Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Лекция №47 по курсу «Гидрогеология»
Химический состав подземных вод.
Подз.воды с гидрогеохимической точки зрения представляют собой сложнейшую систему, состав, состояние и свойства которой определяются свойствами самой воды, свойствами содержащихся в ней веществ и условиями взаимодействия их между собой и с окружающей средой.
Понятие хим. состав означает совокупность содержащихся растворенных минеральных и органических соединений за исключением тех, из которых состоит живое вещество.
Основой всего разнообразия природных вод Земли является весьма ограниченный набор ионов. Различия же определяются множеством сочетаний этих ионов и их абсолютным (масса) и относительным (%) содержанием.
Макрокомпоненты – ионы, образованные высококларковыми элементами, природные соединения которых в литосфере обладают наибольшей растворимостью (это преобладающие элементы и комплексные соединения, составляющие основу п/в). Анионы: Cl-, SO42-, HCO3-, CO32-; катионы: Na+, K+, Mg2+, Ca2+, а также кремнекислота H2SiO4. Эти ионы составляют основу стандартного комплекса анализов, их определение является обязательным при любых г/г исследованиях. Они являются основными элементами хим.состава, различных видов солености, жесткости, щелочности и кислотности вод.
Мезокомпоненты – присутствуют в меньших количествах в хим. составе воды (первые мг/дм3) и редко являются преобладающими. Эти элементы характеризуются или высоким Кларком, но низкой растворимостью природных соединений, или небольшим Кларком, но сравнительно хорошей растворимостью солей. NH4+, Fe2+, Fe3+, NО2- NО3-, H3PO4- (иногда Al, F, Br, B, Sr).
Микрокомпоненты – присутствуют в водах в микроколичествах (ед – сотни мкг/дм3). Эти элементы обладают низким Кларком и плохой растворимостью. Li, B, Pb, Zn, Сu, Ag, Au, Mo, Co, Ba и радиоактивные элементы (U, Rа, Rn, Th). Они не определяют хим. тип воды, но оказывают значительное влияние на специфические особенности их состава.
Гидрохимическая зональность земной коры
Еще в 1931г. В.И.Вернадский высказал предположение, что с углублением в земную кору п/в становятся все более концентрированными (пресные воды, залегающие сверху, постепенно переходят в солоноватые, а затем в соленые, рассолы), меняется их состав (гидрокарбонат-ионы сменяются сульфат-ионами, а затем хлорид-ионами; катионы кальция и магния сменяются натрием и кальцием). Содержание железа, марганца, кремнезема, бария и др. с глубиной уменьшается; а бром, калий, стронций, радий накапливаются. Содержание орг.соединений, йода, аммония с глубиной сначала увеличивается, а затем уменьшается. Значение Еh с глубиной падают, исчезает кислород, в водах накапливается азот, метан, сероводород. В определенных условиях появляется углекислый газ, тяжелые углеводороды, водород.
Грунтовые воды выщелачивания (гумидный климат) подчиняются широтной зональности. Наиболее пресными являются воды провинции с развитием многолетней мерзлоты, которые характеризуются гидрокарбонатным кальциево-магниевым составом, слабокислым характером среды, повышенным содержанием растворенных орг.веществ. Весьма пресные гидрокарбонатные кальциево-магниево-натриевые, кислые воды формируются в условиях тропических и субтропических областей. В пределах области горных массивов формируются пресные гидрокарбонатные кальциево-магниевые, щелочные воды с минимальным содержанием орг.веществ. Наиболее минерализованы п/в областей умеренного климата, развитые на платформах, щитах и древних складчатых сооружениях. Относительно небольшой водообмен приводит к формированию в этих условиях близких к нейтральным гидрокарбонатных кальциево-натриевых вод.
Г/в континентального засоления (аридный климат) слабосолоноватые, слабощелочные, сульфатно-хлоридно-гидрокарбонатные натриево-кальциево-магниевые.
Т.е.п/в зоны гипергенеза зональны: их соленость и состав меняются при движении с севера на юг от зоны тундр к степям и пустыням. По мере уменьшения количества осадков и увеличения испарения соленость воды возрастает за счет роста сульфатных и хлоридных солей натрия. Затем еще южнее при движении от зоны пустынь к экватору количество осадков резко возрастает, и общая минерализация воды резко уменьшается. Воды снова становятся гидрокарбонатными со сложным катионным составом, определяемым типом водовмещающих пород.
В случае проникновения инфильтрационных вод по зонам разломов на значительные глубины, что особенно характерно для горно-складчатых областей, эти воды нагреваются, более активно взаимодействуют с породами, соленость и щелочность их растут. Состав воды приобретает специфические черты, обусловленные повышенным содержанием кремнекислоты, фтора, ряда редких элементов, газов. Формируются так называемые азотные, углекислые, метановые, кремнистые и другие термы.
В отличие от вод инфильтрационного генезиса седиментационные воды образуют класс соленых и рассольных вод. Они широко развиты в низах практически всех осадочных бассейнов и часто проникают в фундамент платформ, щитов, раскрытых структур горно-складчатых сооружений.
Гидрохимическая зональность артезианских бассейнов.
Три гидрохимических зоны по степени минерализации: 1) зона А — пресные воды с минерализацией менее 1 %о, 2) зона Б — соленые воды с минерализацией 1—35 %о, 3) зона В—рассолы с минерализацией 35—350 %о и более.
Каждая зона подразделяется на подзоны по степени минерализации.
1) Химический состав зоны А преимущественно гидрокарбонатно-кальциевый. Зона пресных вод наиболее широко развита в климатическом поясе избыточного увлажнения. Она охватывает грунтовые воды и верхние артезианские водоносные горизонты местами до глубины 1000м.
2) В зону Б включены солоноватые (минерализация 1—10%о), соленые (минерализация 10—35 %о) воды. Среди солоноватых встречаются гидрокарбонатные, сульфатные и хлоридные, а также смешанного анионного состава воды, преимущественно натриевые. Среди соленых вод преобладают хлоридно-натриевые. Гидрохимическая зона Б распространена очень широко.
3) Рассолы нижней гидрохимической зоны В исключительно хлоридные. В их катионном составе при минерализации до 275 %о, преобладают хлориды натрия, а при более высокой минерализации— хлориды кальция и реже магния. Рассолы имеют не только лечебное, но и преимущественно промышленное значение, так как обогащены йодом, бромом, бором и др. микрокомпонентами. Следует отметить, что по сравнению с зонами пресных и соленых вод, зона рассольных вод имеет значительно большую мощность (до 10 км).
В отдельных частях арт.бассейнов выделяется несколько типов гидрохимического разреза:
I тип — развита лишь гидрохимическая зона пресных вод, которая прослеживается до пород фундамента. Он встречается на окраинах артезианского бассейна, т.е. там, где мощность слагающих их толщ невелика, и где имеет место питание артезианских пластов, а не разгрузка (А).
II тип—развиты две гидрохимические зоны: пресных и соленых вод (АБ). Он распространен обычно на некотором удалении от границы бассейна, в более глубоких его частях.
III тип—развиты три гидрохимические зоны: пресных, соленых и рассольных вод. Он развит в центральных частях артезианских бассейнов. Для этих же частей бассейна обычно характерна и наибольшая мощность отложений.
Лекция №62 Химический состав подземных вод и способы его выражения.
Гидрохимические фации
Хим. анализ проводят в лабораторных условиях. В него входят:
Минерализация (М) – это содержание в воде растворенных неорганических соединений и компонентов; выражается в г/л или г/дм3.
По М природные воды подразделяются на 6 групп: сверхпресные до 0,1 г/л, пресные 0,1-1, слабосолоноватые 1-3, сильносолоноватые 3-10, соленые 10-35, рассолы от 35. По Пиннекеру рассолы бывают: слабые 35-150 г/дм3, крепкие 350-500, предельно насыщенные > 500 г/дм3.
Единой общепринятой классификации природных вод в зависимости от хим. состава нет.
Кл-ция Максимовича: выделены г/г/х фация и формация. Г/х фация - часть гидросферы, характеризующаяся определенным хим.составом воды, определяется по преобладающему весу 2-3 и большему числу ионов. Преобладающими являются анионы и катионы, содержание которых составляет более 10% от общей минерализации. Название фации дается в порядке убывания, сначала анионов, затем катионов. Формация - участок гидросферы, воды которой характеризуются одинаковым хим. составом, определяемым по первому преобладающему компоненту.
Кл-ция Щукарева-Славянова: все ионы делятся на преобладающие (более 25 %- экв) и второстепенные (с содержанием < 25 %- экв). По 6 преобладающим ионам образовано 49 классов вод и дается им наименование от меньшего содержания к большему. По общей минерализации каждый класс делится на группы: А менее 1,5; В 1,5-10; С 10-40; D более 40 г/л. Недостаток – грубое выделение классов.
Кл-ция Алекина: основана на выделении классов по преобладающим анионам (мг-экв/л), групп по преобладающим катионам и типов по соотношению м/у ионами. По преобл. анионам все воды делятся на гидрокарбонатные, сульфатные, хлоридные. Разделение на классы уточняется делением каждого класса на 3 группы: по преобладанию одного из катионов: Ca, Mg, Na, K. Каждая группа делится на 3 типа по соотношению между мг-экв. ионов. Выделяют 4 типа воды:
1) HCO3>Ca+Mg (маломинерал.);
2) HCO3<Ca+Mg<HCO3+SO4 (воды малой и средней мин-ции);
3) HCO3+SO4<Ca+Mg (высокомин.);
4) отсутствие иона HCO3 (кислые).
Класс-ция Курлакова-Валяшко: типы хим.состава вод выделяются не по фактическому преобладанию ионов, а по их соотношениям. Так, в континентальных условиях преобладает SO4 –Na тип вод, реже HCO3 - Na.
Отраслевой стандарт (по хим.составу) – псевдодробь, в числителе анионы, в знаменателе катионы, содержание к-ых >1%. Эти катионы располагаются в порядке убывания. Название состоит из 2-х частей (1-ая-анионы, 2-ая-катионы), при определении названия учитываются компоненты, содержание которых >25%, перечисление от меньшего к большему. Слева М., справа pH и t. , название Cl-HCO3-Na.
Формула Курлова представляет собой псевдодробь, в числителе которой представлены анионы в убывающем их содержании, а в знаменателе – катионы. Ионы, присутствующие в кол-ве 10%-экв, в формулу не включаются. Слева от дроби указывается в г/л кол-во растворенных газов и сумма минеральных веществ. Справа +С и дебит источника в л/с.
Формула ионного состава отличается от формулы Курлова тем, что в ней указываются все основные анионы и катионы независимо от их содержания и не указываются t и дебит воды.
Графическая форма отображения хим.анализов природных вод:
График Роджерса (прямоугольник солевого состава) строится для выяснения солевого состава воды единичных проб.
Квадрат Дурова – для систематизации и обработки больших объемов информации, так же по нему определяют состав смешанных вод.
График Толстихина (круги-диаграммы).
Лекция №48 Основные химические компоненты пресных подземных вод, пригодных для питьевых целей. Нормируемые содержания
В настоящее время качество питьевой воды, как правило, оценивается путем сравнения ее свойств и величин содержания в воде различных компонентов с их утвержденными значениями и ПДК. Если таких превышений не обнаружено, вода считается годной к употреблению для питьевых целей.
Принципы и методы определения значений предельно допустимых концентраций. Предельно допустимая концентрация (ПДК) - максимальная концентрация вещества в воде, в которой вещество при ежедневном поступлении в организм в течение всей жизни не оказывает прямого или опосредованного влияния на здоровье населения в настоящем и последующих поколениях, а также не ухудшает гигиенические условия водопользования.
Нормы предельно допустимых концентраций устанавливаются по органолептическим и санитарно-токсикологическим показателям. Первая группа показателей устанавливается с учетом физических свойств воды (вкус, запах, прозрачность и т.д.), вторая — с учетом токсичности и возможности накопления в организме человека нормируемых элементов и соединений. В основе нормирования каждого вещества должно лежать: изучение его токсического воздействия; изучение его влияния на органолептические свойства воды; изучение его влияния на процессы естественного самоочищения водоемов от загрязнений органической природы.
Основным регламентирующим документом для питьевой воды в России в настоящий момент является: ГОСТ Р 51232-98 (переиздание – декабрь 2002г.) «ВОДА ПИТЬЕВАЯ. Общие требования к организации и методам контроля качества» (взамен ГОСТ 2874-82 "Вода питьевая. Гигиенические требования и контроль за качеством"). Настоящий стандарт распространяется на питьевую воду, производимую и подаваемую централизованными системами питьевого водоснабжения, и устанавливает общие требования к организации и методам контроля качества питьевой воды.
ГОСТ 2761-84 «ИСТОЧНИКИ ЦЕНТРАЛИЗОВАННОГО ХОЗЯЙСТВЕННО-ПИТЬЕВОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ. Гигиенические, технические требования и правила выбора» (издание октябрь 2006г., взамен ГОСТ 17.1.3.03-77) распространяется на источники централизованного водоснабжения, в том числе на источники с солоноватой и соленой водой, для вновь проектируемых и реконструируемых систем хозяйственно-питьевого водоснабжения и систем водоснабжения, и устанавливает гигиенические и технические требования к источникам водоснабжения и правила их выбора в интересах здоровья населения.
Предельно допустимые концентрации большинства элементов и соединений приводятся в СанПиН 2.1.4.1074-01 ПИТЬЕВАЯ ВОДА. ГИГИЕНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К КАЧЕСТВУ ВОДЫ ЦЕНТРАЛИЗОВАННЫХ СИСТЕМ ПИТЬЕВОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ. КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА (введен в действие с 1 января 2002 г.).
Обобщенные показатели и содержание вредных химических веществ, наиболее часто встречающихся в природных водах на территории Российской Федерации, а также веществ антропогенного происхождения, получивших глобальное распространение (таблица 1)
Таблица 1
|
Показатели |
Единицы измерения |
Нормативы (предельно допустимые концентрации (ПДК)), не более |
Показатель вредности <1> |
Класс опасности |
|
Обобщенные показатели |
||||
|
Водородный показатель |
единицы pH |
в пределах 6 - 9 |
|
|
|
Общая минерализация (сухой остаток) |
мг/л |
1000 (1500) <2> |
|
|
|
Жесткость общая |
мг-экв./л |
7,0 (10) <2> |
|
|
|
Окисляемость перманганатная |
мг/л |
5,0 |
|
|
|
Нефтепродукты, суммарно |
мг/л |
0,1 |
|
|
|
Поверхностно - активные вещества (ПАВ), анионоактивные |
мг/л |
0,5 |
|
|
|
Фенольный индекс |
мг/л |
0,25 |
|
|
|
Неорганические вещества |
||||
|
Алюминий (AL3+) |
мг/л |
0,5 |
с.-т. |
2 |
|
Барий (Ba2+) |
- " - |
0,1 |
- " - |
2 |
|
Бериллий (Be2+) |
- " - |
0,0002 |
- " - |
1 |
|
Бор (B, суммарно) |
- " - |
0,5 |
- " - |
2 |
|
Железо (Fe, суммарно) |
- " - |
0,3 (1,0) <2> орг. |
3 |
|
|
Кадмий (Cd, суммарно) |
- " - |
0,001 |
с.-т. |
2 |
|
Марганец (Mn, суммарно) |
- " - |
0,1 (0,5) <2> |
орг. |
3 |
|
Медь (Cu, суммарно) |
- " - |
1,0 |
- " - |
3 |
|
Молибден (Mo, суммарно) |
- " - |
0,25 |
с.-т. |
2 |
|
Мышьяк (As, суммарно) |
- " - |
0,05 |
с.-т. |
2 |
|
Никель (Ni, суммарно) |
мг/л |
0,1 |
с.-т. |
3 |
|
Нитраты (по NO3-) |
- " - |
45 |
с.-т. |
3 |
|
Ртуть (Hg, суммарно) |
- " - |
0,0005 |
с.-т. |
1 |
|
Свинец (Pb, суммарно) |
- " - |
0,03 |
- " - |
2 |
|
Селен (Se, суммарно) |
- " - |
0,01 |
- " - |
2 |
|
Стронций (Sr2+) |
- " - |
7,0 |
- " - |
2 |
|
Сульфаты ( ) |
- " - |
500 |
орг. |
4 |
|
Фториды (F-) |
|
|
|
|
|
Хлориды (Cl-) |
- " - |
350 |
орг. |
4 |
|
Хром (Сr6+) |
- " - |
0,05 |
с.-т. |
3 |
|
Цианиды (CN") |
- " - |
0,035 |
- " - |
2 |
|
Цинк (Zn2+) |
- " - |
5,0 |
орг. |
3 |
|
Органические вещества |
||||
|
гамма-ГХЦГ (линдан) |
- " - |
0,002 <3> |
с.-т. |
1 |
|
ДДТ (сумма изомеров) |
- " - |
0,002 <3> |
- " - |
2 |
|
2,4-Д |
- " - |
0,03 <3> |
- " - |
2 |
Примечания:
<1> Лимитирующий признак вредности вещества, по которому установлен норматив: "с.-т." - санитарно - токсикологический, "орг." - органолептический.
<2> Величина, указанная в скобках, может быть установлена по постановлению главного государственного санитарного врача по соответствующей территории для конкретной системы водоснабжения на основании оценки санитарно - эпидемиологической обстановки в населенном пункте и применяемой технологии водоподготовки.
<3> Нормативы приняты в соответствии с рекомендациями ВОЗ.
Благоприятные органолептические свойства воды определяются ее соответствием нормативам, указанным в таблице 2.
Таблица 2
|
Показатели |
Единицы измерения |
Нормативы, не более |
|
Запах |
баллы |
2 |
|
Привкус |
- " - |
2 |
|
Цветность |
градусы |
20 (35) |
|
Мутность |
ЕМФ (единицы мутности по формазину) или мг/л (по каолину) |
2,6 (3,5) 1,5 (2) |
Примечание. Величина, указанная в скобках, может быть установлена по постановлению главного государственного санитарного врача по соответствующей территории для конкретной системы водоснабжения на основании оценки санитарно - эпидемиологической обстановки в населенном пункте и применяемой технологии водоподготовки.