УДК 577.472

Абсеитов Ерболат Тлеусеитович,¹ Нуралина Маржан Ембергеновна,²

¹Казахский Агротехнический университет им. С. Сейфуллина г. Астана,

²РГП«Центральная лаборатория биоконтроля, сертификации и предклинических испытаний» КН МОН РК

Горные террасы для искусственного осаждения

токсических веществ в водных потоках

Сброс в реки значительного количества вредных и токсических веществ промышленными предприятиями, особенно в районе крупных городов, приводит к обеднению вод растворенным кислородом; в донных отложениях и придонных слоях воды возникает бескислородная глеевая обстановка, пагубная для рыб, а наличие растворенных тяжелых металлов влияет на качество подземных вод, используемых для питьевых целей [1].

Как показывает В.А. Алексеенко [2], большинство загрязняющих веществ, перемещающихся в водных потоках, уже на расстоянии 20 км ниже источника загрязнения мигрируют в виде взвеси и минеральных обломков. Река Каратал, впадающая с юга в озеро Балхаш, в верхнем течении пересекает свинцово-цинковые месторождения и рудопроявления Джунгарского Алатау.

Там же на ее берегах находится рудник Текели и обогатительная фабрика. Все это обусловило резкое обогащение вод в верховьях реки свинцом, цинком и железом. Количество растворенного свинца в этом районе превысило его среднее содержание в Океане в 10 000 раз, pH вод при этом изменялся от 6,7 до 7. Однако ниже по течению на расстоянии 7 км от зоны обогащения содержание растворенного Рb уменьшилось в 1000 раз без увеличения расхода воды и при тех же значениях pH. Еще ниже по течению концентрация Рb ни разу не превысила величины 5х10^-4 мг/л.

Как известно, тяжелые металлы в катионной форме и другие соединения осаждаются или разрушаются в водной среде в результате изменения окислительно-восстановительной обстановки. Поэтому элементы, или соединения в водном потоке, могут долго транспортироваться, если будут для этого соответствующие условия.

После аварии автомашины с цианидами в Киргизии в 2003 г, когда в горную речку попало особо токсичное вещество, ожидалось большая экологическая катастрофа, связанная с тем, что цианиды попадут в озеро Иссык-Куль и уничтожат все живое в водоеме. Однако цианиды не только не попали в озеро, но и не причинили горной речке особого вреда. Причиной разложения цианидов явилось высокая окислительная обстановка в горной речке, создаваемой структурой горных террас. Разбиваясь о камни водный поток реки, насыщается кислородом, который является сильнейшим окислителем и разрушителем многих соединений и элементов.

Расчеты, сделанные авторами [3] по отрезку реки Ульба ниже отвала № 2 Тишинского рудника, показали возможность самоочищения водного потока. В соответствии с такими расчетами, на 27 км ниже по течению реки из ее поверхностного стока в летне-осенний и осенне-зимний меженные периоды 1997-98 г.г., выводилось металлов соответственно, в %:

1). меди - 90 и 64%, 2). свинца - 49%, 3). цинка - 58 и 41%, 4). кадмия - 72 и 12.

По гидрологическому году в целом осаждается в %:

1). меди – 66, 2). свинца – 31, 3). цинка -28, 4). кадмия -17, 5). мышьяка – 43, 6). марганца- 24.

Объяснить дефицит ведущих тяжелых металлов в нижележащем створе, их сорбцией на пути потока реки дисперсными донными осадками, как отмечают авторы, невозможно, вследствие их практического отсутствия. На этом отрезке донных осадков у горной реки нет.

Самоочищение горных рек можно объяснить с позиций насыщения водных потоков кислородом воздуха, получаемым в результате образования горных террас (рис.1). Возникновение каменистых перекатов на горных речках, а также и на равнинных реках - это места не только обогащения воды кислородом, но и участки рек, на которых в результате воздействия коротковолнового солнечного излучения образуются высокоактивные свободные радикалы, важные компоненты окислительных процессов [4].

Рис. 1. Прообраз горной террасы, выполненный для защиты опор моста

Как известно вода постоянно диссоциирует, в ней самопроизвольно образуются ионы гидроксила (ОН^-) и гидроксония (Н₃О⁺), в связи с чем она проводит электрический ток. Атомы водорода одной молекулы воздействуют на молекулы другой, пытаясь присоединить или оттянуть ее электроны, и таким образом все четыре молекулы взаимодействуют. В результате образуется большой полимер – сетка.

Она может приобретать айсбергообразную (льдоподобную) структуру. Такое видоизменение существуют очень короткое время, что предопределяет аномальные свойства воды. Приведенные данные по Алексеенко В.А. [2] показывают, что в нейтральных растворах кислород может окислить те металлы, потенциал которых меньше 0,8 . Это – Li⁺, Rb⁺, K⁺, Cs⁺, Ca²⁺, Na⁺, Mg²⁺, Al²⁺, Ti²⁺, Mn²⁺, Cr²⁺, Zn²⁺, Fe²⁺, Cd²⁺, Co²⁺, N²i⁺, Sn²⁺, Pb²⁺, Fe³⁺, Bi³⁺, Cu²⁺, Cu⁺, Hg²⁺, Ag⁺. Водород же может окислить в этих же условиях металлы от Li⁺, Cd²⁺

Учитывая, что в природной среде существуют три типа физико-химических барьеров: окислительный, восстановительный (сероводородный) и глеевый (когда создается нехватка кислорода и водорода) при которых идет окисление, восстановление и осаждение химических веществ. Необходимо искусственно создавать такие геохимические барьеры. Соответственно появится возможность эффективно влиять на процессы осаждения тяжелых металлов, разложения некоторых химических веществ (например, углеводородов).

При этом необходимо возводить горные террасы, которые должны иметь структуру построения не в форме плотины, а в виде террас, показанных на рисунке 1, т.е. после пикового подъема, созданного глыбами и большими размерами камней. Выделяется также постепенный по форме опускания скат, также образованный глыбами и меньшими размерами камней. Это дает возможность разрушения водного потока на мелкие струи, с последующим образованием брызг. В результате будет скопирован природный геохимический барьер горных речек, которые эффективно очищают свои воды от токсических веществ, попадающих в них при техногенном воздействии человека и размыве природных аномалий, например рудных. Для закрепления данного способа очищения водных потоков авторами подана заявка на изобретение.

При создании искусственных горных террас эффективно усиливается аэрация водного потока, в результате активные формы элементов в виде катионов и анионов будут переходить в минеральные формы и другие соединения, затем осаждаться в донных отложениях.

Большинство таких минеральных форм элементов безопасны для организма человека и животных, а также рыб, по сравнению с их активными катионными формами. К ним можно отнести следующие вещества: скородит, ферринатрит, биверит, миметизит, оливинит, каломель, англезит, купрокаламин, глинистые минералы, содержащие цинк, кадмий и другие металлы.

Данные, позаимствованные из работы Ю.А. Сергийко (1978 г), показали изменение содержаний тяжелых металлов. На протяжении почти 400 км р. Иртыш и его правый приток р. Ульба постоянно загрязняются тяжелыми металлами, уровень концентраций которых через определенные расстояния резко уменьшается, т.к. происходят окислительные реакции в водных потоках.

Наша задача многократно увеличить окислительную возможность рек, которые заражаются токсичными соединениями в результате техногенной деятельности человека. Особенно важно, при отсутствии других возможностей, очищать реки в пределах городов и поселков, водозаборы которых расположены в пойменных участках таких рек. При сооружении здесь террас необходимо учитывать имеющиеся мосты и строить после прохождения водного потока через них.

Таким образом, природная вода со свободным кислородом является основным агентом осаждения и разрушения токсических веществ.

Литература:

1. Андреев А.В. Способ очистки проточного водоема от радиоактивных изотопов. Патент Российской Федерации. RU 2 218616 C2. G 21 F 9/12, С 02 F 1/28, Е 02 В 15/00.

2. Алексеенко В.А. Экологическая геохимия. М. Логос. 2000.

3. Вершинин Н.П., Вершинин И.Н. Способ очистки русел малых рек. Патент Российской Федерации. RU 2 219305 C1. Е 02 В 3/02, 15/00.

4. Францев А.В. Некоторые вопросы управления качеством воды // Теория и практика биологического самоочищения загрязненных вод. М.1972. с. 24-28.