7. Пример обработки анализа и оценки качества воды

Заданы результаты химического анализа воды из скважи­ны № 2038, пробуренной в Алтайском* крае (табл. 7.1).

Т а б л и ц а 71 Данные химического анализа воды из скважины № 2038

Каги	оны	Аи	10 И Ы
Символы 1	Содержание, мг/л	Символы	Содержание, мг/л
Na+-j-K+ Ма2Н- t> Са2+	768,0 152,0 183,0	исо- COJ- С1- SOJ-	301,0 1319,0 618,0

Требуется:

выразить данный химический анализ в миллиграмм-экви­валентной и процент-эквивалентной формах;

определить общую минерализацию, сухой остаток, состав солей и жесткость;

выразить данный анализ воды графическим способом (прямоугольников и циклограмм) и используя формулу Кур-лова;

классифицировать исследуемую воду по О. А. Алекину (класс, группа, тип) и дать символ воды;

определить пригодность воды для целей водоснабжения и

орошения;

определить агрессивность воды по отношению к бетону, стабильность (коррозионную способность).

7.1. Выражение результатов химического анализа воды

Результаты химического анализа воды из скважины №2038 даны в ионной форме. Переведем их в миллиграмм-эквива­лентную форму путем деления количества каждого компонен­та на его валентную массу (Э). При этом сумму катионоь Na ⁺ + K⁺ пересчитываем по эквивалентной массе \^та, т. к. со­держание калия в воде незначительно по сравнению с Na и в результатах анализа он не выделен.

Например, из табл. 7.1 устанавливаем, что содержание Na ⁺ -f-K+ составляет 768 мг/л, a SO^~=-618 мг/л. Эквива­лентная масса №т-|-К^г будет определяться как частное or деления молекулярной массы натрия (MMNa) на его валент­ность (B_NaJ.

MMNa 22,992

^Na = - =22,992 мт,

В nb 1

тогда содержание Na + -f-K⁺ в мг-экв/л будет равно

Na++K+ 768,0

гЫа⁺+гК⁺ = — - =33,41 мг-экв/л.

Эм_а 22,992

Аналогично для S0^j~ имеем:

MMSO₄ 96,066

jsq,— —------- = —~ —=48,Обо мг (молекулярная

bsd,

масса SOJ- определена как 32,066 + 4-16 = 96,066). Содержание SO^~ в мг-экв/л будет равно

.SO - ^S°4² =-HM = 12,86 мг-экв/л.

'3so" ⁴⁸'⁰³³

Таким же образом пересчитываем другие компоненты и про­веряем правильность произведенного анализа воды.

При правильно выполненном анализе воды сумма найден­ных эквивалентов катионов должна равняться сумме эквива­лентов анионов. В нашем примере:

/•Na++rK = 33,41 мг-экв/л гС\~ =37,2 мг-экв/л

rMg²⁺ -12,5 мг-экв/л /-50;-= 12,86 мг-экв/л

гСа²+ =9,13 мг-экв/л rHCOj-^4,93 мг-экв/л

2гКат =55,04 мг-экв/л 2гАн = 54,99 мг-экв/л,

66

Абсолютная ошибка составляет

Д/ = 2гКат-2гАн = 55,04—54,99 = 0,05 мг-экв/л.

Процент ошибки *= -^--100=-^ - ЮО-0,09 %. По-

_,гАн 54,99

скольку процент ошибки не превышает 3, считаем что знали-; выполнен удовлетворительно.

Для удобства последующих расчетов уравниваем количе­ство миллиграмм-эквивалентов катионов и анионов путем вы-^;ггания абсолютного значения ошибки из rNa ⁺ + rK⁺ "Исправ­ленное значение (rNa+^rK+J в эквивалентной форме бУ'ет равно (rNa ++rK;) =33,41-0,05 = 33,36 мг-экв/л. Значение Na + + K+ в ионной форме получим следующим образом;

NV4-K+ = (гЫа++гК+)-Э_Ка =33,36-22,992 = 766,98 мг/л.

Результаты пересчета данных анализа заносим р табл. 7.1.1.

_____________________________ Т а -1 л и ц а 7.1,1,

Для вычисления процент-эквивалентов принимаем сумму миллиграмм-эквивалентов катионов и анионов за 100 % 'каж­дого в отдельности и определяем, сколько процентов состав­ляют эквиваленты каждого компонента. Например,

r(Na_W). ^±m ._ш= ЗМЁ

2гКат 54,99

Аналогично производим пересчет анионов и катионов, а ре­зультаты заносим в табл. 7.1.1 (графы 4, 8).

5* 67

____ _____	Кати	Л1Ы			ан	юны
		мг-экв	% МГ'ЭКВ			мг-экв	% МГ'ЭКВ
		л	л			л	л
[	'2	3	4	5	6	7	8
Na+ + KH Mg4- Са* +	766,98 152,00 183,00	36,36 12,50 9,13	60,7 22,7 16,6	С1-SO2- ысо-сгл- о	1319,0 618,0 301,0	37,20 12,86 4,93	67,7 23,4 8,9
2 Кат	1101,98	54,99	100 %	2Ан	2238,0	54,99	100

7.2. Определение общей минерализации и сухого остатка

Общая минерализация (М, г/л) определяется как суммар­ное содержание анионов и катионов, выраженных в ионной форме:

М = 1Кат+2Лн = 1101,98+2238,0 = 3339,98 мг/л-3,34. Сухой остаток (С, г/л) определяем как:

НСО, ЧП1

С = М------г,—— =3339,98——' =3339,98—150,5 =

² 2

3189,48 мг/л = 3,19 г/л.

Таким образом, общая концентрация солей в воде (общля минерализация) составляет 3,34 г/л, а при выпаривании ос­таток солей должен составить 3,19 г/л.

7.3. Состав солей

Используем схему составления гипотетических солей (см. гл. 5.1) и количественное выражение катионов и анионов в миллиграмм-эквивалентной форме (табл. 7.1.1, графы 3, 7}. Так .как в рассматриваемой воде не обнаружено ионов SiO²_s~ НРО₄~ и СОз~, начнем оставлять соли с третьего блока схе­мы, т. е. гСа²⁺ соединяем последовательно с rSO^~ и /Т1СО^~. Получим соли: rCaSO₄ = 9,13 при остатке аниона rSO^~ = 3,73. гСа (НСО₃) =0, т. к. кальций исчерпан при получении гСа5О₄-гНСО~ соединяем с rMg. rMg(HC0₃h =4,93 при ос­татке Mg = 7,57. В четвертом блоке соль NaHCO₃ не образует­ся, т. к. все анионы НСО₃~ использованы полностью. Поэтому катионы Г'Ыа+ соединяем с остатком rSO₄ = 3,73. Получим /•Na₂S0₄ = 3,73, при остатке rNa = 29,63, a rSO₄ = 0. Далее по схеме rMgS0₄ = 0, так как все анионы rSO^" заняты в выше­полученных солях. rNaCI = 29,63 (по остатку rNa = 29,63). Ос­таток иона хлора составит 7,57 мг-экв/л. rMgCl₂ = 7,57.

Таким образом, все оставшиеся анионы хлора гС\~ = 7,о7 компенсируются катионами rMg²+ = 7,57.

В результате получены соли:

rS0₄ = 9,13 мг-экв/л rNaCl = 29,63 мг-экв/л

rMg(HCO₃)₂ = 4,93 мг-экв/л rMgCl = 7.57 мг-экв/л rNa_eSO₄ = 3,73 мг-экв/л 2гСол = 54,99 мг-экв/л.

68

Так как сумма солей, выраженная в эквивалентной форме (2гСол), равна сумме эквивалентов анионов и катионов, со­ли составлены правильно.

Переведем полученные соли в ионную форму. При этом воспользуемся значениями их эквивалентной массы: Са5О₄=гСа§О₄-Эсв50₁=9ДЗ-68,073=621,51 мг/л M_g{HC0₃)2=rMg(HC0₃)₂-3M_g(HCo_s)_s =4,93-73,179=360,77 мг/д Na₂SO₄ = rNa₂SO₄-3_Na_iSo₄=3,73-71,024 = 264,92 мг/л NaCI = nNaCl-3_Naci= 29,63-58,448= 1731,81 мг/л MgCl_E = rMgCl₂-3_MgCb = 7,57-47,617 = 360,47 мг/л

2Сол = 3339,48 мг/л

Полученный результат 2Сол незначительно отличается от об­щей минерализации (<1 %), поэтому расчет можно считать удовлетворительным.

7.4. Жесткость воды

Общая жесткость воды определяется как сумма Са и Mg, находящихся в воде. Общая жесткость в мг-экв/л гЖо^ = rMg²+-frCa²+-12,50+9,13-21,63 мг-экв; в немецких гра­дусах Ж₀° - 2,8 тЖо = 2,8 -21,63 -60,6 Н°.

Карбонатная жесткость представлена только солями Mg(HCO₃)₂- гЖ_к=4,93 мг-экв/л или Ж_к°-4,93-2,8= 13,8 Ы°. Соли MgC0₃ в составе воды нет.

Устранимая жесткость в данном случае равна карбонат­ной, а постоянная определяется как: ^Ж_п~''Жо--''Ж_у— = 21,63—4,93=16,70 мг-экв/л или Ж° =60,6-13,8 = 46,8 №.

7.5. Классификация воды по О. А. Алекину, графическое и аналитическое выражения анализа воды

Используя данные анализа воды, выраженные в эквива­лент-процентной форме (табл. 7.1.1, графы 4, 8) и классифи­кационную схему О. А. Алекина (рис. 5.1.1), приходим к вы­воду, что данная вода относится к классу хлоридных, т. к. в ее составе преобладает анион хлора (гС1"~ = 67,7 %. что боль­ше rSO^-^23,4 % и гНСО~ = 8,9 %). Группа воды натриевая, т. к. .катионов натрия больше, чем других (rNa —60,7 % >• >rMg = 22,7 %>rCa = 16,6 %). Тип воды III, что определяет­ся соотношением:

rHCO₃+rSO₄<rCa-|-rMg, т. е. 8,9+23,4< 16,6+22,7 или 32,3 %<39,3 %.

Итак, по классификации О. А. Алекина, вода относится к хлоридно-патриевой III типа. Символ воды Clfj* —3,34.

По общей минерализации (классификация Ж- С. Садыко-ва) вода относится к солоноватым, т. к. минерализация ее находится в пределах 3,0—5,0 г/л.

Аналитическое выражение химического состава воды за­пишем в виде формулы солевого состава (формула Курло-ва), округлив значения процент-эквивалентов до целых чисел.

М₃,з4 ^С|б*⁵⁰'зНСО[_ _TiepH_7i5. Na₆₁Mg₂₃Ca₁₆

Графическое изображение рассматриваемого химического состава воды выполнено на рисунках 5.2.1, 5.2.2, 5.2.3.

Следует отметить, что при изображении анализов с помо­щью циклограммы или прямоугольников на картах и разрезах для обозначения катионов и анионов следует пользоваться цветом. При этом принято обозначать: С1~ - красным цветом, SO;;- -желтым, СОз~ и НСО₃" — голубым, Са²⁺ —бесцвет­ным, Mg²⁺— коричневым, Na⁺--зеленым.

Изображения химического состава в виде графиков-тре­угольников для одиночного анализа не используем.

7.6. Оценка качества воды для хозяйственно-питьевого водоснабжения

Оценку качества воды произведем путем сравнения кон­центрации отдельных компонентов¹ химического состава и хи-

Таблица 7.6.1 Оценка пригодности воды для хозяйственно-питьевых целей

«Это замечательное химическое соедине­ние Н₂О, без которого нет жизни, нет счастья, нет богатства, нет ничего на Земле...».

Академик А. Е. Ферсман. Путешест­вие в Среднюю Азию, 1928 г.

70

№ п	Показатель п	Единица Измерения	По требо­ванию ГОСТа	Содержит­ся в воде	Заключение
1 2 3 4 5	Сухой остаток, С Сульфат-нон iSO'^-) Хлор-ион (С1~) Общая жесткость Концентрация водо­родных ионов, рН	г/л г/л г/л мг-экв/л	1,0 0,5 0,35 7,0 6,5—8,5	3,19 0,618 1,319 21,63 7,5	Не пригожа Не пригодна Не пригодна Не пригодна Пригодна

мических свойств с требованиями ГОСТ 2874-82 (прил. 1, табл. 1). Данные сравнения сведем в табл. 7.6.1.

Таким образом, вода не отвечает требованиям ГОСТа по всем показателям, кроме рН, и не может быть рекомендована для хозяйственно-питьевых целей без улучшения ее качества.

7.7. Оценка качества воды для целей орошения

По общей концентрации солей пригодность воды для оро­шения оненим по рекомендации акад. В. А. Ковда {табл. 6.2.3). При минерализации исследуемой воды 3,34 г/л применение ее для орошения предусматривает устройство дренажа с отво­дом до 50—60 % от объема оросительной нормы при соблю­дении промывного режима.

Способность воды к осолопцевапию оцениваем по несколь­ким показателям.

По критерию осолонцевания И. //. Антшюва-Карагач-ви

rCa²+ + rMg-²⁺ rCa²++rMg²⁺ 9,13+12,5 ----------------.-----(),zoo L-.--------—•------- =-------------- ^:-

rNa + rNa^ 33.36

= ²-i^ = 0,65. 33,36

0,238 С = 0,238-3,18 = 0,756. Ввиду тога, что (),65<0,75б, осо-лонцевание почв будет происходить.

По ирригационному коэффициенту. По табл. 6.2.2 [выбира­ем формулу для определения К_а. Поскольку rNa^OCl", т. е 33,36<37,20,

288 288 288

К ,, —-------= -----------— ------- — 1 ,зо.

5гС1- 5-37,2 185.5

Сравнивая полученное значение с данными табл. 6.2.2, мо­жно сделать вывод, что данная вода неудовлетворительна по качеству и при орошении требуется устройство искусственною дренажа.

По величине «выверенного» адсорбционного соотношение натрия

лЫа + , ._, Л

SAR*=.—^-^^ ------ l + (8,4— pH_c) .

VO,5(rCa²- + Mg²⁺) .

рН (.определим но данным табл. 6.2.4 по формуле

pH_e={pK₂-fpKo)+p<Ca²++Mg^{2 +} )+pAl_K при rNa ++rMg²- + rCa²+ = 54,99, (рК₂+рК₀) =2,49,

71

при rMg²+ + rCa²+ = 9,13+12,5 = 21,63, p (Ca^ + Mg²") -2,0, при гСО₃²⁴+ЖСО₃- = 0+4,93-4,93, рА1_к = 2,3.

При полученных значениях составляющих рН_с = 2,49+2,04-

+2,3-6,79

.5Ла*:=^=³³'³⁶ ..[1 + (8,4-6.79)1= „J³³'³⁶ .[1 + 1.61] = 1/0,5(9,13+12,5) У0,5- 21,63

_аЕ,.2,61=Ш = 26,47. УЮ,815 3,29

Так как полученные значения SAR* более 9 (см. гл. 0), оси-лонцевание почв при орошении данной водой будет проис­ходить.

По классификации С. Я. Сойфер данная вода при минг

/•Na ⁺

рализации 3,34 и kns= - — = 0,61 относится

rNa- + rMg²++rCa²+

к IV классу, 4-й группе (см. рис. 6.2.1 и табл. 6.2.5).

Воду следует считать условно пригодной, требующей при орошении улучшения ее качества химмелиорацией, разбавле­нием др.

По магнезиальной опасности

rMg2+ 12.5 12.5 ^_Q58

rMg²++rCa²+ 12,5+9,13 21,63

гМ£²⁺ ввиду того, что----------------- = 0,58>0,5, магниевая ипас-

_rMg2++rCa²+

ность существует.

В целом по оценке воды для орошения следует заключить, что вода имеет неудовлетворительное качество. Орошение ею возможно только при улучшении ее качества, т. к. она имеет высокую концентрацию солей натриевого состава и способна вызвать осолонцевание почв.