Формы миграции токсичных элементов в воде р. Сурхандарьи

Forms of migration of toxic elements in water of the Surkhandarya river
Цитировать:
Формы миграции токсичных элементов в воде р. Сурхандарьи // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. Тиллаев Х.Р. [и др.]. 2019. № 12 (69). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/8503 (дата обращения: 24.07.2021).
Прочитать статью:

АННОТАЦИЯ

Впервые изучена форма миграции некоторых токсич­ных элементов в воде р. Сурхандарьи с применением ме­тода нейтронно-активационного анализа.

ABSTRACT

In this article first time investigated migration forms of toxis elements in the Surkhandarya river water by neutron activation analysis.

 

Ключевые слова: миграции, токсич­ных элементов, нейтронно-активационного анализа, атомно-абсорбционный.

Keywords: migration, toxic elements, neutron activation analysis, atomic absorption.

 

Загрязнение окружающей среды в настоящее время стало проблемой мирового значения.

Вопросы охраны природы неоднократно рассматривались на заседаниях Генеральной ассамблеи и различных конференциях ООН, а также ЮНЕСКО и других Международных организаций.

Проблемы мониторинга и охраны природной среды актуаль­ны для государств Центральноазиатского региона, где ощущает­ся нехватка воды как для отраслей народного хозяйства, так и для питьевых нужд.

Среди загрязнителей природной среды особая роль отводится токсичным элементам (ТЭ) и их многочисленным соединениям, обладающим, помимо прямого токсического эффекта, канцеро­генными, мутагенными, гонадотоксическими и другими отрица­тельными воздействиями на организм человека и животных [1,2].

Для контроля состава вод с успехом используется весь арсе­нал аналитических методов и физико-химических методов ана­лиза, особенно атомно-абсорбционный, эмиссионно-спектраль­ный, рентгено-спектральный и др. Среди аналитических методов большими возможностями характеризуются ядерно-физические методы, в частности нейтронно-активационный, отличающийся высокой чувствительностью, производительностью и многоэлементностью [2].

В статье приводятся результаты исследований по предвари­тельному фракционированию и последующему нейтронно-­активационному определению форм миграции некоторых ток­сичных элементов в воде р.Сурхандарьи.

Р. Сурхандарья — крупный приток р. Амударьи. Длина ее 196 км, в средней части расположено Южно-Сурханское водо­хранилище. Вода реки загрязняется в основном сельскохозяйст­венными (коллекторно-дренажными), частично промышленны­ми, а также коммунально-хозяйственными сточными водами. В составе сточных вод содержатся различные загрязняющие веще­ства, включая токсичные элементы (ТЭ) и их соединения.

В природных водах токсичные элементы могут находиться в виде истинно растворенных, коллоидных и взвесей, обусловли­вая тем самым различную миграционную способность их в вод­ной экосистеме [1]. Решение проблемы мониторинга, охраны и очистки водоемов требует изучения формы нахождения ТЭ в природных и сточных водах. Для нахождения Fe, Zn, Сu, Gr, Ni, Со, Hg в воде р.Сурхандарьи пробы воды отбирали в гидростворе Шаргунь и после выхода речной воды из Южно-Сурханского во­дохранилища и помещали в стеклянную посуду, которую тща­тельно промывали дважды перегнанной разбавленной (I:I) HNO3, затем деионизированной водой. Перед отбором посуду 2-3 раза ополаскивали отбираемой водой. Предварительное выделение и определение знака заряда микроэлементов проводили методом электродиализа с последующим нейтронно-активационным и атомно-абсорбционным анализом. Схема фракционирования и последующего нейтронно-активационного определения форм эле­ментов в речной воде приведены на рис.1.

 

Рисунок 1. Схема фракционирования и нейтронно-активационного определения форм нахождения элементов в водах

 

Для экспериментов изготовили пятикамерный электродиа­лизатор из оргстекла объемом 600 мл для разделения элементов из исследуемых вод. Между средней и катодной камерами уста­навливали катионообменную мембрану МЛ-40, а между средней и анодной — анионообменную мембрану марки МА-40. Экспери­ментальная оптимальная рабочая поверхность мембран 7.5 см2.

Мембраны предварительно переводили в Н+ и ОН-- формы.

В качестве электродов применяли платиновую сетку с рабо­чей площадью 11.5 см2. Источник питания прибора УИП-1.

На рис.2 представлены схемы электродиализатора. Ионооб­менные мембраны позволяют идентифицировать ионные формы, которые свободно проходят через целлофановые мембраны.

 

Рисунок 2. Схема пятикамерного электродиализатора: 1-ионообменные мембраны; .2—целлофан; 3,4—электроды

 

Перегородки из целлофана в средней камере между мембра­нами позволяют идентифицировать коллоидные формы.

Для проведения электродиализа целлофановые ионообменные мембраны после выдерживания в растворе, не содержащим микроэлементы с заданным значением pH, закладывали между соответствующими секциями, которые затем плотна стягивали упорной гайкой. После процесса электродиализа ионообменные и целлофановые мембраны и жидкости из каждой ячейки подвер­гали нейтронно-активационному анализу. Для учета возможно­сти диффузии через целлофан и мембрану ставили контрольный опыт без электрического тока, т.е. в отсутствие электрического поля. Различные формы микроэлементов из исследуемых вод фракционировали следующим образом: воду объемом 0.5-1.0 л фильтровали и аликвоту заливали в среднюю камеру электро­диализатора. Боковые камеры заполняли дистиллированной во­дой дополнением 10-3 М раствором KNО3. В процессе экспери­мента измеряли температуру, pH и силу тока в системе. По окончании опыта мембраны растворов катодной, анодной и сред­ней ячеек, а также пробы “холостых” опытов подвергали радиоактивационному анализу [3].

Результаты “холостых” опытов показали, что содержание ис­следуемых элементов в ионообменных мембранах и реагентах - незначительно и их вкладом практически можно пренебречь (табл.1).

Селективность разделения форм элементов методом электро­диализа зависит от ряда факторов. Важнейшие параметры, кото­рые следует учитывать в процессе электродиализа исследуемых вод, - температура, сила тока и pH среды [3-5].

Исследование и оценка влияния этих факторов на процесс разделения форм элементов в водах позволяют выбрать опти­мальные режимы эксперимента.

Результаты изучения изменения температуры речной и мор­ской воды в процессе электродиализа, представленные на рис.З, свидетельствуют о том, что температура во всех камерах элек­тродиализатора изменяется в пределах 25-30°С.

Таблица 1.

Содержание примесных элементов в использованных материалах, нг/см2

Элемент

MK-40

MA-4Q

Целлофан

Мембранный

фильтр

Фильтров, бумага “синяя лента”

Sm

0.07

0.06

0.2

0.18

0.25

La

0.6

33

<0.6

1.8

1.9

Au

0.0003

0.14

0.002

0.009

0.002

Br

17

450

17

6.8

11

Hg

21

0.3

15

6.1

5.9

Cr

98

130

11

3.6

12

Sb

6.1

12

1.1

0.38

0.71

Se

1.1

0.46

0.0027

0.008

0.069

Fe

600

200

58

57

170

Zn

21

36

6.9

11 *

3.8

Co

3.4

2.4

7.3

0.22

0.36

Cd

<0.05

<0.05

0.07

<0.06

<0.06

 

Данные по форме нахождения и миграции исследуемых элементов в воде р.Сурхандарьи показывают, что ТЭ в воде мигрируют в виде сложной совокупности взвешенных, коллоидных: катионных, анионных и нейтральных форм, соотношение между которыми зависит от физико-химических свойств элемента и места отбора пробы (табл.2).

Таблица 2.

Форма нахождения токсичных элементов в воде р. Сурхагдарьи, %

Форма нахождения

Gr

Hg

Zn

Fe

Cu

Ni

Co

Створ Шаргунь

Взвесь 0,85 мк

6,8

35,4

22,1

29,1

24,2

43,2

85,4

Взвесь 0,12 мк

2,7

2,1

1,4

3,2

2,1

21,7

2,2

Коллоидная (-)

2,8

1,9

4,4

15,2

5,3

5,8

11,3

Коллоидная (+)

3,7

12,5

1,1

10,9

1,4

2,1

1,1

Нейтральная

10,1

10,1

19,7

12,6

17,6

16,8

5,0

Катионная

45,1

11,0

50,5

26,4

49,2

16,3

35,7

Анионная

39,1

26,9

1,7

2,1

1,3

2,3

9,8

После Южно-Сурханского водохранилища

Взвесь 0,85 мк

1,9

3,8

15,1

5,3

23,7

34,2

3,3

Взвесь 0,12 мк

2,1

3,4

1,8

11,4

2,4

23,1

12,1

Коллоидная (-)

2,3

2,1

11,8

14,7

4,8

5,2

14,7

Коллоидная (+)

3,6

8,5

1,4

17,2

1,5

1,3

3,9

Нейтральная

 

20,9

14,7

 

13,8

18,4

8,1

Катионная

5,7

12,4

50,7

41,7

51,1

18,3

44,5

Анионная

40,5

49,7

4,5

8,4

3,2

2,1

12,7

 

На основании анализа фазового распределения ТМ видно, что доля взвешенных форм ТЭ в пробах воды, отобранных в гидро­створе Шаргунь, заметно выше, чем в пробах, отобранных после выхода речной воды из водохранилища.

 

а)

б)

в)

Рисунок 3. Изменения физических параметров в процессе электродиализа:

а-температура, б-pH, в-сила тока; воды: 1- р. Сурхандарьи, 2—р. Амударьи, 5-Аральского моря

 

В створе Шаргунь 20-40% Hg,Fe,Co, Ni мигрируют в виде взвеси, причем в сравнительно крупной фракции (>0.85 мк). Доля ТЭ, мигрирующих в форме мелкодисперсной фракции (>0.12) составляет в среднем 2—10%, коллоидная фракция не­высокая, в среднем 5—15%. Из-за замедления гидродинамиче­ских процессов в водохранилище взвешенные фракции ТМ оса­ждаются на его дно. В связи с этим, видимо, в пробах речной воды, отобранных из водохранилища, доля ТЭ, мигрирующих в составе извеси, значительно уменьшается. В растворенной фрак­ции основное количество ртути и хрома мигрирует в анионной форме. Катионная форма миграции характерна для Со, Zn, Fe и Сг.

Таким образом, с применением методов электродиализа и нейтронно-активационного анализа впервые изучены формы на­хождения Cr, Hg, Zn, Cu.Ni, Со в воде р. Сурхандарьи. Уста­новлено, что ТЭ в речных водах мигрируют в совокупности со взвешенными, коллоидными и растворенными формами. На формы нахождения ТМ в речных водах влияют гидродинамиче­ские процессы. Данные о формах нахождения ТМ в воде р.Сурхандарьи можно использовать для очистки вод от Cr, Hg, Zn, Fe, Си, Ni, Со и их соединений.

 

Список литературы:
1. Линник П.Н., Набиванец Б. И. Формы миграции металлов в пресных поверхностных водах. Л.: Гидрометеоиздат, 1986. 354 с.
2. Кулматов Р.А. Закономерности распределения и миграции токсичных элементов в речных водах Аральского бассейна. Ташкент: Фан, 1995. 187 с.
3. Кулматов Р. А., Кист А. А., Исматов Э. Е. //Водные ресурсы. 1987. № 2. С. 113-118.
4. Kulmatov R. A., Kenjaev D., Umbarov I., Tillaev Kh. The investigation of Physic-Chemical forms of Toxic metals by Activation analysis. The fourth international conference “Modern problems of nuclear physics”. Tashkent, 25—29 September, 2001. P. 262—263.
5. Кулматов P. А., Умбаров И. //Узб.хим.журн. 2000, № 1. С. 70-72.

 

Информация об авторах

д-р хим. наук, профессор, Термезский государственный университет, Республика Узбекистан, г. Термез

Doctor of Chemical Sciences, Professor, Termez State University, Republic of Uzbekistan, Termez

д-р. хим. наук, доцент, декан технического факультета Термезского филиала Ташкентского государственного технического университета имени И. Каримова, Республика Узбекистан, г. Термез

Doctor of Chemistry, Associate Professor, Dean of the Technical Faculty of the Termez Branch of the Tashkent State Technical University named after I. Karimov, Republic of Uzbekistan, Termez

ст. преподаватель, Термезский государственный университет, Республика Узбекистан, г. Термез

Senior Lecturer, Termez State University, Republic of Uzbekistan, Uzbekistan, Termez

д-р хим. наук, профессор, Национальный университет Узбекистана, Узбекистан, г. Ташкент

Professor, Doctor of Chemical Sciences, National University of Uzbekistan, Uzbekistan, Tashkent

Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор), регистрационный номер ЭЛ №ФС77-54434 от 17.06.2013
Учредитель журнала - ООО «МЦНО»
Главный редактор - Ахметов Сайранбек Махсутович.
Top