ТЕКУЩЕЕ СОСТОЯНИЕ

Результаты экологического исследования реки Радомля на наличие загрязнений

Отчет подготовлен:
Платонов Максим, к.х.н., директор по науке Фонда БРКБР
Ерина Оксана, к.г.н. научный сотрудник кафедры гидрологии суши географического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова,  ст. спец. отдела рыбохозяйственной экологии ФГБНУ «ВНИРО»

Москва, 2021

Введение

3 августа 2021 года в рамках комплексных исследований реки Радомля (Солнечногорский район, Московская область), проводимых некоммерческим фондом «Без рек как без рук» по заказу фонда развития социальных и экологических инициатив «ЭкоЛайн-Будущее», специалистами были произведены отборы проб и замеры гидрохимических показателей в 9 точках по длине реки. Исследования включали отбор проб воды и донных отложений для проведения дальнейшего анализа определения концентрации биогенных элементов и более 70 показателей, включая тяжелые металлы и органические загрязнители. Данный отчет включает результаты, полученные с использованием аттестованных методик и поверенных приборов. Для определения концентрации тяжелых металлов и органических загрязнителей в воде и донных отложениях пробы передавались в сторонние лаборатории.

Используемое оборудование

При отборе проб и последующем анализе использовалось оборудование российского производства приборы ведущих мировых производителей:

  • для контроля ХПК использовался набор LEI-5000 производства ООО «ЭкоИнструмент» и аттестованная методика
  • определение биогенных веществ (аммония, нитратов, нитритов и фосфатов) осуществлялось на приборе HACH DR/3900 по аттестованным методикам с применением кювет-тестов LCK, анализ проб выполнялся в день отбора. Результаты определения концентрации фосфатов дополнительно проверялись по содержанию общего фосфора, определенному методом атомной адсорбции.
  • гидрохимические показатели контролировались сертифицированными приборами HACH и WTW.
  • пробы для определения тяжелых металлов были законсервированы с использованием азотной кислоты (о.с.ч.) для последующего анализа с применением метода атомной адсорбции (ICP-MS) в сертифицированной лаборатории.

Точки отбора

Река Радомля представляет собой малый водоток длиной 12 км и площадью водосбора 59,3 км2. Река протекает преимущественно с северо-востока на юго-запад, впадая в верховья Клязьмы примерно в 20 км ниже ее истока. Сток реки зарегулирован несколькими прудами. Для оценки экологического состояния реки по всей ее длине были выбраны девять точек, в которых были отобраны пробы воды. В точках 3, 6 и 9 также были отобраны пробы донных отложений для проведения дальнейшего анализа их загрязненности.

Данные гидрохимических измерений

Физико-химические показатели служат для оценки общего состояния водного объекта.

Река Радомля характеризуется большой изменчивостью рассматриваемых параметров качества воды. В районе истока уровень минерализации воды в реке низкий и содержание растворенных солей не превышает 300 мг/л в точках мониторинга 1-4. При этом в этих точках река характеризуется чрезвычайно низким содержанием растворенного кислорода, составляющего менее 2 мг/л, что в два раза ниже норматива ПДК. Такая ситуация в целом является довольно характерной для болотных вод, а р. Радомля берет начало в болоте, что способствует и формированию кислой среды со значениями рН 6,6-7,2. Начиная с точки 5 в реке начинает стремительно расти содержание растворенных солей, а также величина рН. Максимальная минерализация достигается в точке 7, где электропроводность превышает 3000 мкСм/см. При этом максимальными концентрациями рН вода в реке характеризуется в точке 6, где она практически на 2 единицы превышает минимальные значения, отмечавшиеся в районе истока реки. Благоприятные кислородные условия, формирующиеся в реке в точке 5 (в связи с увеличением уклона дна и ростом скорости течения), ниже по течению вновь начинают ухудшаться, по всей видимости из-за затрат на окисление поступающих загрязняющих веществ.

Данные гидрохимических измерений в р. Радомля

Содержание органических и биогенных веществ (ХПК, азот и фосфор)

Показатель химического потребления кислорода не нормируется как опасное вещество, но дает представление об интегральном содержании органических веществ в воде. Исходя из общих критериев чистоты поверхностных вод, рекомендованный порог для водоемов культурно-бытового назначения составляет 30 мг/л. Чем больше содержание органических веществ в воде водоема, тем больше будет расходоваться кислорода на его окисление, что при определенных условиях даже в реках может приводить к образованию бескислородных условий.

Река Радомля характеризуется чрезвычайно высокими значениями ХПК. В верхней части исследованного участка на точках 1-4 значения ХПК изменяются в диапазоне 60-120 мгО/л. Подобные величины по всей видимости обусловлены болотным происхождением реки. Так по данным исследований р. Москвы, берущей свое начало в Старьковском болоте, также отмечаются значения ХПК на уровне 100-200 мгО/л (Соколов и др., 2020).

При этом на точке 5 и ниже по течению происходит беспрецедентное увеличение содержания органики, достигающее максимума в точке 6 и составившее 3630 мгО/л. Данное значение свидетельствует о терминальном уровне загрязнения реки в этом месте органическими веществами, превышающем значения ХПК в неочищенных коммунальных стоках городов. В дальнейшем, впрочем, происходит снижение содержания органики в реке, остающееся тем не менее крайне высоким. Такое снижение по всей видимости вызвано частичным окислением органических веществ, а также их седиментацией и переотложением в донных отложениях.

Кроме величины ХПК, чрезвычайно высокий уровень загрязнения реки отмечается и по содержанию биогенных веществ.  Начиная с точки 4 в реке отмечаются высокие концентрации фосфатов, а также аммонийного азота, а с точки  5 – и нитритного азота. Максимальное содержание данных биогенных веществ достигается в разных точках: фосфатов – на точке 6 (в 9 раз превышает ПДК), аммонийного азота – на точке 5 (более чем в 3 раза выше ПДК), нитритного азота – на точке 9 ( в 40 раз выше ПДК). Аммонийный и нитритный азот в незагрязненных реках содержатся в невысоких концентрациях, и являются индикаторами свежего загрязнения водного объекта. Аммонийный азот постепенно окисляется до нитритов, в результате чего его концентрация снижается, при этом концентрация нитритов увеличивается на участке от точки 6 к точке 9.

Аммонийный и нитритный азот, соединения фосфора и органические вещества свидетельствуют о поступлении загрязнения коммунально-бытового характера, такого как сточные воды или фильтрат полигонов ТБО, не рекультивированных должным образом. Столь высокие концентрации загрязняющих веществ в р. Радомле явно вызваны заброшенной свалкой, на которой производилось складирование коммунальных бытовых отходов, фильтрат от которой привел к полной деградации экосистемы реки. Также, судя по обнаруженным в речной воде концентрациям биогенных и органических веществ, можно предположить, что одновременно происходит и загрязнение грунтовых вод. Однако данный вопрос требует проведения дополнительных исследований.

Содержание металлов в воде

Элементный анализ проб проведен по методике НСАМ №520-АЭС/МС «Определение элементного состава природных, питьевых, сточных и морских вод атомно-эмиссионным и масс-спектральным методами с индуктивно связанной плазмой» (Свидетельство о метрологической аттестации методики №520-01.00115-2013-2017 от 27 марта 2017).  Содержание Li, Ве, В, Na, Mg, Al, Si, Р, S, К, Са, Sc, Ti, V, Cr, Мn, Fe, Со, Ni, Си, Zn, Ga, Ge, As, Se, Br, Rb, Sr, У, Zr, Мо, №, Ru, Rh, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Те, Cs, Ва, La, Се, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, ТЬ, Dy, Но, Er, Tm, УЬ, Lu, Щ Та, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Hg, Tl, РЬ, Bi, Th и U в пробах определяли атомно-эмиссионным (iCAP-6500, Therтo Scientific, США) и масс-спектральным (Х-7, Тhеrто Elemental, США) методами анализа. Результаты анализа представлены в таблицах:

Превышения гигиенических нормативов (СанПиН 1.2.3685-21 «Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания») и рыбохозяйственных (Приказ Минсельхоза № 552 от 13.12.2016 г.) нормативов было выявлено по целому ряду металлов: алюминию, железу, марганцу, меди, ванадию, кадмию, свинцу, цинку, мышьяку и др. Максимальные превышения нормативов выявлена для железа и марганца. Данная особенность является характерной водотоков Московского региона и представляется обусловленной частично природными причинами, а именно заболоченностью водосбора и пониженным содержанием кислорода, при котором происходит переход соединений железа и марганца в растворенную форму. Повышенное содержание других металлов представляется связанным во многом с антропогенным воздействием фильтрата, поступающего с заброшенной свалки ТБО в районе точки 6. При этом ниже по течению поступившие загрязняющие вещества, по всей видимости, оседают в донных отложениях, поскольку их концентрация снижается.  

Содержание органических загрязнителей в воде

Токсичные ароматические углеводороды образуют одну из главных фракций органических загрязнений водной среды, к ним относятся непредельные циклические соединения ряда бензола и их производные, полициклические ароматические углеводороды.

Летучие ароматические углеводороды (легкие фракции нефти) – толуол, ксилол, бензол, нафталин и др., обладающие повышенной токсичностью для живых организмов, легко разрушаются и удаляются из воды и почвы. Полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) чрезвычайно устойчивы в любой среде и трудно поддаются разрушению. Бензол и его гомологи оказывают более быстрое токсическое действие на организм, чем полициклические ароматические углеводороды (ПАУ). Последние действуют медленнее, но более длительное время, являясь хроническими токсикантами и обладая в том числе канцерогенным эффектом.

Результаты определения ПАУ в воде р. Радомли обнаружили превышения гигиенических нормативов (СанПиН 1.2.3685-21 «Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания») и рыбохозяйственных (Приказ Минсельхоза № 552 от 13.12.2016 г.) нормативов по содержанию бенз(а)пирена, концентрации АПАВ, а также по содержанию фенолов. Тогда как фенолы способны выделяться в воду в результате гниения растительности, бенз(а)пирен и анионные ПАВ являются синтетическими загрязнителями и отсутствуют в природных водах без антропогенного привноса. Таким образом, на точках 4, 6 и 7 обнаруженные соединения, характеризующиеся в том числе канцерогенным эффектам по отношению к живым организмам, свидетельствуют продолжающемся и хроническом загрязнении реки, тогда как при прекращении поступления ПАУ в водные объекты их содержание в воде обнаруживается крайне редкою

Содержание металлов в донных отложениях

Изучение уровня загрязненности донных отложений является крайне важным для понимания возможностей миграции загрязняющих веществ из осадков в водную толщу. При высоком уровне загрязненности донных отложений даже при снижении внешней антропогенной нагрузки на водную экосистему ее состояние не улучшится ввиду наличия внутреннего источника поступления загрязняющих веществ, стимулирующего процессы гниения, цветения водорослей и другие негативные для состояния водного объекта последствия.

Элементный анализ проб проведен в Аналитическом сертификационном испытательном центре Федерального государственного бюджетного учреждения науки Институт проблем технологии микроэлектроники и особо чистых материалов РАН (АСИЦ ИПТМ РАН). Центр аккредитован Федеральной службой по аккредитации РОСАККРЕДИТАЦИЯ. Аттестат аккредитации зарегистрирован в Государственном реестре под № РОСС RU.0001.513800 от 28.04.2018. В область аккредитации входит элементный анализ питьевых и природных вод. Определение элементного состава вод проводили по методике НСАМ №520-АЭС/МС «Определение элементного состава природных, питьевых, сточных и морских вод атомно-эмиссионным и масс-спектральным методами с индуктивно связанной плазмой» (Свидетельство о метрологической аттестации методики №520-01.00115-2013-2017 от 27 марта 2017).

Содержание Li, Ве, В, Na, Mg, Al, Si, Р, S, К, Са, Sc, Ti, V, Cr, Мn, Fe, Со, Ni, Си, Zn, Ga, Ge, As, Se, Br, Rb, Sr, У, Zr, Мо, Ru, Rh, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Те, Cs, Ва, La, Се, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, ТЬ, Dy, Но, Er, Tm, УЬ, Lu, Та, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Hg, Tl, РЬ, Bi, Th и U в пробах определяли атомно-эмиссионным (iCAP-6500, Therтo Scientific, США) и масс-спектральным (Х-7, Тhеrто Elemental, США) методами анализа.

В таблице приведены результаты определения показателей химического состава донных отложений рассматриваемых водных объектов в рамках обследования. Протоколы КХА донных отложений представлены в Приложении. Ввиду того, что нормативы для донных отложений в настоящее время не установлены, для оценки содержания тех или иных компонентов в донных отложениях использовались ПДК и ОДК, установленные для почв (в соответствии с СанПиН 1.2.3685-21 «Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания»), а также «Голландские листы» согласно Приложению Б СП 11-102-97 «Инженерно-экологические изыскания для строительства. Для оценки загрязненности донных отложений были использованы несколько параметров в соответствии с СП 11-102-97 и Приложением 5 Приказа Минприроды России от 24.02.2014 N 112 «Об утверждении Методических указаний по осуществлению государственного мониторинга водных объектов в части организации и проведения наблюдений за содержанием загрязняющих веществ в донных отложениях водных объектов»

Сложность получения адекватных оценок уровня загрязненности донных отложений осложняется отсутствием ПДК. В связи с этим используются ПДК и ОДК для почв, однако применение этих значений вносит определенную погрешность в получаемые результаты. Кроме того, ПДК установлены лишь для крайне узкого перечня наиболее широко распространенных в почвах токсикантов. Поэтому дополнительно была проведена оценка не только санитарно-гигиенической опасности донных отложений, но и оценка эколого-геохимической опасности, путем сравнения с фоновыми концентрациями металлов в донных отложениях, определенными для Московского региона (Власов, Шинкарева, Касимов, 2019).

Полученные результаты позволяют судить о крайне высоком уровне очень широкого перечня токсикантов в донных отложениях реки, по всей видимости обусловленном их поступлением с фильтратом с территории заброшенной свалки и дальнейшей седиментацией. В число токсикантов с превышением фоновых значений входит в том числе высоко токсичный свинец, содержание которого в незагрязненных осадках рек крайне низко. Обнаружены превышения гигиенических ПДК для цинка и кадмия, также представляющих опасность для здоровья населения и водной экосистемы.

Соотнося полученные концентрации с региональным фоном, можно выявить превышения по намного более широкому перечню показателей, число которых достигает 30. При этом за исключением железа и марганца обнаруживаемые превышения невелики и составляют в среднем 2-4 раза. Однако это свидетельствует о повышенном уровне накопления металлов и металлоидов в донных осадках реки, что приводит к увеличению потенциальной токсичности донного слоя экосистемы.

Оценка уровня химического загрязнения донных отложений как индикатора неблагоприятного воздействия на здоровье и благополучие экосистемы проводилось с использованием коэффициентов концентрации химического вещества Кс, которое определяется отношением фактического содержания определяемого вещества в донных отложениях к региональному фоновому или ПДК.

По результатам проведенных исследований в соответствии с требованиями СП 11 102-97 был рассчитан суммарный показатель химического загрязнения донных отложений Zc, рассчитываемый как сумма кратностей превышения содержания каждого компонента Kc над фоновым значением: Zc=Kc1+…+Kci+…+Kcn-(n-1). В расчете учитываются только те показатели, содержание которых превышает фоновые значения или ПДК. Экологическое состояние считается удовлетворительным при значениях Zc менее 16, умеренно опасным при значениях Zc от 16 до 32, опасным – при Zc от 32 до 128. Были проведены две серии расчетов суммарных показателей загрязнения с использованием региональных фоновых значений, а также с использованием гигиенических ПДК почв. Расчеты показали, что при использовании гигиенических ПДК коэффициенты концентрации, превышающие единицу, обнаруживаются только для марганца, кобальта, серы, цинка и бария. При этом согласно значениям Zc гигиеническое состояние донных отложений оценивается как опасное на всех точках мониторинга отложений. При этом если использовать фоновые концентрации, то получаемые значения комплексного показателя загрязненности более чем 2 раза ниже, а эколого-геохимическое состояние донных отложений оценивается как удовлетворительное.

Наконец, в соответствии с Приложением 5 Приказа Минприроды России от 24.02.2014 N 112 «Об утверждении Методических указаний по осуществлению государственного мониторинга водных объектов в части организации и проведения наблюдений за содержанием загрязняющих веществ в донных отложениях водных объектов» были проведены расчеты коэффициента донной аккумуляции загрязняющих веществ КДА по формуле КДА = Сдовода, где  — концентрация загрязняющего вещества в донных отложениях, мкг/кг;  — концентрация этого вещества в воде, отобранной одновременно в этом же створе, мкг/л. Величины КДА, равные n x 10 (где n = от 1 до 9) при низких концентрациях загрязняющих веществ в воде и донных отложениях, обычно характеризуют обстановку в водном объекте как относительно удовлетворительную (без признаков хронического загрязнения). Невысокие значения КДА (n x 10 —  n x 102) и повышенные концентрации загрязняющих веществ в воде указывают на поступление в водный объект свежего загрязнения, в результате чего отношения Сдо/Свода снижаются и не превышают двух порядков. Значения КДА, равные от n x 103 до n x 104 при концентрациях загрязняющего вещества в воде, существенно превышающих величину ПДК, свидетельствуют о высоком уровне хронического загрязнения водного объекта.

Полученные результаты свидетельствуют о хроническом загрязнении донных отложений, железом, алюминием и марганцем. Данные вещества можно отнести к макрокомпонентам в земной коре, поэтому их высокая степень аккумуляции в донных осадках не является удивительной. При этом низкие коэффициенты донной аккумуляции в точках 6 и 9, достигающиеся в первую очередь высоким содержанием тяжелых металлов в воде, свидетельствуют о продолжающемся загрязнении водной среды данными веществами.

Содержание органических загрязнителей в донных отложениях

В донных отложениях были определены наиболее распространенные и опасные среди органических загрязнителей химические соединения, способные к биоаккумуляции и являющиеся типичными химическими канцерогенами, а именно бензапирен. Также в донных осадках оценивали концентрацию анионных СПАВ.

В результате не было обнаружено превышений гигиенических ПДК и ОДК, установленных для почв (в соответствии с СанПиН 1.2.3685-21 «Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания»). Однако в сочетании с повышенным содержанием данных токсикантов в воде р. Радомли при сохранении текущего гидрологического состояния реки с низкой проточностью и лесными завалами, преграждающими свободное течение русла, обнаруженные концентрации являются фактором риска для водной экосистемы.

Выводы по современному экологическому состоянию р. Радомля

Результаты комплексного экологического обследования реки Радомля позволили оценить текущий уровень ее загрязненности, выявить основные загрязняющие вещества и определить участки их поступления. Но следует подчеркнуть, что полноценное комплексное обследование предусматривает  проведение дополнительных исследований в течение года, для учета сезонных факторов, особенно в период половодья.

Вода реки Радомли характеризуется типичным для заболоченных территорий химическим составом, с относительно повышенным содержанием органических веществ, невысокой минерализацией и незначительным содержанием биогенных элементов. В то же время здесь выделяются характерные для заболоченных регионов повышенные концентрации определенных металлов, в том числе железа, марганца и алюминия. Данная особенность является характерной для водных объектов с повышенной заболоченностью водосбора, и согласно результатам различных исследований обнаруживается в других водных объектах как Московской области, так и многих других регионов Европейской части России (Ефимова и др, 2015; Соколов и др., 2020).

При этом ниже по течению в реке проявляется эффект комплексного и крайне высокого загрязнения, которые приводит к деградации речной экосистемы. Пресная в районе истока вода в реке достигает минерализации более 3 г/л, увеличиваясь в 15 раз. При таких значениях минерализации вода в реке характеризуется как солоноватая, что среди внутренних водных объектов встречается только в полупустынной зоне на территории РФ.

В сочетании с резким ростом минерализации в речной воде резко увеличивается содержание биогенных и органических веществ, что в комплексе позволяет судить о коммунально-бытовом происхождении данных загрязнителей. На территории Московского региона подобная ситуация встречается также в р. Сетуни, исток которой расположен в районе Саларьевского полигона ТБО (Терешина и др., 2021). В Случае с Сетунью исток реки характеризуется максимальной загрязненностью, и в дальнейшем происходит «разбавление» речных вод очищенными ливневыми стоками, которые способствуют снижению уровня загрязнения.

Донные отложения во всех опробованных точках также характеризуются комплексным уровнем загрязненности тяжелыми металлами, превышающим фоновые значения для Московской области в несколько раз. Донные отложения являются аккумулирующей загрязняющие вещества средой и даже после предотвращения поступления от источника загрязнения продолжают оставаться внутренним источником антропогенного прессинга для водной экосистемы. Поэтому при реализации проектов экологической реабилитации деградировавших водных объектов изъятие донных отложений часто является одним из ключевых планируемых мероприятий.

Локализация основного поступления загрязняющих веществ относится преимущественно к точкам мониторинга 5-9 и в соответствии с топографическим планом местности обусловлена поступления фильтрата с заброшенного стихийного полигона ТБО, расположенного на левом берегу реки.