Content and forms of copper and zink migration in natural waters of Vasyugan Swamp.pdf Территория Западной Сибири характеризуется очень высокой заболоченностью, достигающей местами 80%, что не может не отразиться на химическом составе и качестве поверхностных и подземных вод региона. Однако механизмы и закономерности влияния болот на гидрогеохимический режим пока изучены недостаточно полно, особенно на участках добычи полезных ископаемых, где очень часто практически любое несоответствие установленных нормативов качества связывается с загрязнением вод. Важным обстоятельством является и то, что предельно допустимые концентрации (ПДК) ряда тяжелых металлов во многих случаях установлены для растворенной формы, в то время как при проведении научных исследований, инженерных изысканий и экологического мониторинга используются методики определения валовых содержаний. Соответственно, при определенных обстоятельствах может произойти необоснованное занижение оценки качества вод с последующими претензиями к предприятиям - источникам возможного загрязнения. Все это и определило цель рассматриваемой работы - оценку средних валовых содержаний в природных водах болотных экосистем и форм миграции тяжелых металлов Си и Zn как наиболее часто определяемых в экологической практике. Достижение поставленной цели предполагает определение средних содержаний макро- и микроэлементов, биогенных и органических веществ в различных водных объектах (болотные, речные и подземные воды), входящих в состав болотных экосистем таежной зоны Западной Сибири, включая восточный участок Васюганского болота, который и послужил главным объектом исследования (рис. 1). Исходные данные получены преимущественно авторами в процессе научных исследований и инженерных изысканий, проведенных в Томском политехническом университете (ТПУ) и ОАО «Томскгеомониторинг» в 1998-2012 гг. Кроме того, при анализе использовались опубликованные данные других авторов и организаций, обобщенные в [1]. Рис. 1. Ориентировочные границы Васюганского болота и местоположение опорного пункта исследований в водосборе р. Ключ (1). Схема размещения пунктов отбора проб воды в болотных экосистемах более подробно рассмотрена в работах [10, 14] Исследование включало в себя несколько этапов: 1) отбор проб болотных, речных и, частично, подземных и атмосферных вод, полевое определение быстро изменяющихся компонентов и консервация проб; 2) определение химического состава вод в аккредитованной проблемной научно-исследовательской лаборатории гидрогеохимии научно-образовательного центра «Вода» ТПУ, включая валовые содержания тяжелых металлов; 3) определение растворенных, коллоидных и взвешенных форм миграции Cu и Zn; 4) обобщение данных ТПУ и ОАО «Томскгеомони-торинг», полученных при участии авторов, с материалами других авторов и организаций при условии использования тех же или аналогичных методик; 5) термодинамические расчеты растворенных форм миграции. Отбор водных проб проводился с помощью пробоотборников в специально подготовленные емкости, в том числе проб: болотных вод - из деятельного горизонта торфяной залежи с учетом рекомендаций [2], речных вод - из слоя 0,2-0,5 м от поверхности согласно [3]. Для проведения общего химического анализа пробы воды отбирались в полиэтиленовые бутылки объемом 1,5-3,0 л доверху и плотно закрывались. Оценка содержаний устойчивых компонентов в пробах воды проводилась в лабораториях сразу по мере поступления проб. Для анализа неустойчивых компонентов консервация проб осуществлялась в соответствии с требованиями [4]. Определение концентраций тяжелых металлов выполнялось методом инверсионной вольт-амперометрии на приборе ТА-4 с пределами обнаружения, мкг/дм3: Zn - 0,5; Си - 0,6; Pb - 0,2; Cd - 0,2 [5]. Содержания прочих элементов и соединений оценивались: Ca2+ - методом титриметрии с пределом обнаружения 1 мг/дм3; Na+ и K+ - атомно-абсорбционной спектроскопией (ААС) с пламенной атомизацией, 1 мг/дм3; HCO3- - методом титриметрии, 3 мг/дм3; SO42- - методом турбидиметрии, 2 мг/дм3; Cl- - методом титриметрии, 0,3 мг/дм3; азота нитритного, нитратного, аммонийного - методом фотометрии с пределами обнаружения 0,01, 0,1, 0,05 мг/дм3 соответственно; PO43- - методом фотометрии, 0,05 мг/дм3; Si - методом фотометрии, 0,2 мг/дм3; железа общего - методом фотометрии, 0,05 мг/дм3; Al - ААС с электротермической атомизацией, 0,02 мг/дм3; F- - методом по-тенциометрии, 0,15 мг/дм3; Mn - ААС с электротермической атомизацией, 0,005 мг/дм3; Hg - ААС с электротермической атомизацией, 0,00005 мг/дм3; веществ, идентифицируемых как «нефтепродукты», - методом флуориметрии, 0,005 мг/дм3; фенолов - методом флуо-риметрии, 0,0005 мг/дм3; фульвокислот (ФК) - методом титриметрии, 2 мг/дм3; гуминовых кислот (ГК) - методом титриметрии, 0,2 мг/дм3; СО2 - методом титриметрии, 10 мг/дм3. Химическое потребление кислорода (ХПК) по бихроматной окисляемости определялось методом фотометрии с пределом обнаружения 5 мгО2/дм3; перманганатная окисляемость (ПО) - методом титриметрии, 0,25 мгО2/дм3; биохимическое потребление кислорода за пять суток (БПК5) - методом титриметрии, 1 мгО2/дм3; содержание органического и неорганического углерода (Сорг, Снеорг) - методом высокотемпературного каталитического окисления (ВТКО), 1 мг/дм3; значения рН - потенциометрией, 0,05 ед. рН; значения Eh - потенциометрией, - 1200 мВ; содержание взвешенных веществ (веществ с диаметром частиц более 10-6 м) - методом гравиметрии, 5 мг/дм3; сухой остаток - методом гравиметрии, 50 мг/дм3; мутность (содержание коллоидных частиц м) - мето дом фотометрии, 0,3 гр. цв. Собственно термодинамические расчеты растворенных форм миграции были выполнены с помощью программного комплекса Hy-droGeo, разработанного М.Б. Букаты [6]. В процессе изучения форм нахождения цинка и меди оценивалось процентное соотношение взвешенных, коллоидной и истинно растворенной форм этих металлов в воде. Для отделения суммы взвешенных и коллоидных форм от растворенных сразу по мере поступления проб в лабораторию проводили фильтрацию пробы (без консерванта) с помощью мембранного фильтра с диаметром пор 0,45 мкм под давлением инертного газа. Фракция частиц размером менее 0,45 мкм, прошедшая через мембранный фильтр, отнесена к истинно растворенной форме. Общая погрешность методики определения валового содержания и форм миграции Cu и Zn не превышают 40%. Результаты исследования и их обсуждение Обобщение материалов собственных исследований и фондовых материалов ТПУ и ОАО «Томскгеомони-торинг» показало, что наиболее высокие концентрации тяжелых металлов, так же как рН и суммарное содержание растворенных солей, приурочено к евтрофным древесным болотам, а минимальное - преимущественно к олиготрофным сосново-сфагново-кустарничковым болотам («рям») или грядово-мочажинным (ГМК), гря-дово-озерковым и грядово-мочажинно-озерковым комплексам (ГМОК) (табл. 1). В распределении косвенного показателя содержания органических веществ - би-хроматной окисляемости (БО) - проявляется в целом противоположная тенденция: максимальные его значения характерны для вод олиготрофных грядово-мочажинных и грядово-мочажинно-озерковых комплексов, а минимальные - для вод евтрофных травяно-моховых болот. Т а б л и ц а 1 Среднемноголетние значения гидрохимических и физико-химических показателей болотных вод на территории Томской области1, мг/дм3 Показатель ГМК и ГМОК «Рям» Мезотрофное Евтрофное древесное Евтрофное травяно-моховое A2 N2 A N A N A N A N рН, ед. рН 3,80 9 4,18 21 4,69 9 5,90 13 5,58 19 СО2 27,7 4 69,3 10 9,3 4 11,0 2 62,1 13 Согласно [7-9], концентрации ряда металлов в природных водах гумидной зоны в значительной степени контролируются содержанием и составом органических кислот, причем если с гуминовыми кислотами образуются малорастворимые соединения, что способствует уменьшению валовых содержаний металлов, то с фульво-кислотами растворенные и, особенно, коллоидные формы способны накапливаться в водной среде. С учетом этого можно предположить, что при одновременном росте органических кислот с увеличением доли ФК следует ожидать повышения валовых содержаний некоторых металлов, а при общем уменьшении концентраций органических веществ и/или соотношения ФК/ГК - соответствующего их снижения. Данное предположение в целом подтверждается как результатами региональных обобщений [9, 10], так и данными наблюдений в сопряженных лесных и внутриболотных экосистемах на наиболее изученном участке Васюганского болота (табл. 2, 3). Показатель ГМК и ГМОК «Рям» Мезотрофное Евтрофное древесное Евтрофное травяно-моховое A2 N2 A N A N A N A N Взвешенные вещества 360,8 5 407,4 12 1031,2 6 93,9 4 96,3 9 Мутность, ЕМФ 9,9 4 57,7 10 86,3 4 45,5 9 Сухой остаток 173,3 5 195,7 6 227,4 10 225,8 6 £„ 46,7 9 35,5 21 84,5 8 243,7 13 99,7 19 Са2+ 6,2 9 7,7 21 9,4 9 24,9 13 17,3 19 Mg2+ 3,6 9 3,4 21 5,4 9 9,3 13 5,7 19 Na+ 4,3 6 1,8 16 3,9 5 11,8 13 3,6 19 К+ 1,1 6

Скачать электронную версию публикации