Вивчення сорбційних процесів і здатності водоносних горизонтів до самоочищення, на прикладі західного Донбасу Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

УДК 556.491:622

О.Є. Сабадаш

Дніпропетровський національний університет імені Олеся Гончара

ВИВЧЕННЯ СОРБЦІЙНИХ ПРОЦЕСІВ І ЗДАТНОСТІ ВОДОНОСНИХ ГОРИЗОНТІВ ДО САМООЧИЩЕННЯ, НА ПРИКЛАДІ ЗАХІДНОГО ДОНБАСУ

У ставках-накопичувачах Західного Донбасу розглянуті і проаналізовані фізико-хімічні процеси у водоносних горизонтах, які супроводжують міграцію забруднюючої речовини у підземних водах. На основі опрацювання результатів хімічних аналізів води у ставках-накопичувачах і свердловинах, на прилеглих до них територіях, дана оцінка впливу сорбційних властивостей порід на здатність водоносних горизонтів до самоочищення.

Ключові слова: забруднення, водоносний горизонт, міграція, сорбція.

В прудах-накопителях Западного Донбасса рассмотрены и проанализированы физикохимические процессы в водоносных горизонтах, сопровождающих миграцию загрязняющего вещества в подземных водах. На основе обработки результатов химических анализов воды в прудах-накопителях и скважинах, на прилегающих к ним территориях, дана оценка влияния сорбционных свойств пород на способность водоносных горизонтов к самоочищению

Ключевые слова: загрязнение, водоносный горизонт, миграция, сорбция.

In the ponds-accumulate Western Donbass considered and analyzed the physical-chemical processes in aquifers, the which accompany migration of contaminants in groundwater. On the basis of processing the results of chemical anlysis of water in ponds and wells on adjacent territories assessed the effect of sorption properties of rocks on the ability of the aquifer to selt-cleaning.

Key words: pollution, aquifer, migration, sorption.

Процеси руху забруднюючої речовини у підземних водах супроводжуються фізико-хімічною взаємодією компонентів розчину з водовміщуючими породами. Найбільш поширеними є процеси сорбції, з якими пов’язують самоочищуючу здатність водоносних комплексів при міграції забруднення [1, 2, 3, 4]. Сорбція відбувається у часі. Повна сорбційна ємність породи реалізується не одразу. Кількість компонента, який сорбується одиницею об’єму гірської породи N (c, t) досягає свого кінцевого значення N (c) через декілька діб. Тому в натурних умовах, де процеси масопереносу продовжуються роками, внутрішньопоровою кінетикою сорбції можна зневажати, і вважати, що сорбція відбувається миттєво. Сорбційна ємність породи N - це максимальна кількість компонента, який сорбується у даних умовах одиницею об’єма породи при даній його концентрації у воді С. Розмірність сорбційної ємності така сама, як у концентрації розчину [N] = [С]. Лінійна залежність між сорбційною ємністю і концентрацією відображується ізотермою Генрі:

(1)

де в - коефіцієнт розподілу, постійна величина у даній фізико-хімічній ситуації. Розрахункова схема міграції з урахуванням сорбції повинна враховувати потоком речовини. Це досягається заміною активної пористості n на ефективну.

1

(2)

© Сабадаш О.Є., 2011 р

Катіони сорбуються більш інтенсивно, ніж аніони. З макрокомпонентів пісчаними породами більш за все сорбується Na+. CҐ пісчаними породами практично не сорбується. Тому на шляху міграції при належності сорбції співвідношення іонів повинно змінюватись. В табл. 1 представлені результати хімічних аналізів води в ставках-накопичувачах і свердловинах на прилеглих до них територіях. У ставку «Балка Таранова»

. . С1~ . .

співвідношення — = 2,09, у свердловині 22472mz воно дорівнює 2,12, у

свердловині 23152br воно збільшилося до 2,22. Свердловини 22472 і 23152 розташовані на відстанях відповідно 200 і 650 м на південь від ставка (рис. 1). Таким чином на шляху міграції довжиною 650 м глинясті берекські піски сорбують 135,5 мг/дм3 Na+. Для незмінного співвідношення 2,09 кількість іонів Na+ у свердловині 23152 повинна дорівнювати 2200 мг/дм3 замість 2064,5 мг/дм3. Розраховуємо параметри в й Пэ.

2064.5

135.5

15,31,

~ = 0,0652,

пэ = 0,175 + 0,0652 = 0,2402.

У ставку «Балка Стуканова» співвідношення змінюється на

протязі досліджуваного періода від 2,0 до 2,02. У свердловині 228200br, яка розташована на відстані 500 м від ставка на створі 1-І (рис. 2) воно дорівнює 2.36. Вміст іонів Na+ 867,1 мг/дм3. Для співвідношення 2,02 натрію повинно бути 1015 мг/дм3. Кількість сорбованого натрію дорівнює 147,9 мг/дм3.

867,1 1

"-ЩГ5*' Г047’

пэ = 0,19 + 0,17 = 0,36.

Кількість інших іонів практично не змінюється. Співвідношення

гг

,Vq4

суттєво порушується для ділянки «Свідовок», у ставку воно дорівнює 1,971,98. У свердловині 22313br, яка розташована на відстані 300 м від ставка на створі ІІ - ІІ, воно змінюється у широкому діапазоні. Але причиною є не сорбційні властивості порід водоносного горизонту, а колоїдно-сольовий екран, який містить сорбенти. Перші три роки експлуатації він сорбував практично усі іони.

Таблиця 1

Хімічний аналіз води поверхневих водоймищ і підземних вод _________

Дата відбору проби Наймену- вання об’єкту Мінера- лізація, г/дм3 „ . . . нг/даг1 Вміст ІОНІВ, , ^ Cl' Na+

HCO3- Cl- SO42- Ca2+ Mg2+ Na++K+

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

2

06S0II 03.10.93 05.04.89 00 о Os о о 15.05.90 09.04.88 14.10.83 -

Свердп. 22820 Ставок «Б. Сту Канова» Ставок «Б. Сту Канова» Ставок «Б.Свідо- вок» Свердп. 22313 Ьг Свердп. 22313 Ставок «Б. Свідовок » to

U) 00 L/i JO 00 ю 8,142 5,937 U) К) to 0,797 12,89 U)

79.5 2,06 97.4 0,99 100,2 1,2 214,1 3,62 125,1 3,9 187.5 23.5 158,6 1,23 4^

2050.4 53,2 5004.1 182,7 4450.1 54,8 3201.3 54.03 1750 54,4 62,4 7,82 7543.75 58,0 L/i

400,2 10,4 1251,2 12,7 660,2 8,1 429,2 7,23 281,9 8,74 313,1 39,3 423,3 3,3 Os

203,2 5,27 497,1 5,0 250,4 3,0 143,1 2,41 439,2 13,6 31.2 3,91 649,29 5,04

250,9 6,52 481,3 4,91 479,9 5,9 322,8 5,41 220.26 6,86 46,2 5,8 314.94 2,44 00

867,1 22,55 2502,9 25,3 2201,2 27,0 1627,1 27,3 406,2 12,51 156,5 19,67 3809,03 29,6 SO

JO 04 JO О ю о ю О -о 4^ 'и) О V Хо 00 О

25.05.84 17.04.84 14.10.83

Свердп. 23152 Свердп. 22472 Ставок «Б. Таранова»

-о

<1 J—1 U)

U) L/i чо

151,4 239,5 262,3

1,96 2,1 1,89

4590.2 6785.3 8262.6

59,4 59,14 59,44

156,3 234,8 271,6

2,05 2,12 1,85

551,7 684,76 821,64

7,15 6,05 5,9

211.7 302.6 364.8

2,74 2,64 2,52

2064,5 3257,2 3949,1

26,7 27,95 28,4

JO JO JO

Ю Ю 40

Рисунок 2 - Схема режимної спостережної мережі на ділянці «Балка Стуканова», 1995 рік.

Новітня теорія міграції речовин у ґрунтах викладена А.Б. Ситніковим у роботі "Моделювання міграції речовин (радіонуклідів) в ґрунтах суші" (1998 рік), проте її застосування оптичних варіантів самоочищення підземних вод не підтверджується, як не підтверджують їх і режимні спостереження [5].

Висновки:

1. У прогнозних розрахунках забруднення підземних вод сорбцію доцільно врахувати тільки для іонів натрію.

2. При науковому обґрунтуванні, плануванні, розробці і здійсненні природоохоронних заходів не слід розраховувати на самоочищуючу здатність водоносних горизонтів шляхом сорбції.

4

Література

1. Абдурагимов, Т.А. Определение коэффициента конвективной диффузии

и активной пористости засоленных почвогрунтов методом

радиоиндикаторов / Т.А. Абдурагимов // Радиоизотопные методы и средства в гидротехнике и мелиорации. - М.: Колос. - с.129-130.

2. Айдаров, А.П. Регулирование водно-солевого и питательного режимов орошаемых земель / А.П. Айдаров // М.: Агропромиздат, 1985. - 304с.

3. Барцев, О.Б. Детерминированное моделирование миграционных

гидрогеологических систем / О.Б. Барцев // Тез. Докл. Всесоюз. семин. «Применение ЭВМ при гидрохимимическом моделировании»

Ленинград, 13 -18 мая, 1991. - Л., 1991. - с.26-27.

4. Бреслер, Э. Солончаки и солонцы: Принципы. Динамика.

Моделирование / Э. Бреслер, Б.Л. Макнил, Д.Л. Картер // Пер. с англ. -Л.: Гидрометеоиздат, 1987. - 296с.

5. Ситников А.Б. Вопросы миграции веществ в грунтах / А.Б. Ситников -К.: Институт геологических наук НАН Украины, 2010. - 640с.

5