Формирование железа в подземных водах водозаборных участков по данным экспериментальных исследований и геомиграционного моделирования

Глава 1. Гидрогеохимия железа в подземных водах зоны активного водообмена.

Миграция и накопление железа в подземных водах обусловлены внешними (геолого-литологические, гидрогеологические, геохимические и пр.) и внутренними факторами, обеспечивающими его гидрогеохимические особенности, важнейшие из которых по данным С. Р. Крайнова, Б. Н. Рыженко, В. М. Швеца: a) переменная валентность железа и образование малорастворимых соединений со многими анионами подземных вод (Fe(OH)_3(s), Fe(OH)₂, FeCO₃, FePO₄ и др.); б) окисление Fe2+ с последующим гидролизом Fe³⁺ + 3ОН^- → Fe(OH)₃ и образованием малорастворимого гидроксида Fe(OH)_3(s); в) образование железом устойчивых комплексных соединений с органическими веществами гумусового ряда, что способствует его накоплению в подземных водах в концентрации, во много раз превышающей ПДК.

Железо может накапливаться и мигрировать в подземных водах не только в растворенном виде как простые ионы, неорганические и органические комплексные соединения, но и в виде коллоидов, взвесей, адсорбционных соединений на взвесях и коллоидах. Большой вклад в изучение гидрогеохимических свойств железа, форм его нахождения в подземных водах и процессов трансформации внесли С. А. Брусиловский, С. Р. Крайнов, Б. Н. Рыженко, В. М. Швец, Г. А. Соломин, В. А. Закутин, Ф. И. Тютюнова, А. И. Труфанов, Ю. Н. Водяницкий, В. С. Алексеев, Г. М. Коммунар, Е. В. Середкина, В. Г. Тесля, К. Е. Питьева, В. А. Лехов, С. A. J. Appelo, D. Postma, W. Stumm, R. M. Cornell, U. Shcwertmann, D. A. Dzombak, F. M. M. Morel, S. Mettler, S. K. Sharma, J. J. Morgan и др.

Принято выделять три геохимических типа железосодержащих подземных вод, используемых для питьевого водоснабжения согласно С. Р. Крайнову, Г. А. Соломину и др.: бескислородные-бессульфидные подземные воды, подземные воды с высокими концентрациями органического вещества и сульфидные железосодержащие воды. Распределение этих вод в земной коре на территории Евразии значительно и подчинено общей геохимической и окислительно-восстановительной зональностям подземных вод.

В последнее время наблюдается тенденция увеличения железа в подземных водах зоны активного водообмена, используемых для хозяйственно-питьевого водоснабжения. Загрязнение подземных вод происходит в ходе изменения существующей гидрогеохимической обстановки (Eh и pH) на более благоприятную для его накопления. Принимая во внимание гидрогеохимические особенности железа и результаты предыдущих исследований можно выделить несколько причин техногенного загрязнения подземных вод железом, а именно: а) поступление загрязняющих веществ (например, органической природы), интенсифицирующих процессы комплексообразования железа в гидрогеохимических системах и расширяющих Eh-pH диапазон его водной миграции; б) привлечение бескислородных подземных вод из нижележащих водоносных горизонтов в результате закономерного снижения уровня в вышележащих в процессе интенсивного водоотбора; в) окисление железосодержащих сульфидов в породах верхних водоносных горизонтов, а также поступление кислых дождей и кислых загрязняющих стоков горнопромышленных предприятий, разрабатывающих сульфидные месторождения; г) поступление железа в подземные воды береговых водозаборов в результате его выноса из донных отложений и водовмещающих пород в процессе привлечения поверхностных вод. В результате этих причин формируются обширные техногенные провинции железосодержащих подземных вод в районах, где в природных условиях содержание железа в подземных водах больше нормативного было не свойственно.