Формы нахождения черных металлов

• 1 слайд

  Закономерности распределения и формы нахождения тяжелых металлов в системе “донные отложения-вода” акватории Керченского пролива
  
  Магистерская диссертация
  по направлению 020700 «Геология»
  
  Выполнил студент кафедры геохимии
  Е.А. Петров
  
  Научный руководитель:
  д.г.-м.н. М.В. Чарыкова
  
  
  
  
  2014 г
  
  

• 2 слайд

  
  
  
  Основные задачи:
  
  Определение содержания Pb, Cd, Cu, Zn, Ni, Fe, Mn и степени загрязнения ими донных осадков, поверхностных и придонных вод;
  
  Определение гранулометрического и минерального состава донных отложений;
  
  Построение моно- и полиэлементных карт;
  
  Определение преобладающих форм нахождения тяжелых металлов
  в донных осадках;
  
  Расчет коэффициентов водной миграции и форм нахождения
  тяжелых металлов в водах;
  
  Изучение сорбционных свойств донных осадков.
  
  
  Цель работы – оценка степени загрязнения донных отложений и вод акватории Керченского пролива и определение форм нахождения тяжелых металлов в системе “донные отложения-вода” .
  
  

• 3 слайд

  Объект исследования
  

• 4 слайд

  Район исследования
  

• 5 слайд

  Схема расположения точек отбора проб
  Пробы донных осадков
  Пробы воды
  

• 6 слайд

  Посткарангатские отложения:
  9.Аллювиальные кварцевые пески. 10.Субаэральные глины, суглинки. 11. Верхнекарангатские раковинно-детритовые известняки. 12. Лиманные и прибрежно-морские глины .
  13.Мелководные и глубоководные глины.
  Древнеэвкинские отложения:
  14. Лиманные и прибрежно-морские глины 15. Мелководные и глубоководные глины. 16. Чаудинские и постчаудинские пески, глины, конгломераты, суглинки.
  Условные обозначения:
  1. Cовременные почвы, суглинки, супеси
  2.Новочерноморские морские илы,алевриты
  3.Новоазовские морские илы
  4 .Древнечерноморские морские илы
  
  Новоэвксинские отложения:
  5.Верненовоэвксинские морские илы, алевриты, пески
  6. Лиманный комплекс фауны
  7.Нижненовоэвксинские морские отложения
  8.Новоэвксинские нерасчленен морские отложения
  Схематический геологический разрез
  (по А.B Шнюков, Е.Ф. Аленкин и др. Керченский пролив. 1981)
  

• 7 слайд

  Фактический материал
  1) 212 проб донных отложений
  (глубина отбора от 0-0.1 м до 17м)
  
  2) 18 проб воды (придонная)
  26 проб воды (поверхностная)
  
  
  
  В рамках договора с заказчиком –
  ФГУП "Росморпорт"
  

• 8 слайд

  Методы исследования
  Атомно-абсорбционная спектрометрия (определение Cd,Pb,Ni,Zn,Cu,Mn,Fe,As,Hg)
  
  Фотометрия (определение нефтеуглеводородов);
  
  Метод сухого озоления (определение органического вещества);
  
  Рентгенофазовый анализ (определение минерального состава);
  
  Метод постадийной экстракции (определение форм нахождения
  тяжелых металлов в донных отложениях);
  
  Модельные эксперименты по определению сорбционной емкости;
  
  Программа STATISTICA (обработка результатов анализов);
  
  Программы Geochemist’s Workbench и PHREEQC (расчет миграционных форм элементов в водах);
  
  Программа Surfer и CorelDraw (построение геохимических карт).
  
  

• 9 слайд

  Гранулометрический состав поверхностного слоя
  донных отложений
  

• 10 слайд

  Карта распределения глинистой и органической составляющей поверхностного слоя донных отложений
  

• 11 слайд

  Карта распределения содержания
  Pb и Cu
  

• 12 слайд

  Карта распределения содержания
  Ni и Zn
  

• 13 слайд

  Карта распределения содержания Cd
  

• 14 слайд

  Полиэлементная карта распределения
  содержаний Pb-Ni-Cu-Zn-Cd
  

• 15 слайд

  Распределение концентраций по глубине
  (на примере скважины 1167)
  

• 16 слайд

• 17 слайд

  Схема проведения фазового химического анализа
  

• 18 слайд

  
  
  
  
  
  
  
  
  Подвижные формы нахождения химических элементов в донных осадках
  
  

• 19 слайд

  Химический состав воды
  

• 20 слайд

  Кх - коэффициент водной миграции
  mХ – содержание элемента Х в воде в мг/л;
  а - минерализация воды (17,6, г/л);
  nХ - содержание элемента Х в донных осадках, %
  
  Cd6 – Pb0,03 Cu0,03 Zn0,01 Ni0,01 – Mn0,0003 – Fe0,00007
  Ряд миграционной подвижности в системе “донные осадки – вода”
  Значение коэффициента определяется как отношение содержания химического элемента в минеральном остатке воды к его содержанию в водовмещающих породах
  

• 21 слайд

  Результаты расчета форм миграции химических элементов в воде (программа PHREEQC и Geochemist’s Workbench)
  Преобладающая форма – свободные ионы
  (не связанные в комплексные соединения)
  

• 22 слайд

  Преобладающая форма
  хлоридные комплексы
  Преобладающая форма
  гидроксокомплексы
  

• 23 слайд

  Определение минерального состава методом РФА
  

• 24 слайд

  Оценка насыщенности вод
  (программа Geochemist’s Workbench)
  Индекс насыщенности
  Бёрнессит - Na(Mn3+Mn3)O8*3H2O 41.9035s/sat
  Тодорокит - MnMn3O7* H2O 36.2799s/sat
  Гематит - Fe2O3 11.4011s/sat
  Пиролюзит - MnO2 7.7432s/sat
  Биксбиит - Mn2O3 6.9115s/sat
  Гетит- FeOOH 5.2302s/sat
  Гаусманнит - MnMn2O4 3.5484s/sat
  Манганит - MnO(OH) 3.2366s/sat
  Temperature = 18.6 C
  Pressure = 1.013 bars
  pH = 8.060
  log fO2 = -0.723
  pe = 13.0203
  Ionic strength =0.334817
  Activity of water =0.991048
  Solution density =1.025g/cm3
  
  Проба воды B08
  Программа включает:
  46 элементов,
  624 твердые фазы,
  551 частицу в растворе
  

• 25 слайд

  Экспериментальное изучение изотерм адсорбции методом насыщения из модельных растворов Pb2+ и Cd2+
  a – содержание сорбированного вещества в поверхностном слое,
  С – концентрация вещества в растворе, k и n – эмпирические коэффициенты
  Уравнение изотермы адсорбции Фрейндлиха
  

• 26 слайд

  Уравнение изотермы адсорбции Ленгмюра
  a – адсорбция, мг/100 г осадка;
  a0 – предельная адсорбция, мг/100 г осадка;
  С – концентрация вещества в растворе, мг/л;
  b – адсорбционный коэффициент
  a0 = 1887 мг/100 г осадка
  

• 27 слайд

  Выводы
  В акватории проектируемого морского порта не установлено загрязнения донных отложений Fe, Mn, Ni, Cu, Pb, Zn, Cd, их концентрации близки к фоновым и не превышают нормативных показателей по загрязнению. Наблюдается снижение уровня загрязнения с глубиной.
  
  Повышенные концентрации Pb, Cu, Ni, Zn в поверхностном слое донных отложений наблюдаются на участках с максимальным содержанием глинистой составляющей и органического вещества; повышенные концентрации Cd не связаны с этими факторами.
  
  Основной формой нахождения исследованных химических элементов в донных отложениях является малоподвижная форма; максимальная доля легко сорбированной обменной формы, способной к десорбции при взаимодействии с морской водой, установлена для Cd (около 6%).
  
  
  
  
  

• 28 слайд

  Преобладающими миграционными формами в морской воде для Mn, Zn, Ni являются свободные ионы, для Fe, Mn – гидроксокомплексы, для Pb, Cd – хлоридные комплексы. Воды являются пересыщенными по водосодержащим оксидам и гидроксидам железа и марганца.
  
  В ряде проб воды обнаружены повышенные по отношению к фоновым концентрации Сd и Pb. Донные отложения характеризуются высокой поглотительной способностью по отношению к ионам этих химических элементов.
  
  Таким образом, угроза вторичного загрязнения тяжелыми металлами в результате их перехода в водную фазу из более глубоких слоев донных отложений при контакте с морской водой в ходе проведения планируемых работ представляется маловероятной.
  
  
  
  
  
  

• 29 слайд

  Благодарности
  Автор работы выражает искреннюю благодарность сотрудникам кафедры геохимии, особенно Сергееву А.В. , Альхову А.С и Семеновой В.В, а также Платоновой Н.В за помощь в проведении лабораторных исследований, статистической обработке данных и построениях карт.
  
  Отдельная благодарность сотрудникам ОАО “Ленморниипроект” и особенно Рябову Е.М, Рыжову С.Б и Иванову В.Н за помощь в работе, предоставлении полевого материала и фондовой информационной базы.
  
  При выполнении работ использовалось оборудование ресурсных
  центров “Геомодель” и “Рентген-дифракционные методы
  исследования”
  

• 30 слайд

  Спасибо за внимание!