Газовый состав подземных вод
В подземных водах газы находятся свободном и растворенном состояниях. Содержание растворенного газа в воде зависит от коэффициента его растворимости, температуры, давления и минерализации воды. Основными газами подземных вод являются кислород О2, азот N2, диоксид углерода СО2, сероводород Н2S, водород Н2, метан СН4 и тяжелые углеводороды (Т.У.) Подземные воды содержат также целый ряд инертных газов — Не, Nе, Ar и др. Газы по происхождению делятся на следующие группы: I) воздушные (К2, О2, СО2, Не, Ar), проникающие в горные породы из атмосферы; 2) биохимические (СН4, СО2, Н2, Н2 S, Н2, О2, Т.У.), образующиеся при разложении микроорганизмами органических и минеральных веществ; 3) химические (СО2, Н2S Н2, СН4, СО, М2, НСl, НF, SО2, Сl, NH3), образующиеся при взаимодействии воды и породы при нормальных и высоких давлениях и температуре; 4) радиоактивные и ядерных реакций (Не, Rn и др.). Органические вещества. Источниками поступления органических веществ в подземные воды являются атмосферные осадки и поверхностные воды суши, почвы и почвенные растворы, илы и иловые воды, горные породы, скопления органического вещества в виде залежей нефти, торфа. Количественная характеристика органического вещества подземных вод выражается величиной органического углерода (Сорг) или кислорода (О) различных видов окисляемости — перманганатной, бихроматной, иодатной и др. Наиболее обогащены органическим веществом воды нефтегазовых, а именно газоконденсатных месторождений. Качественный состав органических веществ подземных вод чрезвычайно сложен. В них содержатся представители всех основных групп и классов органических соединений, азотсодержащие вещества, фосфорсодержащие, нафтеновые и жирные кислоты, фенолы, бензол, толуол, аминокислоты, амины и битум. Органические вещества, растворённые в подземных водах, имеют большое значение в формировании химического состава подземных вод, миграции и концентрации в них химических элементов, определена бальнеологическая их роль в минеральных и питьевых водах. Содержание и состав разнообразных органических соединений в воде необходимо знать при решении вопросов охраны подземных вод от загрязнения. Бактериальный состав воды. Микрофлора подземных вод представлена различными бактериями. Число бактерий составляет десятки и сотни тысяч клеток в 1 мл воды. Распространены бактерии в подземных водах до глубин 4 - 5 км от поверхности земли, так как в этой зоне температуры, обычно не превышают 100º С. Бактериальный состав воды устанавливается для оценки ее санитарного состояния и изучения процессов преобразования химического и газового состава воды. Некоторые гнилостные бактерии разлагают органические белковые вещества и очищают воду. Жизнедеятельность других бактерий приводит к образованию газов биохимического происхождения. Формула М. Г. Курлова. Химический состав воды очень часто изображают в виде формулы, которая предложена М. Г. Курловым. Это псевдодробь, в числителе которой в убывающем порядке (в мг-экв %), расположены анионы, а в знаменателе — в таком же порядке катионы. Ионы, содержание которых не превышает 1 мг-экв %, в формулу не включают. Слева перед дробью указывают (в мг/л) количество газов и активных элементов и минерализацию воды М (в г/л с точностью до первого десятичного знака). Справа после дроби записывают температуру воды (°С), реакцию воды рН, дебит скважины или расход источника (м3/сут). В настоящее время в формулу Курлова М. Г. внесены некоторые изменения, которые дают возможность более четко представить условия формирования химического состава воды: в нее включают все анионы и катионы, содержание которых превышает 1 мг-экв %, а ионы, содержание которых не превышает 10 мг-экв %, можно считать второстепенными и отделять их скобками от главных (Е.В. Посохов, 1975). С учетом вышеуказанных изменений формула М.Г. Курлова имеет следующий вид:
В наименование состава воды включаются анионы и катионы, содержание которых составляет 10 мг-экв %, и более. Рекомендуется первыми ставить анионы и катионы, находящиеся в меньшем количестве. Вода, состав которой выше изображен в виде формулы, называется так: сероводородная йодистая сульфатно-хлоридная, кальциевая, натриевая
2. Минерализация, жёсткость, pH, и агрессивность подземных вод. К основным показателям химических свойств воды можно отнести минерализацию воды, водородный показатель (рН), жесткость воды и агрессивность. Минерализация воды - это сумма всех минеральных веществ, содержащихся в воде. Она может оцениваться и по сухому остатку, который представляет собой общее содержание в воде нелетучих минеральных и частично органических соединений. Сухой остаток получают при выпаривании определенного объема воды и высушивании остатка при температуре 110° С. Минерализацию выражают в г/л. По величине минерализации природные воды подразделяют на следующие группы: Группа Минерализация, г/л Пресные........................................... до 1 Слабосолоноватые.......................... 1-3 Солоноватые...........:....................... 3 -10 Соленые........................................... 10 - 50 Слабые рассолы................................ 50 —100 Крепкие рассолы............................................. > 100
Водородный показатель (рН) - десятичный логарифм концентрации ионов Н+ в воде, взятый с отрицательным знаком: рН = - lg[Н+]. Этот показатель характеризует кислотно-щелочные свойства воды. По величине рН природные воды классифицируются следующим образом Наименование воды pH Очень кислая…………………. < 5 Кислая ………………………... 5 - 7 Нейтральная …………………. 7 Щелочная …………………….. 7 - 9 Высокощелочная…………….. > 9 Подземные воды обычно имеют рН от 6 до 8, а в зонах окисления рудных месторождений встречаются подземные воды с рН<5. Жесткость воды обусловлена присутствием в воде ионов Са2+ и Мg2+. Выражают жесткость в ммолях/л Са2+ и Мg2+; 1 ммоль жесткости соответствует 20,04 мг/л Са2+ или 12,16 мг/л Мg2+. Различают три вида жесткости: общую, устранимую (или карбонатную) и постоянную (или некарбонатную). Общая жесткость обусловлена суммарным содержанием Са2+ и Мg2+. Устранимая (временная), или карбонатная, жесткость обуловлена гидрокарбонатными и карбонатными солями кальция и магния. Устранимая жесткость показывает, на сколько уменьшается общая жесткость воды после кипячения. Неустранимая (постоянная), или некарбонатная, жесткость обусловлена Са2+ и Мg2+, которые могут соединяться с хлоридами, сульфатами и другими некарбонатными анионами. Неустранимая жесткость равна разности между общей жесткостью и устранимой (временной). Природные воды по общей жесткости подразделяют на пять групп: Оценка воды Жесткость, ммоль/л Очень мягкая ……………….. до 1,5 Мягкая ……………………… 1,5-3,0 Умеренно жесткая………….. 3 - 6 Жесткая ……………………... 6 - 9 Очень жесткая …………........ выше 9
Агрессивность воды связана с присутствием в ней ионов водорода, свободного диоксида углерода, сульфатов и магния. Агрессивные свойства воды проявляются по отношению к бетону, железобетону и металлам. Различают несколько видов агрессивности: вышелачивания, общекислотную, углекислую, сульфатную и магнезиальную. Агрессивность выщелачивания определяется по величине карбонатной жесткости. Вода считается агрессивной по отношению бетону при карбонатной жесткости свыше 0,54—2.14 ммоль/л (в зависимости от типа цемента в составе бетона). Агрессивность общекислотная оценивается по величине рН. Вода считается агрессивной для всех типов цементов в пластах высокой водопроводимости: а) при рН<7 и карбонатной жесткости меньше_8,6 ммоль/л; б) при рН<6,7 и карбонатной жесткости больше 8,6 ммоль/л. Для слабопроницаемых пластов вода считается агрессивной при рН<5. Агрессивность углекислая устанавливается по содержанию свободного диоксида углерода (СО2). Величину агрессивного диоксида углерода вычисляют по графикам, составленным Ф. Ф. Лаптевым (И. К. Гавич и др., 1985), но содержанию связанной (СО Агрессивность сульфатная оценивается по содержанию в воде ионов
Cl- 0 - 3000 250 – 500 3001 – 5000 501 – 1000 >5000 >1000
В породах слабой водопроводимости вода считается агрессивной при содержании иона ионов Агрессивность магнезиальная определяется по наличию в воде ионов Мg2+. Для портландцемента, находящегося в сильнопроницаемых породах, вода считается агрессивной при содержании иона Мg2+ > 5000 мг/л, для других видов цемента — при содержании иона Мg2+ более величин, приведенных ниже, мг/л:
````` ````0 –1000 ```````>5000 1001 – 2000 3001 – 5000 2001 – 3000 2001 – 3000 3001 – 4000 1000 – 2000
|
) и свободного диоксида углерода (СО2). Воды, содержащие менее 30 мг/л связанного диоксида углерода, т.е, обладающие карбонатной жесткостью менее 1,4 ммоль/л следует считать агрессивными независимо от всех других показателей.
мг\л. В породах высокой водопроводимости для бетона на портландцементе вода считается агрессивной при содержании ионов Cl- и 
