Основные факторы и процессы вторичного загрязнения воды.

Вторичное загрязнение – процесс преимущественного выхода загрязняющих веществ из донных осадков в воду вследствие любого изменения гидро- и литодинамических, физико-химических и биогеохимических условий, приводящих к нарушению квазиравновесного состояния на разделе вода–осадок.

Вторичное загрязнение – один из видов вредного воздействия на аквальную геосистему.

Поглощение загрязняющих веществ донными осадками и обратный переход в жидкую фазу зависят:

-от физико-химических свойств самих веществ,

- гидродинамического режима,

- соотношения концентраций поллютантов в воде и грунтах,

- буферных свойств воды и донных осадков,

- величин рН и Eh и градиента их значений в системе вода–осадок,

- скорости осадконакопления,

- физико-механических свойств осадков,

- мощности осадочного слоя

Классификация вторичного загрязнения.

дноуглубление и дноочистка(десорбция, растворение, взмучивание) взвешенные частицы, НУ, ТМ, ПАУ, ХОС, биогенные в-ва

линейный или площадной; периодичный-воздействие

дампинг(десорбция, растворение, окисление, взмучивание) взвешенные час-тицы, НУ, ТМ, радионуклиды, ХОС, изменение физико-химиче-ских условий

точечный; разовый или периодичный

воздействие волн и течений, экзарация

(десорбция, взмучивание, турбулентная диффузия) взвешенные частицы, ТМ, биогенные вещества, ОВ

площадной, линейный; периодичный, кратковременный

воздействие судовыми вол-нами и промы-словая турбация (десорбция, взмучивание)

десорбция, взмучивание

линейный и пло-щадной; постоян-ный, периодич-ный, кратковреме-нный

выдавливание и отжим

(десорбция, растворение) биогенные вещества, газы, ТМ

площадной; постоянный или сезонный

Механический фактор вторичного загрязнения

обусловлен физическим воздействием на дно, приводящим к вымыванию или выносу загрязняющих веществ из донных осадков в толщу воды.

В толще воды активизирует процессы десорбции, окисления и растворения веществ.

При производстве дноуглубительных работ гидромеханизированным способом выход частиц грунта с переливами в зависимости от производительности работ и вместимости трюма составляет для текучих глинистых илов – 52,0–71,0 %,

При производстве дноуглубительных работ многочерпаковым способом в воду поступает 6,3-8,5% текучих глинистых илов.

При сбросе грунта, поднятого многочерпаковым способом, величина потерь для текучих глинистых илов составит 2,27–3,61%

При гидромеханизированном способе погрузки объем выходящих во взвесь грунтов в процессе дампинга будет составлять для текучих глинистых илов – до 16,0%.

Физико-химический и биохимический факторы вторичного зогрязнения

Физико-химический фактор вторичного загрязнения обусловлен неравновесным физико-химическим состоянием среды на границах раздела фаз: вода-осадок и вода-взвесь.

Он реализуется через процессы десорбции загрязняющего вещества в воду из верхнего слоя осадка или с поверхности взвешенного материала.

Биогео-хими-ческий

-биотурбация (десорбция, окисление)

биогенные и органические вещества, ТМ, радионуклиды

площадной или точечный; постоянный-Характер источ-ника и продол-жительность воздействия

-биоаккумуля-ция и высвобо-ждение веществ

(десорбция, растворение) биогенные и органические вещества, ТМ

площадной или точечный; постоянный, сезонный

-биогенерация и биотрансформация

микробиальные восстановление и окисление, биосинтез

CH4, H2S, ПАУ, ТМ

площадной или точечный, сезонный;

Механизмами биогеохимического фактора вторичного загрязнения аквальных геосистем выступают биодеструкция, поглощение поллютантов и вовлечение их в биогеохимический круговорот организмами-бентофагами и макрофитами, биотурбация, процессы биоаккумуляции и биогенерации.

Химический фактор ВЗ

химико-диффузион-ный

диффузион-ное выще-лачивание, окисление, восстанов-ление, рас-творение, комплекси-рование

ТМ, биогенные вещества, радио-нуклиды, низкомоле-кулярные ОВ Площадной, линейный; постоянный, сезонный

Вторичное загрязнение возникает при появлении в воде комплексонов – неорганических и смешанных соединений (нитрилтриацетат), способных к избирательному извлечению ТМ (Cu, Cd, Cr, Pb, Mn и др.) и их стабилизации в водных растворах путем образования устойчивых комплексов.

Геохимические и литодинамические индикаторы седиментогенезе

Окисление – это реакция, которая заключается в потере электронов атомами или ионами окисляющегося вещества. Элементы с переходной валентностью при этом переходят в состояние более высокой валентности: Fe2+ ® Fe3+ + e.

Типичными окислителями являются:

а) вещества, атомы которых обладают высокими значениями электроотрицательности (элементы VIa и VIIa групп);

б) ионы с дефицитом электронов (например, простые катионы в высшей степени окисления Fe3+, Ce4+ и др.).

В седиментогенезе происходит окисление ОВ; в результате образуется углекислота со значительным выделением тепла: С + О2 ® СО2. Молекула кислорода реагирует с органическим веществом, если для этого выполняются определенные физико-химические условия:

RH + O2 ® ROOH

Восстановление заключается в присоединении электронов катионами и обычно проявляется в потере кислорода восстанавливающимися веществами.

Типичными восстановителями могут выступать:

а) ионы, у которых степень окисления может возрасти (S2-, Fe2+, Ge2+, Mn2+ и др.);

б) некоторые специфические вещества – атомарный водород, C, ОВ.

Восстановление железа ОВ:

4Fe3+ + Cорг + 2H2O = 4Fe2+ + CO2 +4H+.

две полуреакции:

4Fe3+ + 4e + 2H2O = 4Fe2+

Cорг + 2H2O = CO2 +4H++ 4e.

Три типа геохимических обстановок в природных водах

Окислительная – характеризуемая значениями Eh > + (100-150) мВ, присутствием свободного кислорода, а также целого ряда элементов в высшей степени окисления (Fe3+, Mo6+, Mn4+, As5+, V5+, U6+, Sr4+, Cu2+, Pb2+).

Переходная окислительно-восстановительная – определяемая величинами Eh +100-0 мВ, неустойчивым геохимическим режимом и переменным содержанием сероводорода и кислорода. В этих условиях протекает как слабое окисление, так и слабое восстановление целого ряда металлов.

Восстановительная – характеризуемая значениями Eh < 0. В водах присутствуют металлы низких степеней окисления (Fe2+, Mo4+, Mn2+, V4+, U4+), а также сероводород (метан). Обычные значения в бессероводородных углекислых водах составляют –100-200 мВ, а в сероводородсодержащих углекислых водах – уменьшается до –150 мВ.

Гидролиз – это обменная реакция между водой и веществом.

Он заключается во взаимодействии вещества с водой, при котором составные части вещества соединяются с составными частями воды (OH-, H+). При гидролизе солей образуются кислоты и основания.

KAlSi3O8 + H2O + СО2 = KAl2[Si4O10](OH)2 × n H2O + K+ + НСО3-

ортоклаз гидромусковит

KAl2[Si4O10](OH)2 × n H2O + СО2 = Al4[Si4O10](OH)8 + K+ + НСО3-

гидромусковит каолинит

Гидратация – процесс присоединения воды к химическому соединению или породе в результате вхождения ее в кристаллическую решетку или адсорбции поверхностью частиц. В процессе гидратации молекулы воды не разрушаются.

При гидратации окисных соединений железа (например гематита) образуется лимонит:

2Fe2O3 + 3H2O ® 2Fe2O3 × 3H2O.

Растворение

Растворение – это процесс перехода вещества из твердой или газообразной фазы в жидкую, сопровождаемый разрушением кристаллической структуры твердой фазы.

Выщелачивание (экстракция) - представляет избирательное извлечение какого-либо компонента из твердого вещества, сохраняющего при этом свою кристаллическую структуру.

Растворение относится к одному из основных процессов химического выветривания горных пород и минералов.

Константа равновесия в насыщенном растворе равна:

K [CaSO4] = K¢

K¢ = [Ca2+][SO42-] = ПРCaSO4 .

В насыщенном растворе электролита произведение концентраций его ионов есть величина постоянная при данной температуре.

CaSO4 = 1,3×10-4; CaCO3 = 1,0×10-19; HgS = 10-52

Примерный ряд убывания растворимости по произведению растворимости выглядит следующим образом:

F- > Cl- > Br- > I- >SO42- > CrO42- > CO32- > OH2- > S2- > PO42-.

Физико-химические взаимодействия(сорбция, ионный обмен и т.д.)

Сорбцией называют процесс избирательного поглощения твердым телом или жидкостью вещества из окружающей среды или любой процесс поглощения одного вещества другим независимо от механизма поглощения.

Абсорбция – это процесс поглощения вещества (газа или пара) всем объемом жидкости, приводящий к образованию раствора. Адсорбцией называют связывание молекул или атомов жидкой или газообразной фаз на поверхности твердых тел. Иными словами - концентрирование вещества из объема фаз на поверхности раздела между ними, например из газа или раствора на поверхности твердого вещества или на поверхности жидкости.

Способность ионов при одинаковой валентности к сорбции возрастает с уменьшением энергии их гидратации:

Cs+ > Rb+> K+ > Na+ > Li+;

Ba2+ > Sr2+ > Ca2+ > Mg2+;

I- > Br- > Cl- > F- > OH-;

Me4+ > Me3+ > Me2+ > Me+

А4- > А3- > А2- > А-

Склонность к адсорбции растворенного в воде иона в общем случае пропорциональна величине его радиуса, а потенциал адсорбента – площади его активной поверхности.

Ионный обмен – обратимый процесс взаимодействия ионнообменных твердых веществ с водой, приводящий к гидратации и переводу в водный раствор не всей структурной единицы твердой фазы, а только катиона или аниона, место которого занимают ионы водного раствора. По емкости катионного обмена, определяющего их сорбционный потенциал, минералы характеризуются следующими значениями (мг-экв/100 г): каолинит – 3-15; иллит – 10-40; хлорит – 10-40; монтмориллонит – 80-150; вермикулит – 100-150 (Лисицын, 1994). Емкость катионного обмена измельченных полевых шпатов составляет 30-100, оксидов и гидроксидов – 2-6 мг-экв/100 г, слюды – 50-70 мг-экв/100 г, органического вещества – 200-400 мг-экв/100 г, гуминовых кислот – 350-500 мг-экв/100 г

По емкости катионного обмена, определяющего их сорбционный потенциал, минералы характеризуются следующими значениями (мг-экв/100 г): каолинит – 3-15; иллит – 10-40; хлорит – 10-40; монтмориллонит – 80-150; вермикулит – 100-150 (Лисицын, 1994). Емкость катионного обмена измельченных полевых шпатов составляет 30-100, оксидов и гидроксидов – 2-6 мг-экв/100 г, слюды – 50-70 мг-экв/100 г, органического вещества – 200-400 мг-экв/100 г, гуминовых кислот – 350-500 мг-экв/100 г

Комплексообразование – процесс формирования соединений сложного состава, в которых выделяется центральный атом и непосредственно связанные с ним молекулы или ионы – лиганды, к которым присоединяются молекулы или ионы вещества

Комплексное соединение – это форма, образованная ассоциацией двух или более простых форм, каждая из которых способна существовать независимо.

CaHCO3+ ; CaCO30 ; Ca(SO4)22- ; CaCl+

Mg HCO3+ ; MgCO30 ; MgSO40 ; Mg(SO4)22- ; MgCl+

В комплексном соединении выделяют центральную группу (ядро) и окружающие ее лиганды

Коагуляция – процесс слипания частиц дисперсной фазы в коллоидных системах

Флокуляция – близкий по сути к коагуляции физико-химический процесс, при котором частицы дисперсной фазы образуют рыхлые хлопьеобразные агрегаты в присутствии флокулянта, в качестве которого выступают органические полимеры.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: