WWW.KNIGI.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     | 1 |   ...   | 26 | 27 || 29 | 30 |   ...   | 39 |

«СОЕДИНЕНИЯ ЖЕЛЕЗА И ИХ РОЛЬ В ОХРАНЕ ПОЧВ Москва 2010 0 РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК ПОЧВЕННЫЙ ИНСТИТУТ имени В.В. ДОКУЧАЕВА Ю. Н. ВОДЯНИЦКИЙ СОЕДИНЕНИЯ ...»

-- [ Страница 28 ] --

В минералах мышьяк присутствует в разном количестве, от следового (300 мг/кг) до крайне высокого (27%). Существуют разные минералы: от обогащенных As гетита и ферригидрита до скородита и Са-Fe-арсенатов. У As-содержащих гидроксидов железа молярное отношение Fe : As 5. У частиц скородита и других арсенатов молярное отношение Fe : As ниже – от 1 до 1.5. Отношение Fe : As 1. рассматривается как граничное при переходе от арсенатов к As-гидроксидам железа (Pactung et al., 2003).

Растворимость мышьяка сильно зависит от состава вмещающих его минералов и их реакции на изменение редокс условий. Например, мышьяк гораздо сильнее выщелачивается из сухих отходов при добыче золота, складированных на возвышенности, где содержание As в фильтрующей воде 18–35 мг/л, чем из мокрых отходов, складированных в низине (содержание в воде 1–4 мг As/л). Связано это с тем, что растворимый скородит занимает 31% от массы всех As-минералов в сухих отходах и только 13% – в мокрых. При этом мокрые отходы богаче гидроксидами железа, прочно закрепляющими мышьяк, а сухие – рентгеноаморфными неустойчивыми арсенатами Fe(III) (Pactung et al., 2003).

Сильное выщелачивание мышьяка из сухих отходов вызвано высокой долей As-минералов и низкой долей гидроксидов железа. Величина рН воды, фильтрующейся из сухих отходов, слабощелочная, в ней ферриарсенат термодинамически не устойчив. Это справедливо для соединений с отношением Fe : As 4. Поскольку Fe-арсенаты менее устойчивы, чем гидроксиды железа, интенсивное высвобождение мышьяка из ферриарсенатов в сухих отходах не удивительно.

Другой фактор, определяющий вынос As из отходов – это форма мышьяка на поверхности частиц гидроксидов железа. По данным EXAFSспектроскопии, арсенат-ионы образуют в основном прочные бидентантные комплексы с внутрисферным закреплением на частицах гидроксидов железа (Pactung et al., 2003). Поверхностный комплекс As(III)-гетит устойчив, что доказано методом XANES-спектроскопии (Manning et al., 1998).

Восстановленная форма – арсенит – более подвижна и токсична, чем окисленная. У обеих форм As сильное сродство к оксидам железа, хотя они противоположно реагируют на изменения рН. В интервале рН 3–10 количество адсорбированного арсената на оксидах железа уменьшается с ростом рН, тогда как адсорбция арсенита увеличивается с максимумом при рН 9 (Jain, Loeppert, 2004). При этом в нейтральной среде на поверхности гидроксида железа As(III) более прочно закреплен, чем As(V) (Manning et al., 1998; Leuz et al., 2006).

При активном метаболизме микроорганизмов, таких как Acidithiobacillus ferrooxidans, образуются биогенные гидроксиды железа, которые включают в свою структуру или адсорбируют на поверхности токсические элементы (Brown et al., 1999; Morin et al., 2003). В кислых дренажных водах микробное окисление железа и нейтрализация кислотности приводят к осаждению сначала сульфатов, а затем гидроксидов в последовательности: ярозит KFe3(SO4)2(OH)6, швертманит Fe8O8(ОН)6SO4, ферригидрит 2Fe2O3·FeOОН·4H2O, гетит FeOОH или лепидокрокит FeOОН. Такие химические реакции сильно ограничивают подвижность As.

В опытах совместного осаждения Fe и As начальное закрепление мышьяка значительно выше, чем при адсорбции на уже синтезированных частицах гидроксидов железа. После начальной адсорбции As(V) медленно в течение месяца высвобождался из осадка гидроксида железа, поскольку рост кристаллов ферригидрита приводит к десорбции As(V). Адсорбционная плотность достигала 0.7 моля As(V) на моль Fe(III) в совместно осажденных осадках по сравнению с 0.25 моля As(V) на моль Fe(III) на предварительно синтезированном ферригидрите (Fuller et al., 1993). Прочному закреплению мышьяка частицами (гидр)оксидов железа препятствует конкуренция со стороны других оксианионов, таких как PO43-, SO42-, MoO42-. Так, при высокой концентрации в растворе фосфатов адсорбция As(V) почвой резко снижается (Manning, Goldberg, 1996;

Jackson, Miller, 2000).

Органические молекулы подобно фосфатам повышают биологическую доступность мышьяка. Адсорбция As(III) на гетите FeOOH уменьшается в присутствии гуминовых кислот и фульвокислот и, особенно, лимонной кислоты (Grafe et al., 2001). Что касается арсената, то его адсорбция снижается при участии гуминовой кислоты и фульвокислот. Органические молекулы затрудняют электростатическое взаимодействие As(V) c поверхностью гетита. Степень конкуренции органических лигандов зависит от рН среды.

Влияние органических поллютантов на взаимодействие As и Fe в загрязненных почвах. Загрязнение мышьяком широко распространено во всем мире (Armienta et al., 2001; Kondo et al., 1999; Nickson et al., 1998). В США около 1/5 всех источников водоснабжения содержит заметное количество As (Delemos et al., 2006). Опасность загрязнения мышьяком в окружающей среде зависит от его концентрации в растворе и состава твердых частиц. К сожалению, содержание в твердой фазе не точно предсказывает концентрацию мышьяка в воде, из-за ряда факторов, влияющих на растворимость. Загрязнение As часто наблюдается в регионах, где отсутствуют заметные антропогенные или природные источники As. В таких регионах важно обращать внимание на геохимические факторы, регулирующие содержание мышьяка в окружающей среде.

Выделяют три главных механизма подвижности As в зависимости от геохимических условий: 1) десорбцию в щелочной среде, 2) конкурентную сорбцию, 3) редукционное высвобождение при растворении (гидр)оксидов железа. Среди них именно редукционное растворение As и As-содержащих минералов служит главной причиной увеличения уровня As во многих регионах (Cummings et al., 1999;



Nickson et al., 2000; Zheng et al., 2004). Особенно велика роль (гидр)оксидов железа, которые прочно закрепляют мышьяк в окислительной среде (Fendorf et al., 1997; Manning et al., 1998; Yang et al., 2002). Не удивительно, что уровень As возрастает в результате редукции Asсодержащих (гидр)оксидов железа в восстановительной среде (Cummings et al., 1999; Nickson et al., 2000; Pfeifer et al., 2004; Zheng et al., 2004).

Редукция железа и сопутствующее высвобождение As идет за счет диссимиляционного микробиологического процесса (Cummings et al., 1999; Nickson et al., 1998; Nickson et al., 2000; Pfeifer et al., 2004; Zheng et al., 2004), который связан с окислением органического углерода как источника энергии. Много растворенных органических соединения выявлено в осадках Бангладеш, стране, сильно страдающей от избытка мышьяка в питьевой воде (Van Geen et al., 2004).

Загрязнение мышьяком отмечено и на локальном уровне. Из 1/3 всех загрязненных мышьяком мест, описанных в Национальном приоритетном списке США, многие не имеют антропогенных источников мышьяка. На этих территориях растворение мышьяка инициируют органические поллютанты, стимулирующее редукцию металлов, (Delemos et al., 2006). Большинство загрязненных территорий, кроме As также содержат органические поллютанты (бензол и другие органические углеводороды), которые служат мощным источником энергии для редукции Fe(III).

Подробно изучали свалку Коклей на севере Хемптона, штат Нью Гемпшир, США. В ней содержится повышенное количество As, Cr, Pb, Ni, Zn, а также бензола и других органических поллютантов. В 1988 г. в ходе ремедиации открытую свалку органических отходов закрыли слоем почвогрунта. Но после этого концентрация в воде As возросла, а содержание органического поллютанта (бензола) существенно уменьшилось благодаря биодеградации (Shevah, Waldman, 1995; Rooney-Varga et al., 1999). Увеличение содержания As после укрытия свалки связано с активизацией не только техногенного, но и литогенного мышьяка в подстилающих отложениях, для которых изменились геохимические условия. Источником литогенного мышьяка выступают глинистые отложения морского происхождения, подстилающие свалку, где средняя концентрация 20 мг As/кг (Delemos et al., 2006). При активном окислении бензола носители литогенного мышьяка в глинистом слое биологически редуцировались, а он сам мобилизовался.

Мышьяк, связанный со слабо окристаллизованными (гидр)оксидами железа, мобилизуется в результате диссимиляционной редукции Fe(III) микроорганизмами (Zobrist et al., 2000; Van Geen et al., 2004). Диссимиляционная редукция Fe(III) включает окисление органического углерода, процесса сопряженного с редукцией Fe3+ как акцептора электронов (Lovley, 1997). Этот процесс обычен в затопленных водных системах, содержащих плохо окристаллизованные гидроксиды железа, которые способны подвергаться биохимической редукции (Zachara et al., 2002;

Hansel et al., 2003). Это характерно для условий, когда слой глины полностью насыщен водой, а органические отходы обеспечивают систему доступным углеродом.

Опыты с глиной, содержащей мышьяк, при внесении источника углерода (глюкозы) подтвердили, что биологическая редукция железа приводит к высвобождению As. Концентрация Fe(II) увеличивалась со временем и была прямо связана с уменьшением редокс потенциала и рН.

Высвобождение Fe требовало источника органического углерода и элементов питания, редукция Fe(III) в этой системе развивалась за счет микроорганизмов. Значительное количество мышьяка высвободилось в ходе эксперимента, и оно строго соответствовало продукции Fe(II).

Мышьяк и железо высвобождались в инкубационных опытах с другими почвами и отложениями (Islam et al., 2004; McGeeham et al., 1998).

Использование диаграммы рН–ЕН подтверждает, что на свалке Коклей As-содержащие (гидр)оксиды железа активно редуцируются. Если рН незагрязненной органическим веществом глины близок к нейтральному, а ЕН = 400 мВ, то эти окислительные условия благоприятны для закрепления мышьяка гидроксидами железа. В современных условиях воды, загрязненные As, на этой свалке имеют более редуцированную обстановку (ЕН от 0 до –200 мВ), т.е. в пределах области стабильности Fe2+, отражая редукцию Fe(III). Следовательно, редукция Fe(III) – главный механизм, при котором As высвобождается из глинистой породы. Повышенный уровень концентрации As означает, что восстановительные условия возникли относительно недавно. Они будут продолжаться, пока сохраняются доступные гидроксиды железа и легкоокисляемые органические поллютанты.

Часто микробная деградация органического вещества развивается в результате неудачной ремедиации, когда отвалы и свалки сверху засыпаются почвогрунтом, и поступление кислорода сводится к минимуму. Такая ремедиация очень распространена. Если в США до 1990 г.

она применялась менее, чем на 5% загрязненных территориях, то в 1998 г. – уже почти на 30% (Delemos et al., 2006). Когда микробная деградация органического вещества идет в восстановительной среде, подземные воды загрязняются природным мышьяком. На половине участков, подвергшихся ремедиации в США, в грунтовой воде увеличилось содержание мышьяка. Строгая корреляция между повышенным уровнем As и органическим загрязнением подземных вод означает, что загрязнение As идет счет деградации органических поллютантов.

Подвижность сурьмы контролируют сорбционные процессы на поверхности минералов (Filliela et al., 2002b). Как Sb(III), так и Sb(V) в почвах прочно закрепляются гидроксидами железа и оксидами марганца (Crecelius et al., 1975; Brannon, Patrick, 1985) или органическим веществом (El Bilali et al., 2002) и слабо – глинистыми минералами (Leuz et al., 2006).

EXAFS-спектроскопия загрязненных почв подтверждает сильное закрепление сурьмы гидроксидами железа. На сорбцию Sb влияют состояние поверхности сорбента и величина рН (Ambe, 1987; Thanabalasingam, Pickering, 1990; Tighe et al., 2005). Максимальная сорбция Sb(V) на гидроксидах железа наблюдается в кислом диапазоне и сохраняется до рН 7 (Ambe, 1987; Tighe et al., 2005). Гидроксиды железа служат важными сорбентами, но их поверхность способна катализировать окисление и тем самым – мобилизовать Sb.

Показано, что Sb(III) окисляется в присутствии слабоупорядоченных гидроксидов железа в интервале рН 5–10 (Belzile et al., 2001).



Pages:     | 1 |   ...   | 26 | 27 || 29 | 30 |   ...   | 39 |
 



Похожие работы:

«Согласовано Рассмотрено Утверждаю на заседании методического на заседании методического Директор МБОУ Лицей №2 объединения гуманитарного совета _Т.Р.Фарберова цикла _ _ Протокол №_ Протокол №_ Приказ № _ 2013г. от _ _2013г. от _ _2013г. Рабочая программа по учебному предмету Химия 8 класс 2013 – 2014 учебный год Составитель: Хисамова А.В., учитель биологии и химии Нижневартовск 2013 СОДЕРЖАНИЕ 1) Пояснительная записка. 2) Общая характеристика учебного предмета, курса. 3) Описание места...»

«Civil Protection and Disaster Management ТеореТическое пособие Оценка рискОв мнОгих угрОз в нациОнальнОм масштабе EU funded Programme Пакет для обучения по вопросам оценки рисков многих угроз в национальном масштабе Теоретическое пособие Оценка рисков многих угроз в национальном масштабе Подготовлено: Сеесом ван Вестеном, Михелем Даменом и Вимом Феринга Университет Твенте, факультет геоинформационной науки и наблюдений за Землей (ITC) PO Box 217, 7500 AA Эншеде, Нидерланды E:...»

«Советы бывалых огородников или как повысить плодородие с помощью ЭМ-технологии УЛАН-УДЭ 2010 Советы бывалых огородников или как повысить плодородие с помощью ЭМ-технологии Составитель: к. т. н., исполнительный директор НПО АРГО-ЭМ1, Л. Г. Креккер Научный редактор: ген. директор НПО АРГО-ЭМ1 Е. В. Халтурин СОДЕРЖАНИЕ Введение 1. Советы бывалых огородников 2. Спрашивали – отвечаем 3. Решение проблем огорода без химии ВВЕДЕНИЕ Смесь глины, песка, органических остатков и минералов, даже в нужной...»

«Анал итическая химия – новы е метод ы и возможности Съезд аналитиков России и Школа молодых ученых 26-30 апреля 2010 г. Москва (пансионат Клязьма), 2010 г. 1 Устные и стендовые доклады (сортировка по авторам) Оргкомитет: Ю.А.Золотов, Ю.А.Карпов, В.П.Колотов (сопредседатели), В.И.Широкова (ученый секретарь), И.В.Болдырев, К.В.Григорович, М.М.Залётина, И.Н.Киселева, Л.Н.Москвин, Б.Ф.Мясоедов, Б.Я.Спиваков, О.А.Шпигун, Л.К.Шпигун, А.В.Харюткин. Рабочая группа: Н.В.Грачева, Т.А.Нестеренко,...»

«МОСКВА - 2010 РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК Научный совет по проблемам геохимии Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН Российский фонд фундаментальных исследований РТУТЬ В БИОСФЕРЕ: ЭКОЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ Материалы Международного симпозиума (Россия, Москва, ГЕОХИ РАН, 7-9 сентября 2010 г.) Москва – 2010 1    УДК 550.4:550.84 ББК 26.301 Р81 ISBN 978-5-85941-380-5 Ртуть в биосфере: эколого-геохимические аспекты. Материалы Международного симпозиума (Москва, 7-9 сентября...»

«Утверждаю: Ректор _И.А. Носков 2011_ г. Основная образовательная программа высшего профессионального образования Направление подготовки 020100.68 Химия Магистерская программа Физическая химия Квалификация Магистр Форма обучения (очная) Самара 2011 г. Содержание Стр. 1 Общие положения.. 2. Компетентностно-квалификационная характеристика выпускника магистратуры по направлению 020100.68 Химия (магистерская программа Физическая химия.. 2.1 Характеристика ООП подготовки магистров. 2.2 Компетенции...»

«ФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ С ОСНОВАМИ БИОХИМИИ Учебно-методический комплекс по дисциплине для студентов направления 250100.62 Лесное дело всех форм обучения Самостоятельное учебное электронное издание СЫКТЫВКАР 2012 УДК 581.1 ББК 28.55 Ф48 Рекомендован к изданию в электронном виде кафедрой лесного хозяйства Сыктывкарского лесного института (протокол № 6 от 21.06.2012) Утвержден к изданию в электронном виде советом сельскохозяйственного факультета Сыктывкарского лесного института (протокол № 9 от...»

«Том 1. ОТЧЕТ Обследование памятника истории и культуры: Коневский Рождество-Богородичный мужской монастырь Южный корпус по адресу: Ленинградская область, Приозерский район, о. Коневец Книга 1. Научно-технический отчет Книга 2. Обмерные чертежи Шифр ОБ-00161/1 Утверждаю Научный руководитель ПНИПКУ Венчур д.т.н., проф. Н.И.Ватин _2008 г. Ответственный исполнитель А.В.Улыбин Санкт-Петербург 2008 Производственное, научно-исследовательское ® ВЕНЧУР и проектно-конструкторское учреждение Список...»

«ИССЛЕДОВАНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ПОЧВАХ И РАСТИТЕЛЬНОСТИ В ЗОНЕ ДЕЙСТВИЯ ГОРНОПРОМЫШЛЕННОГО ПРЕДПРИЯТИЯ Т.Н. Александрова, Л.Н. Липина Институт горного дела ДВО РАН, IGD@rambler.ru lipina@igd.khv.ru RESEARCH OF THE MAINTENANCE OF HEAVY METALS IN SOILS AND VEGETATION TO THE OPERATIVE RANGE OF THE MINING ENTERPRISE В статье приводятся результаты исследований содержания тяжелых металлов в почвах и растительности в зоне действия горнопромышленного предприятия. Выявлены зоны локального...»






 
© 2013 www.knigi.konflib.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.