Все
 
 
 


Оценка буферных свойств природных вод с учетом кислотно-основных характеристик гумусовых веществ
 
Код статьиS086956520000882-3-1
DOI10.31857/S086956520000056-4
Тип публикации Статья
Статус публикации Опубликовано
Авторы
Моисеенко Татьяна Ивановна 
Аффилиация: Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского
Дину Марина Ивановна
Аффилиация: Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского
Название журналаДоклады Академии наук
ВыпускТом 481 Номер 1
Страницы71-75
Аннотация

В статье рассматривается вопросы влияния кислотно-основных свойств гумусовых веществ в природных водах на величины буферной емкости. Предложен альтернативный путь расчета параметра ANC с учетом двойственной природы гумусовой органики вод. Оценены зональные аспекты распределения природных вод по величинам ANC и выделены особенности, влияющие на эти параметры.

Ключевые слова
Источник финансированияРабота выполнена при финансовой поддержке гранта Президента для молодых ученых № МК-7485.2016.5
Получено12.09.2018
Дата публикации13.09.2018
Кол-во символов12481
Цитировать  
100 руб.
При оформлении подписки на статью или выпуск пользователь получает возможность скачать PDF, оценить публикацию и связаться с автором. Для оформления подписки требуется авторизация.

Оператором распространения коммерческих препринтов является ООО «Интеграция: ОН»

Размещенный ниже текст является ознакомительной версией и может не соответствовать печатной.

Оглавление

Алгоритм расчета 
Апробация метода
1 Кислотные выпадения и закисление природных вод - достаточно известные факты, широко освещенные в научной литературе [1-2]. Интенсивность закисления определяется двумя основными условиями: а) уровнем аэротехногенной нагрузки кислотообразующих веществ (SO2, NOx,); б) природной чувствительностью территории по геологическим, ландшафтно-географическим и климатическим факторам. Закисление вод не происходит, пока кислотная нагрузка не превысила буферную способность водосборной системы ее нейтрализовать [3].
2

Показатель кислотонейтрализующей способности (ANC) является общепринятым критерием оценки закисления вод в мировой практике. Разница между суммой катионов и анионов сильных кислот отражает запас или дефицит гидрокарбонатов с учетом свойств гумусовых кислот, как одного из компонентов буферной системы. Согласно работам Henriksen et al [4-5] показатель кислотонейтрализующей способности вод находится по уравнениям:

1. ANC1=Ca2++Mg2++Na++K+-SO42- - NO3-

2. ANC2=HCO3-+ An-- H+- Al3+ ,

где, An-- общее содержание органических анионов (мкмоль-экв./л)

и ANC1 = ANC2
3 Антропогенно закисленными считались озера, воды которых имеют высокую прозрачность, низкие значения рН и высокие содержания в анионном составе техногенных сильных кислот (сульфатов и нитратов), которые обуславливают низкие значения АNC [2]. Гумусовые кислоты в ранних работах по оценки антропогенного закисления рассматривались преимущественно как слабые кислоты, которые способны фиксировать протон [4] и участвовать в процессах нейтрализации кислотных выпадений. В то же время гумусовые кислоты имеют двойственную кислотно-основную природу, могут проявлять свойства как слабых, так и сильных кислот, в водной среде продуцировать или же поглощать протон [6-8]. Образование протонов с участием органических веществ гумусовой природы, обусловливающих кислотность вод, может протекать несколькими способами: 1) высокомолекулярные органические вещества вод могут диссоциировать с образованием свободного протона; 2) высокая концентрация органических веществ способствует доминирующему их взаимодействию с неорганическими компонентами вод (сульфаты, нитраты) с образованием новых функциональных групп и подвижных ионов водорода; 3) гумусовые вещества за счет диспропорционирования могут образовывать низкомолекулярные фрагменты, которые, в свою очередь, также способны к отщеплению протона и снижению рН вод.
4 Доказано, что на огромных гумидных территориях Европейской части России (ЕТР) и Западной Сибири (ЗС) развиваются процессы закисления вод [2]. В то же время многие озера на заболоченных водосборах имеют природные низкие значения рН вследствие высоких концентраций гумусовых кислот. Структура гумусовых соединений, в частности активность функциональных групп, сильно варьируется в зависимости от рН среды. В работе [2] показано, что в нейтральных средах (рН около 6-7) система характеризуется наиболее стабильным дзета-потенциалом и равновесным содержанием сильных и слабых кислот. В условиях низких рН (менее 6) за счет избытка протонов водорода стабильность полимерной структуры гумусовых веществ нарушается. Наиболее активные сильнокислотные составляющие органических веществ представляют собой полимеры с достаточно низкой электронной плотностью краевых атомов кислорода, азота или серы, функциональные группы связаны одинарными связями с каркасом матрицы. За счет протекающих мезоморных и индуктивных эффектов в этих соединениях происходит диссоциация с образованием протона. Слабокислотные компоненты гумусовых веществ, напротив, могут характеризоваться кратной связью и повышенной отрицательной плотностью на активном краевом атоме и способствовать тем самым образованию фрагментов -ОН, =NH и т.д. Схематично подобные различия в структуре сильных и слабых органических кислот можно изобразить следующим образом:

Всего подписок: 1, всего просмотров: 1918

Оценка читателей: голосов 0 

1. Израэль Ю.А., Назаров И.М., Прессман А.Я., Ровинский Ф.Я. Кислотные дожди. М.: Гидрометиздат, 1989. 243 с.
2. Моисеенко Т.И., Гашкина Н.А., Дину М.И. Закисление вод: Уязвимость и критические нагрузки. М.: URSS, 2017. 400 с.
3. ICP Waters Programme Manual (2010) International cooperative programme on assessment and monitoring effects of air pollution on rivers and lakes. ICP Waters Report 105/2010.  NIVA. Oslo.
4. Henriksen A., Kämäri I., Posh M., and Wilander A. Critical loads of acidity: Nordic surface waters // Ambio. 1992. V. 21. P. 356-363. 
5. Henriksen A., Skjelvåle B.L., Mannio J., Wilander A., Harriman R., Curtis C., Jensen J.P., Moiseenko T. Northern European Lake Survey, Finland, Norway, Sweden, Denmark, Russian Kola, Russian Karelia, Scotland and Wales // AMBIO. 1998. V. 27. № 2. P. 80-91.
6. Evans C.D., Monteith D.T., Reynolds, B., Clark, J.M. Buffering of recovery from acidification by organic acids. // Sci. Total Environ. 2008. V. 404. P. 316–325.
7. Evans C.D., Monteith D.T., Fowler D., Cape J.N., Brayshaw S. Hydrochloric Acid: An Overlooked Driver of Environmental Change // Environmental Science & Technology. 2011. V. 45.  P. 1887-1894. 
8. Моисеенко Т.И., Дину М.И. // Доклады академии наук 2015. Т. 460. № 5. С. 574–578.
9. Moiseenko T.I. Gashkina N.A., Dinu M.I., Kremleva T.A., Khoroshavin V.Yu. Aquatic Geochemistry of Small Lakes: Effects of Environment Changes. // International Journal of Geochemistry. V. 13. P. 1031 -1148.
10. Brakke, D.F., Henriksen, A., Norton A.S. 1987.The relative importance of acidity sources for humic lakes in Norway. // Nature. 1987. V. 329: 432-434.
11. Дину М.И., Моисеенко Т.И. Патент ACIDFORMMET 2015.
12. Моисеенко Т.И., Гашкина Н.А., Дину М.И., Кремлева Т.А. Особенности закисления вод на Европейской территории России и в Западной Сибири. // Доклады РАН. 2015. Т 462. № 5. С. 582-586.

Рис. 1. Схема материального баланса системы с учетом кислотно-основных свойств гумусовых веществ [6] (Рис._1.docx, 21 Kb) [Скачать]

Рис. 2. Количество сильных и слабых кислот в озерах ЕТР и ЗС в зависимости от природно-климатической принадлежности: 1 – тундра и лесотундра; 2- северная тайга; 3- средняя тайга (Рис._2.docx, 116 Kb) [Скачать]

Рис. 3 Медианные значения вычисленных ANC для вод ЕТР и ЗС (Рис._3.docx, 139 Kb) [Скачать]

Таб. 1 Химический состав некоторых озер, выбранных территорий, применяемых для расчета (Табл._1_.docx, 19 Kb) [Скачать]

Система Orphus

Загрузка...
Вверх