Pełny tekst - Wydawnictwa NIZP-PZH

Zwi¹zki azotu w wodach studziennych
ROCZN. PZH 2006, 57, NR 1, 49-56
49
Nr 1
JOLANTA RACZUK
ZWI¥ZKI AZOTU W WODACH STUDZIENNYCH
GMINY SOKO£ÓW PODLASKI
NITROGEN COMPOUNDS IN THE WELL WATER
OF SOKO£ÓW PODLASKI DISTRICT
Wydzia³ Rolniczy
Instytut Biologii
Katedra Ekologii i Ochrony Œrodowiska
Akademia Podlaska
08-110 Siedlce, ul. B. Prusa 12
Kierownik: dr hab. L. Kufel
W wodach pochodz¹cych z dwudziestu jeden studni kopanych i wierconych
oznaczono stê¿enia azotanów (V) i azotanów (III) oraz jonu amonowego. Stwierdzono, ¿e pod wzglêdem stê¿enia zwi¹zków azotu wody pochodz¹ce z 58% badanych studni nie odpowiadaj¹ polskim normom.
S³owa kluczowe: azotany (V) i (III), woda studzienna, parametry fizyko-chemiczne
Key words: nitrates, nitrites, the well water, physical and chemical parameters
WSTÊP
W Polsce mieszkañcy ma³ych miast i wsi, korzystaj¹ g³ównie z wody podziemnej,
a w szczególnoœci z wody o nieznanych parametrach biologicznych i fizyko-chemicznych
pochodz¹cej z p³ytkich studni kopanych. Na z³y stan jakoœci zwyk³ych wód podziemnych
zwraca uwagê wielu autorów publikacji [1, 2, 6, 7, 10] podkreœlaj¹c, i¿ stwarza ona liczne
zagro¿enia dla zdrowia ludzi i zwierz¹t. Im g³êbiej po³o¿one s¹ warstwy wodonoœne tym
woda ma wiêksz¹ wartoœæ konsumpcyjn¹.
Celem niniejszej pracy by³o poznanie zawartoœci zwi¹zków azotu w wodach studni kopanych i wierconych gminy Soko³ów Podlaski. Przedstawione wyniki s¹ fragmentem badañ
prowadzonych od kilku lat nad jakoœci¹ wód studziennych Polski Wschodniej.
MATERIA£ I METODY
Badania prowadzono w 2002 roku na terenie gminy Soko³ów Podlaski, po³o¿onej we wschodniej
czêœci woj. mazowieckiego. Gmina Soko³ów Podlaski zlokalizowana jest na terenie Zielonych P³uc
Polski oraz Nadbu¿añskiego Parku Krajobrazowego utworzonego w dolinie rzeki Bug. G³êbokoœæ
50
J. Raczuk
Nr 1
badanych studni waha³a siê od 2,4 m do 56 m. Monitoringiem objêto studnie kopane – nr 1, 3, 4,
7-15, 18, 19, 21) o g³êbokoœci 2,5-14,0 m oraz studnie wiercone – nr 2, 5, 6, 16, 17, 20) o g³êbokoœci
36-56 m. Wœród badanych studni znajdowa³y siê ujêcia po³o¿one na terenie o zwartej zabudowie
(studnie nr 1, 2, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11,12, 15, 16,) jak i po³o¿one na terenie lasu (studnie nr 20, 21) lub
otoczone kompleksem leœnym (studnie nr 4, 3, 14, 17, 18, 19).
W próbkach wody pobieranych czterokrotnie: w lutym, kwietniu, czerwcu i listopadzie 2002
roku oznaczono nastêpuj¹ce parametry fizyko-chemiczne [4]: stê¿enie azotanów (V) – spektrofotometrycznie, stosuj¹c kwas fenolodusulfonowy, stê¿enie azotanów (III) – spektrofotometrycznie
z u¿yciem kwasu sulfanilowego, stê¿enie jonu amonowego-spektrofotometrycznie metod¹ indofenolow¹, stê¿enie fosforanów – spektrofotometrycznie z molibdenianem amonu i chlorkiem cynawym, twardoœæ ogóln¹ i stê¿enie wapnia – metod¹ wersenianow¹, stosuj¹c czerñ eriochromow¹ oraz
mureksyd, chlorki – metod¹ argentometryczn¹ wg Mohra z azotanem srebra, przewodnoœæ elektrolityczn¹ (EC25) mierzono konduktometrem, odczyn (pH) – pH-metrem.
Aby ustaliæ zale¿noœci miêdzy badanymi wskaŸnikami fizyczno-chemicznymi, obliczono wspó³czynniki korelacji liniowej (r) Persona wykorzystuj¹c program komputerowy Statistica. Jakoœæ wód
studziennych oceniono, opieraj¹c siê na obowi¹zuj¹cych przepisach zawartych w rozporz¹dzeniach
Ministra Zdrowia [8] i Ministra Œrodowiska [9].
WYNIKI
Otrzymane wyniki wskazuj¹, ¿e wœród zwi¹zków azotu w badanych wodach studziennych dominuj¹ azotany (V), których œrednie stê¿enie waha³o siê od 3,9 do 162,0 mg•dm-3
(tab. I). W trakcie badañ najwiêksze stê¿enie azotanów stwierdzono w wodach studni nr 21
w Wyrêbie oraz w studni nr 7 w Czerwonce. W wodach pochodz¹cych z dziewiêciu studni
stê¿enie azotanów przekroczy³o normê dopuszczaln¹ – 50 mg NO 3-·dm-3 [8]. W okresie
monitoringu zawartoœæ azotanów w wodach pitnych ulega³a du¿ym wahaniom. Stê¿enie
azotanów (III) w badanych wodach kszta³towa³o siê œrednio od 0,03 do 0,68 mg NO-2•dm3
Najwiêksze zmiany stê¿enia azotanów (III) odnotowano w wodach studni nr 3 w Kraso.
wie oraz w wodach studni nr 7 w Czerwonce. Przekroczenie normy (0,5 mg NO2-•dm-3)
wyst¹pi³o w wodach omawianych studni w czerwcu oraz paŸdzierniku 2002 roku.
Jony amonowe w badanych wodach studziennych charakteryzowa³y siê du¿¹ dynamik¹.
Najwiêksze œrednie stê¿enie jonu amonowego w iloœci 2,60 mg NH 4·dm-3 odnotowano w
wodach studni nr 18 i 19 w Koloni Zielona, gdzie w trakcie badañ wielokrotnie przekroczy³y dopuszczaln¹ zawartoœæ wynosz¹c¹ 1,5 mg NH4•dm-3 . Obydwie studnie by³y studniami
kopanymi o g³êbokoœci 7-8 m, usytuowanymi w pobli¿u zabudowañ inwentarskich i wybiegu dla zwierz¹t.
W trakcie prowadzenia monitoringu wód studziennych stê¿enie jonów PO43- wynosi³o
œrednio od 0,3 do 14,8 mg·dm-3 (tabela I). Minimalne stê¿enie fosforanów stwierdzono
w wodach 17 badanych ujêæ, zaœ w pozosta³ych czterech ujêciach wartoœæ ta kszta³towa³a
siê powy¿ej 7,0 mg PO43- dm-3. Stê¿enie jonów chlorkowych w analizowanych wodach studziennych by³o zró¿nicowane i wynosi³o œrednio 6-156 mg Cl-·dm-3. W ¿adnym z badanych
ujêæ w trakcie badañ nie zosta³a przekroczona dopuszczalna norma wynosz¹ca 250 mg
Cl-·dm-3. Bior¹c pod uwagê skalê twardoœci badane wody zaliczono do znacznie i bardzo
twardych. Najwiêksza twardoœci¹ charakteryzowa³y siê wody studni nr 3, 11, 15, 16, 20
i 21, w których w trakcie prowadzonego monitoringu zawartoœæ CaCO3 kszta³towa³a siê
powy¿ej dopuszczalnej normy wynosz¹cej 500 mg CaCO3 •dm-3. Twardoœæ wody zale¿y
g³ównie od zawartoœci jonów wapnia i magnezu. Stê¿enie jonów wapnia w badanych wo-
Zwi¹zki azotu w wodach studziennych
Nr 1
DL
QG HU O
&
VH
UN
D]
DL
QG
HU
V
HU
ND
]
D
LQ
GH
U
P
ÂGJ
P
±H VH
LQ UN
H D]
WV
DL
QG
HU
VH
UN
D]
DL
QG
HU
V
HU
ND
]
D
U
LN
Z Z NQR
GR
]y
Q
]
L
yU
V
F
yV
Z
Z\
3O
UH
HQ
WRU
OHD
DU
]U
R.
]
D
D
3
. : &
%
2
3
Ta b e l a I .
WskaŸniki fizyczno-chemiczne wód studziennych
Physico-chemical parameters of well waters
+
1
2
1
51
2
1
ü RZ LQG
RF XWV
VMH U
L QL
0
G
R3
NR
6
R
OHL
E
=O
U\
R.
:
J. Raczuk
52
O
&
2
3
Nr 1
DL
QG
HU
V
HU
ND
]
LD
QG
HU
V
HU
ND
]
D
L QGHU P
G
J
+
1 P
±H VUH LQ ND H ] WV
DL
QG HU 2
V 1
HU ND ] Â
2
1
cd. tabeli I.
ü RZ LQG
RF WXV
MVHL UQ
0L
D
LQ
GH
U
V
HU
ND
]
D
U
O
LN
O
NQ
Q
GR
Z Zy
]y
]
G
E
R
LH=
R
L
V
3
UOH
3
FH
yV
ZU
Z\
R
W
U\
OR
OR
H
U
DU
N
Q
]U
D
3
. : ]& D% D
. R6
.
:
Nr 1
Zwi¹zki azotu w wodach studziennych
53
dach kszta³towa³o siê œrednio od 77 do 244 mg Ca ·dm -3, a jonów magnezu od 17,75 do
55,25 mg Mg ·dm-3 (tabela I).
Przewodnoœæ elektrolityczna w³aœciwa œwiadcz¹ca o stopniu mineralizacji tych wód przekroczy³a wartoœæ dopuszczaln¹ wynosz¹c¹ 2500 mS ·cm-1 w wodach studni nr 3 (tabela I).
Odczyn badanych wód zmienia³ siê œrednio od pH 6,8 do 7,3 i w ¿adnym przypadku nie
przekroczy³ dopuszczalnego zakresu dla wód pitnych pH 6,5-9,5 .
DYSKUSJA
Badania wybranych wskaŸników fizyko-chemicznych wód studziennych prowadzone na
terenie gminy Soko³ów Podlaski pozwoli³y na ocenê ich stanu czystoœci i przydatnoœci do
spo¿ycia. Bior¹c pod uwagê œrednie roczne stê¿enie azotanów (V) w wodzie stwierdzono,
¿e przekroczy³o ono wartoœæ dopuszczaln¹ w przypadku 43% badanych studni.
Wysokie stê¿enie azotanów (V) w badanych wodach zwi¹zane by³o ze z³¹ lokalizacj¹
oraz g³êbokoœci¹ tych studni. Studnie te nie posiada³y strefy ochronnej, która powinna wynosiæ 8-20 metrów, a tak¿e w wiêkszoœci przypadków znajdowa³y siê na obszarze o zwartej
zabudowie mieszkalno-inwentarskiej pozbawionej struktury sanitarnej. W pobli¿u badanych ujêæ wody znajdowa³y siê sk³adowiska nawozów organicznych, budynki inwentarskie, wybiegi dla zwierz¹t oraz szamba. Wysokie przekroczenia normy dopuszczalnej azotanów (V), w trakcie ca³ego okresu badañ, stwierdzono równie¿ w wodach studni nr 21
zlokalizowanej w gospodarstwie po³o¿onym w lesie. Studnia ta by³a odkryta, a w bliskim
jej s¹siedztwie znajdowa³ siê budynek inwentarski oraz pryzma z obornikiem. Z badañ
Ostrowskiej i P³odzik [6] wynika, ¿e stan techniczny studni oraz sposób zagospodarowania
w obrêbie zagrody wywiera istotny wp³yw na jakoœæ wody pitnej. Wysokie stê¿enie azotanów (V) i (III) oraz amoniaku, wskazuje na trwa³e zanieczyszczenie wód studziennych.
P³ytkie wody podziemne s¹ nara¿one na zanieczyszczenia przez dop³yw zwi¹zków azotu
zarówno z gospodarstw jak te¿ z pobliskich pól uprawnych. Jony amonowe w wodzie podziemnej mog¹ pochodziæ z redukcji azotanów (III) i azotanów (V) jak równie¿ z biochemicznego rozk³adu zwi¹zków organicznych zawieraj¹cych azot. Wysokie stê¿enia jonu
amonowego w wodach podziemnych s¹ spowodowane dop³ywem œwie¿ych zanieczyszczeñ, których Ÿród³em mog¹ byæ nieszczelne szamba oraz budynki inwentarskie. Bior¹c
pod uwagê obowi¹zuj¹c¹ normê, stwierdzono, ¿e 10% badanych wód studziennych charakteryzowa³o siê ponadnormatywnym stê¿eniem jonu amonowego. Stwierdzone w trakcie badañ
wysokie stê¿enie azotanów (V) w wodach studziennych, nawet czterokrotnie przekraczaj¹ce dopuszczaln¹ normê, wskazuje jak powa¿ne zagro¿enia dla jakoœci wód maj¹ wymienione powy¿ej Ÿród³a zanieczyszczeñ.
Badania wielu autorów [3, 5, 11] wskazuj¹ na wystêpowanie niekorzystnych objawów u
ludzi i zwierz¹t nara¿onych na spo¿ycie azotanów (V) i azotanów (III). W przewodzie pokarmowym azotany (V) redukowane s¹ przez bakterie denitryfikacyjne do azotanów (III).
Toksyczne dzia³anie azotanów (III) wi¹¿e siê z ich w³aœciwoœciami utleniaj¹cymi, efektem
których jest utlenianie hemoglobiny do methemoglobiny oraz utlenianie witaminy A. Rozpad witaminy A zachodzi jeszcze przed adsorpcj¹ w przewodzie pokarmowym. Niedobór
witaminy A poci¹ga za sob¹ zaburzenia syntezy bia³ka, budowy struktur komórkowych,
podwy¿szenie stê¿enia kwasu moczowego we krwi oraz wzrost aktywnoœci arginazy nerkowej [11]. W methemoglobinemopatiach zachodzi zwiêkszone utlenianie Fe2+ do Fe3+, co
J. Raczuk
54
Nr 1
powoduje zak³ócenie w przenoszeniu tlenu. U dzieci methemoglobinemia objawia siê b³êkitnym odcieniem naczyñ krwionoœnych, st¹d te¿ nazywa siê j¹ „ chorob¹ b³êkitnych dzieci” lub sinic¹. Azotany (III) s¹ szczególnie niebezpieczne dla niemowl¹t do szóstego miesi¹ca ¿ycia, ze wzglêdu na obecnoœæ we krwi tzw. hemoglobiny p³odowej, bardziej podatnej na utlenienie oraz nie zawieraj¹cej enzymu: reduktazy methemoglobiny, która jest zdolna do odblokowania hemoglobiny. Azotany (III) powoduj¹ równie¿ wzrost ciœnienia krwi
i nieprawid³ow¹ pracê miêœnia sercowego na skutek niedotlenienia, dzia³aj¹ te¿ mutagennie
i rakotwórczo, gdy¿ s¹ prekursorami nitrozoamin [5, 11]. W przewodzie pokarmowym
w obecnoœci amin 2-rzêdowych mog¹ powstawaæ nitrozoaminy, bêd¹ce zwi¹zkami rakotwórczymi. Rak ¿o³¹dka wystêpuje szczególnie czêsto wœród ludnoœci wiejskiej i zachorowalnoœæ koreluje z bardzo wysok¹ zawartoœci¹ azotanów (III) i azotanów (V) [3,11].
Otrzymane wyniki wskazuj¹, ¿e wysokim stê¿eniom zwi¹zków azotowych w wodach na
ogó³ towarzyszy zwiêkszone stê¿enie fosforanów. W Polsce obowi¹zuj¹ca norma dla wód
pitnych wynosi 5 mg P2O5, co w przeliczeniu wynosi 3,3 mg PO43- dm3. Bior¹c to pod
uwagê, stwierdzono, ¿e w 33% wód studziennych norma ta zosta³a przekroczona. Nadmiar
fosforanów mo¿e byæ tak¿e niebezpieczny dla zdrowia ludzi i zwierz¹t, gdy¿ zwi¹zki te
mog¹ buforowaæ kwasy ¿o³¹dkowe, a tak¿e wyp³ukiwaæ wapñ z koœci oraz os³abiaæ wch³anianie magnezu, cynku i ¿elaza. Jak wynika z przeprowadzonych badañ 33% wód studziennych to wody o ponadnormatywnej zawartoœci CaCO3. Kationami decyduj¹cymi o stopniu
Ta b e l a I I .
Wspó³czynniki korelacji miêdzy badanymi wskaŸnikami
Coefficient of correlation between indexes studied
=DOH QR FLL]ZL ]NL
1
U
S
12(&
1232
12Já ERNR ü
12(&
1232
120J
&O&D&2
&O&D
&O0J
&O(&
&D&2(&
&D(&
0J(&
(&±Já ERNR ü
N РliczebnoϾ, number
r – wspó³czynnik korelacji, coefficient of correlation
p – poziom istotnoœci, significance level
Nr 1
Zwi¹zki azotu w wodach studziennych
55
twardoœci wody s¹ g³ównie wapñ i magnez. Wapñ nie jest normowany w przepisach polskich, natomiast zawartoœæ magnezu powinna mieœciæ siê w przedziale 30-125 mg·dm-3.
W wodzie pochodz¹cej z 86% studni stwierdzono niedobór tego pierwiastka. Magnez jest
pierwiastkiem niezbêdnym do prawid³owej pracy serca oraz uk³adu nerwowego. Stê¿enie
badanych wskaŸników na ogó³ wykazywa³o znaczne wahania w czasie. Najwiêksz¹ zmiennoœci¹ stê¿eñ charakteryzowa³y siê g³ównie zwi¹zki azotu, jednak¿e nie mo¿na ustaliæ wyraŸnej prawid³owoœci w dynamice sk³adu jonowego badanych wód studziennych. W niniejszych badaniach nie stwierdzono wyraŸnej zale¿noœci pomiêdzy stê¿eniem jonów a por¹
roku, co stwierdzaj¹ niektórzy autorzy [2, 7]. Analiza statystyczna wykaza³a istotne korelacje pomiêdzy takimi wskaŸnikami jak: azotany (V), fosforany oraz przewodnoœci¹ elektrolityczn¹, co wskazuje, ¿e mog¹ one pochodziæ z tych samych Ÿróde³ zanieczyszczeñ, jakimi
by³y budynki inwentarskie oraz wybiegi dla zwierz¹t, nieszczelne szamba. Ujemna korelacja pomiêdzy zawartoœci¹ azotanów (V), przewodnoœci¹ elektrolityczn¹ oraz g³êbokoœci¹
studni wskazuje, ¿e wody z p³ytkich studni nara¿one s¹ na zwiêkszony dop³yw zanieczyszczeñ (tabela II). Na stopieñ mineralizacji badanych wód (E25) wp³ynê³o g³ównie stê¿enie
CaCO3 oraz stê¿enie chlorków, o czym œwiadcz¹ wysokie wspó³czynniki korelacji pomiêdzy tymi wskaŸnikami.
Bior¹c pod uwagê obowi¹zuj¹ce przepisy [9] oraz œrednie roczne wartoœci badanych
wskaŸników stwierdzono, ¿e monitorowane wody w wiêkszoœci kwalifikowa³y siê do klasy
IV (48% wód o jakoœci niezadowalaj¹cej) i klasy V (24% wód z³ej jakoœci). Wody o jakoœci
zadowalaj¹cej – klasa III stanowi³y 19%, a wody dobrej jakoœci – klasa II tylko 9%. Na tak¹
klasyfikacjê badanych wód podziemnych wp³ynê³y g³ównie zwi¹zki azotu, a w szczególnoœci azotany (III) i azotany (V).
WNIOSKI
1. Uzyskane wyniki wskazuj¹, ¿e zawartoœæ zwi¹zków azotu w 58% badanych wód studziennych nie odpowiada obowi¹zuj¹cym normom. G³ównym zwi¹zkiem stanowi¹cym zanieczyszczenie wody do picia s¹ azotany (V).
2. Wœród badanych wód przewa¿aj¹ wody o niezadowalaj¹cej i z³ej jakoœci, które nie
powinny byæ wykorzystywane do picia, zw³aszcza przez dzieci i kobiety w ci¹¿y.
3. Spoœród 21 monitorowanych wód studziennych tylko w dwóch wszystkie badane wskaŸniki, z wyj¹tkiem magnezu, przez ca³y okres badañ spe³nia³y zalecane normy.
4. Z uwagi na wystêpowanie w badanych wodach studziennych ponadnormatywnych
stê¿eñ sk³adników nieobojêtnych dla zdrowia cz³owieka oraz ich du¿¹ dynamikê, uwa¿a siê
za wskazane prowadzenie monitoringu jakoœci wód studziennych kilkakrotnie w ci¹gu roku.
J. Raczuk
NITROGEN COMPOUNDS IN WELL WATER OF THE SOKO£ÓW PODLASKI DISTRICT
Summary
In the year 2002 the quality of well waters was monitored in the area of Soko³ów Podlaski district.
Water samples collected four times per year from twenty once dug and drilled wells were examined
for : NO3-, NO2-, NH4+, PO43-, Cl-, pH, total hardness and electrolytic conductivity. These studies
56
J. Raczuk
Nr 1
showed that 58% out of all the analyzed water wells did not meet the requirements of standards
related to nitrogen compounds content. During the whole period of the studies only 2 wells among
21 investigated met all the required standards as far as the examined parameters. These were the
drilled wells of relevant localization and well enough isolated from all the sources of pollution.
PIŒMIENNICTWO
1. Burchard J.: Stan i antropogeniczne zmiany wód gruntowych w œrodkowej Polsce. [W:] Stan
i antropogeniczne zmiany jakoœci wód w Polsce, red. J. Burchard, U£, £ódŸ 2000, 226-238.
2. Czerwiñski Z., Pracz J.: Dynamic of soluble salt ions in water of the open and drilled wells in the
area of £omianki commune. Pol. Ecol. Stud.1987,13(3-4), 403-407.
3. Gulis G., Czompolyova M., Cerhan .J.R.: An ecologic study of nitrate in municipal drinking
water and cancer incidence in Trnava district, Slovakia. Environ. Res. Sec.A 2002, 88,.182-187.
4. Hermanowicz W., Do¿añska W., Dojlido J., Koziorowski B., Zerber J.: Fizyczno-chemiczne badanie wody i œcieków. Arkady, Warszawa 1999.
5. Malberg J., Savage E., Osteryoung J.: Nitrates in drinking water and early onset of hyportension.
Environ. Pollution 1978, 5,155-160.
6. Ostrowska E.B., P³odzik M.A.: Wp³yw otoczenia zagrody wiejskiej na jakoœæ wody w studniach
przydomowych. Wiad. Inst.. Melior. U¿yt.. Zielon. 1999, 20 (1), 19-27.
7. Pokojska U., Dopiera³a W.: Dynamika sk³adu chemicznego wody z wybranych studni gminy
Koœcielec. [W:] Stan i antropogeniczne zmiany jakoœci wód w Polsce, red. J. Burchard, U£,
£ódŸ 2000, 239-242.
8. Rozporz¹dzenie Ministra Zdrowia z dnia 19 listopada 2002 r. w sprawie warunków, jakim powinna odpowiadaæ woda do picia i na potrzeby gospodarcze. Dz. U. z 2002 r, nr 203, poz.1718.
9. Rozporz¹dzenie Ministra Œrodowiska z dnia 11 lutego 2004r. w sprawie klasyfikacji dla prezentowania stanu wód powierzchniowych i podziemnych, sposobu prowadzenia monitoringu oraz
sposobu interpretacji stanu tych wód. Dz. U. 2004 r. nr 32, poz. 284.
10. Szczykowska J., Wierzbicki T.: Badania nad zawartoœci¹ zwi¹zków azotu w studziennych wodach
podpowierzchniowych. Przeg. Komunal. 1998, 10. 34-37.
11. Traczyk J.: Azotany i azotyny – wystêpowanie i wp³yw na zdrowie cz³owieka. W: Wspó³czesne
pogl¹dy w nauce: ¿ywnoœæ, ¿ywienie, prawo a zdrowie. Zak³. Hig. ¯ywn. ¯yw. Warszawa 2000,
79-89.
Otrzymano: 2005.07.12