Глава 4 миграция загрязняющих веществ в поверхностных водах с участков горных разработок

Под геохимической миграцией элементов понимают непрерывный комплекс процессов, приводящих к перераспределению химических элементов в природных телах (Сает и др., 1990). Водная миграция - это перемещение и перераспределение химических элементов в водной среде, которая, согласно А.И.Перельману (1979), является самой важной и универсальной миграционной средой. Техногенное воздействие человека на водные объекты приводит к изменению естественных геохимических циклов элементов и к формированию гидрогеохимических аномалий в непосредственной близости от источников загрязнения природных вод. Изучение уровней содержания загрязняющих веществ, форм миграции металлов и закономерностей перераспределения элементов при движении потока загрязненных вод является необходимым условием для обоснованного прогнозирования качества природных вод.

4.1. Основные факторы, определяющие миграцию химических элементов в поверхностных водах

Химический состав поверхностных вод формируется под воздействием совокупности природных и антропогенных факторов, влияющих на протекание различных процессов и распределение химических элементов, как в толще воды, так и на поверхности раздела твердой и жидкой фаз, а также атмосферы и воды. Различные соединения одного и того же элемента имеют различные термодинамические и физико-химические характеристики (свободные энергии, коэффициенты диффузии и др.). Поэтому процессы миграции элементов и их распределение невозможно правильно интерпретировать, не зная их миграционных форм в водах различного химического состава. Физические формы нахождения металлов в воде соответствуют агрегатному состоянию вещества в водной среде. Их разделяют на взвешенные и коллоидные формы, входящие в состав грубодисперсных (взвесей) и тонкодисперсных частиц (коллоидов), образующих гетерогенные системы, и на истинно растворенные формы, образующие гомогенные системы (Линник, Набиванец, 1986). В каждом из агрегатных состояний ионы металлов могут находиться в виде разнообразных химических соединений, что обусловлено сложным минеральным и органическим составом как самой природной воды, так и твердой фазы в водной среде.

Практически все исследователи, изучавшие формы миграции металлов (Florence, 1977; Stumm, Morgan, 1981; Turner et al., 1981; Линник, Набиванец, 1986; Гричук, Крайнов, 1988; Крайнов, Швец, 1992; Родюшкин, 1995), подчеркивают, что многообразие форм существования металлов в пресных природных водах создает ряд трудностей методического характера при определении этих форм. Принципиально наиболее простым является разделение всех возможных форм на три группы - взвешенные, коллоидно-дисперсные и истинно растворенные, хотя, как будет показано ниже, это разделение условно, и между этими тремя группами невозможно провести четкие грани. Распределение металлов по формам миграции обусловлено сложным комплексом гетерогенных и гомогенных физико-химических реакций, протекающих в водной среде. Наибольшее влияние на распределение металлов по формам миграции оказывают реакции комплексообразования и сорбционного осаждения элементов (Линник, Набиванец, 1986). Согласно Ф.Тютюновой (1976), в гидрохимии под комплексным соединением понимается относительно устойчивое электронейтральное или заряженное соединение, образованное ионом металла (центральным ионом) и группой ионов или электронейтральных молекул (лигандом). Значительная часть компонентов природных вод в понимании классической гидрохимии в действительности является центральными ионами и лигандами комплексных соединений. Лиганды, находящиеся в составе природных вод, разделяются на 2 группы: органические, представленные растворенным органическим веществом, и неогранические (OH^-, Cl^-, F^- и др.) (O`Shea, Mancy, 1978).

Многочисленные исследования показали, что органическое вещество природных вод играет исключительно важную роль в процессах связывания металлов в комплексные соединения (Vuceta, Morgan, 1978; Stumm, Morgan, 1981; Линник, Набиванец, 1986; Крайнов, Швец, 1992; Родюшкин, 1995). По происхождению органические вещества природных вод можно разделить на продукты биохимического распада остатков организмов и обмена веществ, главным образом, планктонного происхождения (автохтонные), и органические вещества, поступающие с речным стоком, атмосферными осадками, промышленными, хозяйственно-бытовыми и сельскохозяйственными стоками (аллохтонные). Особое место занимают поступления в природные воды гумусовых веществ, вымываемых водой из почв, торфянников, лесного перегноя и других видов природных образований, включающих остатки растений. По мнению П.Линника и Б.Набиванца (1986), для вод рек наиболее характерны органические вещества, поступающие с водосборной площади, а для озер и водохранилищ - образующиеся в результате внутриводоемных процессов.