Badania stężeń metali w wodach powierzchniowych

Transkrypt

1 Badania stężeń metali w wodach powierzchniowych w wybranych punktach pomiarowych na terenie Górnego Śląska Rajmund Michalski 1, Joanna Kończyk 1, Magdalena Kozak 2, Agnieszka Sapalska 3 1 Wydział Matematyczno-Przyrodniczy, Uniwersytet Humanistyczno-Przyrodniczy im. Jana Długosza w Częstochowie 2 Ekoenergia Silesia SA, Katowice 3 Górnośląskie Przedsiębiorstwo Wodociągów SA, Katowice W pracy przedstawiono wyniki badań zawartości wybranych pierwiastków w wodach powierzchniowych w pięciu punktach pomiarowych na terenie Górnego Śląska, które stanowią dopływy do ujęć wody przeznaczonej do spożycia przez mieszkańców Aglomeracji Górnośląskiej. 20 LABORATORIUM

2 Rys. 1. Punkty pobierania próbek Metale stanowią zdecydowaną większość pierwiastków występujących w przyrodzie, a ich rozprzestrzenienie, właściwości i zastosowania, a także oddziaływania na środowisko i organizmy żywe są silnie zróżnicowane. Z tego względu należą one do najczęściej oznaczanych substancji w różnego rodzaju próbkach, w tym w próbkach środowiskowych. Do oznaczania metali w wodach i ściekach wciąż stosowane są metody klasyczne (np. miareczkowe, kolorymetryczne, grawimetryczne, turbidymetryczne, elektrochemiczne), ale obecnie dominują metody instrumentalne, takie jak przede wszystkim atomowa spektrometria absorpcyjna (AAS), plazma indukcyjnie sprzężona (ICP), spektrometria mas ze wzbudzeniem w plazmie indukcyjnie sprzężonej (ICP-MS), a także metody przepływowe [1, 2]. Spośród substancji chemicznych, które ze względu na swoje właściwości fizyczno- Metal concentration tests in surface waters at selected measuring points in Upper Silesia STRESZCZENIE: Ze względu na właściwości fizykochemiczne metale i metaloidy należą do najczęściej oznaczanych pierwiastków w różnego rodzaju próbkach, w tym w wodach powierzchniowych. W artykule przedstawiono wyniki badań zawartości wybranych pierwiastków (Pb, Cu, Cr, Cd, Ni, Ag, As, Se, Al, Fe, Mn, B, Ba, Sb, Sr, Zn, Wo i V) w wodach powierzchniowych w pięciu punktach pomiarowych na terenie Górnego Śląska, które stanowią dopływy do ujęć wody przeznaczonej do spożycia przez mieszkańców Aglomeracji Górnośląskiej. Badania prowadzone w 2017/2018 r. pozwoliły określić zmienność czasową oznaczanych metali/metaloidów i ocenić potencjalne ryzyko zdrowotne związane z ich obecnością w wodzie przeznaczonej do spożycia produkowanej przez Górnośląskie Przedsiębiorstwo Wodociągów SA w Katowicach. Nie stwierdzono istotnej zmienności czasowej oraz przestrzennej oznaczanych metali i metaloidów w badanych wodach, świadczy to o ich stabilności. Ma to istotne znaczenie w kontekście bezpieczeństwa wody spożywanej przez mieszkańców Aglomeracji Górnośląskiej. SŁOWA KLUCZOWE: metale, metaloidy, wody powierzchniowe, woda do spożycia, Górny Śląsk SUMMARY: Due to their physicochemical properties, metals and metalloids are among the most frequently determined elements in various samples, including surface waters. The paper presents the results of testing the content of selected elements (Pb, Cu, Cr, Cd, Ni, Ag, As, Se, Al, Fe, Mn, B, Ba, Sb, Sr, Zn, Wo and V) in surface waters in five measuring points in Upper Silesia, which are tributaries to water intakes intended for consumption by the inhabitants of the Silesian Agglomeration. The research conducted in 2017/2018 allowed to determine the time variability of the metals/metalloids to be determined and to assess the potential health risk associated with their presence in water intended for consumption produced by the Upper Silesian Water Supply Company in Katowice. There was no significant temporal and spatial variability of the determined metals and metalloids in the tested waters, which indicates their stability. This is important in the context of the safety of water consumed by the inhabitants of the Silesian Agglomeration. KEYWORDS: metals, metalloids, surface waters, drinking water, Upper Silesia 3/

3 Rys. 2. Wyniki oznaczeń ołowiu [µg/l] Rys. 3. Wyniki oznaczeń miedzi [µg /L] Rys. 4. Wyniki oznaczeń chromu [µg/l] Rys. 5. Wyniki oznaczeń kadmu [µg/l] -chemiczne i toksykologiczne są przedmiotem badań monitoringowych, m.in. w próbkach środowiskowych, są metale i metaloidy. Niektóre z nich (Fe, Mn, Cu, Zn, B, Ni, V, As, Cd, Cr, Pb, Se, Hg, Ba) są już normowane, a inne czekają na wprowadzenie na odpowiednie listy. Celem prowadzonych badań była ocena zagrożenia wynikającego z występowania wybranych metali i metaloidów (Pb, Cu, Cr, Cd, Ni, Ag, As, Se, Al, Fe, Mn, B, Ba, Sb, Sr, Zn, Wo i V) w wodach powierzchniowych, stanowiących dopływy do ujęć wody przeznaczonej do spożycia przez mieszkańców Aglomeracji Górnośląskiej, a będących w posiadaniu Górnośląskiego Przedsiębiorstwa Wodociągów SA w Katowicach. Badania takie wykraczają poza zakres rutynowych analiz i mogą być wykorzystane do oceny wpływu źródeł punktowych (w tym komunikacyjnych) na jakość ujmowanych wód. Część eksperymentalna Próbki pobierano raz w miesiącu w okresie od czerwca 2017 do maja 2018 r. Na rys. 1 przedstawiono mapkę z zaznaczonymi punktami pomiarowymi. Próbki wody utrwalano za pomocą HNO 3 do ph = 2, a następnie przesączano przez sączek o średnicy porów 0,45 µm. Tak przygotowane próbki poddawano analizie metodą optycznej spektrometrii emisyjnej z plazmą wzbudzoną indukcyjnie (ICP-OES) za pomocą spektrometru ICP OES icap7000. Wyniki badań W rozporządzeniu dotyczącym wód powierzchniowych [3] w sprawie wymagań, jakim powinny odpowiadać wody powierzchniowe wykorzystywane do zaopatrzenia ludności w wodę przeznaczoną do spożycia, określono kryteria, jakim powinny odpowiadać kategorie jakości wody A1-A3. Dopuszczalne wartości stężeń dla pierwiastków, które były przedmiotem niniejszych badań, a określonych w rozporządzeniu [3] podano w tab. 1. Na rys zestawiono wyniki badań dla poszczególnych metali i metaloidów w okresie prowadzenia badań (czerwiec 2017 maj 2018). Podsumowanie i wnioski Na podstawie przeprowadzonych badań oraz uzyskanych wyników można stwierdzić, że badane wody w zdecydowanej większości spełniają wymagania określone w rozporządzeniu [3]. Najwyższe stężenia ołowiu oznaczono w grudniu 2017 r. i styczniu 2018 r. w punkcie pomiarowym Rów Ożarowicki (odpowiednio około 48 µg/l i 56 µg/l, rys. 2). W pozostałym okresie pomiarowym stężenia ołowiu nie przekraczało 15 µg/l, przy wartości dopuszczal- 22 LABORATORIUM

4 Rys. 6. Wyniki oznaczeń niklu [µg/l] Rys. 7. Wyniki oznaczeń srebra [µg/l] Rys. 8. Wyniki oznaczeń arsenu [µg/l] Rys. 9. Wyniki oznaczeń selenu [µg/l] WSKAŹNIKI JAKOŚCI WODY WARTOŚCI GRANICZNE WSKAŹNIKÓW JAKOŚCI WODY A1 A2 A3 Żelazo 0,3 2 2 Mangan 0,05 0,1 1 Miedź 0,05 0,05 0,5 Cynk Bor Nikiel 0, ,2 Wanad 1,0 1,0 1,0 Arsen 0,05 0,05 0,05 Kadm 0, ,005 Chrom ogólny 0,05 0,05 0,05 Ołów 0,05 0,05 0,05 Selen 0,01 0,01 0,01 Rtęć 0,001 0,001 0,001 Bar 0,1 1 1 Tab. 1. Graniczne wartości wskaźników wody [mg/l] dla wybranych pierwiastków określonych w rozporządzeniu [3] 3/

5 Rys. 10. Wyniki oznaczeń glinu [µg/l] Rys. 11. Wyniki oznaczeń żelaza [µg/l] Rys. 12. Wyniki oznaczeń manganu [µg/l] Rys. 13. Wyniki oznaczeń boru [µg/l] Rys. 14. Wyniki oznaczeń baru [µg/l] nej 50 µg/l. W przypadku miedzi, także najwyższe stężenia odnotowano w punkcie Rów Ożarowicki na przełomie lat 2017/2018 (rys. 3), ale są to wartości kilkakrotnie niższe od dopuszczalnej (50 µg/l). Ciekawym przypadkiem jest chrom, dla którego najwyższe stężenia odnotowano w kwietniu 2018 r. we wszystkich punktach pomiarowych (około 6-7 µg/l), przy wartości dopuszczalnej 20 µg/l. Na tle wartości średnich (< 1 µg/l) wyróżniały się także styczeń 2018 r. Nie stwierdzono regularnych tendencji zmian sezonowych (rys. 4). Dla kadmu i niklu najwyższe stężenia odnotowano w punkcie pomiarowym Niezdara most rzeka Brynica w całym okresie badań (rys. 5 i 6). Stężenia dopuszczalne to odpowiednio 5 µg/l (Cd) i 50 µg/l (Ni). Do metali nie będących przedmiotem regularnych analiz w wodach powierzchniowych, dla których nie określono wartości dopuszczalnych w rozporządzeniu [3] należy srebro. Jedynie w marcu 2018 r. jego zawartość (około 0,5 µg/l) była znacznie wyższa niż w pozostałych miesiącach (rys. 7), jednakże ze względu na brak wartości referencyjnych trudno o ocenę, czy wartość ta może mieć istotne znaczenie dla konsumentów wody. Najwyższe stężenie toksycznego arsenu stwierdzono w punkcie pomiarowym Rów Ożarowicki (od 2 do 13 µg/l, rys. 8). Są to jednak wartości kilkakrotnie niższe od dopuszczalnej (50 µg/l). Zawartości selenu nie wykazywały żadnych regularnych zmienności czasowych w poszczególnych punktach pomiarowych i mieściły się od granic oznaczalności do około 3 µg/l (rys. 9), przy wartościach dopuszczalnych 10 µg/l. W przypadku glinu średnie stężenia były na poziomie około 100 µg/l, poza przełomem lat 2017/2018 (od około 500 µg/l do 1000 µg/l, rys. 10). Zawartość glinu w wodach powierzchniowych ujmowanych do celów spożywczych nie jest regulowana. Żelazo obecne było we wszystkim badanych próbkach, a jego stężenia mieściły się w granicach od około 200 µg/l do 5200 µg/l (rys. 11). W rozporządzeniu [3] określono dopuszczalne wartości dla żelaza w zależności od kategorii wody na µg/l. Z kolei wartości dopuszczalne dla manganu mieszczą się w granicach od 50 do 1000 µg/l. Istotnie zostały one przekroczone w czerwcu i lipcu 2017 r. w punkcie pomiarowym Zdenek, ul. Częstochowska, odwodnienie z lasu. Podobnie jak w przypadku żelaza nie stanowi to poważnego problemu, ponieważ ich wysokie zawartości mogą być relatywnie łatwo redukowane w procesach uzdatniania wody. Interesujące wyniki uzyskano dla boru, którego stężenia oscylowały w granicach od około 10 µg/l do 50 µg/l, poza punktem pomiarowym Niezdara most ( µg/l, rys. 13), przy wartości dopuszczalnej 100 µg/l. Bar oznaczono we wszystkich analizowanych próbkach wód, a jego stężenia 24 LABORATORIUM

6 nie przekraczały 170 µg/l, rys. 14), przy wartości dopuszczalnej od 100 µg/l (woda kategorii A1) do 1000 µg/l (woda kategorii A3). Do metali oznaczanych w ramach prowadzonych badań, nieregulowanych w rozporządzeniu [3], należą także antymon, stront oraz wolfram. Dużą zmienność stanowiskową oraz czasową odnotowano dla antymonu. Miesiącami, które wyróżniały się na tle innych, były lipiec i listopad 2017 r., kiedy to jego stężenia oscylowały w granicach 2 µg/l (rys. 15). W przypadku strontu jego stężenia mieściły się w graniach od 80 do 250 µg/l. Wyjątkiem był kwiecień 2018 r., kiedy to jego stężenia nie przekraczały 15 µg/l (rys. 16). Obecność wolframu stwierdzono we wszystkich punktach pomiarowych (rys. 18). Wartości średnie to 1-2 µg/l, a najwyższe 6,8 µg/l. Najwyższe stężenia cynku stwierdzono w punkcie pomiarowym Rów Ożarowicki oraz Niezdara most. Ostatnim analizowanym pierwiastkiem był wanad, dla którego ustanowiono dopuszczalną maksymalną zawartość 1000 µg/l. Wartości oznaczone nie przekraczały 4,5 µg/l, a średnie były na poziomie około 0,5 µg/l. Spośród pięciu punktów pomiarowych najgorsze parametry wody (ale poniżej wartości dopuszczalnych) stwierdzono w punktach Rów Ożarowicki oraz Niezdara most na Brynicy, która stanowi dopływ do zbiornika Kozłowa Góra. Nie stwierdzono istotnej zmienności czasowej i przestrzennej oznaczanych metali i metaloidów w badanych wodach, co może świadczyć o ich stabilności. Ma to istotne znaczenie w kontekście bezpieczeństwa wody spożywanej przez mieszkańców Aglomeracji Górnośląskiej. Badania prowadzone w skali roku pozwalają określić zmienność czasową oznaczanych pierwiastków i ocenić potencjalne ryzyko zdrowotne związane z dopływem do ujęć wód przeznaczonych do spożycia. Przyczynia się to do lepszego zrozumienia wpływu źródeł antropogenicznych i przemian zachodzących w środowisku na bezpieczeństwo zdrowotne wody spożywanej przez klientów Górnośląskiego Przedsiębiorstwa Wodociągów SA w Katowicach. Rys. 15. Wyniki oznaczeń antymonu [µg/l] Rys. 16. Wyniki oznaczeń strontu [µg/l] Rys. 17. Wyniki oznaczeń cynku [µg/l] Badania sfinansowane przez Park Technologiczny EkoEnergia Woda Bezpieczeństwo w Katowicach. Rys. 18. Wyniki oznaczeń wolframu [µg/l] Piśmiennictwo 1. Minczewski J., Marzenko Z.: Chemia Analityczna. Warszawa Szczepaniak W.: Metody instrumentalne w analizie chemicznej. Warszawa Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 27 listopada 2002 r. w sprawie wymagań, jakim powinny odpowiadać wody powierzchniowe wykorzystywane do zaopatrzenia ludności w wodę przeznaczoną do spożycia. Dz.U. 2002, nr 204, poz Rys. 19. Wyniki oznaczeń wanadu [µg/l] 3/