Условия трансформации коммунально-бытовых сточных вод в болотных экосистемах (на примере Обского болота, Западная Сибирь)

Abstract

Актуальность. Проблема охраны и использования болот является весьма актуальной во всем мире, в том числе в Западной Сибири, на территории которой добывается значительная часть углеводородного сырья в Российской Федерации, что сопровождается изменением окружающей среды, в том числе и болотных экосистем. В свою очередь, это определяет необходимость разработки методологии и технологий природоохранных мероприятий на болотах, подвергающихся антропогенному воздействию. В рамках такой методологии требуется достоверная оценка изменений состояния болотной экосистемы под влиянием поступления веществ антропогенного происхождения. Цель: анализ и обоснование условий трансформации коммунально-бытовых сточных вод в низинном болоте на примере типичного для Западной Сибири евтрофного Обского болота. Методы. Химический и микробиологический составы вод и торфов исследовались в Проблемной научно-исследовательской лаборатории гидрогеохимии (ТПУ), зарегистрированной в Системе аналитических лабораторий Госстандарта России. Для проведения полного химического анализа использовались традиционные методы. Микробиологический анализ производили после отбора проб, как правило, в течение суток. Доставка проб в лабораторию осуществлялась в сумке-холодильнике. Для выявления микроорганизмов использовали жидкие и твердые элективные питательные среды. Микрокомпонентный состав определялся при помощи масс-спектрометрического метода с индуктивно-связанной плазмой (ICP-MS). Структурно-групповой состав растворенных органических веществ изучался методом хромато-масс-спектрометрии в лаборатории разработки месторождений нефти и газа (ТПУ). Для изучения гидрогеохимических процессов применялись статистические методы и математическое моделирование. Результаты и выводы. Установлено, что болотные воды относительно ПДК характеризуются повышенными содержаниями органических веществ, продуктов их трансформации, а также некоторых химических элементов, с которыми органические вещества способны образовывать комплексы. Среди растворенных органических соединений в болотных водах доминируют сложные эфиры, карбоновые кислоты, которые способствуют не только накоплению некоторых элементов (Ni, Ba) в водах, но и развитию микроорганизмов. Показано, что накопление веществ, поступающих с коммунально-бытовыми сточными водами с. Мельниково, происходит в основном на границе деятельного и инертного горизонтов торфяной залежи. Показано, что сброс коммунально-бытовых сточных вод в болото (с. Мельниково) не приводит к существенному изменению химического состава болотных вод, а антропогенное воздействие лимитируется микробиологическими и геохимическими условиями в болоте. На основе полученных данных предложено скорректировать природоохранные мероприятия, ограничивающие рост заболоченности территорий за счет увеличения лесных угодий вследствие осушительных мелиораций и дополнительного внесения соединений азота и кальция, входящих в состав сточных вод жилищно-коммунального хозяйства и нефтегазодобывающего комплекса.

Relevance. The issue of conservation and use of bogs is very urgent throughout the world, including Western Siberia, where a large part of hydrocarbon raw materials in the Russian Federation are extracted. It is accompanied by environmental changes, which concern bog ecosystems. This determines the relevance to develop a methodology and technology for environmental protection of bog ecosystems subjected to anthropogenic impact. For this methodology, a reliable assessment of changes in the bog ecosystem under the influence of the influx of substances of anthropogenic origin is required. The aim of the research is to analyze and interprete the conditions of municipal wastewater transformation in lowland bog on the example of typical Western Siberian eutrophic bog Obskoe. Methods. Chemical and microbiological composition of natural waters were analyzed in the Fundamental research laboratory of hydroge-ochemistry (TPU), which is registered in the System of analytical laboratories of Gosstandart of Russia. To carry out the comprehensive chemical analysis the authors applied the traditional methods. The microbiological analysis was carried out after sampling, basically during the day. The samples had been kept in the cooling bag until they were delivered to the laboratory. To identify the microorganisms the authors used liquid and firm elective nutrient mediums. The trace elements were determined by inductively coupled plasma mass-pectrometry (ICP-MS). The structural-group composition of dissolved organic matter was determined by gas chromatography-mass spectrometry method. Statistical methods and mathematical modeling were applied to study hydrogeochemical processes. Results and conclusions. It was found that the bog waters are characterized by high contents (relative to maximum permissible concentrations) of organic matters, products of their transformation, as well as some chemical elements, which are able to form complexes with organic matters. Among the dissolved organic compounds esters, carboxylic acids are dominated in the bog waters. They contribute not only to accumulation of certain elements (Ni, Ba) in the waters but to development of microorganisms as well. It was shown, that accumulation of the elements entering the bog waters from municipal wastewater of Melnikovo settlement takes place mainly on the boundary of active and inert horizons of the peat deposit. It was shown, that the discharge of municipal wastewater to the bog near Melnikovo settlement does not significantly change the chemical composition of the bog waters, and anthropogenic impact is limited by microbiological and geochemical conditions of the bog. Based on the data obtained, it was proposed to adjust environmental measures to limit the expansion of boggy areas by the increase in forest land due to drainage reclamation and the addition of nitrogen and calcium compounds that are part of municipal wastewater and wastewater of oil and gas industry.