Химический состав подземных вод

Подземная вода представляет собой сложный водный раствор, содержащий растворенные соли, газы (С0₂, K₂S, СН₄ и др.), органические вещества и коллоиды. Количественные соотношения между отдельными компонентами обусловливают физические свойства и химический состав подземных вод.

Ионно-солевой состав. Подземная вода не встречается в химически чистом виде. В ней обнаружено более 60 элементов периодической системы Менделеева. Основные компоненты (ионы), определяющие химический тип воды, — Сl^-, S0₄^2-, HC0₃^-, Na⁺, Mg₂⁺, Са₂⁺ и К⁺. Эти ионы составляют более 90% всех растворенных в воде солей. Железо, нитриты, нитраты, водород, бром, йод, фтор, бор, радиоактивные и другие элементы содержатся в воде в меньших количествах. Однако даже в небольших количествах они могут оказывать существенное влияние на оценку пригодности подземных вод для различных целей.

Суммарное содержание растворенных в воде минеральных веществ называют общей минерализацией. О ее величине судят по сухому или плотному остатку (в мг/л или г/л), который получается после выпаривания определенного объема воды при температуре 105—110°С. Между общей минерализацией подземных вод и их химическим составом существует определенная зависимость (табл. 5.1).

Таблица 5.1 - Классификация подземных вод по степени минерализации

 

В природных условиях общая минерализация подземных вод исключительно разнообразна. Встречаются подземные воды с минерализацией от 0,1 г/л (высокогорные источники) до 500—600 г/л (глубокозалегающие воды Ангаро-Ленского артезианского бассейна). Общая минерализация — один из главных показателей качества подземных вод.

Для количественного выражения активной реакции подземных вод (pH) служит логарифм концентрации ионов водорода, взятый с обратным знаком, т. е. pH = —lg(H⁺). Вода с нейтральной реакцией имеет pH = 7, кислой pH < 7, щелочной pH > 7. Малые значения pH вызывают коррозию труб и ухудшают питьевые качества воды. Наилучшими питьевыми качествами вода обладает при pH = 6,5 - 8,5.

Свойство воды, обусловленное содержанием в ней ионов кальция и магния, называют жесткостью. Различают несколько видов жесткости.

Общая жесткость определяется суммарным содержанием в воде всех ионов кальция и магния.

Карбонатная жесткость (устранимая при кипячении воды) — обусловлена содержанием в воде только гидрокарбонатных и карбонатных солей кальция и магния.

Кроме того, выделяют постоянную (неустранимую) жесткость, определяемую вычитанием из общей жесткости карбонатной (устранимой).

Жесткость выражается в мг-экв/л Са₂⁺ и Mg₂⁺, причем 1 мг-экв/л жесткости соответствует 20,04 мг Са₂⁺ или 12,16 мг Mg₂⁺ в 1 л воды. Оценка вод по степени жесткости приводится по О. А. Алекину (табл. 5.2).

Таблица 5.2 - Классификация вод по степени жесткости

Газы в подземных водах. Газы содержатся в подземных водах в растворенном виде. Наиболее распространены в подземных водах кислород (О₂), углекислота (СО₂), сероводород (H₉S), азот (N₉), метан (СН₄), благородные газы (гелий, аргон, радон и др.).

Газы заметно влияют на органолептические показатели подземных вод. Насыщенность воды свободной углекислотой придает ей способность разрушать бетон.

Органические соединения и коллоиды. В подземной воде почти всегда содержаться органические вещества и микроорганизмы. Некоторые их виды представляют серьезную опасность для питьевой воды.

В подземной воде могут также находиться коллоиды — твердые минеральные частицы, недиссоциированные SiО₂, Fe₂О₃ и т.д., находящиеся во взвешенном состоянии.

Виды химических анализов воды и формы их выражения. Различают три основных типа химических анализов: полевые, сокращенные и полные. Полевые анализы выполняются в полевых условиях с помощью походных лабораторий. Наиболее распространен сокращенный химический анализ, выполняемый в стационарных условиях с определением физических свойств, pH, Cl^-, SО₄^2-, НСО^3-, СО₃^2-, Са²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, Mg²⁺, NH⁴⁺, NО₂^-, NО₃^-, H₂S, О₃, СО_2своб и CО₂ агрессивной, общей и карбонатной жесткости, окисляемости и сухого остатка. Полный химический анализ проводится при детальном изучении водоносных горизонтов.

Для краткой характеристики химического состава и физических свойств часто используют формулу М. Г. Курлова. В этой формуле ионный состав воды (в %-экв) изображен наподобие дроби, где в числителе в убывающем порядке указывается содержание анионов, а в знаменателе — катионов. Слева перед дробью перечисляются содержание микроэлементов (Br, I и др.) и свободных газов (СО₉ и др.), а также минерализация воды (М), в г/л. Справа от дроби записываются температура воды Т в °С и величина pH.

Например, химический состав минеральных вод Мацесты по формуле Курлова будет иметь следующий вид:

Графически химический состав подземных вод выражают в виде треугольников, графиков-диаграмм и в других формах (рис. 5.1, по С. Н. Чернышеву и др., 2002).

Рис. 5.1. Выражение химического состава воды в графической форме: а — треугольники анионного и катионного состава; б — графики-диаграммы солевого состава; т — содержание ионов

 

Оценка качества питьевых вод. Качество подземных: вод, используемых для хозяйственно-питьевого водоснабжения, оценивается по органолептическим и радиационным показателям, химическому составу и бактериальному загрязнению. Гигиенические требования к качеству воды нецентрализованного водоснабжения, источником которого являются подземные воды, определяются Санитарно-эпидемиологическими правилами и нормами СанПиН 2.1.4.1175—02.

По органолептическим показателям питьевая вода должна быть прозрачна, бесцветна, не иметь неприятного запаха и вкуса. Величина сухого остатка не должна превосходить 1 г/л, общая жесткость — 7,0 мг-экв/л, содержание железа — 0,3 мг/л. Содержание отдельных растворенных веществ не должно превышать предельных значений, допустимых нормами.

В исключительных случаях могут быть использованы подземные воды с сухим остатком до 1,5 г/л, общей жесткостью до 10 мг-экв/л, содержанием железа до 1 мг/л, но только по согласованию с органами санитарно-эпидемиологической службы. В питьевой воде совершенно недопустима патогенная флора, т. е. болезнетворные микробы. Бактериальное загрязнение оценивается по «коли-титру» и «коли- индексу». Подземная вода пригодна для питья при большом «коли- титре» (не менее 300 мл) и малом «коли-индексе» (не более 3).

В целом, согласно Санитарным правилам, питьевая вода должна быть безопасна в эпидемическом и радиационном отношениях, безвредна по химическому составу и иметь благоприятные органолептические показатели.

Оценка качества подземных вод для технических целей зависит от характера того или иного производства. Для разных производств нужны воды различного качества.