Хозяйственная деятельность человека априори влияет на природные экосистемы. Как правило, такое воздействие носит негативный характер, поскольку вмешательство человека в природные процессы чаще всего не согласуется с основными законами, правилами и принципами функционирования биосферы [1, 2].
Нарушение трансформации вещества и энергии отражается посредством изменения и перестройки наземных и водных экосистем. При этом вода и водные объекты являются наиболее значимыми характеристиками, которые определяют возможность жизнедеятельности живых организмов, а также участвуют в переносе различных химических соединений, непосредственно участвуют в большом геологическом круговороте, оказывают влияние на климатические процессы и в некоторой мере обеспечивают устойчивость биоразнообразия.
В настоящее время необходимо уделять значительное внимание исследованиям региональных речных и озерных систем, имеющих как экологическое, так и водохозяйственное значение. Изучение экологического состояния пресноводных объектов является важной задачей при решении вопроса сохранения их природного, естественного состояния и возможного рационального использования [3, 4].
Реки выполняют важную функциональную роль для любого региона нашей страны. Несомненно, они имеют и местное (локальное) значение, но, с другой стороны, каждая река представляет собой часть общего водного бассейна макрорельефа [5, 6]. Рациональное использование водных ресурсов является одним из компонентов устойчивого развития [7].
Тем не менее в настоящее время проблема загрязнения рек и других естественных водоемов остается достаточно актуальной. Ряд заболеваний людей, проживающих в экологически неблагополучных регионах, вызван некачественным, антисанитарным состоянием воды [8, 9]. Основными источниками загрязнения водных объектов являются промышленные предприятия, осуществляющие сброс неочищенных стоков в природные воды [10, 11]. Сточные воды значительно снижают биосферные функции воды.
Также большую опасность для природных проточных гидрологических объектов представляют твердые коммунальные отходы, которые довольно часто можно наблюдать в подземных водах и дневных природных водных объектах [12, 13].
Полигоны твердых бытовых отходов, как резерват ТКО, концентрируют на ограниченной территории значительное количество вредных веществ, которые создаются в результате протекания многообразных химических, ферментативных и биохимических реакций. В результате этих процессов образуются биогазы, фильтраты, твердая масса, а также выделяется значительное количество тепла. Фильтрат, в свою очередь, является основным поставщиком токсичных веществ в поверхностные и подземные воды.
Фильтрат образуется в результате протекания процессов деполимеризации, сбраживания, гумификации органического вещества, сульфатредукции и других микробиологических и чисто химических процессов. В результате образуются токсичные сточные воды с высоким содержанием макро- и микрокомпонентов. Особенно опасны соединения тяжелых металлов (цинка, свинца, никеля, хрома, кадмия, меди и других). Основными органическими соединениями в фильтрате являются ароматические углеводороды, ациклические карбонильные соединения, карбоновые кислоты, жиры, высокомолекулярные соединения и многие другие. Наиболее опасны загрязнения органического происхождения, оцениваемые химической потребностью в кислороде (ХПК).
Вредные вещества, содержащиеся в выделяющемся с полигона биогазе, загрязняют атмосферный воздух, а образующаяся твердая масса формирует техногенные свалочные грунты. Следует отметить, что наибольшее негативное влияние полигоны, предназначенные для размещения ТБО, оказывают на поверхностные и подземные воды [14].
В России большинство полигонов не удовлетворяют требованиям, предъявляемым к условиям складирования отходов, и представляют свалки, на которых отсутствует инженерная инфраструктура, обеспечивающая защиту объектов биосферы от загрязнений. На протяжении всего жизненного цикла полигон захоронения ТБО является источником экологической опасности для окружающей среды [15].
Воздействие полигона на объекты гидросферы обусловлено образующимися при деструкции ТБО фильтрационными водами, которые формируются в результате инфильтрации атмосферных осадков, отжимных вод, биохимических и химических процессов разложения отходов.
Воды речной системы Нижегородской области, и в частности, на территории Городецкого и Борского районов, а также подземная водоносная сеть грунтовых вод не являются в этом плане исключением. В данных условиях микрорельефа построен мусоросортировочный комплекс, который может оказывать весомое влияние на объекты исследования.
Цель исследования: оценка экологического состояния малых рек на территории Городецкого и Борского районов, находящихся в зоне потенциального воздействия мусоросортировочного комплекса (далее МСК) с межмуниципальным полигоном, расположенным на территории г. Городца Нижегородской области. Для достижения поставленной цели предполагалось решение следующих задач: 1) оценить органолептические показатели водных объектов в зоне возможного влияния Городецкого МСК; 2) оценить физико-химические и биохимические параметры водных объектов в зоне возможного влияния Городецкого МСК.
Материалы и методы исследования
С целью оценки экологического состояния водных экосистем в зоне возможного влияния Городецкого МСК было выбрано 4 участка, из них – 3 участка расположены на р. Санда и 1 участок – на р. Голубиха.
Река Санда является притоком р. Линды и протекает на территории г.о. г. Бор и Городецкого района. Длина реки составляет 49 км, а площадь водосборного бассейна – 262 км2. Река Голубиха имеет протяженность 10 км и представляет собой приток р. Узолы, она расположена в 24 км по левому берегу р. Узолы. В водосборном бассейне р. Голубиха расположены карты складирования полигона захоронения ТКО. Таким образом, обе реки (Санда и Голубиха) приносят свои воды в р. Волгу через ее левые притоки – Линду и Узолу соответственно.
Участок № 1 находится на р. Санда вверх по течению реки, удаленность от полигона составляет 2,3 км, и 1 км от д. Чернолесская Пустынь. Участок № 2 находится в границе д. Чернолесская пустынь, при этом удаленность от полигона составляет 2,6 км. Участок № 3 также располагается на р. Санда вниз по течению реки (близ д. Борисово); удаленность от МСК составляет 3,4 км. Участок № 4 был выбран на р. Голубиха в районе д. Кипрево. Данный участок характеризуется самой малой удаленностью от территории полигона – 1,7 км.
МСК с межмуниципальным полигоном ТКО введен в эксплуатацию в 2013 г. Согласно проекту строительства и эксплуатации данного объекта, полигон включает в себя 4 мусороперегрузочных станции, 1 мусоросортировочный комплекс и карту складирования полигона захоронения ТБО. Мощность комплекса составляет не менее 100 тыс. т отходов в год, площадь территории под комплексом – 30 га. МСК обслуживает 7 районов Нижегородской области (рисунок).
Через год после начала эксплуатации МСК, в 2014 г. в условиях заполнения карты № 1 и осуществлении технического этапа ее рекультивации, было установлено отсутствие системы организованного сбора и отвода биогаза, что является нарушением концессионного соглашения о строительстве МСК на территории Городецкого района.
В марте 2017 г. инспекторами Волжско-Окского управления Ростехнадзора были установлены нарушения в сфере строительства данного объекта в части несоответствия выполняемых работ требованиям технических регламентов и проектной документации. Выявлено, что швы изоляционной геомембраны были выполнены при отрицательной температуре (ниже –15 °С) в условиях осадков, что не может в полной мере обеспечить необходимую изоляцию почвы, поверхностных и подземных вод от миграции в них продуктов разложения отходов, которые подлежат захоронению на полигоне. В связи с этим имеется экологический риск загрязнения близлежащих водных объектов, что, в свою очередь, определяет необходимость проведения их экологического мониторинга.
Пробы отбирали в период ноября 2018 г. и анализировали на базе Эколого-аналитической лаборатории мониторинга и защиты окружающей среды Мининского университета. В пробах определяли содержание соединений азота (нитратов и катиона аммония) – по ГОСТ 4192-82 спектрофотометрическим методом; содержание хлоридов – аргентометрическим титрованием по ГОСТ 4245-72; содержание сульфатов – по ГОСТ 31940-2012 йодометрическим титрованием; содержание фосфатов – по ГОСТ 18309-2014 спектрофотометрическим методом [16].
Содержание растворенного кислорода определяли скляночным методом по Винклеру, ХПК – титриметрией по перманганатной окисляемости (ПНД Ф 14.1:2:4.154-99). Органолептические свойства воды определяли по ГОСТ Р 57164-2016, водородный показатель – потенциометрическим методом, общую минерализацию – кондуктометрией, общую жесткость – трилонометрией [16].
Картосхема расположения мусоросортировочного комплекса, его зоны обслуживания по Нижегородской области и базовые характеристики предприятия
Результаты исследования и их обсуждение
Данные табл. 1 отражают состояние водных объектов по общим и органолептическим свойствам исследованных малых рек. Установлено, что запах всех проб воды имел развитие при термической обработке, что явно свидетельствует о наличии коллоидных и в том числе органических веществ, сорбирующих ароматические примеси. При этом вода из р. Санда (участки № 1, 2) имела развитие запаха до 4 баллов при термической обработке, что является неблагополучным явлением, поскольку такая вода явно непригодна для хозяйственно-питьевых целей.
Также в данных пробах показатели цветности, мутности и прозрачности выходили за пределы установленных нормативов (20° по цветности, 1,5 мг/л по каолиновой мутности и 60 см столба Снеллена по прозрачности). Здесь вариабельность показателей составляла 12 % по показателю прозрачности воды, 29 % – по ее цветности и 39 % – по мутности. Однако свойства вод со всех отобранных участков соответствовали водородному показателю (6,5–8,5), а также общей минерализации (1000 мг/л) и общей жесткости (7,0 мг-экв./л). Так, кислотность отобранных проб варьировала в слабокислом диапазоне и не более чем на 1 %. По показателю наличия сухого остатка (общей минерализации) исследуемые воды относятся к ультрапресным водам (менее 200 мл/г), а его вариабельность – средняя, составляющая 13 %. Общая жесткость была вполне согласована с минерализацией исследованных проб: вода оказалась мягкой (менее 3,5 мг-экв./л), а варьирование жесткости не превышало 20 %.
По-видимому, в изученных водах достаточно велико содержание органических примесей, которые могут обуславливать повышенный уровень органолептических показателей. Подтверждением тому явилась явно завышенная перманганатная окисляемость воды (более 30 мг О/л), которая оказалась выше установленного норматива (5 мг О/л) в 7–11 раз в зависимости от места отбора пробы с варьированием в 16 % (табл. 2).
Вместе с тем воды изученных рек характеризовались вполне приемлемым содержанием растворенного кислорода (более 4,0–6,0 мг/л по нормативу), что соответствует I классу чистоты водоема (категория очень чистых вод). В свою очередь, это свидетельствует о наличии высоких концентраций кислородсодержащих агентов, способных к окислению имеющихся органических компонентов в реках, что позволяет говорить о наличии способности природного водоема к самоочищению [17].
Следует отдельно отметить, что по насыщению растворенным кислородом воды р. Санда и Голубиха также соответствуют наивысшему классу чистоты для зимнего периода. Однако данный факт, скорее всего, обусловлен не отсутствием в водоеме органических примесей, но быстрым, бурным течением рек и, как следствие, активным насыщением кислородом воды из приводного слоя атмосферы. Данное явление вполне возможно в предзимний период при постоянных пониженных температурах воздуха [15].
Таблица 1
Вариабельность органолептических свойств и общих показателей качества воды малых рек исследуемой территории
|
Показатель |
Значения по участкам отбора проб |
M ± m |
V, % |
|||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|||
|
Органолептические и общие показатели качества |
||||||
|
Запах (при +20 °С), балл |
1 Земл. |
3 Фенол. |
1 Неопр. |
0 – |
– |
– |
|
Запах (при +60 °С), балл |
4 Земл. |
4 Земл. |
3 Щелоч. |
2 Нефт. |
– |
– |
|
Цветность (Cr-Co шкала), ° |
25 |
25 |
15 |
15 |
20 ± 3 |
29 |
|
Мутность (каолин), мг/л |
2,9 |
2,1 |
1,0 |
2,0 |
2,0 ± 0,4 |
39 |
|
Прозрачность (Снеллен), см |
37 |
42 |
49 |
41 |
42 ± 3 |
12 |
|
рН, ед. рН |
6,6 |
6,7 |
6,6 |
6,8 |
6,7 ± 0,1 |
1 |
|
Минерализация общая, мг/л |
110 |
140 |
144 |
152 |
137 ± 9 |
13 |
|
Жесткость общая, мг-экв./л |
1,40 |
1,35 |
2,00 |
1,80 |
1,64 ± 0,16 |
19 |
Примечание: M ± m – среднее арифметическое ± ошибка среднего значения, V, % – коэффициент вариации; Земл. – землистый запах воды, Фенол. – фенольный (акварельный) запах воды, Неопр. – неопределяемый запах воды, Щелоч. – щелочной запах воды, Нефт. – нефтяной запах воды; ПДК (по основному тексту) – согласно ГН 2.1.5.1315-03, ГН 2.1.5.2280-07 и ГН 2.1.5.2307-07.
Таблица 2
Вариабельность катионно-анионного состава и биохимических показателей качества воды малых рек исследуемой территории
|
Показатель |
Значения по участкам отбора проб |
M ± m |
V, % |
|||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|||
|
Катионно-анионный состав |
||||||
|
Аммоний (по азоту) |
0,36 |
0,54 |
0,72 |
0,36 |
0,50 ± 0,09 |
35 |
|
Нитраты (по NО3–) |
8,0 |
2,4 |
5,0 |
1,8 |
4,3 ± 1,4 |
66 |
|
Полифосфаты (по РО43–) |
1,15 |
0,63 |
0,65 |
0,68 |
0,78 ± 0,12 |
32 |
|
Хлориды (по Сl–) |
4,2 |
5,1 |
6,8 |
7,8 |
5,9 ± 0,8 |
27 |
|
Сульфаты (по SО42–) |
80,2 |
77,8 |
42,0 |
76,4 |
69,1 ± 9,1 |
26 |
|
Биохимические свойства |
||||||
|
Растворенный O2, мг/л |
14,7 |
12,9 |
28,0 |
13,6 |
17,3 ± 3,6 |
41 |
|
ХПКПЕРМАНГ., мг О/л |
42,7 |
37,7 |
48,0 |
55,0 |
45,9 ± 3,7 |
16 |
Из всего катионно-анионного состава, определенного в пробах воды рек, наибольшей вариабельностью обладало содержание нитратного азота (более 60 %), которое не выходило за установленный норматив (45 мг/л).
Содержание аммонийной формы азота и полифосфатов в водах также было нормативно допустимым (от 0,24 до 0,48 от ПДК по аммонию и от 0,18 до 0,33 от ПДК по полифосфатам), которое варьировало соответственно на 35 % и на 32 %.
Содержание хлорид-аниона оказалось много меньше порогового значения (350 мг/л), что не превышало и 0,02 единиц от ПДК и 30 % по коэффициенту вариации. Чего нельзя сказать о концентрации сульфатов, которая в целом по рекам была достаточно заметной – от 42,0 мг/л (0,08 от ПДК) до 80,2 мг/л (0,16 от ПДК) в водах реки Санда. Наряду с концентрацией хлорид-аниона вариабельность содержания сульфатов в водах была средней и находилась в пределах 26–27 %.
Выводы
Проанализировав воды с трех участков р. Санда и одного участка р. Голубиха, имеющих потенциальное воздействие со стороны Городецкого мусоросортировочного комплекса (Городецкий район Нижегородской области), необходимо отметить неблагополучное их состояние по органолептическим свойствам. Низкое качество воды рек, вероятно, было обусловлено высоким содержанием в водах органических загрязнителей, что косвенно подтверждается значительными величинами показателя ХПК, определенного по перманганатной окисляемости воды (от 37,7 до 55,0 мг О/л).
По остальным критериям экологического состояния воды рек характеризовались относительно удовлетворительным уровнем. На основании проведенных исследований, а также в связи со стратегической значимостью исследованных объектов как водоемов – переносчиков потенциальных загрязняющих веществ от мусоросортировочного комплекса подчеркивается значимость проведения периодических наблюдений за данными водоемами с расширением перечня контролируемых свойств.