ИССЛЕДОВАНИЕ ФОРМ МИГРАЦИИ МЕТАЛЛОВ В РЕКАХ, ПОДВЕРЖЕННЫХ ВЛИЯНИЮ ШАХТНЫХ ВОД КИЗЕЛОВСКОГО УГОЛЬНОГО БАССЕЙНА

Abstract

Актуальность. Техногенному воздействию кислых шахтных вод подвержены поверхностные водотоки бассейна р. Чусовая – крупнейшего притока р. Кама на территории Пермского края (Россия). Изучение поведения металлов в реках-приемниках шахтных вод обусловлено необходимостью понимания особенностей миграции компонентов в природно-техногенных водах; определения геохимических процессов и механизмов, способствующих выведению токсичных элементов из растворов; и прогнозной оценки вторичного загрязнения за счет растворения образованных соединений при смене физико-химических условий. Результаты, полученные на исследуемом участке, могут отражать особенности геохимического поведения металлов в других загрязненных реках территории Кизеловского угольного бассейна при поступлении в них шахтного дренажа схожего состава. Цель: исследовать формы миграции металлов в водотоках, загрязненных шахтными водами, определить основные вторичные минеральные фазы, способствующие выведению токсичных элементов из раствора, и оценить устойчивость частиц образованных минералов при миграции в речной сети. Объекты: кислотный дренаж из штольни шахты «Таежная» Гремячинского месторождения Кизеловского угольного бассейна, содержащий высокие концентрации сульфатов и тяжелых металлов, и загрязненные шахтными водами реки: Большая Гремячая, Южная Вильва, Усьва и Чусовая. Методы. Физико-химическое моделирование химических форм нахождения металлов в растворе и расчеты степени насыщения выполнялись при помощи программного кода PHREEQC c базой термодинамических данных WATEQ4f. Результаты исследования показали, что в шахтных водах и загрязненных речных водах с рН 2,9–3,4 металлы (Al, Fe, Mn, Zn, Ni, Pb, Cd, Li) находятся как в форме свободных ионов, так и в виде сульфатных комплексов. В реке Юж. Вильва, ниже участка смешения с загрязненными водами р. Бол. Гремячая и далее по потоку, Fe и Al образуют исключительно гидроксокомплексы. Преобладающей формой миграции Ni и Pb являются карбонатные комплексы. Нахождение металлов Li, Cd, Mn и Zn в реках Юж. Вильва, Усьва и Чусовая преимущественно в виде свободных ионов позволяет предположить, что основным механизмом их осаждения является сорбция на гидроксидах и оксигидроксидах Fe и Al, а также на глинистых минералах. Отрицательные индексы насыщения по отношению к сульфатным минералам, характерным для шахтных вод, показали неустойчивость этих минеральных фаз в нейтральных и слабощелочных водах.