Анотація до роботи:

Кроїк Г.А. Фізико-хімічні процеси в природно-техногенних системах як основа оцінки захисних властивостей геологічного середовища. – Рукопис. – Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора геологічних наук за спеціальністю 21.06.01 – екологічна безпека. – Інститут геохімії навколишнього середовища НАН і МНС України. – Київ, 2004.

У дисертаційній роботі подані теоретичні узагальнення стосовно перебігу фізико-хімічних процесів як у природних, так і в природно-техногенних системах, які є основою для створення нових геохімічних методів зниження й мінімізації забруднення важкими металами. Запропоновано новий підхід до розв’язання проблеми забруднення важкими металами об'єктів навколишнього середовища в умовах техногенезу через оцінку захисних властивостей геологічного середовища, що характеризуються поняттям буферності. Трансформація гідрохімічного типу поверхневих вод у гірничодобувних районах має регіональний характер і виявляється в підвищенні їхньої мінералізації та рівня забруднення важкими металами, вміст яких частково знижується за рахунок поглинання донними відкладеннями і водяною рослинністю. Локальна метаморфізація підземних вод обмежується зоною впливу ставків-накопичувачів і шламосховищ. Зниження забруднення підземних вод важкими металами обумовлено процесами їх іммобілізації породами зони аерації та водоносних горизонтів. Введено критерії екологічної безпеки стосовно забруднення важкими металами. Осадові породи диференційовані за величиною буферності і можуть бути використані як захисні екрани у ставках-накопичувачах, шламосховищах та для очищення стічних вод від важких металів.

Уперше комплексно досліджені процеси формування хімічного складу поверхневих, підземних вод, ґрунтів та рослин під впливом гірничодобувної промисловості у придніпровському регіоні. Розроблено методологічні основи оцінки захисних властивостей геологічного середовища та мінімізації забруднення важкими металами природних вод і ґрунтів з використанням запропонованих нових геоекологічних параметрів. Установлені закономірності фізико-хімічних процесів - вивітрювання відвальних шахтних порід, міграції компонентів-забруднювачів з місць складування рідких відходів - вибрано за основу наукового обґрунтування допустимих рівнів техногенного навантаження та необхідності мінімізації забруднення.

У межах вирішення наукових завдань одержано такі результати:

1. Буферні властивості осадових порід, їхню поглинальну здатність щодо важких металів запропоновано характеризувати величиною граничної сорбційної ємності і кількістю тривких форм металів. Ці характеристики запропоновані як геоекологічні критерії захищеності підземних вод від забруднення важкими металами. За буферними властивостями осадові породи диференційовані в такий ряд: лесові суглинки > суглинки важкі карбонатні > суглинки середні малокарбонатні > ґрунт > супісок > пісок.

2. Гранична сорбційна ємність залежить від мінералогічного складу порід і хімічних властивостей металу-сорбату. Ступінь досягнення граничної сорбційної ємності визначається фізико-хімічними умовами в системі “порода - техногенний розчин” і кінетикою процесу поглинання. Уперше встановлено, що величина граничної сорбційної ємності осадових порід лінійно зростає зі збільшенням у породі вмісту карбонатів.

3. Обґрунтовано механізм поглинання металів породами і запропонована фізико-хімічна модель формування рухомих і іммобілізованих форм металів в умовах техногенезу. У лесових породах кількість іммобілізованих форм зростає зі збільшенням вмісту карбонатів, а в безкарбонатних глинах і малокарбонатних суглинках зі збільшенням кількості форм, адсорбованих на гідроксидах заліза.

4. Особливістю процесу сучасного вивітрювання відвальних порід є те, що формуються техногенні потоки, збагачені солями лужних, лужноземельних і важких металів. Виділено два типи сучасного вивітрювання, які визначають ступінь небезпеки відходів і є основою прогнозування рівня забруднення важкими металами поверхневих вод у зоні впливу відвалів, а також ґрунтів та рослин на ділянках сільськогосподарської рекультивації.

5. Вплив шахтного і рудничного водовідливу, що відзначається високою мінералізацією і вмістом мікроелементів II і III класу небезпеки, а також відвальних шахтних порід вуглевидобутку і відходів збагачення залізних і марганцевих руд призвело до регіональної трансформації гідрохімічного режиму малих річок Придніпровського регіону. Трансформація виражається в збільшенні мінералізації, формуванні нових гідрохімічних типів води і підвищенні вмісту важких металів, що роблять води непридатними для питного водопостачання, риборозведення, меліорації. Установлено зональність формування гідрохімічного режиму за величиною співвідношення Cl^-/SO₄^-2. За останні 10 років стан річок не покращився. Вміст найбільш токсичних компонентів - свинцю, кадмію - постійно перевищує ГДК у 2-10 разів. Темпи накопичення кобальту, нікелю, заліза, марганцю стримуються буферними властивостями донних відкладень і поглинальною здатністю водяних рослин.

6. Складування рідких відходів у ставках-накопичувачах без ізолюючих екранів призвело до локальної техногенної метаморфізації вод верхніх водоносних горизонтів. Зона метаморфізації обмежується радіусом 1,5-2 км. Розмір зони і ступінь метаморфізації залежать не тільки від періоду експлуатації сховищ відходів, умов фільтрації, хімічного складу стоків, але і від буферних властивостей порід зони аерації. Прогнозування показало, що зниження міграції свинцю, міді, кадмію в підземних водах за рахунок поглинання піщаниками і малокарбонатними суглинками становить 10-30 %.

7. Антропогенні осередки забруднення ґрунтів у гірничодобувних районах мають локальний характер і викликані аеротехногенними надходженнями зі шламосховищ відходів ГЗКів (Кривбасс, Нікополь), відвалів шахтних порід (Західний Донбас). Значна буферна ємність чорноземів звичайних забезпечує трансформацію металів у тривкі форми. Збільшення вмісту важких металів, особливо їхніх рухомих форм, спостерігається на ділянках ландшафтної рекультивації з використанням техногенних порід.

8. Нові методологічні підходи і критерії оцінки геоекологічних показників безпеки і мінімізації забруднення важкими металами вод і ґрунтів на територіях з розвинутою гірничодобувною промисловістю включають:

створення геохімічних екранів у шламонакопичувачах та ставках накопичувачах стічних вод, які існують, проектуються і консервуються;

використання геохімичних екранів з порід, що містять карбонати, для локалізації відвальних порід з піритною мінералізацією на ділянках сільськогосподарської рекультивації і на полігонах збереження промислових відходів;

інженерно-технічні заходи – збільшення кута схилів дамб і укріплення їх рослинністю для зниження надходження компонентів-забруднювачів у поверхневі води та ґрунти;

використання багаторічних трав (люцерна та еспарцет) як тест-культур та культур-буферів на ділянках рекультивації;

створення методики визначення параметрів поглинання важких металів ґрунтами та породами та її впровадження в практику прогнозування забруднення підземних вод;

нові способи очищення стічних вод від важких металів з використанням природних сорбентів (захищені патентами).

Основні публікації з теми дисертації

1. Кроик А.А., Белоус Н.В., Шрамко Н.Е. Изучение сорбции тяжелых металлов почвогрунтами Приднепровья // Вестник ДГУ. Геология. География. – Д., 1998. – Вып.1. – С.136-141. (Автору належить план дослідження, методика та узагальнення результатів).

2. Кроик А.А., Белоус Н.В., Шрамко Н.Е. Комплексная оценка влияния горнодобывающей промышленности на гидрохимические процессы // Сб. науч. тр. Нац. горн. акад. Украины. – Д., – 1998. – Т.5., вып.3. – С.15-19. (Автору належить теоретичне узагальнення та опрацювання матеріалів експерименту).

3. Кроик А.А. О роли процессов сорбции при формировании микрокомпонентного состава подземных вод //Вестник ДГУ. Геология. География. – Д., 1998. – Вып.1. – С.46-53.

4. Кроик А.А. Изучение буферности чернозема при загрязнении его цинком // Вестник ДГУ. Геология. География. – Д., 1998. – Вып. 2. – С.46-53.

5. Кроик А.А. Исследование техногенного изменения ионно-солевого комплекса пород // Геология и гидрогелогия: Сб. науч. тр. Нац. горн. акад. Украины – Д., 1999. – Т. 4., вып. 6. – С.201- 204.

6. Кроик А.А. Изучение роли пород в формировании химического состава подземных вод в зоне техногенного воздействия // Актуальні проблеми геології, географії, та екології: Зб. наук. пр. – Д., 1999. – Вип.2. – С.79-92.

7. Кроик А.А. Изучение процессов выщелачивания солей из отвальных шахтных пород на примере Западного Донбасса // Збагачення корисних копалин: Зб. наук. пр. Нац. гірн. акад. України. – Д., 1999. – Вип.2. – С.137-145.

8. Кроик А.А. Процессы взаимодействий тяжелых металлов с почвой в условиях техногенеза // Актуальні проблеми геології, географії та екології: Зб. наук. пр. – Д., 1999. – Вип. 2. – С.92-102.

9. Кроик А.А. Изучение процессов выщелачивания микроэлементов из отвальних шахтных пород Западного Донбасса // Збагачення корисних копалин: Зб. наук. пр. Нац. гірн. акад. України. – Д.,1999. – Вип. 5(46). – С.48-56.

10. Кроик А.А. Оценка защищенности подземных вод от загрязнения в районах складирования отвальных шахтных пород Западного Донбасса // Актуальні проблеми геології, геграфії та екології: Зб. наук. пр. – Д., 1999. – Вип.3 – С.58-68.

11. Кроик А.А., Яцечко Н.Е. Определение форм нахождения тяжелых металлов в техногенных потоках рассеяния Донбасса // Актуальні проблеми геології, геграфії та екології: Зб. наук. пр. – Д., 1999. – Вип.3 – С.68-77.(Автору належить план роботи, обгрунтування результатів).

12. Кроик А.А. Изучение особенностей сорбционных и десорбционных свойств лессов и лессовидных суглинков // Минерал. журн. – 2001. – Т. 23., №2/3. – С.64-67.

13. Кроик А.А. Физико-химические процессы в техногенном преобразовании вод // Вестник НГАУ. – Д., 2000. – №3. – С.51-52.

14. Кроик А.А. Количественная оценка поступления микроэлементов из отвальных шахтных пород в поверхностные воды // Збагачення корисних копалин: Зб. наук. пр. НГАУ. – Д., 1999. – Вип.6 (47). – С.87-91.

15. Кроик А.А. Минералогия и сорбционные свойства лессовых пород // Вестник ДГУ. Геология. География. – Д., 2000. – №3. – С.30-40.

16. Кроик А.А. К вопросу о количественной оценке процессов сорбции тяжелых металлов грунтами в условиях техногенной нагрузки // Вестник ДГУ. Геология. География. – Д., 2000. – №3.– С.101-108.

17. Кроик А.А., Белоус Н.В., Яцечко Н.Е. Сорбционные свойства песчано-глинистых отложений среднего Приднепровья // Збагачення корисних копалин: Зб. наук. пр. НГАУ. – Д., 2002. – Вип. 14(55). – С.79-83. (Автору належить обробка та теоретичне опрацювання результатів).

18. Кроик А.А. Прогнозирование загрязнения подземных вод в угледобывающих районах// Уголь Украины. – 2002. – № 6. – С.40-42.

19. Кроик. А.А. Буферные свойства пород и оценка защищенности подземных вод в зоне техногенного воздействия // Зб. наук. праць ІГНС. – К., 2001. – № 3/4. – С.242-251.

20. Кроик А.А., Бондаренко Г.Н., Колябина И.Л. Моделирование распределения свинца в лессе // Вісник ДНУ. Геологія. Географія. – Д., 2002. – Вип. 4. – С.31-40.(Автору належить планування та виконання експерименту).

21. Кроик А.А., Белоус Н.В. Моделирование и прогноз влияния пруда-накопителя шахтных вод на изменение микрокомпонентного состава подземных вод // Науковий вісник НГАУ. – 2000. – № 4. – С.61-62. (Автору належить постановка досліджень, обробка результатів).

22. Кроик А.А. Буферные свойства осадочных пород и оценка защищенности природных вод в зоне техногенного влияния // Науковий вісник НГУ. – Д., 2003. – № 9. – С.83-84.

23. Кроик А.А. Изучение атмосферных осадков как источника загрязнения промышленных регионов // Зб. наук. пр. НГУ. – Д., 2003. – Т. 2, № 17. – С.100-107.

24. Кроїк Г.А. Закономірності процесів міграції і сорбції важких металів в місцях складування рідких відходів // Екологія і природокористування: Зб. наук. пр. ІППНЕ АН України. – Д., 2003. – № 6. – С.138-144.

25. Кроик А.А. Техногенная метаморфизация подземных вод Западного Донбасса в зоне действия шахтного водоотлива // Уголь Украины. – 2003. – № 7. – С.32-34.

26. Пат. 28572, Україна. МКИ С 02 F 1/28. Спосiб очистки води/ Г.А. Кроїк, Н.В. Бiлоус, Н.Є. Шрамко (Україна). – №97073491. Заявлено 02.07.1997.; Опубліковано 16.10.2000, Бюл. № 5. (Автору належить ідея та постановка досліджень).

27. Пат. 48398, Україна. МКИ С 02 F 1/28. Спосiб очистки води вiд хрому (III, VI) / Г.А. Кроїк, Н.В. Бiлоус, Н.Є. Шрамко (Україна). – №2001064187. Заявлено 18.06.2001.; Опубліковано 15.08.2002, Бюл. №8. (Автору належить ідея та постановка досліджень).

28. Кроик А.А. Комлексное изучение шахтных вод Западного Донбасса и оценка возможности их использования // Збагачення корисних копалин: Зб. наук. пр. НГАУ. – Д., 2002. – Вип. 16(57). – С.100-107.

29. Кроик А. А. Оценка загрязнения подземных вод, почвогрунтов в зоне складирования промотходов // Науковий вісник ДГАУ. – Д., 2001. – № 5. – С.130-131.

30. Кроик А.А., Белецкая В.А. Физико-химическая модель поглощения свинца лессовыми породами // Вестник ДНУ. Геология. География. – Д., 2003. – № 5. – С.72-78. (Автору належить ідея та обґрунтування моделі).

31. Кроик А.А., Белоус Н.В., Яцечко Н. Е. Очистка сточных вод с применением природных сорбентов // Химия и технология воды. – 1999. – Т.21, №3. – С.310-314. (Автору належить ідея і методика досліджень).

32. Кроик А.А., Яцечко Н.Е., Прищепчук Т.П. Взаимодействие хрома (III) с алевритовыми породами // Химия и технология воды. – 2000. – Т.22, №4. – С.404-408. (Автору належить план дослідження та узагальнення результатів).

33. Кроїк Г.А., Масюк М.Т., Харитонов М.М. Агрогеохімічна оцінка варіантів сільськогосподарської рекультивації // Вісник ДДАУ. – Д., 2002. – С.38-40. (Автору належить геохімічна інтерпретація та ідея постановки досліджень).

34. Кроик А.А. Выбор критериев оптимизации процессов очистки сточных вод с помощью природных сорбентов // Химия и химическая технология.- – 2002. – № 5. – С.210-212.

35. Кроик А.А. Оценка форм нахождения тяжелых металлов в породах // Вода - проблемы и решения: Материалы 5-й Междунар. конф. – Д., – 1999. – С.175-179.

36. Кроик А.А. Изучение механизма сорбции тяжелых металлов природными сорбентами // Стійкий розвиток: забруднення навколишнього середовища та екологічна безпека: Матеріали 1-ї Міжнар. конф. – Д., 1999. – С.27-30.

37. Кроик А.А. Регенерация хромсодержащих стоков // Вода– проблемы и решения: Материалы 6-й Всеукр. науч.-практ. конф. – Д., 1998. – С.207-209.

38. Кроик А.А. Гидрохимические исследования процессов миграции и накопления тяжелых металлов в водных экосистемах // Вода – проблемы и решения: Материалы 6-й Всеукр. науч.-практ. конф. – Д., 1998. – С.16-18.

39. Кроик А.А. Способ очистки сточных вод от тяжелых металлов // Современная техника очистки воды: Материалы 3-й Всеукр. науч.-практ. конф. – Д., 1997. – С.39-41.

40. Кроик А.А. Использование почвогрунтов для сорбции тяжелых металлов с целью очистки сточных вод от загрязнения // Конверсия и экология: Материалы 1-й Междунар. конф. – Д., – 1997. – С.73-75.

41. Kroik A. Sorption and chemical desorption of toxic elements in soil // Материалы 4-й Междунар. конф. по биогеохимии микроэлементов. Калифорнийский университет, США. – 1997. – С.575-576.

42. Кроик А.А. Влияние катионов на определение хрома (III) и хрома(VI) атомно-абсорбционным методом в пламени ацетилен-воздух // Гидрохимические материалы. – Л.: 1987, Т.98. – С.157-161.

43. Kroik A. Detoxication of the soils polluted by heavy metals with the aid of the sorbents // Материалы 3-й Междунар. конф. по биогеохимии микроэлементов. – Париж, 1995. – С.575-576.

44. Кроик А.А. Прогнозирование загрязнения подземных вод в районах с развитой горнодобывающей промышленностью // ?кологические прблемы горного производства: Материалы Междунар. конф. – М., 1995. – С.374-377.

45. Кроик А.А. О роли сорбционных процессов при формировании гидрохимического режима подземных вод в условиях антропогенной нагрузки// Гидрохимические исследования поверхностных и подземных вод: Сб. науч. тр. ДГУ. – Д., 1995. – С.51-56.

46. Кроик А.А. Формирование гидрохимического режима поверхностных вод в условиях влияния угольной промышленности// Гидрохимические исследования поверхностных и подземных вод: Сб. науч. тр. ДГУ. – Д., 1995. – С.40-51.

47. Кроик А.А. Оценка антропогенной нагрузки на подземные воды Западного Донбасса // Гидрохимические исследования поверхностных и подземных вод: Сб. науч. тр. ДГУ. – Д., 1995. – С.3-18.

48. Kroik A. Trace elements migration to underground waters the influence of mining process// Тез. докл. I Междунар. симпозиума “Охрана окружающей среды в Центральной и Восточной Европе”. – Прага, 2000. – С.118 - 119.

49. Кроик А.А. Комплексное изучение шахтных вод Западного Донбасса и оценка возможности их использования // Збагачення корисних копалин: Зб. наук. пр. НГУ – Д., – 2003. – С.100-107.

50. А.С. 1640636, СССР. Способ определения висмута / А.А.Кроик, О.Н. Куликова, А.В. Мамонтов // Бюл. изобр. и рац. – 1991, №13.

51. А.С. 1679249, СССР. Способ определения индия / А.А.Кроик, О.Н. Куликова // Бюл. изобр. и рац. – 1991, №35.

52. А.С. 1470666, СССР. Способ зкстракционно-фотометрического определения модибдена / А.А. Кроик, С.А. Сторожко // Бюл. изобр. и рац. – 1988, №18.

53. А.С. 975575, СССР. Атомно-абсорбционный способ опредедения меди / А.А. Кроик, А.М. Аришкевич, И.Е. Чарун // Бюл. изобр. и рац. – 1991, №43.

54. А.С. 1303883, СССР. Способ определения кадмия / Кроик А.А. // Бюл. изобр. и рац. – 1987, №17.