Гидрохимия - Крайнов С.Р.
ISBN 5-247-01293-3
Скачать (прямая ссылка):
3. Определение устойчивой равновесной ассоциации минералов, которые могут формироваться из подземной воды данного химического состава. Такие задачи являются типичными, при оценке геологической роли подземных вод, и в частности, их способностей к рудообразованию; при прогнозе кольмата-ции эксплуатационных на подземные воды скважин и т. д.
4. Определение предельно допустимых загрязняющих нагрузок на подземные воды различного химического состава^ исходя из их различной буферности по отношению к различным загрязняющим веществом (см. раздел 14.6). Здесь сущность в том, что с помощью различных компьютерных программ рассчитываются те концентрации загрязняющих веществ, которые может переработать подземная вода без ущерба для-своего качества.
5. Решение задач управления качеством подземных вод, выражающихся в установлении тех гидрогеохимических ситуаций, которые необходимы для поддержания оптимальных концентраций нормируемых элементов в подземных водах. Такие задачи в настоящее время становятся типичными в практике использования подземных вод хозяйственно-питьевого назначения, когда для получения питьевой воды оптимального-химического состава используют геохимические взаимодействия подземных вод различных водоносных горизонтов.
6. Решение различных технических и технологических за^ дач, связанных с проблемой извлечения полезных компонентов из пород (подземное выщелачивание различных рудных компонентов в районах разных месторождений, особенно месторождений редких элементов), а также связанных с установлением мероприятий, препятствующих солеотлржению в скважинах и их кольматации.
431
7. Решение задач планирования экспериментальных гидрогеохимических исследований, выполняемых с целью изучения теоретических вопросов формирования химического состава подземных вод, а также решения различных прикладных вопросов.
8. Выполнение численных компьютерных экспериментов с целью познания, интерпретации и объяснения различных природных и экспериментальных наблюдений.
Все эти проблемные задачи решают путем последовательного разрешения отдельных частных подсобных задач [26]. Рассмотрим наиболее обычные из них.
Вычисление миграционных форм химических элементов в подземных водах данного химического состава. Эту задачу решают на основе совместного рассмотрения уравнений баланса масс и уравнений закона действующих масс. Если, например, баланс для кальция в маломинерализованных водах записывается как
SCa = [Ca2+] + [CaOH+] + [Ca (OHfJ + [CaSO0,] +...,
то для каждого компонента составляются уравнения закона действующих масс
. [Ca^][OH-I , [CaOH+] [ОН-]
CaOH+ ' *--Ca(OH)O2 ' И Т" Д"
и в дальнейшем компоненты баланса масс выражаются как [СаОНЧ =1Са"'10Н-'; а(0Н)°2 = tCa^(OH-P „ т д>
При этом решают всю возможную сеть комплексообразования компонентов друг с другом, в которую включают вероятные комплексы кальция и анионов, являющихся лигандами по отношению к кальцию. В итоге получают достаточно большое число химических уравнений, корректное решение которых возможно только с помощью ЭВМ.
Расчет степени насыщения данной воды по отношению к различным минералам твердой фазы. Под степенью насыщения понимают отношение произведения активностей соответствующих свободных ионов в растворе к термодинамическому значению произведения растворимости минерала. Например, для кальцита
J —
ПРсаСО
з
Если г>1, то вода становится пересыщенной по кальциту. Важно иметь в виду, что в приведенном уравнении можно использовать только концентрации и активности свободных
432
катионов и анионов, в данном случае Ca2+ и CO32". Использование вместо активностей и концентраций свободных ионов их аналитических концентраций ведет к получению недостоверных материалов. Эта недостоверность растет с увеличением минерализации воды, т. е. повышением закомплексованности ионов. Поэтому задаче определения степени насыщения -всегда должно предшествовать решение задачи определения миграционных форм всех компонентов в данной подземной воде.
Расчет максимальных, т. е. термодинамически возможных содержаний элементов в подземной воде данного химического состава. Решение этой задачи также основано на использовании произведений растворимостей минералов, из которого вычисляются термодинамически возможные концентрации компонентов с учетом всей сети комплексообразования компонентов в данной воде. Результаты даются в виде гипотетического суммарного содержания компонента 2Mi (включающего свободный ион и комплексы) в миллиграммах на литр. Расчет ведется по отношению к нескольким минералам, которые могут лимитировать распределение компонентов в водной фазе. Из нескольких значений 2М* одного и того компонента выбирают меньшую величину, например, при вычислении максимально термодинамически возможного содержания свинца сопоставляют величины 2Мрь, вычисленные из произведений растворимости Pb(OH)2, PbCO3 (церуссита), Pb3(CO3J2(OH)2 (гидроцерус-. сита), PbSO4 (англезита).
Расчет Eh подземной воды. Часто такой расчет делается на основе использования концентраций различных форм железа. В связи с тем, что в.подземных водах с pH<;4,5 обычно присутствуют обе степени окисления железа, возможен прямой расчет по уравнению Нернста:
