Геохимическая типизация загрязнённых подземных вод на участке Гомельского химического завода

0
63
Геохимическая типизация загрязнённых подземных вод на участке Гомельского химического завода

Изменения химического состава подземных вод под влиянием загрязняющих веществ не хаотичны и беспредельны, а строго детерминированы. Химический состав техногенно-загрязнённых подземных вод связан с формированием строго определённых геохимических ситуаций, внутри которых набор компонентов, их миграционные формы и концентрации имеют причинную обу­словленность. Путём анализа геохимических ситуаций, создаваемых в подземных водах различными видами загрязнения, выра­женных через суммарные pH-Eh показатели, выделены геохимические типы техногенно-загрязнённых подземных вод [1].

Кислые стоки предприятий формируют сульфатные воды с высокими значениями Eh [2, 3]. На участке промышленного производства и складирования отходов химического завода в г. Г омеле кислотно-щёлочные и окислительно-восстановительные условия подземных вод варьируют в широких пределах и постоянны во времени (табл. 1); изменение их в пространстве сопря­жено с расположением отдельных источников загрязнения. Показатели pH-Eh закономерно влияют на непосредственные формы нахождения химических элементов в растворах [4].

Таблица 1

Характеристика кислотно-щёлочных и окислительно-восстановительных условий подземных вод на участке Гомельского химического завода

Скважина pH Eh
п хсред шах min n хсред. max min
451 9 3,85 4,74 3,35 9 +304 +390 +180
50 6 4,15 4,74 3,76 6 +190 +420 —200
15 12 4,27 4,85 3,86 5 +420 +460 +396
42 7 5,22 5,65 4,50 7 +420 +490 +350
43 4 5,76 5,89 5,57 4 +330 +480 +280
9 12 5,80 6,14 5,63 3 +235 +260 +190
47 8 5,82 6,52 4,80 8 +350 +495 +260
48 5 6,47 7,02 6,20 5 +220 +275 +160
32 7 6,47 7,04 6,14 4 +250 +270 +225
33 7 6,55 7,14 6,09 4 +180 +200 +125
28 7 6,70 7,29 6,36 3 +260 +305 +221
6 12 6,71 7,11 6,16 7 +280 +330 +190
38 6 6,75 7,27 6,40 6 +250 +365 +175
37 5 6,81 7,22 6,46 5 +230 +290 +250
44 7 6,99 7,29 6,78 7 +220 +280 +180
41 9 7,06 8,28 5,85 9 +280 +380 +180
7 12 7,17 7,52 6,80 8 +320 +409 +215
30 12 7,83 8,73 7,16 8 +315 +370 +263
31 11 7,89 8,57 7,29 8 +280 +305 +175
34 12 9,22 9,31 9,12 2 +330 +360 +305
39 9 1,93 2,26 1,57 9 +15 +165 -140
39а 7 9,60 7,03 6,81 7 +120 +190 +40
46 9 2,28 3,97 0,91 9 — 105 +15 — 184
46а 7 6,20 6,96 4,64 7 +135 +180 +105
155 2 7,00 7,55 6,67 2 +335 +385 +290
10а 3 6,90 7,12 6,76 3 +340 +390 +270
106 3 7,50 8,00 7,20 3 +250 +340 +150


1
— скважины без буквенного индекса оборудованы на грунтовый горизонт, с индексом «а» — на напорный горизонт подморенных отло­жений, с индексом «б» — на напорный горизонт палеогеновых отложений.

Исходя из уравнения Нернста, потенциал подземных вод является функцией pH и активностей компонентов, содержащих химические элементы с переменной валентностью. Основной рН-задающей системой является смесь сильных кислот, поставля­ющих ионы Н+, и слабых кислот с их солями, обладающих буферным действием. Анализ pH-Eh состояния грунтовых вод на изучаемой нами территории показывает, что при формировании Eh-потенциала концентрация ионов Н+ не является определяю­щей. Основным элементом с переменной валентностью, содержащимся в высоких концентрациях, здесь является Fe. Корреля­ционный анализ (р = 0,05) выявил значимую зависимость Eh-потенциала от общей кислотности воды, обусловленной присут­ствием катионов-гидролизатов, в первую очередь иона Fe2+ (r[Fe2+—pH] = —0,74, r[Fe2+—Eh] = —0,86, r[Fe2+—Fe3+] = +0,83, г[общая кислотность (OK)—pH] = +0,73, r[OK—Eh] = —0,75, r[OK—Fe2+] = +0,86, r[OK—Fe3+] = +0,71).

Окисление Fe2+ —> Fe3+ + ё в сильнокислой среде затруднено. Лишь в высокоминерализованных водах в весьма незначи­тельных количествах присутствует Fe3+. Устойчивость концентраций Fe в широком интервале pH обусловлена его способностью к образованию комплексов с анионами сильных и слабых кислот. С возрастанием pH до нейтральной и слабощелочной реакции влияние анионов на растворимость соединений Fe уменьшается, что связано с образованием гидроксокомплексов и осаждением Fe. Концентрация Fe в воде в этом интервале pH лимитируется произведением растворимости гидроксидов Fe, что также обес­печивает преобладание Fe2+. Таким образом, система Fe2+ —> Fe3+ + ё является основной потенциалзадающей системой подзем­ных вод на участке Гомельского химического завода. Преобладание железа в форме Fe2+ является причиной снижения Eh- потенциала подземных вод. Высокие концентрации привнесенного NH4+ в грунтовых водах поддерживают низкие значения Eh- потенциала. Такие геохимические условиях являются благоприятными для накапливания в воде Р043—.

Типизация подземных вод на участке химического завода по суммарным pH-Eh показателям позволила выделить два гео­химических типа загрязнённых подземных вод: 1) кислые воды с высокими значениями Eh, имеющие S04—Na состав, минера­лизацию 5—50 г/дм3, pH 3,35—6,5, Eh +180—490 мВ; 2) околонейтральные воды с высокими значениями Eh, имеющие S04—Са состав, минерализацию 1—5 г/дм3, pH 6,5—7,9, Eh +160—400 мВ (табл. 2). Кислые подземные воды с высокими значениями Eh пространственно приурочены к отвалам фосфогипса и распространены в грунтовом горизонте. Это воды, претерпевшие глубо­кую техногенную метаморфизацию. По периферии отвалов и вглубь зоны активного водообмена они сменяются околонейтраль- ными водами с высокими значениями Eh.

На промышленной площадке завода выделены нетипичные и не описанные в литературе типы техногенно-загрязнённых подземных вод. Это высокоминерализованные воды Р04—Na состава сильнокислой реакции с низким положительным или от­рицательным значением Eh и щелочные воды НС03—Na состава с высоким значением Eh. Р04—Na вода формируется в геохимической ситуации, создаваемой высокими концентрациями Fe2+ и NH4+, поддерживающими низкий Eh-потенциал воды. Вода этого типа не содержит гидрокарбонатов и не обладает буферностью в отношении изменения pH, её минерализация десятки г/дм3. НС03—Na вода характеризуется преобладанием Fe3+ и высокими концентрациями НС03, её минерализация составляет единицы г/дм3. Такие воды встречены на участках интенсивных утечек стоков и технологических растворов, обусловливающих возобновляющийся градиент химического потенциала, удерживающий систему в неравновесном состоянии. На этих участках наблюдается отклонение от обратной зависимости между величинами pH- и Eh-потенциалов, характерной для природных вод.

Таблица 2

Соотношение pH-Eh условий и содержания отдельных компонентов химического состава в подземных водах на участке Гомельского химического завода, мг/дм3

Скважина pH Eh Fe2+ Fe3+ НСОз2- so42 P043–  F- NH4+

Кислые воды с высоким значением Eh

5 1,48 +320 1 528,0 0 7310 4 3130 18,4 42,3
45 3,85 +304 46,4 1,80 15 2 478 75,2 28,9 235,3
50 4,15 + 190 121,4 18,9 16 4 145 0,5 92,7
15 4,27 +420 7,9 1,90 37 1 044 1,8 9,9 9,2
9 4,83 +235 29,2 6,60 40 1 792 2,4 3,8 68,8
42 5,22 +420 4,5 2,10 51 879 0,1 31,7 9,0
43 5,76 +330 0,7 2,50 90 777 0,3 30,8 3,8
47 5,82 +350 7,4 1,10 37 335 1,2 1,54 1,7

Околонейтральные воды с высоким значением Eh

48 6,47 +220 14,9 1,30 111 173 0,1 0,7 1,3
32 6,47 +250 2,6 3,40 47 1 510 0,1 0,4 14,0
33 6,65 + 180 9,0 6,40 122 707 0,1 0,2 11,6
6 6,72 +280 100,0 2,20 210 1 473 0,5 6,8
38 6,75 +250 11,5 2,75 167 1 539 0,1 14,9 91,3
37 6,81 +230 25,7 2,12 96 338 0,3 14,7 12,0
44 6,99 +220 12,6 1,8 210 835 0,1 2,3 3,3
155 6,85 +335 12,3 0,45 70 456 0,7 0,5 1,2
41 7,06 +280 21,1 12,30 112 766 0,2 13,9 34,6
7 7,06 +320 1,4 1,20 328 1 808 11,1 7,5 100,5
28 7,16 +260 5,4 4,58 126 627 1,3 2,0 11,5
30 7,83 +315 0,77 4,80 155 493 0,9 8,15 97,4
31 7,89 +280 18,2 0,63 199 222 0,4 0,8 6,8
10а 6,90 +340 11,4 0,54 139 1 338 0,7 0,1 7,17
106 7,50 +250 16,3 0,92 253 217 0,1 0,9 0,75

Кислые воды с низким положительным или отрицательным значением Eh

39 1,93 +15 771,0 282,0 0 9 782 16 800 21,0 364,1
46 2,28 — 105 245,1 22,3 0 1 524 1 308 195,6 323,3

Щелочные воды с высоким значением Eh

34 9,22  +330 0,14 0,95 769 105 1.7  3.0 2,3

 

  1. Крайнов С. Р., Швец В. М. Гидрогеохимия. М.: Недра, 1992. 436 с.
  2. Мироненко В. Л., Молъский Е. В., Румынии В. Г. Изучение загрязнения подземных вод в горнодобывающих районах. Л.: Недра, 1988. 279 с.
  3. Оценка геохимических процессов распространения компонентов-загрязнителей в водных средах территории Астраханского газоконден­сатного месторождения и геохимической защищённости подземных вод от загрязнения: Метод, руководство / К. Е. Питьева, Н. В. Газенко, Л. М. Фокина. М.: МГУ, 1995. 109 с.
  4. Коцур В. В. Ландшафтно-геохимическая дифференциация территории влияния химического производства (на примере промкомплекса Гомельский химический завод) // Минерально-сырьевые ресурсы Беларуси—2002: состояние и перспективы освоения: Матер, между- нар. науч.-практ. конф. Минск: БелНИГРИ, 2002. С. 106—109.


Автор:
В.В. Коцур
Источник: Современные проблемы геохимии, геологии и поисков месторождений полезных ископаемых: материалы Междунар. науч. конф., посвященной 100-летию со дня рождения акад. Константина Игнатьевича Лукашёва (1907-1987), 14-16 марта 2007 г., Минск / под. ред. О. В. Лукашёва; редкол.: А. А. Махнач (пред.) [и др.]. ― Минск: Изд. центр БГУ, 2007. ― 266 с. С. 106-111.