Формы нахождения тяжелых металлов в морской воде.

Статистическая характеристика химического состава придонных и поверхностных вод представлены в табл. 10 и 11 (концентрации химических элементов и нефтеуглеводородов в мг/дм³). Из приведенных данных видно, что распределение химических элементов достаточно однородно и несущественно различается для придонного и поверхностного слоя воды.

Таблица 10. Результаты статистической обработки данных о химическом составе

придонного слоя морской воды

Эл-ты	Число проб	среднее	min	max	станд. отклонение	коэф. вариации
Cd		0,0051	0,003	0,009	0,002	0,39
Cu		0,0019	0,001	0,004	0,001	0,52
Mn		0,0011	0,001	0,003	0,001	0,91
Ni		0,0018	0,001	0,004	0,001	0,55
Pb		0,0034	0,002	0,006	0,001	0,29
Fe		0,0178	0,020	0,050	0,010	0,56
Zn		0,0043	0,003	0,006	0,001	0,25
нефтеуглеводороды		0,014	0,010	0,020	0,003	0,23

Таблица 11. Результаты статистической обработки данных о химическом составе поверхностного слоя морской воды

Эл-ты	Число проб	среднее	min	max	станд. отклонение
Cd		0,001	0,005	0,002	0,005
Cu		0,001	0,001	0,004	0,001
Mn		0,002		0,007	0,002
Ni		0,001	0,001	0,004	0,001
Pb		0,002	0,002	0,005	0,001
Fe		0,03	0,02	0,07	0,013
Zn		0,004	0,003	0,007	0,001
нефтеуглеводороды		0,0125	0,025	0,005	0,005

Полученные результаты анализа вод были использованы далее для расчета миграционных форм химических элементов в водах с помощью программы PHREEQC, которая представляет собой компьютерную программу для моделирования химических реакций и процессов переноса в природных или загрязненных водах. Примеры расчета представлены в Приложении 5. При некотором различии химического состава в отдельных пробах прослеживаются следующие общие закономерности в распределении преобладающих миграционных форм:

1) Для Mn, Zn и Ni преобладающими миграционными формами являются свободные ионы. Ниже приведены доли основных миграционных форм этих элементов:

Mn²⁺ (80% от общего содержания) – MnSO₄⁰ (10,5%) – MnCl⁺ (4,9%) – MnCl₂⁰ (2%)

Zn²⁺ (71% от общего содержания) –ZnCl⁺ (14%) – ZnSO₄⁰ (11%) – ZnCl₂⁰ (3,2%)

Ni²⁺ (91% от общего содержания) – NiSO₄⁰ (8,9%)

2). Для Pb и Cd преобладающими формами являются хлоридные комплексы

PbCl⁺ (62% от общего содержания) – Pb²⁺ (19%) – PbCl₂⁰ (14%) – PbCl₃^-(3,1%)

CdCl⁺ (71% от общего содержания) – CdCl₂⁰ (15%) – Cd²⁺ (11%) – CdCl₃^-(2%)

3). Для Cu и Fe преобладающей формой являются гидроксокомплексы.

CuOH⁺(81% от общего содержания) – Cu²⁺ (25%) – CuCl₂⁰ (1,3%)

Fe(OH)₃⁰ (93% от общего содержания) – Fe(OH)₂⁺ (4,2%) – Fe(OH)₄^- (2,1%)

На рис. 17-23 эти соотношения миграционных форм представлены в виде круговых диаграмм.

Рис.17

Рис 18

Рис 19

Рис 20

Рис.21

Рис. 22

Рис.23.

Процесс миграции в водной среде характеризуется неодинаковой интенсивностью (скоростью) как для разных элементов, так и для одного и того же элемента, мигрирующего в различных природных обстановках. Для количественной оценки интенсивности водной миграции элементов используется коэффициент водной миграции (К_х) (Перельман, 1979). Значение коэффициента определяется как отношение содержания химического элемента в минеральном остатке воды к его содержанию в водовмещающих породах или кларку литосферы и рассчитывается по формуле:

,

где К_х - коэффициент водной миграции; m_х – содержание элемента Х в воде в г/л; а - минерализация воды, мг/л; n_х - процентное содержание элемента Х в водовмещающих породах или в литосфере (кларк). При гидрогеохимических исследованиях водоемов за n_х часто принимается процентное содержание химического элемента в донных отложениях. Если для вод с активной циркуляцией Кх характеризует интенсивность миграции, то для вод застойных он характеризует интенсивность накопления в водах (морских, озерных, глубоких горизонтах подземных вод) (Перельман, 1979).

Ниже представлены Ряды миграции для кислородсодержащих вод зоны гипергенеза (по А.И.Перельману).

Интенсивность миграции	KX	Состав ряда
Очень сильная	n×10-n×10^2	S, Cl, B, Br, I
Сильная	n-n×10	Ca, Na, Mg, F, Sr, Zn, Mo, Se, Au
Средняя	n×10^-1-n	Si, K, Mn, P, Ba, Rb, Ni, Cu, Li, Co, Cs, As, Ra
Слабая и очень слабая	n×10^-2 и меньше	Al, Fe, Ti, Zr, Th

Нами были рассчитаны коэффициенты водной миграции для средних содержаний элементов в придонном слое воды и в поверхностном слое донных осадков. При расчетах мы полагали минерализацию исследуемой воды равной 17620 мг/дм³ (среднее значение для исследованных проб).

Получен следующий ряд миграционной подвижности:

Cd – нефтеуглеводороды – Pb, Cu – Zn, Ni – Fe, Mn.

Заключение.

В результате проведенной работы:

— Определен химический состав 212 проб донных отложений Керченского пролива. Не установлено существенного загрязнения поверхностного слоя донных осадков тяжелыми металлами по сравнению с фоновыми значениями для Чёрного моря.

— Построены карты содержания элементов-загрязнителей в поверхностном слое донных осадков

— Определены формы нахождения Fe, Mn, Ni, Cu, Zn, Pb, Cd. Наибольшая доля легко сорбированных (обменных) форм, способных к десорбции при взаимодействии с морской водой, установлена для Cd; относительно высока доля подвижных форм для Mn и Zn.

— Определен химический состав 44 проб воды. Обнаружены незначительные превышения кларкового содержания в морской воде для Fe и Mn и существенно повышенные концентрации Сd и Pb, что, вероятно, является гидрохимической особенностью данной территории.

— Рассчитаны преобладающие миграционные формы в морской воде и коэффициенты водной миграции в системе “донные осадки – вода” для Fe, Mn, Ni, Cu, Zn, Pb, Cd, характеризующие интенсивность их накопления в воде. Наибольшие значения получены для Cd и нефтеуглеводородов.

Список литературы.

1. Барабанов.В.Ф. Геохимия. Л.:Недра 1985г, 422с

2. Бок Р. Методы разложения в аналитической химии. Пер. с англ. Под ред. А.И. Бусева и Н. В. Трофимова. – М.: Химия, 1984. 432с.

3. Геохимия окружающей среды. Под редакцией Ю.Е. Саета. Москва: Недра, 1990. 335c.

4. Калмыкова Н.А. Введение к курсу-практикуму “Литолого-минералогические методы при экогеологических исследованиях”. С-Пб, 2001г

5. Кузнецов В.А., Шимко Г.А. Метод постадийных вытяжек при геохимических исследованиях. Минск: Наука и техника. 1990. 86 c.

6. Методика выполнения измерений массовой доли элементов в пробах почв, грунтов и донных отложениях метовами атомно-эмиссионной и атомно-абсорбционной спектрометрии. Нормативный документ. СПБ; 2008. 29с.

7. Основы аналитической химии. Практическое руководство: Учеб. Пособие для вузов/ В. И. Фадеева, Т. Н. Шеховцова, В. М. Иванов и др.; Под ред. Ю. А. Золотова. - М.: Высш. шк., 2001. 463 с.:

8. Перельман А.И. Геохимия. М.: Высшая школа. 1979. 423 с.

9. Разенкова Н.И., Филиппова Т.В. Использование фазового химического анализа при изучении антропогенных потоков рассеяния. Доклады АН СССР. 1984. Т.78. N2. С. 465-468.

10. Современные физические методы в геохимии: Учебник / В. Ф. Барабанов, Г. Н. Гончаров, М. Л. Зорина и др.; Под ред. В. Ф. Барабанова. – Л.: Изд-во Ленинградского ун-та, 1990. 391с.

11. Соколова О.В. Экспериментальное исследование и термодинамическое моделирование миграции тяжелых металлов в системе “вода – донные отложения” в зоне антропогенного. Диссертация на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук. – Москва.: 2008

12. Шнюков Е.Ф, Аленкин В.М, Путь А.Л, Науменко П.И, Иноземцев Ю.И, Скиба С.И. Керченский пролив. Киев.: Наукова Думка 1981г, 168с.

Дата добавления: 2015-08-05