химии Академии наук Эстонии [11].
3. Результаты и их обсуждение
Комплексный мониторинг качественного состояния донных отложений на севере оз. Байкал в зоне влияния трассы БАМ проводится с 1981 г. в прибрежной полосе шириной 1 км вдоль западного и северного берегов на участке от Дагарской губы до мыса Котельниковский. Донные отложения при бреж ной поло сы на се ве ре озе ра сформи ро ва ны в основ ном под вли я-нием стока рек Верхняя Ангара, Кичера, Тыя, Рель.
Наряду с традиционными геохимическими определениями в мониторинге озера в составе донных отложений определяли органический углерод, органический азот, серу сульфидную, а также в грунтовой воде (суспензия) легкогидролизуемые углеводы, трудногидролизуемые углеводы, лигниногумусовый комплекс, растворенный кислород. Общая площадь полигона составляет около 110 км2, на котором равномерно расположены 15 стан ций от бо ра проб. На вос точ ном бе ре гу поли го на опреде ле ны две фо новые станции — у устья р. Томпа (станция 415) и у м. Хакусы (станция 416) (рис. 1).
Рис. 1. Схема отбора проб донных отложений в северной части оз. Байкал.
1 — станции на расстоянии 0,5 км от берега; 2 — на расстоянии 1 км; 3 — район "Участок".
3.1. Полициклические ароматические углеводороды
В изучении содержания ПАУ в донных отложениях оз. Байкал основное внимание уделено определению бенз(а)пирена как суперэкотоксиканта первого класса опасности, являющегося индикаторным представителем для всего семейства ПАУ, а также выделению доминирующих групп по структуре бензольных колец, суммам ПАУ и их распространению по пло-ща ди дна поли го на.
В России введены ПДК на бенз(а)пирен в воде, воздухе и почве, но для донных отложений водоемов они отсутствуют. Согласно шкале сравни-тель ной оцен ки за грязнен нос ти раз личных ли толо ги чес ких ти пов дон ных отложений БП во внутриконтинентальных водоемах, где фоновая концентрация арена для песков не должна превышать 2,0 мкг/кг сухого вещества, для глинистых илов — 5,0 мкг/кг, умеренное загрязнение соответственно составляет 2,0—5,0 и 5,0—30,0 мкг/кг, сильное загрязнение отмечается
при содержании более 5,0 и более 30 мкг/кг [11]. Донные отложения водоемов, в которых суммарное содержание ПАУ составляет менее 100 мкг/кг, считаются слабо загрязненными [12]. Изучение загрязнения донных отложений в северной части озера на содержание в них только БП Росгидрометом впервые было проведено в 1984 г. и продолжено в 1988 г. [8]. Возобновлено изучение полиаренов ПАУ в донных отложениях на севере оз. Байкал в октябре 2013 г.
Многолетний комплексный мониторинг, проведенный на севере озера, показал, что максимальное и повышенное содержание СОЗ обычно обна-ружи ва лось там, где проходит трас са БАМ, кото рая пе ре се ка ет водос борные бассейны рек Тыя, Верхняя Ангара, Кичера и непосредственно проло-же на в при бреж ной поло се озе ра. Следует за ме тить, что в сред нем течении р. Кичера разрабатывается Холоднинское месторождение полиметаллов. Значительную роль в поступлении загрязняющих веществ играют расположенные на побережье озера города Северобайкальск (порт Курлы) и Нижнеангарск. Этот район полигона, куда входят шесть станций (408— 413), в тексте статьи будет называться "Участок" [8].
В октябре 2013 г. в донных отложениях были идентифицированы 16 незамещенных полиаренов: аценафтен, флуорен, фенантрен, антрацен, флуо-рантен, пирен, бенз(а)антрацен, хризен, бенз(Ь)флуорантен, перилен, бенз(к)флуорантен, бенз(а)пирен, дибенз(а,И)антрацен, бенз(§,ИД)перилен, инден[1,2,3-с,ё]пирен, антантрен и коронен. Среднее содержание аренов уменьшается в следующем порядке (мкг/кг): фенантрен — 16,6, бенз(Ь)флуорантен + перилен — 10,3, флуорантен — 9,7, коронен — 8,4, флуорен — 8,1, пирен — 6,3, хризен — 3,3, бенз(а)пирен — 3,0, ин-ден[1,2,3-с,ё]пирен — 2,7, бенз(а)антрацен — 2,5, бенз(§,ИД)перилен — 2,5, бенз(к)флуорантен — 2,4, антрацен — 2,0, дибен(а,И)антрацен — 1,8, аценафтен — 0,9, антантрен — 0,5.
Содержание суммы полиаренов в 2013 г. по полигону изменялось в относительно широком диапазоне: 24,9—278,6, в среднем 81,1 мкг/кг сухого ве щес тва (рис. 2).
Концентрация бенз(а)пирена в донных отложениях полигона в 2013 г. была в пределах 3,7% суммарного содержания 16 идентифицированных
Рис. 2. Суммарное содержание гомологов ПАУ в донных отложениях оз. Байкал в районе трассы БАМ в 2013 г.
Таблица 1
Содержание бенз(а)пирена (мкг/кг) в донных отложениях на севере оз. Байкал в 1984—2013 гг. (числитель — интервал значений, знаменатель — среднее значение)
Территория Год наблюдений
1984 г. 1988 г. 2013 г.
Полигон в целом 0,7—7,6 0,1—3,4 0,6—10,6
2,94 1,3 3,04
Участок 0,9—5,7 0,6—3,4 2,2—10,6
3,03 1,9 5,4
ПАУ, или в абсолютных значениях 3,0 мкг/кг при диапазоне 0,6—10,6 мкг/кг сухого вещества. В 1984 г. было проанализировано 15 проб, а в 1988 г. — 17 проб донных отложений (табл. 1).
Определяющим фактором в химико-структурном происхождении поли-аренов с 2-ядерными бензольными кольцами до многоядерных является температурный режим. Обычно многоядерные полиарены имеют пироген-ный генезис происхождения. Например, при пиролизе древесины максимальное образование бенз(а)пирена происходит при температуре 300—350 и 550—600°С [3]. Как видно из данных табл. 2, в донных отложениях на севере озера в больших концентрациях превалируют 2- и 3-ядерные арены, а среди общего списка полиаренов — легкий арен фенантрен. По данным работы [9], подобный расклад полиаренов ПАУ соответствует их по-чвохимическому происхождению на водосборном бассейне реки. Процентное содержание 2—3-ядерных аренов от общей суммы ПАУ составило в 2013 г. 34%, доля фенантрена — 20%. Достаточно высокое содержание ПАУ в донных отложениях водоемов может образовываться и при наличии в толще донных отложений больших объемов органического вещества [12].
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.