Борохович Юлія

інженер II категорії

Інститут проблем природокористування та екології НАН України

м. Дніпропетровськ

Проблема забруднення сполуками феруму підземних вод Придніпров’я

Сучасною проблемою, яка виникає в процесі використання підземними водами є підвищена концентрація в них сполук феруму. Це пов’язано з інтенсивним розвитком промисловості, що спричиняє забруднення основних джерел водопостачання. Виникає проблема забезпечення населення, особливо сільської місцевості, якісною питною водою. В певних кількостях ці елементи необхідні для організму людини, але перевищення їх кількості у воді від норми призводить до різних захворювань. Основними забруднювачами водних об’єктів басейну Дніпра є промисловість - 65%, комунальне господарство - 25,6 %, сільське господарство - 9,2 % інші галузі менше - 0,5 %. Крім підприємств-забруднювачів на якість води р. Дніпро впливають води його притоків – р. Самара та р. М.Сура, з якими надходять високомінералізовані шахтні води та стічні води підприємств. Також особливості складу підземних вод пояснюється умовами їх формування. При контакті підземних вод з оточуючими їх гірськими породами, у воду надходять хімічні елементи входять до складу цих порід. Залізо розчиняються підземними водами в місцях, куди не проникає кисень, наприклад під щільними водонепроникними породами, куди не проникають дощові і талі води. У місцях, куди з дощовими або іншими водами надходить кисень, залізо знаходяться в окисленому, нерозчинному стані і вміст цих елементів у підземних водах надзвичайно низька. При вмісті у воді підземних джерел заліза в концентрації більше 0,3-0,5 мг/дм³ органолептичні властивості води погіршуються, а при концентрації заліза понад 1-2 мг/ дм³ вода, крім каламутності і забарвлення, набуває неприємний терпкий присмак. Вміст заліза у водопровідній воді не повинен перевищувати 0,3 мг/дм³, а у воді місцевих джерел водопостачання - 1 мг/дм³

У підземних водах зустрічаються здебільшого сполуки заліза (ІІ) (головним чином Fe(HCO₃)₂) стійкі у присутності розчиненої вугільної кислоти та за відсутності кисню.

У поверхневих водах залізо знаходиться у вигляді органічних комплексних сполук, які забарвлюють воду у жовто-бурі відтінки, або у вигляді колоїдів та тонко дисперсних зависей Fe(OH)₂, Fe(OH)₃, FeS тощо, що зумовлюють каламутність води.

Головним джерелом сполук заліза в поверхневих водах є процеси хімічного вивітрювання гірських порід, їх механічне руйнування та розчинення.

У річкових водах та водах прісних озер вміст заліза, як правило, не перевищує 1 мг/дм³, у забарвлених болотних водах концентрація заліза значно збільшується. Якщо вміст заліза перевищує 0,3 мг/дм³, органолептичні властивості води погіршуються: з’являється неприємний залізистий або в’яжучий присмак, збільшується каламутність внаслідок утворення малорозчинного гідроксиду заліза (ІІІ).

Склад підземних вод визначається не тільки присутністю в них значної кількості хімічних елементів, але й різноманітним вмістом кожного з них а також різновидом розчинних форм кожного елементу. В підземній воді завжди наявні різноманітні іони багатьох хімічних елементів, їх розчинні і газоподібні молекули, природні і штучні ізотопи, складні органічні сполуки, які утворюють унікальний клас розчинних сполук, багато живих і мертвих мікроорганізмів, механічні і колоїдні сполуки різного складу, складні органо-мінеральні і інші комплекси тощо. Різне співвідношення цих сполук разом з кількісною зміною вмісту кожного з елементів зумовлюють велику кількість гідрогеохімічних типів підземних вод. Для визначення рівня забруднення підземних вод досліджують такі параметри: карбонати, гідрокарбонати, сульфати, хлориди, кальцій, магній, натрій, нітрити, нітрати, аміак, фосфати, водневий показник (рН), загальна мінералізація та жорсткість. Відбір проб води та визначення показників здійснюється згідно з методиками [1].

Аналізуючи хімічний склад води р. Дніпро у різні роки, необхідно говорити лише про загальні тенденції, бо місця відбору проб і використані методики аналізу були різними, та й показники забруднення не завжди співпадають. Так от, за більш ніж 100 років  спостережень у 7-9 разів збільшився вміст заліза. Обумовлюється це як зростанням промислового навантаження у прибережній території по усій акваторії р. Дніпро [2].

Залізо – біологічно активний елемент, що суттєво впливає на інтенсивність розвитку фітопланктону та якісний склад мікрофлори у водоймі. Підвищений вміст заліза у технічній воді неприпустимий для багатьох видів підприємств у зв’язку із погіршенням якості готової продукції та з можливістю розвинення в системах водопостачання залізобактерій. Розвиток залізобактерій стимулює процеси корозії, може призвести до закупорювання трубопроводів. Найбільша припустима концентрація заліза у питній воді, встановлена ДержСанПіН - 0,3 мг/дм₃.

Метою роботи було встановлення рівнів забруднення  підземних вод, сполуками феруму в різних районах, та запропонувати можливі шляхи їх усунення. Визначення загального заліза проводили фотометрично з застосуванням ортофенантроліну. Метод придатний для визначення заліза у концентраціях від 0,1 - 100мг/дм³.

При дослідженні складу підземних вод в різних районах (Дніпропетровський район, Новомосковський район) області у 2011-2013 роках з обстежених криниць. Було зафіксовано вміст заліза в Дніпропетровському районі, у 2011 р. – в межах 0,95 мг/дм³, у 2012р. – в межах 1,77 мг/дм³, у 2013 р. – в межах 2,32 мг/дм³, в Новомосковському районі , у 2011 р. – в межах 1,00 мг/дм³, у 2012р. – в межах 3,07 мг/дм³, у 2013 р. – в межах 2,99 мг/дм³. За вітчизняним стандартом допускається використовувати воду, в якій загальний вміст заліза не перевищує 0,3 мг/дм³.

Рис. 1. Динаміка концентрації загального заліза в період 2011-2013 р.р.

Як показали проведені  дослідження, підземні води Дніпропетровської області значно забруднені (90 % проб вод) сполуками заліза у кілька разів перевищує ГДК, і тому вони є непридатними як питні. Інтенсивність поширення забруднень визначається, головним чином, гідродинамічними характеристиками горизонту. Динаміка вод зумовлена інтенсивністю живлення та розвантаження ґрунтових вод, а також ємнісно-фільтраційними параметрами водовмісних порід. Отже для використання підземної води її необхідно попередньо очистити. При видаленні заліза з підземних вод частіше за все застосовують аерування, при видаленні заліза з поверхневих вод – коагулювання. Вапнування та катіонування використовують у тих випадках, коли необхідно не тільки видалення заліза, але і зм'якшення води. Також для видалення заліза використовувати фільтруючі матеріали, які сприяють швидкому окисненню і осадженню. в шарі фільтруючого завантаження. Відновлення властивостей каталізатора видаляти залізо здійснюється без застосування будь-яких хімічних сполук, шляхом промивання шару фільтруючого матеріалу зворотним потоком води. Ця безреагентна технологія є однією з найбільш безпечних; вона незамінна для заміських будинків, оскільки вона не вимагає витратних матеріалів при експлуатації і не шкодить навколишньому середовищу.

Література

1. Шестопалов В., Лялько В., Гудзенко В. та ін. Підземні води як стратегічний ресурс./ В. Шестопалов, В Лялько, В Гудзенко // Вісник національної академії наук України. 2005. - №5.

2. Шапар А.Г. Частина 1. Загальі питання екології, природокористування та сталого розвитку  /  А.Г. Шапар // Екологія і природокористування. – 2010. – Вип. 13.