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

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 Р0₄^3—.

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

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.