Розрахунок мінералізації, іонного стоку та забрудненості водного об’єкту.

Вступ. Виконання цієї лабораторної роботи ставить перед собою завдання навчити студентів визначати хімічний склад води, зображувати його різними методами, рахувати мінералізацію води, іонний стік та робити висновки по рівню забрудненості водного об’єкту окремими елементами.

Студенти повинні закріпити знання таких основних понять, отриманих на лекціях: мінералізація, іонний стік, хімічний склад природних вод, поділ його на групи, класифікація Алєкіна, способи зображення хімічного складу природних вод, формула Курлова.

Порядок виконання роботи:

1 Розрахувати мінералізацію води в даному створі за періоди весняного водопілля, літньо-осінньої межені та зимової межені і середню за багаторіччя.

2 Визначити до якого класу, групи та типу належить дана вода у визначеному створі (за класифікацією Алєкіна).

3 Зобразити хімічний склад природної води в заданому створі (середній за багаторіччя) за формулою Курлова.

4 Визначити рівень забрудненості водного об’єкту і зробити висновки по наступних елементах: NO₃^–, NO₂^–; NH₄⁺; Fe_заг; Cu; Zn; Cr; P_min за періоди: весняного водопілля, літньо-осінньої межені, зимової межені, середньорічний за формулою:

W = С_к / С_ГДК (6.1)

Розрахувати іонний стік за періоди: весняного водопілля, літньо-осінньої межені, зимової межені, середньорічний за формулою:

R_П = A C Q (6.2)

де R – іонний стік (добовий, місячний, сезонний, річний);

С – мінералізація води (або концентрація іону);

А – коефіцієнт пропорціональності (кількість секунд на рік, сезон і т.д.)

Варіантність роботи.

З метою перевірки результатів розрахунків, студентам рекомендується на вибір десять створів рік, на яких ведуться спостереження системою Гідрометслужби, та основні дані по цих ріках опубліковані в виданнях водного кадастру. З заданою рікою студенти можуть працювати і на наступних лабораторних заняттях (табл..6.1-6.6).

Таблиця 6.1–Середні багаторічні концентрації основних іонів і мінералізація в період весняного водопілля, мг/л

В-№	Ріка– пункт	Ca2+	Mg2+	Na++K+	HCO3–	SO42–	Cl–
1	Тиса–м.Рахів	27,6	8	6,3	90,3	16,9	8
2	Тиса-c.м.т.Вилок	27,8	6,9	14	96,4	20,1	20,8
3	Ріка–м.Хуст	24,9	5,7	19,6	80,2	27,6	10,8
4	Прут–м.Яремче	26,2	6,7	10,7	77,4	19,6	10,8
5	Прут–м.Чернівці	45,2	7,2	21,6	149,6	48,6	28,6
6	Стрий–с.Новий Кропивник	31,6	7,6	9,5	102,3	25,7	11,1
7	Свіча–с.Зарічне	18,7	4,7	5,5	46,8	25,8	15,7
8	Лімниця- с.Перевозець	24,1	5,5	9,2	67,7	26,3	15,8
9	Дністер–м.Галич	31,9	8,1	11,3	88,6	39,9	20,9
10	Бистриця-Ямниця	29,4	6,6	17,4	100,1	42,5	22,9

Таблиця 6.2–Середні багаторічні концентрації основних іонів і мінералізація в період літньо-осінньої межені, мг/л

В-№	Ріка– пункт	Ca2+	Mg2+	Na++K+	HCO3–	SO42–	Cl–
1	Тиса–м.Рахів	32,7	6,9	9,1	25,7	26,8	7,4
2	Тиса–с.м.т.Вилок	32,4	5,4	24,1	77,6	26,1	28
3	Ріка–м.Хуст	29,4	8,7	7,2	102,9	19,2	13,4
4	Прут–м.Яремче	30,2	7,4	9,2	117,9	41,4	10,7
5	Прут–м.Чернівці	54,3	10,6	18,7	201,2	36,8	28,3
6	Стрий–с.Н. Кропивник	38,4	11	9,7	145,7	31,6	10,7
7	Свіча–с.Зарічне	26	7,8	15,5	79,2	30,3	24,7
8	Лімниця– с.Перевозець	24,4	6,9	8,8	59,5	40,2	15,5
9	Дністер–м.Галич	41,1	16,2	29,7	110,4	76,4	64,3
10	Бистриця-Ямниця	38,8	25,6	33,2	90,7	85,4	77,1

Таблиця 6.3–Середні багаторічні концентрації основних іонів і мінералізація в період зимової межені, мг/л

В-№	Ріка– пункт	Ca2+	Mg2+	Na++K+	HCO3–	SO42–	Cl–
1	Тиса–м.Рахів	42,3	8,7	11	122	21,8	20,6
2	Тиса–с.м.т.Вилок	37,5	8,4	19	124	17,3	38,3
3	Ріка–м.Хуст	32,9	7,4	8,4	102,6	33,3	22,1
4	Прут–м.Яремче	35,6	6,7	6,5	124,7	29,7	3

Продовження таблиці 6.3

В-№	Ріка– пункт	Ca2+	Mg2+	Na++K+	HCO3–	SO42–	Cl–
5	Прут–м.Чернівці	68,9	13,1	34,6	201,2	47,2	45,2
6	Стрий–с.Н. Кропивник	52,4	13,3	11,9	189,3	30,3	14,5
7	Свіча–с.Зарічне	25,9	5,4	19,4	82,6	31,8	43,6
8	Лімниця– с.Перевозець	36,3	9,7	15,7	72	43,4	27,4
9	Дністер–м.Галич	46,4	14,4	31,2	120,3	77,8	55,5
10	Бистриця-Ямниця	40,1	17,3	29,4	101,9	79,7	62,3

Таблиця 6.4–Середні багаторічні концентрації NO₃^–, NO₂^–; NH₄⁺; Fe_заг, P_min (мг/л); Cu; Zn; Cr (мкг/л); за період весняного водопілля

В-№	Ріка– пункт	Feзаг	Pmin	Cu	NO3–	NH4+	NO2–	Zn	Cr
1	Тиса–м.Рахів	0,22	0,036	13	0,023	0,32	0,006	12	0
2	Тиса–с.м.т.Вилок	0,12	0,06	0	0,018	0,665	0,004	0	1,15
3	Ріка–м.Хуст	0,16	0,022	3,5	0,012	1,583	0,02	-	7,5
4	Прут–м.Яремче	0,5	0,062	-	0,06	0,523	0,006	-	-
5	Прут–м.Чернівці	0,15	0,039	4,3	0,03	0,61	0,009	1,5	8,7
6	Стрий–с.Н. Кропивник	0,26	0,021	3	0,044	0,183	0,005	3	8

Продовження таблиці 6.4

В-№	Ріка– пункт	Feзаг	Pmin	Cu	NO3–	NH4+	NO2–	Zn	Cr
7	Свіча–с.Зарічне	0,15	0,019	0	0,014	0,671	0,008	3	8
8	Лімниця– с.Перевозець	0,25	0,019	3	0,032	0,991	0,031	3	10
9	Дністер–м.Галич	0,4	0,068	3,8	0,039	1,654	0,014	3,0	16,2
10	Бистриця-Ямниця	0,37	0,03	11	0,02	1,48	0,01	9	15

Таблиця 6.5 – Середні багаторічні концентрації NO₃^–, NO₂^–; NH₄⁺; Fe_заг, P_min (мг/л); Cu; Zn; Cr (мкг/л); за період літньо-осінньої межені

В-№	Ріка– пункт	Feзаг	Pmin	Cu	NO3–	NH4+	NO2–	Zn	Cr
1	Тиса–м.Рахів	0,16	0,014	4,9	0,076	0,64	0,004	8,8	10,2
2	Тиса–с.м.т.Вилок	0,15	0,05	2	0,2	0,32	0,012	3	19
3	Ріка–м.Хуст	0,23	0,026	-	0,016	0,77	0,011	-	-
4	Прут–м.Яремче	0,25	0,049	4	0,028	1,01	0,006	7	5
5	Прут–м.Чернівці	0,14	0,042	9	0,071	0,23	0,017	11,5	20,3
6	Стрий–с.Н. Кропивник	0,18	0,052	10	0,016	0,59	0,006	0	22
7	Свіча–с.Зарічне	0,21	0,048	0	0,025	0,86	0,016	3	2,5
8	Лімниця– с.Перевозець	0,29	0,067	3	0,028	0,91	0,017	5	14,5
9	Дністер–м.Галич	0,22	0,05	2,6	0,028	0,89	0,026	6,3	15

Продовження таблиці 6.5

В-№	Ріка– пункт	Feзаг	Pmin	Cu	NO3–	NH4+	NO2–	Zn	Cr
10	Бистриця-Ямниця	0,42	0,08	10	0,055	1,67	0,019	13	11,3

Таблиця 6.6 – Середні багаторічні концентрації NO₃^–, NO₂^–; NH₄⁺; Fe_заг, P_min (мг/л); Cu; Zn; Cr (мкг/л) ; за період зимової межені

В-№	Ріка– пункт	Feзаг	Pmin	Cu	NO3–	NH4+	NO2–	Zn	Cr
1	Тиса–м.Рахів	0,09	0,03	11,8	0,021	0,265	0,006	10,8	7,3
2	Тиса–с.м.т.Вилок	0,13	0,003	25	0,081	0,094	0,02	25	-
3	Ріка–м.Хуст	0,11	0,029	0	0,025	0,211	0,015	5	8
4	Прут–м.Яремче	0,26	0,1	12	0,025	1,17	0,005	8,5	6,5
5	Прут–м.Чернівці	0,11	0,025	16,5	0,041	0,195	0,011	14	25,3
6	Стрий–с.Н. Кропивник	0,12	0,098	8	0,212	0,632	0,007	3	11,5
7	Свіча–с.Зарічне	0,21	0,087	20	0,025	0,905	0,007	10	7
8	Лімниця– с.Перевозець	0,18	0,053	0	0,017	1,232	0,017	3,5	9,5
9	Дністер–м.Галич	0,35	0,071	9,9	0,044	0,967	0,017	4,5	17,2
10	Бистриця-Ямниця	0,35	0,034	-	0,039	0,925	0,013	4	9,8

Основні поняття та визначення.

1 Під терміном “мінералізація” води розуміють загальний вміст у воді всіх знайдених під час аналізу мінеральних речовин. Близьким до нього є поняття “сума іонів”, тобто арифметична сума кількостей всіх іонів у мг/л або г/л досліджуваної води, концентрація яких перевищує 0,1 мг/л.

2 Найбільш прийнятною для поверхневих вод є класифікація О.А.Алєкіна, в основу якої покладено два принципи: переважаючих іонів і співвідношення між ними. Переважаючими вважаються іони з найбільшим відносним вмістом у відсотках із перерахунком на кількість речовини еквівалента.

Усі природні води за переважаючим аніоном поділяються на три класи: 1) гідрокарбонатних вод (С); 2) сульфатних вод (S); 3) хлоридних вод (Cl).

Кожний клас поділяється за переважаючим катіоном на три групи: кальцієву, магнієву, натрієву. Кожна група, в свою чергу, поділяється на чотири типи вод, які визначаються співвідношенням між іонами в еквівалентах:

І тип: HCO₃^– > Ca²⁺ + Mg²⁺;

II тип: HCO₃^– < Ca²⁺ + Mg²⁺ < HCO₃ + SO₄^2–;

III тип: HCO₃^– + SO₄^2– < Ca²⁺ + Mg²⁺, або Cl^– > Na⁺;

IV тип: НСО₃^– = 0.

Приклади зображення гідрохімічного складу природних вод за класифікацією Алєкіна: C_II^Ca; S_II^Na.

3 Хороше наочне зображення даних про хімічний склад природних вод дає формула Курлова. Формула Курлова – це псевдодріб, у чисельнику якого зліва направо записуються аніони (у відсотках кількості речовини еквівалента) в порядку зменшення. У знаменнику таким же чином записуються катіони. Зліва від дробу записується загальна мінералізація води в грамах на один літр. Сума катіонів і сума аніонів кожна приймається за 100 %. Наприклад:

4 Хімічний склад природних вод поділяють на шість груп:

1. головні іони (макрокомпоненти) – Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺, K⁺, HCO₃^–, SO₄^2–, Cl^–;

2. розчинені гази – кисень (О₂), азот (N₂), сірководень (H₂S), вуглецю (IV) оксид (СО₂) тощо;

3. біогенні речовини – сполуки азоту, фосфору, заліза і кремнію;

4. органічні речовини – різноманітні сполуки, які належать до органічних кислот, складних ефірів, фенолів, гумусових речовин, азотовмісних сполук (білки, амінокислоти, аміни) та багато інших;

5. мікроелементи – всі метали, крім головних іонів (Са²⁺, Mg²⁺, Na⁺, K⁺), а також деякі інші компоненти, які містяться у водах в невеликих кількостях (наприклад, радіоактивні елементи);

6. забруднювальні речовини (пестициди, нафтопродукти, феноли, детергенти тощо).

1 Для оцінки рівня забрудненості водного об’єкту використовують наступну характеристику:

W = С_К / С_ГДК, (6.3)

тобто кратність перевищення ГДК, де:

• С_К –річна розрахункова концентрація забруднювальної речовини в контрольному створі при мінімальних витратах 95% забезпеченості, мг/л;

• С_ГДК–гранично допустима концентрація, мг/л.

Для виконання роботи Вам знадобляться наступні гранично допустимі концентрації:

Na⁺ – 120 мг/л P_min –0,1 мг/л

Ca²⁺ – 180 мг/л NH₄–0,5 мг/л Cu – 0,001 мг/л

NO₃^– – 40 мг/л K⁺ –50 мг/л SO₄^2– –500 мг/л

Mg²⁺ – 40 мг/л Fe_заг –0,1 мг/л Zn – 0,01 мг/л

NO₂^– – 0,08 мг/л Cr –0,001 мг/л Cl^– – 350 мг/л

2 Для визначення іонного стоку за визначений період року або за рік в цілому необхідно мінералізацію води (або концентрацію іона) (добову, місячну, сезонну, річну) помножити на відповідний водний стік (добовий, місячний, сезонний, річний).

Річний іонний стік можна отримати простим сумуванням місячних або сезонних значень іонного стоку, або планіметруванням площі фігури, яка обмежена вісями координат: іонний стік (R_s) і час (τ) та кривою, яка характеризує зміну іонного стоку в часі.

Контрольні питання.

1 На які групи поділяється хімічний склад природних вод?

2 Що таке “мінералізація” води ?

3 Яким чином можна визначити рівень забрудненості водного об’єкту ?

4 Як розрахувати іонний стік ?

5 Як зобразити хімічний склад води за формулою Курлова

6 Що являє собою класифікація природних вод О.Алєкіна за хімічним ?

7 Що відноситься до групи мікроелементів в природних водах ?

8 Які елементи складають групу головних іонів природних вод ?

9 Чи може вода гідрокарбонатного класу належати до четвертого типу за класифікацією Алєкіна?

10 Чому біогенні речовини отримали таку назву?

ПРАКТИЧНА РОБОТА №7