Влияние техногенных стоков на физико-химические характеристики пресноводного водоема

Влияние техногенных стоков на физико-химические характеристики пресноводного водоема

С.И. Мазухина, С.С. Сандимиров

Институт проблем промышленной экологии Севера КНЦ РАН, Апатиты

Аннотация. В данной работе на основе программного комплекса "Селектор-С" исследовалась метасистема "сточные воды апатитового производства (АП) - оз. Имандра" в зависимости от объемов сливных стоков. Показано, что в результате воздействий стоков АП в водной среде происходит увеличение концентраций Na+, K+, Cl, F, SO4-2, SiO2, и отмечается присутствие ионов Fe, Al, Mn, Mg, Sr в резервуаре смешения. Увеличение годового объема стока с 80 до 240 млн м3/год ведет к увеличению значений pH и общего уровня загрязнения.

Abstract. The effect of industrial sewage on the physico-chemical characteristics of Lake Imandra has been estimated. The numerical modelling with the program complex Selector-C has shown that industrial sewage leads to increase of concentration of Na+, K+, Cl, F, SO4-2, SiO2. The water is saturated with respect to Ca, Na, K, P, Al, Si. If the sewage volume is three times greater, the value of pH throughout the water body increases by

0.4.

1. Введение

Цивилизованное природопользование есть не что иное, как разумный компромисс между использованием природных ресурсов, даже если речь идет о возобновляемых ресурсах, и ущербом, наносимым при этом природной среде. В связи с этим прогноз ее изменения - неотъемлемая часть проектов природопользования (Барон, 1998).

Представленная работа является продолжением физико-химических исследований, проводимых Институтом проблем промышленной экологии Севера (ИППЭС) и посвященных проблеме формирования качества вод оз. Имандра (Мазухина, Сандимиров, 1998; Калабин и др., 2000; Мазухина, Моисеенко, 2000).

Озеро Имандра - крупнейший пресноводный водоем Кольского п-ова. В течение последних 60 лет происходит его постоянное загрязнение сточными водами и шламом горно-перерабатывающих и металлургических производств. Среди них наибольший объем стоков (от 80 млн м3/год в 1992-1994 гг. до 240 млн м3/год в 1976-1978 гг.) приходится на ОАО "Апатит". По результатам многолетнего мониторинга, выполненного ИППЭС, установлено повышение щелочности в районе оз. Имандра, прилегающем к зоне хвостохранилища АП (Моисеенко и др., 1997). В табл. 1 представлены основные характеристики вод, полученные в результате мониторинга в районе влияния АП в разные годы.

Изучение влияния техногенных стоков на физико-химические характеристики пресноводного водоема проведено с помощью модели резервуарной динамики (ПК Селектор-С) (Чудненко и др., 1999). Рис. 1 демонстрирует географическое положение оз. Имандра, хвостохранилища и точки отбора проб. В данной работе предполагается, что стоки (как внешняя среда) поступают в хвостохранилище "напрямую", минуя резервуар-накопитель (отстойник).

2. Постановка задачи

Задача физико-химического моделирования системы "озеро-атмосфера-стоки" формулировалась в три этапа: 1) рассмотреть химическое равновесие воды (озерной и технологической) и атмосферы (Р = 1 бар, Т = 25°С); 2) рассмотреть химическое равновесие смешения в разных объемах озерной и технологической вод (Р = 1 бар, Т = 25°С); 3) оценить взаимодействие озеро-атмосфера-стоки на реальном примере.

Чтобы приблизить имитационную модель к реальным условиям, мы попытались учесть все основные зависимые компоненты, которые могут присутствовать в потоках и системах динамической метасистемы оз. Имандра в условиях низких температур (+1+25°С), давлений (1-5 бар) и широкого диапазона возможных значений pH (от 1 до 12) и Eh (от 1.2 до -0.8). Перечень зависимых компонентов водного раствора составлялся таким образом, чтобы он соответствовал действительному составу оз. Имандра и сточных вод АП (Дудкин, 1996; Зосин и др., 1999; Моисеенко и др., 1997). В целом исходный список базовой мультисистемы состоит из 191 индивидуального вещества (в водном растворе 91, в газовой фазе 12, 88 -количество твердых фаз). Независимые компоненты в базовой мультисистеме: Al-Ar-C-Ca-Cl-F-Fe-K-Mg-Mn-N-Na-Ne-P-S-Si-Sr-H-O-e (e-электрон). Термодинамические данные взяты из следующих источников (Helgeson et al., 1981; Johnson et al, 1992; Robie and Hemingway, 1995), термодинамические характеристики

газов взяты из (Рид и др., 1982). Состав

Aгo.з209Co.oloзбN5з•9478Neaooo6lOl4.«472 (Морская химия, 1972).

^ Олснсгорск

1 кг атмосферы рассматривался как

Таблица 1. Данные мониторинга в районе влияния апатитового производства

Еаяыиая Имандра

хвостохранилище АНОФ-2

Бабинекая Имандра

Апатиты

компоненты водн. р-ра, мг/л дата

IX. 87 VIII.91 VI.92 VII. 96

рН 7.97 7.48 7.54 7.33

Са+2 4.58 14.19 5.12 4.6

Мм+2 1.17 1.33 1.11 1.09

18.60 26.2 20.00 16.5

К+ 3.8 6.72 4 2.65

НСОз- 21.966 58.575 26.541 23.918

8О4-2 32.9 27.50 29.7 23.5

С1- 8.4 11.2 7.28 5.86

Б- 0.140 - -

Р 0.016 0.006 0.061

Мп - 0.041 0.011 0.016

81 1 2.75 0.39 0.19

А1 0.050 0.145 0.072 0.020

Бе 0.024 0.043 0.645 0.026

Си 0.002 0.004 0.0066 0.0052

N1 0.048 0.050 0.011 0.0155

гп 0.019 0.006 0.010 0.0009

8г 0.054 0.112 - 0.069

Йохосщювская Имандра Нивская

(Ш гэс

Рис. 1. Географическое положение оз. Имандра и точки мониторинга: 1 - точки отбора проб, 2 - населенные пункты, 3 - промышленные предприятия, 4 - Кольская АЭС

3. Химическое равновесие "вода-атмосфера"

Исходные векторы мольных количеств независимых компонентов технологической воды АП и оз. Имандра рассчитаны по данным (Зосин и др., 1999; Моисеенко и др., 1997). В табл. 2 представлены результаты анализа моделирования химических составов технологической воды и контрольной зоны оз. Имандра (точка III на рис. 1). Традиционные методы получения аналитических данных о состоянии природных вод позволяют говорить лишь о валовых концентрациях катионов и некоторых анионов. В большинстве случаев получаемые таким образом данные не учитывают концентрации растворенных газов, валентные состояния серы, железа и других поливалентных элементов, токсичность которых зависит от форм нахождения элементов в природных водах. Рядовые анализы природных вод не дают никакого представления о реальных формах существования растворенных компонентов, т.е. факторах, в значительной степени определяющих физико-химические свойства природных вод как растворителей. Поэтому построение адекватных моделей природных и техногенных вод следует рассматривать как необходимый и весьма важный этап моделирования процессов их взаимодействия.

Построение термодинамических моделей природных вод состояло в расчете равновесного состояния для системы "водный раствор-атмосфера". При этом в растворе фиксировалось содержание только для элементов-катионов (№, К, Са, 8г, Бе, А1) и некоторых элементов-анионов (Р, С1, 8, 81), концентрации которых соответствуют аналитическим. Содержание атмофильных элементов-анионов (С-Н-О) определялось в процессе расчета по термодинамической модели, согласно методическим приемам, рекомендованным в (Крайнов и др., 1988), добиваясь соответствия аналитически определяемых и расчетных равновесных значений рН. Таким образом, достигалось полное соответствие расчетных и аналитических значений химических параметров природных или техногенных вод и оценивалась реальная степень их насыщения газовыми компонентами воздуха. Все расчеты проводились на 1000 кг воды при Т = 25°С и Р = 1 бар.

Для каждого конкретного типа вод принимаемая термодинамическая модель представляет собой полный список растворенных соединений - ионов, нейтральных комплексов и растворенных газов, моляльности которых превышают 10-16, значения коэффициентов активности и концентрации этих комплексов (моль/л и мг/л), а также расчетные значения ионной силы раствора, БИ, рН, моляльности всех независимых компонентов.

В нашем случае в отношении рН поверхностных и технологических вод мы получили точное согласие анализа и модели (табл. 2).

Таблица 2. Результаты анализа и моделирования химического состава вод контрольной зоны оз. Имандра и технологической воды

Контрольная зона оз. Имандра

Результаты

анализа, мг/л моделирования, мг/л

ионная сила 0.000739

РН 7.08 РН 7.08

БИ, В 0.797

А102- 0.022

НА102* 0.0051

А1 0.022 А1(0Н)4- 0.0278

Са+2 А1(0Н)3* 0.0047

3.3 Са+2 3.2579

Са(С03)* 0.0022

Са(НС03)+ 0.0211

Са804* 0.1117

Беобщ 0.022 Бе(0Н)з* 0.034

Бе(0Н)4- 0.003

Бе(0Н)2+ 0.0046

К+ 1.17 К+ 1.1692

К804- 0.0027

Мё+2 1.02 Mg+2 1.0173

Mg(C0з)* 0.0004

Mg(HC0з)+ 0.009

MgC1+ 0.0001

№+ 5.52 Na+ 5.52

NaC1* 0.0001

NaH8i03* 0.0001

Мп+2 0.00146 Mn+2 0.0014

8г 0.042 8г+2 0.042

Робщ 0.004 Н2Р04" 0.0069

НР04"2 0.0056

804"2 9.41 804"2 9.3293

81 1.46 8Ю2* 3.119

НС03- 14.89 НС0з- 15.725

С02* 1.9841

С03"2 0.0095

С1- 2.28 С1- 2.2798

No6щ 0.137 N2* 13.9581

N0^ 0.008 N0^ 0.0061

NH4+ 0.030

02* 7.774

Технологическая вода

Результаты

анализа, мг/л моделирования, мг/л

ионная сила 0.016718

рН 8.7 рН 8.72

БИ, В 0.690

А102- 1.6208

НА102* 0.0079

А13+ 1.33 А1(0Н)4- 2.0464

Са+2 А1(0Н)3* 0.0072

11 Са+2 8.0589

Са(С0з)* 3.4428

Са(НС0з)+ 0.8319

Са804* 4.1742

Беобщ 0.71 Бе(0Н)4- 1.2285

Бе(0Н)2+ 0.001

Бе(0Н)з* 0.2975

К+ 70 К+ 69.0051

К804- 3.4119

Mg+2 1 Mg+2 0.8943

Mg(C0з)* 0.238

Mg(HC0з)+ 0.1253

MgF+ 0.0021

MgC1+ 0.0003

№+ 250 Na+ 249.8636

NaA102* 0.0035

№С1* 0.0263

NaH8i03* 0.4107

РО4"2 13.7 Н2Р04- 0.2953

НР04"2 13.5962

804"2 295 804"2 289.5965

8Ю2* 10.5 8Ю2* 9.6103

Н8Ю3- 0.8239

НС03" 199.5 НС0з- 358.9715

С02* 0.954

С03"2 6 С03"2 12.3388

С1- 11.1 С1- 11.0817

Б- 1.8 1.7978

N2* 16.7886

02* 1.44

Если сопоставить аналитически определенный состав воды контрольной зоны оз. Имандра и его модельный аналог по другим компонентам, то можно сделать вывод о хорошем соответствии анализа и модели. Некоторые различия имеются для аниона НСОз" и, кроме того, в модельном составе воды присутствуют компоненты СаСОз, Са(НСОз)+, Са804, СОз"2, СО2, 8102, N2, О2 и т.д., химического анализа на которые не производилось. Рассчитанное значение 02 соответствует среднему значению, замеренному на станции мониторинга оз. Имандра (апрель 1995 г.) (Моисеенко и др., 1997, табл. 3.1).

Полученные векторы мольных количеств независимых компонентов технологической воды АП и оз. Имандра были исходными данными на следующих этапах исследования. В табл. 3 представлены результаты моделирования смешения вод оз. Имандра и технологической воды в различных объемах (Т = 25°С, Р = 1 бар). Согласно данным результатам, по мере увеличения доли технологической воды, меняется химический состав озера. Отмечается рост значений рН, ионной силы, увеличение значений концентраций №+, К+, Са804, К804-, 804"2, НС03", Б, 8102. Кроме того, результаты моделирования показывают, что воды смешения насыщены относительно Са, №, Р, К, Бе, А1, образуя минеральные

взвеси, состоящие из стильбита (Stl), апатита (Apt), гетита (Gt). Сравнение полученных результатов с данными мониторинга указывает, что значения концентраций ионов Na+, K+, Ca+2, Mg+2, SO4"2, HCO3-, SiO2 входят в интервалы замеренных значений. Очевидно, что в первом приближении "Селектор-С" вполне корректно описывает равновесное взаимодействие природной и технологической вод, что позволяет усложнить модель и перейти к резервуарной модели.

4. Резервуарная модель "стоки-атмосфера-озеро"

Приведем краткие сведения об исходных данных динамической имитационной модели. Согласно оценке результатов мониторинга (Мазухина, Сандимиров, 1998), объем загрязнения составляет 1.191 км3. Если исходить из представления, что основное взаимодействие сточных вод с оз. Имандра происходит в указанном объеме, то во взаимодействии задействована десятая часть всего объема водоема, который равен 10.9 км3, и десятая часть стока сезонного водосбора (Моисеенко и др., 1997). Ежегодный объем стока АП оценивается по данным за 1992-1994 гг. в 80 млн м3. Чтобы не иметь дело с многонулевыми числами, нормализуем объем ежегодного стока АП и объем резервуара смешения так, чтобы последний имел 1 кг чистой воды без учета H2O, содержащейся в зависимых компонентах водного раствора. Один килограмм воды равен 55.51 молей Н20. Такая нормализация удобна тем, что объемная масса воды приводится к "моляльному" эквиваленту. Если объем смешения составляет 1/10 объема оз. Имандра, и он нормализован к 55.51 молям Н20 как растворителя, то ежегодный сток АП будет равен 4.0741 молей Н20 и 30.5557 молей Н20 сезонного стока. Последняя цифра рассчитана по данным (Моисеенко и др., 1997, табл. 1.2).

Таблица 3. Моделирование смешения вод оз. Имандра и технологической воды в разных объемах

соотношение, л 1000/1 1000/10 1000/30 1000/50 1000/100

Eh, B 0.784 0.779 0.77 0.764 0.752

pH 7.308 7.39 7.54 7.66 7.86

ионная сила 0.0008 0.0009 0.00121 0.00153 0.002317

Компоненты водного раствора, мг/л

Ar* 0.497 0.4972 0.4974 0.4976 0.4983

AlO2- 0.0001 0.0001 0.0001 0 0

Al(OH)4- 0.0001 0.0001 0.0001 0.0001 0.0001

Ca(CO3)* 0.0037 0.0055 0.0104 0.017 0.0393

Ca(HCO3)+ 0.0213 0.0256 0.0346 0.0436 0.0641

Ca+2 3.2345 3.2264 3.2116 3.1967 3.1628

CaCl+ 0.0001 0.0001 0.0001 0.0001 0.0001

CaSO4* 0.1131 0.1416 0.1998 0.2564 0.3813

Cl- 2.2909 2.3908 2.6127 2.8346 3.3892

K+ 1.2392 1.8683 3.2654 4.6615 8.1474

KSO4- 0.0029 0.0055 0.014 0.0261 0.0709

Mg+2 1.0183 1.0266 1.0451 1.0634 1.1088

MgCl+ 0.0001 0.0001 0.0001 0.0001 0.0002

Mn+2 0.0014 0.0014 0.0014 0.0014 0.0013

Na+ 5.7685 8.0169 13.0134 18.0099 30.5009

NaCl* 0.0001 0.0002 0.0004 0.0006 0.0011

NaHSiO3* 0.0001 0.0002 0.0005 0.0009 0.0024

Sr+2 0.042 0.042 0.042 0.042 0.0419

NO3- 0.0109 0.0133 0.0189 0.0247 0.0395

SO4-2 9.6237 12.257 18.11 23.9618 38.5927

F- 0.0002 0.008 0.0257 0.0433 0.0874

CO2* 1.2037 1.1906 1.1633 1.1397 1.0978

CO3-2 0.0164 0.0244 0.0487 0.0818 0.2057

HCO3- 16.053 19.458 27.0113 34.5442 53.2832

n2* 13.784 13.785 13.785 13.7874 13.7884

O2* 8.1784 8.1775 8.1748 8.1733 8.1675

SiO2* 2.9645 2.9739 2.9946 3.0151 3.0655

Твердые фазы, %

Stl 78.12 57.95 47.81 44.7 41.97

Apt 11.89 35.77 47.88 51.5 54.73

Gt 9.97 6.26 4.38 3.8 3.29

Далее условимся, что ежегодный приток в исследуемый резервуар сточных вод, вод сезонного водосбора и сток из него во внешнюю среду обеспечивает постоянство (с некоторыми возможными колебаниями) массы системы-приемника. Упрощая модель, мы пренебрегаем водообменом, связанным с метеоосадками на зеркало озера, испарением и стоком других производств. Будем считать, что весь водный баланс управляется стоком АП и потоком сезонного водосбора.

Динамическая модель реализовывалась по алгоритму один цикл - один год. Температура и давление в резервуаре имеют следующие значения: 10°С, 1 бар. Была поставлена следующая задача - определить влияние стока апатитового производства на гидрохимические характеристики оз. Имандра при условии:

1) сток апатитового производства 80 млн м3/год;

2) поток сезонного водосбора 600 млн м3/год;

3) макроскопические коэффициенты потоков постоянны;

4) воды смешения резервуара составляют 1/10 объема оз. Имандра.

Согласно выбранному методу, потоки АП и сезонного водосбора представляют собой внешнюю среду для резервуара смешения. Повторяемость этих событий позволила оценить такое воздействие во времени.

5. Результаты и обсуждение

Результаты моделирования представлены в табл. 4, где параметр time - годовой цикл.

Взвеси. Численное моделирование показало, что при смешении озерных и техногенных вод образуются минеральные взвеси, состоящие из стильбита, апатита, гетита, т.е. эти воды, подвергнутые техногенному загрязнению, насыщенны относительно Са, Na, K, Fe, P, Al.

Компоненты водного раствора. Компоненты водного раствора представлены в табл. 4. Согласно представленным данным, с каждым циклом увеличиваются концентрации Na+, K+, CaSO4, HCO3- SO4-2, Cl, F, значения pH, причем через 5-6 циклов значения этих параметров стремятся к некоторому стационарному значению.

Минимальный за многие годы объем загрязнений связан с общим экономическим упадком в России и сокращением производства в последние годы. Во втором варианте объем стока увеличен в 3 раза - 240 млн м3/год. Это максимальная нагрузка на оз. Имандра в период 1976-1978 гг. Согласно полученным результатам уровень загрязнений возрастает с увеличением стока. И уже за 1 год (цикл) концентрации сопоставимы с концентрациями, которые получены после 6 лет воздействия при объеме стока в 80 млн м3/год. Величина рН воды увеличивается на 0.4 единиц рН.

В работе (Моисеенко, Яковлев, 1990, табл. 2.4) представлены природные гидрохимические показатели оз. Имандра. Сопоставим их с показателями 1995 г. на станции мониторинга (рис. 1, II) (Моисеенко и др., 1997) (табл. 5).

Анализ результатов, представленных в табл. 5, показывает, что по данным мониторинга (1995 г.), несмотря на сезонные изменения, концентрации основных ионов возросли в несколько раз по сравнению с природными. Этот вывод совпадает с выводом, который можно сделать на основе резервуарной модели. Таким образом, зная химический состав водоема и предполагаемый состав стоков, можно прогнозировать изменения физико-химических характеристик любого водоема в результате воздействия стоков.

Таблица 4. Моделируемый аналог изменения химического состава вод в динамике

Time Компоненты водного раствора , мг/л

CaCO3 Ca(HCO3)+ Ca+2 CaCl+ CaSO4 Cl- K+ Mg+2 Na+ NaHSiOs

1 0.003347 0.04126 3.06312 0.000077 0.222313 2.6782 4.2732 1.01365 16.5608 0.000263

2 0.004272 0.0477 3.00137 0.000072 0.258623 2.8262 5.4289 1.01213 20.6757 0.00036

3 0.005027 0.05227 2.95491 0.000054 0.280953 2.9427 6.3304 1.0111 23.8883 0.000441

4 0.005601 0.05563 2.91885 0.000057 0.302489 3.0266 6.9851 1.01091 26.2218 0.000504

5 0.005966 0.057856 2.89549 0.000059 0.312782 3.0853 7.4408 1.00976 27.8457 0.000545

6 0.006208 0.059303 2.87898 0.000064 0.322461 3.1255 7.7557 1.01001 28.9668 0.000574

CaF+ F- O2 HSiO3- SO4-2 SiO2 Sr+2 HCO3- pH Eh

1 0.000036 0.038797 10.9518 0.004835 22.1457 2.8938 0.04 32.1997 7.27 0.811

2 0.000047 0.053662 10.9688 0.005304 26.9222 2.862 0.0395 38.3411 7.31 0.809

3 0.000052 0.065338 10.9817 0.005641 30.6549 2.8381 0.0392 43.1361 7.34 0.807

4 0.000058 0.073884 10.9948 0.005878 33.3616 2.8172 0.0382 46.6181 7.36 0.806

5 0.000062 0.079551 11.0043 0.006011 35.2476 2.8033 0.038 49.0398 7.37 0.805

6 0.000067 0.084322 11.0063 0.006104 36.5484 2.7937 0.038 50.7126 7.38 0.805

Таблица 5. Основные значения физико-химических параметров природной воды и воды на станции мониторинга оз. Имандра, мг/л

Показател ь оз. Имандра, природная вода оз. Имандра (1995 г.), станция мониторинга

IV VIII X

рН 6.4-7.2 6.91 7.25 7.3

Са 1.6-4.0 4.91 4.56 4.39

Mg 0.5-1.3 1.35 1.12 1.11

№ +К 2.5-7.5

№ - 15.56 13.6 13.86

К 2.61 2.46 2.4

НСО3- 13-18 24.52 21.78 20.98

8О4-2 1-3

8 7.94 7.71 7.59

С1- 1.4-1.8 6.21 5.47 5.49

О2 7 13.1 15.4

Проведенные исследования показывают зависимость уровня загрязнений от объемов стоков АП. В результате воздействий стоков АП в водной среде происходит увеличение концентрации №+, К+, С1, Б, 8О4-2, 81О2, и наблюдается присутствие ионов Бе, А1, Мп, Mg, 8г в резервуаре смешения. Увеличение объема стока в 3 раза ведет к увеличению значений рН. Таким образом, даже при минимальном, но постоянном стоке АП, происходит трансформация вод оз. Имандра из гидрокарбонатного класса в класс сульфатов техногенной природы, и присутствие биогенных элементов способствует евтрофированию водоема. Моделирование позволило выявить общие тенденции в системе "стоки-озеро".

6. Экологические последствия

Многолетние исследования патологии рыб в зонах влияния различных типов горнорудных производств (Моисеенко, 1997, с.134), позволили установить, что в зоне влияния апатитонефелинового производства (1978-1979 гг., губа Белая оз. Имандра) наблюдалась 100 % клиника патологических изменений. Рыбы вялые, мышцы дряблые, наблюдалась деформация черепной коробки, сколиоз (5 %), сердце дряблое, печень увеличена. Встречались рыбы с почечно-каменной болезнью (44 %). С 1990-1996 гг. в связи с сокращением производства апатитового концентрата больные рыбы встречались реже и на стадии не острой, а хронической интоксикации. Там же, на с.132, представлен химический состав отложенных солей в почке: соли являются фосфатами кальция, присутствуют кремний, магний, стронций (0.12 %), железо (0.005 %), никель (0.003 %), медь (0.0004 %), марганец (0.004 %), титан (0.001 %). Там же (Моисеенко, 1997, с.228) указано, что в зоне влияния апатитового производства содержание А1 в жабрах в десятки раз выше по сравнению с другими озерами. Кроме того, накопление А1 отмечается в почке, печени и скелете рыб.

Приведем результаты других исследователей. Так, относительно стронция (Иванов, 1994) указано, что экологически особенно опасны сточные и грунтовые воды районов добычи и переработки стронциевых и апатитовых руд, фосфоритов, Бе-Мп конкреций, некоторых типов редкоземельных руд (карбонатиты, нефелиновые сиениты). При избытке 8г у растущих животных развивались нарушения обмена и стронциевый рахит. 8г также преимущественно накапливается в организме детей до 4-х летнего возраста. Рабочие стронциевых производств заболевают сердечно-сосудистыми болезнями, и заболеваемость пропорциональна стажу их работы.

Элъпинер и Зекцер (1999) приводят данные, что питьевая вода, в которой концентрация А1 более чем в 5 раз превышает норматив, оказывала угнетающее действие на центральную нервную и иммунную систему у детей, а потребление питьевой воды с высокой концентрацией хлоридов и сульфатов, превышающей норматив в 3-5 раз, привело к тому, что от сердечно-сосудистых и желчно- и мочекаменной болезни страдает 5 % населения степных зон европейской территории России. Приводя данные зарубежных исследователей, те же авторы указали, что японские исследователи обнаружили положительную корреляцию между раком матки и концентрацией Б в питьевой воде в 20 районах страны.

В работе (Элъпинер, Зекцер, 1999) авторы делают вывод, что формирующийся банк медико-экологических данных демонстрирует причинно-следственные связи заболеваемости населения с ухудшением качества воды питьевых источников. Утверждается, что в современной гидрогеологии существует проблема, требующая развития фундаментальных и научно-практических исследований с

целью определения эффективных мер безопасного использования вод в условиях интенсивного техногенеза. Для обеспечения эффективных управленческих водохозяйственных решений необходимо получение данных, характеризующих медико-экологическую ситуацию, связанную с гидрогеологическими условиями водопользования, правильный выбор которых маловероятен без прогноза ее изменения во времени и пространстве. Однако прежде всего исследования медицинского профиля должны базироваться на полноценной гидрогеохимической информации. Эта задача должна решаться при условии взаимной осведомленности специалистов об исходных предпосылках намечаемых работ. Таким образом, необходим междисциплинарный подход, предусматривающий комплексное использование методов гидрогеодинамики, гидрогеологии, геоэкологии и профилактической медицины.

7. Выводы

С помощью метода резервуарной динамики создана резервуарная модель "стоки-озеро", отражающая изменение физико-химических характеристик водоема в зависимости от объема стоков. Показано поведение интегральных характеристик рН, отдельных элементов и соединений. Использование указанного метода позволило: 1) исследовать последствия загрязнения в пространстве и во времени; 2) выявить увеличение содержания в воде сульфатов техногенной природы; 3) определить скорость изменения физико-химических параметров среды. Результаты моделирования подтверждены натурными наблюдениями и указывают направление дальнейших исследований по формированию более полной, более детальной имитационной модели динамической метасистемы оз. Имандра.

Данный подход может быть полезен для специалистов, работающих в области охраны окружающей среды, с целью определения эффективных мер безопасного использования вод в условиях интенсивного техногенеза. В частности, этот подход может дать полноценную гидрохимическую информацию для исследований медицинского профиля.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант 97-05-65558).

Литература

Helgeson H.C., Kirkham D.H. and Flowers G.C. Theoretical prédiction of the thermodynamic behaviour of aqueous electrolytes at high pressures and temperatures: IV. Calculation of activity coefficients, osmotic coefficients, and apparent molal and standard and relative partial molal properties to 600 C and 5 kb. Amer. J. Sci., v.281, p.1249-1516, 1981. Johnson J.W., Oelkers E.H. and Helgeson H.C. A software package for calculating the standard molal thermodynamic properties of mineral, gases, aqueous species, and reactions from 1 to 5000 bars and 0 to 1000°C. Comput. & Geosci, v.18, p.899-947, 1992. Robie R.A. and Hemingway B.S. Thermodynamic properties of minerals and related substances at 298.15 K and

1 bar (105Pascals) pressure and higher temperatures. US Geological Survey Bulletin, v.2131, 461 p., 1995. Барон B.A. Эколого-гидрогеологическое моделирование. Водные ресурсы, т.25, № 6, с.645-651, 1998. Дудкин О.Б. Технологическая минералогия комплексного сырья на примере месторождений щелочных

плутонов. Апатиты, изд-во Геологического ин-та Кольского научного центра РАН, 134 е., 1996. Зосин А.П., Приймак Т.И., Кошкина Л.Б., Калабин Г.В. Экспериментальное моделирование взаимодействия водных растворов с минеральными составляющими хвостов обогащения апатито-нефелиновых руд хибинского месторождения. Геоэкология, № 2, с.117-137, 1999. Иванов В.В. Экологическая геохимия элементов: Справочник. В 6 кн. Кн.1: s-элементы. Под ред.

Э.К. Буренкова. М., Недра, 304 е., 1994. Калабин Г.В., Мазухина С.И., Малиновский Д.Н., Сандимиров С.С. Исследование процессов выветривания минеральных отходов добычи и переработки апатито-нефелиновых руд. Геоэкология, № 1, c.85-90, 2000. Крайнов С.Р., Шваров Ю.В., Гричук Д.В. Методы геохимического моделирования и прогнозирования

в гидрогеологии. М., Недра, 254 е., 1988. Мазухина С.И., Моисеенко Т.И. Моделирование поведения элементов химического состава вод в условиях комплексного загрязнения (на примере оз. Имандра). Водные ресурсы, т.27, № 5, с.538-542, 2000.

Мазухина С.И., Сандимиров С.С. Изучение взаимодействия природных и геотехногенных систем с помощью физико-химического моделирования. Химия и хим. технология в освоении природных ресурсов Кольского п-ова. Тез. докл. научн. конф. (22-24 сентября 1998 г.). Апатиты, с.139-141, 1998.

Моисеенко Т.И. Теоретические основы нормирования антропогенных нагрузок на водоемы Субарктики.

Апатиты, изд. КНЦРАН, 261 е., 1997. Моисеенко Т.И., Даувальтер В.А., Родюшкин И.В. Геохимическая миграция элементов в

субарктическом водоеме (на примере озера Имандра). Апатиты, изд. КНЦ РАН, 128 е., 1997. Моисеенко Т.И., Яковлев В.А. Антропогенные преобразования водных экосистем Кольского Севера.

Л., Наука, 221 е., 1990. Морская химия. Под ред. В.И. Ильичева. М., Мир, 152 е., 1972.

Рид Р., Праусниц Дж., Шервуд Т. Свойства газов и жидкостей: Справочное пособие. (Пер. с англ.). Л., Химия, 592 е., 1982.

Чудненко К.В., Карпов И.К., Мазухина С.И. Динамика метасистем в геохимии: формирование базовых

моделей и алгоритмы имитации. Геология и геофизика, т.40, № 1, с.45-61, 1999. Эльпинер Д.И., Зекцер И.С. Междисциплинарный подход к оценке использования подземных вод для питьевых целей. Водные ресурсы, т.26, № 4, с.389-396, 1999.