задание1. Физические свойства и химический состав подземных вод
 Скачать 55.5 Kb.
|
1 ОСНОВЫ ГИДРОГЕОЛОГИИ1.1 Лабораторная работа «Физические свойства и химический состав подземных вод» 1.1.1 Теоретическая часть Свойства и химический состав подземных вод Вода представляет собой химическое соединение водорода (11,11%) и кислорода (88,89%). Показателями физического состояния и свойств подземных вод служат: температура, прозрачность, цвет, запах, вкус, плотность, сжимаемость, вязкость, электропроводность, радиоактивность. Состав подземных вод отражает историю геологического развития Земли, условия взаимодействия их с горными породами, органическим веществом, микроорганизмами газами, характер и интенсивность антропогенных воздействий на геологическую среду. В природных водах в той или иной степени рассеяния присутствует более 60 из известных устойчивых элементов периодической системы Д.И. Менделеева. В состав подземных вод входят: ионы, недиссоциированные молекулы, коллоиды, органические вещества и микроорганизмы, нерастворенные взвешенные частицы, газы. Среди ионов различают: макрокомпоненты, включающие элементы и комплексные соединения, составляющие основу подземных вод; микрокомпоненты, включающие элементы или соединения в количестве менее 10, редко 100 мг/л; ультрамикрокомпоненты (Rb, Au, Hg), содержание которых редко превышает 0,1 мг/л. Макрокомпоненты (О, Ca, Mg, Na, K, Cl, S) составляют основную часть минерального состава природных вод. В пресных водах содержится свыше 90-95% макрокомпонентов, в высокоминерализованных более 99%. Микрокомпоненты (Li, B, F, Ti, V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, Zn, Ba) не определяют химический тип воды, однако оказывают значительное влияние на специфические особенности их состава. Типизация и классификация подземных вод по химическому составу производится по макрокомпонентам. В одной из классификаций (О.А. Алехина) подземные воды разделены на классы, группы и типы в зависимости от преобладающих ионов и соотношений между главными ионами (Приложение В). Воды первого типа – маломинерализованные, второго – мало- и среднеминерализованные (подземные воды, воды рек и озер), третьего типа – сильноминерализованные (воды океанов, морей, реликтовые воды), четвертого типа – кислые. Из недиссоциированных соединений в подземных водах распространены SIO2, Fe2 O3, Al2O3, из газов – O2, H2S, CO2, H2, CH4 и тяжелые углеводороды (этан, пропан, бутан). Для выявления химического состава выполняют химические анализы подземных вод (полевые, сокращенные, полные и специальные). Выбор типа анализа определяется целевым назначением и требуемой точностью определений. Сумма минеральных веществ, выделенных из воды при помощи химических анализов, определяет ее химическую минерализацию. Величину минерализации оценивают по сухому остатку, получаемому путем выпаривания и высушивания пробы воды или по сумме ионов, определенных химическим анализом. Общая минерализация подземных вод изменяется от нескольких десятков мг на литр до 650 г/л. Содержание компонентов выражается в миллиграммах на литр и процентах, содержание обменного комплекса и жесткость воды - в миллиграмм-эквивалентах на литр. Принимая эквивалентное содержание суммы катионов и анионов за 100%, можно найти процентное содержание каждого иона. При сопоставлении целого ряда анализов, выяснении генезиса вод удобно выражать анализы в виде предложенного Н.И. Толстихиным графика–квадрата, иногда комбинированного с треугольником Ферре (Приложение Г). В практике производственных лабораторий для обозначения единичных химических анализов широко используются формулы М.Г. Курлова, И.Ю. Соколова. Формула Курлова записывается в виде псевдодроби: А; М  рH; Т; Q,где А - специфический элемент, содержащийся в воде, мг/л; М - общая минерализация, г/л; Т - температура воды, оС; Q - расход источника (дебит скважины), м3/сут. Анионы и катионы выражают в процентах в убывающем порядке их содержания; ионы с содержанием менее 10 в формуле не учитываются. Оценка качества воды для питьевых целей производится по ГОСТ 2874-82, определяющим пределы допустимых концентраций (ПДК) тех или иных компонентов в воде. В качестве предельно допустимой, принимается концентрация отдельных компонентов, которая полностью исключает вредное воздействие на организм человека. Органические примеси установливаются по окисляемости - количество кислорода или марганциево-кислого калия, расходуемого на окисление этих примесей. В питьевой воде окисленность должна быть не более 10 мг/л. О концентрации микроорганизмов судят по результатам анализов, определяющих количество бактерий в данном объеме жидкости. Общее количество бактерий в 1 см3 воды не должно превышать 100. Наиболее важный показатель бактериальной чистоты воды - коли-титр - количество воды, содержащее одну кишечную палочку.Для водоснабжения пригодна вода с коли-титром 300. Жесткость воды Жесткостью оценивается возможность использования воды для хозяйственно-питьевых целей. Она зависит от присутствия Ca2+ и Mg2+. Различают общую жесткость, связанную с содержанием в воде всех солей кальция и магния; карбонатную (временную), связанную с наличием бикарбонатов кальция и магния; постоянную, остающуюся после удаления бикарбонатов. Жесткость воды оценивают в мг экв/л Ca и Mg. 1 мг экв/л соответствует содержанию 20,04 мг/л Ca или 12,16 мг/ л Mg.Жесткость природных вод изменяется от нескольких до десятков сотен мг экв/л. Щелочность воды Наличие в воде гидратов натрия, карбонатов и бикарбонатов натрия определяет ее щелочность. Различают гидратную, карбонатную, бикарбонатную, фосфатную и силикатную щелочности. Концентрация иона водорода (pH воды) Концентрацией водородных ионов оценивается степень кислотности воды. При нейтральной реакции воды рН = 7, при кислой - меньше 7, при щелочной - больше 7. Для выражения концентрации водородных ионов принято пользоваться логарифмом концентрации их (т.е количества грамм эквивалентов этого иона в 1 л воды), взятым с обратным знаком : pН= - lg(Н+) Оценка агрессивных свойств воды Агрессивной является вода, содержащая сверх допустимого количества сульфаты и агрессивную углекислоту. Разрушающее действие вода может оказывать на бетон в виде: кристаллизации в бетоне новых соединений с увеличением его объема или выщелачивания из бетона его составных частей, растворимых в воде. И то и другое приводит к разрушению бетона. Сульфатная агрессия наблюдается при наличии в воде сульфатов SО42- свыше 250 мг/л и одновременном содержании иона Cl- свыше 1000 мг/л. При этом в бетоне образуется гипс с увеличением объема в 2-3 раза и сульфат-алюминат кальция – бетонная бациллас увеличением объема в 2,5 раза. При углекислой агрессии происходит растворение и выщелачивание извести CaSO4, составляющей основу цемента. Агрессивность выщелачивания – агрессия по временной (бикарбонатной) жесткости. Если содержание щелочи меньше 1,5 мг экв/л, происходит растворение и вымыв из бетона извести.Общекислотная агрессия обусловлена низкими значениями водородного показателя рН (менее 7 при временной жесткости менее 8,6 мг экв/л и менее 6-7 при временной жесткости более 8,6 мг экв/л), вызывающее усиленное растворение извести. Магнезиальная агрессия приводит к разрушению бетона при проникновении в него воды с содержанием Mg +2 ,более 1000 мг экв/л. Задания для лабораторных работ Задание 1 Химическим анализом установлена приведенная концентрация водородных ионов. Определите рН и наименование воды по его значению в соответствии с вариантом таблицы 1. Таблица 1 - Исходные данные к заданию 1
вариант № 20 Дано: Н+ = 10-9 г-моль/л Н  айти: рН, наименование воды Решение: Для выражения концентрации водородных ионов принято пользоваться логарифмом концентрации их, взятым с обратным знаком pН= - lg (Н+), следовательно pН= - lg (10-9) = 9. Для ответа используйте классификацию воды по значению водородного показателя (приложение А). Вывод: по величине pH - вода щелочная |