Загрязнение подземных вод и защита от него.

Загрязнение подземных вод может происходить через атмосферу путем выпадения и последующей инфильтрации уже загрязненных атмосферных осадков; через загрязненные поверхностные воды на участках их поглощения в фунтовые водоносные горизонты; при инфильтрации чистых атмосферных осадков и поверхностных вод через загрязненную поверхность земли и почвенный слой (при внесении минеральных удобрений и ядохимикатов); путем фильтрации жидких продуктов или отходов производства и канализационных стоков при утечках из трубопроводов и сетей или на местах их складирования (сточные ямы, отстойники, шламонакопители и др.) при отсутствии или недостаточной надежности противофильтрационных мер; при инфильтрации атмосферных осадков и поверхностных вод на участках складирования твердых отходов (коммунальные или промышленные свалки, отвалы горнодобывающих предприятий и др.). Источником интенсивного загрязнения, в том числе и глубоко залегающих подземных вод, являются захоронение жидких и твердых отходов промышленного производства (как правило, наиболее вредных, высокотоксичных или радиоактивных отходов) путем закачки их в глубокие поглощающие скважины или "захоронения" в отработанных шахтах и карьерах.

Источниками загрязнения могут являться не использующиеся, но не изолированные с поверхности колодцы, буровые скважины, шахтные стволы, а также глубокие скважины, разведочные или эксплуатационные (нефть, газ, промышленные воды) или скважины, используемые для закачки промышленных отходов при их недостаточно надежной изоляции от вышележащих водоносных горизонтов.

Химические загрязнения. Самыми главными источниками химического загрязнения грунтовых вод являются различные жидкие стоки, а так же твердые отходы промышленных предприятий. Они содержат в себе самые разнообразные органические и неорганические субстанции. Неподалеку от промышленных бассейнов производств, в результате фильтрации их сточных и технологических вод, в подземных водах могут присутствовать тяжелые и токсичные металлы (железо, цинк, медь, ртуть, цинк, свинец и другие). Химическому загрязнению особенно подвержены грунтовые воды, в которые загрязнения проникают с поверхности почвы через зоны аэрации, а так же при сбросе жидких и твердых загрязнений в поглощающие колодцы и скважины. На территории сельских хозяйств, грунтовые воды загрязняются, главным образом, из-за применения на полях различных химических удобрений и ядохимикатов.

рин. – это повышение температуры подземных вод, которое происходит по ряду причин при пользовании водозабором. Температура воды может повыситься из-за привлечения поверхностных вод (пруда, реки, озера) с более высокой температурой. Это нередко происходит, если рядом с водозабором находится какой-либо водоем, а водоносный горизонт состоит из хорошо проницаемых отложений (галечные породы). Кроме этого, температура в подземных водах может повыситься из-за сброса отработанных тепловых технологических сточных вод в поглощающие колодцы или скважины.

Радиоактивные загрязнения. Источником радиоактивных загрязнений подземных вод могут быть экспериментальные взрывы водородных, атомных и нейтронных бомб, а так же различные производства, которые осуществляют деятельность, связанную с изготовлением ядерных реакторов, оружия или просто используют в работе радиоактивные вещества. Источником могут быть и атомные электростанции, а так же утечки с предприятий, где производят ядерное топливо. Сюда можно отнести и радиоактивные захоронения. Кроме того, есть и природные источники – урановые руды и другие породы, содержащие естественную радиоактивность.

Разлагаясь в водной среде, органические отходы могут стать средой для патогенных организмов. Вода, загрязненная органическими отходами, становится практически не пригодной для питья и других надобностей. Бытовые отходы опасны не только тем, что являются источником некоторых болезней человека (брюшной тиф, дизентерия, холера), но и тем, что требуют для своего разложения много кислорода. Если бытовые сточные воды поступают в водоем в очень больших количествах, то содержание растворимого кислорода может опуститься ниже уровня, необходимого для жизни морских и пресноводных организмов. Загрязнение пресных подземных вод, используемых для хозяйственно-питьевого водоснабжения, не только сказывается на здоровье людей и состоянии окружающей среды, но и приводит к необходимости колоссальных затрат на очистку воды, ремонт и реконструкцию очистных сооружений, дополнительных затрат на здравоохранение. Это происходи! на фоне недостаточной изученности и состояния загрязнения, и влияния многих вредных компонентов на здоровье людей и животных, и неразвитости методов исследований многих новых видов загрязнения.

Загрязнение ПВ также вызывает загрязнение окружающей среды. ПВ выносят содержащиеся в них 3В в поверхностные водотоки и водоемы. Хотя привнос ЗВ с подземным стоком значительно меньше привноса ЗВ со сбрасываемыми в поверхностные волы сточными водами, изучение его химического состава представляет большой интерес в случае содержания в ПВ токсичных веществ, поступление которых в реку может оказать негативное влияние на ее биологический режим. Особенно важно учитывать этот процесс в бассейнах малых рек. Над поверхностью загрязненных ГВ формируется техногенное газовое (паровое) облако, вызванное испарением загрязненной жидкости с уровня ГВ. Пар включает наиболее легкие, летучие вещества, содержащиеся в загрязненной воде. Наиболее негативное воздействие оказывают облака газообразных углеводородов, образуемые на поверхности нефтяных и газовых шапок н даже горизонтов.формирующихся на поверхности водоносных горизонтов в районах нефтегазодобычи. расположения подземных газовых хранилищ (ПХГ), нефтепроводов, нефтегазоперерабатываюших заводов, заправочных станций и др. Формирование газового облака над поверхностью загрязненных ПВ это пример обратной связи загрязнения ПВ и его ответного влияния, вызывающего загрязнение окружающей среды (почв и пород зоны аэрации, приземного слоя атмосферы и поверхностных вод, если облако сформировано вбли-зи области разгрузки ПВ).это облако может выйти и на поверхность земли; такие случая фиксируются на территориях ПХГ, где наблюдаются аномальные давления в водоносных горизонтах, способствующие распространению облака с больших глубин до поверхности земли. Для выявления областей распространении газовых облаков и оконтуривания участков загрязнения ПВ используется газовая съемка подпочвенного воздуха.

Охрана подземных вод как комплексная проблема имеет два основных направления: охрану подземных вод как полезного ископаемого на эксплуатирующихся или разведываемых месторождениях подземных вод и охрану подземных вод как одного из основных компонентов природной (окружающей) среды.При наличии в пределах расчетной области влияния эксплуатации существующих или потенциальных источников загрязнения подземных вод прогноз изменения качества подземных вод в обязательном порядке должен учитывать их возможное влияние при эксплуатации. Наличие загрязнения подземных вод (даже если оно и не представляет в настоящее время конкретной опасности) должно устанавливаться по двум основным показателям: • появлению в подземных водах (прежде всего в грунтовом водоносном горизонте) компонентов химического состава, наличие которых в естественных условиях нехарактерно для подземных вод рассматриваемого района;• наличию участков, в пределах которых содержание "обычных" компонентов химического состава подземных вод, характерных и для естественных условий, резко превышает фоновые значения, установленные для данного района. В этом случае основными задачами исследований являются выявление конкретных очагов (источников) загрязнения, определение состава загрязняющих веществ, оценка скоростей и путей их миграции с последующей организацией на таких объектах систематических наблюдений за изменением состава и качества подземных вод и применением комплекса специальных мер, рассмотренных выше.

 

 

 

10.. Геохимические обстановки и геохимические барьеры. Окислительно-восстановительный потенциал и геохимические барьеры в природных водах.

Геохимические барьеры (Перельман, 1961 год) - участки земной коры, в которых на коротком расстоянии происходит резкое уменьшение интенсивности миграции химических элементов и как следствие их концентрация.

Разделяют геохимические барьеры на два типа: природные и техногенные. Оба типа подразделяются на физико-химические, биогеохимические и механические. Первый связан с изменениями физико-химической обстановки в водах с различными окислительно-восстановительными и кислотно-щелочными условиями. Механические барьеры образуется там, где резко уменьшается интенсивность механической миграции. Биогеохимические барьеры по сути представляют собой накопление элементов растениями и животными.

Выделяют макро, мезо микробарьеры. Так в дельтах зона смешения пресных речных вод и солёных морских представляет собой макробарьер шириной в сотни и тысячи метров (при длине рек и морских акваторий в тысячи километров). Рудные тела в водоносных горизонтах артезиансих бассейнов имеют ширину в десятки и сотни метров при длине (по падению) водоносных горизонтов в тысячи и десятки тысяч метров (мезобарьеры). К мезобарьерам относятся так же краевые зоны болот, где накапливаются многие элементы, выщелоченные из водоразделов и склонов. Рудные прожилки мощностью в несколько сантиметров и миллиметров относят к микробарьерам.

Явление, которое ныне именуется геохимическим барьером, привлекало внимание исследователей и ранее, в частности при изучении условий образования минералов и руд, при трактовке процессов осаждения элементов из вод. В почвах, илах морей и океанов, корах выветривания, водоносных горизонтов артезианских бассейнов, подземных водах зон разломов и других системах земной коры протекают сходные процессы концентрации элементов.Это и позволило установить общие типы таких процессов, сформулировать понятие о геохимическом барьере, которое мы относим к фундаментальным понятиям геохимии. Главная особенность барьера – резкое изменение условий и концентрация элементов. Это зона где одна геохимическая обстановка сменяется другой.

Между понятием геохимический барьер и геохимическая обстановка имеется глубокая связь уменьшение пространства, занимаемого обстановкой, приводит к переходу количества в качеств , превращение обстановки в барьер (и наоборот).

На геохимических барьерах образуется рудные тела большинства месторождений, понятие о барьерах является одной из методологических основ изучения геохимических аномалий и, следовательно, оно важно для разработки методики геохимических поисков. Изучение барьеров также важно в борьбе с загрязнением окружающей среды, при организации подземного выщелачивания руд, закреплении грунтов в строительстве, при решении других практических задач.

В Земной коре происходит совмещение и комплексирование различных геохимических процессов, в связи с чем выделяются комплексные барьеры, образующиеся в результате наложения двух или нескольких взаимосвязанных геохимических процессов. Выделяются также двусторонние барьеры, которые формируются при движении различных элементов к барьеру с разных сторон. На двустороннем барьере происходит осаждение разнородной ассоциации химических элементов. Различаются так же латеральные барьеры, образующиеся при движении вод в субгоризонтальном направлении, например на границе фаций и радиальные (вертикальные) барьеры, формирующиеся при вертикальной миграции растворов в зонах разломов, корах выветривания и т.д. В зависимости от способа массопереноса различаются диффузионные и инфильтрационные барьеры.

ОВП. Окисление – отдача электронов, восстановление – принятие электронов!!

Показателем окислительно-восстановительного потенциала природных вод является Eh. Величина может быть измерена с помощью потенциометра и измеряется в Вольтах. Может иметь положительные значения при окислительных условиях и отрицательные - при восстановительных. Природная вода имеет окислительно-восстановительный потенциал, так как любая реакция отрыва или присоединения электрона обладает энергетической характеристикой, поэтому одни и те же условия могут быть окислительными и восстановительными. По окислительно-восстановительным условиям различают 3 класса природных вод:

· Окислительные (практически только один окислитель O2, то есть кислородные воды).

 

Большинство Me способно мигрировать в форме катионов, а восстановителей лишь 2 – органическое вещество и H2S, так что есть воды:

 

· Восстановительные без сероводорода (глеевые воды), обогащённые органикой, O2 – расходуется полностью на окисление органики, и она ещё остаётся, Fe и Mn подвижны, другие – малоподвижны;

· Восстановительные воды с сероводородом, возникают в водах, богатых сульфатами и населённых сульфатредуцирующими бактериями. Организмы не жизнеспособны. Возникают воды в глубинных слоях морей со слабым водообменном (Чёрное море, в Норвежских фьордах), в подземных водах формируются с загрязнением (в районах нефтепереработки).

Геохимические барьеры образуются между разными типами вод, которые зависят от содержания в воде O2, H2, H2S и других газов. Важную роль играют и Fe2+, Fe3+, S2-, HS-, H+, OH- и другие ионы, а также молекулы органического вещества.

 

Для типа кислородных вод (с окислительной обстановкой) характерно присутствие в водах свободного кислорода или других сильных окислителей. Многие элементы находятся в высоких степенях окисления – Fe3+, Cu2+, S6+ и т.д. В зоне окисления сульфидных месторождений при pH 1-2 (кислая среда) Fe может быть и в двухвалентной форме. Осадочные горные породы, сформировавшиеся в окислительных условиях обычно имеют красную, бурую и жёлтую окраску. Так как в природных водах могут присутствовать ассоциации окислителей и восстановителей, то показатель окислительной обстановки служит свободный кислород, а если его нет, то трёхвалентное железо

Тип сероводородных (сульфидных) вод характеризуется H2S, HS-, местами S2-. Fe и многие другие металлы часто не мигрируют, так как образуют труднорастворимые сульфиды. Цвет пород – чёрный, серый, зелёный.

Показателем восстановительной среды типа глеевых вод (с восстановительной бессероводородной обстановкой) является CH4 и другие углеводороды, растворённые органические соединения, Fe2+, H2. В глеевой обстановке легко мигрируют многие металлы, часто в форме органических комплексов. Окраска горных пород белая, сизая, зелёная.

 

При резкой смене восстановительных условий на окислительные возникает окислительный барьер (кислородный и др.). Он возникает и при смене резковосстановительных условий слабовосстановительными или слабоокислительных – резкооксилительными, то есть при резком повышении Eh (окислительно-восстановительного потенциала). Для этого барьера особенно характерно образование минералов гидроксидов Fe и Mn, а также самороднойS. При резком понижении Ehвозникают восстановительные барьеры – сероводородные или сульфидные, и глеевые.

Сероводородные и сульфидные барьеры играют огромную роль в минералообразовании, так как на них концентрируются большое число минералов, главным образом сульфидов (пирит, галенит…), а также некоторые оксиды (настуран и др.) и самородные элементы (Au, Ag, Se и др.). Для глеевого барьераменее характерно минералообразование(сидерит, вивианит, самородныеCu, Au, Se и др.).