Сторінка
2

Використання методів експериментальної гідрохімії і геоінформаційних технологій для оцінки стану та прогнозування якості поверхневих вод

Для першої групи металів розподіл по формам міграції в основному визначається двома процесами: комплексоутворенням з фульвокислотами та гідролізом. Співвідношення між ними залежить від величини pH і концентрації фульвокислот. Проте, зміна цих величин у вивченому діапазоні не призводить до яких-небудь кардинальних змін у розподілі форм міграції Fe і Cu. Від 88% до 98% заліза в розчині мігрує у вигляді гідроксофульватних комплексів і тільки 2-12% складають гідроксоформи не зважаючи на досить високе значення pH (7.4 - 8.4). Для міді спостерігалася подібна картина. Домінуюча форма її міграції - це фульватні комплекси. В більшості випадків їх частка складає 73-93%. Проте, на відміну від заліза, незначна частина розчиненої міді існує у формі не тільки гідроксоформ, а й гуматних і карбонатних комплексів. У деяких випадках частка гуматних комплексів міді може бути досить значною. Спостерігалися випадки, коли частка міді, зв‘язаної в гуматні комплекси, досягала 23% (Канівське вдсх.) і навіть 50% (Київське вдсх.).

До першої групи металів також був віднесений нікель. На відміну від заліза і міді форми його міграції визначаються процесами комплексоутворення з фульвокислотами та карбонатними іонами. Загальна тенденція тут така, що з підвищенням величини pH зростає доля карбонатних комплексів нікелю і зменшується доля фульватних комплексів, а із зменшенням величини pH -навпаки. Проведені розрахункм свідчать, що частка фульватних комплексів нікелю складала 39 - 85%, карбонатних 13 - 58% усіх розчинених форм нікелю. Тобто переважною формою міграції нікелю є фульватні комплекси.

Друга група вивчених металів характеризується наявністю серед форм міграції значноїчастки вільних незакомплексованих іонів. В першу чергу тут слід виділити марганець. Для нього у всіх випадках 63 - 84% від усіх розчинених форм становить іонна форма. Лише незначна частина марганцю зв`язується з карбонатними і гідрокарбонатними іонами (не більше 21%). Лише 6% становлять фульватні та сульфатні комплекси марганцю.

Розподіл по формам міграції цинку і кобальту має багато спільного. Для них характерна значна частка вільних незакомплексованих іонів. Для Zn вона складає 9- 54%, а для Co – 18 - 33%. Головними процесами, які визначають зв`язанні форми міграції цих металів, є комплексоутворення з карбонатними і гідрокарбонатними іонами. В багатьох випадках карбонатні комплекси - переважаюча форма міграції цих металів. Цинк порівняно з кобальтом багато краще зв`язується у фульватні комплекси – 5 - 28%. Для кобальта на другому місці після карбонатних комплексів знаходяться сульфатні – 5 -12%.

Свинець був віднесений до другої групи вивчених металів на тій основі, що він не утворює помітної кількості міцних комплексних сполук з фульво- та гуміновими кислотами. Лише у двох із 16 випадків їх частка перевищила 10%. В основному ж домінуюча форма міграції свинцю - це карбонатні комплекси. На їх частку приходиться від 65 до 96% усього розчиненого металу. Вільних іонів свинцю майже не спостерігалося.

Основними факторами, що визначають зменшення міграційних характеристик металів, є гідроліз, сорбція на завислих речовинах, співосадження (під час зсуву рівноважного стану карбонатно-кальцієвої системи в сторону утворювання СаСО3тв.), біологічне поглинання вищою водною рослинністю та фітопланктоном.

Результати проведених досліджень показали, що найбільшому антропогенному навантаженню важкими металами підлягають води Запорізького та Каховського водосховищ, які розташовані в зоні великих промислових центрів України. Однак, інтенсивні процеси перерозподілу речовин у системі “вода - завислі речовини - донні відклади” призводять до виведення значної кількості важких металів у донні відклади. Встановлено, що основним фактором, який визначає розподіл важких металів у донних відкладах, є ступінь дисперсності останніх. Із зменшенням розмірності гранулометричних фракцій донних відкладів відбувається збільшення концентрацій практично всіх досліджених нами металів. Фракції донних відкладів з розміром часток 0.1 - 1.0 мм (піщаний матеріал) характеризуються мінімальним вмістом досліджених речовин. Рівень забруднення мулових відкладів Запорізького та Каховського водосховищ в декілька разів вищий аналогічних утворень верхніх водосховищ дніпровського каскаду.

Результати обробки багаторічних даних щодо розподілу різноманітних класів хімічних речовин у воді, завислих речовинах, біологічних матеріалах та донних відкладах дозволили зробити наступні висновки:

· не зважаючи на значну кількість хімічних речовин техногенного походження, що надходить у водне середовище, екосистема дніпровського каскаду до теперішнього часу не втратила здатність до самоочищення;

· каскад дніпровських водосховищ являє собою потужний геохімічний бар’єр. При тих фізико-хімічних, гідрологічних і гідробіологічних умовах, що склалися у водосховищах, потік забруднюючих речовин (після їх надходження в водне середовище) направлений в донні відклади. За рахунок вказаних факторів і процесів відбувається самоочищення водного середовища від різноманітних класів хімічних речовин.

В УкрНДГМІ розпочато роботу по використанню сучасної комп‘ютерної інформаційно – аналітичної системи (ІАС) для аналізу хімічного складу та якості поверхневих вод України та виявленню основних тенденцій його змін [3]. ІАС дозволяє зберігати багаторічні дані спостережень за екологічним станом поверхневих вод ; аналізувати екологічний стан поверхневих вод і прогнозувати його зміни в майбутньому; приймати рішення в галузі охорони та раціонального використання водних ресурсів; забезпечувати інформаційне обслуговування органів державної влади, органів місцевого самоврядування та інших зацікавлених організацій.

ІАС складається з окремих програмних блоків (рис.1):

I. Блок оцінки якості поверхневих вод призначено для:

а). вибору досліджуваного об’єкту в межах басейну;

б). екологічної оцінки якості поверхневих вод за відповідними критеріями;

в).картографування екологічного стану поверхневих вод за середніми та максимальними значеннями гідрохімічних показників;