CC BY
51
Науки о Земле
УДК 556.550.4
Арынова Шынар Жаныбековна Shynar Arynova
Рихванов Леонид Петрович Leonid Rikhvanov
ЭКОЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ТЕРРИТОРИИ ПАВЛОДАРСКОЙ ОБЛАСТИ (РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН) ПО ДАННЫМ ИЗУЧЕНИЯ ЭЛЕМЕНТНОГО СОСТАВА СОЛЕВЫХ ОТЛОЖЕНИЙ ПИТЬЕВЫХ ВОД
ECOLOGICAL AND GEOCHEMICAL EVALUATION OF THE TERRITORY OF PAVLODAR REGION (THE REPUBLIC OF KAZAKHSTAN) BASED ON CHEMICAL COMPOSITION ANALYSIS OF SALT DEPOSITS IN DRINKING WATER
Актуальность проблемы обусловлена необходимостью разработки индикаторов качества питьевых вод в эколого-геохимических целях. Одним из таких показателей выступили солевые отложения питьевых вод (накипь), которые могут быть использованы в качестве объекта изучения в подобном исследовании. Химический состав накипи отражает качество питьевой воды, которая в условиях крупного индустриального центра находится под воздействием природных и техногенных факторов. Солевые отложения питьевых вод Павлодарской области по сравнению с таковыми из Томского и Байкальского регионов имеют ярко выраженную геохимическую специфику в виде избыточных концентраций химических элементов — Zn, Та, и. Каждый район Павлодарской области имеет в составе солевых отложений питьевых вод характерные элементы, содержание которых, прежде всего, обусловлено влиянием природных, а в городских территориях и техногенных факторов. Так, специфика накипи Аксуского района, характеризующаяся высокой концентрацией золота, объясняется близостью нахождения Майкаинского золоторудного узла. Полученные данные привели к определению суммарного коэффициента концентрирования
The necessity to develop drinking water quality indicators for ecological and geochemical aims determines the relevance of this work. One of such indicators in this work is salt deposits of drinking water (scale), which might be used as a study object in such research. The chemical composition of scale reflects drinking water quality that is under impact of natural and anthropogenic factors in a large industrial center.
In comparison with Tomsk and Baykal regions, salt deposits of drinking water in Pavlodar region have vividly expressed geochemical specificity in a form of chemical elements' excessive concentrations — Zn, Ag, Ta, U. Salt deposits of drinking water in each region of Pavlodar region contain specific elements, which content is influenced by natural factors and in urban area is also influenced by anthropogenic factors. For example, specificity of scale in Aksu region is characterized by high concentration of gold, which might be explained through closeness of Maykayn gold mine. The data obtained in this research have defined the concentration coefficient (CC) of chemical elements in salt deposits of drinking water. According to the CC, the regions were divided due to the quality of water supply
(СПК) химических элементов в солевых отложениях питьевых вод, согласно которым районы подразделились относительно качества питьевого водоснабжения
Ключевые слова: накипь, качество питьевой Key words: scale, quality of drinking water, chemical
воды, химические элементы, Павлодарская об- elements, Pavlodar region
ласть
В приоритете государства должно стоять
не только количество воды, имеющейся в достаточном количестве, но и экологическая безопасность культурно-бытовой сферы. В последнее время наблюдаются существенные изменения в составе как поверхностных, так и подземных вод [1—3].
Одной из перспективных депонирующих сред, на наш взгляд, позволяющих оценивать качество питьевых вод, являются солевые отложения (накипь) [4]. На протяжении нескольких лет на базе Томского политехнического университета проводились исследования солевых отложений (накипи) питьевых вод, отобранных на разных территориях.
По данным Л.П. Рихванова, Е.Г. Язи-кова и других исследователей, накипь на теплообменной посуде несет важную геохимическую информацию и может выступать в качестве объекта изучения окружающей среды [5]. Так, данные по изучению урана в накипи позволили выделить экологически неблагополучные участки и спрогнозировать ареолы распространения радиоэлемента в избыточной концентрации, что характеризуется его естественной природой, а также возможным вмешательством человека. В результате был оформлен патент, которым авторы руководствовались при отборе, пробоподготовке и интерпретации полученных результатов (№ 2298212 «Способ определения участков загрязнения ураном окружающей среды»).
В дальнейшем исследования, проведенные Т.А. Монголиной, Н.В. Барановской, Б.Р. Соктоевым [7; 8], подтвердили, что в геохимической характеристике накипи отражается состав питьевой воды, потому она может быть использована как
гигиенический показатель, имеющий непосредственное влияние на уровень заболеваемости населения.
Достаточно обширный материал исследовательской базы позволил определить геохимическую особенность объекта исследования на территории Павлодарской области, являющейся по-своему уникальной, так как включает природно-техногенные комплексы разного профиля.
Материалы и методы
В 2011-2014 гг. солевые отложения питьевых вод в количестве 169 были отобраны во многих населенных пунктах Павлодарской области, представляющих все административные районы исследуемой территории, а также в трех городах: Павлодар, Экибастуз и Аксу.
При отборе проб мы старались создать более или менее равномерную сеть опробования по Павлодарской области (рис. 1).
Пробы отобраны в соответствии с рекомендациями, изложенными в описанном ранее патенте. Отобранную накипь высушивали в условиях температуры жилого помещения, затем истертую в агатовой ступке пробу упаковывали по 100 мг в алюминиевую фольгу. Подготовленную накипь исследовали при помощи инструментального нейтронно-активационного метода в ядерно-геохимической лаборатории кафедры геоэкологии и геохимии ТПУ (аналитик — старший научный сотрудник А.Ф. Суды-ко), имеющей аккредитацию (№ РОСС RU. 0001.511901) и по аттестованным методикам (№ 410-ЯФ). Контроль проводился с помощью стандартного образца (ГСО 712694) состава Байкальского ила БИЛ-1.
Чтобы убедиться в достоверности полученных данных, был осуществлен вну-
тренний контроль инструментального ней- разные годы. Для сравнения учитывался
тронно-активационного анализа путем элементный состав накипи, различающей-
измерения проб солевых отложений питье- ся по своему цвету. вых вод, отобранных в одном месте, но в
Рис. 1. Карта-схема отбора проб накипи питьевых вод на территории
Павлодарской области
Полученные данные продемонстрировали удовлетворительную сходимость практически по всем химическим элементам.
Результаты и их обсуждение
Полученные геохимические характеристики солевых отложений питьевых вод (накипи) свидетельствуют о достаточно высоком содержании химических элементов, широком диапазоне величин колебания уровней концентрации, что в соответствии с их неоднородностью распространения и всеобщем рассеянии (закон Кларка-Вернадского) отражается в показателях коэффициента вариации (V). В свою очередь, это указывает на многофакторность оказываемого влияния, которому подвергается химический состав солевых отложе-
ний питьевых вод. Анализ коэффициента вариации позволил разделить изученные химические элементы в соответствии с их распространением в накипи питьевых вод: V < 50 % - Са, Вг, Ag; V- от 50 до 100 % — Sc, Zn, Сг, La, Ва, Ая, Yb, Ш, Се, Lu, Sг, Rb, и, ТЪ; V >100 % — Sb, Со, Ш, Ся, Fe, Та, Sm, Аи, ТЬ, Ей. Для кальция, брома и серебра присущ однородный характер распределения, при этом для большинства химических элементов поле дифференцировано или сильно дифференцировано, то есть логарифм значений подчинен закону нормального распределения. Это означает, что значения химических элементов формируются под воздействием большого числа факторов.
Примечание. Х±А — среднее значение и стандартная ошибка (подсчитаны без учета проб с аномальными значениями); min ... max - минимум ... максимум; V — коэффициент вариации. Аномальные значения при расчёте средних не учитывались
Таблица 1
Статистические данные химических элементов в накипи питьевых вод на территории Павлодарской области (N=169)
Элементы, мг/кг
ср. арифм. +станз.ош. минимум ...максимум
X + А
шт.... шах
Коэффициент вариации V, %
Элементы, мг/кг
ср, арифм. + станд.ош, минимум .,,максимум
X + А
min... max
Коэффициент вариации V, %
Na
500 ± 69 3 ...9853
179
Ba
214+ 10
61
Ca
231000 ± 2978 4704 ...269742
17
La
1,12 ± 0,06 0,001. ..2,2
68
Sc
0,2 ± 0,01 0,004... 0,3
74
Ce
1,7 ± 0,09 0,03 ...3,4
71
Cr
4,8 ± 0,3 0,05 ...11,4
84
Nd
1,8 ± 0,09 0,06...4,9
62
Fe
3379 + 303 13 ...27160
117
Sm
0,14 + 0,02 0,002 ... 0,9
141
Co
8,1 + 0,9 ОД ...40,8
151
Eu
119
Zn
1468 + 101 23 ...3544
90
Tb
0,02 + 0,002 0,003 ...0,2
121
As
2,2 + 0,1 0,08 _5,5
81
Yb
0,03 + 0,004 0,001 ...0,2
100
Br
5,4+0,2 0,04 ...7,4
41
Lu
78
Rb
0,8 I 0,04 0,03 ...2,7
70
Hf
0,08 + 0,009 0,0002 ...0,9
165
Sr
1532 + 76 20 ...2547
64
Ta
0,05 + 0.008 0,001 ...0,7
202
Ag
0,4 + 0,01 0,02 ... 0,9
46
Au
0,006 + 0,0008 0,0005 ...0,1
174
Sb
0,4 ± 0,04 0,001... 1,7
132
Th
0,09 + 0,006 0,001 ...0,4
90
Cs
0,05 + 0,01
194
27,4 + 1,5 0,01 ...48,9
69
U
Сравнение среднего значения химических элементов в солевых отложениях питьевых вод Томской области [8], Байкальского региона [9] и Павлодарской области показало, что накипь последней отличается более высоким содержанием Rb, La, Ш, Та, ТЬ, Lu, и.
Наличие данных химических элементов в накипи питьевых вод может указывать на геохимическую и металлоге-
ническую специфику недр Павлодарской области, которая также подтверждается высоким уровнем коэффициента концентрации относительно солевых отложений из воды озера Байкал (эталон качественной питьевой воды).
Выполненный нами расчёт коэффициента концентрации (КК) элементов в накипи показал, что распределение изученных нами районов выполнено по коли-
честву элементов с КК>1, а далее с КК>3. Анализ этих данных показывает, что наибольшее количество элементов, встречающихся с КК>1, отмечается в Иртышском районе (18), также как и >3 (11). Приоритетными элементами в накипи этого района (КК>10) являются Zn, Та, Sb, Ш, Со, Sc.
Близкими к нему геохимическими показателями являются накипи Аксуского района, соответственно, 16 и 9 элементов. Приоритетными из них являются Zn, Та, Аи, Sb, Ag, Sm. Этот спектр химических элементов с ярко выраженной Au-Ag специализации, известной в этом районе Майка-инским рудным полем, включающее более 10 месторождений с содержанием золота до 58,7 г/т и серебра до 2277 г/т [10].
По количеству элементов, встречающихся в аномально высоких концентрациях, характеризуется Качирский район по КК> 1 — 16, КК> 3 — 10. Если учитывать, что цинк является сквозным элементом, то этот район наряду с Павлодарским и г. Павлодар отличается элементом и с КК больше 10.
Для Актогайского района характерны элементы с КК>1 — 15, КК > 3 — 9 ^п, Та, Ш, Ag, и, Sb, Fe, Се, ТЬ), в последней цепочке, как и для Железинского района, специфичен М с наиболее высоким КК по сравнению с другими районами.
Относительно геохимически схожи Лебяженский, Майский и Экибастузский районы, при этом последний с КК серебра > 10, такая высокая концентрация объясняется близостью расположения месторождения Алпыс, руды которой колче-данно-золото-барит-полиметаллические (майкаинский тип; среднее содержание серебра — 50,4 г/т) [11].
В общем, для солевых отложений Павлодарской области характерно три приоритетных элемента: Zn, Та и Ag, а также достаточно близкий к ним по КК- и. Так как Zn является сквозным элементом для изучаемой минеральной матрицы региона, имеющим КК относительно воды озера Байкал практически во всех (за исключением Щербактинского) районах области
>10, то можно утверждать, Та, Ag, и определяют специфику солевых образований питьевых вод Павлодарской области.
Нами проведено ранжирование территории Павлодарской области по СПК элементов в накипи, который рассчитывался по формуле вычисления суммарного показателя загрязнения (СПЗ) [12]: Zc = е Ки — (п-1), где N — количество химических элементов; КС — коэффициент концентрации химического вещества, превышающего 1.
По уровню СПК районы Павлодарской области могут быть расположены в порядке убывания следующим образом: Иртышский (503), Актогайский (369), Аксуский (309), Павлодарский (154), Экибастузский (144), Качирский (99), Щербактин-ский (81), Железинский (72), Успенский (68), Баянаульский (62), Лебяженский (40), Майский (40) районы.
Таким образом, на основании изучения накипи можно предполагать, что наименее качественными питьевыми водами по комплексу изученных химических элементов характеризуются населённые пункты Иртышский, Актогайский, Павлодар-
о ГЛ У*" о о
ский и Экибастузский районы, а наиболее качественными источниками питьевого водоснабжения являются Майский, Лебя-жинский и Баянаульский районы.
Выводы
Исследования солевых отложений питьевых вод Павлодарской области позволили выделить геохимические особенности территории и характер распределения химических элементов. Помимо общей региональной специфики, каждый район отличается характерными элементами, что, в свою очередь, по-видимому, указывает на факторы, обусловленные геологической и металлогенической специализацией региона. По результатам работы рассчитан суммарный показатель концентрирования, который разделил районы по качеству питьевой воды, тем самым накипь может быть использована как геохимический показатель питьевого водоснабжения.
Список литературы
1. Яркина Т.В. Гигиеническая оценка хозяйственно-питьевого водоснабжения населения Республики Алтай: автореф. дис. ... канд. мед. наук. М., 2010. 30 с.
2. Атаева А.А., Тихомирова Е.И. Исследование микроэлементного состава воды и источников питьевого водоснабжения г. Грозного / / Естественные и технические науки. 2009. № 6. С. 86—91.
3. Guidelines for drinking water quality. Switzerland: WHO, 2011, p. 541.
4. Экология Северного промышленного узла г. Томск: Проблемы и решения. Томск: Изд-во ТГУ, 1994. 260 с.
5. Язиков Е.Г. Экогеохимия урбанизированных территорий Юга Западной Сибири: автореф. дис. ... д-ра геол.-минерал. наук. Томск, 2006. 47 с.
6. Soktoev B.L. Rikhvanov N., Baranovskaya T., Taisaev T.T. Chemical composition of salt sediments and its application for estimation of drinking water quality / Proceedings of 8th International Forun on Strategic Technology: in 2 vol. Ulanbaatar: MUST, 2013. Vol. 1. P. 462-464.
7. Монголина Т.А. Геохимические особенности солевых отложений (накипи) питьевых вод как индикатор природно-техногенного состояния территории: автореф. дис. ... канд. геол.-минерал. наук. Томск, 2011. 21 с.
8. Соктоев Б.Р., Рихванов Л.П., Тайсаев Т.Т. Геохимические особенности солевых отложений питьевых вод Байкальского региона // Современные проблемы геохимии: мат-лы Всеросс. совещ. Иркутск: Изд-во ИГ СО РАН, 2012. Т. 1. С. 241-244.
9. Справочник месторождений Казахстана. Режим доступа: http://geology.gov.kz/ru /informatsiya/ spravochnik-mestorozhdenij kazakhstana/ tverdye-poleznye-iskopaemye/item / майкаинское -рудное-по-ле-2 (дата обращения 27.11.2014).
10. Справочник месторождений Казахстана. Режим доступа: http://geology.gov.kz/ru/informa-tsiya/spravochnik-mestorozhdenij kazakhstana/ tver-dye-poleznye-iskopaemye/item/алпыс-5 (дата обращения 27.11.2014).
11. Сает Ю.Е., Ревич Б.А., Янин Я.П., Смирнова Р.С., Башаркевич И.Л., Онищенко Т.Л., Павлова Л.Н., Трефилова Н.Я., Ачкасов А.И., Саркисян С.Ш. Геохимия окружающей среды. М.: Недра, 1990. 38 с.
_List of literature
1. Yarkina T.V. Hygienic assessment of a drinking water supply system for the population of the Republic of Altay [Gigienicheskaya otsenka khozyaystvenno-pitevogo vodosnabzheniya naseleniya Respubliki Altay]: abstract dis. ... cand. med. sciences. Moskow, 2010.30 p.
2. Ataeva A.A., Tikhomirova E.I. Estestvennye i tekhnicheskie nauki (Natural and engineering sciences), 2009, no. 6, pp. 86—91.
3. Guidelines for drinking water quality (Guidelines for drinking water quality). Switzerland: WHO, 2011. 541 p.
4. Ekologiya Severnogo promyshlennogo uzla g. Tomska: Problemy i resheniya [Ecology of Tomsk North industrial junction: problems and solutions]. Tomsk: TGU Publ., 1994. 260 p.
5. Yazikov E.G. Ecological geochemistry of urbanized territories in the south of Western Siberia [Ekogeokhimiya urbanizirovannykh territoriy Yuga Zapadnoy Sibiri]: abstract dis. ... d-r geol.-mineral. sciences. Tomsk, 2006. 47 p.
6. Soktoev B.L. Rikhvanov N., Baranovskaya T., Taysaev T.T. Proceedings of 8th International Forum on Strategic Technology (Proceedings of the 8th International Forum on Strategic Technology): in 2 vol. Ulanbaatar: MUST, 2013, vol. 1, pp. 462-464.
7. Mongolina T.A. Geochemical peculiarities of salt deposits (scale) in drinking water as an indicator of natural-anthropogenic conditions of the territory [Geokhimicheskie osobennosti solevykh otlozheniy (nakipi) pitevykh vod kak indikatora prirodno-tekhnogennogo sostoyaniya territorii]: abstract dis. ... cand. geol.-mineral. sciences. Tomsk, 2011. 21 p.
8. Soktoev B.R., Rikhvanov L.P., Taysaev T.T. Sovremennye problemy geokhimii (Current problems of geochemistry): proc. All-Russian meeting. Irkutsk: IG SO RAN Publ., 2012, vol. 1, pp. 241-244.
9. Spravochnik mestorozhdeniy Kazakhstana (Guidebook on mineral deposits of Kazakhstan) Available at: http://geology.gov.kz/ru /informatsiya/ spravochnik-mestorozhdenij kazakhstana/ tverdye-poleznye-iskopaemye/item/maykainskoe-rudnoe-pole-2 (accessed 27 November 2014).
10. Spravochnik mestorozhdeniy Kazakhsta-na (Guidebook on mineral deposits of Kazakhstan) Available at: http://geology.gov.kz/ru/ informatsiya/ spravochnik-mestorozhdeniy kazakhstana/ tverdye-poleznye-iskopaemye/item/alpys-5 (accessed 27 November 2014).
11. Saet Yu.E., Revich B.A., Yanin Ya.P., Smirno-va R.S., Basharkevich I.L., Onishchenko T.L., Pavlova L.N., Trefilova N.Ya., Achkasov A.I, Sarkisyan S.Sh. Geokhimiya okruzhayushchey sredy [Geochemistry of environment]. Moscow, Nedra Publ., 1990. 38 p.
Коротко об авторах _
Арынова Ш.Ж., преподаватель, Инновационный Евразийский университет, аспирант, Национальный исследовательский Томский политехнический университет, г. Томск, Россия 8Ыпаг_шЬ@таД.ги
Научные интересы: геоэкология, геохимия
Рихванов Л.П., д-р геол.-минерал. наук, профессор, Национальный исследовательский Томский политехнический университет, г. Томск, Россия гikhvanov@tpu. ги
Научные интересы: геохимия радиоактивных элементов в природных средах, радиогеохимическая типизация пород и руд, почв и биоты, радиоэкология
_Briefly about the authors
Sh. Arynova, teacher, Innovative University of Eurasia, postgraduate, Tomsk Polytechnic University, Tomsk, Russia
Scientific interests: geoecology, geochemistry
L. Rikhvanov, doctor of geological-mineralogical sciences., Tomsk Polytechnic University, Tomsk, Russia
Scientific interests: geochemistry of radioactive elements in natural environments, radiogeochemical typi-fication of ores and minerals, soils, and biota, radio-
ecology
