Меню Рубрики

Сокращенный химический анализ подземных вод

Химический анализ подземных вод может служить качественным показателем использования воды для хозяйственно-питьевого водоснабжения, бальнеологических, промышленных и хозяйственных целей, а также диагностическим признаком при гидрохимических методах поисков и разведки месторождений полезных ископаемых.

Результаты химического анализа подземных вод могут быть выражены в табличной или сокращенной отчетной форме в виде формулы Курлова.

1). Табличная форма выражения химического анализа.

Количественно концентрация катионов и анионов выражается в г/дм 3 , мг/дм 3 , а эквивалентное содержание – миллимолях (ммоль) и процентах (%).

Пример расчета химического анализа воды в табличной форме приводится ниже.

Ионы Содержание, мг/дм 3 Эквивалентное содержание
ммоль %
Na + Ca 2+ Mg 2+ 88,04 22,75 15,62 69,9 17,6 12,5
Сумма катионов 126,41
Cl — SO4 2 — HCO3 98,40 17,43 3,51 82,5 14,5 3,0
Сумма анионов 119,34
М (сухой остаток)
СО2(свободный)
рН водородный показатель 5,3
Т воды, градус С

Эквивалентное (молярное) содержание определяется путем умножения каждого иона на пересчетный коэффициент, учитывающий его атомный вес и валентность и представляющий собой величины, обратные эквивалентным массам ионов (таблица 2).

Катионы Коэффициент Анионы Коэффициент
Na + Ca 2+ Mg 2+ 0,0435 0,0499 0,08222 Cl — SO4 2- HCO3 0,0282 0,0208 0,0164

Для пересчета в %-эквивалентную форму суммы катионов и анионов в миллимолях принимаются за 100%, а затем определяется доля каждого катиона и аниона в % от соответствующей суммы катионов и анионов.

Химический анализ считается достоверным, если ошибка анализа не превышает 5%.

В нашем случае С = 2,88%. Анализ достоверен.

2) Сокращенная форма выражения химического анализа (формула М.Г. Курлова)

Формула Курлова представляет собой псевдодробь, в числителе которой в порядке убывания в %-эквивалентной форме располагаются анионы, а в знаменателе – катионы. Ионы, содержание которых менее 1%, в формулу не включаются. Проценты округляют до целых чисел.

Слева от дроби указывается содержание газов в мг/дм 3 и минерализация (М) в г/дм 3 , за которую принимается сухой остаток. Справа записывают значение (рН), температуру воды (Т) в градусах Цельсия, дебит источника в м 3 /сут и содержание микроэлементов, если такие имеются.

В нашем случае формула Курлова (таблица 1):

3) Наименование воды по химическому составу.

Наименование химического типа подземных вод должно состоять из двух частей, отражающих преобладающий анионный и катионный состав воды. Наименование химического типа воды начинается с ее анионного, а затем катионного состава в %-эквивалентной форме, превышающего 20% от суммы миллимолярной концентрации. Перечисление ионов производится в порядке возрастания концентрации – от меньшего значения к большему.

В сокращенном анализе анионы представлены хлоридами, сульфатами и гидрокарбонатами, а катионы – натрием, кальцием и магнием. В нашем случае вода хлоридно-натриевая.

4) Классификация воды по минерализации.

В зависимости от величины минерализации, за которую принимается сухой остаток, подземные воды классифицируются в соответствии с приведенной таблицей 3.

Минерализация М, г/дм 3 Подгруппа Группа
£ 0,5 >0,5-1,0 Весьма пресные Пресные Пресные
>1,0-1,5 >1,5-3,0 >3,0-5,0 >5,0-10,0 >10,0-25,0 Весьма слабосолоноватые Слабо солоноватые Умеренно солоноватые Солоноватые Сильно солоноватые Солоноватые
>25,0-36,0 >36,0-50,0 Слабосоленые Сильносоленые Соленые
>50,0-150,0 >150,0-350,0 >350,0 Рассолы слабые Рассолы крепкие Рассолы весьма крепкие (рапа) Рассолы

В нашем случае М = 6,9 г/дм 3 . Вода солоноватая.

Реакция воды обусловлена величиной концентрации водородных ионов рН, которая представляет собой обратный логарифм концентрации ионов водорода. Классификация воды по водородному показателю приведена в таблице 4.

Водородный показатель рН при Т22 о С Подгруппа Группа
£ 3,5 >3,5-4,5 >4,5-5,5 >5,5-6,0 Весьма кислая Кислая Умеренно кислая Слабокислая Кислая
>6,0-8,0 Нейтральная Нейтральная
>8,0-8,5 >8,5-9,0 >9,0-9,5 >9,5 Слабощелочная Умеренно щелочная Щелочная Весьма щелочная Щелочная

В нашем случае рН = 5,3. Вода умеренно кислая.

6) Классификация подземных вод по температуре воды.

Классификация воды по температуре приведена в таблице 5.

Температура, Т о С Наименование
0-4 >4-20 >20-37 >37-50 >50-75 >75-100 >100-200 >200-374 Переохлажденная Очень холодная Холодная Теплая Очень теплая Горячая Очень горячая Слабо перегретая Весьма перегретая

Примечание: воды с температурой от 20 до 100 о С называются термальными.

В нашем случае Т15 о С. Вода холодная.

Жесткость воды имеет большое значение при использовании подземных вод для питьевого водоснабжения, промышленных и хозяйственных целей. Жесткость воды обусловливается содержанием в ней солей кальция и магния. Измеряется в миллимолях (мг-экв/дм 3 ).

Различают общую жесткость (ОЖ), устранимую или временную жесткость (УЖ) и постоянную жесткость (ПЖ).

Общая жесткость обусловлена присутствием в воде гидрокарбонатов, хлоридов и сульфатов кальция и магния и равняется сумме устранимой и постоянной жесткости.

Устранимая жесткость обусловлена присутствием в воде гидрокарбонатов кальция и магния. Такая жесткость получила название карбонатной (КЖ) и может быть устранена при кипячении

Карбонат кальция и магния выпадает в осадок, образуя накипь. При использовании такой воды для промышленных и коммунальных целей происходит отложение карбоната кальция и магния на стенках котлов и трубопроводов, что приводит к выводу их из эксплуатации.

При высоком содержании НСО3 — в воде, превышающем суммарную концентрацию кальция и магния, вся жесткость считается карбонатной.

Постоянная жесткость обусловлена наличием в воде сульфатов и хлоридов кальция и магния и равняется разности между общей и карбонатной жесткостью.

Классификация воды по общей жесткости приводится в таблице 6 (ГОСТ 6055-86).

Содержание в ммоль Группа жесткости
£ 1,5 >1,5-3,0 >3,0-6,0 >6,0-9,0 >9,0 Очень мягкая Мягкая Умеренно жесткая Жесткая Очень жесткая

Подземные воды, жесткость которых превышает 7 ммоль, не могут быть использованы для питьевого и промышленного водоснабжения.

В нашем случае общая жесткость составляет 38,37 ммоль, устранимая (карбонатная) – 3,50 ммоль, постоянная – 34,86 ммоль. Вода очень жесткая, непригодная для питьевого и промышленного водоснабжения.

8) Пригодность для питьевого водоснабжения.

Пригодность воды для питьевого водоснабжения нормируется ГОСТ 6055-86 «Вода питьевая». В рамках сокращенного гидрохимического анализа нормативными являются минерализация, общая жесткость, содержание Cl — и SO 2- 4 , а также величина рН с предельно допустимыми концентрациями, приведенными в таблице 7.

Наименование показателей ПДК Содержание в нашем примере Степень пригодности
Минерализация М, мг/дм 3 Общая жесткость ОЖ, ммоль , мг/дм 3 , мг/дм 3 рН 6,5-8,5 38,37 5,3 Не пригодна Не пригодна Не пригодна Не пригодна Не пригодна

В нашем случае вода по всем компонентам не пригодна для водоснабжения.

9) Пригодность для ирригационных целей.

Пригодность использования подземных вод, в том числе и шахтных, для ирригационных целей в сельском хозяйстве нормируется степенью минерализации воды и расчетным ирригационным коэффициентом. Классификация воды по минерализации, нормирующая степень пригодности для орошения сельскохозяйственных угодий, приведена в таблице 8.

Минерализация, г/дм 3 Степень пригодности для орошения
£1,7 >1,7-5,0 >5,0 Пригодна Пригодна условно (возможно засоление) Не пригодна

В нашем случае минерализация 6,9 г/дм 3 . Вода для орошения не пригодна.

Расчет ирригационного коэффициента выполняется в зависимости от соотношения ионов натрия, хлора и сульфатов в эквивалентной форме в миллимолях.

а)

б) > 0

>

в) Na + > суммы всех солей

> 0

Во втором случае избыточное содержание катионов натрия может быть нейтрализовано содержащимся в воде сульфат-ионом. В третьем случае избыток натрия накапливается в почве в виде поглощенных катионов.

В первых двух случаях вода улучшению не подлежит, в третьем случае воду можно улучшить добавкой гипса. Классификация воды по ирригационному коэффициенту приведена в таблице 9.

Ирригационный коэффициент Характеристика воды
>18 >6-18 ³1,2-6,0 + — , Кир= 0,58. Вода очень плохая и улучшению не подлежит.

10) Агрессивность подземных вод.

Подземные воды в зависимости от состава могут оказывать разрушающее действие на бетоны, цементы и металлы. Оценка агрессивности подземных вод по отношению к бетонам марки W4 и металлам производится на основании таблиц 5-7 и 26 СНиП

2.03.11-85 «Защита строительных конструкций от коррозии» (в скобках указаны номера таблиц согласно СНиП).

Дата добавления: 2015-04-18 ; просмотров: 71 ; Нарушение авторских прав

источник

Типы химического анализа воды при гидрогеологических исследованиях. Химические классификации типов подземных вод

Химический анализ природных вод в практике гидрогеологических работ предусматривает следующие задачи:

а) изучение закономерностей формирования и распространения природных вод различного состава;

б) исследование природных вод как поискового критерия на месторождения полезных ископаемых – нефти, газа, солей, меди, свинца, молибдена и др.;

в) оценка природных вод как химического сырья для получения иода, брома, бора, меди и других веществ;

г) оценка состава и свойств природных вод для питьевого, техни­ческого, сельскохозяйственного, лечебного и других видов использования.

Для общей характеристики состава и свойств воды применяют три типа анализа воды – полевой, сокращенный и полный.

Полевой анализ включает определение физических свойств, pH, Cl — , SO4 2- , NO3 — , HCO3 — , СO3 2- , Ca 2+ , Mg 2+ , Fe 2+ , CO2, H2S, O2. Вычисляются Na + + K + , Mg 2+ или Ca 2+ , карбонатная жесткость, сумма минеральных веществ. Полевой анализ производится в полевых условиях с помощью походной лаборатории. Применяется при массовых определениях для предварительных характеристик вод изучаемого района.

Сокращенный анализ включает определение физических свойств, pH, Cl — , SO4 2- , NO3 — , HCO3 — , СO3 2- , Ca 2+ , Mg 2+ , Fe 2+ , Fe 3+ , NH4 + , NO2 — , H2S, CО2, H2SiО3, окисляемости, сухого остатка. Вычисляются Na + + К + , жесткость общая, карбонатная, СО2 агрессивная. Сокращенный анализ производится более точными методами в стационарной лаборатории. Он позволяет произвести контроль анализа. Применяется при массовых определениях для характеристики вод района.

Полный анализ включает определение физических свойств, pH, Cl — , SO4 2- , NO3 — , HCO3 — , СO3 2- , Na + , К + , Са 2+ , Mg 2+ , Fe 2+ , Fe 3+ , NH4 + , NO2 — , H2S, CО2, H2SiО3, окисляемости, сухого остатка. Вычисляются .жесткость общая, карбонатная, СО2 агрессивная. Полный анализ производится наиболее точными методами в стационарной лаборатории. Позволяет произвести контроль определений по сухому остатку и по суммам миллиграмм-эквивалентов катионов и анионов.

При проведений специальных исследований необходимы определения состава спонтанных и растворенных газов. В газах определяются: H2S + СО22, СН4, N2+- редкие, Аr + Кr + Хе, Не + Ne и тяжелые углеводороды.

Гидрохимический метод поисков н разведки полезных ископаемых вызывает необходимость определений Li, Rb, Cs, Ва, Вr, I, F, Р, As, В, Сu, Pb, Zn, Cd, Ni, Со, V, Ra, Rn, органических веществ и т. д.

Разноообразие химического состава природных вод вызывает необходимость их систематизации и классификации. Ниже приводится краткое описание некоторых распространенных классификаций.

Классификация Пальмера по соотношению анионов и катионов. Классификация построена по принципу соотношения различных групп анионов и катионов, обусловливающих характерные свойства природных вод. Выделяются пять групп катионов и анионов и шесть характерных свойств воды. Данные анализа выражаются в процент-эквивалентной форме. Катионы и анионы, близкие по своим химическим свойствам, объединяются в следующие группы:

Группа а – сумма процент-эквивалентов катионов щелочных металлов (Na + + К + + Li + ).

Группа е – сумма процент-эквивалентов катионов щелочноземельных металлов (Са 2+ + Mg 2+ + Ва 2+ ).

Группа S – сумма процент-эквивалентов анионов сильных кислот (SO4 2- + Cl — + NO3 — )

Группа А – сумма процент-эквивалентов аиионов слабых кислот (СО3 2- + HCO3 — + HS — + HSiO3 — ).

Группа т – сумма процент-эквивалентов водород-иона и катионов тяжелых металлов (Н + + Fe 2+ + Fe 3+ + Сu 2+ и др.).

Характерные свойства воды, определяемые присутствующими в водах группами ионов, подразделяются на шесть следующих сочетаний:

1. Первая щелочность (щелочность)………………………… А1 Гидрокарбонаты и карбонаты щелочных металлов
2. 3. Вторая щелочность (временная жесткость и щелочность) A2 Гидрокарбонаты и карбонаты щелочноземельных металлов
3. Третья щелочность (щелочность)………………………… А3 Гидрокарбонаты тяжелых металлов
4. Первая соленость (соленость)………………………….. S1 Сульфаты и хлориды щелочных металлов
5. Вторая соленость (соленость, постоянная жесткость)… S2 Сульфаты и хлориды щелочноземельных металлов
6. Третья соленость (кислотность)……………………….. S3 Сульфаты и хлориды тяжелых металлов

На рис. 5.1 изображена схема свойств воды, иллюстрирующая шесть характеристик Пальмера.

По соотношению различных катионов и аниоиов (в процент-эквивалентах) выделяется, по Пальмеру, пять классов вод.

I. Сумма анионов сильных кислот меньше суммы катионов щелочных металлов: S S > а.

IV. Сумма анионов сильных кислот равна сумме катионов щелочных и щелочноземельных металлов: S = (а + е).

V. Сумма аиионов сильных кислот больше суммы катионов щелочных и щелочноземельных металлов: S > (а+ е).

Рис. 5.1. Схема химических свойств воды

Каждый из этих классов характеризует не более чем четыре свойства воды (табл. 5.1).

I класс – воды щелочные, образующиеся при растворении продуктов выветривания изверженных пород в результате процессов обменной адсорбции кальция на натрий. Характерны для вод нефтяных месторождений.

II класс – промежуточный между классами I и III

III класс – воды с постоянной и временной жесткостью. Воды коры выветривания.

IV класс – воды только с постоянной жесткостью. Содержат преимущественно хлориды и сульфаты щелочных металлов. Воды морей и соленых озер.

V класс – кислые воды. Содержат сульфаты железа, алюминия и тяжелых металлов. Воды окисленной зоны рудных месторождений.

Пересчет результатов анализа вод, по Пальмеру, производится путем комбинирования процент-эквивалентов катионов и анионов по вышеизложенному принципу. Ниже приводится пример пересчета данных анализа воды, приведенных в табл. 5.2.

Свойства воды в каждом из пяти классов, по Пальмеру

Класс Свойства
I 1-я соленость S1; 1-я, 2-я и 3-я щелочность А1, А2, А3
II 1-я соленость S1; 2-я и 3-я щелочность А2, А3
III 1-я и 2-я соленость S1, S2; 2-я и 3-я щелочность А2, А3
IV 1-я и 2-я соленость S1, S2; 3-я щелочность А3
V 1-я, 2-я и 3-я соленость S1, S2и S3
Ионы Мг/л Мг-экв/л %-эквивалент
Ca 2+ 95,3 4,75 44,86
Mg 2+ 42,4 3,48 32,86
K + 15,5 0,40 3,78
Na + 45,1 1,96 18,5
Сумма катионов 198,3 10,59 100,0
SO4 2- 18,9 0,39 3,68
Cl — 3.2 0,09 0,84
HCO3 617,0 10,11 95,48
Сумма анионов 639,1 10,59 100,0
1-я соленость S1: 3,68+0,84……………………………….. 4,52
2-я и 3-я соленость S2и S3…………………………………. Нет
1-я щелочность А1: (18,5+3,78) – 4,52…………………….. 17,76
2-я щелочность А2:44,86+32,86………………………….. 77,72
Итого:……………………………………………………….. 100,0%

Вода, таким образом, должна быть отнесена к I классу.

Для графического изображения классификации вод по Пальмеру используется график (рис. 5.2), представляющий собой три равных горизонтальных столбика, каждый из которых разделен на 100 равных частей.

На верхнем столбике откладывают процент-эквиваленты катионов (K + + Na + , Mg 2+ + Са 2+ , Fe 2 +, Mn 3+ и других тяжелых металлов), на нижнем – процент-эквиваленты анионов (SO4 2- , Cl — , NO3 — , СО3 2- + HCO3 — ). На среднем столбике откладывают характерные свойства воды.

Задание 1. и По данным результатов анализа воды (прилож. 4) определить её класс (по Пальмеру) построить график состава.

Рис. 5.2. График пяти классов воды, по Пальмеру

Нумерация природных вод, по Н. И. Толстихину.

Классификация Н.И. Толстихина, известная под названием «Нумерация природных вод», не только выделяет некоторые группы, но и охватывает все разнообразие вод, встречающихся в природе. Сущность нумерации заключается в том, что вычисленные в процент-эквивалентах группы катионов и анионов наносят на диаграмму, изображенную на рис. 5.3.

Диаграмма представляет собой квадрат, который разделен на десять вертикальных и десять горизонтальных рядов, образующих сто малых квадратов. Каждый имеет свой номер. Для определения номера воды поступают следующим образом. На горизонтальной стороне квадрата слева направо откладывают сумму процент-эквивалентов Са 2+ + Mg 2+ + Fe 2+ или справа налево – сумму процент- эквивалентов Na + + К + . На вертикальной стороне снизу вверх откладывают сумму процент-эквивалентов СО3 2- + HCO3 — или сверху вниз — сумму процент- эквивалентов SO4 2- + Cl — . Точка пересечения ординаты и абсциссы указывает на состав данной воды. Вода получает номер того малого квадрата, в который попадает точка ее анализа.

Рис. 5.3. График-квадрат нумерации природных вод,

Определить номер воды можно и арифметическим путем. Для этого округляют единицы процент-эквивалентов группы Na + + К + до полного десятка и полученное число десятков складывают с процент-эквивалентами группы SO4 2- + Cl — . При этом, если последняя группа окажется однозначным числом, она в расчет не принимается.

Пример расчета. Группа Na + + К + равна 54, число принимается равным 6. Группа SO4 2- + Cl — равна 49, число принимается равным 5. В приводимом примере вода по графику (рис. 5.3)

будет иметь № 46. В нем группа Na + + К + равна 18,50+ 3,78= 22,28 и число десятков в этой группе принимается равным 3. Группа SO4 2- + Cl — представлена однозначным числом 4,52 и в расчет не принимается.

На основании номера воды можно судить о сумме процент-эквивалентов групп а, е, S, А по принадлежности воды к I, II, III и IV классам Пальмера.

Номер воды не характеризует количества SO4 2- и Cl — , а дает их сумму. Н. И. Толстихин рекомендует устранить этот недостаток путем написания за номером воды количества процент-эквивалентов SO4 2 . Как дополнение к нумерации вод представляет интерес составление графиков-треугольников отдельно для катионов и анионов (рис. 5.4).

Рис. 5.4. Графики-треугольники для катионов и анионов

Для газов Н. И. Толстихиным предложен график-треугольник, стороны которого разделены на 100 частей (рис. 5.5). Применение последнего сходно с применением графика-квадрата.

Большое сходство с квадратом Н. И. Толстихина, дополненным треугольниками анионного и катионного состава, имеет графическое изображение состава воды в виде ромба с треугольниками катионного и анионного состава, опубликованное С. Девисом, Р. де Уистом и показанное на рис. 3.16. Характерно, что химический состав воды на данном рисунке называется в последовательности: катион – анион, в российской литературе воду называют в обратном порядке.

Рис. 5.5. График-треугольник для газов

Задание 2. По данным результатов анализа воды (прилож. 4) определить её номер (по Н. И. Толстихину).

График-квадрат А. А. Бродского. На графике (рис. 5.6а) по оси абсцисс откладывают первые и вторые по преобладанию катионы. Результаты каждого анализа наносят в один из 36 квадратов графика. Таким образом, в каждом квадрате представлен определенный тип воды. Химический состав воды наносят на график не в виде точки, а в виде значка, отображающего ту или иную степень минерализации. Для обобщения различных вод большого региона вводят условные обозначения – значки и индексы в виде букв. При применении условных обозначений любая вода может быть охарактеризована не только посредством наглядного изображения на графике, но и при помощи полного индекса, указывающего ее местоположение в том или ином квадрате. В прилагаемой табл. 11 вода А имеет индекс II5А, вода Б – III2Б.

Рис. 5.6. Классификация воды по содержанию ионов (в %-экв),

по С. Денису и Р. де Уисту: А – кальцево-карбонатная; В – кальциево-натриево-хлоридная вода; С – натриево-кальциево-магниево-сульфатная вода

Гидрохимический профиль, по А. А. Бродскому. Гидрохимический профиль строят следующим образом. По оси абсцисс (рис. 5.7б) откладывают в определенном масштабе расстояния между точками взятия проб воды. Для изучения изменения состава воды во времени или с глубиной на этой же оси вместо расстояния можно откладывать время или глубину отбора проб. По оси ординат, откладывают содержание ионов в миллиграмм-эквивалентах. В начале наносят в определенном порядке анионы. Первые точки от нуля ставят для гидрокарбонат-иона и соединяют между собой кривой.

Площадь, образованную этой кривой и осью абсцисс, штрихуют согласно условным обозначениям. Затем откладывают точки дли сульфат-иона и в той же последовательности – для хлорид-иона. При наличии в воде нитрат-иона он также выделяется на профиле, но уже выше линии хлорид-иона.

Химический состав вод А и Б

Ионы Вода А Вода Б
Мг/л Мг-экв/л %-экв. Мг/л Мг-экв/л %-экв.
Na + 4.51 3,34
K + 0,41 0,37
Ca 2+ 2.46 12,29
Mg 2+ 0,82 32 . 2,60
Сумма катионов 8,20 18,60
Cl — 1.64 1.86
SO4 2- 1.40 8.75
NO3 0,16 1,67
HCO3 5,00 6,32
CO3 2 — Нет Нет
Сумма анионов 8,20 18.60

Примечание. Кроме того, вода Б содержит 1300 мг/л СО2, рН = 6,5 и имеет температуру 40 о С. Дебит данного водоисточника 1000 л/сутки.

Все эти точки также соединяют между собой кривыми, а площади между кривыми соответственно штрихуют. На профиль, образованный анионами, таким же образом наносят катионный состав в последовательности: Са 2 + –Mg 2 + –Na + –К + . При этом заштриховывают только площадь, соответствующую ионам магния. Так как суммы миллиграмм-эквивалентов анионов и катионов всегда равны, то в любом месте графика кривая нитрат-иона (или, при его отсутствии, кривая хлорид-иона) совпадает с кривой щелочных металлов.

На рис. 5.7б скв. II и III расположены от скв. I на расстоянии соответственно 4,5 и 11,3 км. Скв. I имеет воду с содержанием (мг-экв/л): HCO3 — – 2,0; SO4 2- – 8, Cl — – 1,0; NO3 3- – нет; Ca 2+ – 7,0; Mg 2+ – 2,6; Na + – 1,4. Скв. II содержит воду А, а скв. III — воду Б. На гидрохимическом профиле четко отображены не только соотношения между ионами в каждом отдельном водопункте, но и гипотетические соли, образующие эти ионы, и, самое главное, изменение ионного состава.

В тех случаях, когда гидрохимический профиль применяется для выяснения пространственных изменений, он обязательно совмещается с соответствующим гидрогеологическим профилем или разрезом.

Выражение химического состава воды в виде формул. Из формул наибольшей популярностью пользуются формула Курлова и формула солевого состава воды.

Рис. 5.7. График-квадрат (а) и гидрохимический профиль (б)

Формула Курлова представляет собой псевдодробь, в числителе которой находятся анионы (%-экв) в убывающем порядке их содержания, а в знаменателе – в таком же порядке катионы. Для вычисления процент-эквивалентов (% — экв) принимаем сумму мг — экв анионов (ХА), содержащихся в 1 л воды за 100 % и вычисляем процент содержания каждого аниона в мг — экв по отношению к этой сумме. Аналогично вычисляем %- экв катионов.

Ионы, присутствующие в количестве менее 10%-экв, в формуле не указывают. Формула сопровождается дополнительными данными. Слева от дроби проставляют величину рН, жесткость (ж)( в мг-экв/л), в граммах на литр количество газов и активных элементов при содержании их не менее нижних норм, отличающих обычные воды от минеральных, и минерализация воды М в граммах до первого десятичного знака. Справа от дроби проставляется температура воды Т и дебет Д в литрах в сутки. Так, вода Б будет обозначаться следующей формулой:

pH6,5 ж 14,89 СО2М1,4 Т40Д1000

Формула солевого состава отличается от формулы Курлова тем, что в ней отображено только содержание основных ионов, без указания температуры, дебета, рН и жесткости. Она часто используется в случае большого количества анализов воды, для упрощения обработки результатов.

Задание 3. Составить формулы Курлова и солевого состава для трех проб воды. Варианты для выполнения задания представлены в прилож. 3. В каждом варианте принять шаг по дебету скважины 1,0 л/сут, исходное значение по дебету 2 л/сут. Температура для 1-й воды 30ºС; 2-й – 45ºС; 3-й 20ºС.

Практическая работа № 6

Последнее изменение этой страницы: 2017-01-25; Нарушение авторского права страницы

источник

Основными задачами химического анализа подземных вод в практике гидрогеологических исследований являются:

  • • изучение закономерностей формирования и распространения подземных вод различного состава;
  • • оценка состава и свойств подземных вод для питьевого, технического, сельскохозяйственного, лечебного и других видов исследования;
  • • исследования подземных вод как критерии при поисках месторождений полезных ископаемых — нефти, газа, солей, различных руд;
  • • оценка подземных вод как химического сырья для получения йода, брома, бора и других элементов.

Существует четыре типа химических анализов подземных вод: полевой, сокращенный, полный и специальный.

Полевой анализ наиболее прост, он применяется для предварительной характеристики подземных вод района. Его проводят в полевых условиях в походных гидрохимических лабораториях, часто упрощенными методами. При полевом анализе определяют: физические свойства воды, ее pH, наличие СГ, S04 _ , NO3, HCOj, СО 2- , общую жесткость, присутствие Са 2+ , Fe 2+ , Fe 3+ , NH4, N02, С02своб; вычисляют: Na + + К + , карбонатную жесткость, Mg 2+ и общую минерализацию.

Сокращенный анализ. Этот анализ производят более точными методами в стационарных лабораториях. При сокращенном анализе определяют: физические свойства воды, величину pH, содержание ионов и компонентов (СГ, S04

Ca 2+ , Mg 2+ , Fe 2+ , Fe 3+ , NH4, N02, свободную и агрессивную углекислоту С02, Si02, окисляемость, сухой остаток, жесткость общую, карбонатную и некарбонатную.

Полный анализ применяется для подробной характеристики химического состава подземных вод. Он производится наиболее точными методами в стационарных лабораториях. Анализ позволяет произвести контроль определений как по сухому остатку, так и по суммам мг-экв катионов и анионов. При полном анализе определяют: физические свойства воды, ее pH, наличие СГ, SO4 — , NO3, HCOJ, СО3 2 -, Na + , К + , Са 2+ , Mg 2+ , Fe 2+ , Fe 3+ , NHj, NOJ, С02своб и C02 arpec, Si02, окисляемость, сухой остаток; вычисляют: жесткость общую, карбонатную и некарбонатную, С02 агрес.

Специальный анализ. Помимо характеристик, определяемых при перечисленных выше типах анализа, этот анализ включает установление специальных показателей (микрокомпонентов, органических веществ, газов, Eh и др.) по особому заданию в соответствии с целевым назначением исследований. Количество отбираемой для анализа воды зависит от точности и чувствительности анализа и минерализации воды. Чем выше требования к чувствительности и точности анализа, тем больше должен быть объем пробы; пресные и слабо минерализованные воды отбирают в больших объемах, чем сильно минерализованные. При полевом анализе обычно бывает достаточно 0,5 л воды, при сокращенном — от 0,5 до 1,0 л (в зависимости от минерализации), а при полном — от 1,0 до 2,0 л. Для определения неустойчивых (изменяющихся во времени) компонентов — С02, H2S, 02, Fe и др. — применяют специальные методы отбора и хранения проб.

Результаты химического анализа воды выражают в массовых количествах веществ, растворенных в 1 л (или в 1 кг воды), в эквивалентных количествах или в процент-эквивалентных количествах (%-экв) воды. В гидрогеологической практике принято массовые количества компонентов выражать в миллиграммах на 1 л (мг/л), а эквивалентные количества ионов — в миллиграмм-эквивалентах (мг-экв) каждого иона в 1 л воды.

Величину сухого (плотного) остатка получают взвешиванием пробы после выпаривания воды. Сумму ионов определяют суммированием массы всех ионов, содержащихся в исследуемой воде. Сумма минеральных веществ — более полное выражение, чем сумма ионов, так как она учитывает и недиссоциированные неорганические вещества Si02 и Fe23.

В настоящее время принята ионная форма выражения химических анализов воды. Данные лабораторных анализов подземных вод, выраженные в мг/л, подвергаются дальнейшей обработке (табл. 7.1).

Результаты химического анализа подземных вод

Разнообразие химического состава подземных вод вызывает необходимость в их систематизации. Существуют различные формы и множество способов наглядного изображения химического состава вод (графики, формулы, коэффициенты и т.п.).

Формула Курлова. Принцип этой формулы — изображение содержащихся в воде ионов в убывающем порядке в виде псев- додроби, в числителе которой записаны анионы, а в знаменателе — катионы. Слева от дроби формулы приводятся следующие показатели: SP — микроэлементы (Br, I, As) и свободные газы (С02 и др.), мг/л, а также общая минерализация воды М в г/л; справа — pH, температура воды t и дебит D [14, 21].

Ионы, содержание которых в воде менее 10%, в формуле не указываются, однако некоторые исследователи считают, что следует указывать все ионы, входящие в состав подземных вод. В общем виде формула Курлова имеет вид:

Например, паспорт воды знаменитого кисловодского нарзана по формуле Курлова будет иметь следующий вид:

Формула Курлова была предложена в 1928 г., а затем претерпела некоторые изменения. Наиболее рациональным представляется вариант этой формулы, предложенный И.Ю. Соколовым в 1970 г. Он заключается в следующем.

  • 1. В левой части формулы записывают (в мг/л) содержание газов, а затем микрокомпонентов, если их количество превышает норму для отнесения подземных вод к минеральным или представляет геохимический интерес.
  • 2. Далее указывают величину минерализации воды М в виде дроби: в числителе — в г/л, с точностью до одного десятичного знака, в знаменателе — в эквивалентной форме, выраженной в мг-экв/л суммы анионов.
  • 3. В знаменателе псевдодроби записывают в нисходящем порядке все катионы, в числителе — анионы, содержание которых составляет более 1%-экв (с точностью до целых процентов).
  • 4. После псевдодроби указывают показатели, характеризующие состояние воды (pH и Eh) и ее температуру, а также перманга- натную окисляемость (в мг О/л). Для сильно минерализованных вод и рассолов в конце формулы проставляют плотность воды.

Формула Курлова позволяет полно отразить все важнейшие химические характеристики исследуемой воды и при этом считать эквивалентное и массовое содержание найденных при анализе ионов. Наименование воды по ее ионному составу, т.е. чтение этой формулы, согласно ГОСТу 13273—73 на минеральные воды таково: сначала называют подчиненные ионы, потом — преобладающие. Так, название воды, записанное в виде приведенной выше формулы, следующее: сульфатно-гидрокарбонатная, кальциево-натриевая вода (в названии обычно учитывают два катиона и два аниона или ионы, содержание которых равно или превышает 25%-экв).

Жесткость. Для пресной воды различают общую, временную (или устранимую) и постоянную жесткость. Общая жесткость обусловлена суммарным содержанием в воде ионов Са 2+ и Mg 2+ . Временную (устранимую) жесткость придают воде карбонаты кальция и магния, осаждающиеся при кипячении воды в виде накипи вследствие разрушения гидрокарбонат-иона:

Разность между общей и временной жесткостью называют постоянной жесткостью, она связана с присутствием сульфатов и галоидов кальция и магния. В настоящее время в России принято выражать жесткость в мг-экв/л (1 мг-экв/л соответствует содержанию 20,04 мг/л Са 2+ или 12,16 мг/л Mg 2+ ).

Для графического изображения химического состава вод пользуются различными геометрическими фигурами (квадратом, треугольником и т.д.), на сторонах которых откладываются преобладающие шесть катионов и анионов, а также различными химическими формулами, например, формулой Курлова, которую часто называют паспортом подземных вод (рис. 7.2).

Рис. 7.2. Способы графического изображения химического состава воды [20, 21]:

I, II — графики-прямоугольники (соответственно без учета и с учетом минерализации); III — график-круг; IV, V — графики-треугольники (соответственно катионного и анионного состава); 7 — К + ; 2 — Na + ; 3 — Mg 2+ ; 4 — Са 2+ ; 5 — NOj; 6 — Cl — ;

К основным видам гидрогеохимической графики относятся гидрогеохимические карты, профили, колонки, разрезы, которые позволяют комплексно изучать гидрохимический режим подземных вод и выявлять определенные закономерности формирования химического состава подземных вод.

источник

Наиболее востребованным в настоящее время является химический анализ воды из скважины, колодца или водопроводной воды. Благодаря химическому анализу воды, проведенному в нашей лаборатории, можно получить сведения о концентрации в воде железа , марганца , солей жёсткости , вредоносных соединений. Наряду с этим можно сделать бактериологический анализ воды , который определит, есть ли в воде бактерии.

Сокращенный химический анализ воды проводится по 7-ми показателям,
рекомендованным СанПиН 2.1.4.1074-01

Показатель Ед. Измерения СанПиН 2.1.4.1074-01
1. Водородный показатель pН ед. рН 6-9
2. Мутность мг/дм³ 2,6
3. Цветность градусы 20
4. Жесткость мг-экв/л 7
5. Окисляемость перманганатная мгО/дм³ 5,0
6. Железо общ. мг/дм³ 0,3
7. Марганец мг/дм³ 0,1

  1. Воду необходимо отбирать в чистую пластиковую бутыль объёмом 1,5-2,0 литра. Пластиковую бутыль желательно использовать из-под простой питьевой воды. Категорически не допускается использование пластмассовых бутылей, в которых до этого были лимонады, квас, пиво или другие цветные и ароматизированные напитки.
  2. Перед набором необходимо открыть кран и пролить воду в течение 5-10 минут. Это необходимо для удаления из труб застоявшейся воды.
  3. Бутылку и пробку перед набором воды необходимо несколько раз ополоснуть той водой, которую нужно набирать. При этом использовать моющие средства нельзя.
  4. Воду старайтесь наливать тонкой струйкой, по стенке бутылки. Такой способ позволит не допустить насыщение воды кислородом вследствие чего может произойти окисление двухвалентного железа в трёхвалентное железо.
  5. Воду нужно налить по горлышко и плотно завернуть пробкой. Наличие воздуха под пробкой нежелательно.
  6. Если нет возможности сразу привезти воду на анализ, её необходимо убрать в холодильник. Замораживание воды запрещается. Время хранения воды в холодильнике не должно превышать 48 часов.

В прописи анализов исходной воды необходимо указать тип источника водоснабжения

Поверхностный (река, озеро, море, водохранилище, пруд, условно включаются также безнапорные скважины, колодцы, ключи и каптажи), напорный артезианский и тип системы оборотного водоснабжения.

Из подземных источников водоснабжения пробы должны отбираться в течение 1 года: в каждый характерный в данном климатическом районе период по две пробы. Интервал отбора — не менее 24 часов

Если вода поверхностная, то необходимы 12 анализов разовых проб, отбираемых ежемесячно, за год, предшествующий году проектирования.

источник

Тел: +7 (495) 728-94-19
Тел: +7 (963) 659-59-00
Москва, Олонецкий пр. д. 4/2

выполняем работы по г. Москве
и всей Московской области

Геология

Грунтовая лаборатория

Грунтовая лаборатория
Оснащенность лаборатории
Область аккредитации
Типы исследуемых грунтов
песчаные грунты
глины, суглинки, супеси
заторфованные грунты
техногенные грунты
Механические свойства грунтов
испытания грунтов на срез
компрессионные испытания
трехосное сжатие
свободное набухание
Физические свойства грунтов
гранулометрический состав
природная влажность
показатель текучести
предел пластичности
пористость, коэфф. пористости
определение плотности грунта
Химический анализ
химанализ водной вытяжки
коррозийная агрессивность

Библиотека

ООО «Буровики»:

Контакты
Рекомендательные письма
Допуски и Лицензии
Цены и сроки, прайс лист
Написать письмо


1 400 рублей за метр. Подробнее
Почему стоит заказать именно у нас

Грунтовые воды относятся к разновидностям подземных вод, которые залегают на водоупоре, расположенном ближе к поверхности. На территориях с влажным климатом происходит развитие интенсивных процессов инфильтрации, а также подземного стока, что приводит к выщелачиванию грунтов и горных пород. В некоторых случаях происходит излишнее их испарение, что приводит к засолению почвы. Поэтому стандартный анализ грунтовой воды, когда выполняются инженерно-геологические изыскания для проектирования зданий (сооружений), считается обязательным.

Читайте также:  Кто должен делать анализ питьевой воды

Стандартный анализ грунтовой воды выполняется в условиях лаборатории для получения показателей минерализации образца, его жесткости, агрессивности по отношению к различным материалам строительства (в первую очередь к стали, бетону и алюминиевым оболочкам кабелей), электропроводность и т.д. Минерализацией следует считать сумму всех минеральных веществ, которые растворены в грунтовой воде. Данный показатель получается методом выпаривания исследуемого образца. Следует различать такие степени минерализации грунтовых вод:

Жёсткость грунтовой воды определяется исходя из наличия ионов кальция и магния. Эти химические показатели важны при бурении скважин для поиска пресной воды населению. Также под застройку домов (коттеджей, сооружений) геология участка исследуется на показатель чистоты и безопасности для проживания в данной местности. А, как известно грунтовые воды являются главными показателями чистоты грунта.

Проводя инженерные изыскания на отводимом участке (площадке) важно учитывать фактор агрессивности грунтовых вод. Грунтовые воды могут оказывать разрушающий эффект для бетона и других строительных материалов. Для этого в условиях лаборатории стандартный анализ грунтовой воды выполняется также для получения показателя агрессивности. Агрессивность грунтовых вод бывает таких типов:

  • выщелачивающая;
  • общекислотная;
  • сульфатная;
  • магнезиальная;
  • углекислотная

СП 11-105-97 Часть I. Общие правила производства работ Приложение Н (обязательное)

Показатели химического состава подземных и поверхностных вод
и методы их лабораторных определений при инженерно-геологических изысканиях

Показатели химического состава воды

Коррозионная активность воды к оболочкам кабелей

Метод испытания или обозначение государственного

стандарта на методы определения

температура в момент взятия пробы, °С

вкус и привкус при температуре 20 °С

Примечание — При проведении комплексных изысканий состав определяемых компонентов следует устанавливать с учетом требований СП 11-102-97

Результаты анализа грунтовой воды позволяет определить уровень ее рН. Если он пребывает ниже уровня нейтрального значения, которое составляет 7 единиц, то вода является кислотной. В таком случае она может разрушать бетон, вне зависимости от того, какого типа портландцемент использован в нем. Степень разрушения также зависит от вида и концентрации кислоты, возможности непрерывного обновления кислоты, скорости течения и давление грунтовой воды на бетон, расхода цемента, непроницаемости бетона и типа заполнителя.

Читайте также:  Кто должен делать анализ воды

Сама по себе величина рН является определяющим фактором вида или концентрации присутствующей кислоты, ведь это всего лишь мера степени кислотности. В качестве предварительных данных измерения рН очень полезны и позволяют получить представление о наличии или отсутствии кислот. Однако в большинстве случаев необходимым является проведение химического анализа, при котором определяется характер и концентрация кислоты. Как правило, кислотность естественных грунтовых вод, которые имеют низкий рН, вызвана органическими кислотами и растворенной углекислотой, а также, в отдельных случаях, сернистой и серной кислотой, которая поступает из соединений серы в торфяных грунтах. По мере увеличения интенсивности агрессивного воздействия можно повышать качество бетона, например, увеличивать расход цемента с более низким водоцементным отношением.

В зависимости от типа агрессивности грунтовых вод проектировщик принимает решения по выбору материала для строительства строения, а также глубины фундамента.

Анализ грунтовой воды необходим для получения детальной информации об участке исследований. Зная особенности данной жидкости можно своевременно предотвратить неприятные последствия: разрушение, усадка фундамента, трещины на здании, сезонное подтопление и т.д. Для этого проектировщики на первоначальных стадиях проектирования объекта планируют защитные мероприятия (дренажную систему), а также по возможности выбирают более подходящий для данной среды тип фундамента. Для зданий, не имеющих подвальных помещений и при высоком уровне грунтовых вод достаточно просто изолировать стены строения от влаги (не дать возможности поднятию уровня грунтовых вод по стенам). В некоторых случаях выполняют гидроизоляцию фундамента. В любом случае, необходимо учитывать тот факт, что грунтовые воды неблагоприятно влияют на строение в разные времена года (особенно зимой и во время таяния) и заранее принимать меры по их устранению.

источник

Данная работа рассчитана на 2 часа академических занятий и на 4 часа самостоятельной работы студентов с преподавателем.

Целью данной работы является ознакомление студентов с данными сокращенного химического анализа подземных вод, методикой их обработки и пересчета путем использования нормативов ГОСТа, систематизация и оценка пригодности их для питьевого водоснабжения или технического использования.

2.2.1 Свойства и характеристика подземных вод. Вопросы практического использования подземных и рудничных вод могут быть решены только после полного изучения их физико-химических свойств, химического и бактериального состава.

Химический состав и физические свойства подземных вод изучают для различных целей: питьевого и технически-хозяйственного водоснабжения (питания паровых котлов, охлаждения машин, тушения пожаров и т.п.), орошения полей, лечебных целей, как поисковый критерий на различные полезные ископаемые, для оценки агрессивности подземных вод по отношению к бетону, коррозирующих свойств по отношению к металлам, для установления связи водоносных горизонтов между собой и с поверхностными водами и т.п.

Подземные воды представляют собой сложные естественные растворы, находящиеся в многообразных связях и взаимодействии с окружающей природной средой. Естественная физико-географическая и геологическая обстановка определяют особенности генезиса и дальнейшего преобразования подземных вод.

К физическим свойствам подземных вод относятся температура, цвет, запах, прозрачность, вкус, привкус, электропроводность и радиоактивность. Определение этих свойств частично проводится непосредственно в полевых условиях при отборе проб воды, а в основном – в химических лабораториях по специальной методике.

Химические свойства подземных вод определяются количеством и соотношением содержащихся в них в растворенном виде солей, присутствующих в воде в виде ионов – анионов и катионов, а также некоторых недиссоциированных соединений, газов и органических соединений.

Среди ионов наибольшее практическое значение имеют следующие: катионы – водород – H + , натрий – Na + , калий – K + , магний – Mg 2+ , кальций – Ca 2+ , железо – Fe 2+ ; анионы – хлор – Cl — , сульфат – SO4 2- , гидрокарбонат – HCO3 — . Из недиссоциированных соединений наиболее часто встречаются окислы железа – Fe2O3, кремния – Si2O3, алюминия – Al2O3, а из газов – углекислый газ – CO2, кислород – O2, азот – N2, метан – CH4, сероводород – H2S.

В результате выполнения данной работы студенты, изучив химический состав подземных вод, должны иметь определенные навыки по их обработке и систематизации, а также определить область практического использования.

Перечень необходимых определений веществ, содержащихся в подземных водах, устанавливается в соответствии с целевым назначением анализа, что и указывается в программе работ гидрогеологических исследований.

2.2.2 Способы выражения химического состава подземных вод. В природной воде молекулы солей почти полностью диссоциированы на ионы, поэтому основной формой выражения результатов химического анализа воды является ионная форма. При этом содержание любого иона в процессе исследования выражается в граммах или миллиграммах на кубический дециметр (что равнозначно литру) воды (г/дм 3 (г/л), мг/дм 3 (мг/л)). Поэтому результаты анализов в химических лабораториях даются в ионной форме, т.е. в г/дм 3 (г/л), мг/дм 3 (мг/л).

Но, делать некоторые выводы о составе и свойствах воды можно, лишь имея анализы в миллиграмм — эквивалентной и эквивалент — процентной формах. Поэтому данные химического анализа должны быть пересчитаны (табл. 3). Для этого вначале необходимо определить эквивалент каждого аниона и катиона. Дело в том, что ионы взаимодействуют между собой в строго определенных эквивалентных весовых соотношениях. Например, один эквивалент одного иона хлора Cl — может взаимодействовать только с одним эквивалентом иона натрия Na + или кальция Ca 2+ . Следовательно, эквивалент – это число, показывающее, в каком весовом соотношении данный ион вступает в соединение с другим ионом. Для пересчета анализа из ионной формы в миллиграмм – эквивалентную следует число миллиграммов каждого иона разделить на его эквивалентный вес, который представляет собой отношение атомного (или ионного) веса данного элемента к его валентности.

Например, кальция Ca 2+ в воде содержится 420 мг/дм 3 . Эквивалентный вес одного иона кальция Ca 2+ равен: 40,08 : 2 = 20,04 мг/экв. Чтобы определить его миллиграмм – эквивалентное содержание надо 420 : 20,04 = 20,96 мг/экв.

Также для пересчета анализов воды в миллиграмм-эквиваленты содержание ионов умножают на специальные пересчетные коэффициенты, которые представляют частное от деления единицы на эквивалентный вес. Для выше приведенного примера пересчетный коэффициент кальция Ca 2+ равен 1 : 20,04 = 0,0499. Если 420 • 0,0499 = 20,96 мг/экв – миллиграмм-эквивалентная форма.

Ниже приведены пересчетные коэффициенты для некоторых ионов:

гидрокарбонат HCO3 — – 0,0164

Если сумму всех катионов и анионов в миллиграмм-эквивалентной форме принять за 100%, можно получить соответствующие выражения для анионов и катионов в эквивалент-процентной форме.

Количества катионов и анионов, выраженные в эквивалент-процентной форме, должны быть равны между собой, т.е. сумма всех катионов должна составлять 50% и сумма всех анионов тоже 50%, что является удобным контролем анализа.

В последнее время очень часто принимают за 100% сумму миллиграмм-эквивалентов анионов и также за 100% — сумму миллиграмм-эквивалентов катионов. Расчет от этого не изменяется, но величины эквивалент-процентов становятся в два раза больше.

Если результаты анализа воды выражены в миллиграмм-эквивалентной форме, то перед символом иона ставят букву r, например rCl — и т.д.

При анализе могут быть неточности. Допустимая неточность анализа определяется из выражения:

Таблица 3 — Исходные данные

№ скв. глубина взятия пробы, м pH сухой оста-ток, г/л катионы, мг/л анионы, мг/л темпе-ратура воды, t 0 C второсте-пенн. компо-ненты, мг/л
Na + + K + Ca 2+ Mg 2+ HCO3 SO4 2- Cl —

В итоге пересчетов должна быть составлена таблица следующей формы (табл. 4):

Таблица 4 — Порядок пересчета ионной формы в другие формы

Основные ионы мг/л мг∙экв/л экв./проц. пересчетные коэффициенты прочие определения, мг/л
Катионы: Na + K + Ca 2+ Mg 2+ ∑ ∑r + Анионы HCO3 — Cl — SO4 2- ∑ ∑r — Всего 0,0435 0,0256 0,0499 0,0822 0,0164 0,0282 0,0208

При химическом анализе воды определяют величину сухого остатка после выпаривания и количества веществ, содержащихся в воде (минерализацию). Количества веществ показывают в ионной форме, при которой содержание отдельных ионов определяют в миллиграммах на 1 л воды. При выборе и оценке воды источника централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения пользуются государственными стандартами (ГОСТ – 2874 – 82 и др.). Сумма растворенных в воде веществ – сухой остаток – при t = 105 – 110 0 C не должна превышать 1000 мг/л.

2.2.3 Минерализация. Это экспериментально определенный сухой остаток или подсчитанная сумма минеральных веществ. Единой классификации по степени минерализации нет, их достаточно много применительно к требованиям отдельных ведомств. В таблице 5 приводится выражение общей минерализации подземных вод по В.М. Вернадскому, согласующееся с требованиями их практического использования.

Таблица 5 — Классификация подземных вод по общей минерализации

Оценка воды (раствора) Минерализация г/л
Пресная Солоноватая Соленая Горько-соленая Слабые рассолы Крепкие рассолы До 1 1 – 3 3 – 10 10 – 50 50 – 100 >100

2.2.4 Жесткость воды. Особое ее качество, обусловленное присутствием углекислых и сернокислых солей Ca 2+ и Mg 2+ . Жесткость поземных вод имеет большое значение при их оценке для практического использования. Жесткая вода плохо взмыливается, дает накипь в паровых котлах (что уменьшает их теплопроводность, приводит к перерасходу топлива и может вызвать аварию) и в посуде, вспенивается, в жесткой воде медленнее развариваются овощи, мясо, крупы и другие продукты.

Различают общую, временную (карбонатную или устранимую) и постоянную жесткость воды. Общей называют жесткость, соответствующую пробе свежей воды. При кипячении воды растворенные в ней бикарбонаты (двууглекислые соли) переходят в углекислые и выпадают в виде осадка или накипи. Жесткость, соответствующая кипяченной воде, называется постоянной. Разность между общей и постоянной жесткостью воды называют временной жесткостью.

Жесткость выражают в градусах жесткости. Существует три системы градусов жесткости: немецкая, французская, английская. За один немецкий градус жесткости принимается содержание в 1 л 10 мг CaO или 7,2 мг MgO. За один французский градус – содержание в 1 л воды 10 мг CaCO3 или 17,5 мг MgCO3. В английской системе одному градусу жесткости соответствует содержание в 1 л воды14 мг CaCO3 (точнее, в английских мерах, — 1 гран (64,79892 мг) CaCO3 на 1 галлон (4,546 л) воды).

Для перевода из одной системы градусов в другую можно воспользоваться такими соотношениями:

1,0 0 жестк. нем. = 1,79 0 жестк. франц. = 1,25 0 жестк. англ.

0,56 0 жестк. нем. = 1,0 0 жестк. франц. = 0,7 0 жестк. англ.

0,8 0 жестк. нем. = 1,43 0 жестк. франц. = 1,0 0 жестк. англ.

Количество солей, мг/л, из которых каждая в отдельности обусловливает 1 0 жесткости, представлены ниже:

1,0 0 жестк. нем. 10,0 7,2 17,9 8,0 19,7 17,0 25,0 21,5

1,0 0 жестк. франц. 5,6 4,0 10,0 4,4 11,0 9,5 14,0 12,0

1,0 0 жестк. англ. 8,0 5,8 14,0 6,4 15,8 13,6 20,1 17,2

В настоящее время в нашем государстве вместо жесткости в градусах введено понятие жесткости в миллиграмм-эквивалентах на литр. За единицу жесткости принимают 1 мг-экв Ca, т.е.20,04 мг Ca на 1 л воды. Вместо кальция может быть принят 1 мг-экв магния, т.е. 12,16 мг Mg на 1 л воды. Для перевода из системы градусов жесткости (немецких) в миллиграмм-эквиваленты и обратно можно воспользоваться такими соотношениями: 1 мг-экв/л соответствует 2,8 0 жест. (нем.); 0,357 мг-экв/л соответствует 1,0 0 жест. (нем.).

Жесткость природных вод колеблется в пределах от нескольких до десятков и сотен мг-экв/л; в одном и том же водоисточнике жесткость неодинаковая в разные времена года.

В случае необходимости использования жестких вод для тех или иных целей их приходится обрабатывать специальными способами для снижения жесткости до требуемых норм.

Природные воды по общей жесткости О.А. Алекин подразделяет на пять групп (табл. 6):

Таблица 6 — Классификация природных вод по общей жескости

Оценка воды Жесткость, мг-экв/л
Очень мягкая Мягкая Умеренно-жесткая Жесткая Очень жесткая До 1,5 1,5 – 3,0 3,0 – 6,0 6,0 – 9,0 >9,0

2.2.5 Оценка воды по активной реакции. Как уже отмечалось, в воде часть молекул всегда находится в диссоциированном состоянии, в виде ионов H + и OH — . Концентрация недиссоциированной воды считается постоянной, поэтому произведение ионов водорода и ионов гидроксила при данной температуре тоже будет величиной постоянной. При температуре 22 0 C эта величина равна 10 -14 . Так как чистая вода имеет нейтральную реакцию, количества ионов водорода и ионов гидроксила должны быть равны. Следовательно,

Читайте также:  Кто должен оплачивать анализы сточных вод

Это выражение означает, что в 1 л чистой воды при 22 0 C содержится 10 -7 грамм-молекул воды в ионизированном виде, т.е. 10 -7 грамм-ионов водорода и 10 -7 грамм-ионов гидроксила. Если [H + ] = 10 -7 , то lg[H + ] = -7 и — lg[H + ] = 7. Выражение — lg[H + ] означает pH. Следовательно, если pH 7 – щелочная.

По величине активной реакции или водородного показателя pH природные воды классифицируются следующим образом (табл. 7):

Таблица 7 — Классификация природных вод по активной реакции

Признак Значение pH
Весьма кислые Кислые Нейтральные Слабощелочные Высокощелочные 9

Подземные воды в большинстве своем имеют слабощелочную реакцию. Воды сульфидных и особенно колчеданных и каменноугольных месторождений обычно кислые и часто весьма кислые.

Определять концентрацию водородных ионов необходимо на месте взятия пробы; наиболее употребительный способ определения – колориметрический, основанный на свойстве индикаторов менять окраску в зависимости от концентрации водородных ионов.

2.2.6 Агрессивные свойства подземных вод. Отрицательное воздействие подземных вод на металл и бетон называется агрессивностью воды. Это свойство обусловлено присутствием в воде ионов бикарбоната, водорода, агрессивной углекислоты, сульфатов и магния. В связи с этим различают агрессивность выщелачивания, общекислотную, углекислую, сульфатную и магнезиальную. Оценку различных видов агрессивности проводят по справочнику «Нормы и технические условия. Бетон гидротехнический. Признаки и нормы агрессивности воды-среды».

Наличие натриевых и калиевых солей вызывает образование накипи. Свободный ион H + вызывает разъедание стенок котлов и труб. Временная (устранимая) жесткость воды является с этой точки зрения положительным фактором, так как ионы HCO3 — связывают свободные ионы H + . Кроме ионов водорода разъедающее действие на металл оказывают ионы кислорода, углекислоты, сероводорода. Поэтому вода, применяемая для технических целей, нуждается в предварительной обработке. После обработки вода по большей части становится непригодной для питья.

Агрессивность выщелачивания возникает при малом содержании в воде HCO3 — (менее 1,5 мг-экв/л). В этих условиях происходит растворение и вымывание из бетона содержащейся в нем извести.

Общекислотная агрессивность обусловлена низким значением водородного показателя pH (менее 5), из-за чего усиливается растворение извести бетона.

Углекислая агрессивность возникает в результате действия агрессивной углекислоты CO2. В процессе взаимодействия с водой из цемента выделяется свободная известь CaCO3, которая реагирует со свободной углекислотой CO2. Реакция идет по схеме CaCO3 + CO2 + H2O = Ca(HCO3)2. Образующийся при этом бигидрокарбонат кальция является растворимым и легко выносится из бетона.

Вода для большинства марок цемента становится агрессивной, если содержание в ней свободной углекислоты больше величины, определяемой по формуле a∙Ca + b. Содержание Ca 2+ выражается в мг/л, а коэффициенты a и b определяются в зависимости от карбонатной жесткости HCO3 — (мг-экв/л) и суммарного содержания ионов Cl — + SO4 2- в мг/л по специальной таблице 14.

Сульфатная агрессивность возникает при наличии в воде повышенного количества сульфата SO4 2- ; в бетоне происходит кристаллизация новых соединений, образование которых сопровождается увеличением объема, вследствие чего происходит разрушение бетона. Такими новыми соединениями являются гипс CaSO4 ∙ 2H2O и сульфоаллюминат кальция 3CaO ∙ Al2O3 ∙ 3CaSO4 ∙ 31H2O (цементная бацилла). При образовании гипса объем бетона увеличится в два раза, а при образовании цементной бациллы – в 2,5 раза.

При содержании в воде SO4 2- менее 250 мг/л сульфатная агрессивность отсутствует независимо от содержания хлора Cl — . Вода становится агрессивной по отношению к обычным портландцементам, если содержание ионов SO4 2- будет больше приведенных ниже показателей с учетом содержания в воде ионов хлора Cl — (мг/л):

Cl — — менее 1000 SO4 2- — 250

Магнезиальная агрессивность, подобно сульфатной, ведет к разрушению бетона при соприкосновении его с водой, содержащей повышенное количество Mg 2+ . При этом, если содержание ионов магния Mg 2+ будет меньше 1000 мг/л, вода считается магнезиально – неагрессивной независимо от содержания иона SO4 2- (мг/л). При содержании ионов магния Mg 2+ более 1000 мг/л и больше величины, определяемой по формуле К- SO4 2- , вода считается агрессивной. Величина К для обычного портланд — цемента равна 7000.

2.2.7 Классификация подземных вод по химическому составу. Единой общепринятой классификации подземных вод в зависимости от их химического состава нет, что объясняется чрезвычайно разнообразным качественным и количественным химическим составом природных вод. Наиболее удобны те классификации, которые построены на принципе деления вод по преобладающим ионам (катионам и анионам) и по соотношению между ними. Именно на этом принципе построена классификация О.А. Алекина, широко используемая в геолого–разведочной, горной промышленности, гидротехнике и коммунальном хозяйстве.

В соответствии с этой классификацией все природные воды по преобладающему в них аниону делятся на три больших класса – гидрокарбонатные, хлоридные и сульфатные. Каждый класс, в свою очередь, по преобладающему катиону делится на три группы – натриевые, кальциевые и магниевые. Группы по соотношению между ионами подразделяются на четыре типа:

I тип: HCO3 — > Ca 2+ + Mg 2+ — воды маломинерализованные;

II тип: HCO3 — 2+ + Mg 2+ — + SO4 2- — воды умеренной минерализации;

III тип: HCO3 — + SO4 2- 2+ + Mg 2+ или, что то же самое,

Cl — > Na + — воды высокоминерализованные;

IV тип — HCO3 — = 0 – воды кислые, имеются только в сульфатном и хлоридном классе.

Для удобства сопоставления анализов воды используют различные способы сокращенного изображения состава. Наиболее часто применяются формула М.Г. Курлова, графические – прямоугольник солевого состава Н.И. Толстихина и треугольники Фере ионного состава.

Формула М.Г. Курлова представляет собой псевдодробь, где в числителе располагаются по убывающей анионы с индексом, равным содержанию данного иона в экв/%, в знаменателе — в такой же последовательности катионы. Ионы, содержание которых не превышает 10 экв/%, в формулу не включаются. Количество анионов и катионов округляется до целого числа. Перед дробью даются значение минерализации (М) с индексом, равным количеству сухого остатка в г/л, а также содержание элементов и газов с индексами, равными их содержанию в мг/л. После дроби указываются температура воды в градусах (t 0 C) и активная реакция воды (pH).

В наименовании состава воды рекомендуется называть первыми анионы, затем катионы, а также элементы и газы. Ионы, содержание которых в воде менее 25%, не называются.

Прямоугольник солевого состава Н.И. Толстихина (рис. 13) состоит из трех вертикальных граф. Левая и правая графы делятся на 10 равных частей, каждая часть приравнивается 10%. Нумерация производится снизу вверх. В левой графе изображаются катионы, в правой – анионы в экв/%. В средней графе показывают состав и процентное содержание солей, которые образуются в результате реакции катионов и анионов. Катионы и анионы на графике располагаются снизу вверх в последовательности, определяемой относительной реактивной силой: K + , Na + , Mg 2+ , Ca 2+ , Fe 2+ , NO3 — , Cl — , Br — , I — , SO4 2- , HCO3 — , CO3 2- .

Катионы Соли Анионы
Ca 2+ CaCl2, CaSO4, Ca(HCO3)2 HCO3
Mg 2+ MgCl2, MgSO4, Mg(HCO3)2 SO4 2-
Na + NaCl, Na2SO4, NaHCO3 Cl —

Рисунок 13 – Прямоугольник солевого состава

Треугольники Фере ионного состава (рис. 14) составляются отдельно для катионов и анионов, содержание которых дается в экв/%. В произвольном масштабе вычерчиваются два равносторонних треугольника, в вершинах которых располагаются катионы и анионы. Считается, что в вершине количество каждого катиона и аниона равно 100%. Далее, каждая сторона треугольника делится на 10 равных отрезков, соответствующих 10-ти процентам. Содержание катиона или аниона откладывается в виде точек на двух прилежащих к этой вершине сторонах треугольника. Эти точки затем соединяются прямой линией, параллельной третьей стороне. В итоге в каждом треугольнике получится по три прямые линии, точка пересечения которых графически изображает химический состав воды.

2.2.8 Оценка воды для питьевого водоснабжения. Вода, используемаядля хозяйственно-питьевого водоснабжения, должна удовлетворять требованиям ГОСТ — 2874-82 «Вода питьевая, технические требования к качеству». Согласно этого стандарта ниже приведены предельно-допустимые концентрации (ПДК) для некоторых показателей (табл. 8):

Таблица 8 — Нормативы ГОСТ 2874-82

Показатель ПДК, не более
1.Активная реакция, pH 2.Сухой остаток, мг/л 3.Общая жесткость, мг-экв/л 4.Хлориды Cl — , мг/л 5.Сульфаты SO4 2 , мг/л 6.Нитраты N2, мг/л 7.Аммиак по N, мг/л 8.Железо Fe 2+ , мг/л 9.Свинец Pb 2+ , мг/л 10.Мышьяк As 3+ , мг/л 11.Фтор F, мг/л 12.Медь Cu 2+ , мг/л 13.Цинк Zn 2+ , мг/л 14.Остаточный алюминий Al 2+ , мг/л 15.Фенол, мг/л 16.Стронций Sr 2+ , мг/л 17.Природный уран U 235 , U 238 , мг/л 6,0 – 9,0 2,0 0,3 0,5 0,05 1,5 1,0 5,0 0,5 0,001 2,0 1,7

При отсутствии источника с пресной водой разрешается использовать воду с сухим остатком до 1500 мг/л, при общей жесткости до 10 мг-экв/л. В каждом случае возможность использования таких вод должна быть согласована с органами санитарно-эпидемиологической службы.

Питьевая вода должна быть прозрачна, бесцветна, не иметь запаха, быть приятной на вкус. Золотисто-желтая или бурая окраска воды свидетельствует о наличии в ней растворенных органических веществ. Соленый вкус обуславливается значительным количеством NaCl, а горький – присутствием MgSO4. Наличие в воде солей азотной и азотистой кислот, а также аммиака указывает на связь этой воды с участками, где происходит разложение органических веществ, следовательно, на возможность наличия болезнетворных бактерий. Кроме того, пригодность воды для питья определяется по наличию кишечной палочки Coli. Сама по себе кишечная палочка безвредна, но ее наличие также свидетельствует о возможном присутствии болезнетворных бактерий. Количественные показатели определяются коли-тиром, т,е. наименьшим количеством кубических сантиметров воды, содержащим одну кишечную палочку (300 см 3 ), или коли-тестом, т.е. наибольшим количеством кишечных палочек, содержащихся в 1 л воды ( 0 C

Второ-степен. компо-ненты, мг/л Na + + K + Ca 2+ Mg 2+ HCO3 — SO4 2- Cl — 25,0 6,5 33,0 CO2=18 Br2=0,6

Выполнить следующие виды работ:

а) Пересчитать результаты анализа из ионной формы в миллиграмм-эквивалентную и эквивалент-процентную формы и составить таблицу.

б) Оценить воду по степени минерализации.

в) Определить и оценить воду по всем видам жесткости.

д) Определить и оценить воду по всем видам агрессивности.

е) Произвести классификацию подземных вод по химическому составу.

ж) Выразить химический состав подземных вод в виде:

2) прямоугольника солевого состава

з) Оценить пригодность воды для питьевого водоснабжения.

Порядок выполнения работы

а) Для перерасчета результатов анализа согласно заданию составляется таблица 10.

В природной воде содержание K + составляет всего 4 – 10% от содержания Na + , поэтому все расчеты производятся по Na + .

Таблица 10 — Порядок пересчета из ионной формы в другие

Основные ионы мг/л мг∙экв/л экв./проц. пересчетные коэффициен-ты прочие определения, мг/л
Катионы: Na + K + Ca 2+ Mg 2+ 482,85 20,96 106,86 79,07 3,43 17,50 0,0435 0,0256 0,0499 0,0822 CO2=18,0 Br2=0,6
∑ ∑r + Анионы HCO3 — Cl — SO4 2- ∑ ∑r — Всего 610,67 1,15 545,67 56,16 602,98 0,19 90,50 9,31 0,0164 0,0282 0,0208

б) Определяем степень минерализации

Таблица 11 — Классификация подземных вод по общей минерализации

Оценка воды (раствора) Минерализация г/л
Пресная Солоноватая Соленая Горько-соленая Слабые рассолы Крепкие рассолы До 1 1 – 3 3 – 10 10 – 50 50 – 100 >100

Согласно классификации данная вода горько-соленая (М = 34,940 г/л).

в) Определяем все виды жесткости

Общая жесткость равна 20,96 + 106,86 = 127,82 мг-экв/л

Карбонатная жесткость равна 1,15 мг-экв/л

Постоянная жесткость равна 127,82 – 1.15 = 126,67 мг-экв/л

Таблица 12 — Классификация природных вод по общей жесткости

Оценка воды Жесткость, мг-экв/л
Очень мягкая Мягкая Умеренно-жесткая Жесткая Очень жесткая До 1,5 1,5 – 3,0 3,0 – 6,0 6,0 – 9,0 >9,0

Согласно таблицы 12 данная вода относится к очень жестким.

г) По значению активной реакции определяем pH среду

Таблица 13 — Классификация природных вод по активной реакции

Признак Значение pH
Весьма кислые Кислые Нейтральные Слабощелочные Высокощелочные 9

Так как в нашем анализе pH = 6,5, данная среда – кислая.

д) Определяем агрессивные свойства данной воды

— так как значение HCO3 — равно 1,15 мг-экв/л, т.е меньше 1,5 мг-экв/л, агрессивность выщелачивания присутствует;

— так как pH = 6,5, больше 5,0, общекислотная агрессивность отсутствует;

— в нашем анализе содержание свободной углекислоты составляет 18,0 мг/л. Из таблицы 14 берем значения коэффициентов a = 0,00 и b = 17. Вычисляем по формуле: a∙Ca + b = 17. Так как содержание свободной углекислоты составляет 18,0 мг/л, т.е. больше, чем определенное по формуле, углекислая агрессивность присутствует.

— Так как в данном анализе содержание SO4 2- составляет 2700 мг/л при содержании Cl — = 19350 мг/л, сульфатная агрессивность присутствует.

— Содержание Mg 2+ составляет 1300 мг/л (>1000), применяем формулу К — SO4 2- , т.е. 7000 – 2700 = 4300, 1300 0 C pH6,5 ( 5 )

По химическому составу вода хлоридно-натриевая, бромисто-углекислая.

Рисунок 15Прямоугольник солевого состава.

з) Оценка воды для питьевого водоснабжения

Таблица 15 — Нормативы ГОСТ 2874-82

Показатель ПДК, не более Данные анализа
Активная реакция, pH Сухой остаток, мг/л Общая жесткость, мг∙экв/л Хлориды Cl — , мг/л Сульфаты SO4 2 , мг/л 6,0 – 9,0 6,5 127,82

Вывод: Данная вода по сухому остатку, общей жесткости, содержанию хлоридов и сульфатов не подходит для практического применения.

Таблица 14 — Значения коэффициентов «a» и «b» для определения углекислой агрессивности водной среды.

Карбонат. жестк. мг-экв/л Суммарное содержание Cl — + SO4 2-
0 — 200 201 -400 401 — 600 601 — 800 801 — 1000 >1000
a b a b a b a b a b b b
1,4 1,8 2,1 2,5 2,9 3,2 3,6 4,0 4,3 4,7 5,0 5,4 5,7 6,1 6,4 6,8 7,1 7,5 7,8 8,2 8,6 9,0 0,01 0,04 0,07 0,10 0,13 0,16 0,20 0,24 0,28 0,32 0,36 0,40 0,44 0,48 0,54 0,61 0,67 0,74 0,81 0,88 0,96 1,04 0,01 0,04 0,06 0,08 0,11 0,14 0,17 0,20 0,24 0,28 0,32 0,36 0,40 0,44 0,47 0,51 0,55 0,60 0,65 0,70 0,76 0,81 0,01 0,03 0,05 0,07 0,09 0,11 0,14 0,16 0,19 0,22 0,25 0,29 0,32 0,36 0,40 0,44 0,48 0,53 0,58 0,63 0,68 0,73 0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,15 0,17 0,20 0,23 0,26 0,29 0,33 0,36 0,40 0,44 0,48 0,53 0,58 0,63 0,67 0,00 0,02 0,04 0,06 0,07 0,09 0,11 0,13 0,16 0,19 0,22 0,24 0,27 0,30 0,33 0,37 0,41 0,45 0,49 0,53 0,57 0,61 0,00 0,02 0,04 0,05 0,07 0,08 0,10 0,12 0,14 0,17 0,19 0,22 0,25 0,28 0,31 0,34 0,38 0,41 0,44 0,48 0,52 0,56

Вопросы для контроля знаний студентов

1. Перечислите основные физические свойства подземных вод и показатели, которыми они характеризуются.

2. Что входит в понятие «состав подземных вод»?

3. Каковы источники минерализации подземных вод? Что входит в понятие общей минерализации воды?

4. Что называется агрессивной углекислотой? Перечислите все виды агрессивности воды по отношению к бетону.

5. Каковы свойства жесткой воды и в каких единицах выражается жесткость?

6. Почему при кипячении жесткость уменьшается?

7. Какой показатель pH должна иметь вода, чтобы ее можно было отнести к кислотной, активной по отношению к металлам?

8. Как оценивается пригодность воды для питьевых целей? При каком коли-титре вода считается допустимой к употреблению без кипячения?

9. Как проводится пересчет результатов анализа воды из весовой формы в эквивалент-процентную?

10. Чем отличаются минеральные воды от минерализованных?

Список использованных источников

1. Ларионов А.К. Занимательная гидрогеология. – М.: Недра, 1979. – 155 с.

2. Николадзе Г.И. Улучшение качества подземных вод. – М.: Стройиздат, 1988. – 366 с.

3. Пешковский Л.М., Перескокова Т.М. Инженерная геология. – М: Высшая школа, 1982. – 344 с.

4. Седенко М.В. Основы гидрогеологии и инженерной геологии. – М: Недра, 1979. – 216 с.

5. Ташенов К.М. Подготовка технической воды. – А: КазГАСА, 1977. – 173 с.

6. Толстой М.П., Малыгин В.А. Геология и гидрогеологи. – М: Недра, 1988. – 274 с.

источник