Факторы формирования химического состава подземных вод.

Компоненты, содержащиеся в подземных водах, поступают:

· Из атмосферных и поверхностных вод;

· Из вмещающих горных пород при их взаимодействии с водой в результа­те: а) обменных реакций, б) реакций выщелачивания, в) реакций раство­рения, г) микробиологических процессов.

· Из недр Земли (в виде газов или растворов);

· В результате хозяйственной деятельности человека.

Ионный состав воды и свойства воды, зависящие от ионного состава.

Главные ионы.

Главных ионов, от содержания которых зависит качество воды, семь: 4 катиона - Na¹⁺, К¹⁺, Mg²⁺, Са2+ и 3 аниона - С!^1-, SO₄^2- НСО₃^1- . Остальные ионы в незагрязненных подземных водах содержатся, как правило, в подчиненных количествах.

При сокращенном химическом анализе воды натрий и калий определяют совме­стно и в такой форме - как сумму двух катионов (Na¹⁺ + K¹⁺) и рассматри­вают. При этом калия в воде по сравнению с натрием очень мало.

Единицы измерения содержания ионов.

Содержание ионовв растворе может быть выражено в весовых единицах –количеством миллиграммов в литре (мг/л) или в единицах количественных – количеством миллиграмм-эквивалентов в литре (мг-экв/л), а также в процент-эквивалентной форме (%-экв).

Для пересчета содержания ионов из мг/л в мг-экв/л используют пе­реводные коэффициенты, равные валентности данного иона, деленной на его молекулярный вес. Например, для сульфат-иона (SO₄^2-) этот коэффициент равен 0,0208 [к = 2: (32+4x16) = 0,0208].

Содержание процент-эквивалентов определяют отдельно для катио­нов и анионов.

Общая минерализация.

Важной характеристикой химического состава подземных вод явля­ется общая минерализация(то есть суммарное содержание растворенных веществ), определяемая как сухой остаток, получаемый при выпаривании воды при температуре 105-110°С. Как правило, величина сухого остатка, из­меряемая в граммах (миллиграммах) на литр (г/л или мг/л), больше чем сумма наиболее распространенных ионов, поскольку кроме них в сухой ос­таток входят и другие компоненты, (например, Fe²⁺, Al ³⁺, СО₂^2- и другие). Величина общей минерализации служит основой первичной и самой про­стой классификации воды по химическому составу (таблица 2).

Таблица 2.Классификация природных вод по общей минерализации

Жесткость воды.

Возможность практического использования воды во многих случаях определяется ее жесткостью. Жесткостью называют свойства воды, обу­словленные присутствующими в ней ионамиСа²⁺ иMg²⁺ и некоторыми другими веществами, например NaCl и Fe₂CО3. Жесткие воды дают большую накипь в паровых котлах, плохо взмыливаются и вызывают другие нежела­тельные явления. Питьевая вода не должна иметь жесткость выше 7 мг-экв/л. Слишком жесткая вода вызывает в организме накопление солей (скле­розы). Относительно использования воды, совершенно лишенной жесткости (дистиллированной) мнения врачей сильно расходятся - принято считать, что дистиллированная вода непригодна для питья, т.к. выщелачивает из ор­ганизма соли и газы. Однако по наблюдениям за экипажами морских кораб­лей многие месяцы пьющих только перегнанную воду это мнение не нахо­дит подтверждения. При использовании в хозяйственных целях жесткая во­да неудобна - в ней расходуется много мыла, мясо и овощи плохо развари­ваются, образуется накипь в посуде, которую приходится удалять.

Общая жесткость измеряется вмг-экв/л и количественно равна сумме содержания ионов кальция имагния также измеренной в мг-экв/л. Классификация воды по общей жесткости приведена в таблице 3.

Таблица 3. Классификация подземных вод по общей жесткости.

При кипячении воды часть ионов Са²⁺ и Mg²⁺ соединяется с равным им (в эквивалентной форме) количества аниона НСОз^1- и образуют накипь.

Жесткость, соответствующая той части кальция и магния, которая при кипячении выпадает в осадок, называется устранимой жесткостью. Выпадение кальция и магния в осадок при кипячении воды объясняется пе­реходом ионов НСОз^1- в ионы СОз^2- и образованием трудно растворимых со­единений - СаСОз и MgCО3. Поскольку устранимую жесткость принято оценивать содержанием НСОз^1-, ее часто называют карбонатной жестко­стью.Обычно эти термины (устранимая и карбонатная жесткость) рассмат­риваются как синонимы, что не всегда верно, поскольку содержание магния и кальция зависит не только от содержания гидрокарбонатного иона, но и от других особенностей химического состава воды. Но в первом приближении можно считать, что:

Устранимая жесткость = карбонатная жесткость = г НСОз^1- (в мг-экв/л).(Буква "r", стоящая перед символом иона, означает,что имеетсяв виду чис­ленное значение его содержания в мг-экв/л).

При полном расходовании иона НСОз^1- оставшиеся катионы Са^2- и Mg^2- придают воде постоянную (неустранимую) жесткость,которая пред­ставляет собой, следовательно, разность между общей и устранимой жест­костью. Численно она равна, таким образом, разности (в мг-экв/л) между суммой кальция и магния и содержанием гидрокарбонатного иона, то есть: Постоянная (неустранимая) жесткость= (г Са²⁺+ rMg²*)- г НСОз^1-.

Примечание: в старой литературе жесткость воды часто указывали не в метрических единицах, а в так называемых «немецких градусах». Один миллиграмм-эквивалент на литр соответствует 2,8 градусов жесткости по немецкой шкале.