Минеральный состав (далее состав) природных грунтов и структурные особенности минералов (дисперсность частиц, характер и величина их поверхности и т.д.) являются наиболее важными факторами влияющими на процесс сорбции тяжелых металлов (ТМ) в системе грунт - раствор. При высоком уровне корреляционных связей между этими факторами и их сорбционной емкостью (E, или емкостью поглощения [1]) в отношении ТМ, возможен расчет значений E по данным о составе грунтов и структурных особенностях минералов.

Состав грунта представлялся уравнением (М) в котором совокупность разнозернистых частиц каждого минерала характеризовалась соответствующим коэффициентом. Предполагалось, что величина подобного коэффициента отражает структурные особенности совокупности частиц минерала и вместе с его содержанием в грунте является основой для расчета величины E при данных условиях сорбции.

Анализировались опытные данные в виде 16 изотерм сорбции ионов Cu²⁺ из раствора CuSO₄^.5H₂O, полученные с использованием необработанных и несортированных грунтов (глины, суглинки и лессовидные глины и суглинки). Опыты проводились в статических условиях при исходной концентрации ионов Cu²⁺ (С) в растворе до 1 г/л и соотношении грунт - раствор 1:100. Описание образцов и методика проведения опытов представлены в работах [2, 3].

Обработка этих данных проводилась следующим образом:

1. Все минералы объединялись в три группы: с высоко-, средне- и низко поглощающей способностью, соответственно n1, n2 и n3.

2. Для определенных значений C (с интервалом 50 мг/л) каждого опыта составлялись уравнения, структурный вид которых был следующий:
M₁ = K₁ (a_cA₁/(b_cB₁)+d_cB₁/(g_cA₁)+...+m_cH₁/(q_cQ₁)) (1)
M₂ = К₂ (a_cA₂/(b_cB₂)+d_cB₂/(g_cA₂)+...+m_cH₂/(q_cQ₂)) (2)
... = .............................................................. (...)
M₁₆ = K₁₆ (a_cA₁₆/(b_cB₁₆)+d_cBb₁₆/(g_cA₁₆)+...+m_cH₁₆/(q_cQ₁₆)) (16)
где: К_1-16 = коэффициент, характеризующий соотношение между суммами долевого содержания минералов в группах n1, n2 и n3; (A,B...H)_1-16 - значения содержания минералов (табл., %); (a, b, d...q)с - коэффициенты соответствующих минералов. Уравнения (_1-16) составлялись с учетом общих представлений о поглощающей способности природными грунтами ТМ из водных растворов так, чтобы М_1-16 = Е_1-16 . Общий вид зависимостей был постоянным относительно величины C, а a,b,d...q - переменными. Значения коэффициентов (a,b,d...q) определялись в результате решения системы линейных уравнений 1 - 16 по программе "MATHEMATICA 5.1" (www.wolfram.com).

3. Полученные коэффициенты данного минерала связывались между собой зависимостями вида: a =a(C), b = b(C), d = d(C) ... q = q(C). Подбор таких зависимостей проводился методом наименьших квадратов.

4. С учетом общего вида выражений (1-16) и регрессионных уравнений всех коэффициентов, был составлен алгоритм расчета величины E.

При решении системы уравнений 1 - 16 (их общий вид оставался неизменным при значениях C вплоть до 1 г/л) была получена линейная зависимость между поглотительной способностью природными грунтами ионов Cu²⁺ из растворов CuSO₄^.5H₂O (E) и величиной M. Для расчетов значений M составлено уравнение, членами которого являются величины содержания минералов (%) с коэффициентами учитывающими их структурные особенности. Не удалось подобрать значения коэффициентов для грунтов, фактически, с мономинеральным составом.

На основе полученных уравнений и значений коэффициентов составлена компьютерная программа для расчета величины Е из растворов CuSO₄^.5H₂O с исходной концентрацией ионов Cu²⁺ до 1 г/л и данным составом грунта.

Результаты расчетов показали, что наиболее высокими сорбционными характеристиками по отношению к ионам Cu²⁺ обладают совокупности разнозернистых частиц кальцита и хлорита достаточно высокими - монтмориллонита, кварца и весьма низкими - доломита и гидрослюды.

Для тестирования программы необходим учет опытных данных полученных при различных экспериментальных условиях, составах грунтов и растворах.

Литература:
1. Грунтоведение / Под ред. Сергеева Е. М. М., МГУ, 1971, 595 с.
2. Букашева А. А., Кулешова М. Л., Малашенко З. П., Сергеев В. И., Шимко Т. Г. Исследование поглощающей способности грунтов в отношении тяжелых металлов / Защита подземных вод от загрязнения в районах проектируемых и действующих хвостохранилищ. М., МГУ, 1992, С. 31 - 47.
3. Кулешова М. Л. Автореф. дис. канд. геол. - м. наук. М., МГУ, 1993, 170 с.