CC BY
0
УДК 502.51
Атабиева Ф.А.,
кандидат химических наук;
Федеральное государственное бюджетное учреждение "Высокогорный геофизический институт,
КБР, г. Нальчик, Отарова А.С.
Федеральное государственное бюджетное учреждение "Высокогорный геофизический институт,
КБР, г. Нальчик
КОЭФФИЦИЕНТ МИГРАЦИИ СОЕДИНЕНИЙ МАРГАНЦА В ВОДЕ РЕК БАССЕЙНА Р. ТЕРЕК
Аннотация
Исследований, затрагивающих интенсивность миграции растворенных форм тяжелых металлов в воде рек бассейна р. Терек, (р.Шалушка, р.Нальчик, р.Урвань, р.Лескен, р.Куркужин), в которых отсутствует ледниковое питание, так как их истоки расположены ниже ледников Главного Кавказского и Бокового хребтов, за многолетний период практически не проводилось. Целью данной работы явилась оценка интенсивности водной миграции растворенных форм марганца в реках Шалушка, Нальчик, Урвань, Лескен, Куркужин. Методы исследования. Для количественного выражения миграционной способности элементов использовали уравнение Перельмана. Измерение минерализации воды указанных рек проводили в среднем и нижнем течении, с использованием портативного кондуктометра HANNA (HI 991300). В стационарных условиях во всех отобранных пробах атомно-абсорбционным методом с использованием спектрометра с электротермической атомизацией «МГА-915М» определены концентрации растворенных форм марганца. По уравнению Перельмана были рассчитаны сезонные коэффициенты миграции марганца. Данные получены в ходе полевых исследований, проведенных в 20212023 гг. Результаты работы. Коэффициент водной миграции соединений марганца в зимнюю межень изменяется от 0,02 до 0,10, в летнее половодье - от 0,02 до 0,06, т.е. в реках Шалушка, Нальчик, Урвань, Лескен, Куркужин интенсивность миграции соединений марганца в основном слабая или очень слабая.
Ключевые слова:
реки бассейна р. Терек, тяжелые металлы, растворенные формы марганца, коэффициент миграции
Введение
Марганец относится к числу наиболее распространенных металлов. В земной коре он встречается преимущественно в виде соединений с кислородом. Важнейшими минералами марганца являются пиролюзит, манганит, псиломелан. Естественными источниками поступления марганца в водную среду являются процессы растворения железомарганцевых руд, различных минералов, останков животных и растительных организмов, особенно сине-зеленых и диатомовых водорослей. Антропогенное загрязнение водных объектов соединениями марганца обусловлено их выносом со сточными водами предприятий горнодобывающей, металлургической, химической промышленности. Марганец является поливалентным металлом, поэтому в водах он может присутствовать в различных степенях окисления: Мп(11), Мп(III), Mn(IV). На состав и формы нахождения соединений марганца в водах оказывают влияние, главным образом, величина pH и Eh, а также присутствие природных комплексообразователей (гуминовых и фульвокислот), содержание растворенного кислорода, сероводорода, диоксида углерода; наличие микроорганизмов, окисляющих и восстанавливающих марганец. Растворенные формы марганца в воде представлены соединениями Мп(11) - гидратированными катионами, а также комплексами с органическими и неорганическими лигандами [1].
В поверхностных водных объектах суши концентрация марганца подвержена сезонным колебаниям, поэтому и интенсивность его миграции по сезонам будет различной. Исследований, затрагивающих интенсивность миграции соединений марганца в речных водах бассейна р. Терек (р. Шалушка, р. Нальчик, р. Урвань, р. Лескен, р. Куркужин) в различные сезоны практически не проводилось. В данной статье представлена оценка степени миграции соединений марганца в воде рек р.Шалушка, р. Нальчик, р. Урвань, р. Лескен, р. Куркужин в среднем и нижнем течении, в основные фазы водного режима.
Материалы и методы исследований
Объектом исследования являлись реки Шалушка, Нальчик, Урвань, Лескен, Куркужин.
Река Шалушка. Берёт начало с северного склона Скалистого хребта. Длина - 52 км. Площадь водосборного бассейна - 297 км2.
Река Нальчик. Исток реки находится на Северном склоне Скалистого хребта и представляет собой родник, расположенный на высоте 2660 м над у. м. Длина реки составляет 54 км, площадь водосборного бассейна - 440 км2.
Река Урвань. Долина реки расположена на предгорной равнине. Начало реки находится на высоте 580 метров над уровнем моря. Длина реки - 52 км.
Река Лескен. Устье реки находится в 448 км по левому берегу реки Терека. Длина реки -59 км, площадь водосборного бассейна - 313 км2.
Река Куркужин. Устье реки находится в 56 км по правому берегу реки Малка. Длина реки составляет 66 км, площадь водосборного бассейна - 531 км2 [1].
Постоянные пункты отбора проб воды расположены в предгорной и равнинной части (среднее и нижнее течение) рек (табл.1).
Таблица 1
Пункты отбора проб воды рек
Водный Расстояние Пункт отбора Местоположение
объект от истока, км створа
1 2 4 5
р. Куркужин 40 с. Куба-Таба 0,2 км выше села
64 с. Карагач 0,5 км до устья
р. Шалушка 20 с. Шалушка напротив села
34 пост ДПС, сады мост по трассе
р. Нальчик 30 г. Нальчик Долинск
43 с. Нартан 0,5 км до устья
р. Урвань 15 Ост. «27 км ж.-д.» мост, сады
44 с. Новоивановское в лесу
р. Лескен 38 с. Лескен напротив села
61 ст. Александровская после станицы
Отборы проводились в периоды зимней межени во время половодья (на подъеме, пике, в начале и конце спада половодья), при прохождении дождевого паводка и осенью. При отборе проб воды фиксировались температура воздуха, воды, прозрачность, водородный показатель и минерализация.
Измерение минерализации воды указанных рек проводили в среднем и нижнем течении рек с использованием портативного кондуктометра HANNA (HI 991300).
В стационарных условиях во всех отобранных пробах атомно-абсорбционным методом [2] с использованием спектрометра с электротермической атомизацией «МГА-915М» были определены концентрации соединений марганца (Mn). Согласно методике [2] при определении растворенных форм соединений металлов пробы фильтруют через обеззоленные фильтры «синяя лента». Фильтрат подкисляют концентрированной азотной кислотой квалификации ос. ч. из расчета 3 см3 на 1 дм3 воды и контролируют значение рН. В статье приводим значения минерализаций и концентраций, полученных в феврале-марте и июле, в месяцы наименьшей и наибольшей водности рек. В качестве нормативов
использовались ПДК элементов для водоемов рыбохозяйственного назначения [3].
Для количественного выражения миграционной способности элементов использовали уравнение Перельмана. Специальный геохимический показатель - коэффициент водной миграции Кх был введен Перельманом А.И. (1956). Он рассчитывается как отношение содержания элемента в водах (%) к содержанию элемента в породах, дренируемых этими водами (%) [4].
Кх = Сх 100/ М • пх, (1),
где Сх - содержание элемента в воде, г/л; М - минерализация воды, г/л; пх - процентное содержание элемента в водовмещающих породах. Благодаря этим коэффициентам А.И. Перельман [4] получил миграционные ряды, согласно которым по величине показателя величины Кх все химические элементы в растворенном состоянии обоснованно разделены на пять основных групп - очень сильной, сильной, средней, слабой и очень слабой миграции (табл. 1).
Таблица 1
Ряды интенсивности водной миграции элементов в окислительной обстановке
Интенсивность миграции Коэффициент водной миграции Кх
100 10 1 0,1 0,01
Очень сильная S, Cl, B, Br, I
Сильная Ca, Na, Mg, F, Sr, Zn, U,Mo, Se
Средняя Si, K, Mn, P, Ba, Rb, Ni, Cu, Li, Co, As, Cs, Ra
Слабая и очень слабая Al, Fe, Ti, Zr, Y, Nb, Tr, Be, Ta, Sn, Hf, Pt
Результаты исследований и их обсуждение
Обработку данных проводили по результатам анализов, полученных в ходе полевых исследований, проведенных в 2021-2023 гг., в бассейне р. Терек.
Концентрации соединений марганца в основные фазы водного режима в среднем и нижнем течениях рек, и минерализация представлены в таблице 2.
Как видно из таблицы 2, общая минерализация в зимнюю межень возрастает до 300-500 мг/л. В летнее половодье минерализация снижается до 98-123 мг/л, что связано с разбавлением воды рек при таянии снежного покрова во время летнего половодья.
Минерализация вниз по течению рек меняется незначительно, лишь в воде р. Куркужин можно отметить повышение от 367 мг/л до 502 мг/л.
Таблица 2
Концентрации марганца в воде рек и минерализация
Основные фазы водного режима Среднее течение Нижнее течение
Х, мкг/дм3 М, мг/дм3 Х, мкг/дм3 М, мг/дм3
р. Шалушка
Февраль-март 6,63 167 8,84 183
Июль 8,26 128 6,29 98
р. Нальчик
Февраль-март 11,35* 224 9,17 213
Июль 7,57 163 7,24 163
р. Урвань
Февраль-март 23,98* 378 31,05* 363
Июль 8,86 220 8,5 214
р. Лескен
Февраль-март 9,26 166 15,98* 171
Июль 3,77 123 4,37 110
р. Куркужин
Февраль-март 35,71* 367 8,89 502
Июль 8,5 306 4,5 215
Примечание: Х - концентрация соединений Mo; М - минерализация воды; * - значения концентраций, превышающие ПДКрх.
Превышение концентраций соединений марганца обнаружено не во всех рассматриваемых нами реках. Максимальная концентрация марганца зафиксирована в воде р. Куркужин в среднем течении в зимний период - 35,71 мкг/дм3 и в воде р. Урвань в нижнем течении также в зимнюю межень - 31,05 мкг/дм3, а минимальная концентрация отмечена в воде р. Лескен в нижнем течении в летний период -3,77 мкг/дм3.
Для марганца по уравнению (1) был рассчитан коэффициент водной миграции (Кх) (табл. 3 и 4). Коэффициент водной миграции соединений марганца в зимнюю межень изменяется от 0,02 до 0,10, в летнее половодье - от 0,02 до 0,06, т.е. интенсивность миграции соединений марганца в основном слабая.
Таблица 3
Коэффициент водной миграции марганца КМп в зимнюю межень в среднем и нижнем течении рек
Элемент Весовой кларк, % по Коэффициент водной миграции элементов, Кх
Виноградову [12] Шалушка Нальчик Урвань Лескен Куркужин
Мп 0,1 0,04 0,05 0,06 0,06 0,10
0,05 0,04 0,09 0,09 0,02
Примечание: в верхней строке Кх для среднего течения, в нижней строке Кх - для нижнего
течения.
Таблица 4
Коэффициент водной миграции марганца КМп в летнее половодье в среднем и нижнем течении рек
Элемент Весовой кларк, % по Коэффициент водной миграции элементов, Кх
Виноградову [12] Шалушка Нальчик Урвань Лескен Куркужин
Мп 0,1 0,06 0,05 0,04 0,03 0,03
0,06 0,04 0,04 0,04 0,02
Примечание: в верхней строке Кх для среднего течения, в нижней строке Кх - для нижнего течения.
Выводы
Коэффициент водной миграции соединений марганца в зимнюю межень изменяется от 0,02 до 0,10, в летнее половодье - от 0,02 до 0,06, т.е. интенсивность миграции соединений марганца в основном слабая или очень слабая.
Список использованной литературы:
1. РД 52.24.467- 2008 Массовая концентрация марганца в водах. Методика выполнения измерений фотометрическим методом с формальдоксимом. Ростов-на-Дону, 2008. 31 с.
2. Методика выполнения измерений массовых концентраций А1, Ва, Ве, V, Ре, С^ Со, И, Мп, Си, Мо, дб, М, Бп, РЬ, Бе, Бг, Т1, Сг, 2п в природных и сточных водах методом атомно-абсорбционной спектроскопии с использованием атомно-абсорбционного спектрометра с электротермической атомизацией «МГА-915». ПНД Ф 14.1:2.253-09. М., 2009. 36 с.
3. Об утверждении нормативов качества воды водных объектов рыбохозяйственного значения, в том числе нормативов предельно допустимых концентраций вредных веществ в водах водных объектов рыбохозяйственного значения: приказ Министерства сельского хозяйства Российской Федерации от 13 декабря 2016 № 552.
4. Перельман А.И. Геохимия. А.И. Перельман.-М.: Высшая школа, 1979. 423 с.
© Атабиева Ф.А., Отарова А.С., 2024
