ИСТИНА

Подземные воды являются стратегическим ресурсом, являются основным, а в некоторых регионах Российской Федерации альтернативным и резервным источником водоснабжения. Необходимое условие при использовании воды для хозяйственно-питьевых нужд или для пищевой промышленности - соответствие качества воды санитарно-эпидемиологическим нормам. Целью проекта являются: исследование микро- и наночастиц полимеров, как нового загрязнителя подземных вод с упором на изучение процессов миграции и сорбции в поровых средах, проведение лабораторных экспериментов для выяснения роли водовмещающих пород как естественного барьера для миграции полимерных частиц.

The annual use of water resources in Russia is 60.3 billion m3, of which about 9.3 billion m3 is groundwater. Groundwater is used for domestic and drinking water supply, for balneological purposes, and as technical water, including in the food industry and for irrigation. The share of groundwater for domestic drinking water demand is 46%, while in 35 regions of the Russian Federation it reaches 70-100%. High-quality drinking water resources are a critical basis for the livelihood of any settlement. On the other hand, there is an annual increase in the production of plastic products and the accumulation of plastic waste in landfills, municipal solid waste landfills and in the natural environment. Approximately 55 Mt of solid municipal waste is generated in Russia annually, plastic waste accounts for about 10%, of which about 73% is disposed of in landfills and uncontrolled dumps. Under the influence of external factors, plastic waste is gradually broken down to micro- (MP <5 mm) and nanoparticles (NP <1µm). MP and NP particles are found in all environments and even in living organisms. Most studies are focused on MPs in surface waters, but polymer particles have been also found in groundwater. The relevance of the research is determined by the need to study polymer particles in the geological systems. Non-protected or partially protected aquifers are most susceptible to anthropogenic pollution; therefore, the object of research is the first aquifers from the surface. Karst aquifers, with their high permeability and rapid water exchange, are vulnerable systems where transport of microplastics can occur over significant distances, including in protected areas. The aim of the research is a comprehensive study of MPs in shallow aquifers, assessing the conditions of plastic particles enter into groundwater, identifying the sources and pathways of their distribution, conducting identification of polymer particles, studying the transport and sorption processes, and determining the main parameters of these processes. Despite the growing interest of scientists in this field, information on the impact of MP on living organisms is still insufficient. At present there are no normative acts regulating maximum permissible concentrations of MP in water bodies, and its threat to human health has not been fully proved and requires intensive interdisciplinary research. Most of large-tonnage polymers are chemically inert, however, during their decomposition under the influence of external factors, particles of various composition and shape with “developed” surface appear, which can adsorb and transport organic material, toxic substances and bacteria, including pathogenic microorganisms. This is what has been attributed to the harmful effects of MPs, but regulations on the potential risk of plastic particles have not currently been developed. The scientific novelty of the project consists in the study of polymer migration in porous media, as well as in the study of sorption processes of MP and NP on water-bearing sediments. This project is a pioneer both for the Russian scientific community and for the world science in general.

1. Анализ и систематизация опубликованных работ по исследованию частиц микропластика в подземных водах на реальных объектах 2. Опробование природных объектов на Звенигородской биостанции: 2.1. полевые выезды и отбор проб подземных и поверхностных вод 2.2. Экстракция частиц микропластика. 2.3. При выявлении частиц микропластика проведена визуальная характеристика частиц, получены первые результаты идентификации химического состава полимеров. 3. Наладка и тестирование лабораторной установки для исследования миграции микропластика, будут получены первичные результаты лабораторных испытаний по миграции полимеров, будут выявлены факторы, влияющие на миграцию микропластика 5. Будет выполнен сбор и анализ работ, посвященных сорбции частиц микропластика на породе. Проведены первые эксперименты и получены изотермы сорбции. 6. Будут подготовлены публикации в рецензируемых журналах по тематике проекта, будут сделаны доклады на ведущих российских и зарубежных конференциях.

Проблемой микропластика в природных водах руководитель проекта занимается с 2020 г, однако пандемия ограничила возможность лабораторного и полевого изучения данной научной проблемы. В 2022 г опубликована объемная обзорная статья “Микро- и нанопластик в природных водах России и проблемы его определения”, в которой представлены результаты анализа и обобщения актуальной опубликованной литературы, посвященной проблемам загрязнения микро- и нанопластиком природных вод на территории Российской Федерации. Построена схематическая карта распространения МП в поверхностных водах России. В 2024 г в Russian Journal of Earth Sciences вышла статья “Microplastics in Russian freshwater systems: a review. В статье систематизированы в табличном и графическом виде методы исследования частиц полимеров в поверхностных водах суши, применяемых в России. Опубликована статья Филимонова и др. "Исследование частиц микропластика в трещинно-карстовом водоносном горизонте (г. Звенигород, Россия)", в которой представлены результаты анализа частиц микропластика в пробах подземных вод, отобранных из скважин. Коллектив авторов исследует проблему микропластика как на реальных объектах, так и с помощью модельных экспериментов. В 2022-2023 руководителем проекта опробованы подземные воды, поверхностные воды и донные отложения на Андреевском месторождении (Калужская область). В 2023-2025 Давыдовой Н.К. под руководством Филимоновой Е.А. опробованы подземные воды трех водоносных горизонтов на Звенигородской биостанции. Результаты исследований представлены на многочисленных конференциях и опубликованы в сборниках материалов конференций. В 2023-2025 гг. Филимоновой Е.А., Мошиным В.Е, Мальцевым Г.С. проведены эксперименты по фильтрации частиц латекса. Получены предварительные миграционные параметры, проанализировано физико-химическое взаимодействие полимер-песок. Проведены первые тестовые опыты по сорбции латекса на песчаных зернах.

В результате проекта будут отобраны пробы подземных вод из скважин, оборудованных на терригенные и трещинно-карстовые водоносные горизонты. В качестве объектов исследования выбраны два участка: 1) Горный Крым и 2) Звенигородская биостанция МГУ имени С.Н. Скадовского. Эксплуатационный водоотбор в г. Москве и Московской области преимущественно осуществляется из подольско-мячковского водоносного горизонта, что определяет практическую значимость изучения данного горизонта. Территория Горного Крыма относится к особо охраняемой территории, с другой стороны играет важнейшую роль в формировании потока подземных вод на Крымском полуострове, что определяет научную и социальную значимость изучения загрязнения полимерами данного региона. В результате геохимического опробования будет получена массовая концентрация полимеров (при их наличии) и определены характерные черты МП (форма, размер, химический состав). Важным этапом исследования является выявление основных источников полимеров для подземных вод, путей распространения и условия попадания пластиковых частиц в подземные воды. Результатом проекта будут также рекомендации по пробоотбору подземных вод с целью определения частиц МП в зависимости от типа водопроявлений (родники, колодцы, скважины). В рамках выполнения проекта будут разработаны предложения по методике пробоподготовки и методам идентификации полимеров в подземных водах. В результате проведения лабораторных и численных экспериментов с использованием авторского кода будут получены параметры миграции полимерных частиц, выявлены факторы влияющие на миграцию частиц нано- и микропластика в системе “подземные воды - порода”. В результате лабораторных экспериментов будут получены изотермы сорбции полимеров. Результаты исследования позволят углубить понимание механизмов миграции частиц микро- и нанопластика в подземных водах и оценить потенциальные риски для природных водных ресурсов.