Оцінювання якості зрошувальної води за термодинамічними показниками

Для характеристики реальних систем, що утворюються при взаємодії зрошувальних вод з ґрунтами, виходячи із термодинамічного принципу їх взаємозв’язку запропоновано використовувати спряжене визначення показників активності іонів Н⁺¹, Са⁺², Na⁺¹ в зрошувальних водах і рівновеликих ґрунтових розчинах. Виражені через їх від’ємні логарифми (рН, рСа, рNa), названі показники є фізико-хімічними, що відображають відповідно кислотно-лужні (рН), буферні (рСа) і солонцеві (pNa) властивості ґрунтів.

Визначення показників активності іонів рСа і pNa експериментально здійснюють за допомогою іонно-селективних електродів з кальцієвою і натрієвою функціями на універсальному іонометрі ЭВ-74 (в лабораторних умовах) або переносним іонометром И-102 (в польових умовах).

Для оперативного контролю якості зрошувальних вод можна користуватись розрахунковим методом визначення показників активності іонів. При цьому розрахунок коефіцієнтів активності здійснюють за формулою Дебая-Гюккеля, яка дозволяє з певною точністю знаходити коефіцієнти активності іонів в розчинах, іонна сила яких не перевищує 0,06.

Іонну силу розчину m розраховують за формулою

, (1.10)

де – концентрація і- го іону, моль/л;

– заряд і -го іону.

Для переходу від концентрації іонів в мг/л до моль/л необхідно перевести спочатку в г/л, тобто значення в мг/л розділити на 1000, потім розділити отримані значення на молярну масу. Молярна маса залежить від молекулярної маси хімічних елементів, що входять до даних іонів і не залежить від їх заряду. Отримані значення в моль/л будуть відрізнятьсь від мекв/л для двовалентних іонів (табл. 1.10).

Таблиця 1.10 – Перерахунок концентрації іонів в зрошувальній воді в різні форми (рН=8,2)

Показник	Аніони	Катіони	Сума
СО3-2	НСО3-1	Cl-1	SO4-2	Ca+2	Mg+2	Na+1	аніонів	катіонів	іонів
Мг/л	-
Еквівалентна маса			35,5
Мекв/л	-	3,00	1,49	3,75	2,75	2,25	3,24	8,24	8,24
%-екв	-
Молярна маса			35,5
Моль/л	-	0,0030	0,0015	0,0019	0,0014	0,0012	0,0032			0,044

 

За формулою (1.10) визначаємо іонну силу для отриманих значень

Величину активності іонів кальцію і натрію визначають за формулою

, (1.11)

де – активність іону, моль/л;

– концентрація іону, моль/л;

– коефіцієнт активності який визначають за табл. 1.11 залежно від .

Для розглянутого прикладу коефіцієнт активності f буде складати:

Ø для одновалентного іону ;

Ø для двовалентного іону .

Тоді величина активності іонів буде:

Ø моль/л;

Ø моль/л.

Показники рСа і pNa визначають як від’ємні логарифми від активності іонів за формулами

, (1.12)

. (1.13)

Отже, прологарифмувавши величину активності іонів отримуємо рСа=2,13, pNa=2,57 і розраховуємо:

Ø натрієво-кальцієвий потенціал, що характеризує процес осолонцювання –pNa-0,5рCa=2,13-0,5×2,57=0,845;

Ø воднево-натрієвий потенціал, що характеризує процес підлуження – рН-рNа=7,8-2,57=5,23;

Ø відношення потенціалів .

Таблиця 1.11 – Значення коефіцієнтів активності при різній іонній силі

Іонна сила m	Коефіцієнт активності f
одновалентний іони	двовалентний іони
0,001 0,002 0,003 0,004 0,005 0,006 0,007 0,008 0,009 0,010	0,96 0,95 0,95 0,93 0,92 0,92 0,92 0,91 0,90 0,89	0,86 0,79 0,74 0,73 0,72 0,69 0,67 0,66 0,64 0,63
0,015 0,020 0,025 0,030 0,035 0,040 0,045 0,050 0,055 0,060	0,88 0,87 0,85 0,84 0,83 0,83 0,82 0,81 0,80 0,80	0,59 0,55 0,53 0,50 0,49 0,47 0,45 0,44 0,42 0,40

Оцінювання зрошувальної води за термодинамічними показниками здійснюють за табл. 1.112 (ДСТУ 2730-94).

Таблиця 1.12 – Оцінювання якості зрошувальної води за термодинамічними показниками

Буферність ґрунту	Термодинамічні потенціали зрошувальної води	Клас якості води
рNa-0,5pCa	pH-pNa	pH-pNa_ pNa-0,5pCa
Низька Середня Висока	Більше 1,35 Більше 1,25 Більше 1,20	3,0-4,0 3,0-4,5 3,0-5,0	Менше 3,0 Менше 3,6 Менше 4,2	І
Низька Середня Висока	1,35-0,65 1,25-0,55 1,20-0,50	4,0-5,0 4,5-6,0 5,0-7,0	3,0-7,0 3,6-11,0 4,2-14,0	ІІ

Для розглянутого прикладу – середня буферність ґрунту (див. п. 1. 5), тоді за всіма потенціалами і їх відношенням якість зрошувальної води необхідно віднести до ІІ класу, тобто „Обмежено придатна для зрошення”. При використанні такої води необхідно застосовувати комплекс заходів для попередження деградації ґрунтів.