Практическая работа № 6

Тема: Определение характеристик подземных вод

Цель: отработать методику определения класса, группы и наименование подземной воды по её характеристикам

Методические указания

Химический состав подземных вод зависит от литологического состава горных пород, условий питания, залегания и дренирования водоносных горизонтов. Минерализация подземных вод формируется в результате действий процессов растворения, окисления, диффузии, испарения, смешения, гидрации, доломитизации и др.

Все природные воды – это растворы содержащие ионы, коллоидные и взвешенные частицы, газы. В подземных водах найдено более половины известных элементов из таблицы Менделеева.

Главными ионами являются:

Хлор ион Сl^–, сульфат ион SO₄^{2 –}, гидрокарбонат ион НСО₃^–, ион натрия Na⁺, ион кальция Ca²⁺ и ион магния Mg²⁺.

Обычно в пресных водах преобладают НСО₃^– и Ca²⁺, в соленых водах - Сl^– и Na⁺. Кроме этих ионов, в водах часто присутствуют: карбонат-ион СО₃ ^2–, ион калия К⁺, ионы железа - Fe²⁺ и Fe³⁺.

Под ионным составом вод обычно понимают содержание вышеперечисленных шести ионов, пренебрегая другими. Суммарное содержание в воде растворенных ионов солей и коллоидов называется минерализацией воды.

Из газов, присутствующих в воде, наибольшее значение имеет содержание – углекислого газа (СО₂) и сероводорода (Н₂S), так как от их содержания зависят ее агрессивные свойства. Кроме того, бывает важно знать содержание кислорода, аргона, метана – СН₄, этана – С₂Н₆, пропана – С₃Н₈, бутана – С₄Н₁₀. Наличие более тяжелых, чем метан углеводородных газов (этан, пропан и бутан), обычно связано с нефтеносными отложениями. Количество каждого растворенного газа в воде выражается в объемных единицах см³/л.

Общий химический анализ обычно делается для общей характеристики воды. В настоящее время обязательно определение пяти главных ионов: Cl^-, SO₄^2-, HCO₃^-, Ca²⁺, Mg²⁺ (Na⁺ определяют по разности). Анализ этих шести ионов, (часто к ним добавляют ионы CO₃^2-, Fe²⁺, Fe³⁺) плотности, и рН воды, называют стандартным или шестикомпонентным. рН – водородный показатель или реакция среды – т.е. щелочно-кислотные свойства воды. Определяется рН концентрацией водородных ионов.

Результаты химического анализа подземных вод выражают в виде содержания отдельных ионов в ионно-весовой, эквивалентной и процентно-эквивалентной формах:

Весовая ионная форма – это содержание в воде весовых количеств ионов – в миллиграммах к литру или кг, или 100 граммах воды.

Эквивалентная форма выражения состава вод дает более точное представление о химизме. Ионы реагируют между собой в определенных количествах, зависящих от веса и валентности. Например: Na⁺ реагирует с Сl^– не в количестве 1 г Na⁺ + 1 г Сl^–, а в эквивалентных соотношениях – 1 экв. Na⁺ на 1 экв. Сl^–. Эквивалент-ный вес – или эквивалент – это частное от деления ионного веса на валентность. Эквивалент Na⁺ равен 23/1, а эквивалент Сl^– =35,5/1, следовательно на 23 весовые единицы иона Na⁺ приходится 35,5 весовых единиц Сl^– .

Для перехода от весовой ионной формы к эквивалентной, необходимо содержание иона в миллиграммах или граммах разделить на величину эквивалента иона (данные табл.6.1), или умножить на пересчетные коэффициенты, приведенные в таблице приложения 2.

Таблица 6.1.

Ион	Эквивалент	Ион	Эквивалент
Na+	23,0	Cl–	35,5
Mg2+	12,2	SO42–	48,0
Ca2+	20,0	HCO3–	61,0
K+	39,1	Br–	79,9
NH4+	18,0	J–	126,9
Fe2+	18,6	HS–	33,0
Fe3+	27,9	CO32 –	30,5

Процент – эквивалентная форма может быть получена из эквивалентной формы. Она показывает относительную долю ионов во всей ионно-солевой массе.

Сумму всех ионов (катионов и анионов) в эквивалентах принимают за 100 или 200%- экв.

Следует отметить, что сульфатно-натриевый и гидрокарбонатно-натриевый типы подземных вод соответствуют континентальным условиям, хлоридно-магниевый тип вод соответствует морской обстановке, а хлоридно-кальциевый тип – глубинной обстановке.

Наиболее распространенные типы вод нефтяных месторождений – гидрокарбонатно-натриевый и хлоридно-кальциевый, свойственный обстановке затрудненного и весьма затрудненного водообмена и восстановительным условиям. Главную роль в составе вод нефтяных месторождений играют среди анионов – хлор, среди катионов – натрий. В составе растворенных газов в водах преобладают азот, метан, реже углекислый газ.

Приложение 1. Классификация подземных вод

1. По обшей минерализации, г/л: сверхпресные < 0,2; пресные 0,2...1; слабо­солоноватые 1...3; сильносолоноватые 3...10; соленые 10...35; рассольные > 35.

2. По температуре, °С: переохлажденные < 0; холодные 0...20; теплые 20…37; горячие 37...50; весьма горячие 50...100; перегретые > 100.

3. По степени жесткости, мг-экв/л: очень мягкие < 1,5; мягкие 1,5...3,0; умеренно жесткие 3,0...6,0; жесткие 6,0...9,0; очень жесткие > 9,0.

4. По величине рН: очень кислые рН < 5; кислые 5 ≤ рН < 7; нейтральные рН=7; щелочные 7 < рН ≤ 9; высокощелочные рН > 9.

Приложение 2. Коэффициенты для пересчета содержания в воде главных ионов из мг в мг-экв

Ионы	НСО3-	S042-	Сl-	Na+	Са2 +	Мg2 +
Коэффициент	0,0164	0,0208	0,02820	0,0435	0,0499	0,0822

Приложение 3. Химическая классификация состава воды по С.А. Щукареву

Принадлежность воды к тому или иному классу в соответствии со схемой определяется содержанием главных ионов в количестве более 25 %-экв.

Элемент	НСО3-	НСО3-, S042-,	НСО3-, S042-, Сl-	НСО3-, Сl-	S042-	S042-, Сl-	Сl-
Мg	1	8	15	22	29	36	43
Мg, Са	2	9	16	23	30	37	44
Са	3	10	17	24	31	38	45
Са, Na	4	11	18	25	32	39	46
Na	5	12	19	26	33	40	47
Мg, Са, Na	6	13	20	27	34	41	48
Мg, Na	7	14	21	28	35	42	49

По преобладающим анионам воде присваивают название: хлоридная, сульфат­ная, гидрокарбонатная, хлоридно-сульфатная, хлоридно-гидрокарбонатная, суль­фатно-гидрокарбонатная и хлоридно-сулъфатно-гидрокарбонатная; по преобладаю­щим катионам: натриевая, магниевая, кальциевая, натриево-магниевая, натриево-кальциевая, магниево-кальциевая и натриево-магниево- кальциевая.

По общей минерализации каждый класс подразделяется на группы: А — до 1,5 г/л, В — 1,5..10 г/л и С — более 10 г/л.