Литохимические ореолы и потоки загрязнений

4.3. Литохимические ореолы и потоки загрязнений.

 Образование литохимических ореолов загрязнения на рассматриваемой территории связано с накоплением на поверхности ландшафта техногенных отложений резко отличающихся по своему составу от почвенно-покровных отложений естественных ландшафтов в районах рекультивированных территорий и хвостового хозяйства.

Площадь литохимических ореолов загрязнения на территории сельскохозяйственного освоения составляет 450 га.

Для определения инородности техногенных пород для ландшафта Натынского водосбора определяется коэффициент контрастности техногенных литохимических ореолов К_к  (определяется по формуле (4.3.1)).

К_к=С^а/С^а_ф  (4.3.1);

Где введены обозначения :

С^а – концентрация компонента А в техногенных отложениях в % (данные по хранилищам даны в таблице 6);

С^а_ф – фоновые концентрации компонента А( даны в таблице 6).

Коэффициенты контрастности литохимических загрязнений указаны в таблице 7.

Рассматриваемые литохимические ореолы загрязнения контрастны по фосфатам, фторидам, сульфатам, карбонатам, кальцию, железу, титану (табл.7). Техногенные литохимические ореолы являются одной из причин формирования в подземных водах гидрогеохимических ореолов загрязнения.

Временными потоками и подземными водами происходит вынос водорастворимых солей и взвешенных частиц в реку Натынку, где в русловых отложениях формируется литохимический поток загрязнения.

Таблица  6

Состав загрязняющих компонентов в естественных

почвенно-покровных отложений

и техногенных отложений (%)

Порода	Фосфаты	Фториды	Сульфа-ты	Карбона-ты	Ca	Fe	Ti
Почвенно-покров-ные отложения (фон)	0.05	0,01	0,38	0,85	3,85	2,37	0,03
Глауконитовая супесь (территория с/х освоения)	6.5	2,8	1,03	0,95	9,07	10,38	0,3
Эфеля (отходы рудопромывки)	8.9	0,3	1,2	2,7	15,26	13,53	-
Шламы (отходы флотации)	5.1	0,61	0,8	1,97	9,8	14,32	-

В результате ветровой и водной эрозии происходит вынос загрязняющих веществ за приделы участков складирования техногенных отложений и формирование переотложений литохимических ореолов загрязнения.

Таблица 7

Коэффициенты контрастности основных техногенных загрязнителей литохимических ореолов

Порода	Фосфаты	Фториды	Сульфаты	Карбонаты	Ca	Fe	Ti
Глауконитовая супесь (территория с/х освоения)	130	280	2,7	1,1	2,4	4,4	10
Эфеля (отходы рудопромывки)	178	30	3,2	3,2	4,0	5,7	-
Шламы (отходы флотации)	102	61	2,1	2,3	2,6	6,0	-

На этих данных таблиц можно построить карту техногенных ореолов загрязнения (Приложение 3).

5.Процессы техногенной метаморфизации состава вод и пород.

При попадании сточных вод в природный ландшафт для них изменяются кислотно-щелочные и кислотно-восстановительные условия. В результате этого, у некоторых загрязняющих веществ, происходит резкое снижение миграционных способностей за счёт их осаждения. Процессы осаждения трудно растворимых веществ CaCO_3,  CaF₂ , CaHPO₄ описываются уравнениями:

Сa²⁺+2F^-« CaF₂¯

Ca²⁺+HPO₄^2-«CaHPO₄¯;

Ca²⁺+CO₃^2-« CaCO₃¯;

Возможность прохождения процесса определяется насыщенностью (r) вод соединением .

При r < 1 – раствор недонасыщен соединением_.

r = 1 – наблюдается равновесие между жидкой и твёрдой фазой.

r > 1 – раствор перенасыщен соединением и происходит осаждение его из раствора.

Расчет насыщенности грунтовых вод трудно растворимыми соединениями производился в следующей последовательности.

1. Определение молярных концентраций основных компонентов, содержащихся в водах:

c_i = (C_i / M_i)´10^-3, (4.1);

где C_i – заданная концентрация i-го компонента в мг/л; M_i – молекулярная масса i-го компонента.

2. Расчёт ионной силы раствора (I):

(4.2);

где z_i – заряд i-го компонента.

3. Определение коэффициента активности (j) по закону Дебая-Гюккеля, который в упрощенном виде может быть рассчитан как:

 , – для одновалентных ионов (4.3);

 , – для двухвалентных ионов (4.4);

4. Определение активности (a):

a_i = j_ic_i , (4.5); 5. Расчёт насыщенности (r):

 , (4.6); где – растворимость соединения Me_zX_y в воде.

Для CaCO₃ L=10^-8.3 , CaF₂ L=4*10^-11 , CaHPO₄ L=2.7*10^-7.

Таким методом можно рассчитать насыщенность вод CaHPO₄ , CaF₂ и CaCO_3.

Так как при значениях рН менее 8 в составе вод преобладают ионы первой стадии диссоциации угольной кислоты – HCO₃^-, требуется предварительный условный перерасчет активностей ионов HCO₃^- в активности ионов СО₃^2-.

Диссоциация угольной кислоты происходит следующим образом:

Н₂СО₃ « Н⁺ + НСО₃^- « Н⁺ + СО₃^2- ,

Для второй стадии диссоциации справедливо выражение:

, (4.7);

где  – константа второй стадии диссоциации угольной кислоты (10^-10,3), а .

Тогда активность ионов CO₃ будет определяться как:

 (4.8);

Все расчёты сведены в таблицу 8.

Таблица 8

Расчет насыщенности сточных вод трудно растворимыми соединениями

Хвостохранилище флотации				Хвостохранилище рудопромывки
pH=7.5				PH=7
	C , мг/л	C ,моль/л	а, моль/л		C , мг/л	C ,моль/л		а, моль/л
HCO3-	437,4	7,17*10-3	5,6*10-3	HCO3-	976,5	15,5*10-3		11,93*10-3
Cl-	575	16,2*10-3	12,6*10-3	Cl-	360	10,2*10-3		7,85*10-3
SO42-	970	10,1*10-3	3,75*10-3	SO42-	1060	11,04*10-3		3,93*10-3
Ca 2+	410	10,3*10-3	3,83*10-3	Ca 2+	510	12,75*10-3		4,54*10-3
Mg2+	250	10,29*10-3	3,83*10-3	Mg2+	240	10*10-3		3,56*10-3
Na+	60	2,6*10-3	2,02*10-3	Na+	60	2,61*10-3		2,00*10-3
F-	8,2	0,43*10-3	0,34*10-3	F-	9,2	0,47*10-3		0,362*10-3
HPO42-	10	0,1*10-3	0,037*10-3	HPO42-	1,5	0,16*10-3		0,057*10-3
I=0.0748				I=0.0823
J(1)=0.78		J(2)=0.372		J(1)=0.77			J(2)=0.356
r(CaF2)=11.01				r(CaF2)=14,87
r(CaCO3)=8,82				r(CaCO3)=7,74
r(CaHPO4)=0,52				r(CaHPO4)=0,94

По результатам таблицы можно сделать вывод , что СaF₂ и CaCO₃ осаждается в хвостохранилеще рудопромывки и флотации ( т.к. их растворы перенасыщены (r>1)) , а CaHPO₄ находится в растворе в состояние недонасыщенности т.к. (r<1).

Библиографический список .

1.    Комисарчик М.А. Формирование техногенных ореолов и потоков загрязнения природных вод района Егорьевского месторождения фосфоритов: Автореф. дисс. … канд. геол.-мин. наук – СПб, 1993 –22с.

2.    Лукашев К.И., Лукашев В.К. Геохимия зоны гипергенезиса. – Минск: Наука и техника, 1975.

3.    Мирзаев Г.Г., Иванов Б.А., Щербаков В.М. Картографический метод исследований в инженерной экологии / ЛГИ, Л., 1998.

4.    Пашкевич М.А. Геохимия окружающей среды / СПГГИ., СПб., 1997.

5.    Перельман А.И. Геохимия природных вод. – М.: Наука, 1982.