Гидрохимия - Крайнов С.Р.
ISBN 5-247-01293-3
Скачать (прямая ссылка):
подземных вод значения Eh ограничена реакцией Н2=2Н++ + 2е_, Eh ==?°—0,059 pH. Нормальный стандартный потенциал водорода равен нулю, и, следовательно, Eh = —0,059 pH. Таким ?образом, в нейтральной среде при р.Н 7 Eh водородсодержащих вод .при PH2 =0,1 МПа равен —413 м»В.
Потенциалзадающее действие системы водорода -проявляется как в естественных, так и в техногенных условиях. Основными источниками водорода для' подземных вод являются водо-. родобразующие бактерии. Водородное брожение может протекать при разложении гемицеллюлозы, Сахаров, солей жирных кислот и других легкоусваиваемых продуктов, а также клетчатки. Такие органические вещества могут присутствовать и в сточных водах, загрязняющих подземные воды и поэтому система водорода действует не только в естественных условиях ?формирования лодземных вод, но и в условиях их загрязнений такими сточными -водами.
Значения Eh снижаются также при образовании H2 в результате электрохимических взаимодействий подземных вод с железом обсадных труб. При взаимодействиях железа труб •с бескислородными подземными водами происходят реакции,
J 26 сопровождающиеся выделением атомарного и молекулярного водорода; при -взаимодействии с бессульфидными водами — анодная Fe—2e~ = Fe2+ и катодные 2Н+ + 2е-=Н2 (кислая среда); 2H2O+ 2е-= H2+ 2OH- (щелочная среда) реакции.
Если суммировать эти реакции, то взаимодействие воды с железом труб можно выразить следующим образом:
Fe+2H2O = Fe2++H2 + 20Н-.
Эта реакция показывает, что такое взаимодействие сопровождается увеличением концентраций Fe2+ и H2 в воде, а также увеличением ее pH. Водород образуется также при взаимодействии с железом труб сероводородных (сульфидных) вод:
Fe+H^FeS + Ha,
1
В результате всех этих реакций окислительно-восстановительный потенциал !подземных вод простаивающих скважин может снижаться до отрицательных значений.
Система органических веществ. Эта система активно влияет на окислительно-восстановительный потенциал подземных.'вод, но ее влияние часто носит косвенный характер, поскольку органические вещества оказывают воздействие на другие 'потенциалзадающие системы. .
1. В подземных водах верхних горизонтов земной коры многие органичеокие вещества не находятся в равновесии со средой. Такое равновесие достигается в результате биохимических окислительных преобразований этих веществ. В итоге уменьшаются концентрации кислорода в подземных водах и
соответственно снижается их Eh.
2. Органические вещества 'изменяют соотношения между окисленными и восстановленными формами элементов в по-тенциалзадающих системах подземных вод, что ведет к соответственным смещениям значений Eh в этих водах.
3. Процессы преобразования органических веществ происходят при непосредственном участии микроорганизмов, которые в результате своей деятельности на основе органических субстратов потребляют и выделяют вещества, являющиеся окислителями и восстановителями.
Такая деятельность микроорганизмов является мощным по-тенциалзадающим фактором. При этом „особое значение имеют гетеротрофные микроорганизмы, так как для их деятельности необходимо существование в среде готового субстрата органических веществ. В свою очередь среди этих организмов наиболее значительное уменьшение окислительно-восстановительного-потенциала характерно для анаэробов. Обмен веществ анаэробов осуществляется таким образом, что энергия для их жизнедеятельности черпается не из окислительных процессов» как это свойственно большинству живых существ, а из про-
127
дессов сопряженного окисления и восстановления, ,когда одна часть субстрата окисляется за счет восстановления другой. Таковы вес процессы брожения, в которых субстратом чаще всего являются углеводы. В результате жизнедеятельности анаэробных бактерий образуются такие .продукты как CO2 и H2O1 а также различные восстановленные соединения H2S, H2 и др., в итоге снижается величина Eh.
Микроорганизмы находятся в достаточно сложных биохимических взаимодействиях. Так, водород, образующийся при деятельности водородобрлзующих бактерий потребляется ав-тотрофлыми сульфатредуцирующими бактериями, -поддерживающими низкие значения Eh в среде. Наиболее значительное еннжоние (величины окислительно-восстановительного потенциала достигается при использовании многими микроорганизмами субстрата, представленного соединениями углеводов. Предполагается, что >при этом образуются вещества типа альдегидов, имеющих резко восстановительные свойства.
Совокупность всех этих явлений совместно с очень большим разнообразием органических веществ подземных вод и почв определяют значительную сложность оценки влияния органических веществ на окислительно-восстановительные процессы в подземных водах и их окислительно-восстановительные свойства. Отметим в частности следующие обстоятельства:
— трудность расчета значений Eh подземных вод, содержащих органические вещества. Такой расчет возможен только в тех случаях, когда известно какие потенциалзадающие системы вводятся в действие преобразованиями органических веществ, как это имеет место, например, при формировании сульфидных
