Формирование концентраций железа в подземных водах, отбираемых береговым водозабором в г. Воронеже

Воронежское водохранилище

Научный руководитель: д.г.-м.н., проф. Поздняков С.П.
Исполнители: асп. Казак Е.С.

Цели и задачи: 1) изучение форм нахождения железа в подземных, поврехностных, придонных и поровых водах доннах отложений; 2) установление потенциального источника железа в подземных водах неоген-четвертичного водоносного комплекса, эксплуатируемого береговым водозабным сооружением в г. Воронеж.

Характеристика объекта

Водозаборное сооружение расположенно в пределах насыпной площадки в Воронежском водохранилище и эксплуатирует неоген-четвертичный водоносный комплекс, представленый разнозернистыми песками. Подземные воды характеризуются восстановительной обстановкой, нейтральными значениям pH, повышенным содержанием железа и марганца, присутствием сероводорода. По содержанию основных компонентов подземная вода близка к поверхностной, так как около 90% водоотбора формируется за счет фильтрации из водоема.

Ход работы

Измерение pH и Eh в керне донных отложений

Для установления потенцильного источника поступления железа в подземные воды скважин были выполнены полевые иследования и лабораторные эксперементы. В ходе полевых работ в августе 2008 и 2009 г было проведено гидрогеохимическое опробование родников, подземных и поверхностных вод, отобрана проба водовмещающих пород и донных отложений, определен их состав, исследован состав поровых растворов донных отложений. Опробование проводилось с помощью усовершенствованной передвижной полевой лаборатории, собранной на кафедре Гидрогеологии МГУ им. М. В. Ломоносова. Лаборатория включала: портативную лабораторию HACH DREL/2400, состояющую из спектрофотометра HACH DR/2400, набора необходимых реактивов и термометра; программируемый электронный сухой термореактор DRB/200; полевой набор для титрования, pH и Eh метр ЭКСПЕРТ-001, набор лабораторной стеклянной и пластиковой посуды. Изучение состава пород было выполнено в лабораториях Геологического факультета МГУ (вытяжки, ренгенофлуорисцентный, карбонатный, силикатный анализ и т. д.)

Основные результаты

В результате полевых и эксперементальных работ установлено, что поверхностная вода родников и атмосферные осадки не содержат в своем составе железа.

Содержание лабильного железа донных
отложений

Концентрация железа в поверхностных водах, поровых растворах донных отложений и подземных водах по данным опробования в 7 – 100 раз превышает установленый порог ПДК (0.3 мг/л). Причем большая часть (от 67 до 97 %) железа присутствует не в лабильной форме, как наиболее химически и биологически активной, а в органических комплексах, что повышается его устойчивость в растворенном состоянии к окислению и усиливает миграционную способность. Доля коллоидного железа (размер частиц до 0.2 мкм) в подземных водах скважин не первышет 9%. Помимо растворенного состояния в поверхностных водах железо также содержится во взвешенном веществе воды водохранилища в концентрации до 7.6 мг/г. Содержание Fe в водовмещающих породах не велико и составляет 0.08 %, в то время как в донных отложениях оно достигает 2.16 %. Таким образом, опираясь на полученные результаты удалось установить, что донные отложения водохранилища могут являться потенциальным источником, поставляющим железо в подземные воды скважин водозабора в процессе фильрации через них кислородсодержащей воды Воронежского водохранилища. Опираясь на полученные данные было проведено термодинамическое моделирование в программном пакете PHREEQC-2. Моделировался конвективный массоперенос кислород содержащей воды через восстановительную среду донных отложений, содержащих минералы железа, в водоносный пласт к скважине. В результате расчета на 50 сутки было установлено, что состав моделируемого раствора в скважине оказался очень близок к составу подземной воде водозабора, опробованной в ходе полевых работ.