5. Качество воды

В естественных условиях вода практически нигде не встречается в химически чистом виде. Природная вода всегда содержит некоторое количество растворенных веществ органического и минерального происхождения. Именно эти примеси в значительной степени определяют качество воды.

Качество воды оценивается рядом показателей, среди которых наиболее важными являются общая минерализация, ионно-солевой состав, жесткость воды, величина рН и т.д.

Под минерализацией воды понимают суммарное содержание в ней всех найденных при химическом анализе минеральных веществ. Это содержание выражают в виде суммы ионов в мг/л или г/л. По величине общей минерализации природные воды делят на следующие группы:

пресные < 1 г/л

в т.ч. очень пресные < 0,1

нормально пресные 0,1 -0,5

пресноватые 0,5 - 1

солоноватые 1-10 г/л

в т.ч. слабосолоноватые 1-3

сильносолоноватые 3-10

соленые 10-50 г/л

рассолы > 50 г/л.

Химический состав воды обычно выражают в виде концентрации ионов, присутствующих в природных водах в значительных количествах:Cl^-,SO₄^2-, HCO₃^-, CO₃^2-, Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺. Наиболее часто результаты ионно-солевого состава выражают в миллиэквивалентах или миллиграммах в 1 литре воды. Иногда для сопоставления содержания отдельных ионов применяют процент - эквивалентную форму. Для этого рассчитывают относительное содержание каждого иона в процентах от суммы всех ионов.

Все природные воды в зависимости от преобладающего аниона делят на гидрокарбонатные и карбонатные (содержат НСО₃^- и СО₃^2-), сульфатные (SO₄^2-) и хлоридные (Сl^-); по преобладающему катиону различают кальциевые, магниевые и натриевые воды. Например, если среди анионов преобладает ион НСО₃^-, а среди катионов - ион Na⁺, то такую воду относят к гидрокарбонатным натриевым. В том случае, если кроме преобладающего иона в воде содержится значительное количество другого иона, немного уступающего по содержанию преобладающему, то при характеристике этой воды указывают название и соответствующего иона. При этом название преобладающего иона записывают в конце. Например, если содержание в воде НСО₃^- - 2,8 мэкв/л, a SO₄^2- - 2,1 мэкв/л, то данная вода относится к сульфатно-гидрокарбонатным.

Под жесткостью воды понимается общее содержание всех растворимых солей кальция и магния. Жесткость выражают суммой миллиэквивалентов ионов Ca²⁺ и Mg²⁺, содержащихся в 1 л воды. В зависимости от величины общей жесткости природные воды подразделяют на следующие категории:

< 1,5 мэкв/л – очень мягкие;

1,5-3 мэкв/л – мягкие;

3,0-6,0 мэкв/л – средней жесткости;

6,0-10,0 мэкв/л – жесткие;

> 10 мэкв/л – очень жесткие.

В зависимости от целевого назначения воды ее показатели должны отвечать определенным требованиям. Так, в питьевой воде общая минерализация не должна превышать 1 г/л, величина рН должна находиться в пределах 6,5 - 8,5, а общая жесткость не должна превышать 7 мэкв/л. Поливные воды, применяемые в сельском хозяйстве, не должны содержать солей более 1,5 г/л. Особенно вредно в поливной воде большое содержание ионов Na⁺, способных вызвать засоление и осолонцевание орошаемых почв.

Для оценки потенциальной опасности осолонцевания почвы при ее орошении минерализованными водами используют п о к а з а т е л ь а д с о р- б и р у е м о с т и н а т р и я или н а т р и е в о е а д с о р б ц и о н н о е о т н о- ш е н и е SAR (sodium adsorption ratio). Величину SAR рассчитывают по формуле:

,

где [Na⁺], [Са²⁺], [Mg²⁺] - концентрация ионов в ирригационной воде (в мэкв/л).

Опасность осолонцевания зависит не только oт величины SAR, но и от общей минерализации воды (табл. 2). При величине SAR меньше 8 опасность осолонцевания невелика при всех уровнях минерализации, а при SAR > 16-18 она становится высокой, и использовать такие воды для орошения нецелесообразно.

Таблица 2

Оценка качества воды по опасности засоления и осолонцевания почв

Общая минерализация, г/л	Опасность засоления почв	Опасность осолонцевания почв (уровни SAR)
		низкая	средняя	высокая	очень высокая
< 1	низкая	8-10	15-18	22-26	> 26
1 - 2	средняя	6-8	12-15	18-22	> 22
2 - 3	высокая	4-6	9-12	14-18	> 18
> 3	очень высокая	2-4	6-9	11-14	> 14

Пример 1.

Рассчитать общую минерализацию воды и содержание ионов в процент-эквивалентной форме, если содержание ионов в воде в мэкв/л составляет: СО₃^2- - 0,13; НСО₃^- - 2,32; Сl^- - 1,36; SO₄^2- - 1,59; Са²⁺ - 2,16; Mg²⁺ - 1,36; Na⁺ - 1,88. Охарактеризовать химический состав воды по преобладающим ионам. Можно ли использовать эту воду в качестве питьевой?

Решение. Вычислим содержание каждого иона в мг/л. Для этого содержание каждого иона, выраженное в мэкв/л, умножим на эквивалентную массу соответствующего иона:

г/моль; 0,13 мэкв/л * 30 г/моль = 3,9 мг/л;

г/моль; 2,32 мэкв/л * 61 г/моль = 141,5 мг/л;

г/моль; 1,36 мэкв/л * 35,5 г/моль = 36,9 мг/л;

г/моль; 1,59 мэкв/л * 48 г/моль = 76,3 мг/л;

г/моль; 2,16 мэкв/л * 20 г/моль = 43,2 мг/л;

г/моль; 1,36 мэкв/л * 12 г/моль = 16,3 мг/л;

г/моль; 1,88 мэкв/л * 23 г/моль = 43,2 мг/л.

∑ ионов = 3,9+141,5 + 36,9 + 76,3 + 43,2 + 16,3 + 43,2 = 361,3 мг/л.

Общая минерализация воды равна 361,3 мг/л. В соответствии с классификацией эта вода относится к нормально пресным.

Рассчитаем содержание каждого нона в процент-эквивалентной форме. Для этого вычислим сумму всех ионов в мэкв/л:

∑ ионов = 0,13 + 2,32+ 1,36+ 1,59 + 2,16+ 1,36+ 1,88 = 10,8 мэкв/л.

Примем сумму ионов за 100 %. Тогда доля каждого иона составит:

%;

%;

%

%;

%;

%;

%

По содержанию анионов вода относится к гидрокарбонатным, поскольку преобладает ион , количество которого значительно превышает содержание других анионов; по катионному составу – к натриево-кальциевым, т.к. преобладает ион Са²⁺, а содержание иона Na⁺ немного от него отличается.

Вычислим величину общей жесткости воды:

2,16 + 1,36 = 3,52 мэкв/л,

что соответствует воде средней жесткости.

Поскольку общая минерализация воды не превышает 1 г/л, а общая жесткость воды менее 7 мэкв/л, то данная вода удовлетворяет требованиям, предъявляемым к питьевой воде.

Пример 2.

Рассчитать величину SAR, если содержание катионов в воде (в мэкв/л) составляет: Ca²⁺ - 6,0; Mg²⁺ - 8,0; Na⁺- 17,0, а общая минерализация воды равна 1,9 г/л. Пригодна ли данная вода для орошения?

Решение. Рассчитаем SAR по формуле

По табл. 2 находим, что при минерализации воды 1,9 г/л опасность засоления почвы при использовании этой воды средняя, а опасность осолонцевания - низкая. Поскольку минерализация воды все же превышает 1,5 г/л, то воду можно считать пригодной для орошения условно.