Гидрохимия - Крайнов С.Р.
ISBN 5-247-01293-3
Скачать (прямая ссылка):
Важное биогеохимическое значение имеет величина Ca/Sr подземных вод. При малых (<100) значениях Ca/|Sr в подземных водах использование подземных вод может привести к возникновению среди населения Уровской эндемии. При одновременном в кинетическом отношении переходе стронция и кальция из «средних* магматических и осадочных пород должны формироваться подземные воды с величиной Ca/Sr порядка я-100. В реальных подземных водах изменчивость этих соотношений гораздо большая. В грунтовых водах оно изменяется от S*—15 в подземных водах зон целестиновой минерализации до л-100 в более минерализованных водах аридной зоны. Причина увеличения значения Ca/Sr в грунтовых водах аридной зоны заключается в том, что в соответствии с энергетическим рядом
'7-П49
257
сорбции двухвалентных элементов стронций лучше, чем кальций сорбируется глинистыми образованиями и при увеличении минерализации подземных вод в мелкодисперсных породах рост концентраций кальция обгоняет рост концентраций стронция.
10.2.2. Железо
Общие сведения о гидрогеохимии железа. Железо широко распространено в подземных водах хозяйственно-питьевого назначения. Этот элемент осложняет решение проблемы водоснабжения во многих регионах. Следующие химические свойства железа определяют его геохимию в подземных водах хозяйственно-питьевого назначения: а) малая растворимость гидроксида железа (ПРрв<он)э 1»6•1O-39) и высокая растворимость гидрозакиси (ПРре<он>а7,9-10"16); б) окисление Fe2+-»-Fe3++e- с-последующим гидролизом Fe3++ЗОН-=Fe(OH)3 и образованием малорастворимого гидроксида Fe3+(OH)3<TB); в) образование малорастворимых соединений со многими аннонами подземных вод (ПРрссо5 П-10-», ПРгеРо4 л-Ю-27); г) способность Fe3+ к образованию устойчивых комплексных соединений с органическими веществами гумусового ряда — с фульво- и гуминовыми кислотами, а также с некоторыми неорганическими анионами подземных вод, особенно с ОН-. Ниже приведены константы устойчивости комплексных соединений, образуемых Fe3+ с этими анионами:
Ig/C' is*'
Fc2' 4•OH-^FeOII+. ... 4,5 Fe3+ + OH"=FeOH2+ ... 11,8 Fe3 "4-2OH-^Fe(OH)20 . . 7,4 Fe3+ + 20H-=Fe(OH)2+ . . 22,3
Fe3++30H-=Fe(OH)3° . . 30,0
Fe2+ + <DK2-=Fe<DK°.....'. . . 4,7
Fe2+ + 2<J>K2-=Fe(<J>Kh2-......8>°
Fe»++ ФК2--FeOK+........7,1
Fe3H- + 2<t>K2-=Fe(<DKh-.......12>5
Fe3'4-OK2-+OH-=FeOK(OH)° . . . . 20,1
Fe3+ + OK2-+20H=Fe4>K(OH)2- .... 30.5
Указанные химические свойства железа определяют его основные миграционные формы в подземных водах: Fe2+, Fe3+, Fe(OH)n3-7S Fe(3>K)n3-2n- Eh-pH поля преобладания различных неорганических форм железа в подземных водах показаны на рис. 10.3, из которого следует, что в околонейтральных подземных водах с низкими (менее +250 мВ) положительными значениями окислительно-восстановительного потенциала (в таких водах кислород уже практически отсутствует) железо находится в виде Fe2+. Если окислительно-восстановительный потенциал подземных вод увеличится вследствие роста в них концентраций кислорода, то произойдет окисление Fe+-»^e -+е .
258
О 2 . 4 6 S* pH
a S В z а 6 д г
I* «QTir IZZZZl*
Рис. 10.3. Положение железосодержащих подземных вод на Eh-pH диаграмме Fe—НгО:
J— типы железосодержащих вод (а —кислые районов сульфидных месторождений, б — грунтовые с высокими концентрациями органических веществ, в — бескислородные и бессульфидные; г — сульфидные; 2 (а—г) — направления увеличения концентраций железа соответственно в перечисленных выше типах вод
Растворимость Fe(OH)3 минимальна и это означает, что процесс гидролиза Fe3++30H~=Fe(OH)3 должен привести к образованию труднорастворимого гидроксида железа. Этот процесс визуально проявляется в том, что на выходе бескислородных железосодержащих подземных вод с низкими положительными значениями Eh на поверхность, образуется осадок бурового гидроксида железа. Такие осадки можно наблюдать в скважинах, особенно в их прифильтровой зоне, в коммунально-бытовых механизмах, при естественной разгрузке напорных вод и т. д. Специальным расчетом установлено, что если подземные воды не содержат комплексообразующих органических веществ, после осаждения гидроксида железа в них может быть только около 20 м к г/л железа. Таким образом, процесс окисления Fe2+^Fe3+-I-е™ в таких ситуациях должен приводить к практическому очищению подземных вод от железа.
17*
259
Совершенно иная геохимическая ситуация формируется в подземных водах, если эти воды содержат значительные концентрации фульво- и гуминовых кислот. Высокая устойчивость комплексных соединений Fe3+ с анионами этих кислот приводит к тому, что в подземных водах, содержащих фульво- й гумино-вые кислоты, Fe(III) находится уже не в виде Fe3+ а в виде устойчивых комплексных соединений типа Ре(ФК)п3~2п- Процесс комплексообразования приводит к резкому усилению миграционной способности Fe(III) в кислородсодержащих подземных водах. Содержание Fe3+ в кислородсодержащих подземных водах, имеющих органические вещества гумусового ряда, могут увеличиваться до 10—20 мг/л и более. Такие железосодержащие подземные воды широко распространены в пределах заболоченных территорий Мещеры, Белорусского "и Украинского Полесья и особенно во многих северных регионах — в Карелии, Архангельской, Вологодской областях и др.
