Гумусові речовини та їх роль у процесах комплексоутворення й детоксикації у водосховищах Дніпра

Гумусові речовини (ГР) поверхневих вод – це складна суміш органічних поліелектролітів, що відрізняються між собою розмірами молекул, молекулярною будовою та наявністю різноманітних функціональних груп. Джерелами ГР у поверхневих водоймах є грунтовий гумус, а також наземні та водяні рослини. ГР характеризуют ься високою стійкістю і практично мало зазнають деструкції. В залежності від розчинності в кислотах та лугах ГР поділяють на гумінові кислоти (ГК), фульвокислоти (ФК) та гуміни [1, 2]. ГК добре розчиняються в розбавлених розчинах лугів, але коагулюють і потім осаджуються при підкисленні лужного екстракту нижче рН 2. На відміну від ГК, ФК добре розчинні в розбавлених розчинах як лугів, так і кислот. Хімічну основу ГР складають ароматичні кільця ізо- та гетероциклічної будови. ФК характеризуються менш вираженою ароматичною частиною, ніж ГК, тому їх розчинність у поверхневих водах завжди значно вища. ГР містять у своєму складі карбоксильні, фенольні, гідроксильні та аміногрупи, завдяки чому в цих макромолекулярних лігандах є багато потенціальних зв’язуючих центрів для іонів металів [2, 3]. Комплексним сполукам металів з ГР властива достатньо висока стійкість [4]. Існує думка, що іони металів можуть зв`язуватись ГР не тільки у вигляді форм, здатних до дисоціації, але також у вигляді внутрішньо сферичних комплексів, або ж знаходитись всередині макромолекулярних лігандів [5]. Комплексоутворюючі властивості ГР відрізняються стосовно різних металів і в значній мірі залежать від розмірів молекул цих органічних сполук [6].

Комплексоутворення за участю ГР у більшості випадків призводить до детоксикації металів, що було встановлено на прикладі алюмінію, міді, цинку, ртуті, кадмію, свинцю та деяких інших металів [4, 6, 7]. Утворюючи водорозчинні комплекси, ГР сприяють підвищенню міграційної здатності металів у водній товщі. Завдяки комплексоутворюючим властивостям, ГР здатні вилучати важкі метали з донних відкладів водойм і таким чином підвищувати їх міграційну здатність в системі “донні відклади – вода”, що може бути причиною вторинного забруднення водного середовища. При цьому комплексоутворююча здатність ФК приблизно у 2-3 рази вища, ніж ГК [4].

Дослідження останніх років показали, що ГР можуть утворювати з іншими органічними речовинами водневі, ван-дер-ваальсові та гідрофобні типи зв`язків. Така взаємодія впливає на поведінку цих речовин у водоймах, а саме на швидкість їх хімічної деградації, фотолізу, на міграційну рухливість та біологічне споживання. Зокрема, високі концентрації ГР сприяють збільшенню розчинності небезпечних токсикантів, таких як ДДТ, поліароматичних вуглеводнів [3], що може негативно впливати на життєдіяльність гідробіонтів. В той же час результати дослідження токсичності цих сполук методом біотестування свідчать про те, що внаслідок зв’язування токсикантів ГР утворюються нетоксичні аддукти [3].

В доповіді наведено результати багаторічних досліджень ГР, як домінуючої групи органічних сполук у водосховищах Дніпра, та їх ролі у зв’язуванні іонів металів у комплекси. Розглянуто дані про кінетику комплексоутворення та взаємозв’язок між токсичністю металів і концентрацією їх вільних (гідратованих) іонів.

Розподіл гумусових речовин у воді дніпровських водосховищ та молекулярна маса гумінових і фульвокислот. Дніпровські водосховища належать до високо продуктивних водойм і характеризуються значним вмістом органічних речовин, що змінюється в залежності від пори року та їх каскадного розташування. Результати багаторічних досліджень компонентного складу розчинених органічних речовин (РОР) показали, що його основу складають ГР (табл.1). При цьому концентрація ФК приблизно в 30-40 разів вища, ніж ГК. Вміст ГР у водосховищах зменшується з півночі на південь (табл. 2).

Таблиця 1. Компонентний склад РОР води дніпровських водосховищ в липні 1992 р., середні значення

ВодосховищеСорг, мг/дм3ГКФКБПРВуглеводи

Київське12,571,10

4,3721,20

84,290,63

2,520,80

3,18