Для чего проводят гидрохимический анализ вод

Хорошие показатели выявления минеральных ископаемых дают исследования водных ореолов местности. Проведение комплексного анализа вод позволяет с высокой точностью определять элементы, являющиеся индикаторами либо спутниками рудных залежей. В зависимости от особенностей строения почв, качественный гидрохимический анализ дает достоверную картину наличия различных элементов на глубине до нескольких сот метров от поверхности.

Для получения данных о концентрации элементов-спутников, элементов-индикаторов проводится забор проб поверхностных, грунтовых, подземных вод. Количество точек отбора на единицу площади определяется необходимой масштабностью съемок, а также сложностью строения пород, водностью региона.

Места забора проб должны быть максимально равномерно распределены по всему исследуемому участку. При масштабе 1:200000 рекомендуется брать 1 пробу на каждые 4-10 км2 из закрытых источников, а из открытых водотоков – 1 пробу через каждые 300-500 м. При увеличении точности съемки до 1:50000 плотность отбора проб увеличивается до 1 на каждый км2 и на каждые 100-200 м открытого водотока.

Забор проб производится из всех доступных источников:

• малых рек и ручьев,
• родников и ключей,
• минеральных источников,
• колодцев и скважин,
• горных выработок.

Наиболее полные данные о месте и глубине залегания различных элементов дают исследования напорных либо газирующих источников, выходящих из глубинных слоев или рыхлых отложений. На основании полученных результатов выполняются экологические изыскания для строительства, делаются выводы о строении грунтов, выявляются неблагоприятные факторы.

Отобранные пробы проверяются на содержание различных химических элементов. Для этого проводится выпаривание анализируемой воды либо осаждение реагентами отдельных компонентов. Гидрохимические методы исследований позволяют выявлять повышенные концентрации щелочных и щелочноземельных металлов, а также свинца, никеля, меди, цинка, молибдена, кобальта, урана, радия, сурьмы, мышьяка, йода и брома.

Для анализа проб используют:

• метод сухих остатков для определения широкого спектра элементов;
• специализированную аппаратуру для выявления быстро меняющихся элементов (О2, Н2, Fе2+, Fе3+, СО2);
• потенциометры для определения рН;
• непосредственно в скважинах каротажные зонды для измерения Еh.

Часть лабораторных исследований проводится в полевых условиях. Однако наиболее полные и подробные результаты получают в стационарных лабораториях.

Наилучшие результаты гидрохимические съемки дают в горно-складчатых рагионах, для которых характерен большой объем свободного водообмена, а также слабая минерализация вод. В этих условиях возможно выявление гидрохимических аномалий, расположенных на глубине нескольких сот метров от земной поверхности.

Гидрохимические исследования гористых лесных, горно-таежных, а также лесостепных местностей также дают достаточно точные результаты. Необходимыми условиями для проведения эффективных изысканий является отсутствие долголетней мерзлоты.

Наиболее сложно проводить гидрохимические исследования в степных, полупустынных, пустынных районах. На этих территориях ощущается дефицит водных ресурсов, поэтому отбор проб можно проводить только в весенние месяцы.

Полученные результаты исследований систематизируются и анализируются. После этого данные наносятся на карты или разрезы, что позволяет определить ореолы распространения элементов-индикаторов, элементов-спутников, а также глубину их залегания. По мере приближения к местам оруднения пород их концентрация увеличивается.

На качество гидрохимических изысканий влияет не только правильность отбора проб и проведение анализов. Точность полученных карт также зависит от профессионализма специалистов, которые интерпретируют полученные данные, учитывают при построении карт особенности гидродинамического режима местности, тектоническую активность региона, другие геологические факторы.

Вы можете оставить заявку на инженерно-экологические изыскания

или позвоните по телефонам:
+7 (343) 206-95-92 | +7 (904) 983-01-46

источник

Контроль над средой обитания — важнейшее условие успешного выращивания и содержания рыб. Гидрохимический и бактериологический анализ должен осуществляться регулярно не реже 1 раза в месяц, а в критических ситуациях — ежедневно. Самый ответственный момент в осуществлении гидрохимических исследований — правильный отбор проб. Отобранная проба должна адекватно отражать солевой состав воды в водоеме. Водная масса в пруду не однородна по глубинам и по площадям, застойные зоны могут сильно отличаться от областей с высокой проточностью. Ошибки в отборе проб воды сделают все исследования бессмысленными. Отбор проб воды следует поручить специалисту.

Наряду с гидрохимическими исследованиями настоятельно рекомендуется проводить и бактериологические. Эти весьма чувствительные методы позволяют своевременно выявить загрязнение водоема хозфекальными стоками и оценить безопасность водоема с позиций санитарных требований.

Однократные нерегулярные анализы воды мало информативны. По ним трудно оценить состояние водоема и найти причину гибели рыбы. Необходимо знать, какова динамика того или иного соединения в течение года. Сравнение показателей химического анализа воды с рыбохозяйственными ПДК (предельно допустимая концентрация) — самый первый и самый простой этап прочтения результатов исследований воды. Гораздо важнее понять, какие процессы протекают в водоеме, и в каком направлении они идут. Это позволит сделать прогноз и принять предупреждающие меры.

Как показывает статистика, около 90% всех случаев гибели рыбы в рыбхозах России вызвано нарушениями кислородного режима, 5% является следствием токсикозов, и 5% вызвано заболеваниями.

Некоторые сведения, полезные для оценки результатов анализа воды, приводятся ниже, однако целесообразно для прочтения их привлечь специалиста, знакомого с рыбохозяйственной гидрохимией. Мы проводим анализы воды в сертифицированной гидрохимической лаборатории. Исследуются следующие показатели: рН, цветность, мутность, перманганатная окисляемость, жесткость, сульфаты, хлориды,нитраты, нитриты, аммонийный азот, СПАВ, общая минерализация, окислительно-восстановительный потенциал. В необходимых случаях число исследуемых показателей может быть существенно расширено.

Как показал анализ причин гибели рыбы, проведенный в 1980 году по материалам Центральной лаборатории ихтиопатологической службы, более 90% случаев гибели рыбы в рыбоводных хозяйствах Российской Федерации объяснялись заморами. В наше время эта проблема по-прежнему остается актуальной. В современных жестких экономических условиях ошибка в определении концентрации кислорода в рыбоводных емкостях может привести к экономическому краху предприятия. В 70е годы прошлого века в подавляющем большинстве рыбоводных хозяйств измерение содержания кислорода в воде проводилось точным и надежным, но сравнительно трудоемким методом Винклера, требовавшим хорошо оснащенной лаборатории и опытного персонала. Но в рыбхозе трудно организовать гидрохимическую лабораторию, отвечающую всем необходимым условиям, по этому результаты анализов часто страдали низкой точностью. В частности, систематические ошибки возникали при отборе проб воды непосредственно в кислородные склянки, а именно такой способ отбора практиковался повсеместно в рыбхозах. При низком содержании кислорода вода очень быстро насыщается им при контакте с воздухом, что и происходит при отборе пробы сразу в кислородную склянку. Существовали и другие проблемы: дефицит батометров для отбора проб с разных глубин, сложности с отбором проб зимой, и пр. По этому, когда появились оксиметры, рыбоводы безоговорочно сделали выбор в их пользу. Сейчас в рыбоводстве о иодометрическом методе определения кислорода по Винклеру практически забыли. Повсеместное распространение получили термооксиметры, причем импортные приборы из-за высокой цены занимают на рынке отнюдь не доминирующие позиции.

Первые оксиметры со стрелочными приборами, еще в деревянных футлярах, изготовленные в Тартусском госуниверситете, поразили удобством и простотой измерений. Поскольку в этих приборах не было термокомпенсации, конечный результат получали путем несложных упражнений с номограммой и линейкой, предварительно измерив температуру воды. Добрым словом можно вспомнить самые массовые в советское время термооксиметры Н20 ИОА, появившиеся почти во всех рыбоводных хозяйствах. Хорошо зарекомендовали себя оксиметры Гомельского приборного завода, однако, они не получили в рыбоводстве широкого распространения. Наряду с преимуществами (портативность, быстрота измерений, возможность измерения кислорода на разных глубинах, непрерывная регистрация, возможность включения и отключения систем аэрации) есть у термооксиметров и слабые стороны. К ним можно отнести высокую чувствительность пленочной мембраны зонда к механическим повреждениям, сравнительно быстрое старение самой измерительной ячейки, «живущей», как правило, менее 2 лет, инерционность при измерениях, особенно высокую зимой, необходимость периодических калибровок, чувствительность самого прибора к температуре окружающей среды (один из отечественных приборов). Некоторые приборы требуют высококвалифицированного оператора и могут калиброваться только в условиях хорошо оснащенной лаборатории.

Измерительные зонды термооксиметров обычно бывают двух типов: с боковой или торцевой мембраной. Зонды с боковой мембраной не разборные и не подлежат ремонту при повреждении. Особенностью таких зондов является более высокая инерционность и чувствительность к скорости течения воды. Для получения правильных показаний необходимо, чтобы вода непрерывно омывала мембрану зонда. Зонды с торцевой мембраной, как правило, разборные, при этом в комплекте с прибором поставляется электролит, шприц для заправки измерительной ячейки, мембраны, нитки для ее закрепления. Несложная на первый взгляд процедура замены мембраны и заправки датчика требует известной сноровки и обычно получается не с первого раза. Кроме того, разборные зонды, как показывает наш опыт, требуют, по меньшей мере, еженедельной калибровки. Достоинством зондов с торцевой мембраной является низкая инерционность и возможность ремонта.

Проводя измерение содержания кислорода с помощью термооксиметра, необходимо соблюдать некоторые правила. Перед началом замера надо хотя бы примерно оценить достоверность показаний прибора. Делается это путем сравнения показания прибора « на воздухе» с табличным значением равновесной концентрации кислорода при данной температуре. Если отклонение выше 1-2 мг/л скорее всего, требуется калибровка оксиметра. При проведении замера следует дождаться, пока не перестанет изменяться значение температуры, лишь после этого переключать прибор в режим измерения кислорода. Датчик оксиметра должен омываться водой, а если в месте замера течения нет, необходимо вручную перемещать зонд вверх-вниз, пока показания прибора не перестанут «ползти».

Концентрация кислорода в природных водоемах обычно колеблется в течение суток. Самое низкое содержание – ранним утром, когда растения в водоеме еще не начали вырабатывать кислород, а запасы его за ночь сократились. Во время измерений надо следить, чтобы зонд прибора ни за что не зацепился. Если же это произошло, ни в коем случае нельзя дергать за кабель. Следует осторожно освободить зонд с помощью какого-либо инструмента или вручную. Абсолютное большинство проблем, возникающих с оксиметрами, связано с механическими повреждениями зонда и кабеля. Сами измерительные блоки очень надежны и выдерживают даже падение в воду. Если эта неприятность произошла, надо, не разбирая прибора, положить его в теплое (но не горячее!) место на 1-2 суток, вынув перед этим батарейку. При измерении содержания кислорода самое важное – правильно оценить результаты замера и сделать верные выводы.

Наиболее чувствительны к кислороду холодноводные рыбы: лососевые, сиговые, осетровые, а также окунь, судак, другие хищные рыбы. Наименее требовательны карась, линь, карп. Зона физиологического комфорта для большинства видов рыб – от 70% до 100% от нормального насыщения. Если содержание кислорода ниже, рыба хуже растет, менее продуктивно использует корма, снижается ее физиологическая активность. Падение кислорода ниже допустимого уровня – сильный стресс, вслед за которым часто возникают те или иные заболевания. При оценке содержания кислорода важно учитывать не только абсолютное значение концентрации кислорода в мг/л или мл/л, но и относительное – в процентах от нормального насыщения.

Рыба хорошо переносит повышенную концентрацию кислорода, которая возникает в водоеме из-за развития фитопланктона. В летнее время относительное содержание кислорода может доходить до 150-180% от нормального без каких-либо вредных последствий. При перевозках рыбы уровень кислорода иногда достигает 250-300% насыщения, однако «ожога» жабр, которого иногда боятся рыбоводы, не возникает. Более вероятно в таких случаях газо-пузырьковое заболевание, но для его появления нужны дополнительные факторы. В зимовальных прудах концентрация кислорода на вытоке из пруда обычно ниже, чем на втоке, хотя бывает и наоборот. При невысоких плотностях посадки и при массовом развитии в водоеме «зимних» форм фитопланктона содержание кислорода на вытоке из пруда может быть и выше.

Среди оксиметров отечественного производства наиболее удачными для рыбоводов по нашему мнению можно считать приборы КиТ . Прежде всего, их отличает очень долговечный зонд, стабильно работающий 2,5-3 года. При этом в течение первого года он практически не нуждается в калибровке. Кабель прочный, не дает микротрещин и не «замокает», а длина его (5м) достаточна для того, чтобы произвести замер в любом рыбоводном пруду. Важной положительной чертой этого прибора является то, что в случае повреждения датчика его легко заменить вместе с небольшой платой. Сам измерительный блок мало чувствителен к низкой температуре, и его не надо греть за пазухой, чтобы получить достоверные показания. Случайное падение в воду не будет фатальным, прибор сохранит работоспособность после просушки.

Очень удобен режим автоматического измерения, который позволяет контролировать и температуру, и кислород, не прикасаясь к прибору. Калибруется прибор по одной точке, при этом сама калибровка может быть легко осуществлена в походных условиях без использования специальных реактивов. В обращении прибор очень прост и не вызывает ни малейших затруднений у пользователя. Для того чтобы пользоваться им, не требуется специального химического образования. Футляр-кейс с «липучками» хорошо защищает прибор и с ним удобно работать. В случае выхода из строя прибора, что случается редко, оксиметр будет отремонтирован в организации – изготовителе за весьма умеренную плату. Прибор можно использовать для измерений кислорода в живорыбных емкостях при перевозках живой рыбы. Прочный и надежный зонд выдерживает длительное пребывание в емкостях с рыбой. На наш взгляд, соотношение цена-качество у самарского оксиметра оптимальна. Этот оксиметр хорошо известен в рыбхозах, и пользуется устойчивым спросом.

Двуокись углерода попадает в воду из атмосферы, выделяется живыми организмами, появляется в результате разложения органического вещества. Растения в процессе дыхания выделяют двуокись углерода, а в процессе фотосинтеза поглощают ее. Растворившийся в воде углекислый газ частично взаимодействует с водой, образуя угольную кислоту, которая затем диссоциирует на карбонатные и бикарбонатные ионы.

h3O + CO2 = h3CO3-HCO3- -2H+ + CO32- Соотношения форм угольной кислоты зависят от содержания ионов водорода (рН).
В пресноводных водоемах концентрация растворенной двуокиси углерода обычно не превышает 20-30 мг/л, но может повышаться до 50 мг/л и более.
Двуокись углерода является регулятором дыхательных движений рыб. Растворенная в крови, она влияет на сродство гемоглобина с кислородом.

Чувствительность разных видов рыб к углекислоте не одинакова. Отравление таких рыб, как окуня, плотвы, ерша, пескарей отмечается при ее содержании 120 мг/л. Для лосося токсическая концентрация — 100 мг/л. Но уже при 30 мг/л многие рыбы проявляют беспокойство, при длительном воздействии возможно нарушение координации движений.
При перевозках рыбы концентрация двуокиси углерода обычно не контролируется, хотя этот показатель может быть в ряде случаев определяющим успех или неудачу перевозки.

Большинство рыб переносят рН в диапазоне от 5 до 9, однако, оценивая значения рН, необходимо учитывать влияние этого показателя на вещества, токсичность которых зависит от рН (например, соединения аммония и серы). При интенсивном «цветении» воды рН обычно сдвигается в щелочную сторону, достигая 8-9 единиц и выше. В этом случае опасность для рыб представляет свободный аммиак, в который переходят ионы аммония при увеличении рН. Сдвиг рН в кислую сторону повышает токсичность сульфидов.

При снижении рН до 4 единиц и ниже у рыб возникает ослизнение кожных покровов и жабр. Очень чувствительны к кислой реакции среды карпы. При рН ниже 5 у них развивается кислотное заболевание, проявляющееся в разрушении жаберных лепестков.

Аммиак появляется в воде в результате разложения органического вещества, попадания в водоем хозфекальных стоков, удобрений. Аммонийный азот выделяется рыбами в воду как конечный продукт метаболизма азотсодержащих веществ.

Ионы аммония (NH4+) для рыб менее токсичны, чем свободный аммиак (NH3). Предельно допустимая концентрация NH4+ для рыбохозяйственных водоемов равна 0,5 мг/л, а для NH3 — 0,05 мг/л.
Между ионами аммония и свободным аммиаком, растворенным в воде, существует подвижное равновесие, зависящее от рН и температуры воды. Эту зависимость иллюстрирует рисунок 1.

Нитриты образуются в процессе окисления азотосодержащих органических веществ и свидетельствуют о свежем органическом загрязнении водоема. Попадают в воду в результате загрязнения хозбытовыми стоками, смывами с полей, при проведении удобрения прудов. Могут восстанавливаться из нитратов в анаэробных условиях, например в грунтах водоемов. При повышенном содержании нитритов обычно отмечают низкий уровень растворенного кислорода.

Нитриты токсичны для рыб. Они нарушают связывание кислорода гемоглобином. Предельно допустимая концентрация составляет по азоту нитритов 0,02 мг/л. Однако технологические нормы допускают в рыбоводных прудах содержание нитритов на уровне 0,2 мг/л, а допустимый предел — 0,3 мг/л.

Нитраты образуются из нитритов в результате процесса нитрификации, либо попадают в водоемы в результате смыва удобрений с полей, с атмосферными осадками, различными стоками. Повышенный уровень нитратов свидетельствует о том, что в водоеме имело место в недалеком прошлом органическое загрязнение.

Нитраты значительно менее токсичны, чем нитриты. В рыбоводных прудах допустимо содержание нитратов до 3мг/л, а норма — до 2 мг/л .

Фосфаты — соли ортофосфорной кислоты. Соединения фосфора — важнейшие биогенные элементы. В зависимости от рН соединения фосфора в воде присутствуют в виде НРО42- или в виде РО43- . Повышенное содержание фосфатов — признак органического загрязнения водоемов. Обычно фосфаты присутствуют в количестве нескольких десятых миллиграмм на литр. Часто именно фосфаты лимитируют развитие фитопланктона. Фосфаты малотоксичны, в рыбоводных прудах норма фосфатов — от 0,2 до 0,5 мг/л, допустимый предел — 2 мг/л.

Железо присутствует в воде в двух формах: закисной и окисной. Соединения закисного железа растворимы в воде, однако они не устойчивы и при наличии кислорода быстро окисляются. Окисное железо мало растворимо и осаждается на дно и различные поверхности ( в некоторых случаях и на жабрах рыб). Соединения железа накапливаются в грунтах, особенно если для водоснабжения применяют артезианские воды, богатые железом. В ряде регионов страны почвы богаты соединениями железа. В анаэробных условиях окисное железо восстанавливается, и образовавшиеся закисные соединения железа растворяются в воде. Закисное железо опасно для молоди рыб, так как при его наличии в воде на жабрах рыб развиваются железобактерии.

Биохимическое потребление кислорода показывает, сколько кислорода в миллиграммах нужно для того, чтобы за некоторый промежуток времени окислить органические вещества, содержащиеся в воде. Пробу воды выдерживают либо 5 суток (БПК5), либо 20 (БПК20 или БПК полное). Для карповых прудов нормой является БПК5 4-9мг/л, допустимые значения — до 15 мг/л.

источник

Значение воды на нашей планете огромно. Воды рек, ручьев пропитывают всю поверхность суши, размывают и переносят громадные объемы горных пород, изменяют облик Земли. Вода — непременное условие для жизни, в ней развились первые живые организмы, она входит в состав всех живых существ на Земле, поэтому без воды не может существовать ни одна из форм жизни. Велико значение воды и в повседневной практической деятельности человека.

Важнейшая роль воды всецело связана с ее способностью растворять различные вещества, встречающиеся в природе, и образовывать сложные растворы солей, газов и органических Веществ с разными свойствами. Перенос растворенных водой веществ ведет к образованию отложений в морях и бессточных бассейнах, способствует перераспределению солей на поверхности Земли. Все многообразие почв, их плодородие обязано процессам взаимодействия почв с водными растворами. От состава воды зависят и многие ее физические свойства: температура замерзания, величина испарения, цвет, прозрачность и характер протекающих в ней химических процессов. К воде, к этому уникальному продукту природного происхождения, необходимо относиться крайне бережно, сохранять ее количественный потенциал и ее качество.

Гидрохимические определения — на начальном этапе (1950-1960-е гг.) основу методов составляли методы объемного анализа и визуальной колориметрии. Большая часть методов была сосредоточена в «Руководстве по морским гидрохимическим исследованиям» под ред. Л. К. Блинова (1959).

В 1970-х гг. были разработаны и применены на практике современные физико-химические методы анализа, которые были представлены в серии руководств:

Руководство по методам химического анализа морских вод (Руководство по методам. 1977).

Руководство по химическому анализу морских вод (Руководство по химическому. 1993).

Разработанные методы определений использовались для научных исследований, обобщенных в : «Гидрохимии Аральского моря» (Блинов, 1956);

«Гидрохимии Азовского моря» (Цурикова, Шульгина, 1956);

«Гидрохимии Каспийского моря» (Пахомова, Затучная, 1956).

Гидрохимия — это наука о химическом составе природных Вод и закономерностях его изменения в зависимости от физических, химических и биологических процессов, протекающих 6 окружающей среде. Гидрохимия как наука о химии гидросферы является частью геохимии и одновременно частью гидрологии. Гидрохимия имеет большое значение для разбития ряда смежных наук: петрографии, минералогии, почвоведения, гидрогеологии, гидробиологии и др.

В рамках данного предмета необходимо знать современные методы анализа, уметь их выполнять в соответствии с существующими нормативными документами (ГОСТами, РД и др.), уметь рассчитывать погрешности определений компонентов состава воды.

Для разных типов Вод (Вода питьевая, минеральная, природная, сточная) существуют индивидуальные нормативные документы.

Анализ воды по возможности следует проводить сразу после отбора проб воды, так как при стоянии Воды изменяется содержание ряда компонентов(двуокись углерода, кислорода, значения рН и т. д.), что приводит к значительным изменениям в содержании других компонентов.

Знание химического состава воды (определяющего ее качество) необходимо для таких областей практической деятельности, как водоснабжение, орошение, рыбное хозяйство, гидрохимические сведения важны для оценки коррозии строительных материалов (бетон, металлы), для характеристики минеральных вод, при поисках полезных ископаемых (нефть, рудные месторождения, радиоактивные вещества) и т. д. Изучение химического состава воды приобретает громадное значение при борьбе с загрязнением водоемов сточными водами.

В России начало изучения гидрохимии связано с работами М. В. Ломоносова и так называемыми академическими экспедициями XVIII В. Теперь изучение химического состава ведется в различных научных и высших учебных заведениях, в лабораториях предприятий промышленности и транспорта, в санитарных и гигиенических учреждениях и инспекциях, в лабораториях системы водоснабжения. Особенно Важны стационарные гидрохимические работы, проводимые на станциях (морских, речных, озерных) гидрометеорологической сети Росгидромета. В СССР издано большое число работ по гидрохимии, существует постоянный печатный орган «Гидрохимические материалы» (с 1915 г.); В 1921 г. создан единственный в мире научно-исследовательский Гидрохимический институт, В соответствующих Вузах читается курс «Гидрохимия».

На современном этапе выделяются следующие разделы «Гидрохимии»:

1. Формирование химического состава природных вод. Раздел включает изучение воды как растворителя сложного комплекса минералов земной коры и исследование химических процессов, происходящих в воде при взаимодействии с породами, почвами, организмами и атмосферой.

В этом разделе рассматриваются растворимость веществ, встречающихся в природе, их состояние в растворе и стабильность, а также сорбционные, обменные, окислительно-восстановительные процессы и мн. др.

К этому разделу, весьма близкому к геохимии, следует отнести общие вопросы круговорота веществ и вопросы миграции элементов в гидросфере.

2. Химический состав и гидрохимический режим определенных типов природных вод, зависимость их изменений от физико-географических условий окружающей среды.

Этот обширный раздел связан с гидрологией, и его частями являются химия рек и озер, химия моря, химия подземных и атмосферных вод, в который входят:

• — химия поверхностных вод — изучает химический состав воды в реках, озерах, искусственных водоемах, его изменения по территории и/или акватории и по глубинам, сезонные суточные колебания, а также условия формирования состава в зависимости от окружающей среды. Большое значение приобретает прогнозирование химического состава вод водохранилищ, создаваемых в засушливых областях, и борьба с загрязнениями, вносимыми в водоемы. Для химической промышленности важны исследования соленых озер, богатых минеральным сырьем;
• — химия моря — тесно примыкает к океанологии, наряду с изучением солености, биогенных веществ и растворенных газов в зависимости от гидродинамических, гидрометеорологических и гидробиологических факторов изучает формы и содержание микроэлементов, генезис и процессы метаморфизации органических веществ, процессы взаимодействия морской воды с морскими донными осадками и др.;
• — химия подземных вод — включает изучение химического состава грунтовых, пластовых, артезианских, минеральных вод и вод нефтяных месторождений. Здесь важнейшее направление — формирование состава вод, процессы взаимодействия воды с окружающими породами, происходящие под высокими давлениями и часто повышенными температурами при замедленном водообмене и своеобразных микробиологических условиях. Издавна большое значение имеет изучение минеральных вод, весьма разнообразных по составу и происхождению.
• 3. Методика гидрохимических исследований. Этот раздел является специальной ветвью аналитической химии применительно к специфике анализа природных вод. В настоящее время в «Гидрохимии» широко применяются методы спектроскопии, хроматографии, радиоизотопные методы (с использованием меченых атомов) и др. физико-химические методы. Большой раздел анализа — определение компонентов загрязнений природных вод.

источник

Массовый гидрохимический анализ выявляет закономерности содержания и режима микроэлементов в наших реках. Оказывается, в водах южных рек много марганца, а в западных и северных — его почти нет. Так, небольшая речка Риони выносит ежегодно в Черное море 106000 т марганца — больше, чем Амур, Волга, Дон и Печора, вместе взятые. Зато в полноводных северных реках значительно больше растворенной меди. Наивысшие концентрации свинца обнаружены в реке Урал, а одна Аму-дарья несет ванадия больше, чем все северные реки. Всем этим фактам даны достоверные объяснения, служащие ориентиром для гидрологов и геологов. [1]

Гидрохимический анализ подземных вод заключается в следующем. [2]

Гидрохимический анализ естественных вод имеет ряд особенностей, которые необходимо учитывать при ихтиологических, рыбоводных и гидробиологических исследованиях. [3]

Гидрохимический анализ подземных вод заключается в следующем. В процессе опробования скважин отбираются пробы воды из каждого водоносного пласта и водоносных частей продуктивных пластов. [4]

Обычный гидрохимический анализ природной воды громоздок, трудоемок и дорог, но он дает в большинстве методик не безличные, а количественные показатели индивидуальных веществ. Поэтому, несмотря на развитие физико-химических методик и внедрение их в аналитическую практику исследователей природных вод, гидрохимические методики прочно удерживают свои позиции и все еще остаются важными и, по существу, основными методиками при гидробиологических, ихтиологических и санитарно-гидробиологических исследованиях водоемов. [5]

В гидрохимическом анализе пользуются только средней из двух или трех повторных определений — без вычисления ошибки средней. Такой прием почти всегда достаточен и оправдан. [6]

При гидрохимических анализах приходится выпаривать воду, содержащую разнообразные соли, чтобы сгустить раствор. [7]

Прежде чем проводить гидрохимические анализы , нужно знать, для чего они необходимы. [8]

Наиболее полно методы гидрохимического анализа описаны в руководствах А. А. Резникова и Е. П. Муликовской ( 1954), О. А. Алекина ( 1959) и др. Ниже мы приводим или наиболее употребительные упрощенные методы анализа, справку о которых всегда желательно иметь под рукой, или некоторые новые методы, не описанные в вышеприведенных руководствах, но необходимые при работе с радиоактивными изотопами. [9]

Чтобы получить правильные результаты гидрохимического анализа , необходимо аккуратно и внимательно работать, точно готовить растворы и пунктуально придерживаться прописи, уметь контролировать ход анализа, а затем проверять полученные результаты. [10]

Обычно встречающиеся в практике гидрохимического анализа соединения и ионы определению не мешают. [11]

В последнее время в гидрохимическом анализе все большее значение и распространение получают методы определения содержания так называемых микроэлементов, под которыми обычно понимают тяжелые и цветные металлы, а также фтор, бром, иод и ряд других элементов, находящихся в рассеянном состоянии. В связи с этим все шире используются полевые методы анализа, имеющие большое значение при поисковых работах. [12]

Для гидробиолога трудность интерпретации данных гидрохимического анализа заключается в том, что биологическое действие элемента зависит от формы, в какой он находится. Аналитические данные с этой точки зрения пока еще очень упрощены. В воде элемент находится в разных формах и действие его различно, а гидрохимик нивелирует и дает суммарную величину, отражающую возможности примененной методики. [13]

К определению бромидов и иодидов при гидрохимическом анализе . [14]

источник

Методические указания подготовлены отделом по болезням рыб Главного управления ветеринарии и Всесоюзной противоэпизоотической экспедицией по борьбе с болезнями рыб Министерства сельского хозяйства СССР на основании сборника «Унифицированные методы анализа проб воды». (М., изд. «Химия», 1973) и учебного пособия Ю.А.Привезенцева «Гидрохимия» (М., 1972).

Одобрены Главным управлением ветернарии Министерства сельского хозяйства СССР 17 февраля 1976 г.

ПОДГОТОВКА ПРОБ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ

Отбор проб. Отбор проб воды — важная часть ее анализа, необходимое условие правильности получаемых результатов. Ошибки, возникающие вследствие неправильного отбора пробы, в дальнейшем исправить нельзя.

Консервирование проб воды

В отдельную бутыль прибавляют 10 мл 10%-ного ацетата кадмия или цинка (на 1 л)

Биохимическое потребление кислорода (БПК)

При отборе пробы следует учитывать многие обстоятельства, поэтому выбирать способ отбора проб и проводить взятие должны опытные, квалифицированные работники, лучше всего те, которые несут ответственность за анализ и оценку его результатов.

Плановый полный общий гидрохимический анализ воды водоема проводят 2 раза в год, вынужденный — при подозрении на резкое изменение гидрохимического режима, а также в случае гибели рыб.

В прудовом хозяйстве пробы обязательно берут у источника и водостока; если разница в составе воды значительная, пробы берут еще в нескольких местах.

Для других категорий рыбохозяйственных водоемов условия, которые соблюдают при отборе проб, настолько разнообразны, что нельзя дать подробных рекомендаций для всех случаев. Подробности в каждом случае уточняют в соответствии с местными условиями.

Обязательно указывать время взятия пробы (час суток), место (план места, расстояние от берега, глубина и т.п.), метеорологические условия в день взятия и накануне, температуру воды и воздуха в момент взятия.

Консервирование проб. Консервирование пробы воды преследует цель сохранения компонентов, определяемых в воде, и ее свойств в том состоянии, в котором они находились в момент взятия пробы. Консервирование необходимо особенно в тех случаях, когда определяемый компонент подвергается изменениям и когда определение нельзя провести сразу же на месте отбора пробы или в тот же день в лаборатории.

Небольшая часть молекул воды диссоциирована на водородные и гидроксильные ионы. В химически чистой воде молярные концентрации этих ионов равны и составляют при 25°С 10 моль/л. Таким образом, произведение обеих концентраций равно 10 . Оно сохраняется постоянным и в присутствии веществ, при диссоциации которых образуются водородные и гидроксильные ионы. Поэтому вполне достаточно определить концентрацию одного из них. Практически определяют концентрацию водородных ионов.

Поскольку концентрация водородных ионов может иметь самое различное значение и различаться на несколько порядков, принято выражать ее величиной рН, представляющей собой десятичный логарифм концентрации ионов водорода, взятый с обратным знаком:

Концентрацию водородных ионов определяют в интервале от 1 до 10 мг-экв./л, что соответствует рН от 0 до 14. Величина рН 7 соответствует нейтральному состоянию раствора, меньшие ее значения — кислотному, а более высокие — щелочному.

Величину рН определяют колориметрическим или электрометрическим методом, измеряя потенциал, возникающий на измерительном электроде. Наиболее точный из этих методов электрометрический, но в зависимости от условий можно пользоваться и колориметрическим методом.

Ориентировочные определения отличаются быстротой, но не дают точных результатов и используются для предварительной оценки. Электрометрический метод предназначен для наиболее точного определения рН, а также для тех случаев, когда колориметрический метод не может быть применен вследствие мешающих влияний.

В результате происходящих в воде реакций рН часто изменяется, поэтому рекомендуется проводить определение немедленно после отбора пробы. Если это невыполнимо, следует доставлять пробу к месту анализа в особой бутыли, наполненной по способу, описанному для определения кислорода, предохраняя пробу от нагревания. Исследование проводят в кратчайший срок.

Колориметрическое определение рН. Определение проводят по цвету кислотно-основного индикатора, добавляемого в пробу в виде раствора или зафиксированного на индикаторной бумажке. Возникающую окраску индикатора сравнивают с окраской стандарта.

Ориентировочное определение. Пользуются универсальным смешанным индикатором со шкалой сравнения, а при анализе сильно загрязненных вод — индикаторными бумажками.

Реактивы. Универсальный индикатор со шкалой сравнения. Набор индикаторных бумажек для определения рН.

Ход определения, в том числе и устранение мешающих влияний, описан в инструкции, обычно прилагаемой к набору индикаторов. Цветные шкалы состоят из ряда образцов, окраска которых (растворов или бумажек) соответствует разным значениям рН, отличающимся друг от друга не более чем на 0,2. Промежуточные оттенки устанавливают ориентировочно. Результаты выражают в десятых долях рН и считают приближенными.

Электрометрическое определение рН на лабораторном рН-метре (потенциометре) со стеклянным электродом измерения и каломельным электродом сравнения основано на том, что изменение значения рН на единицу в определенной области рН вызывает изменение потенциала электрода на 58,1 мв при 20°С. Пределы линейной зависимости потенциала электрода от рН обусловлены свойствами стеклянного электрода.

Результат определения зависит от температуры пробы. Влияние температуры компенсируется специальным устройством, вмонтированным в прибор. Если такого прибора нет, пробу можно нагреть или охладить до требуемой температуры (20°С). Если температура пробы значительно отличается от 20°С и не приведена к 20°С, ее нужно указать при записи результатов определения.

Электрометрическому определению не мешают окраска, мутность, взвесь, свободный хлор, присутствие окисляющихся или восстанавливающихся веществ или повышенное содержание солей в пробе.

Некоторые помехи возникают при повышенном содержании солей натрия и при рН больше 10. В таких случаях пользуются специальным электродом или же вводят поправки, указанные в инструкции, приложенной к электроду.

Точность электрометрического определения снижается при пользовании загрязненными электродами. Для исследования сильно загрязненных проб следует иметь отдельный электрод, применяемый только для этой цели. Если возникает необходимость обезжирить электрод, пользуются куском тонкой материи, смоченной эфиром или раствором синтетического моющего вещества. Затем несколько раз промывают электрод дистиллированной водой и вытирают каждый раз для удаления обезжиривающего вещества. При необходимости электрод регенерируют, погружая на 2 часа в 2%-ный раствор соляной кислоты, и тщательно промывают дистиллированной водой. В. нерабочее время электрод хранят в дистиллированной воде.

Перед началом измерения электрод промывают дистиллированной водой, затем исследуемой водой и лишь после этого погружают в анализируемую пробу, которую предварительно тщательно перемешивают, чтобы ее состав непосредственно у поверхности электрода соответствовал общему составу. Температуру пробы перед определением не измеряют. Одновременно с электродами в пробу погружают промытый в пробе термометр для определения температуры во время измерения и для внесения необходимых поправок. Измеряемую величину потенциала стеклянного электрода отсчитывают в милливольтах или в единицах рН. Метод измерения обусловлен типом применяемого прибора и указывается в приложенных к нему инструкциях.

Калибровочная кривая. Если прибор имеет только милливольтовую шкалу, измерительные электроды калибруют по буферным растворам с известным значением рН. Для этого строят график зависимости найденных величин потенциалов от значений рН буферных растворов.

Округление результатов. Полученные результаты обычно округляют до 0,05-0,1 единицы рН, в зависимости от типа применяемого прибора, указав при записи, что измерения проводились электрометрическим методом.

Щелочностью называют содержание в воде веществ, вступающих в реакцию с сильными кислотами, то есть с ионами водорода. Расход кислоты выражает щелочность воды ( ).

В обычных природных водах щелочность зависит, как правило, только от гидрокарбонатов щелочноземельных металлов. Значение рН такой воды не превышает 8,3. Общая щелочность практически тождественна карбонатной жесткости и соответствует содержанию гидрокарбонатов.

Растворимые карбонаты и гидроокиси повышают значение рН более 8,3. Та часть общей щелочности, которая соответствует количеству кислоты, нужному для понижения рН до 8,3, называется свободной щелочностью воды ( ).

Щелочность определяют титрованием воды раствором сильной кислоты. Количество раствора, израсходованное для достижения рН 8,3, эквивалентно свободной щелочности; количество раствора, необходимое для достижения рН 4,5, эквивалентно общей щелочности. Если рН воды меньше 4,5, ее щелочность равна нулю. Титрование до рН 4,5 менее точно, так как на результат влияет свободная .

Конечную точку можно находить визуально или электрометрически. Электрометрическое титрование рекомендуется при анализе более загрязненных вод.

Щелочность, особенно свободную, определяют сразу после взятия пробы. Если это невозможно, отбирают полную бутыль и определяют щелочность не позже чем через 24 часа. Результаты выражают в мг-экв. на 1 л воды (мг-экв./л). Если при предварительном определении установлено, что вода имеет свободную щелочность (рН 8,3 по фенолфталеину), ее определяют наряду с общей щелочностью, а в записи результатов анализа указывают отдельно.

Мешающие влияния. При визуальном титровании определению мешает интенсивная окраска пробы. Ее устраняют прибавлением активированного угля и фильтрованием пробы перед анализом. Мутные пробы фильтруют через бумажный или стеклянный фильтр. Мешает определению также свободный хлор, так как он обесцвечивает индикатор. Хлор удаляют прибавлением эквивалентного количества 0,1 н. раствора тиосульфата натрия (2,5 г растворяют в дистиллированной воде и разбавляют до 100 мл). Перечисленные мешающие влияния не сказываются при электрометрическом титровании.

Высокие концентрации свободной мешают правильному определению перехода окраски при титровании так же, как и , выделяющаяся при высоком содержании карбонатов. Поэтому при более точном определении щелочности предварительно вытесняют , продувая через воду воздух.

Аппаратура. Устройство для продувания воздуха. Магнитная мешалка. рН-метр со стеклянным измерительным электродом и каломельным электродом сравнения.

Реактивы. Раствор соляной кислоты 0,1 н. (При приготовлении нормальных и молярных растворов лучше пользоваться фиксаналами, а если их нет, прописями, приведенными в данных указаниях). Разбавляют 8,5 мл концентрированной соляной кислоты (уд. вес 1,19) ч.д.а. дистиллированной водой до 1 л. Титр или поправочный коэффициент определяют по 0,1 н. раствору карбоната натрия. Для приготовления этого раствора навеску 5,3002 г ч.д.а., высушенного при 270-300°С, растворяют при 20°С в свежепрокипяченной и охлажденной дистиллированной воде и разбавляют этой же водой до 1 л. Из полученного раствора отбирают 20 мл, разбавляют до 100 мл прокипяченной дистиллированной водой и титруют 0,1 н. раствором соляной кислоты при строгом соблюдении тех же условий, что и при определении общей щелочности (см. ниже). Особенно важно соблюдать рекомендованные условия продувания воздуха. Титрованный раствор кислоты приготовляют так, чтобы поправочный коэффициент для приведения его концентрации точно к 0,1 н. был в пределах 0,99-1,01; в дальнейшем его периодически проверяют.

Раствор фенолфталеина 0,5%-ный. Растворяют 0,5 г фенолфталеина в 50 мл 96%-ного этилового спирта и разбавляют 50 мл дистиллированной воды. В раствор по каплям добавляют свежеприготовленный 0,01 н. NaOH до появления заметной розовой окраски.

Смешанный индикатор. Растворяют 0,03 г метилового красного и 0,20 г бромкрезолового зеленого в 150 мл 96%-ного этилового спирта и рН раствора устанавливают так, чтобы индикатор имел грязно-серую окраску.

Метиловый оранжевый, 0,05%-ный раствор. Растворяют 0,05 г натриевой соли метилового оранжевого в 100 мл горячей дистиллированной воды и после охлаждения фильтруют.

Свободная щелочность ( ). Отмеривают 100 мл пробы. Воду с высокой щелочностью берут в меньшем количестве и доводят объем приблизительно до 100 мл прокипяченной и охлажденной дистиллированной водой. Прибавляют 0,1 мл (2 капли) 0,5%-ного раствора фенолфталеина и титруют на белом фоне 0,1 н. раствором соляной кислоты до полного обесцвечивания. При электрометрическом определении титруют до рН 8,3.

Общая щелочность ( ). Отмеривают 100 мл пробы или используют раствор после определения свободной щелочности, прибавляют 0,15 мл (3 капли) смешанного индикатора или 0,1 мл (2 капли) метилового оранжевого. Продувают воздух и одновременно титруют на белом фоне 0,1 н. раствором соляной кислоты до момента, когда зеленая окраска смешанного индикатора перейдет в грязно-серую или до начала перехода окраски метилового оранжевого из желтой в оранжевую. Воздух продолжают продувать и через 5 минут, если надо, дотитровывают. При электрометрическом определении продувание проводится так же, но титруют до рН 4,5. При менее строгих требованиях к точности определения титрование по метиловому оранжевому проводят без продувания. Титруют из бюретки с ценой деления 0,1 мл; точность отсчета до 0,05 мл. В остальном следует соблюдать описанный выше порядок. При анализе природных вод, имеющих низкую общую щелочность, титруют из микробюретки и отсчитывают с точностью до 0,005 мл.

Расчет. Свободную щелочность ( ) и общую щелочность ( ) в мг-экв./л вычисляют по формулам:

где — объем 0,1 н. раствора соляной кислоты, израсходованной на титрование по фенолфталеину или рН 8,3, мл;

— объем 0,1 н. раствора соляной кислоты, израсходованной при титровании по смешанному индикатору или до рН 4,5, мл;

— поправочный коэффициент для приведения концентрации раствора HCl точно к 0,1 н.;

— объем пробы (мл), взятой для титрования.

Жесткость воды обусловлена катионами кальция и магния, связанными как со слабыми, так и с сильными кислотами. Количество кальция и магния в воде пресных водоемов колеблется в широких пределах и зависит от типа окружающих почв, площади водосбора, сезона года и даже времени суток. Обычно к концу лета и к концу зимы жесткость воды достигает максимальных величин. Осенью и весной она снижается вследствие разбавления воды атмосферными осадками и паводковыми водами.

Слишком мягкая вода нежелательна для рыбоводных целей. Кальций и магний, растворенные в воде, необходимы для нормального развития водных организмов, в том числе и рыб.

Слишком мягкая, мало забуференная вода имеет неустойчивую активную реакцию. Она слабо противостоит и вредному действию кислых и щелочных промышленных стоков.

Катионы кальция и магния в природной воде связаны с разными анионами, поэтому различают жесткость карбонатную (связанную с ионами угольной кислоты), некарбонатную (связанную с , , , , фосфатами и гуматами) и общую (связанную со всеми ионами).

Большое превышение общей жесткости над карбонатной указывает на то, что много анионов кальция и магния связано с анионами сильных кислот, в исследуемой воде много сульфатов и хлоридов. При высоком содержании в воде натрия и калия карбонатная жесткость может оказаться равной и даже превышать общую жесткость.

В последнее время наибольшее распространение получил комплексометрический метод определения жесткости с трилоном Б.

Результаты определения жесткости выражают в мг-экв. на 1 л воды или в немецких градусах жесткости (°Н). Другие единицы измерения, применяемые для выражения жесткости воды, приведены в таблице, пользуясь которой можно произвести пересчет.

источник

Данная группа включает показатели, свойственные воде в ее естественном (природном) состоянии, характеризующие химический состав воды и определяемые, как правило, гидрохимическими методами. В число основных гидрохимических показателей качества воды входят: водородный показатель (рН), растворенный кислород, минерализация (анионы – карбонаты, гидрокарбонаты, сульфаты, хлориды; и катионы – кальций, магний, натрий и калий), сухой остаток, общая жесткость, биогенные элементы (нитраты, фосфаты, аммоний, нитриты), фториды, железо общее. Количественные данные по этим показателям занимают значительное место в совокупности данных о состоянии водного объекта и могут быть определены без серьезных трудностей полевыми и лабораторными методами, при соблюдении правил отбора и хранения проб.

Водородный показатель (рН). Содержание ионов водорода (гидроксония – H₃O + ) в природных водах определяется в основном количественным соотношением концентраций угольной кислоты и ее ионов:

Для удобства выражения содержания водородных ионов была введена величина, представляющая собой логарифм их концентрации, взятый с обратным знаком:

Для поверхностных вод, содержащих небольшие количества диоксида углерода, характерна щелочная реакция. Изменения pH тесно связаны с процессами фотосинтеза (при потреблении CO₂ водной растительностью высвобождаются ионы ОН — ). Источником ионов водорода являются также гумусовые кислоты, присутствующие в почвах. Гидролиз солей тяжелых металлов играет роль в тех случаях, когда в воду попадают значительные количества сульфатов железа, алюминия, меди и других металлов:

Значение pH в речных водах обычно варьирует в пределах 6,5–8,5, в атмосферных осадках 4,6–6,1, в болотах 5,5–6,0, в морских водах
7,9–8,3. Концентрация ионов водорода подвержена сезонным колебаниям. Зимой величина pH для большинства речных вод составляет 6,8–7,4, летом 7,4–8,2. Величина pH природных вод определяется в некоторой степени геологией водосборного бассейна.

В соответствии с требованиями к составу и свойствам воды водоемов у пунктов питьевого водопользования, воды водных объектов в зонах рекреации, а также воды водоемов рыбохозяйственного назначения величина pH не должна выходить за пределы интервала значений 6,5–8,5.

Величина pH воды – один из важнейших показателей качества вод. Величина концентрации ионов водорода имеет большое значение для химических и биологических процессов, происходящих в природных водах. От величины pH зависит развитие и жизнедеятельность водных растений, устойчивость различных форм миграции элементов, агрессивное действие воды на металлы и бетон. Величина pH воды также влияет на процессы превращения различных форм биогенных элементов, изменяет токсичность загрязняющих веществ.

В водоеме можно выделить несколько этапов процесса его закисления. На первом этапе рН практически не меняется (ионы бикарбоната успевают полностью нейтрализовать ионы Н + ). Так продолжается до тех пор, пока общая щелочность в водоеме не упадет примерно в 10 раз до величины менее 0,1 моль/дм 3 .

На втором этапе закисления водоема рН воды обычно не поднимается выше 5,5 в течение всего года. О таких водоемах говорят как об умеренно кислых. На этом этапе закисления происходят значительные изменения в видовом составе живых организмов.

На третьем этапе закисления водоема рН стабилизируется на значениях рН 8,5 (CO₃ 2- , S₂ — , PO₄ 3- , SiO₃ 2- и др.);

2) слабые основания и анионы летучих и нелетучих слабых кислот (HCO₃ — , H₂PO₄ — , CH₃COO — , HS — , анионы гуминовых кислот и др.).

Щелочность обусловлена наличием в воде анионов слабых кислот (карбонатов, гидрокарбонатов, силикатов, боратов, сульфитов, гидросульфитов, сульфидов, гидросульфидов, анионов гуминовых кислот, фосфатов). Их сумма называется общей щелочностью. Ввиду незначительной концентрации трех последних ионов общая щелочность воды обычно определяется только анионами угольной кислоты (карбонатная щелочность). Анионы, гидролизуясь, образуют гидроксид-ионы:

Щелочность определяется количеством сильной кислоты, необходимой для нейтрализации 1 дм 3 воды. Щелочность большинства природных вод определяется только гидрокарбонатами кальция и магния, pH этих вод не превышает 8,3.

Определение щелочности полезно при дозировании химических веществ, необходимых на обработку вод для водоснабжения, а также при реагентной очистке некоторых сточных вод. Определение щелочности при избыточных концентрациях щелочноземельных металлов важно для установлении пригодности воды для ирригации. Вместе со значениями рН щелочность воды служит для расчета содержания карбонатов и баланса угольной кислоты в воде.

Щелочность пробы воды измеряется в г-экв/л или мг-экв/л и определяется количеством сильной кислоты (обычно используют соляную кислоту с концентрацией 0,05 или 0,1 г-экв/л), израсходованной на нейтрализацию раствора.

При нейтрализации до значений рН 8,0 – 8,2 в качестве индикатора используют фенолфталеин. Определяемая таким образом величина называется свободной щелочью. При нейтрализации до значений рН 4,2 – 4,5 в качестве индикатора используют метиловый оранжевый. Определяемая таким образом величина называется общей щелочностью. При рН 4,5 проба воды имеет нулевую щелочность.

источник

В гидрогеологической практике по ряду причин не всегда воз­можно отобрать представительные пробы пластовой воды. Проба считается достоверной, если минерализация воды составляет 90-95% характерной для данного комплекса.

Чтобы оценить степень достоверности гидрохимической инфор­мации, необходимы сведения о состоянии скважины, степени ее подготовленности к исследованиям, условиях отбора проб; важно знать общую гидрогеологическую обстановку, фоновый гидрохими­ческий облик.

Гидрохимические показатели можно использовать при отбраковке данных по ионно-солевому составу неформально, если понятен ме­ханизм формирования солевого состава подземных вод и генезис их минерализации, который отражает гидрохимические условия осадконакопления в седиментационных бассейнах и не контролируется геологическим возрастом (А.С. Панченко, 1975).

Добыча нефти и газа на определенных стадиях разработки со­провождается поступлением из продуктивных горизонтов в эксплу­атационные скважины значительных объемов пластовой, техноло­гической, конденсационной и иных типов вод. Это приводит к нарушению термобарических условий и соответственно гидрохи­мического равновесия в природной геофлюидальной системе, к ак­тивизации геохимических процессов, что сказывается на гидрохи­мической обстановке внутри залежи. В конечном итоге это может отразиться на показателях разработки месторождения.

Согласно Правилам разработки газовых и газоконденсатных мес­торождений, необходимо вести мониторинг и контроль за вторжением пластовых вод в залежь в процессе разработки с использова­нием комплекса промыслово-геофизических, гидрогеологических и гидрогеохимических методов.

Гидрохимические методы контроля способствуют решению ряда задач, в частности позволяют:

• определить природу вод, поступающих в скважину попутно с ос­новной продукцией;
• выявить аварийные скважины, обводнение которых обусловлено притоками вод из других чуждых горизонтов;
• прогнозировать время, темпы и характеристики обводнения, определять скорость и направление закачиваемых вод;
• определять объемы, характер и закономерности поступления пластовых вод.

В процессе разработки месторождений изменяются химический состав пластовых вод и термобарические условия месторождений.

Происходящие в залежах гидрохимические процессы представля­ются в виде гидрохимических карт, карт минерализации, карт содер­жания хлорид иона, графиков плотности воды и других гидрохими­ческих материалов.

Для контроля за поведением водонапорной системы месторож­дения за контуром залежей в водоносной части пласта обычно бурят наблюдательные, так называемые пьезометрические скважины (Ю.П. Гатгенбергер, В.П. Дьяконов, 1979). Замеряя в них пластовые давления и отбирая глубинные пробы флюидов, судят об изменениях положения водонефтяного контакта (ВНК) или газоводяного кон­такта (ГВК) залежей, рассчитывают продвижение воды в залежи. Недостатками этого способа являются высокие затраты на бурение законтурных скважин и низкая достоверность оценки продвижения ВНК и ГВК из-за невозможности оценить фильтрационные свойства пласта между наблюдательными скважинами и залежью.

Чтобы избежать этого недостатка, эксплуатационных скважин, находящихся в зонах с подошвенной водой, перфорируют только в газоносной части пласта, а ниже интервала перфорации устанав­ливают насосно-компрессорные трубы с пакером. По межтрубному пространству осуществляют добычу газа, нефти или другого флюида, имеющего меньшую плотность, чем вода, а в колонну насосно-ком­прессорных труб (НКТ) спускают геофизические приборы для от­бивки контакта (ГВК, ВНК и т.п.) между флюидами, пригодными и непригодными для добычи. Недостатками этого способа являются невозможность производить отбор глубинных проб флюидов, нахо­дящихся ниже контакта, следить за изменениями их химического и фракционного составов, изменениями газового фактора нефти или воды и переходом растворенных газов в свободное состояние, за вы­падением в пласте газового конденсата, динамическим и стабильным давлениями (Б.П. Акулинчев, 1990).

Гидрогеохимический контроль за обводнением газовых и газокон­денсатных месторождений проводится практически повсеместно и сводится к оценке и прогнозу обводнения на ту или иную пер­спективу. При этом объектом изучения являются конденсационные, пластовые и технические воды и их смеси, которые при низкой ми­нерализации имеют довольно сложный состав, что требует тщатель­ного отбора проб, применения высокочувствительных методов и ме­тодик анализа. Усложнение технологии эксплуатации месторож­дений рождает необходимость введения в практику исследования новых коррелятивов и расширения круга задач, решаемых гидрохи­мическими методами, а также совершенствования химико-аналити­ческих исследований подземных вод и их унификации (В.Г. Козлов, Т.В. Левшенко, B.C. Гончаров, 1995).

При проведении гидрохимического контроля исследователь имеет дело с двух- или трехфазным потоком. В практике гидрохимического контроля трехфазный поток газ — жидкость-твердое вещество можно рассматривать как наиболее общий случай, по­скольку в скважинах и наземных коммуникациях могут двигаться: газ, водно-углеродный конденсат и твердая фаза (частицы породы или солей, выпавших в стволе скважины). При проведении контроля за обводнением наибольший интерес представляют параметры газо­жидкостного потока, например газоконденсата, газоводяных смесей и газированных нефтей.

Отбор проб воды, выносимой газом, можно проводить на груп­повых пунктах отбора с помощью стационарных (контрольных) сепараторов, но лучше отбирать пробы воды на устье эксплуатаци­онных скважин, а при невозможности — на ближайшем удалении от него.

Периодичность отбора проб (1 -4 раза в год) должна быть такова, чтобы обеспечивалась достоверность заключений, выводов и про­гнозов по контролю за обводнением. Пробы на предмет сокращен­ного анализа с последующим определением концентраций компо­нентов, наиболее информативных (для данного региона, месторож­дения), необходимо отбирать ежемесячно. Колебания в стволе скважины температуры и давления, часто резко отличных от пара­метров пласта, химические и электрохимические взаимодействия воды с материалом обсадных труб — все это в совокупности спо­собно изменять состав проб воды. Независимо от места отбора проб, а также среды, из которой они отбираются (преимущественно га­зовая или жидкостная), пробы воды можно разделить на отобранные при соприкосновении с атмосферой (негерметичные) и без такового (герметичный отбор). Обычный негерметичный отбор допустим при определении содержаний относительно устойчивых компонентов состава воды (хлор, натрий, калий), а содержание таких компо­нентов, как карбонат — бикарбонатные ионы, сульфаты, кальций, магний, йод, бром, кислые газы, меняет значения pH и Eh при кон­такте с атмосферой.

Сосуды для отбора и хранения проб не должны быть причиной загрязнения пробы или утраты ею отдельных компонентов вследствие химического взаимодействия с материалом сосуда, адсорбции или улетучивания.

• фильтрацию вод через бумажный или мембранный фильтр в за­висимости от чистоты фильтрации;
• консервацию обеспечивающую сохранение водной пробы без из­менения концентраций исследуемых компонентов, для чего ис­пользуют специальные средства — консерванты, добавляя их к пробе. Сроки хранения водных проб можно увеличить, помещая их в холодильник, но при этом избегая замораживания пробы, так как при замерзании раствора из него выпадают малорастворимые соли карбонатов (обычно кальция, магния, бария, стронция и др.), которые при повторном размораживании остаются в твердой фазе. Выбор способа консервации зависит главным образом от свойств определяемого компонента, особенностей последующего химико-аналитического метода определения. Ис­пользуемые консерванты должны быть химически чистыми и предварительно проверенными на чистоту в холостом опыте;
• документацию проб, которая является строго обязательной. Каждая проба снабжается этикеткой (паспортом), на которой ука­зана геологическая привязка (пласт, объект, интервал отбора), дата, способ и место отбора, способ консервирования, вид ана­лиза, на который отобрана проба, кем произведен отбор. От­дельно прилагается опись проб, дублирующая все данные, при­веденные на этикетке.

При выполнении химико-аналитических работ обязательно про­водят внутрилабораторный контроль за качеством анализов, т.е. вза­имное согласование найденных содержаний анионов и катионов, сравнение определенной массы сухого остатка с расчетной, установ­ление значений случайной и систематической погрешностей.

Повышение надежности и улучшение качества контроля за раз­работкой месторождений достигается за счет получения новых параметров и расширения диапазона замеров контролируемых пара­метров. С этой целью Б.П. Акулинчев и О.И. Серебряков (1990) предложили перфорировать дополнительно ряд эксплуатационных скважин, находящихся в зонах с подошвенной водой, в водоносной части пласта и отделять пакером на колонне НКТ вскрытую водо­носную часть от продуктивной части пласта. При этом путем спуска специальных глубинных приборов можно не только производить отбивку контакта и осуществлять контроль за его текущим со­стоянием, но и отбор глубинных проб флюидов из любой точки не­продуктивной части пласта, а также замеры пластового давления и термобарического состояния системы залежь—вода. В такие ком­плексные скважины можно переоборудовать обводнившиеся экс­плуатационные скважины путем установки пакера на уровне ГВК (ВНК).

В случае выпадения в пласте конденсата скважины можно вре­менно или постоянно превращать в эксплуатационные по добыче конденсата по НКТ путем прекращения добычи газа или даже за­качки его в межтрубное пространство.

источник