Марганец в подземных водах, сформированных в условиях вечной мерзлоты

Введение

 

В результате авторских гидрогеологических исследований, проведенных на территории северной части Западно-Сибирского мегабассейна (в пределах Ямало-Ненецкого нефтегазодобывающего региона), было установлено, что подземные воды исследуемого региона отличаются повышенным содержанием марганца. По данным исследований [2,3 и др.] его содержание изменяется от 0,01 до 2,2 мг/дм³, при средних концентрациях 0,5 мг/дм³.        

На содержание марганца в подземных водах исследуемой территории оказывает влияние множества факторов, среди которых первостепенное значение имеет химический состав водовмещающих пород, окислительно - восстановительная среда и наличие многолетней мерзлоты [4,5,8]. Поскольку многолетняя мерзлота оказывает значительное воздействие на формирование химического состава подземных вод вообще, и содержавшегося в них марганца в частности, не учитывать этот фактор нельзя.

         В связи с этим, цель данной работы состоит в анализе имеющихся литературных данных по этому вопросу, их корректировка с учетом местной специфики, которая заключается в наличии в подземных водах региона восстановительной среды и низких температур.

 

Объект исследования

 Объектом исследования является марганец, один из компонентов  подземных вод, формирующих их качество.

Результаты

Марганец – металл серебристо-белого цвета. Наряду с железом и его сплавами относится к черным металлам. Минералы, из которых происходит извлечение марганца, имеют название марганцевая руда. Марганцевая руда относится к природным минеральным образованиям, которые концентрируются в определенных местах при конкретных условиях, образуя месторождения, являющиеся основным источником рудной добычи. К настоящему времени в мире существует ограниченное их количество. К наиболее перспективным для добычи этого компонента являются: пиролюзит, псиломелан, манганит, вернадит, браунит, гаусманит, родохрозит, олигонит, манганокальцит, родонит, бустамит. В России марганец добывается повсеместно и имеет важнейшее значение при использовании его в черной металлургии (железоделательная и стальная промышленность), где доля использования составляет до 90%. Наряду с этим он имеет большое значение и в других отраслях. Например, для выплавки деталей экскаваторов, камнеперерабатывающих машин, дробилок, шаровых мельниц, броневых деталей.

Подземные воды исследуемой территории отличаются повышенным содержанием марганца, такие воды широко распространены на большей части гумидной зоны. Подземные воды с высокими концентрациями органических веществ гумусового ряда имеют низкие значения рН и соответственно низкие конценрации карбонатов (полное отсутствие СО₃^2- в нашем случае) и характеризуются высокими потенциальными возможностями накопления марганца, которые отчасти реализуются вследствие высокой агрессивности этих вод по отношению к вмещающим породам. По территории региона содержания изменяются от 0,01 до 1 мг/дм³, при средних концентрациях 0,4 мг/дм³. При ПДК по марганцу, равному 0,1 мг/дм³, отмечается превышение практически по всем авторским пробам [4,5].

Исследования показали очень широкую распространенность марганца в регионе. При опробовании было установлено превышение марганца в пресных подземных водах ПДК (0,1 мг/дм³) практически по всем пробам, достигая нескольких мг/дм³  - максимум 2,17 мг/дм³ (рис.1).

Рис. 1. Гистограмма распределения марганца

      Марганец (Mn²⁺) является специфическим показателем техногенеза  в результате водоотбора пресных подземных вод. Это было установлено при гидрогеологических исследованиях на Губкинском месторождении пресных подземных вод. По данным выборки химических анализов десятилетний период эксплуатации городского водозабора произошли снижение рН (в среднем) с 6,52 до 6,27 и увеличение концентраций железа с 1,9 до 2,9 мг/дм3 и марганца с 0,3 до 0,58 мг/дм³ (табл. 1)[6]. Подобное явление также фиксируется на других водозаборах исследуемого региона   (г. Салехард, г. Надым).

Табл. 1

Результаты авторского опробования подземных вод на Губкинском  городском водозаборе

Показатели	12.1995	07.1999	06.2004
Нефтепродукты	0.03	0.02	0.01
Фенолы	0.001	0.001	0.001
Cd	0.0005	0.0001	0.0001
Pb	0.005	0.001	0.001
As	0.005	0.005	0.005
Cu	0.01	0.01	0.01
Zn	0.02	0.03	0.03
Na	2.20	2.25	3.30
Mn	0.30	0.41	0.58
K	0.60	0.68	0.98
NH4	0.00	0.13	0.11
Ca	2.60	3.48	4.95
Mg	2.20	4.33	1.70
Fe	1.90	2.04	2.90
Cl	0.00	3.50	0.90
SO4	2.20	1.88	1.65
NO3	0.00	0.53	0.50
NO2	0.00	0.00	0.01
HCO3	27.50	28.23	28.25
SiO2	28.00	30.05	31.05
PH	6.52	6.46	6.27
Сухой остаток	68.00	61.10	62.80
СПАВ		0.02	0.02
Жесткость	0.31	0.53	0.39
Окисляемость	2.20	1.80	1.10
PO4		0.79	0.04

 

По мнению С.А. Козлова [7] механизм увеличения концентрации железа и марганца в подземных водах на участках их эксплуатации связан с увеличением в воде концентрации двуокиси углерода. На участках действующих водозаборов при осушении водовмещающих пород в кровле водоносного горизонта и соответственном увеличении зоны аэрации процессы окисления органических веществ в нижней части зоны аэрации, в верхней части водовмещающих отложений будут происходить более интенсивно