Взаимодействуя в воде с растворенным органическим веществом (ОВ), ртуть образует прочные растворимые комплексы. В водах с низкой минерализацией основным соединением Hg с ОВ считают ион метилртути HgСН3+, обладающий высокой подвижностью, а также гидроксиметилртуть СН3HgОН. Для формирования метилртути достаточно наличия в растворе ионов Hg2+ и метильных радикалов (СН3)-. Последние могут иметь разные источники, среди которых особо важен бактериальный: «<···> выход метилртути положительно коррелирует с общей микробиологической активностью среды. Стерилизация образцов на порядки снижает скорость метилирования <···> Кроме того... скорость образования диметилртути в несколько тысяч раз ниже скорости образования метилртути» [17, с. 309]. В природных водах наиболее важным донором метильных групп являются фульвокислоты (ФК) и гуминовые кислоты (ГК), причем для метилирования ртути оптимальны значения рН в интервале 6–8, в котором сильно возрастает ионизация ГК или ФК. В анаэр
В большинстве природных вод содержание Hg очень низко; так, в болотных водах умеренно-влажного климата (средняя минерализация 89,5 мг/л и рН = 5,7) среднее содержание (кларк) ртути составляет 58 нг/л (т.е. 0,058 мкг/л). Содержание ртути в дождевой воде составляет 2–20 нг/м3, но отмечались и значения до 90 нг/м3; содержания метилртути на несколько порядков ниже, от 0,05 до 0,6 нг/м3.
Содержание взвешенной (в составе пыли) атмосферной ртути на порядки ниже, чем парообразной, и измеряется пикограммами на грамм. Так, в сельской местности штата Вермонт и региона Великих озер в США фиксировалось содержание взвешенной ртути от 9,4 до 22,4 пг/м3, а в Детройте – в среднем 94 пг/м3. От 60% до 100% всей этой ртути приходилось на тонкую фракцию с диаметром частиц меньше 2 мкм. Соответственно концентрациям изменяется и процентный вклад взвешенной ртути в ее валовое содержание в атмосфере: в удалении от промышленных зон она составляет 4,48±1%, а поблизости от мест эмиссии (ТЭС и сжигания бытовых отходов) – втрое больше: 15,3± 3,3%.
Фоновое содержание Hg в атмосферном воздухе Северного полушария составляет около 3 нг/м3 (над Европой и Сев. Америкой) и около 2 нг/м3 над Атлантикой. В Южном полушарии атмосферный фон ртути заметно ниже – 1,3 нг/м3, что отражает влияние антропогенных потоков ртути. 90% атмосферной ртути представлено парами Hgо, а остальное, по-видимому, это Hg2+ и метилртуть. Фоновое содержание метилртути в атмосфере колеблется в диапазоне от 0,005 до 1,3 нг/м3 .
Гипергенная геохимия ртути стала интенсивно изучаться в середине ХХ в. в связи с обострением экологических проблем, особенно вследствие опасности со стороны хорошо растворимых в воде соединений монометилртути Hg(СН3)+. Легкая испаряемость ртути ведет к тому, что, поступая на поверхность Земли из природных или антропогенных источников, она в значительной мере уходит в атмосферный воздух [1, 5, 7, 9, 17, 18, 21, 22, 27, 78, 82, 84, 89–92].
3. Особенности геохимии ртути в зоне гипергенеза
Наилучшим считают метод EPA-7473 для определения ртути в твердых фазах (исходный уголь и любые отходы, как зольные, так и сульфатные). Газовую эмиссию определяют по разности. Для анализа используют стандартный прибор DMA-80 (direct mercury analyzer, Millstone, Inc.). Навеска образца 0,75 г в керамической лодочке высушивается при 120оС и затем разлагается при 750оС в кварцевой трубчатой печи. Пары ртути переносятся постоянным током воздуха в термостатированную центральную часть печи с катализатором, где происходит окончательный перевод газообразной ртути в элементарную форму. Затем ртуть количественно поглощается (амальгамируется) на золотой проволоке, после чего отгоняется и определяется путем атомно-абсорбционного анализа. Метод недорогой, чувствительный, точный и экспрессный – одно определение занимает около 5 мин.
Стандартные методы определения ртути в твердой фазе (ASTM D-3684) и в газовой фазе (EPA 28, EPA 101 A, Ontario Hydro Method, MESA (mercury speciation adsorption) неточны, трудоемки и дороги. Например, единичное определение Hg в дымовых газах непосредственно в трубе ТЭС обходится в 30 тыс. долларов, плохо воспроизводимо и к тому же опасно (работа на высоте).
2. Особенности анализа ртути в углях
Изученность ртути в углях остается низкой, причем почти все надежные данные получены только в конце ХХ в. Дело в том, что анализ золы углей на ртуть не имеет смысла, так как до 90% Hg улетучивается при озолении. В то же время, эмиссионный спектрографический анализ углей на ртуть без озоления также может приводить к большой потере ртути, на что указывал основатель геохимии ртути в СССР – А. А. Сауков [7].
Позже А.Шток и Ф.Кукюль обнаружили ртуть в угольной саже дымоходов (28 г/т) и впервые определили Hg в углях Англии (0,012 г/т) и Саарского (0,008 г/т) и Рурского (0,010 г/т) бассейнов Германии, найдя в отдельных образцах до 0,022 г/т Hg [103]. в 1946 г. в саже из дымохода московской котельной, работавшей на Донецких углях, А.А.Сауков обнаружил Hg на уровне 41 г/т [7]. Это наблюдение осталось незамеченным, и опасное содержание ртути в углях Донбасса привлекло к себе внимание лишь спустя два десятилетия!
Впервые о наличии ртути в углепродуктах сообщил англичанин В.Киркби, который в 1927 г. нашел в каменноугольной смоле Hg в концентрации 1:7000000, т.е. около 0,15 г/т [70].
РТУТЬ В УГЛЯХ СЕРЬЕЗНАЯ ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ПРОБЛЕМА
Ключевые слова: ртуть, угольная промышленность, геохимия, экологиz, защита окружающей среды.
РЕФЕРАТ. Из анализа литературы по ртути в углях следует, что ее содержание составляет порядка 0,1 г/т как в каменных, так и бурых углях. Известны угли, сильно обогащенные ртутью, например, в некоторых районах России, Украины, США и Китая. В уникальных по своей ртутоносности донецких углях обнаружены киноварь и металлическая ртуть. Вследствие высокого сродства иона Hg2+ к гумусу, вполне возможна сингенетическая (или раннеэпигенетическая) концентрация Hg в торфяниках или бурых углях, но большинство аномально-ртутоносных углей обогатилось ртутью в процессах эпигенеза. Вследствие высокой токсичности Hg и её соединений, а также практически полного перехода ртути при сжигании углей в газовую фазу, изучение геохимии Hg в углях имеет первостепенное значение для охраны окружающей среды.
Старший научный сотрудник лаборатории литологии и геохимии осадочных формаций Института геологии Коми НЦ УрО РАН (г. Сыктывкар), лауреат Г
Доктор геолого-минералогических наук, действительный член Российской Академии естественных наук, член Уральской Академии геологических
РТУТЬ В УГЛЯХ СЕРЬЕЗНАЯ ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ПРОБЛЕМА
РТУТЬ В УГЛЯХ СЕРЬЕЗНАЯ ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ПРОБЛЕМА | БИОСФЕРА - Международный научный и прикладной журнал
Комментариев нет:
Отправить комментарий