4.2.5. Распределение металлов в составе взвешенных частиц

В настоящее время в научной литературе нет единого мнения относительно размеров частиц, относимых к категории взвешенных веществ. Так, В.С.Самарина (1977) к взвешенным веществам относит частицы водного раствора более 1000 А (>100 нм). П.Линник и Б.Набиванец (1986) в качестве нижней границы размеров взвешенных веществ рекомендуют размеры частиц 300-500 нм. В работах по геохимии океана, а также в современных исследованиях форм нахождения химических элементов в подземных водах к взвесям принято относить все частицы более 0.45 мкм (Гордеев, Петраш, 1973; Гричук, Крайнов, 1988). В зарубежной литературе широко распространена градация, согласно которой к взвешенным веществам относят все частицы, размер которых превышает 10 мкм (Stumm, Morgan, 1981). Частицы, имеющие размер в пределах 0.001-10 мкм и на которые в значительной степени влияет броуновское движение, определяются, согласно последней градации, как коллоиды. Большинство исследователей, изучавших миграцию металлов в составе взвешенных частиц (Гордеев, Петраш, 1973; Линник, Набиванец, 1986; Гричук, Крайнов, 1988; Stumm, Morgan, 1981; Morel, Gschwend, 1987; Johnson et al., 1989; West, 1990; Puls et al., 1991; Seaman et al., 1995; Johnson et al., 1996) подчеркивают важность учета миграции такого рода, поскольку металлы, входящие в состав минерального вещества тонкодисперсных взвесей и сорбированные на поверхности частиц, в меньшей степени подвержены процессам межмолекулярного взаимодействия в водном растворе и вследствие этого обладают высокой миграционной способностью. В наших исследованиях под взвешенными веществами понимаются частицы, имеющие размер более 0.45 мкм.

Сведения о гранулометрическом и химическом составе взвешенных частиц в исследуемых водных объектах по течению р.Вуоннемйок в осенний период представлены в табл.4.12, то же, но для водных объектов территории, испытывающей влияние рудников "Кировский" и "Юкспорр", дано в табл.4.13.

Таблица 4.12

Гранулометрический и химический состав взвешенных частиц в воде по течению р.Вуоннемйок (октябрь)

Точка отбора	Валовое содержание	Фракция >1 мкм	Фракция 0.45-1.0 мкм	Содержание металлов, мкг/г
				Sr	Ni	Cr	Co	Cd	Pb	Cu	Zn	Fe	Mn	Al
Условный	0.29	0.16	0.13	310	146	30	10	18	28	50	240	4572	500	41185
фон				644	0	188	0	0	0	169	800	3499	42	7119
	1.23	0.47	0.66	5596	25	61	12	10	30	194	510	10634	304	70100
Точка 5				211	19	50	1	0	0	15	227	1253	42	4068
Точка 9	1.44	0.91	0.53	1365	18	34	11	16	39	269	304	12033	1488	63560
				329	34	150	4	0	0	106	90	2326	310	5177
Точка 14	1.92	1.54	0.38	571	193	139	11	13	34	170	400	27696	2065	46135
				35	320	310	0	0	0	23	1100	9120	146	3218
Точка 18	0.78	0.4	0.38	4702	405	447	25	21	62	703	840	21550	4232	135251
				10	45	240	8	0	0	38	544	4063	675	5580

ПРИМЕЧАНИЕ. В числителе - содержание элемента во фракции >1 мкм, в знаменателе - содержание элемента во фракции 0.45-1.0 мкм.

Таблица 4.13

Гранулометрический и химический состав взвешенных частиц в поверхностных водах территории, прилегающей

к рудникам "Кировский" и "Юкспорр" (октябрь)

Место отбора	Валовое содержание	Фракция > 1 мкм	Фракция 0.45- 1.0 мкм	Содержание металлов, мкг/г
				Sr	Ni	Cr	Co	Cd	Pb	Cu	Zn	Fe	Mn	Al
Реки
Вудъяврйок (условный фон)	0.42	0.1	0.32	4325 304	221 6	93 62	6 8	16 0	158 0	305 21	320 150	9984 2027	216 143	71301 2847
Саамская	10.06	8.72	1.34	4832 2515	25 25	30 35	19 6	2 0	33 0	305 110	400 445	24612 3243	699 964	57024 37626
Юкспоррйок	2.36	1.4	0.96	6030 2147	14 13	0 98	13 8	1 0	0 0	202 113	400 160	23278 2612	949 607	124943 22779
Озеро Б.Вудъявр	1.44	0.58	0.86	6756 1193	0 33	0 233	22 2	9 0	26 0	145 64	400 165	21838 2729	2432 312	95711 14237

ПРИМЕЧАНИЕ. В числителе - содержание элемента во фракции > 1 мкм, в знаменателе - содержание элемента во фракции 0.45-1.0 мкм.

Для фоновых вод территории характерна высокая доля гранулометрической фракции 0.45-1.0 мкм. Вместе с тем, данные по химическому составу взвешенного вещества показывают, что Al, Fe, Cd, Co, Pb, Mn, Zn и Cu находятся преимущественно в составе фракции >1 мкм. Для Cr в фоновых водах характерно преобладание во фракции 0.45-1 мкм взвешенного вещества.

Содержание взвесей в р.Вуоннемйок превышает фоновое содержание для территории от 3 до 6.5 раз. Распределение содержания взвешенных частиц по течению реки достаточно однородно. Некоторое увеличение их содержания отмечается в точках нижнего течения реки (оз.Китчепахк), что может быть обусловлено как поступлением болотных вод с высоким естественным содержанием высокомолекулярных органических соединений, так и техногенным поступлением взвешенного вещества в составе сточных вод из 2-го пруда-отстойника. В загрязненных водах рек Саамская, Юкспоррйок и оз.Б.Вудъявр содержание взвесей также значительно превышает фоновый уровень. Наиболее высоко содержание взвешенных частиц в р.Саамская - более чем в 25 раз выше фонового уровня.

Распределение взвешенных частиц между фракциями 0.45-1.0 и более 1 мкм показывает, что как для фоновых вод, так и для загрязненных участков р.Вуоннемйок тонкодисперсная фракция 0.45-1.0 мкм составляет значительную часть от валового содержания взвешенного вещества (в среднем 41%), в некоторых случаях ее содержание доминирует (точка отбора 5). Для рек Саамская и Юкспоррйок характерно преобладание гранулометрической фракции более 1 мкм (59-87% от валовой концентрации). В оз.Б.Вудъявр большее количество взвешенных частиц находится во фракции 0.45-1.0 мкм.

Данные о химическом составе взвешенного вещества показывают, что содержание большинства исследуемых металлов во взвешенном веществе загрязненных вод превышает фоновые значения. В р.Вуоннемйок Al, Fe, Mn, Zn, Cd, Co, Pb находятся преимущественно в составе фракции более 1 мкм, в составе фракции 0.45-1.0 мкм мигрирует от 20 до 40% от общего содержания во взвесях Zn, Fe, Mn, Cu и Co. Такие металлы, как Ni, Cr, преобладают во фракции 0.45-1.0 мкм. Характерной особенностью распределения содержания металлов во взвесях по течению р.Вуоннемйок является значительное увеличение содержания практически всех исследуемых металлов в нижнем течении реки (точка отбора 18). Объяснением этому, по-видимому, является высокая доля органического вещества в составе взвешенной фракции вод нижнего течения реки, которое в большей степени, чем минеральная фаза аккумулирует металлы.

Распределение исследуемых металлов в реках Саамская и Юкспоррйок характеризуется аналогичными закономерностями. Al, Fe, Mn, Zn, Co находятся преимущественно в составе фракции более 1 мкм. Ni, Cr, Pb, Cu, Cd в составе взвешенных частиц загрязненного потока имеют содержание, близкое к содержанию в фоновых водах. Для Ni и Cr характерно преобладание во фракции взвесей 0.45-1.0 мкм.

Сезонная динамика содержания взвешенных частиц в воде была представлена ранее на рис.4.5. Во время весеннего снеготаяния содержание взвешенных частиц в фоновых водах увеличивается их содержание в 1.5-2 раза.

Для таких элементов, как Ni, Cr, Cd, Co, имеющих концентрации в воде на пороге аналитической чувствительности приборов, использование данных о содержании взвесей и их химическом составе позволяет оценить долю металлов, находящихся во взвешенной форме. Данные о процентном содержании взвешенной формы Ni, Cr, Cd, Co от валовой концентрации в р.Вуоннемйок представлены в табл.4.14. Такие же данные, но в отношении Ni, Cr, Cd, Co, рассчитанные исходя из химического состава взвесей, представлены в табл.4.15.

Таблица 4.14

Содержание взвешенной формы Ni, Cr, Co, Cd в воде по течению р.Вуоннемйок

Номер точки отбора	Содержание взвешенной формы металлов, % от валовой концентрации
	Ni	Cr	Co	Cd
Условный фон	29 0	3.2 16.3	0.7 0	5.7 0
Точка 5	24 26	29 33	5.6 0.9	1.8 0
Точка 9	16 18.2	15.2 40	9.6 1.9	6.3 0
Точка 14	59 24	54 30	17.3 0	28 0
Точка 18	32 3.6	45 24	5 1.6	5.6 0

ПРИМЕЧАНИЕ. В числителе - содержание элемента во фракции более 1 мкм, в знаменателе - содержание элемента во фракции 0.45-1.0 мкм.

Таблица 4.15

Содержание взвешенной формы Ni, Cr, Co, Cd в воде

Местоотбора проб	Содержание взвешенной формы металлов, % от валовой концентрации
	Ni	Cr	Co	Cd
Река
Вудъяврйок (условный фон)	5.5 0.5	19 40	1.1 5.1	3.2 0
Саамская (нижнее течение)	5.5 0.8	52 9.4	82 4.3	2.3 0
Юкспоррйок (нижнее течение)	9.7 6	0 94	36.9 15.4	0.2 0
Озеро Б.Вудъявр	0 5.8	0 67	25 3.8	2.6 0

ПРИМЕЧАНИЕ. В числителе - содержание элемента во фракции более 1 мкм, в знаменателе - содержание элемента во фракции 0.45-1.0 мкм.

В фоновых водах для Ni, Cr, Cd, Co основной формой миграции является растворенная. В водах, подверженных техногенному загрязнению со стороны рудника, наблюдается увеличение доли взвешенной формы миграции для рассматриваемых металлов.

Изложенные данные о распределении элементов и формах миграции металлов в водных системах территорий, прилегающих к рудникам "Восточный", "Кировский" и "Юкспорр", показывают сходные закономерности поведения элементов.

В водотоках рассматриваемой территории наибольший вклад в увеличение концентраций загрязняющих веществ оказывает поступление сточных вод из прудов-отстойников. Значительное поступление загрязняющих веществ происходит также вследствие поверхностного и подземного стока с водосборов, загрязненных воздушным путем. Во время весеннего снеготаяния происходит резкое увеличение концентраций таких металлов, как Fe, Al, Mn, Zn, Cu и Cr, вследствие их массового поступления с талыми водами с загрязненных водосборов.

При поступлении загрязнения в поверхностные воды происходит перераспределение металлов по формам миграции. Практически для всех рассматриваемых элементов, за исключением Sr и Cd, происходит значительное увеличение доли взвешенных и нелабильных форм. Для Al, Fe, Mn, Zn, Cu взвешенная и нелабильная форма являются доминирующими. В водных объектах территории, имеющих повышенное содержание органического вещества, наблюдается наиболее высокая доля взвешенной формы миграции металлов от их валовой концентрации вследствие образования устойчивых органоминеральных соединений между техногенно привнесенными взвешенными частицами и органическим веществом. В период весеннего половодья, наряду с увеличением валовой концентрации Fe, Al, Mn, Zn, Cu и Cr, происходит увеличение доли их взвешенных форм.

Для гранулометрического взвешенного вещества как фоновых, так и загрязненных вод характерна высокая доля тонкодисперсного материала размером частиц 0.45-1.0 мкм, в среднем составляющая 40% от валового содержания взвесей. Результаты химического анализа взвешенного вещества показывают, что Al, Fe, Cd, Co, Pb Mn и Zn находятся преимущественно в составе фракции более 1 мкм. В водах, испытывающих техногенное загрязнение, в составе фракции 0.45-1.0 мкм мигрирует от 20 до 40% от общего содержания во взвесях Zn, Fe, Mn, Cu и Co. Для таких металлов, как Ni и Cr, находящихся в составе взвесей, характерно преобладание во фракции 0.45-1.0 мкм.