Ионныйсостав природных вод

Происходящее в почвахпроцессы окисления органических веществ вызывают расход кислорода и выделениеуглекислоты, поэтому в воде при фильтрации её через почву возрастает содержаниеуглекислоты, что приводит к обогащению природных вод карбонатами кальция,магния и железа, с ообразованием растворимых в воде кислых солей типа:

CaCO3 + H2O + CO2 ® Ca(HCO3)2

Бикарбонаты присутствуютпочти во всех водах в тех или иных количествах. Большую роль в формированиихимического состава воды играют подстилающие почву грунты, с которыми водавступает в соприкосновение, фильтруясь и растворяя некоторые минералы. Особенно интенсивно обогащают воды осадочныепороды,такие, как известняки, доломиты,мергели, гипс, каменная соль и др. Всвою очередь почва и породы обладают способностью адсорбировать из природнойводы некоторые ионы (например, Ca2+, Mg2+), замещая ихэквивалентным количество других ионов (Na+, K+).

Подпочвенными водамилегче всего расстворяются хлориды и сульфаты натрия и магния, хлорид кальция.Силикатные и алюмосиликатные породы граниты, кварцевые породы и т.д.) почтинерасстворимы в воде и содержащей углекислоту и органические кислоты.

Наиболеераспространенними в природных водах являются следующие ионы: Cl-,SO4,HCO3,CO2,Na+,Mg2+,Ca2+,H+.

Ион хлора присутствуетпочти во всех природных водоемах, причем его содержание меняется в оченьшироких пределах. Сульфат - ион также распространен повсеместно. Основнымисточником растворенных в воде сульфатов является гипс. В подземных водах ссодержанием сульфат - иона обычно выше, чем в воде рек и озер. Из ионовщелочных металлов в природных водоемах в наибольших количествах находится ионнатрия, который является характерным ионом сильноминерализованных вод морей иокеанов.

Ионы кальция и магния вмаломинерализованных водах занимают первое место. Основным источником ионовкальция является известняки, а магния -доломиты (MgCO3,CaCO3). Лучшая расстворимость сульфатови карбонатов магния позволяет присутствовать ионам магния в природных водах вбольших концентрациях, чем ионов кальция.

Ионы водорода вприродной воде обусловлены диссоциацией угольной кислоты. Большинство природныхвод имеют pH в пределах 6,5 - 8,5. Для поверхностных вод в связи с меньшим содержаниемв них углекислоты pH обычно выше, чем для подземных.

Соединения азота вприродной воде представлены ионами аммония, нитритными, нитратными ионами засчет разложения органических веществ животного и растительного происхождения.Ионы аммония, кроме того, попадают в водоемы со сточными промышленными водами.

Соединения железа оченьчасто встречаются в природных водах, причем переход железа в раствор можетпроисходить под действием кислорода или кислот (угольной, органических(. Такнапример, при окислении весьма распространенного в породах пирита получаетсясернокислое железо:

FeS2 + 4O2 ® Fe2+ + 2SO2а придействии угольной кислоты - карбонат железа:

FeS2 + 2H2CO3 ® Fe2+ + 2HCO3 + H2S + S.

Соединения кремния вприродных водах могут быть в виде кремнеивой кислоты. При pH < 8 кремниеваякислота находится практически в недиссоциированном виде; при pH >8кремниевая кислота присутствует совместно с HSiO2, а при pH >II -только HsiO2. Часть кремния находится в коллоидном состоянии, счастицами состава HSiO2H2O, а также в видеполикремнеивой кислоты: X·SiO2·y·H2O. Вприродных водах присутствуют также Al3+,Mn2+ и другиекатионы.

Помимо веществ ионноготапа природные воды содержат также газы и органические и грубоцисперсныевзвеси. Наиболее распространенными в природных водах газами являются кислород иуглекислый газ. Источником кислорода является атмосфера, углекислоты -биохимические процессы, происходящие в глубинных слоях земной коры, углекислотаиз атмосферы.

Из органических веществ,попадающих извне, следует отметить гуминовые вещества, вымываемые водой изгумусовых почв (торфянников, сапропелитов и др.). Большая часть из нихнаходится в коллоидном состоянии. В самих водоемах органические веществанепрерывно поступают в воду в результате отмирания различных водных организмов.При этом часть из них остается взвешенной в воде, а другая опускается на дно,где происходит их распад.

Грубодисперсные примеси,обуславливающие мутность природных вод, представляют собой веществаминерального и органического происхождения, смываемые с верхнего покрова землидождями или талыми водами во время весенних паводков.

Подземныеводы.

Советский ученый лебедевна основе многочисленных экспериментов разработал классификацию видов воды впочвах и грунтах. Представления А.Ф.Лебедева, получившие дальнейшее развитие вболее поздних исследованиях, позволили выделить следующие виды воды в горныхпородах: в форме пара, связанную, свободную, в твердом состоянии.

Парообразованная водазанимает в породе поры, не заполненные жидкой водой, и перемещается за счетразличной величины упругости пара или потоком воздуха. Конденсируясь начастицах породы, водяные пары переходят в другие виды влаги.

Различают нескольковидов связанной воды. Сорбированная вода удерживается частицами породы подвлиянием сил, возникающих при взаимодействии молекул воды с поверхностью этихчастиц и с обменными катионами. Сорбированную воду разделяют на прочносвязаннуюи рыхлосвязанную. Если влажную глину подвергать давлению, то даже под давлениемв несколько тысяч атмосфер часть воды невозможно удалить из глины. Этопрочносвязанная вода. Полное удаление такой воды достигается лишь притемпературе 150 - 300оС. Чем меньше минеральные частицы, слагающиепороду, и, следовательно, выше их поверхностная энергия, тем большее количествопрочносвязанной воды в этой породе. Рыхлосвязанная, или пленочная, водаобразует плёнку вокруг миниральных частиц. Она удерживается слабее и довольнолегко удаляется из породы под давлением. Особенно важную роль играетсорбированная вода в глинистых породах. Она влияет на просностные свойства глини фильтрационную способность.

Как уже указывалось, связаннаявода участвует в строении кристаллических решёток некоторых минералов.Кристаллизационная вода входит в состав кристаллической решётки. Гипс, напримерсодержит две молекулы воды CaSO4·2H2O. Принагревании гипс теряет воду и превращается в ангидрит (CaSO4).

Известно, что притемпературе около 4оС вода имеет максимальную плотность 1,000 г/см3.При 100оС её плотность - 0,958 г/см3, при 250оС- 0,799 г/см3. За счетпониженной плотности происходит конвективное, восходящее движение нагретыхподземных вод.

Принято считать, чтовода практически несжимаема. Действительно, коэффициент сжимаемости воды,показывающий, на какую долю первоначального объема уменьшится объём воды приувеличении давления на I aт, очень мал. Для чистой воды он равен 5·10-5 I/ат.Однако упругие свойства воды, а также водовмещающих пород играют важнейшую рольв подземной гидродинамике. За счет сил упругости создается напор подземных вод.Температура и давление действуют на плотность воды в противоположномнаправлении.

Плотность подземных водзависит также от их химического состава и концентрации солей. Если пресныеподземные воды имеют плотность, близкую к 1 г/см3, то плотность концентрированных рассолов достигает1,3 - 1,4 г/см3. Повышение температуры приводит к значительномууменьшению вязкости подземных вод и, таким образом, облегчает их движение черезмельчайшие поры.

Подземные водыисключительно разнообразны по свому химическому составу. Высокогорные источникиобычно дают очень пресную воду с низким содержанием растворенных солей, иногдаменее 0,1 г. в 1 л., а в одной из скважин в Туркменистане был рассол сминерализацией 547 г/л.

Списоклитературы

1. “Состав, свойства иметоды очистки сточных вод предприятий горной промышленности” Е.Ф. Панина1990г.

2. И.Ф.Ливчак, Ю.В.Воронов "Охранаокружающей среды".

3. Н.М.Чернова,А.М.Былова "Экология".

4. журнал"ЗНАНИЕ"(народный университет естественнонаучный факультет),"Земля людей".