Zakres i rodzaje

Zakres i rodzaje

hydrogeochemicznych analiz

hydrogeochemicznych analiz

wód podziemnych

wód podziemnych

Katarzyna Podgórni

KHGI

[e-mail]

•

Wody podziemne uczestniczą w

naturalnym obiegu wody

w przyrodzie,

•

wody

oddziałują

z otaczającym je środowiskiem ,

•

woda jest bardzo

dobrym rozpuszczalnikiem

,

w rzeczywistości stanowi ona

skomplikowany roztwór

wielu składników,

•

analitycznie stwierdzono w wodach naturalnych obecność

około

83 pierwiastków

.

Źródła substancji w wodach

Źródła substancji w wodach

Substancje występujące w wodach pochodzą z :

•

rozpuszczania minerałów i skał,

•

procesów wulkanicznych,

•

rozkładu materii organicznej,

•

rozpuszczania gazów z powietrza atmosferycznego,

•

zanieczyszczeń naturalnych i antropogenicznych.

Skład naturalnych wód podziemnych

Skład naturalnych wód podziemnych

W składzie naturalnych wód podziemnych

można wydzielić:

•

substancje nieorganiczne (mineralne),

•

substancje organiczne,

•

gazy,

•

mikroorganizmy.

Skład naturalnych wód podziemnych

Skład naturalnych wód podziemnych

Substancje nieorganiczne (mineralne):

•

występują w formie roztworów rzeczywistych, roztworów

koloidalnych, zawiesin,

•

stanowią podstawową masę substancji rozpuszczonych.

Mineralizacja wody

-

suma substancji mineralnych rozpuszczonych

w wodzie /wyznaczana na podstawie bilansu jonowego wody/.

Sucha pozostałość

– masa osadu pozostającego po odparowaniu

1 dm

3

wody i wysuszonego w temperaturze 105°C.

Substancje nieorganiczne (mineralne)

Substancje nieorganiczne (mineralne)

MINERALIZACJA WODY (M)

M = ΣK + ΣA [mg/dm

3

] lub [g/dm

3

]

SUBSTANCJE ROZPUSZCZONE MINERALNE (Srm)

Srm

ANL

oznacza

się

analitycznie

przez

odparowanie

i

spalanie

w temperaturze 600

º

C próbki filtrowanej (filtr membranowy 0,45 µm)

Srm = TDS (Total Dissolved Solids)

Srm

OBL

= M – 0.5HCO

3

2

2

2

3

3

2

CO

O

H

CO

HCO











uwalniane podczas suszenia (105

º

C) i spalania (600

º

C)

Skład naturalnych wód podziemnych

Skład naturalnych wód podziemnych

Substancje mineralne rozpuszczone w wodach możemy podzielić na:

•

Składniki główne (

makroskładniki

– stanowią ponad 90% /99%/ substancji

rozpuszczonych w wodzie. Są to:

- kationy: wapnia (Ca

2+

), magnezu (Mg

2+

), sodu i potasu (Na

+

i K

+

);

- aniony: chlorkowy (Cl

-

), siarczanowy (SO

42-

), węglanowy (CO

32-

),

wodorowęglanowy (HCO

3-

).

•

Składniki podrzędne (

drugorzędne

):

- kationy: amonowy (NH

4+

), żelaza (Fe

2+

i Fe

3+

), manganu (Mn

2+

);

- aniony: azotanowy (NO

3-

), azotynowy (NO

2-

), krzemianowy (HSiO

3-

).

•

Mikroelementy (

mikroskładniki

- pozostałe kilkadziesiąt składników

występujące w stężeniach rzędu ppm lub ppb i mniejszych

):

Ag, Al, As, Au, B, Ba, Be, Bi, Br, Cd, Co, Cr, Cs, Cu, F, Ge, Hg, In, I, Li, Mn, Mo, Ni, P,

Pb, Pt, Ra, Rb, Sb, Sc, Se, Sn, Sr, Th, Ti, Tl, U, V, W, Zn, Zr.

Podział wód ze względu na wartość

Podział wód ze względu na wartość

mineralizacji

mineralizacji

Ze względu na mineralizację, wody dzielimy na

(podział wg słownika hydrogeochemicznego):

•

słodkie: M<1g/dm

3

,

•

półsłodkie: 1>M>3 g/dm

3

,

•

słonawe: 3>M>10 g/dm

3

,

•

słone: 10>M>35 g/dm

3

,

•

solanki: M>35 g/dm

3

.

Analizy wód podziemnych

Analizy wód podziemnych

Badając jakość wód należy określić ich:

•

skład chemiczny – skład rozpuszczonych w wodzie substancji (gazów,

minerałów, materii organicznej i in.) występujących w formie

zdysocjowanej (w postaci jonów) i niezdysocjowanej (w postaci

cząsteczek);

•

właściwości chemiczne – odczyn (pH), potencjał redox (Eh),

kwasowość, zasadowość, mineralizacja, sucha pozostałość, twardość;

•

właściwości fizyczne – temperatura, przewodność elektrolityczna

właściwa, radoczynność, gęstość, lepkość;

•

właściwości

organoleptyczne

–

smak

i

posmak,

barwa,

przezroczystość, mętność;

•

skład bakteriologiczny.

Rodzaje analiz wód podziemnych

Rodzaje analiz wód podziemnych

Podział analiz hydrogeochemicznych wód z zależności od celu

wykonywanych badań:

•

analizy hydrogeochemiczne – wykonywane podczas kartowania

hydrogeologicznego, poszukiwania złóż surowców mineralnych, badań w

celu ustalenia genezy wód podziemnych i inne,

•

analizy techniczne – wykonywane podczas ustalania jakości i zasobów

wód podziemnych, w przypadku ich ujęcia dla celów pitnych lub na

potrzeby gospodarcze,

•

analizy balneologiczne - wykonywane podczas badania lub eksploatacji

wód leczniczych i wód o właściwościach leczniczych (często dodatkowo

oznacza się mikroskładniki decydujące o właściwościach leczniczych,

przede wszystkim: Fe

3+

, F

-

, Br

-

, J

-

, siarkowodór i siarczki w postaci

S, As,

HBO

2

, H

2

SiO

3

, CO

2

.

Jednostki stosowane w obliczeniach

Jednostki stosowane w obliczeniach

Wśród najczęściej stosowanych

jednostek

w obliczeniach

hydrogeochemicznych wyróżniamy:

•

mg/dm

3

,

•

mmol/dm

3

,

•

mval/dm

3

,

•

ppm,

•

ppb,

•

M,

•

N,

•

PEW.

Jednostki stosowane w obliczeniach

Jednostki stosowane w obliczeniach

Najczęściej stężenia poszczególnych jonów wyraża się

w

formie równoważnikowej

(

mval/dm

3

). Wynika to

z faktu, że substancje (jony) nie reagują

ze sobą w równych proporcjach wagowych, ale

równoważnikowych – w zależności od swojej masy

i ładunku

.

Przedstawianie analiz w formie procentowo-

Przedstawianie analiz w formie procentowo-

równoważnikowej (przykład)

równoważnikowej (przykład)



Niech stężenie kationów żelaza(II) wynosi 5 mg/dm

3

.



Masa molowa żelaza wynosi: 55.845 g/mol.



Wartościowość kationów żelaza(II): 2.



Jeżeli suma miligramorównoważników kationów w badanej próbce wynosi

8.137, to zawartość procentowa kationów żelaza(II) jest równa:

3

2

/

179

.

0

2

845

.

55

5

2

2

dm

mval

w

M

c

rFe

Fe

Fe

















%

20

.

2

%

100

137

.

8

179

.

0

%

2









rFe

Kontrola jakości analiz chemicznych

Kontrola jakości analiz chemicznych

Dopuszczalne wartości błędów

Dopuszczalne wartości błędów





%

100

5

.

0

%

100

3

















ANL

ANL

ANL

ANL

OBL

Srm

Srm

HCO

M

Srm

Srm

Srm

B

Srm [mg/dm

3

]

Dopuszczalny błąd B [%]

<100

30

100 – 500

20

500 – 5000

10

5000 – 10000

5

%

100

















ANL

ANL

ANL

ANL

rA

rK

rA

rK

B

Suma jonów w wodzie [mval/dm

3

]

Dopuszczalny błąd względny

analizy[%]

>15

2

5 – 15

2 – 5

3 – 5

5 – 10

<3

nie ustalono

Wzór Kurłowa

Wzór Kurłowa

Często analizy hydrogeochemiczne wód przedstawiane są

w formie skróconej, za pomocą wzoru Kurłowa:

Sp - składniki swoiste lub specyficzne dla danej wody (np. J, Br), g/dm3, mg/dm3 lub

inne

jednostki każdorazowo podawane,

G - zawartość gazów, g/dm3,

M - mineralizacja wody, g/dm3 (w wodach leczniczych w g/kg),

T - temperatura wody, °C,

Q - wydajność (źródła, studni), m3/min.

aniony i kationy - wymienione jony główne o stężeniach przekraczających 10 %

mval lub 1 % mval.

Q

T

kationy

aniony

GM

S

p

,

Klasyfikacje hydrogeochemiczne

Klasyfikacje hydrogeochemiczne

1) uwzględniająca obecność względną w wodzie dominujących jonów, np. >20% mval

(Altowskiego-Szwieca, Szczukariewa-Prikłońskiego, Brodskiego i in. – Macioszczyk, 1987)



klasyfikacja Altowskiego-Szwieca

(Kleczkowski, 1979):

Nazwę określającą typ wody tworzy się biorąc pod uwagę te jony, których

zawartość w wodzie jest większa niż 20±3% mval w stosunku do sumy anionów lub

kationów. Nazwę wody rozpoczyna się od jonu, którego zawartość w wodzie jest

największa, niezależnie od tego, czy jest to kation czy anion.

Jeżeli w składzie trój- i czterojonowej wody głównym jonem, od którego zaczynamy nazwę,

jest anion, to w nazwie wody wymieniamy kolejno wg zawartości aniony, a następnie w

takim samym porządku kationy, np.:

Cl

-

– 30%, SO

42-

– 60%, HCO

3-

– 4%

Na

+

– 14%, Mg

2+

– 28%, Ca

2+

– 58%

woda siarczanowo-chlorkowo-wapniowo-magnezowa (SO

4

-Cl-Ca-Mg)

Klasyfikacje hydrogeochemiczne

Klasyfikacje hydrogeochemiczne



klasyfikacja Szczukariewa-Prikłońskiego:

Nazwę określającą typ wody tworzy się biorąc pod uwagę te

jony, których zawartość w wodzie jest większa niż 20% mval.

Nazwę rozpoczyna się od anionów wymienianych w malejącej

kolejności,

a następnie podaje się nazwy kationów.

2) uwzględniająca wzajemne proporcje między jonami

(Sulina, Palmera i in. – Macioszczyk, 1987)



klasyfikacja Sulina

Klasyfikacja powszechnie stosowana do określania typów

hydrogeochemicznych wód silnie zmineralizowanych, zwłaszcza

okalających złoża ropy naftowej.

Twardość wody

Twardość wody

Twardość wody

jest jej właściwością wynikającą z obecności jonów wapnia i magnezu

(także baru, strontu, berylu i jonów innych metali tworzących sole na wyższym stopniu

utleniania niż II). Może być wyrażana w stopniach francuskich, niemieckich, angielskich lub

mval/dm

3

.

Twardość ogólna (T

o

) = (rMg

2+

+ rCa

2+

) mval/dm

3

1 mval/dm

3

= 50,05 mg CaCO

3

/ dm

3

1

o

n = 17,86 mg CaCO

3

/ dm

3

1

o

f = 10,00 mg CaCO

3

/ dm

3

Twardość węglanowa

– wywoływana przez sole węglanowe i wodorowęglanowe

T

w

= (rCO

32-

+ rHCO

3-

) mval/dm

3

Twardość niewęglanowa

- wywoływana przez sole innych kwasów (Cl

-

, SO

42-

itp.)

T

n

= T

o

– T

w

mval/dm

3

Jeśli T

w

> T

o

, wówczas zapisujemy T

w

= T

o

i T

n

= 0.

W zależności od wartości twardości ogólnej, wody dzielimy na

(wg Pazdro, Kozerski, 1990):

woda

mval/dm

3

mg CaCO

3

/dm

3

bardzo miękka

<1.5

<75

miękka

1.5-3.0

75-150

średnio twarda

3.0-6.0

150-300

twarda

6.0-10.0

300-500

bardzo twarda

>10.0

>500

W zależności od wartości pH, wyróżniamy następujące odczyny wody

(wg Pazdro, Kozerski, 1990):

pH

odczyn wody

<5

kwaśny

5-7

słabo kwaśny

7

obojętny

7-9

słabo zasadowy

>9

zasadowy