Полный справочник санитарного врача

Самоочищение подземных вод от неорганических веществ происходит, как правило, вследствие осаждения компонентов раствора на геохимических барьерах. Понятие о геохимических барьерах было сформулировано А. И. Перельманом. Геохимический барьер – это зона, в которой на коротком расстоянии происходит резкая смена гидрогеохимических условий миграции химических элементов, что вызывает осаждение этих элементов в твердую фазу. Геохимические барьеры возникают не только на границе разных фаз, но и в однородной среде (например, при изменении pH условий подземных вод или концентраций отдельных компонентов раствора). Основными геохимическими барьерами, приводящими к самоочищению пресных подземных вод, являются окислительный (кислородный), восстановительный, щелочной (гидролитический и карбонатный), сульфидный, кислый, сорбционный гидроксидный и сорбционный глинистый.

Окислительный барьер заключается в окислении более растворимых восстановленных соединений в менее растворимые окисленные. В результате таких процессов даже на участках загрязнения данными элементами подземные воды могут сохранять свой первоначальный состав.

Восстановительный барьер характеризуется преобразованием более растворимых окисленных форм элементов с переменной валентностью в менее растворимые – восстановленные.

Щелочной гидролитический барьер возникает при увеличении pH среды. При этом многие элементы, мигрирующие в виде комплексов (Be²⁺, Hg²⁺, Cr³⁺, Fe³⁺, Mn³⁺, Cu²⁺), переходят полностью или частично в твердую фазу в виде гидроксидов (BeF⁺ +2OH^- = Be(OH)₂ + F^-).

Действие щелочного карбонатного барьера основано на образовании труднорастворимых карбонатов катионогенных элементов и элементов-комплексообразователей (Fe, Mn, Со, Zn, Pb и др.).

Сульфидный барьер основан на образовании труднорастворимых сульфидов многих элементов-комплексообразователей и анионогенных элементов (Cd, Си, Hg, Ni, Pb, Zn, Mo, As, Sb). Условия действия этого барьера создаются в зонах сульфат-редукции, а также при подтоке сульфидных вод.

Сорбционный гидроксидный барьер основан на том, что свежеосажденные гидроксиды поливалентных элементов являются эффективными сорбентами.

Сорбционный глинистый барьер обусловлен наличием отрицательного заряда на поверхности глинистых минералов.

Как правило, в природных условиях всегда имеет место не один, а несколько геохимических барьеров. С позиции самоочищения подземных вод наиболее эффективными являются окислительные барьеры (для элементов с переменной валентностью) и сорбционные (для большинства элементов, содержащихся в воде в микроколичествах). Для органических веществ характерны также процессы саморазложения. В этом случае вещество продолжает мигрировать, но уже в виде продуктов химических и биохимических реакций. Важной характеристикой процессов самоочищения является скорость их протекания. Скорость химических реакций уменьшается при понижении температуры. Для приближенной оценки влияния температуры на скорость химической реакции можно пользоваться правилом Вант-Гоффа, из которого следует, что при понижении температуры на 100 °C скорость реакции уменьшается в 2–4 раза. Для биохимических реакций характерна зависимость их скорости как от температуры, так и от содержания кислорода. Для каждого вида микроорганизмов характерен свой температурный диапазон жизнедеятельности. При несоответствии температурных условий подземных вод этому диапазону жизнедеятельность микроорганизмов замедляется в десятки и сотни раз. Возможность загрязнения подземных вод с поверхности земли в значительной степени определяется защищенностью водоносных горизонтов.