КЛАССИФИЦИРОВАНИЕ ПОДЗЕМНЫХ ВОД

В гидрогеохимии классифицирование подземных вод является одним из распространенных приемов их систематизации. Ввиду разнообразия химического состава существуют различные классификации подземных вод: по их температуре, степени общей минерализации, жесткости, соотношению анионов и катионов, содержанию некоторых газов, коллоидному и бактериальному составу и др. Классифицирование подземных вод по степени минерализации используют для решения многих теоретических и прикладных вопросов.

Наиболее широко распространена несколько видоизмененная классификация вод по общей минерализации (по плотному, или сухому, остатку того количества солей, которое остается при полном выпаривании 1 л исследуемой воды, г/л) В.И. Вернадского. В соответствии с классификацией Вернадского по величине общей минерализации различают воды ультрапресные, пресные, слабосолоноватые, сильно солоноватые, соленые и рассолы (табл. 7.2).

Таблица 7.2

Классификация природных вод по минерализации

Вода

ГОСТ 17403-72, г/л

По В. И. Вернадскому, г/л

Ультрапресная

До 0,2

Пресная

До 1

о

NJ

Д

О

Солоноватая

1-25

Слабо солоноватые 1,0-3,0

Солоноватая

1-25

Сильно солоноватые 3,0—10,0

Соленая

25-50

10,0-35,0

Рассол

> 50

> 35,0

По температуре подземные воды подразделяются на очень холодные, холодные, теплые, горячие, кипящие и термальные (табл. 7.3).

Классификация подземных вод по общей жесткости. Для пресной воды различают общую, временную (устранимую) и постоянную жесткость.

Классификация природных вод по температуре

Наименование

Температура, °С

Очень холодные

0-4

Холодные

4-18

Теплые

18-37

Горячие

37-42

Кипящие

42-100

Термальные

> 100

Общая жесткость обусловлена суммарным содержанием в воде ионов кальция и магния. Временную 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, она связана с присутствием сульфатов и галоидов кальция и магния.

По общей жесткости выделяют очень мягкие, мягкие, умеренно жесткие, жесткие и очень жесткие воды (табл. 7.4).

Таблица 7.4

Классификация природных вод по общей жесткости [2,10,17, 21]

Градация вод

Жесткость

немецкие градусы

мг-экв/л

Очень мягкие

<4,2

< 1,5

Мягкие

4,2-8,4

1,5-3,0

Умеренно жесткие

8,5-16,8

3,0-6,0

Жесткие

16,9-25,2

6,0-9,0

Очень жесткие

> 25

> 9,0

Классификация подземных вод по показателю концентрации водородного иона (pH). В соответствии с pH выделяют сильнокислые, кислые, слабокислые, нейтральные, слабощелочные, щелочные и сильнощелочные воды (табл. 7.5).

При равенстве концентраций ионов Н+ и ОН- вода нейтральна (pH 7). При концентрации ионов Н+ < 10-7, например 10-4, вода будет иметь кислотные свойства, а pH равняться 4. И наоборот, при концентрации ионов Н+ < 10~7 вода будет иметь щелочную реакцию и pH будет > 7. Таким образом, при нейтральной реакции pH 7, при кислой — pH < 7, а при щелочной — pH > 7.

Классификация подземных вод по показателю pH [5,10, 21]

Наименование

Величина pH

Сильнокислые

< 1,9

Кислые

1,9-4,1

Слабокислые

4,1-7,0

Нейтральные

7,0

Слабощелочные

7,0-8,3

Щелочные

8,3-10,3

Сильнощелочные

> 10,3

Сильнокислые и кислые подземные воды встречаются в районах современной вулканической деятельности (фумаролы), а также на некоторых месторождениях полезных ископаемых (сульфидные, каменноугольные и др.) и в районах распространения болот. Значение pH 7—9 обычно свойственно содовым водам. Для вод рек и озер характерны значения pH в пределах 6,8—8,5, а для вод океанов величины pH изменяются от 7,8 до 8,3. Согласно ГОСТ 2874—73 pH питьевых вод должен составлять 6,5—8,5. Определение pH в подземных водах производят колориметрическим и электрометрическим методами. Электрометрический метод более точен и позволяет выполнить определение с точностью 0,02 pH. Подземные воды обычно имеют pH 6—8. Воды сульфидных и каменноугольных месторождений почти всегда кислые (pH 4 и менее). Знать величину pH вод необходимо для решения многих вопросов, например, для оценки агрессивности подземных вод, их коррозионной способности и др.

В гидрогеологической практике принято подразделять подземные воды по химическому составу, т.е. по преобладанию того или иного иона. К преобладающим относятся ионы, содержание которых в воде не превышает 25% суммарного содержания анионов и катионов.

В соответствии с классификацией О.А. Алекина все природные воды делятся на три класса: гидрокарбонатные, сульфатные и хло- ридные.

По преобладающему катиону в каждом классе выделяются три группы (кальциевая, магниевая, натриевая). Каждая из них по соотношению между ионами делится на четыре типа. Всего в классификации выделено 27 разновидностей (табл. 7.6).

Определение типа подземных вод [2,10,17, 21]

Тип

Соотношение между катионами и анионами, мг-экв/л

Воды

Первый

(D

HCOj > Са2+ + Mg2+

Пресные, мягкие

Второй

(II)

НСО3 < Са+2 + Mg+2 < НСО3 + SOI

Пресные и солоноватые, жесткие

Третий

(III)

HCOj + S02f < Са2 + Mg2+

Соленые, агрессивные

Четвертый

(IV)

НСО3- = 0

Кислые

Для решения практических вопросов из множества классификаций рекомендуется использовать те, которые наиболее реально отражают химический состав подземных вод.

Окислительно-восстановительный потенциал (Eh). Одним из важных факторов, определяющих физико-химические условия среды, является ее окислительно-восстановительный потенциал, обусловленный содержанием в подземных водах соединений с переменной валентностью. Количественно он измеряется в вольтах или милливольтах, обозначается Eh.

Системы с более высоким потенциалом являются окислителями по отношению к системам с более низким потенциалом, которые служат восстановителями. Если в подземной воде преобладают окисленные формы, Eh будет положительным, а если восстановленные — отрицательным. Наиболее универсальным окислителем в грунтовых и неглубоко залегающих пластовых водах является кислород. Значения Eh при содержании кислорода > 7 мг/л находятся в пределах от +350 до +700 мВ. Наличие в воде более 10 мг/л сероводорода всегда указывает на восстановительную среду (Eh ниже — 100 мВ). Обычно Eh определяют на месте отбора проб при помощи потенциометра путем электрометрического измерения разности потенциалов электрохимической ячейки.

Сведения о физико-химическом состоянии среды необходимы для изучения миграционных особенностей элементов с переменной валентностью и других вопросов.

Как уже упоминалось, для оценки бактериального (органолептические свойства) загрязнения воды пользуются понятиями «коли-титр» и «коли-индекс». Коли-титр 500 означает, что в 500 см3 воды содержится одна кишечная палочка Bakterium Kolli. Если коли-титр изменяется от 100 до 200, то воды считаются загрязненными. Коли-индекс — это содержание кишечных палочек в 1 л воды. Согласно ГОСТу на питьевую воду коли-индекс не должен превышать 3.

Исходя из этих норм подземная вода систематизируется на весьма благоприятную, менее благоприятную и неблагоприятную с различными величинами коли-индекса и коли-титра.

ГОСТ 2874—73 «Вода питьевая» указывает, что по органолептическим показателям вода должна соответствовать следующим требованиям: запах при 20°С и при подогревании до 60°С — не более 2 баллов, привкус при 20°С — не более 2 баллов, цветность (по платино-кобальтовой или имитирующей шкале) — не более 20°. По согласованию с органами санитарно-эпидемиологической службы цветность питьевой воды не может составлять 35°, а мутность по стандартной шкале — не более 1,5 мг/л.

Классифицирование подземных вод в прикладных целях. Понятие минеральных, промышленных и термальных вод. К минеральным водам относятся природные воды, которые могут оказывать на организм человека лечебное действие, обусловленное повышенным содержанием в них полезных биологически активных компонентов ионно-солевого и газового состава либо общим ионно-солевым составом воды, а также содержанием органического вещества. Основными типами минеральных вод являются железистые, мышьяковистые, сероводородные (сульфидные), углекислые, радоновые, йодные, бромные.

Для отнесения воды к лечебной минеральной в ней должно быть не менее 0,5 г/л С02, не менее 10 мг/л H2S, 30—200 мг/л H2Si03, 50—140 мг/л (редко больше) НС02, 0,7—1,5 мг/л As, 20—70 мг/л Fe, 5—15 мг/л I, 25—200 мг/л Вг при минерализации обычно не менее 2 г/л (для минеральных питьевых вод).

Подземные воды, рассматриваемые в качестве минерального сырья, получили название промышленных. Промышленные воды содержат ценные химические компоненты, которые извлекают из них в промышленных масштабах. Из промышленных вод в России извлекают йод, бром. Месторождением йодо-бромных вод называется территория, в недрах которой повсеместно распространены горизонты йодо-бромных вод и рассолов промышленной концентрации (йода не менее 18, брома не менее 250 мг/л). Подземные воды перспективны и для извлечения многих других ценных компонентов — лития, германия, вольфрама, бора, мышьяка стронция, рубидия, цезия.

Термальные воды имеют повышенную температуру и часто являются минеральными и промышленными. Их широко используют для теплофикации, лечебных целей, в сельском хозяйстве и для извлечения химических элементов. На Камчатке успешно работает первая в России геотермальная станция, использующая термальные воды для выработки электроэнергии. Общие запасы термальных вод в нашей стране составляют много сотен миллионов кубометров, и тепло этих вод, температура которых достигает 300°С, может заменить десятки миллионов тонн топлива.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >