Путилина, В. С. Поведение мышьяка в почвах, горных породах и подземных водах. Трансформация, адсорбция

Путилина, В. С. Поведение мышьяка в почвах, горных породах и подземных водах. Трансформация, адсорбция / десорбция, миграция = Arsenic behaviour in soils, rocks and groundwater. Transformation, adsorption / desorption, migration : аналит. обзор / В. С. Путилина, И. В. Галицкая, Т. И. Юганова ; Учреждение Рос. акад. наук Гос. публич. науч.-техн. б-ка Сиб. отд-ния РАН, Учреждение Рос. акад. наук Ин-т геоэкологии им. Е. М. Сергеева РАН. – Новосибирск : ГПНТБ СО РАН, 2011. – 249 с. – (Сер. Экология. Вып. 97).

Широкое распространение загрязнения окружающей среды мышьяком привело к интенсивному изучению его поведения и, особенно, миграции в природных средах. Повышенные концентрации мышьяка в подземных водах, используемых для питьевого водоснабжения, вызывают хронические заболевания людей и обусловлены как антропогенным загрязнением почв и пород, так и высоким природным содержанием мышьяка в водовмещающих породах. При изменении условий окружающей среды миграция мышьяка в подземные воды может резко возрасти. Для прогнозировании таких процессов необходимо рассматривать формы нахождения мышьяка, особенности его поведения, учитывать характер, последовательность и зональность химических и микробиологических процессов.
В обзоре дается наиболее полное описание исследований поведения мышьяка в окружающей среде (почвах, горных породах, донных отложениях, поверхностных и подземных водах). Подробно рассмотрены содержание, химические формы и трансформации мышьяка, а также процессы адсорбции и десорбции, которые контролируют подвижность и биодоступность мышьяка в системе «вода – порода». Изучено влияние состава твердой и жидкой фаз на процессы адсорбции и десорбции, условия и механизмы поглощения мышьяка. Отдельно рассмотрено состояние и поведение мышьяка в горнорудных отвалах. Представлены значения коэффициента распределения (Kd) в различных почвах и породах, а также для отдельных минералов. Приведены примеры моделирования адсорбции и миграции мышьяка.
Обзор рассчитан на специалистов, занимающихся изучением и моделированием процессов загрязнения зоны аэрации и подземных вод. При составлении обзора использованы 277 работ отечественных (9) и зарубежных (268) авторов за последние 40 лет, представлены 52 таблицы и 103 рисунка.
Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ № 08-05-12020офи.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. ТЕРМИНЫ И ОБОЗНАЧЕНИЯ
2. ПРИРОДНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ОБЩЕГО МЫШЬЯКА
2.1. Содержание мышьяка в твердой фазе
2.1.1. Горные породы
2.1.2. Почвы
2.1.3. Донные отложения
2.2. Концентрации мышьяка в природных водах
2.2.1. Поверхностные воды
2.2.2. Подземные воды
2.2.3. Поровые воды отложений
2.3. Атмосферные выпадения
3. ТРАНСФОРМАЦИИ МЫШЬЯКА В ПРИРОДНОЙ СРЕДЕ
3.1. Основные реакции
3.2. Биологические трансформации
3.3. Абиотические процессы трансформации
3.4. Скорости трансформаций
3.5. Круговорот мышьяка в природе
3.6. Общий миграционный цикл
4. ХИМИЯ МЫШЬЯКА В СИСТЕМЕ «ВОДА – ПОРОДА»
4.1. Водные формы мышьяка при различных окислительно-восстановительных условиях
4.2. Формы и реакции мышьяка в почвенных растворах
5. ОСНОВНЫЕ ПОГЛОТИТЕЛИ, УЧАСТВУЮЩИЕ В АДСОРБЦИИ МЫШЬЯКА
5.1. Оксиды железа
5.2. Оксиды алюминия
5.3. Оксиды марганца
5.4. Оксиды кремния, глинистые минералы
5.5. Карбонатные минералы, известковые почвы
5.6. Роль органического вещества и биогенных частиц
5.7. Поглощение природными материалами
6. ОБЩИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ АДСОРБЦИИ
6.1. Механизмы адсорбции
6.2. Окислительно-восстановительные процессы и механизмы поглощения мышьяка
6.3. Изотермы адсорбции
6.4. Изотермы десорбции
6.5. Модели поверхностного комплексообразования
7. ВЛИЯНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ВОДНОЙ ФАЗЫ НА МЕХАНИЗМЫ АДСОРБЦИИ МЫШЬЯКА
7.1. Ионная сила
7.2. Влияние pH
7.3. Сопутствующие ионы
7.3.1. Неорганические лиганды
7.3.2. Органические компоненты
7.3.3. Кальций и магний
7.4. Конкурентная адсорбция среди анионов
8. ВЛИЯНИЕ СВОЙСТВ ПОГЛОТИТЕЛЯ НА АДСОРБЦИЮ МЫШЬЯКА
8.1. Площадь поверхности
8.2. Адсорбция As(V) в незагрязненных почвах
8.2.1. Пример регрессионного анализа
8.2.2. Применение модели с двумя типами участков
8.3. Адсорбция мышьяка в загрязненных почвах
8.3.1. Регрессионный анализ
8.3.2. Влияние pH на Kd мышьяка
9. КИНЕТИКА АДСОРБЦИИ МЫШЬЯКА AS(V) ОКСИДАМИ ЖЕЛЕЗА
9.1. Соосаждение и адсорбция
9.2. Кинетика адсорбции
9.3. Влияние природы адсорбирующей поверхности оксида на кинетику адсорбции
9.4. Диффузия как процесс, определяющий скорость поглощения мышьяка
10. ДЕСОРБЦИЯ МЫШЬЯКА
10.1. Кинетика процесса десорбции арсената
10.2. Механизм десорбции арсената
10.3. Влияние различных факторов на десорбцию мышьяка
11. ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ МЫШЬЯКА
11.1. Основные реакции выщелачивания мышьяка из пород
11.2. Роль макроионов в выщелачивании мышьяка
11.3. Выщелачивание мышьяка инфильтрующимися водами при аэробных / анаэробных условиях
11.3.1. Из отложений
11.3.2. Из песчаника
11.4. Механизмы выщелачивания мышьяка
11.4.1. Окисление / восстановление в присутствии сульфидов
11.4.2. Окисление / восстановление в присутствии оксидов
11.4.3. Окисление / восстановление с участием микроорганизмов
12. МИГРАЦИЯ МЫШЬЯКА
12.1. Влияние pH на миграцию мышьяка
12.2. Миграция в присутствии карбонат-ионов
12.3. Влияние конкуренции фосфата на миграцию мышьяка
12.4. Коллоиды
13. МОДЕЛИРОВАНИЕ АДСОРБЦИИ И МИГРАЦИИ AS(V) В ГЕТЕРОГЕННОЙ СИСТЕМЕ
14. ФОРМИРОВАНИЕ ТВЕРДЫХ ФАЗ МЫШЬЯКА
14.1. Арсенатные минералы в почвах и их растворимость
14.2. Термодинамические расчеты условий растворимости арсенатов
14.3. Переменные окислительно-восстановительные условия и растворимость минералов As(III) в почвах
15. МЫШЬЯК (III) В ПОДЗЕМНЫХ ВОДАХ
15.1. Влияние pH и точки нулевого заряда поверхности адсорбента
15.2. Окислительно-восстановительные реакции As(III)
15.3. Изотермы адсорбции As(III)
15.4. Кинетика адсорбции As(III)
15.5. Десорбция арсенита As(III)
15.5.1. Абиотическое восстановление
15.5.2. Скорость десорбции
15.5.3. Механизм десорбции As(III) в аллювиальных системах подземных вод
15.6. Сравнение миграции As(III) и As(V)
16. ЗАГРЯЗНЕНИЕ МЫШЬЯКОМ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ В РАЙОНАХ ГОРНЫХ РАБОТ
16.1. Миграция мышьяка из горнорудных отвалов и накопление в донных отложениях
16.2. Потоки мышьяка в системе «водная среда – отложения»
16.3. Влияние характеристик системы «водная среда – отложения» на распределение мышьяка
16.3.1. Оксиды железа и марганца
16.3.2. pH
16.3.3. Окислительно-восстановительные условия
16.4. Моделирование миграции мышьяка в системе «водная среда – донные отложения»
16.5. Моделирование адсорбции и миграции мышьяка в водоносных горизонтах и отвалах
17. ДАННЫЕ О КОЭФФИЦИЕНТЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ, KD, МЫШЬЯКА
17.1. Минералы
17.2. Почвы и породы
17.3. Компиляции
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ