Zakres i rodzaje hydrogeochemicznych analiz wód podziemnych

•

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

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

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

wody i wysuszonego w temperaturze 105°C.

Substancje nieorganiczne (mineralne)

MINERALIZACJA WODY (M)

M = ΣK + ΣA [mg/dm

] lub [g/dm

]

SUBSTANCJE ROZPUSZCZONE MINERALNE (Srm)

Srm

ANL

oznacza

się

analitycznie

przez

odparowanie

spalanie

w temperaturze 600

C próbki filtrowanej (filtr membranowy 0,45 µm)

Srm = TDS (Total Dissolved Solids)

Srm

OBL

= M – 0.5HCO

HCO







uwalniane podczas suszenia (105

C) i spalania (600

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

), magnezu (Mg

), sodu i potasu (Na

i K

);

- aniony: chlorkowy (Cl

), siarczanowy (SO

42-

), węglanowy (CO

32-

wodorowęglanowy (HCO

•

Składniki podrzędne (

drugorzędne

- kationy: amonowy (NH

), żelaza (Fe

i Fe

), manganu (Mn

);

- aniony: azotanowy (NO

), azotynowy (NO

), krzemianowy (HSiO

•

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

mineralizacji

Ze względu na mineralizację, wody dzielimy na

(podział wg słownika hydrogeochemicznego):

•

słodkie: M<1g/dm

•

półsłodkie: 1>M>3 g/dm

•

słonawe: 3>M>10 g/dm

•

słone: 10>M>35 g/dm

•

solanki: M>35 g/dm

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

posmak,

barwa,

przezroczystość, mętność;

•

skład bakteriologiczny.

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

, F

, Br

, J

, siarkowodór i siarczki w postaci

S, As,

HBO

, H

SiO

, CO

Jednostki stosowane w obliczeniach

Wśród najczęściej stosowanych

jednostek

w obliczeniach

hydrogeochemicznych wyróżniamy:

•

mg/dm

•

mmol/dm

•

mval/dm

•

ppm,

•

ppb,

•

PEW.

Jednostki stosowane w obliczeniach

Najczęściej stężenia poszczególnych jonów wyraża się

formie równoważnikowej

(

mval/dm

). 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-

równoważnikowej (przykład)



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



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:

179

845

mval

rFe













100

137

179









rFe

Kontrola jakości analiz chemicznych

Dopuszczalne wartości błędów





100















ANL

OBL

Srm

HCO

Srm

Srm [mg/dm

]

Dopuszczalny błąd B [%]

<100

100 – 500

500 – 5000

5000 – 10000

100











ANL

Suma jonów w wodzie [mval/dm

]

Dopuszczalny błąd względny

analizy[%]

>15

5 – 15

2 – 5

3 – 5

5 – 10

nie ustalono

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.

kationy

aniony

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.:

– 30%, SO

42-

– 60%, HCO

– 4%

– 14%, Mg

– 28%, Ca

– 58%

woda siarczanowo-chlorkowo-wapniowo-magnezowa (SO

-Cl-Ca-Mg)

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

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

Twardość ogólna (T

) = (rMg

+ rCa

) mval/dm

1 mval/dm

= 50,05 mg CaCO

/ dm

n = 17,86 mg CaCO

/ dm

f = 10,00 mg CaCO

/ dm

Twardość węglanowa

– wywoływana przez sole węglanowe i wodorowęglanowe

= (rCO

32-

+ rHCO

) mval/dm

Twardość niewęglanowa

- wywoływana przez sole innych kwasów (Cl

, SO

42-

itp.)

= T

– T

mval/dm

Jeśli T

> T

, wówczas zapisujemy T

= T

i T

= 0.

W zależności od wartości twardości ogólnej, wody dzielimy na

(wg Pazdro, Kozerski, 1990):

woda

mval/dm

mg CaCO

/dm

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

Document Outline