ИСТИНА

В работе приводятся результаты исследования форм нахождения тяжелых металлов в донных отложениях Иваньковского водохранилища. Результаты фазового химического анализа показали, что среди подвижных форм тяжелых металлов в донных осадках доминируют формы, связанные с гидроксидами Fe и Mn. С органическим веществом связаны лишь Fe, Cu, Mo (до 77%), в меньшей степени – V (0-29%). Следует отметить, что переход Mn в щелочную вытяжку не был обнаружен, а переход железа весьма высок (22-77%). Это позволяет предположить существование растворимых в щелочах соединений железа с гумусовыми кислотами. Обменно-сорбированные и карбонатные формы, извлекаемые ацетатом аммония и ацетатным буфером составляют подчиненную долю. Исключение составляют лишь Zn, Mn и Fe. Одним из направлений наших эколого-геохимических исследований, проводимых на Иваньковском водохранлилище в период с 1992 по 2010 гг. [1,2], было исследование форм нахождения тяжелых металлов в донных отложениях. Поскольку Иваньковское водохранилище является источником питьевого водоснабжения г.Москвы, важно было определить не только валовые содержания тяжелых металлов в донных осадках, но и определить формы нахождения металлов, что позволяет эффективно оценить степень подвижности элементов в системе «донные осадки – поровые воды - придонные воды» и определить опасность донных отложений как источника вторичного загрязнения водной массы. Для опробования донных отложений было выбрано 13 створов и 8 заливов от г.Тверь до г.Дубна. Поверхностный слой донных отложений (0-5 см) отбирали в пластиковые емкости с помощью трубки ГОИН с борта катера. Масса влажной пробы составляла около 300 гр. Донные осадки высушивали при комнатной температуре и просеивали через сито d=0,5 см. Для получения количественной информации о формах нахождения тяжелых металлов в донных отложениях использовали метод селективного растворения образца с последующим анализом жидкой фазы методами АЭС-ИСП и ААС и твердой фазы методом АЭС–ДР. Атомно-эмиссионный спектральный анализ с дуговым разрядом (АЭС-ДР) при использовании способа введения пробы в дуговой разряд с потоком воздуха применяли для прямого одновременного количественного определения содержания As, Cd, Ni, Cr, V, Zn, Сu, Co, Pb, Mo, Fe, Mn в пробах донных отложений до и после их обработки экстрагентами (спектро-аналитический комплекс «АИ-3К Резонанс»). Для регистрации спектров использовали фотоэлектрическую кассету ФЭК 9/3648 (ИСАН РАН, фирма» МОРС»). Жидкую фазу вытяжек из донных отложений анализировали атомно-эмиссионным методом с индуктивно связанной плазмой (АЭС-ИСП) и методом атомно-абсорбционной спектрометрии с графитовым атомизатором на установке фирмы Perkin Elmer. Изучение форм существования тяжелых металлов в твердом скелете донных осадков проводилось методом прямого извлечения тяжелых металлов из донных отложений серией экстрагентов (рис.1). Выделялось несколько групп форм существования металлов в донных осадках: легкоподвижные, органоминеральные и т.д. Подобное разделение металлов в существенной мере условно, но, тем не менее, можно полагать, что каждая группа объединяет их соединения, близкие по особенностям своего поведения в условиях окружающей среды, и позволяет оценить миграционную подвижность и эколого-токсикологическую значимость поллютантов [3]. Под подвижными формами понимаются такие соединения химических элементов, которые способны относительно быстро включаться в миграционные потоки, например, переходить в растворенное состояние, усваиваться гидробионтами, преобразовываться в еще более активные или более токсичные соединения и т.п. Для преобразования так называемых устойчивых форм химических элементов и их включения в миграционные потоки необходимо более длительное время нахождения в типичных условиях аллювиальной обстановки осадконакопления или какие-либо резкие изменения последних в результате вмешательства специфического фактора (например, поступление кислых вод и т.п.). В природных условиях для биологической пищевой цепи практически доступны только геохимически активные формы металлов, особенно легкоподвижные формы и некоторые органо-минеральные соединения.В работе приведена схема проведения прямого извлечения различных форм соединений тяжелых металлов из донных отложений серией экстрагентов. Рассмотрим результаты исследования извлечения тяжелых металлов различными экстрагентами. При экстракции бидистилированной водой, извлекающей водно-растворимые соединения тяжелых металлов, в раствор перешло, в среднем, около 30% тяжелых металлов из донных осадков русла и литорали створа Клинцы. Для русловых осадков створа Плоски, отличающихся более низким содержанием тяжелых металлов, извлечение было равно 0. Ацетатный буфер при значении рН=3,9 экстрагирующий фракцию легко-обменных ионов, извлекал из всех проб лишь Mn (42%- 50%), Zn (15% - 70%) и Fe (11%-22%). Степень извлечения других тяжелых металлов в ряде проб была ниже чувствительности анализа. Принято, что в этом случае извлекаются в основном фракции обменно-сорбированные (поверхностно-сорбированные), легко растворимые в слабых кислотах, в том числе карбонаты и водорастворимые сульфаты. При экстракции раствором 1 М ацетата аммония (рН=7) извлекалось незначительное количество тяжелых металлов, слабо превышавшее аналитическую ошибку. При обработке образцов донных осадков раствором NaOH с концентрацией 0.1 моль/л, когда выщелачиваются комплексообразующие вещества собственно гумусовой природы, степень извлечения заметна лишь для Mo (4-17)%, Cu (20-42) %, Fe (13-77)%. Извлечение Ni и V существенно ниже и отмечено не во всех образцах. Реактив Честера (комбинированный кислотно-восстановительный реагент) экстрагирует в основном металлы, входящие в состав решеток обломочных и глинистых минералов, связанные с гидроксидами Fe, Mn, Al, а также сульфиды. Степень извлечения ТМ в этом случае наиболее высока и составляет от 70% до 98% для Cu, Zn, Mn , Fe. Pb, Co, Cr имеют выход до 60%. Для Ni, Mo, переход в раствор наиболее низкий и составляет 30 –50%, а V - (0-30)%. Высокая степень извлечения ТМ проявляется при использовании 1% раствора HCl. В этом случае из донных осадков извлекаются металлы, связанные с глинистыми минералами и органическими веществами по механизму ионного обмена, карбонатами, а также – свежеосажденными неустойчивыми гидроксидами Mn и Fe. Наибольшая степень извлечения получена для Сu, Zn, Mn (70-90)%. Переход в раствор Pb, Ni, Mo, Co, Fe ниже и составляет (20-40)%. Минимальная степень извлечения отмечена для V и Cr. По полученным нами результатам исследования можно сделать выводы об основных подвижных формах в типичных донных отложения Иваньковского водохранилища. Среди подвижных форм доминируют формы, связанные с гидроксидами Fe, Mn (солянокислые вытяжки, реактив Честера), в которых наблюдается максимальный выход тяжелых металлов, до 100%. С органическим веществом связаны лишь Fe, Cu, Mo (до 77%), в меньшей степени – V (0-29)%. Интересно отметить, что переход Mn в щелочную вытяжку не был обнаружен, а переход железа – весьма высок (22-77%). Это позволяет предположить существование растворимых в щелочах соединений железа с гумусовыми кислотами, что подтверждает выводы, сделанные при обработке аналитических данных с применением факторного анализа. Обменно-сорбированные и карбонатные формы, извлекаемые ацетатом аммония и ацетатным буфером составляют подчиненную долю и только в отдельных пробах достигают 20%. Переход цинка, марганца и железа в ацетат-аммонийную вытяжку весьма значителен (до 63 и до 33% соответственно).