Геохимия бора в подземных водах триаса и перми

Автор: Пользователь скрыл имя, 19 Марта 2012 в 01:36, дипломная работа

Описание работы

Геохимические и биохимические свойства и распространенность в биосфере бора весьма неоднородны. Геохимия бора особенно сложна, что связано с большими различиями в его содержаниях и поведении.
Геохимия - наука, изучающая химические процессы земной коры, миграцию химических элементов, их концентрацию и рассеяние, химический состав Земли и ее оболочек, распространение, распределение и взаимные сочетания химических элементов в земной коре.

Содержание

Введение…………………………………………………………………….….…7
Обзор литературы…………………………………………………….…...10
Материалы и методы исследования……………………………………...15
Природные условия района водозабора Вологодского отделения Северной железной дороги (СЖД)………………………………………..…....19
Геологическое строение…………………………………………....19
Гидрогеологические условия……………………………….…..…20
3.3 Факторы формирования качественного состава подземных вод…………………………………………………………………….…..…21
Геохимия бора в подземных водах основных водоносных горизонтов водозабора СЖД………………………………………………………………....27
Распространенность бора в экосистемах города Вологды ………. .27
Закономерности распределения бора в подземных водах основных водоносных горизонтов водозабора СЖД …………………….….. ..29
Результаты анализа проб подземных вод водазабора………………………………..………………………….. …31
Методы удаления бора из подземных вод…………………………........33
Риски при использовании подземных вод с высоким содержанием бора………………………………………………………………………….........38
Экологичность и безопасность……………………………………… ….41
7.1 Биохимия бора в организме человека……………………………. ….44
Заключение…………………………………………………………… ….48
Список использованных источников информации…………………. …49

Работа содержит 1 файл

Геохимия бора в подземных водах триаса и перми.docx

— 730.43 Кб (Скачать)

 

Содержание

Введение…………………………………………………………………….….…7

  1. Обзор литературы…………………………………………………….…...10
  2. Материалы и методы исследования……………………………………...15
  3. Природные условия района водозабора Вологодского отделения Северной железной дороги (СЖД)………………………………………..…....19
    1. Геологическое строение…………………………………………....19
    2. Гидрогеологические условия……………………………….…..…20

3.3    Факторы формирования качественного состава подземных вод…………………………………………………………………….…..…21

  1. Геохимия бора в подземных водах основных водоносных горизонтов водозабора СЖД………………………………………………………………....27
    1. Распространенность бора в экосистемах города Вологды ………. .27
    2. Закономерности распределения бора в подземных водах основных водоносных горизонтов водозабора СЖД …………………….….. ..29
    3. Результаты анализа проб подземных вод водазабора………………………………..………………………….. …31
  2. Методы удаления бора из подземных вод…………………………........33
  3. Риски при использовании подземных вод с высоким содержанием бора………………………………………………………………………….........38
  4. Экологичность и безопасность……………………………………… ….41

7.1 Биохимия бора в организме  человека……………………………. ….44

  1. Заключение…………………………………………………………… ….48
  2. Список использованных источников информации…………………. …49

 

 

 

 

 

 

Введение

Геохимические и биохимические  свойства и распространенность в биосфере бора весьма неоднородны. Геохимия бора особенно сложна, что связано с большими различиями в его содержаниях и поведении.

Геохимия - наука, изучающая  химические процессы земной коры, миграцию химических элементов, их концентрацию и рассеяние, химический состав Земли и ее оболочек, распространение, распределение и взаимные сочетания химических элементов в земной коре.

Геохимия — наука комплексная. Она занимает промежуточное положение между науками геологическими (минералогия, петрология, литология, учение о месторождениях полезных ископаемых, гидрогеология и океанология) и химическими (неорганическая и физическая химия, химическая термодинамика, кристаллохимия,   коллоидная   химия) [1].

Цель работы определение  основных закономерностей содержания бора в подземных водах триаса и перми, на примере конкретного участка – водозабора Вологодского отделения Северной железной дороги с целью выроботки оптимальных методов удаления бора из питьевых вод.

Для этого решались следующие  задачи:

-разработка методики  отбора проб из скважин.

-экспериментальное изучение содержания бора в подземных водах эксплуатационного водоносного горизонта, методом флуорометрии.

-интерпретация результатов анализов нахождения бора в подземных водах.

 В связи с особенностями геохимического поведения бора в подземных водах его очень трудно удалить бор. Примененные ниже методы очистки не позволяют добиться хороших результатов. Важным является изучение геохимических особенностей бора с целью выявления оптимального метода удаления бара из подземных вод.

По результатам бурения  скважин на территории города и прилегающих  к нему районов выделается ряд  водоносных горизонтов и комплексов с повышенным содержанием бора.

Степень их изученности различна и зависит от использования вод  для хозяйственно-питьевых и лечебных целей [2].

 Бор играет очень большую роль в жизни растений. Он влияет на синтез, превращения и передвижения углеводов и фосфора. Известны болезни растений, связанные с дефицитом и избытком бора. Бор относительно неподвижен в растениях, однако, благодаря перемещению в основном через ксилему, он заметно накапливается в старых листьях. Надземные части растений по сравнению с корнями содержат обычно больше бора.

В отличие от растений, биологическая  роль бора для млекопитающих менее  исследована. У животных и человека его избыток вызывает многочисленные хронические отравления: бороз, борный энтерит, а его недостаток ухудшает обмен кальция, фтора, особенно магния, а также вызывает расстройство регуляции клеточных мембран. В основном бор в организме животных связан с углеводами, в меньшей степени с жирами.  Избыток бора в водах вызывает у животных борные токсикозы — заболевания желудочно-кишечного тракта, легких, почек и мозга [3].

Воды четвертичных отложений  характеризуются прерывистым распространением. Наибольшие их запасы сосредоточены  в межморенных образованиях. В связи с этим были, но не сейчас основными эксплуатируемыми водоносными горизонтами для города являются окско-лихвинский и днепровско-одинцовский, приуроченные к межледниковым отложения. Но эти воды как правило содержат большое количество железа в связи с чем при бурении новых скважин они были оборудованы на пермско – триасовый водоносный горизонт.

Пермско-триасовый водоносный комплекс объединяет обычно 1-3 водоносных горизонта, относящихся к отложениям ветлужской серии нижнего триаса и татарского яруса верхней перми. Воды этих горизонтов имеют повышенную минерализацию и эксплуатируются лишь отдельными сважинами [2].

Воды этих отложений содержат наибольшее количество бора. Эффективных  методов удаления пока не разработано.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  1. Обзор литературы

К группе подземных вод  относятся воды, находящиеся ниже земной поверхности – в почвах, в рыхлых продуктах выветривания горных пород, в пластах  осадочных  пород и в трещинах массивных  изверженных и осадочных пород, а также в минералах.

Эти воды весьма разнообразны по своему химическому составу и  условиям залегания, представлены многими  типами и имеют очень большое  геохимическое значение.

Подземные воды находятся  во взаимодействии с почвами, породами и минералами, которые они пропитывают.

Подземные воды являются определенным резервом хозяйственного и питьевого  водоснабжения в перспективе, но сдерживающим фактором их использования  может служить высокое содержание в них бора [4].

Бор является элементом, который  одновременно токсичен и жизненно необходим  для живых организмов. Он способствует увеличению содержания хлорофилла, стимулирует  фотосинтез, способствует оплодотворению, повышает урожайность овощей. В отличие  от растений, биологическая роль бора для млекопитающих мало исследована. Бор оказывает влияние на процессы обмена веществ человека, снижает  содержание сахара в крови, улучшает состояние пораженной поджелудочной  железы. При избытке бора у человека может развиться дистрофия семенников, а недостаток – ухудшает обмен  кальция, фтора и особенно магния. Содержание бора выше ПДК (0,5 мг/л) отмечается в водах натриевой группы. Водовмещающими породами при этом являются терригенные отложения триаса и верхней перми, иногда – озёрные и озёрно-аллювиальные отложения четвертичного возраста. Наибольшее количество бора – 50 мг/г – обнаружено в солоноватых водах днепровско-московского водоносного комплекса на участке развития тектонических нарушений и древней долины р. Вологды.  Источником бора в пресных водах являются хлоридно-натриевые рассолы или минерализованные воды глубоких горизонтов, когда гидравлическая связь обеспечивается через тектонически ослабленные зоны. При относительной изоляции водоносного горизонта источником бора являются обогащенные соединениями бора глинистые прослойки в водовмещающих терригенных породах [3].

 Большой диапазон физико-химических  условий водной среды, при которых  бор устойчив и остаётся в  растворе, к тому же бор обладает  способностью к образованию в  воде сложных устойчивых комплексов, существенно усложняет технологию  очистки питьевых вод от этих  компонентов [4].

Бор (В) – самый лёгкий элемент, распространённый в гидросфере: кларк ~ 0.0004%, кларк биосферы ~ 0.005%, кларк в живом веществе ~ 103 %. Бор находится в V декаде таблицы кларков В. И. Вернадского. Это элемент биологического накопления, жизненно необходимый, сильно токсичный. Кристаллы серовато-чёрного цвета (очень чистый бор бесцветен). Общее содержание бора в земной коре 3*10-4 % по массе. В природе бор в свободном состоянии не обнаружен. Свободный бор (нечистый) впервые получили французские химики Ж. Гей-Люссак и Л. Тенар в 1808 году нагреванием борного ангидрида B2O3 с металлическим калием. Ранее других известное соединение бора - бура - упоминается в сочинениях алхимиков под арабским названием "бурак" и латинским Borax, откуда и произошло наименование "бор" [5].

Химически бор при обычных  условиях довольно инертен (взаимодействует  активно лишь с фтором при 25о С), причём кристаллический бор менее активен, чем аморфный. С повышением температуры активность бора возрастает, и он соединяется с кислородом, серой, галогенами.

При низких температурах бор  выступает в качестве анионного  комплекса, образуя с Na, Ca, Mg, Ba, K, Sr соли метаборной (HBO2), ортоборной (Н3ВО3) и полиборных кислот в водных растворах. Они широко развиты в подземных водах многих районов. 

При нагревании на воздухе  до 700° C бор горит красноватым пламенем, образуя борный ангидрид B2O3 - бесцветную стекловидную массу. При нагревании выше 900° C бор с азотом образует бора нитрид BN, при нагревании с углём - бора карбид B4C, с металлами - бориды.

С водородом бор заметно  не реагирует; его гидриды (бороводороды) получают косвенным путём. При температуре красного каления бор взаимодействует с водяным паром: 2B + 3Н2О = B2O3 + 3H2.

В кислотах бор при обычной  температуре не растворяется, кроме  концентрированной азотной кислоты, которая окисляет его до борной кислоты H3BO3. Медленно растворяется в концентрированных растворах щелочей с образованием боратов [1].                                              

В сухих степях и пустынях известны ландшафты, богатые бором. Это районы соленосных толщ, современного и древнего вулканизма. Почвы здесь  обогащены бором, его много в  соляных озёрах и солончаках. Так  образуются экзогенные месторождения  бора. Они формировались и в  прошлые геологические периоды.

 В ходе геологической истории происходили прогрессивная дифференциация и концентрация бора в биосфере: все большие его количества накапливались в осадочной оболочке в виде месторождений и в форме рассеянного бора в глинах.

В процессах магматизма бор не накапливается, но концентрируется при послемагматических изменениях пород и легко выносится из эндо- и экзогенных систем. В геологической истории накапливается в более молодых гранитоидах, особенно повышенной основности, и в рудных процессах.

Высокое содержание бора в  подземных углекислых водах характерно для  районов распространения  геосинклинальных наиболее тонких глинистых  фаций, формировавшихся в условиях высокой солёности. Максимально  благоприятными для концентрации бора являются районы молодого вулканизма и длительной сохранности гидрогеологических структур на начальной стадии развития [6].

Технофильность бора значительна — 6-107, немного больше, чем у Ni, Fe, Мn, и ниже, чем у Zn, Pb, Са, Hg, Sb, Mo. В отличие от земной коры для ноосферы характерны не только кислородные соединения бора, но и бороводороды (бораны), фториды бора и другие соединения, чуждые биосфере и неустойчивые в ней. При этом главную ценность представляют именно неустойчивость, большие запасы химической энергии таких соединений.

Техногеохимия бора изучена слабо. Количественные показатели техногенеза этого элемента достаточно высокие. Степень техногенного использования ~31%. Модуль техногенного воздействия ~10 кг/км2 [1].

Особую опасность представляют природные и техногенные воды с высокими содержаниям бора. Такие воды широко распространены в районах боросодержащих руд и развития высокобороносных пород. К ним же относятся сточные и технические воды многих производств – металлургического, машиностроительного, а также бытовые воды, насыщенные стиральными порошками. По В.М. Перелыгину содержание бора  в сочных водах может достигать 15 мг и более на 1 кг сухого остатка, тогда как вода для орошения сельскохозяйственных культур не должна содержать более 1мг/л бора [7].

По данным Ю.Е. Саета, в осадках городских сточных вод содержание бора варьирует 40 – 76 мг/кг. Значительно повышенными оказались его содержания в растениях, выращенных на почвах, удобряемых осадками сточных вод. Самые высокие концентрации характерны для многолетних трав ~15.3 мг/кг и листьев корнеплодов до 16.7 мг/кг. Специального контроля потребует широкое агрохимическое использование борофоса в качестве эффективных удобрений.

С.Х. Магидов показал, что  бор вносит вклад в заболеваемость населения Махачкалы, в атмосферу  которой ежегодно выбрасываются  значительные его количества (1989г. – 0.14 тыс. т В2О3).

Информация о работе Геохимия бора в подземных водах триаса и перми