XV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2023

Введение

Проведение экологических исследований природных объектов с целью определения различных компонентов и их концентраций является важной частью контроля качества воды. Однако в окружающей среде элементы зачастую находятся в нескольких сосуществующих формах, и именно от концентрации этих форм зависит токсичность и биологическая активность компонентов [1]. Химические формы элементов различаются по миграционной и реакционной способности, устойчивости в природных водах. Смена форм нахождения элементов имеет большое геохимическое значение, поскольку определяет возможности их миграции, рассеяния или концентрации.

В воде постоянно идут конкурирующие процессы гидролиза и комплексообразования. Они определяют форму нахождения металла и ее концентрацию. При гидролизе могут образовываться нерастворимые гидроксиды, но даже незначительные изменения pH могут привести к растворению или сорбции металлов из раствора. При уменьшении pH среды происходит десорбция катионных форм металлов, а при увеличении формы металлов осаждаются или адсорбируются на поверхности твердых частиц. Комплексообразование связывает ионы металлов в растворимые соединения и удерживает их в воде. Многие металлы, образовав комплексные соединения, перестают осаждаться ионами, которые обычно переводили их в трудно растворимые соединения [2].

Вода из реки Волга в городе Дубне является источником питьевого снабжения. На ее качество оказывает влияние интенсивность сброса воды, так как водозабор находится в непосредственной близости от Иваньковской ГЭС. Самый интенсивный сброс воды происходит в период весеннего половодья. В это время происходит максимальная трансформация фракционного состава вещества за счет усиления гидродинамических и окислительно-восстановительных условий при сбросе [3]. Особенности такого влияния до сих пор полностью не изучены, поэтому исследование происходящих при этом процессов представляет научный и практический интерес. Для этого требуются дополнительные данные по определению общего содержания и фракционного состава макро- и микрокомпонентов исследуемого объекта.

Объект исследования

Объектом исследования является р. Волга в районе водозабора г. Дубны Московской области (рис. 1). На данной территории Волга представляет собой нижний бьеф Иваньковского водохранилища. Уровень реки в пределах города сильно зависит от количества сброса воды через водослив Иваньковской ГЭС, хотя водность реки в нижнем бьефе также обусловлена пропуском воды через турбины ГЭС, дренированием водосбора ниже плотины и фильтрацией вод в обход нее [4].

Рис.1. Карта р. Волга в Дубне [3]

Создание Иваньковского водохранилища существенно изменило ситуацию в Верхневолжском бассейне, поэтому гидрохимические условия в нижнем его бьефе главным образом определяются процессами, происходящими в самом водохранилище и на его водосборе. Территории водосбора Иваньковского водохранилища расположены преимущественно в заболоченной местности и подвергаются значительному антропогенному загрязнению. Статистический анализ данных показывает, что максимальные и минимальные значения различаются по некоторым показателям в десятки и сотни раз и имеют тенденцию к резкой изменчивости, связанной с сезонными и/или антропогенными факторами [3].

Исследования поведения гидрохимических параметров в системе «верхний бьеф - нижний бьеф» реки Волга с учетом временной изменчивости ведутся с 2004 года [3-5]. Согласно данным работы [3] в нижнем бьефе, сразу после сброса воды из водохранилища, происходит заметное снижение концентраций многих элементов, что вероятно связано с их седиментацией в результате сорбции на взвешенных частицах неорганического и органического материала.

Настоящая работа является продолжением ведущихся исследований. В этом году планируется провести определение фракционного состава компонентов проб р. Волги, которые будут отобраны в период весеннего половодья с целью выявления новых закономерностей трансформации форм нахождения элементов.

Аппаратура

Фракционирование проб будет проводиться с использованием каскадной ультрафильтрации на одноступенчатой установке с применением компрессора в качестве источника давления, где будут использованы мембраны с последовательно уменьшающимся размером пор. Формы нахождения определяются согласно распределению металлов между компонентами различного размера, полученному после фильтрации вод через набор фильтров с размером пор от 8 мкм (твердые частицы); 1,0 мкм (различные коллоиды); 0,45 мкм (коллоидные оксиды металлов); 20 килодальтон (комплексы с высокомолекулярными природными соединениями); 5 килодальтон (комплексы с простыми органическими лигандами); частицы с меньшими размерами (комплексы с простыми неорганическими лигандами, ионы) [3].

Для определения элементного состава полученных фракций будет использован метод атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой ICPE-9000 фирмы Shimadzu. Данный метод позволяет провести анализ проб с многоэлементным составом, подходящим пределом обнаружения и высокой скоростью.

Заключение

Река Волга в г. Дубне является нижним бьефом Иваньковского водохранилища, и поэтому немаловажным и пока неизученным остается процесс изменения гидрохимического состава при сбросе воды из водохранилища через плотину Иваньковской ГЭС.

Определение общего содержания элементов в водных объектах недостаточно для оценки их токсичности, поскольку физиологическая роль определяется не столько биохимическими свойствами и концентрацией, сколько формой нахождения.

Применение метода мембранного фракционирования позволяет объяснить трансформацию форм исследуемых элементов при сбросе воды через плотину. Согласно исследованиям, преимущественно происходит переход из растворенной в нерастворенные формы, тем самым, снижая концентрации большинства элементов в реке Волга в районе водозабора.

Список литературы

Лозовик П.А., Платонов А.В. // Геоэкология. – 2005, № 6. С. 527.

Папина Т. С. Транспорт и особенности распределения тяжелых металлов в ряду: вода-взвешенное вещество-донные отложения речных экосистем //Экология. Серия аналитических обзоров мировой литературы. – 2001. – №. 62. – С. 1-58.

3. Шкинев В.M. и др. армированные трековые мембраны в методах оценки качества природной и питьевой воды // Журнал аналитической химии. – 2008. – Т. 63. – №. 4. – С. 363-370.

4. Роговая И.В., Моржухина С.В., Джамалов Р.Г., Осмачко М.П. Изменение качества волжской воды в нижнем бьефе Иваньковского гидроузла (в пределах г. Дубны) / Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология. 2008, № 1 С. 39-48.

5. Роговая И.В. Оценка фракционного распределения органических веществ природных вод. Мембранно-окситермографический метод // ЖАХ, 2018, Т.73, № 6, С. 403-416.

Код для цитирования: Скопировать