МІКРОЕЛЕМЕНТИ ПІДЗЕМНИХ ВОД НЕМИРІВСЬКОГО РОДОВИЩА (УКРАЇНА)
DOI:
https://doi.org/10.30836/igs.1025-6814.2024.2.306818Ключові слова:
мікроелементи, Немирівське родовище питних вод, якість вод, форми знаходження, геохімічне моделюванняАнотація
Отримані та опубліковані на даний час дані свідчать про те, що немає абсолютно шкідливих або абсолютно корисних мікроелементів, питання лише в їх концентрації та в формі знаходження у природних (в тому числі підземних) водах. Зокрема, концентрації мікроелементів у природних, в тому числі підземних водах, є предметом дискусій їх можливого як позитивного, так і негативного біологічного впливу на здоров’я людини (так званий «хронічний ефект»). Метою даної роботи є визначення методом геохімічного моделювання форм знаходження біологічно активних мікроелементів у водах Немирівського родовища питних вод у басейні р. Південний Буг. Моделювання виконано з використанням програми PHREEQC. Були проаналізовані дані про вміст мікрокомпонентів у водах трьох свердловин, розташованих в яру, і трьох свердловин уздовж р. Устя Скіфської ділянки Немирівського родовища питних вод. Встановлено, що концентрації більшості мікрокомпонентів (Sr, Ni, P, F) у водах розглянутих свердловин Немирівського родовища не перевищують ГДК. Концентрація As більша за ГДК, причому найзначніші перевищення спостерігаються у водах свердловин, розташованих у яру, в порівнянні з водами свердловин уздовж р. Устя. Концентрації Mn у свердловинах, розташованих у яру, не перевищують ГДК, проте значні перевищення спостерігаються у свердловинах вздовж р. Устя. Аналіз мінерального складу порід, результати геохімічного моделювання та різні механізми живлення свердловин, розташованих у яру та вздовж ріки, свідчать про техногенне походження мангану. Всі розглянуті води Скіфської ділянки не відповідають вимозі якості води за загальним питомим вмістом забруднювачів першого та другого класу небезпеки (ДСанПіН 2.2.4-171-10). Основною причиною такої невідповідності є підвищена концентрація арсену у водах, проте він знаходиться у відносно безпечній формі As(V). Основною формою фосфору у водах всіх розглянутих свердловин є аніон HPO42-, що є характерним для близько нейтральних величин рН вод у межах району дослідження. Концентрації фосфору та арсену значною мірою визначаються співосадженням з мінералами заліза. В умовах вод свердловин Скіфської ділянки фтор поводить себе як класичний галоген і знаходиться у ступені окиснення-1, а основним джерелом фтору є біотит і флюорит. Стронцій і манган у водах свердловин Скіфської ділянки Немирівського родовища знаходяться у ступені окиснення +2, головним чином у вигляді катіонів Me2+. Знаходження марганцю у такому ступені окиснення свідчить про його потенційну біологічну доступність. Тому необхідно провести додаткові аналітичні дослідження з визначення концентрацій Mn та органічних сполук, виконати повторне геохімічне моделювання, оцінити небезпеку цих вод для людини і розробити заходи щодо додаткового очищення вод.
Посилання
Adusei-Gyamfi J., Ouddane B., Rietveld L., Cornard J.-P., Criquet J. 2019. Natural organic matter-cations complexation and its impact on water treatment: A critical review. Water Res. ,160; 130–147. https://doi.org/10.1016/j.watres.2019.05.064
Aliasgharpour M., Farzami M. 2013.Trace Elements in Human Nutrition: A Review. Int. J Med. Invest., 2 (3). http://intjmi.com/article-1-141-en.html
Alizadeh M, Kheirouri S, Keramati M. 2023. What Dietary Vitamins and Minerals Might Be Protective against Parkinson's Disease? Brain Sci., 13; 1119. https://doi.org/doi:10.3390/brainsci13071119
Attar T. 2020. A mini-review on importance and role of trace elements in the human organism. Chemical Review and Letters, 3; 117–130. https://doi.org/10.22034/crl.2020.229025.1058
Avila D.S., Puntel R.L., Aschner M. 2013. Manganese in health and disease. Met Ions Life Sci., 13; 199–227. https://doi.org/10.1007/978-94-007-7500-8_7
Aydin I., Aydin F., Hamamci C. 2010. Phosphorus speciation in the surface sediment and river water from the Orontes (Asi) River, Turkey. Water environment research: a research publication of the Water Environment Federation, 82; 2265–2271. https://doi.org/10.2175/106143010x12609736967206
Baloch M.Y.J., Talpur S.A., Talpur H.A., Iqbal J., Mangi S.H., Memon S. 2020. Effects of Arsenic Toxicity on the Environment and Its Remediation Techniques: A Review. Journal of Water and Environment Technology, 18; 275–289. https://doi.org/10.2965/jwet.19-130
Barneo-Caragol C., Martínez-Morillo E., Rodríguez-González S., Lequerica-Fernández P., Vega-Naredo I., Álvarez Menéndez F.V. 2018. Strontium and its role in preeclampsia. Journal of Trace Elements in Medicine and Biology, 47: 37–44. https://doi.org/10.1016/j.jtemb.2018.01.003
Barneo-Caragol C., Martínez-Morillo E., Rodríguez-González S., Lequerica-Fernández P., Vega-Naredo I., & Álvarez F.V. 2019. Increased serum strontium levels and altered oxidative stress status in early-onset preeclampsia. Free radical biology & medicine, 138; 1–9. https://doi.org/10.1016/j.freeradbiomed.2019.05.001
Borciani G., Ciapetti G., Vitale-Brovarone C., Baldini N. 2022. Strontium Functionalization of Biomaterials for Bone Tissue Engineering Purposes: A Biological Point of View. Materials (Basel), 15 (5); 1724. doi:10.3390/ma15051724. PMID: 35268956; PMCID: PMC8911212
Braghetta A., DiGiano F.A., Ball W.P. 1997.Nanofiltration of Natural Organic Matter: pH and Ionic Strength Effects. J. Environ. Eng., 123: 628–641. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9372(1997)123:7(628)
Cai Y.H., Yang X.J., Schäfer A.I. 2020. Removal of Naturally Occurring Strontium by Nanofiltration/Reverse Osmosis from Groundwater. Membranes (Basel), 10; 321. https://doi.org/10.3390/membranes10110321
Chellan P., Sadler P.J. 2015. The elements of life and medicines. Philos. Trans. A Math. Phys. Eng. Sci., 373; 20140182. https://doi.org/10.1098/rsta.2014.0182
Cheng H., Hu Y., Luo J., Xu B., Zhao J. 2009. Geochemical processes controlling fate and transport of arsenic in acid mine drainage (AMD) and natural systems. Journal of Hazardous Materials, 165; 13–26. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2008.10.070
D'Haese P.C., Schrooten I., Goodman W.G., Cabrera W.E., Lamberts L.V., Elseviers M.M., Couttenye M.M., De Broe M.E. 2000. Increased bone strontium levels in hemodialysis patients with osteomalacia. Kidney Int., 57; 1107–1014. https://doi.org/10.1046/j.1523-1755.2000.00938.x
Doig L.E., Liber K. 2007. Nickel speciation in the presence of different sources and fractions of dissolved organic matter, Ecotoxicology and Environmental Safety, .66; 169–177. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2005.12.011
Duan L, Su L., He X., Du Y., Duan Y., Xu N., Wu R., Zhu Y., Shao R., Unverzagt F.W., Hake A.M., Jin Y., Gao S. 2024. Multi-element Exposure and Cognitive Function in Rural Elderly Chinese. Biol. Trace Elem. Res., 202 (4); 1401–1410. https://doi.org/10.1007/s12011-023-03774-1
Edmunds W.M., Smedley P.L. 2013. Fluoride in Natural Waters. In: Selinus O. (Ed.). Essentials of Medical Geology. Dordrecht: Springer https://doi.org/10.1007/978-94-007-4375-5_13
Emely J. 1993. Elements. Moscow: Mir (in Russian).
Farkas B., Vojtková H., Farkas Z., Pangallo D., Kasak P., Lupini A., Kim H., Urík M., Matúš P. Geochemistry of Manganese in Soils. Encyclopedia. Available online: https://encyclopedia.pub/entry/45661 (accessed on 22 June 2024).
Genchi G., Carocci A., Lauria G., Sinicropi M.S., Catalano A. 2020. Nickel: Human Health and Environmental Toxicology. Int. J. Environ Res. Public. Health, 17; 679. https://doi.org/10.3390/ijerph17030679
Genchi G., Lauria G., Catalano A., Carocci A., Sinicropi M.S. 2022. Arsenic: A review on a great health issue worldwide. Appl. Sci., 12; 6184. https://doi.org/10.3390/app12126184
Hoonjan M., Jadhav V., Bhatt P. 2018. Arsenic trioxide: insights into its evolution to an anticancer agent. J. Biol. Inorg. Chem., 23; 313–329. https://doi.org/10.1007/s00775-018-1537-9
Hughes M.F., Beck B.D., Chen Y., Lewis A.S., Thomas D.J. 2011. Arsenic exposure and toxicology: a historical perspective. Toxicol Sci., 123: 305–332. https://doi.org/10.1093/toxsci/kfr184
Hunter P. 2008. A toxic brew we cannot live without. Micronutrients give insights into the interplay between geochemistry and evolutionary biology. EMBO Rep., 9; 15–18. https://doi.org/10.1038/sj.embor.7401148
Islam R., Zhao L., Wang Y., LuYao G., Liu L.Z. 2022. Epigenetic Dysregulations in Arsenic-Induced Carcinogenesis. Cancers (Basel), 14 (18): 4502. https://doi.org/doi:10.3390/cancers14184502
Jha S.K., Singh R.K., Damodaran T., Mishra V.K., Sharma D.K., Rai D. 2013. Fluoride in groundwater: toxicological exposure and remedies. Journal of toxicology and environmental health. Part B, Critical reviews, 16: 52–66. https://doi.org/10.1080/10937404.2013.769420
Kazmierczak J., Postma D., Müller S., Jessen S., Nilsson B., Czekaj J., Engesgaard P. 2020. Groundwater-controlled phosphorus release and transport from sandy aquifer into lake. Limnol Oceanogr., 65: 2188 2204. https://doi.org/10.1002/lno.11447
Kinniburgh D.G., Milne C.J., Benedetti M.F., Pinheiro J.P., Filius J., Koopal L.K., Van Riemsdijk W.H. 1996. Metal Ion Binding by Humic Acid: Application of the NICA-Donnan Model. Environ. Sci. Technol., 30: 1687 1698. https://doi.org/10.1021/es950695h
Koliabina I., Shestopalov V., Kasteltseva N. 2023. Arsenic in Waters of the Nemyriv Drinking-Groundwater Field. 17th International Conference Monitoring of Geological Processes and Ecological Condition of the Environment, 2023. 1 5. https://doi.org/10.3997/2214-4609.2023520037
Koopal L.K., Saito T., Pinheiro J.P., Van Riemsdijk W.H. 2005. Ion binding to natural organic matter: General considerations and the NICA–Donnan model. Colloids Surfaces A: Physicochem. Eng. Asp., 265: 40 54. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2004.11.050
Listiarini K., Sun D.D., Leckie J. 2009. Organic fouling of nanofiltration membranes: Evaluating the effects of humic acid, calcium, alum coagulant and their combinations on the specific cake resistance. J. Membr. Sci., 332: 56 62. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2009.01.037
Lusk M.G., Toor G.S., Yang Y.Y., Mechtensimer S., De M., Obreza T.A. 2017. A review of the fate and transport of nitrogen, phosphorus, pathogens, and trace organic chemicals in septic systems. Critical Reviews in Environmental Science and Technology, 47: 455 541. https://doi.org/10.1080/10643389.2017.1327787
Mandal R., Hassan N.M., Murimboh J., Chakrabarti C.L., Back M.H., Rahayu U., Lean D.R. 2002. Chemical speciation and toxicity of nickel species in natural waters from the Sudbury area (Canada). Environmental science & technology, 36: 1477 1484. https://doi.org/10.1021/es015622e
Maret W. 2022. The quintessence of metallomics: a harbinger of a different life science based on the periodic table of the bioelements. Metallomics, 14. mfac051. https://doi.org/10.1093/mtomcs/mfac051
Mehri A. 2020. Trace Elements in Human Nutrition (II) An Update. Int. J. Prev. Med., 11: 2. https://doi.org/doi:10.4103/ijpvm.IJPVM_48_19
Merkel B.J., Planer-Friedrich B., Nordstrom D.K. Groundwater Geochemistry: A Practical Guide to Modeling of Natural and Contaminated Aquatic Systems. Netherlands: Springer. 2007.
Millero F. 2001.Speciation of metals in natural waters. Geochem Trans., 2: 57. https://doi.org/10.1186/1467-4866-2-57
Moiseev A.Yu. 2017. Features of quantitative composition and biological application of mineral waters. Kyiv: KIM (in Russian)
Moiseev A.Yu., Druzhina M.O., Moiseeva N.P., Shestopalov V.M. 2010. Biological aspects of the use of natural mineral waters. Kyiv: KIM (in Ukrainian).
Nguyen A.D., McMahan Z.H., Volkmann E.R. 2022. Micronutrient Deficiencies in Systemic Sclerosis: A Scoping Review. Open Access Rheumatol., 2. 14: 309 327. https://doi.org/doi:10.2147/OARRR.S354736
Nielsen F. 2014. Should bioactive trace elements not recognized as essential, but with beneficial health effects, have intake recommendations. J. Trace Elem. Med. Biol., 28: 406–408. https://doi.org/10.1016/j.jtemb.2014.06.019
Nielsen F.H. 1999. Ultratrace minerals. In Modern nutrition in health and disease. 9th edn (Еds. M.E. Shils, J.A. Olsen, M. Shike, A.C. Ross). Baltimore, MD: Williams and Wilkins, pp. 283 303.
Ozturk M., Metin M., Altay V., Bhat R. A., Ejaz M., Gul A., Unal B. T., Hasanuzzaman M., Nibir L., Nahar K., Bukhari A., Dervash M. A., & Kawano T. 2022. Arsenic and Human Health: Genotoxicity, Epigenomic Effects, and Cancer Signaling. Biological trace element research, 2. 200 (3): 988–1001. https://doi.org/10.1007/s12011-021-02719-w
Parkhurst D.L., Appelo C. User’s guide to PHREEQC (Version 2): A computer program for speciation, batch-reaction, one-dimensional transport, and inverse geochemical calculations. 1999.
Paul N.P., Galván A.E., Yoshinaga-Sakurai K., Rosen B.P., Yoshinaga M. 2023. Arsenic in medicine: past, present and future. Biometals, 36: 283–301. https://doi.org/10.1007/s10534-022-00371-y
Pierrot D., Millero F.J. 2017. The Speciation of Metals in Natural Waters. Aquat Geochem., 23: 1–20. https://doi.org/10.1007/s10498-016-9292-4
Pogonina V.I., Bondareva L.V., Grigoriev V.N., Sirchenko L.K. 1977. Report on the results of search and preliminary exploration of groundwater for water supply of Nemyrov settlement, Vinnitsa oblast, UkrSSR. Kyiv. Vol. 1 (in Russian)
Richardson J.B., Zuñiga L.X. 2021.Quantifying aluminosilicate manganese release and dissolution rates across organic ligand treatments for rocks, minerals, and soils. Acta Geochim., 2, 40: 484–497. https://doi.org/10.1007/s11631-021-00483-1
Ru X, Yang L, Shen G, Wang K, Xu Z, Bian W, Zhu W and Guo Y. 2024. Microelement strontium and human health: comprehensive analysis of the role in inflammation and noncommunicable diseases (NCDs). Front. Chem., 2: 1367395. https://doi.org/doi: 10.3389/fchem.2024.1367395
Sanitary and Epidemiological Norms 2.2.4-171-10. “Hygienic requirements for drinking water intended for human consumption”. Registered with the Ministry of Justice of Ukraine on 07 March 2022 under No. 304/37640 (in Ukrainian)
Schäfer A., Fane A.G., Waite T. 1998.Nanofiltration of natural organic matter: Removal, fouling and the influence of multivalent ions. Desalination, 118: 109–122. https://doi.org/10.1016/S0011-9164(98)00104-0
Sigel A., Sigel H., Sigel R.K.O. 2013.Interrelations between essential metal ions and human diseases. Dordrecht: Springer Science and Business Media B.V.
Spivakov B.Ya., Maryutina T.A., Muntau H. 1999. Phosphorus Speciation in Water and Sediments. Pure and Applied Chemistry, 71: 2161–2176. https://doi.org/10.1351/pac199971112161
Stetsenko B., Rudenko Yu., Shestopalov V., Saprykin V. 2023. Features of the formation of operational groundwater reserves of crystalline rocks in the area of the city of Nemyriv, Ukraine. Mineral resources of Ukraine. 2: 42–49. https://doi.org/doi:10.31996/mru.2023.2. 42-49 (in Ukrainian).
Sukhorebryi A. 2023. Biologically active trace elements in drinking water from the quaternary and the buchak aquifers. Mineral resources of Ukraine, 4; 45–47. https://doi.org/10.31996/mru.2023.4.45-47 (in Ukrainian)
Terentyev O.Y., Melnyk A.V., Ozerko M.V., Shepel V.I. 2018. Geological and economical assessment of groundwater reserves in the Skifska site of the Nemyriv field with the purpose of groundwater extraction for domestic, drinking and technological uses by “LVN LIMITED” LLC, Kyiv, Ukraine (in Ukrainian)
Zhuang F., Huang J., Li H., Peng X., Xia L., Zhou L., Zhang T., Liu Z., He Q., Luo F., Yin H., Meng D. 2023. Biogeochemical behavior and pollution control of arsenic in mining areas: A review. Front Microbiol., 2. 14: 1043024. https://doi.org/doi:10.3389/fmicb.2023.1043024
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2024 I.L. Koliabina, A.O. Sukhorebryi, K.K. Yaroshenko, T.O. Holikova
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
1. Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та безоплатно передають журналу невиключне право публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License (CC BY-NC 4.0), котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з некомерційними цілями, з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
2. Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
3. Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
