hemijski sastav vode

  • View
    329

  • Download
    10

Embed Size (px)

Transcript

Osnovi hidrogeologije

VPOGLAVLJE

FIZIKO-HEMIJSKI, RADIOLOKI I MIKROBIOLOKI SASTAV PODZEMNIH VODA

FIZIKE OSOBINE PODZEMNIH VODAVoda je bezbojna, prozrana tenost bez ukusa i mirisa, koja se sastoji od 11,11 % vodonika i 88,89 % kiseonika. Molekuli vode obrazuju kristalnu reetku u formi tetraedra (slika V-1).

Slika V-1. Model molekula vode (Davis & De Wiest, 1966)Opta hidrogeologija (Prof Dr Veselin Dragii)

Kombinacije izotopa kiseonika i vodonika obrazuju 18 razliitih molekula vode, koje karakteriu odreena fiziko-hemijska svojstva prvenstveno temperatura prelaska u sistem vodena para - tenost - led. Glavne fizike osobine podzemnih voda su: temperatura, prozranost, boja, miris, ukus, gustina, viskoznost, stiljivost I elektroprovodljivost.

Opta hidrogeologija (Prof Dr Veselin Dragii)

Foto V-1. Termalna voda u Ribarskoj banji

Foto V-2. Termalna voda u BogatiuOpta hidrogeologija (Prof Dr Veselin Dragii)

Foto V-3. Razlika u mutnoi usled razrade bunaraOpta hidrogeologija (Prof Dr Veselin Dragii)

HEMIJSKI SASTAV PODZEMNIH VODAGLAVNI IZVORI RASTVORENIH MATERIJA U PODZEMNIM VODAMAGlavni izvori rastvorenih materija u podzemnim vodama su: - atmosferske padavine, - stene i minerali u zemljinoj kori, - organske materije, - vode mora i okeana i - magmatski procesi.

FAKTORI I PROCESI FORMIRANJA HEMIJSKOG SASTAVA PODZEMNIH VODAHemijski sastav podzemnih voda formira se kao rezultat uzajamnog dejstva vode i materije u zemljinoj kori, kao i materija koje vode poreklo iz drugih geosfera. Karakter toga dejstva moe se predstaviti sledeom emom: voda stena gas iva materija Na formiranje hemijskog sastava utiu brojni faktori i procesi koji se deavaju u zemljinoj kori.

Opta hidrogeologija (Prof Dr Veselin Dragii)

Osnovni faktori formiranja hemijskog sastava Faktori formiranja hemijskog sastava predstavljaju uslove koji omoguavaju stvaranje hemijskog sastava podzemnih voda. Oni uslovljavaju i iniciraju itav kompleks procesa, koji se javljaju kao neposredan mehanizam u formiranju hemijskog sastava podzemnih voda. Pored prirodnih na stvaranje hemijskog sastava podzemnih voda sve vei uticaj imaju antropogeni faktori (tabela V-1). Tabela V.1. Osnovni faktori formiranja hemijskog sastava podzemnih voda (Pineker,1984)Grupa faktora Osnovni faktori Reljef Fiziko-geografski Klima Hidrografija i hidrologija Geolokotektonski Geoloki sastav terena Hemijsko-mineroloki sastav stena Tektonika Magmatizam Rastvorljivost hemijskih jedinjenja Hemijska svojstva elemenata Kiselinsko-bazni i oksido-redukcioni uslovi Temperatura Pritisak Vreme Prostor Uticaj mikroorganizama, biljaka i ivotinja Naruavanje prirodnog reima u toku eksploatacije mineralnih sirovina, eksploatacije podzemnih voda, navodnjavanje i odvodnjavanje poljoprivrednih povrina, zagaivanje podzemnih vodaOpta hidrogeologija (Prof Dr Veselin Dragii)

Fiziko-hemijski

Fiziki Bioloki Antropogeni

Osnovni procesi formiranja hemijskog sastava podzemnih vodaMehanizam formiranja hemijskog sastava podzemnih voda ogleda se kroz procese koji se odvijaju pri postojanom uzajamnom dejstvu podzemnih voda, stena, gasova i ive materije. Osnovni procesi koji uestvuju u formiranju hemijskog sastava podzemnih voda, prevode materiju u rastvor, prenose je esto na znatna rastojanja, odnose iz rastvora, koncentriu ili razblauju rastvore (tabela V-52. Tabela V.2. Osnovni procesi formiranja hemijskog sastava podzmenih voda (Pineker, 1984)Grupa procesa Reprodukcija rastvorene materije Prenos rastvorene materije Apsorbcija rastvorene materije Kombinacija prevoda materije u rastvor i izvoenje iz rastvora Osnovni procesi Hidroliza Isparavanje i rastvaranje Molekularna difuzija Filtracija (difuzno-konvektivni prenos mase) Kristalizacija (taloenje) soli Sorpcija Jonska zamena Oksidoredukcione i biohemijske reakcije Radioaktivni raspad Hidratacija minerala Dehidratacija minerala Podzemno isparavanje Podzemno zamrzavanje Membranski efekti

Dodavanje ili oduzimanje molekula rastvaraa (vode)

Opta hidrogeologija (Prof Dr Veselin Dragii)

OSNOVNI POKAZATELJI HEMIJSKOG SASTAVA PODZEMNIH VODAVeliku ulogu u definisanju hemijskih svojstava podzemnih i prirodnih voda uopte imaju odreeni pokazatelji koji odreuju njihov sastav i u znatnoj meri odreuju mogunost prisustva odreenih elemenata i jedinjenja, kao i vrstu njihovog migriranja. Ti pokazatelji su pH vrednost, oksido-redukcioni potencijal Eh, tvrdoa i mineralizacija.

pH vrednost podzemnih vodapH vrednost predstavlja veliinu koja karakterie aktivnost ili koncentarciju jona vodonika u rastvorima. Koncentracija jona vodonika u vodenim rastvorima, nezavisno od njihovog porekla, odreuje se jonskim proizvodom vode :+ K H2O = [H ][OH ]

Veliina je postojana, u znaajnoj meri zavisna od temperature, a u manjoj meri od pritisaka. Pri temperaturi od 25 C, jonski proizvod vode iznosi 10-14:

[H+][OH- ] = 10-14Opta hidrogeologija (Prof Dr Veselin Dragii)

U neutralnoj vodi koncentracije jona H+ i OH- su jednake, to znai da koncentarcija jona vodonika iznosi 10-7. Praktino, vrednost pH jednaka je stepenu koncentracije vodonikovih jona sa obratnim znakom. Koncentracija vodonikovih jona odrava i kiselu i baznu reakciju vode. Pri vrednosti pH=7 reakcija vode je neutralna, pH7 bazna.

Na osnovu vrednosti pH, sve podzemne vode mogu se podeliti u sledee grupe:

jako kisele vode (pH < 3), kisele vode (pH = 3-5), slabo kisele vode (pH = 5-6.5), neutralne vode (pH = 6.5-7.5), slabo bazne vode (pH = 7.5-8.5), bazne vode (pH = 8.5-9.5) i jako bazne vode (pH > 9.5).

Opta hidrogeologija (Prof Dr Veselin Dragii)

Oksido-redukcioni potencijalNa formu elemenata u podzemnim vodama i uslove njihove migracije, pored pH vrednosti, znaajnu ulogu ima oksido-redukcioni potencijal (Eh), koji je u tesnoj vezi s pH vrednou. Oksido-redukcioni procesi neprekidno se deavaju u zemljinoj kori. Oksidacija je vezana za otputanje elektrona, a redukcija za njihovo sjedinjavanje.

Veliina oksido-redukcionog potencijala neke sredine (Eh) moe se izraziti sledeom jednainom:

0.0581 Ox Eh = Eo + log pri t = 20o C n Red

gde su: Eo Ox Red n

-

normalni oksidacioni potencijal pri kome su koncentracije oksidacione i redukcione forme meusobno jednake (Ox/Red=1), koncentracija oksidacione forme jedinjenja, koncentracija redukcione forme jedinjenja i broj elektrona koji uestvuje u reakciji.

Opta hidrogeologija (Prof Dr Veselin Dragii)

Oksidacija jedne materije izaziva redukciju druge, pri emu se reduktor (redukciono sredstvo) oksidie, a oksidans (oksidaciono sredstvo) redukuje. Oksidacija se manifestuje odnoenjem elektrona, a redukcija prisajedinjavanjem, to se moe videti iz sledeeg primera:2+ 3+ Fe Fe + e

Uopte, ovaj proces se moe predstaviti na sledei nain:

Red Ox + n e gde su: Red Ox n e redukcioni oblik jedinjenja, oksidacioni oblik jedinjenja i broj elektrona koji uestvuje u reakciji.

Opta hidrogeologija (Prof Dr Veselin Dragii)

Tvrdoa vodeTvrdoa vode uslovljena je sadrajem soli pojedinih elemenata u vodi kao to su Ca2+, Mg2+, Fe3+, Al3+, Mn2+, Ba2+, Sr2+ i dr. Izuzev Ca2+ i Mg2+, ostali joni se u podzemnim vodama javljaju u malim koliinama, tako da tvrdou ine sume ekvivalenata navedenih jona. Opta tvrdoa vode. Odreena je sumarnim sadrajem svih soli Ca2+ i Mg2+-Ca(HCO3)2, Mg(HCO3)2, MgCO3, CaSO4, MgSO4, CaCl2 i MgCl2. Prolazna tvrdoa vode. Odreena je sadrajem jona Ca2+ i Mg2+, koji se u kipuoj vodi taloe u vidu karbonata, usled razlaganja hidrokarbonatnog jona:22HCO3 = CO3 + H2 O + CO2

2 + CO3- = CaCO3 Ca

2+

Stalna tvrdoa vode. Jednaka je razlici izmeu opte i prolazne tvrdoe. Nju odreuju joni Ca2+ i Mg2+, koji posle kljuanja ostaju u vodi, sjedinjeni sa Cl- i SO42-. Tvrdoa se izraava u stepenima, mg ekv ili mg/l. U naoj zemlji najee je u upotrebi nemaki stepen (dH), kome odgovara 10 mg CaO rastvorenog u 1 l vode, ili njemu ekvivalentan sadraj od 7.2 mg/l MgO:

Opta hidrogeologija (Prof Dr Veselin Dragii)

1o dH = 10mg/l CaO = 7.2mg/l MgO = 0.357mg.ek v. Ca2+ + MgU upotrebi su jo francuski, engleski i ameriki stepen.

2+

Tvrdoa odH 0- 4 4- 8 8 - 12 12 - 18 18 - 30 > 30

Tip vode Veoma meka Meka Umereno tvrda Dosta tvrda Tvrda Vrlo tvrda Tabela V.5. Klasifikacija voda prema tvrdoi (Sawyer & McCarty) Tvrdoa (mg CaCO3) 0 - 75 75 - 150 150 - 300 > 300 Tip voda Meke Umereno tvrde Tvrde Vrlo tvrde

Tabela V.4. Klasifikacija voda prema tvrdoi po Klut-u

Za pie su najbolje vode tvrdoe do 15dH.Opta hidrogeologija (Prof Dr Veselin Dragii)

Mineralizacija podzemnih vodaMineralizacija podzemnih voda predstavlja sumu svih mineralnih materija u vodi. Mineralizacija se odreuje preko suvog ostatka, uparavanjem uzorka vode na temperaturi 110 C. Izraava se u mg/l ili g/l kod malomineralizovanih voda, a kod rasola ili visokomineralizovanih voda mg/kg ili g/kg.

Na osnovu veliine ukupne mineralizacije, sve podzemne vode mogu se izdvojiti u dve grupe: malomineralizovane (slatke) i mineralizovane (tabela V-6): Tabela V.6. Klasifikacija podzemnih voda na osnovu ukupne mineralizacijePodzemne vode Malomineralizovane (slatke) Mineralizovane: a) poveane mineralizacije b) srednje mineralizacije c) visoke mineralizacije d) rasolne vode Ukupna mineralizacija < 1.0 g/l > 1 g/l 1-5 g/l 5-15 g/l 15-35 g/l > 35 g/l

Opta hidrogeologija (Prof Dr Veselin Dragii)

KOMPONENTE HEMIJSKOG SASTAVA PODZEMNIH VODAPodzemne vode sadre bogatstvo mineralnih komponenata koje ukljuuju slobodne jone, nedisosovane molekule i kompleksna jedinjenja. Slobodni joni preovlauju u podzemnim vodama i odreuju njen hemijski tip, dok se nedisocirani joni i kompleksna jedinjenja nalaze u beznaajnim koliinama i karakteriu specifian sastav vode. Suma svih mineralnih komponenata sadr