Forms of migration of toxic elements in water of the Surkhandarya river

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

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, %

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.