Тяжелые металлы в донных отложениях. Дипломная (ВКР). Экология.
⚡ 👉🏻👉🏻👉🏻 ИНФОРМАЦИЯ ДОСТУПНА ЗДЕСЬ ЖМИТЕ 👈🏻👈🏻👈🏻
Вы можете узнать стоимость помощи в написании студенческой работы.
Помощь в написании работы, которую точно примут!
Похожие работы на - Тяжелые металлы в донных отложениях
Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе
Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе
Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе
Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе
Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе
Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе
Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе
Нужна качественная работа без плагиата?
Не нашел материал для своей работы?
Поможем написать качественную работу Без плагиата!
Руководитель темы к.т.н., Зам. генерального директора
Ответственный исполнитель _________________ к.т.н., ведущий научный
специалист ЗАО «ДАР/ВОДГЕО» Болдырев К.А.
Отчет 281, 1 ч., 43 рисунка, 40 таблиц, 270 источников литературы.
Методология экспериментального и натурного изучения процессов аккумуляции
и выноса тяжелых металлов в донных отложениях водохранилищ и озер. (отчет по
первому этапу) по базовому проекту 12фцп-М5-04 «Создание методологии
экспериментального и натурного изучения процессов аккумуляции и выноса тяжелых
металлов в донных отложениях» 21-НИОКР/3-10-2012.
Объектом исследования являлись тяжелые металлы в донных отложениях
водохранилищ и озер.
Цель работы - разработка методологии экспериментального и натурного
изучения аккумуляции и выноса тяжелых металлов в донных отложениях водохранилищ
и озер (1 этап).
В процессе работы были детально исследованы особенности
гидрогеохимического и гидродинамического поведения тяжелых металлов в донных
отложениях водных объектов (водохранилищ и озер).
В результате исследования были выполнены:
· анализ зарубежных и российских норм, критериев и методик
оценки загрязненности донных отложений и даны предложения по разработке
отечественных норм;
· обзор имеющихся моделей прогноза массопереноса тяжелых
металлов во внутриводоемных процессах.
На основе результатов комплексного химического анализа компонентного
состава донных отложений выделены основные классы загрязняющих компонентов и их
гидрогеохимические особенности;
На основании обзора моделей определены основные факторы эмиссии тяжелых
металлов (параметры моделей), даны оценки зависимостей содержания тяжелых
металлов в донных отложениях и поровой воде от свойств водных объектов.
Рассмотрены принципы классификации и типизации донных отложений с
использованием комплексных показателей.
Приведены результаты экспериментальных исследований процессов аккумуляции
в донных отложениях и выноса из них тяжелых металлов.
Степень внедрения - выполненные исследования являются первым
(промежуточным) этапом и будут использованы в рамках базового проекта
12фцп-М5-04 «Создание методологии экспериментального и натурного изучения
процессов аккумуляции и выноса тяжелых металлов в донных отложениях»
21-НИОКР/3-10-2012.
Ключевые слова: донные отложения, загрязняющие вещества, тяжелые металлы,
осадки, озера, водохранилища, геохимическое моделирование, самоочищение
водоемов.
. АНАЛИЗ КОМПОНЕНТНОГО СОСТАВА И ВЫДЕЛЕНИЕ КЛАССОВ
ОСНОВНЫХ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ
.1 ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ В ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ ВОДОЕМОВ И
ВОДОТОКОВ
.2 КЛАССИФИКАЦИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В СОСТАВЕ ДОННЫХ
ОТЛОЖЕНИЙ
. ГЕОХИМИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОВЕДЕНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В
ВОДНЫХ СИСТЕМАХ
.1 ОПИСАНИЕ ОСНОВНЫХ ГЕОХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ВОДНОЙ ФАЗЕ
.1.1 Представление процессов растворения и осаждения в
гидрогеохимических моделях
.1.2 Учет термодинамической активности растворенных веществ в
гидрогеохимических моделях
.1.2 Процессы адсорбции и десорбции на неорганическом
веществе в гидрогеохимических моделях
.1.3 Учет комплексообразования тяжелых металлов на
органическом веществе в гидрогеохимических моделях
.1.4 Учет процессов ионного обмена в гидрогеохимических
моделях
.1.5 Учет окислительно-восстановительных процессов в
гидрогеохимических моделях
.1.6 Учет кинетики геохимических процессов
.2 ПРИМЕНЕНИЕ ГИДРОХИМИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ В ЗАДАЧАХ ОЦЕНКИ
МИГРАЦИИ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ
. ОПИСАНИЕ ОСНОВ ФИЗИЧЕСКОГО ПЕРЕНОСА ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В
ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ
.1 ПЕРЕНОС РАСТВОРЕННЫХ МЕТАЛЛОВ В ПРОТОЧНЫХ И НЕПРОТОЧНЫХ
ВОДОЕМАХ
.1.1 Движение водной массы как физическая основа
конвективного переноса тяжелых металлов. Уравнения движения водной массы
.1.2 Энергетические уравнения осредненного и пульсационного
движения водной массы
.1.3 Анализ обменных процессов в водном потоке и на его
границах для обоснования методики экспериментальных и натурных исследований
переноса тяжелых металлов
.2 УЧЕТ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МЕЛКОДИСПЕРСНЫХ
ВЗВЕСЕЙ ТЕХНОГЕННОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ, СОДЕРЖАЩИХ ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ, ПРИ
КОНВЕКТИВНОМ ПЕРЕНОСЕ
.2.1 Факторы, определяющие скорость осаждения мелкодисперсных
частиц техногенного происхождения, содержащих тяжелые металлы
.2.2 Мелкодисперсные взвеси техногенного происхождения и их
роль в процессе загрязнения водных объектов и вторичном загрязнении воды
.2.3 Анализ динамических эффектов в зонах контакта жидкости с
твердыми частицами водонасыщенных донных отложений
.3 ПЕРЕНОС ТЯЖЁЛЫХ МЕТАЛЛОВ В СОСТАВЕ ВЗВЕШЕННЫХ ЧАСТИЦ В
ПРОТОЧНЫХ И НЕПРОТОЧНЫХ ВОДОЁМАХ
.3.1 Влияние сил сцепления между частицами мелкодисперсной
взвеси на хлопьеобразование и структурирование водного потока
.3.2 Модель осаждения мелкодисперсной взвеси, содержащей
тяжелые металлы, в условиях турбулентности
.3.3 Условия возникновения и разрушения придонного
стратифицированного слоя, содержащего тяжелые металлы
.3.4 Распределение частиц мелкой взвеси, содержащей тяжелые
металлы, в объеме движущейся водной массы
.4 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРОЦЕССОВ
АККУМУЛЯЦИИ ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ И ВЫНОСА ИЗ НИХ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ
.4.1 Результаты экспериментальных исследований влияния
гранулометрического состава донных отложений на обменные процессы
.4.2 Диффузия соединений тяжелых металлов из загрязненных
донных отложений в воду
.4.3 Массообменный процесс при смешении притока примеси со
спутным водным потоком
. ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ОСНОВНЫХ ФАКТОРОВ НА КОНЦЕНТРАЦИИ ТЯЖЕЛЫХ
МЕТАЛЛОВ В ПОРОВОЙ ВОДЕ ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ И В ТВЕРДОЙ ФАЗЕ
.1 ВЛИЯНИЕ КИСЛОТНОСТИ НА КОНЦЕНТРАЦИИ РАЗЛИЧНЫХ ФОРМ
МЕТАЛЛОВ В ПОРОВОЙ ВОДЕ ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ
.2 ВЛИЯНИЕ ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ УСЛОВИЙ НА
КОНЦЕНТРАЦИИ РАЗЛИЧНЫХ ФОРМ МЕТАЛЛОВ В ПОРОВОЙ ВОДЕ ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ
.3 ВЛИЯНИЕ ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА
.5 Влияние содержания общего фосфора
.7 Влияние содержания органических веществ
АНАЛИЗ ЗАРУБЕЖНЫХ И РОССИЙСКИХ МЕТОДОВ ОЦЕНКИ ЗАГРЯЗНЕННОСТИ
ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ
.1 Оценка загрязненности водной среды
5.3 Оценка загрязненности ДОННЫХ
ОТЛОЖЕНИЙ
Водохранилище - искусственный водоём, образованный обычно в долине реки
водоподпорными сооружениями для регулирования ее стока и дальнейшего
использования в народном хозяйстве.
Озеро - природный водоём в углублениях суши (котловинах), заполненные в
пределах озёрной чаши (озёрного ложа) разнородными водными массами и не имеющие
одностороннего уклона.
Донные отложения - это донные наносы и твердые частицы, образовавшиеся и
осевшие на дно водного объекта в результате внутриводоемных физико-химических и
биохимических процессов, происходящих с веществами как естественного, так и
техногенного происхождения [ГОСТ 17.1.5.01.-80; ИСО 5667-1].
Поровая вода - вода, содержащаяся в равновесии с твердыми и
адсорбционными фазами донных отложений.
Тяжелые металлы - металлы, удельный вес которых больше 5 г/см3.
Ионный обмен - процесс, при котором ионы, ассоциированные на поверхности
твердого вещества, переходят в раствор, замещаясь на поверхности веществами,
переходящими из раствора.
Ёмкость катионного обмена - суммарная способность минералов удерживать
катионы, выраженная в мг-экв./100г породы.
ЕКО - Ёмкость катионного обмена почвогрунтов и донных
отложений
ДЭС - Двойной электрический слой - Ионная сила раствора
РОВ - Растворенное органическое вещество
ОВ - Органическое вещество
ПВ - Поровая вода донных отложений
ПВ-ДО - Система донные отложения - поровая вода
ВВ - Взвешенные вещества
ФК - Фульвиновые кислоты
ГК - Гуминовые кислоты
Еh - Окислительно-восстановительный потенциал среды, В
Оценка допустимого антропогенного воздействия в водных объектах
предполагает не только определение концентраций и формы нахождения токсичных
элементов в водной толще, но и содержание загрязняющих веществ в донных
отложениях поверхностных водоёмов.
Донные отложения, образующиеся в результате отложения и седиментации взвешенного
в воде неорганического и органического материала, играют значительную роль в
формировании химического состава поверхностных водоемов.
Особенностью донных отложений, как показателя состояния водного объекта,
является то, что они являются последним звеном поступления веществ в водоемы и
водотоки, в силу чего интегрируют геохимические особенности водосборных
площадей, техногенных сбросов и водных объектов.
Являясь сложной многокомпонентной системой, донные отложения в
зависимости от условий, сложившихся в водоеме, могут служить либо источником
поступления химических соединений из донных отложений в толщу воды, либо их
аккумулятором.
К числу приоритетных загрязняющих веществ донных отложений относятся
тяжелые металлы, отличающиеся максимальной аккумуляционной способностью и
высокой токсичностью.
Так, в отличие от органических загрязняющих веществ в той или иной
степени подверженных хемо-биодеградации, тяжелые металлы лишь
перераспределяются в различных элементах водного объекта, аккумулируясь в
различных компонентах экосистем, в том числе - в гидробионтах.
Несмотря на то, что в России предусмотрен контроль состава донных
отложений водных систем в рамках Единой Государственной системы мониторинга за
состоянием окружающей среды, он вряд ли может быть эффективным при отсутствии
четких критериев опасности содержания тяжелых металлов в составе донных
отложений.
При этом следует отметить недостаточную разработанность вопросов,
связанных с ролью донных отложений в процессах самоочищения/загрязнения водных
объектов.
В настоящее время формируются понятийный аппарат и модели, позволяющие
увязывать предельно допустимые нагрузки загрязняющих веществ донных отложений
на водные объекты, связанные с миграционной способностью тяжелых металлов в
зависимости от емкостных, сорбционных свойств донных отложений,
гидрохимическими свойствами водной среды и самих поллютантов.
Подвижность и изменчивость химического состава донных отложений и их
потенциальная опасность для водной экосистемы во многом определяется
распределением соединений химических элементов в гранулометрическом спектре
донных отложений, их минералогическим составом, окислительно-восстановительным
и кислотно-щелочным режимами водных объектов, содержанием элементов,
лимитирующих интенсивность биологических процессов.
Следует признать, что разработка методологии, позволяющей определить
критерии качества донных отложений по содержанию тяжелых металлов, которые
могли бы войти в единую систему нормативов для включения их в стратегию охраны
водных и биологических ресурсов в настоящее время находится на начальной стадии
исследований.
В мировой практике используются нормативы содержания тяжелых металлов в
донных отложениях с применением разных критериев: фоновые концентрации,
интервальные оценки (либо предельные уровни) соответствующего негативного
воздействия на гидробионтов, равновесное распределение загрязняющего вещества в
системе поровая вода-донные отложения.
В Российской Федерации подобные работы находятся в начальной стадии,
можно отметить лишь единичные попытки разработки экологических нормативов
содержания индивидуальных соединений в донных отложениях с использованием
геохимического и токсикологического подходов.
Разработка обоснованных критериев качества донных отложений по содержанию
в них тяжелых металлов требует наличия методологии экспериментального и
натурного изучения аккумуляции и выноса тяжелых металлов в донных отложениях.
Это, в свою очередь, приводит к необходимости рассмотрения поведения
тяжелых металлов в различных элементах водных объектов, их подвижности в
различных фазовых состояниях и формах, доступности и токсичности тяжелых
металлов.
При этом следует учитывать интенсивность и направленность
физико-химических и биологических процессов, происходящих на границах раздела
вода водоема - взвешенные вещества - донные отложения.
Целью данного этапа работы являлась разработка методологии
экспериментального и натурного изучения процессов аккумуляции и выноса тяжелых
металлов в донных отложений водохранилищ и озер.
Основными задачами исследований являлись.
. Анализ зарубежных и российских норм, критериев и методик оценки
загрязненности донных отложений;
. Обзор имеющихся моделей прогноза массопереноса (трансформации,
количественного содержания) тяжелых металлов во внутриводоемных процессах;
. Выделение основные классов загрязняющих компонентов на основе
результатов комплексного химического анализа компонентного состава наиболее
типичных донных отложений.
. Оценка влияния основных факторов - гранулометрического состава донных
отложений, содержания в них органических веществ, содержания общего азота,
фосфора, серы, растворенного кислорода, рН и Eh среды на концентрации различных
форм металлов в поровой воде донных отложений и в твердой фазе.
. Определение основных факторов эмиссии тяжелых металлов в зависимости от
геохимических, физико-химических и гидродинамических свойств водных объектов.
. Обзор экспериментальных исследований процессов аккумуляции в донных
отложениях и выноса из них тяжелых металлов.
. Разработка Методологии экспериментального и натурного изучения
процессов аккумуляции и выноса тяжелых металлов в донных отложениях
водохранилищ и озер.
В процессе исследований был выполнен анализ компонентного состава тяжелых
металлов в донных отложениях водоемов и водотоков с выделением основных классов
по их токсичности, биодоступности, подвижности и комплексу основных
биогеохимических показателей, выполнен обзор гидрогеохимических особенностей
тяжелых метталов в системе донные отложения - поровая вода - водный объект.
Были рассмотрены основные принципы геохимического моделирования поведения
тяжелых металлов в водных объектах, дано описание основных геохимических
процессов, включая процессы:
· комплексообразования тяжелых металлов на органическом
веществе;
· окислительно-восстановительных процессов;
· кинетики
гидрогеохимических процессов.
На базе созданной гидрогеохимической модели конвективно-диффузионного
переноса рассмотрено применение метдодов гидрогеохимического моделирования в
задачах оценки миграции тяжелых металлов.
Выполнена оценка влияния основных факторов на концентрацию тяжелых
металлов в поровой воде донных отложений.
В число основных факторов были включены такие свойства водной среды и
донных отложений, как:
· кислотно-щелочные и окислительно-восстановительные условия
водных объектов;
· содержание
общего азота и фосфора;
· содержание
органических веществ;
· содержание
оксидов металлов;
· содержание
органических соединений;
· влияние гранулометрического
состава.
Учитывая, что значительная часть тяжелых металлов переносится в водных
объектах в виде взвешенных веществ, отдельная глава отчета была посвящена
описанию основ физического (гидродинамического переноса) тяжелых металлов.
При
этом были рассмотрены результаты экспериментальных исследований процессов
выноса тяжелых металлов из донных отложений, результаты экспериментальных
исследований влияния гранулометрического состава донных отложений на обменные
процессы, экспериментальные исследования диффузии соединений тяжелых металлов
из загрязненных донных отложений.
Был
выполнен анализ зарубежных и отечественных методов оценки загрязненности донных
отложений и рассмотрены основные существующие критерии их классификации по
содержанию тяжелых металлов.
Выполненные
исследования послужили основой для разработки Методологии экспериментального и
натурного изучения процессов аккумуляции и выноса тяжелых металлов в донных
отложениях водохранилищ и озер в рамках 1-го этапа исследований.
Из всех классов неорганических соединений, поступающих в биосферу в
результате человеческой деятельности, наибольшее внимание привлекают тяжелые
металлы.
В их число, согласно решению Целевой группы по выбросам Европейской
экономической комиссии ООН, включены Pb, Cd, Hg, Ni, Со, Cr, Сu, Zn, Sb а также
As и Se (формально и Se и As - неметаллы).
Некоторые из перечисленных элементов необходимы живым организмам,
поскольку входят в состав простетических групп важных биомолекул.
Многие комплексы металлов с органическими лигандами близки по своим
характеристикам (геометрическому размеру, распределению зарядов в молекуле и
др.) к обычным субстратам (аминокислотам, гормонам, нейромедиаторам) и поэтому
могут связываться с соответствующими рецепторами. Например, образуемый
метилртутью и аминокислотой цистеином комплекс имитирует незаменимую
аминокислоту метионин, участвующую в синтезе адреналина и холина.
Другой важный механизм токсического действия заключается в замене
необходимых металлов в металлсодержащих комплексах, приводящей к потере
последними биологической активности.
Однако потребность в них невелика и поступление избыточных количеств
металлов в организмы приводит к тяжелой интоксикации.
Многие тяжёлые металлы (Hg, Cd, Pb) способны проявлять высокую
токсичность даже в следовых количествах. По общей чувствительности к ним живых
организмов металлы можно расположить в ряд: Hg > Сu > Zn > Ni > Pb
> Cd > Cr > Sn > Fe > Mn.
Поступление тяжелых металлов в окружающую среду происходит как в
результате естественных процессов (образование аномально обогащенного
элементами морского и вулканического аэрозоля, выветривание почв и горных пород
и т.п.), так и в результате антропогенных выбросов.
Степень экологического воздействия тяжелых металлов определяется, в
первую очередь, формами их нахождения.
После поступления в окружающую среду они подвергаются различным
превращениям с изменением валентности и растворимости. Например,
металлургические предприятия, тепло- и электростанции выбрасывают тяжелые
металлы преимущественно в нерастворимой форме, однако в ходе атмосферного
переноса происходит постепенное их выщелачивание из минеральной
(алюмосиликатной) матрицы аэрозольных частиц и переход в ионную,
водорастворимую форму.
Такая форма обусловлена присутствием в атмосфере сильных кислот и их
предшественников, постепенно накапливавшихся в водной фазе аэрозольных частиц.
Основными антропогенными источниками тяжелых металлов служат:
· различные топливные установки;
· предприятия черной и цветной металлургии;
· горнодобывающие предприятия;
· гальванические производства.
В настоящий момент антропогенные потоки значительного ряда тяжелых
металлов превалируют над естественными источниками и составляют более 90%
общего поступления этих элементов в атмосферу.
Остановимся подробнее на поведении выбранного ряда индивидуальных тяжелых
металлов в водной экосистеме, характерной для донных отложений поверхностных
объектов.
В поверхностной воде содержание растворенного Fe, как правило, невелико.
Основные особенности, определяющие распределение Fe:
· малая подвижность соединений Fe(III) и высокая для Fe (II),
а, следовательно, влияние на осаждение и миграцию ионов Fe
окислительно-восстановительных и щёлочно-кислотных реакций среды, при этом
наблюдается и транспорт Fe в виде коллоидов, взвесей, а так же в виде
сорбированных форм на природных коллоидах и взвесях;
· образование растворимых комплексов с органическими
комплексонами (главным образом для Fe (III)), что повышает его концентрацию в
водной фазе;
· восстановление соединений Fe (III) в восстановительной
обстановке до хорошо растворимых форм Fe (II) химическим или микробиологическим
путём, при этом Fe (II) в зависимости от величины
окислительно-восстановительного потенциала (Eh = 50ч250 мВ) хорошо мигрирует в
кислых водах и ограничено в околонейтральных и основных средах.
На рисунке 1.1 представлены основные формы Fe в восстановительной (Fe
(II)) и в окислительной обстановке (Fe (III)).
FeOOH(тв) Fe(OH)3(ам)
Fe3O4(III, II) (тв) Fe2O3(тв)
Рисунок 1.1 Основные формы Fe в окислительной и восстановительной
обстановках
Оксигидроксидные фазы Fe растворяются со скоростями, сравнимыми с
карбонатами и слоистыми алюмосиликатами. Растворение оксигидроксидов Fe (III) в
присутствии микроорганизмов и ОВ наблюдается после исчерпания окислителей в
ряду O2 - NO3- - MnO2.
В водах озер и водохранилищ по сравнению с реками содержание
растворенного Fe значительно выше.
Концентрация его подвержена заметным сезонным колебаниям. Это обусловлено
воздействием комплекса физико-химических, биохимических и гидрологических
факторов, таких как рН, Еh воды, содержание растворенного кислорода, двуокиси
углерода, сероводорода, органических, в том числе гумусовых веществ, микрофлора
водоема, замедление стока, интенсивность грунтового питания и др.
Так, многолетние исследования Днепровских водохранилищ показали, что
максимальное количество Fераств., обнаруживается в них, как правило, в
зимне-весенний период.
Одним из наиболее характерных показателей, позволяющих получить
представление о формах существования Fe в этих водоемах, является соотношение
Fераств./Fевзв.
В зимне-весенний период оно составляет не менее 1,35-2,00, а летом и
осенью не превышает 0,4-0,5, т. е. в эти сезоны взвешенные формы Fe доминируют
над растворенными, следовательно, именно летом и осенью происходит активное
накопление Fe в донных отложениях.
Для вод озер и водохранилищ характерно также проявление вертикальной
стратификации в содержании Fe. Причина этого заключается в том, что в придонных
слоях воды озер и водохранилищ происходит интенсивное восстановление окисленных
форм Fe, причем процесс восстановления не является чисто химическим, так как
теснейшим образом связан с деятельностью донной микрофлоры в целом, создающей в
окружающей среде, особенно в иловых отложениях, пониженный
окислительно-восстановительный потенциал.
Механизм круговорота Fe в природных водах тесным образом связан с формами
его нахождения в иловых (поровых) водах донных отложений. Во многих работах
было показано, что Fe в них обнаруживается в основном (50-100%) в
закомплексованном состоянии, причем комплексы представлены, как правило,
высокомолекулярными соединениями.
Можно полагать, что в условиях природных вод связывание Fe в фульватные и
гуматные комплексы происходит, в основном, в процессе длительного
взаимодействия в донных отложениях и в иловых водах, когда формируется
структура гумусовых веществ и происходит их укрупнение.
В результате ионы Fe оказываются связанными в некоторые «замкнутые»
органические макроциклы, весьма устойчивые кинетически, и не диссоциирующие в
течение длительного времени.
В поверхностных водах средней полосы Российской Федерации концентрация
растворённого Mn составляет величину, как правило, до 0,05 мг/дм3, а в донных
отложениях - сотни миллиграммов в кг.. В поверхностных водах преобладает
свободный ион марганца Mn+2 c малыми долями (гидро)карбонатных, сульфатных и
хлоридных комплексов и в составе органических комплексных соединений (например,
гумино- и фульвиновокислых) или в виде высокодисперсной взвеси минеральных фаз,
коллоидов и суспензий. В условиях донных отложений Mn может образовывать
сульфидные минеральные фазы, а так же оксигидрокисдные фазы.
Основными источниками поступления его в поверхностные воды являются
железомарганцевые руды и некоторые другие минералы, содержащие Mn, сточные воды
марганцевых обогатительных фабрик, металлургических заводов, предприятий
химической промышленности, шахтные воды и т. п. Значительные количества Mn
поступают в процессе отмирания и разложения гидробионтов, в особенности сине-зеленых
и диатомовых водорослей, а также высших водных растений.принадлежит к числу
важных питательных элементов для растений и животных. Степень окисления Mn
зависит главным образом от окислительно-восстановительного потенциала среды и
концентрации водородных ионов.
Обнаружено, что снижение растворенного кислорода является главной
причиной появления Mn в придонных слоях воды. Значительную роль в этом процессе
играет также кислотность водной среды - снижение рН благоприятствует
высвобождению Mn из донных отложений.
Специальными лабораторными опытами установлена антибатная зависимость
между концентрацией Mn в воде и величиной рН, рисунок 1.2.
Механизм поступления Mn из донных отложений включает десорбцию его из
поверхности оксидов, восстановление последних, а также растворение карбонатов и
сульфидов.
Исследование форм Fe и Mn в воде оз. Эри показало, что высвобождение Mn
из донных отложений наблюдается, если степень кислородного насыщения менее 50
%.
Большая часть Mn в воде оз. Эри обусловлена поступлением его из поровых
вод донных отложений. Это вполне возможно, поскольку концентрация Mn в иловых
водах достаточно высокая (от 0,7 до 7,2 мг/л). В отличие от Fe, Mn содержится
во взвешенных веществах воды оз. Эри в относительно больших количествах, чем в
донных отложений.
В водах гиполимниона соотношение Мnраств./Мnвзв. изменяется от <1,0 до
2,0.
Считается, что в иловых водах Mn представлен преимущественно
незакомплексованными ионами Мn2+, которые поступают в воды гиполимниона и в
условиях дефицита кислорода способны определенное время существовать в них. При
этом повторное осаждение ионов Мn2+ протекает медленнее, чем поступление их из
донных отложений.
Количество взвешенного Mn в водохранилищах изменяется по сезонам. Как
правило, максимальное содержание его отмечено в летне-осенний период, а
минимальное в зимний период. Максимум содержания Мnвзв. совпадает с максимумом
биомассы фитопланктона.
Скорость поступления Mn из иловых вод в значительной мере определяется
формами его существования в них.
Наибольшая скорость диффузии характерна для незакомплексованных ионов
Мn2+ и низкомолекулярных его соединений. В то же время экспериментальным и
расчетным путем было показано, что Mn слабо связывается в комплексы в условиях
иловых вод донных отложений.
Так, в поровых анаэробных водах обнаружено лишь 10 % Mn, связанного в
комплексные соединения с растворенными органическим веществом. При общем
содержании Mn в поровых водах, равном 0,06-1,0 мг/л, доля закомплексованного
металла не превышает 0,2-3 %.
Поскольку Mn в поровых водах находится главным образом в виде свободных
ионов, а также в связи с очень большим градиентом концентрации его между
поровыми и водами водоема, следует ожидать достаточно высокой скорости диффузии
ионов Мn вместе с карбонатным и гидрокарбонатным его комплексами. Однако
диффузия Mn в придонных слоях лимитируется окислительными условиями и
повышением рН в толще воды, контактирующей с донными отложениями.
Таким образом, в поверхностных пресных водах состояние Mn определяется
совокупностью различных факторов, таких как окислительно-восстановительная
обстановка в водоеме, рН среды, наличие комплексообразующих веществ,
интенсивность процессов адсорбции на взвешенных частицах и др.
Как правило, Mn (II) способен накапливаться в водной среде в основном за
счет снижения Еh и рН и, в отличие от других микроэлементов, для него
характерны невысокие показатели степени закомплексованности. Способность Mn
(II) к окислению, а также широко развитые процессы адсорбции способствуют его
накоплению в донных отложениях. Процессы окисления-восстановления различных
соединений Mn не являются чисто физико-химическими; значительная роль в них
принадлежит микроорганизмам. В условиях определенной
окислительно-восстановительной обстановки (снижение Еh и рН среды) Mn способен
сохраняться в толще воды, что особенно четко проявляется в зонах гиполимниона
озер.
Доля взвешенной формы миграции Mn в речных водах достигает более 90%.
В водах озер и водохранилищ процент взвешенных форм Mn снижается
вследствие их осаждения в условиях замедленного стока. Благодаря этому
значительные количества Mn способны накапливаться в донных отложениях водоемов,
которые могут выступать в определенных условиях источником вторичного
загрязнения.
При этом, весьма существенное значение имеют формы существования Mn в иловых
водах, определяющие интенсивность молекулярной диффузии. Как правило, в иловых
водах содержатся значительные количества растворенного Mn, основную часть
которого составляют незакомплексованные ионы (не менее 90 %).
Вследствие высоких градиентов концентраций и отсутствия комплексов с
большой молекулярной массой, для Mn характерна высокая скорость молекулярной
диффузии в граничный слой между донными отложениями и придонной водой.
Содержание Cu в земной коре сравнительно невелико - примерно в тысячу раз
по массе меньше, чем алюминия, в шестьсот раз меньше, чем Fe.
Считается, что устойчивость растворимых медьгуминовых комплексов выше в
нейтральной и щелочной области рН.
При этом отмечена высокая стабильность растворимых комплексов Cu с ГК и
ФК.
Опыты по изучению комплексообразующей способности отдельных отличающихся
между собой по молекулярной массе фракций гуминовых кислот показывают, что
максимальные количества Cu связываются в основном низкомолекулярными фракциями.
Аналогичное явление характерно и для органического вещества эстуариевых
вод, где показано, что фракция с молекулярной массой < 1000 обладает
наибольшей комплексообразующей способностью по отношению к Cu.
Получены такж
Дипломная (ВКР). Экология.
Итоговая Контрольная Работа За 6 Класс Лицей
Кандзявые Эссе Купить
Эссе По Английскому Егэ Примеры С Переводом
Сочинение По Картине Сирень На Окне
Курсовая работа по теме Институт президента РФ: источники, статус, полномочия
Курсовая Работа На Тему Анализ Свариваемости Сплавов На Основе Меди (М1)
Курсовая работа по теме Положение женщины в истории России
Экологические Опасности Реферат
Контрольная Работа По Белорусской Литературе 10 Класс
Реферат: Культура Возрождения и барокко
Философия Права В Системе Научного Знания Реферат
Реферат: Утомление. Скачать бесплатно и без регистрации
Дневник Практики Вшэ
Сочинение Горе От Ума В Формате 9.3
Реферат На Тему Дидактические Свойства И Функции Икт
Контрольная работа: Ремонт скрепера с ковшом
Курсовая Работа Титульный Лист 2022 Образец Стандарт Цена
Курсовая работа: Демократия: сущность и основные понятия
Реферат На Тему Основы Генетики
Реферат по теме Китай неизвестный
Реферат: Мишель Легран
Дипломная работа: Управление и анализ денежных потоков в современном периоде
Реферат: Effect Of Sleep On Memory Essay Research