Анотація до роботи:

Васюков О.Є. «Хімічний аналіз в оцінюванні екологічного стану поверхневих водних об’єктів», – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора хімічних наук за спеціальністю 02.00.02 – аналітична хімія. – Харківський національний університет імені В.Н. Каразіна, Харків, 2006.

Дисертацію присвячено розробці принципів організації і методології використання хімічного аналізу для оцінювання екологічного стану поверхневих водних об’єктів при нормуванні скидів у них стічних вод, забруднених іонами ВМ. Показано можливості і перспективи розвитку вольтамперометрії для визначення різних форм ВМ, що утворюються при їхній трансформації у водному середовищі. Розроблено і удосконалено вольтамперометричні методики визначення вільних (іонних) форм ВМ у воді. З метою поліпшення метрологічного забезпечення вимірювань масових концентрацій домішок і основних показників складу стічних, поверхневих вод і ґрунтів розроблено і атестовано Держстандартом України 20 методик.

За результатами атомно-абсорбційних визначень вмісту ВМ у компонентах водного об’єкта сформульовано якісні і кількісні хімічні критерії для оцінювання його екологічного стану. Проаналізовано основні закономірності вмісту ВМ у донних відкладах і рослинних угрупованнях. Виконано оцінювання буферної ємності дніпровської води відносно до ВМ.

Встановлено кінетичні параметри детоксикації іонів ВМ при початкових концентраціях у воді на рівні 0,1…10 мг/л, обумовлені їх комплексоутворенням з розчиненою органічною речовиною природних вод, сорбцією фітопланктоном і донними відкладами. Сорбційну здатність фітопланктону відносно ВМ запропоновано характеризувати коефіцієнтами розподілу, накопичення і поглинання.

Показано можливості карбонатної системи природних вод для аналітичного контролю динаміки фотосинтезу водних рослин у нормальних і токсичних умовах. Розроблено методику оцінювання фізіологічно активних форм металів і буферної ємності поверхневого водного об’єкта для нормування скидів у водний об’єкт стічних вод, забруднених важкими металами.

На основі вольтамперометричного контролю вільних (іонних) форм ВМ, атомно-абсорбційного визначення металів у компонентах водних об’єктів, електрохімічного контролю динаміки карбонатної системи природних вод розроблено принципи організації і методологію оцінювання екологічного стану поверхневих водних об’єктів при нормуванні скидів в них стічних вод, забруднених іонами ВМ. Ця методологія перевірена лабораторними, польовими і натурними багатоплановими дослідженнями, з яких зроблено такі висновки.

1. Сформульовано і перевірено на практиці вимоги до аналітичних методів, які використовують для контролю екологічного стану водних об’єктів при скидах у них стічних вод, забруднених іонами ВМ. У водній екосистемі, яка вивчається, необхідно аналізувати стічні і поверхневі води, донні відклади, гідробіонті, а також модельні екосистеми (природна вода + фітопланктон + вища водна рослинність + донні відклади). Визначення валових вмістів ВМ на рівні фонових у всіх компонентах водного об’єкта забезпечує метод ААС. Вольтамперометрія на ртутному краплинному електроді дозволяє контролювати у стічних водах іонні (вільні) форми ВМ і стежити за трансформацією цих токсичних для гідробіонтів форм у природних водах, а також визначати буферну ємність поверхневих водних об’єктів відносно до іонів ВМ.

2. Запропоновано і обґрунтовано хімічні критерії оцінювання екологічного стану поверхневих водних об’єктів відносно вмісту в них металів. Якісний критерій – перелік токсичних іонів і сполук металів техногенного походження, які треба контролювати в скидах, викидах і в компонентах водного об’єкта у зв’язку з нормуванням їх вмісту у воді рибогосподарських водойм. Кількісні критерії: для поверхневих вод – фонових концентраций металів у воді; для донних відкладів – значення кларків металів для ґрунтів світу; для гідробіонтів – вміст металів в гідробіонтах, що відібрані на чистих ділянках водного об’єкта, який вивчають.

3. Показано перспективність використання різницевої ВА з лінійним розгортанням потенціалу і ртутними краплинними електродами в аналізі вод та оцінюванні їх стану. Це досягається за рахунок використання у якості розчину порівняння спеціально підготовленої частини проби, що забезпечує можливість прямого визначення іонів ВМ у природних і стічних водах на рівні ГДК без їх відділення, руйнування матриці вод і будь-якої підготовки проб.

4. Хімічний аналіз річкових вод показав, що фактичні концентрації Al, Fe, Zn, Cu та Sr у водоймищах і притоках Дніпра дорівнюють або більші за їх ГДК у воді рибогосподарських водойм. Запропоновано для кожного водного об’єкта вводити регіональну норму, яку розраховують як суму фонової концентрації іонів ВМ у досліджуваному водному об’єкті і встановленої для цього метала ГДК.

5. Показана можливість використання карбонатної системи природної води в якості індикатора для визначення фізіологічно активних форм ВМ і буферної ємності поверхневих водних об’єктів відносно до іонів ВМ. Запропонована схема придатна для нормування скидів у водний об’єкт стічних вод, забруднених іонами ВМ.

6. Для кількісного оцінювання токсичної дії ВМ на водні рослини запропоновано новий узагальнений показник – «коефіцієнт токсичності», який показує, на скільки одиниць змінюється рН або концентрація розчиненого О₂ в результаті впливу 1 мг (або 1 ммоль) металу протягом 1 години функціонування одиниці біомаси фітоценозу в одиниці об’єму досліджуваної природної води; вказаний показник запропоновано експериментально визначати у мезокосмах з використанням модельних екосистем на основі водних рослин.

7. Атомно-абсорбційні дослідження об’єктів довкілля показали, що концентраційні ряди ВМ у компонентах живої і неживої природи за відсутності техногенних забруднень практично співпадають між собою, а також із рядом металів, розташованих у порядку зменшення їх кларків для ґрунтів світу. Як правило, відхилення від вказаної послідовності свідчать про техногенне забруднення водних рослин і донних відкладів металами.

8. Вольтамперометричне визначення вільних (іонних) форм ВМ дозволяє вивчити акумулюючу здатність прісноводного фітопланктону у відношенні до іонів ВМ і пояснити широкі діапазони коливань коефіцієнтів накопичення, наведених у літературних джерелах.

9. Сорбційну (акумулюючу) здатність фітопланктону запропоновано характеризувати коефіцієнтами накопичення (К_н, 10а, див. стор. 18), розподілу (К_р, 10б, див. стор. 18) і поглинання (К_п, 10в, див. стор. 18). Значення К_н показує в умовах рівноваги кількість металу, яка міститься у біомасі фітопланктону при концентрації металу у воді 1 мг/л і концентрації фітопланктону 1 кг сух. реч./л. Значення К_п показує кількість металу, яку акумулює 1 мг біомаси фітопланктону при вихідній концентрації металу у воді 1 мг/л. Показано, що значення коефіцієнту розподілу може бути менше одиниці для токсичних металів щодо дії на фітопланктон.

10. Встановлено кінетичні параметри детоксикації Cu(II), Zn(II), Cd(II), Co(II) і Ni(II), що зумовлено їхнім комплексоутворенням з розчиненою органічною речовиною природних вод і сорбцією фітопланктоном. При вихідних концентраціях цих іонів 0,1…10 мг/л найбільша швидкість детоксикації спостерігається у перші години після надходження домішок у водну товщу. При наявності у екосистемі донних відкладів після встановлення рівноваги між вмістом іонів ВМ у воді і фітопланктоні концентрація цих іонів металів у воді зменшується за експонентою через їх поглинання донними відкладими. Запропоновано рівняння, що описують процеси розподілу ВМ у модельних екосистемах „природна вода – РОР – ФП – донні відклади” і можуть використовуватися для прогнозування розподілу іонів ВМ у водних екосистемах у початковий період після їхнього надходження у водне середовище.

11. Розроблено методичне забезпечення контролю вмісту хлоридів у поверхневих і стічних водах, створено автоматичний аналізатор АХП-205 і впроваджено його в практику аналізу стічних та поверхневих вод на підприємствах Міністерства з виробництва мінеральних добрив (Сєверодонецьке ВО „Азот”, Горлівське ВО „Стірол”, Первомайське ВО „Хімпром”).

12. Розроблено 20 методик виконання вимірювань вмісту ряду хімічних речовин у ґрунті, в поверхневих і очищених стічних водах, які атестовано в УкрЦСМ і затверджено наказом Мінекоресурсів України (2002 р.)з метою забезпечення єдності вимірювань показників складу і властивостей проб об’єктів навколишнього середовища.

Публікації автора:

У роботах [28 – 47] здобувачем визначено задачі робіт, проведено узагальнення одержаних результатів.