CC BY
8
УДК 623.459:504.054:661.718
ПАРАМЕТРЫ ПОДВИЖНОСТИ ЗАГРЯЗНЕНИЙ АРСЕНИТОМ НАТРИЯ ДЛЯ ПОЧВ КАМБАРСКОГО РАЙОНА
ПЕТРОВ В.Г., ШУМИЛОВА М.А., НАБОКОВА ОС.
Институт механики УрО РАН, 426067, г. Ижевск, ул. Т.Барамзиной, 34
АННОТАЦИЯ. В лабораторных условиях исследованы параметры подвижности загрязнений арсенитом натрия в образцах почвы, характерных для Камбарского района Удмуртской Республики, где проводилось уничтожение люизита. Установлено, что арсенит натрия обладает высокой подвижностью в загрязненном слое почвы при моделировании воздействия атмосферных осадков в виде дождя. Кинетика его выделения из загрязненной почвы близка к выделению из песка. Это следует учитывать при организации работ по санации загрязненных территорий и при мониторинге техногенного воздействия.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: арсенит натрия, загрязнение почвы, параметры подвижности.
ВВЕДЕНИЕ
В ходе лабораторных испытаний нами было установлено, что арсенит натрия обладает высокой подвижностью в верхнем загрязненном слое почвы при моделировании воздействия атмосферных осадков в виде дождя [1, 2]. Это, в первую очередь, объясняется тем, что арсенит натрия является хорошо растворимым соединением. Кроме этого, мышьяк в арсените натрия находится в анионной форме, что также сказывается на ионообменных процессах в почвах. Нами было показано, что лучше металлы удерживаются в почвах в катионных формах [3, 4]. Техногенное воздействие арсенитом натрия на почву могло происходить в работах по уничтожению люизита в г. Камбарке Удмуртской Республики в 2006 - 2009 г., так как он является продуктом разложения этого ОВ методом щелочного гидролиза [5, 6]. Поэтому интерес вызывает исследование, связанное с определением параметров подвижности арсенита натрия в почвах Камбарского района. Эти данные могут быть использованы как при разработке мероприятий по экологическому мониторингу, так и при санации загрязненных территорий [7].
МЕТОДЫ И МАТЕРИАЛЫ
Различные виды почв Камбарского района были предоставлены Региональным центром по контролю и мониторингу в Удмуртской Республике [8]. Арсенит натрия - NaAsO2, марки «ОСЧ», был получен из Карагандинского химико-технологического института (Республика Казахстан). Исследование подвижности арсенита натрия в загрязненных образцах почв проводили на специальном лабораторном стенде, моделирующем воздействие атмосферных осадков в виде дождя [9]. Загрязнение арсенитом натрия проводили в количестве 12,5 и 25 ПДК (ПДК Аs = 2,0 мг/кг воздушно-сухой почвы) [10]. Определение мышьяка в растворах проводили методом атомно-абсорбционной спектрофотометрии на приборе «Shimadzu»-АА7000. Содержание гумуса в почвенных образцах проводили по методике [11]. Для определения параметров подвижности загрязнителя при его выделении из почвы в воду при воздействии атмосферных осадков в виде дождя использовался разработанный специально для экспериментального стенда способ расчета кинетики такого процесса [1, 9].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
В табл. 1 приведено содержание гумуса и насыпная плотность сухих почвенных образцов. Почвы можно характеризовать как песчаные с различным содержанием гумуса от 1 до 3 % масс. В табл. 2, 3 и на рис. 1 - 3 приведены зависимости степени выделения арсенита натрия из загрязненных образцов почвы от объема пропущенной через образец воды.
Таблица 1
Характеристика исследованных образцов почв Камбарского района УР
Наименование Сод. гумуса, Насыпная плотность,
образца почвы % масс кг. сух/м3
№ 1 1,00 1312
№ 2 2,95 1147
№ 3 1,55 1348
№ 4 2,22 1158
№ 5 1,73 1177
Таблица 2
Степень выделения мышьяка при пропускании воды через загрязненный слой почвы
№ Объем Степень выделения а, доли от исх.
п/п пропущенной Образец почвы Образец почвы Образец почвы
через образец № 1 № 4 № 5
воды, мл
1 50 3,73210-2 6,873 10-2 3,56010-3
2 100 1,06910-1 1,45910-1 7,762.10-3
3 150 1,891. 10-1 2,57910-1 5,58910-2
4 200 2,88410-1 2,94810-1 1,11010-1
5 250 3,739 10-1 3,257 10-1 2,06110-1
6 300 4,24110-1 3,44410-1 3,09010-1
7 350 4,81210-1 3,633 10-1 3,92810-1
8 400 5,45110-1 3,79910-1 4,703 10-1
9 450 5,96810-1 4,01410-1 5,395 10-1
10 500 6,422.10-1 4,25110-1 6,072.10-1
11 550 6,75210-1 4,35410-1 6,50610-1
12 600 7,097 10-1 4,41210-1 6,88610-1
13 650 7,51110-1 4,48710-1 7,242.10-1
14 700 8,05110-1 4,555 10-1 7,857 10-1
15 750 8,14110-1 4,59210-1 8,037 10-1
16 800 8,18510-1 4,62110-1 8,262.10-1
-----3-^
Примечание: Объем фракции 50 мл, скорость фильтрации воды через загрязненный образец ю ~ 6,94-10 мл/с,
загрязнение арсенитом натрия 12,5 ПДК по Аs.
Таблица 3
Степень выделения мышьяка при пропускании воды через загрязненный слой почвы.
№ п/п Объем пропущенной через образец воды, мл Степень выделения- а, доли от исх.
Образец почвы № 2 Образец почвы № 3 Образец почвы № 4
1 50 5,03610-2 3,852 10-2 4,479.10-2
2 100 1,04610-1 7,853 10-2 1,08010-1
3 150 2,67110-1 2,086.10-1 1,693 10-2
4 200 4,37810-1 3,362 10-1 2,34210-1
5 250 5,374.10-1 4,458.10-1 3,04010-1
6 300 6,21010-1 5,611. 10-1 3,78010-1
7 350 6,622.10-1 6,242.10-1 4,62510-1
8 400 6,75610-1 6,632.10-1 5,65010-1
9 450 6,87910-1 6,978.10-1 6,13210-1
10 500 7,077.10-1 7,377.10-1 6,393.10-1
11 550 7,225.10-1 7,80010-1 6,66510-1
12 600 7,33610-1 8,217.10-1 6,89810-1
13 650 7,381. 10-1 8,63110-1 7,18010-1
14 700 7,41610-1 9,042.10-1 7,507 10-1
15 750 7,446.10-1 9,358 10-1 7,73810-1
16 800 7,462.10-1 9,657.10-1 7,823 10-1
-----з-
Примечание: Объем фракции 50 мл, скорость фильтрации воды через загрязненный образец ю ~ 6,94-10 мл/с,
загрязнение арсенитом натрия 25 ПДК по Аs.
а
9,00Б-01 8,00Б-01 7,00E-01 6,00E-01 5,00E-01 4,00E-01 3,00E-01 2,00E-01 1,00E-01 0,00Б+00
50
И-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-г
100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800
V
Обр.№ 1
Обр.№ 5
Рис. 1. Зависимость степени выделения а (в долях от исходного содержания) NaAsO2 от объема воды V (мл), пропущенной через образцы почвы № 1,5. Загрязнение арсенитом натрия 12,5 ПДК по Аs
а
1,00Б+00 9,00Б-01 8,00Б-01 7,00Б-01 6,00Б-01 5,00E-01 4,00E-01 3,00Б-01 2,00Б-01 1,00Б-01 0,00Б+00
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800
V
Обр.№ 2
Обр.№ 3
Рис. 2. Зависимость степени выделения а (в долях от исходного содержания) NaAsO2 от объема воды V (мл), пропущенной через образцы почвы № 2,3. Загрязнение арсенитом натрия 25 ПДК по Аs
9,00Б-01 8,00Б-01 7,00Б-01 6,00Б-01 5,00Б-01 4,00Б-01 3,00Б-01 2,00Б-01 1,00Б-01 0,00Б+00
а
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800
V
Обр.№ 4(12,5ПДК) Обр.№ 4(25ПДК)
Рис. 3. Зависимость степени выделения а (в долях от исходного содержания) NaAsO2 от объема воды V (мл), пропущенной через образец почвы № 4 с загрязнением арсенитом натрия 12,5 и 25 ПДК по Аs
Расчет константы скорости выделения загрязнителя из загрязненной почвы для экспериментального стенда приведен в работах [1, 9]. Можно показать, что порядок кинетического уравнения определяется из уравнения:
/ ^ Л"-1
С
0,2 V С0,1 у
(1)
V щ _ у щ
где У\, У2 - объемы пропущенный через образцы почвы с разным исходным содержанием загрязнителя С0д; С0,2, при которых будет выделено одно и то же количество вещества в долях от исходного содержания а; при скорости фильтрации воды ю\, ю2.
В работе [1] было показано, что порядок выделения арсенита натрия из загрязненной почвы отличается от оксидов тяжелых металлов и близок к 2. Для образца почвы № 4 также был сделан расчет порядка кинетического уравнения, исходя из экспериментальных данных, приведенных в табл. 3 и изображенных на рис. 3. В табл. 4 приведены результаты расчета.
Таблица 4
Значения порядка выделения NaAsO2 из образца почвы № 4, определенные на основании экспериментальных данных, приведенных в табл. 3 и изображенных на рис. 3
Степень выделения а, Порядок
доли от исх. выделения п
0,37 1,40
0,40 1,52
0,43 1,80
Среднее значение п 1,57
Из табл. 4 видно, что порядок выделения №аб02, также как в работе [1], близок к 2. В соответствии с этим наблюдаемую константу скорости выделения можно определить из формулы:
о) ( а Л
к _ у Ь=а} (2)
Используя данные табл. 2, 3, можно рассчитать значения констант скорости выделения №аб02. В табл. 5 приведены результаты расчета констант скорости выделения №аб02 из загрязненных образцов почвы.
Из табл. 5 видно, что имеется зависимость константы скорости выделения №аб02 от содержания гумуса в почвах. Увеличение содержания гумуса в почве снижает константу скорости выделения арсенита натрия при одинаковых условиях эксперимента (см. рис. 4). Это заключение также подтверждается результатами работы [1].
Таблица 5
Значения наблюдаемой константы скорости выделения NaAsO2 для различных образцов исследованных почв в условиях эксперимента
Образец почвы Загрязнение, пДк по Аs кн, с-1
№ 1 12,5 3,91210-5
№ 2 25,0 2,55110-5
№ 3 25,0 2,442.10-4
№ 4 12,5 7,453.10-6
№ 4 25,0 3,11710-5
№ 5 12,5 4,124.10-5
Расчет периода полувыведения (Т0,5) загрязнителя при воздействии атмосферных осадков, характерных для региона, показывает, что арсенит натрия при исследованных уровнях загрязнения обладает высокой подвижностью в образцах почв Камбарского района. Т0,5 составляет несколько дней и близок к значениям, полученным для песка в работе [1].
Кн, с
0,00025 0,0002 0,00015 0,0001 0,00005
Т-1-1-1-1-1-г
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5
12,5 ПДК As 25 ПДК As
Содержание гумуса, % масс
0
Рис. 4. Зависимость константы скорости выделения NaAsO2 от содержания гумуса ВЫВОДЫ
Арсенит натрия обладает высокой подвижностью в почвах Камбарского района при воздействии атмосферных осадков в виде дождя. Параметры подвижности для различных образцов почвы близки к значениям, полученным ранее для песка. Это следует учитывать при санации загрязненных территорий и мониторинге воздействия загрязнителя. Технические мероприятия по санации загрязненных территорий могут разрабатываться применительно к территории Камбарского района на песчаных образцах. Увеличение содержания гумуса в почвах снижает скорость выделения арсенита натрия из загрязненных почв.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Шумилова М.А., Петров В.Г., Набокова О.С. Кинетика выделения арсенита натрия из загрязненной почвы // Химическая физика и мезоскопия. 2012. Т. 14, № 4. С. 626-632.
2. Петров В.Г., Шумилова М.А., Набокова О.С., Сергеев А.А. Оценка подвижности в почве загрязнения арсенитом натрия // Вестник Удмуртского университета. Сер. 4 Физика и химия. 2012. Вып. 1. С. 98-104.
3. Петров В.Г., Шумилова М.А., Харалдина Е.А., Эсенкулова С.В. Сравнение подвижности в почве соединений хрома // Вестник Удмуртского университета. Сер. Физика и химия. 2012. Вып. 2. С. 69-73.
4. Петров В.Г., Шумилова М.А., Лопатина М.В., Александров В.А. Исследование сорбции ионов меди (2+) в почвах // Вестник Удмуртского университета. Сер. Физика и химия. 2012. Вып. 2. С. 74-77.
5. Умяров И.А., Кузнецов Б.А., Кротович И.Н. и др. Методы уничтожения и утилизации запасов люизита и иприта // Российский химический журнал. 1993. Т. 37, № 3. С. 25-29.
6. Петрунин В.А., Баранов Ю.И., Кузнецов Б.А. и др. Математическое моделирование процесса щелочного гидролиза люизита // Российский химический журнал. 1995. Т. 39, № 4. С. 15-17.
7. Набокова О.С. Совершенствование экологического мониторинга почв при техногенном воздействии соединений мышьяка для объектов УХО // Вестник Удмуртского университета. Сер. Физика и химия. 2012. Вып. 4. С. 59-62.
8. Шумилова М.А., Набокова О.С., Петров В.Г. Особенности поведения техногенного мышьяка в природных объектах // Химическая физика и мезоскопия. 2011. Т. 13, № 2. С. 262-269.
9. Петров В.Г., Шумилова М.А. Способ изучения в лабораторных условиях подвижности техногенных загрязнений в почве // Химическая физика и мезоскопия. 2012. Т. 14, № 2. С. 257-260.
10. Бандман А.Л., Волкова Н.В., Грехова Т.Д. и др. Вредные химические вещества. Неорганические соединения V-VШ групп : справочное издание / под ред. В.А. Филова и др. Л. : Химия, 1989. 592 с.
11. Практикум по агрохимии : учеб. пособие / 2-е изд., перераб. и доп. / под ред. ак. РАСХН В.Г.Минеева. М. : Изд-во МГУ, 2001. 689 с.
PARAMETERS OF MOBILITY FOR POLLUTION OF SODIUM ARSENITE FOR SOILS OF KAMBARKA AREA
Petrov V.G., Shumilova M.A., Nabokova O.S.
Institute of Mechanics, Ural Branch, Russian Academy of Sciences, Izhevsk, Russia
SUMMARY. In laboratory conditions parameters of mobility for pollution of sodium arsenite in samples of soil of Kambarka area, where destruction of lewisite was spent, are investigated. It is established, that sodium arsenite possesses high mobility in the polluted layer of earth at modelling of atmospheric influence in the form of a rain. Kinetic of its allocation from the polluted soil it is close to allocation from sand. It should be considered at the organization of works on sanitation of the polluted territories and at monitoring of technogenic influence.
KEYWORDS: sodium arsenite, soil contamination, the parameters of the mobility.
Петров Вадим Генрихович, доктор химических наук, заведующий лабораторией ИМ УрО РАН, тел (3412)21-89-55, e-mail:petrov@udman.ru
Шумилова Марина Анатольевна, кандидат химических наук, доцент, старший научный сотрудник ИМ УрО РАН, e-mail: mashumilova@mail.ru
Набокова Олеся Станиславовна, аспирант ИМ УрО РАН, olesya_eco@yahoo.com
