Гидрохимия - Крайнов С.Р.
ISBN 5-247-01293-3
Скачать (прямая ссылка):
Содержание, мг/л
СО*(С|Сб) HCOi- HCO4- I J C02(CBQ6j HGO»- I 80 12 220 40 320 2 120 . 14 230 45 330 3 140 16 240 50 340 4 160 18 250 60 360 5 ' 170 20 260 70 380 6 180 25 280 80 390 8 200 30 290 90 410 10 210 35 300 100 420 ределенного количества свободной углекислоты, называемой равновесной. Если содержание свободной углекислоты в воде больше, чем нужно для равновесия, то при соприкосновении такой воды с CaCO3(TB) произойдет его растворение, т. е. реакция пойдет слева направо. Процесс растворения будет продолжаться до тех пор пока не наступит равновесие. Если же содержание свободной углекислоты в воде окажется меньшим, чем нужно для равновесия, то, наоборот, из воды будет выделяться CaCO3(T.), т. е. показанная реакция будет идти справа налево до тех пор пока не наступит равновесие.
Избыточную (над равновесной) часть свободной углекислоты, которая расходуется на реакцию с CaCO3 и обеспечивает его растворение, называют агрессивной углекислотой. Иными словами — это углекислота, способная переводить в раствор карбонат кальция. Существуют различные качественные и количественные расчетные методы установления количества агрессивной углекислоты в подземных водах. В табл. 6.2, по данным И. Ю. Соколова, приведены расчетные данные для определения равновесных концентраций CO2 для различных содержании HCO3-, позволяющие устанавливать присутствие агрессивной углекислоты в подземных водах.
Приведем пример использования этой таблицы: в воде определено HCO3- 244 мг/л и С02(своб) 40 мг/л. Из данных, приведенных в таблице, следует, что 40 мг/л С02<своб) находятся в равновесии с 320 мг/л HCO3", а в исследуемой воде количество HCO3" значительно меньше, значит вода содержит агрессивную CO2-
Более точное количественное определение C02(aipeC) выполняют с помощью специальных графиков и расчетов, рассмотренных в работах И. Ю. Соколова, Ф. Ф. Лаптева п др.
Максимальной способностью растворять карбонаты обладают маломинерализованные подземные воды гумидной зоны. При малых содержаниях HCO3- (первые десятки миллиграм*
11—1149
161
асз?+'acol~
HCO3, мг/л
300
200 -
5 6 7
Рис. 6.7. Зависимость степени насыщения подземных вод (ло CaCO3) от их pH (расчетные данные для 2O0C с учетом комплексообразования кальция):
/ — кислые грунтовые воды заболоченных территорий; 2 — околонейтральные грунтовые и напорные маломинерализованные воды артезианских бассейнов; 3 — околонейтральные я щелочные грунтовые и напорные воды
Рис. 6.8. Соотношение между . содержанием HCO3" и величиной pH раствора при Рсо2> равном 103Па U) и 102Па (2) [42]
мов на литр) эти воды, вследствие биохимических процессов разложения органических веществ, имеют весьма высокие (100 мг/л и более) концентрации CO2. Поэтому в грунтовых
ВОДаХ ГуМИДНОЙ ЗОНЫ С02(агрес)>СО 2(равновес)-
В общей сумме растворенной в грунтовых водах гумидной зоны CO2 агрессивная углекислота при рН<6,5 составляет 50—100%. /При этом ее доля растет с уменьшением pH грунтовых вод (рис. 6.6). В этих подземных водах произведение ocas+ #co32- всегда много меньше ПРсасо3 и это означает высокий дефицит их насыщения по отношению к этому соединению (рис. 6.7). Поэтому такие воды активно растворяют CaCO3. Насыщение кальциевых грунтовых вод CaCO3 и прекращение его растворения обычно происходит при концентрациях HCO3-+CO32* более 300 мг/л и pH более 7,5.
Эти свойства подземных вод обычно связаны друг с другом, поскольку при близких концентрациях С02(РаСтв) между концентрациями HCO3- в подземных водах и их pH существует прямо пропорциональная зависимость (рис. 6.8), определяемая реакцией HGOjT+ H2O = H2CO30 + OH- и соотношением [ОН-] = ^HCO3-MH2CO30].
Рост концентраций HCO3- в подземных водах с переходом от гумидной зоны к аридной определяет смену их способности растворять CaCO3 на способность осаждать это соединение.
162
Концентрации HCO3--J-CO32- в водах аридной зоны значительны (более 500 мг/л). Это требует больших концентраций равновесной CO2. Между тем концентрации CO2 в грунтовых водах аридной зоны минимальны (первые единицы—20 мг/л). Такие соотношения между HCO3"" и CO2 определяют дефицит равновесной CO2. Результат этого — насыщение и пересыщение грунтовых вод аридной зоны карбонатом кальция, степень которого увеличивается с ростом р.Н (см. рис. 6.7). В итоге происходит не растворение, а, наоборот, образование карбоната кальция подземными водами.
Все изложенное относилось к грунтовым водам, формирующимся в условиях биохимического источника углекислоты. Если имеется более мощный источник CO2 (например, эндогенные и термометаморфические процессы), то концентрации углекислоты в подземных водах оказываются гораздо большими и это определяет возможность нахождения более высоких равновесных с ней содержаний HCO3- в подземных водах. При содержаниях CO2 несколько граммов на литр равновесные концентрации HCO3- увеличиваются до десятков граммов на литр. Такая ситуация характерна для формирования углекислых минеральных вод. Эти подземные воды обладают способностью растворять CaCO3 в гораздо большем диапазоне гидрогеохимических условий.
