hemijski sastav vode

  • Published on
    04-Aug-2015

  • View
    321

  • Download
    9

Embed Size (px)

Transcript

<p>Osnovi hidrogeologije</p> <p>VPOGLAVLJE</p> <p>FIZIKO-HEMIJSKI, RADIOLOKI I MIKROBIOLOKI SASTAV PODZEMNIH VODA</p> <p>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).</p> <p>Slika V-1. Model molekula vode (Davis &amp; De Wiest, 1966)Opta hidrogeologija (Prof Dr Veselin Dragii)</p> <p>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.</p> <p>Opta hidrogeologija (Prof Dr Veselin Dragii)</p> <p>Foto V-1. Termalna voda u Ribarskoj banji</p> <p>Foto V-2. Termalna voda u BogatiuOpta hidrogeologija (Prof Dr Veselin Dragii)</p> <p>Foto V-3. Razlika u mutnoi usled razrade bunaraOpta hidrogeologija (Prof Dr Veselin Dragii)</p> <p>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.</p> <p>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.</p> <p>Opta hidrogeologija (Prof Dr Veselin Dragii)</p> <p>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)</p> <p>Fiziko-hemijski</p> <p>Fiziki Bioloki Antropogeni</p> <p>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</p> <p>Dodavanje ili oduzimanje molekula rastvaraa (vode)</p> <p>Opta hidrogeologija (Prof Dr Veselin Dragii)</p> <p>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.</p> <p>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 ]</p> <p>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:</p> <p>[H+][OH- ] = 10-14Opta hidrogeologija (Prof Dr Veselin Dragii)</p> <p>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.</p> <p>Na osnovu vrednosti pH, sve podzemne vode mogu se podeliti u sledee grupe:</p> <p>jako kisele vode (pH &lt; 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 &gt; 9.5).</p> <p>Opta hidrogeologija (Prof Dr Veselin Dragii)</p> <p>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.</p> <p>Veliina oksido-redukcionog potencijala neke sredine (Eh) moe se izraziti sledeom jednainom:</p> <p>0.0581 Ox Eh = Eo + log pri t = 20o C n Red</p> <p>gde su: Eo Ox Red n</p> <p>-</p> <p>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.</p> <p>Opta hidrogeologija (Prof Dr Veselin Dragii)</p> <p>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</p> <p>Uopte, ovaj proces se moe predstaviti na sledei nain:</p> <p>Red Ox + n e gde su: Red Ox n e redukcioni oblik jedinjenja, oksidacioni oblik jedinjenja i broj elektrona koji uestvuje u reakciji.</p> <p>Opta hidrogeologija (Prof Dr Veselin Dragii)</p> <p>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</p> <p>2 + CO3- = CaCO3 Ca</p> <p>2+</p> <p>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:</p> <p>Opta hidrogeologija (Prof Dr Veselin Dragii)</p> <p>1o dH = 10mg/l CaO = 7.2mg/l MgO = 0.357mg.ek v. Ca2+ + MgU upotrebi su jo francuski, engleski i ameriki stepen.</p> <p>2+</p> <p>Tvrdoa odH 0- 4 4- 8 8 - 12 12 - 18 18 - 30 &gt; 30</p> <p>Tip vode Veoma meka Meka Umereno tvrda Dosta tvrda Tvrda Vrlo tvrda Tabela V.5. Klasifikacija voda prema tvrdoi (Sawyer &amp; McCarty) Tvrdoa (mg CaCO3) 0 - 75 75 - 150 150 - 300 &gt; 300 Tip voda Meke Umereno tvrde Tvrde Vrlo tvrde</p> <p>Tabela V.4. Klasifikacija voda prema tvrdoi po Klut-u</p> <p>Za pie su najbolje vode tvrdoe do 15dH.Opta hidrogeologija (Prof Dr Veselin Dragii)</p> <p>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.</p> <p>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 &lt; 1.0 g/l &gt; 1 g/l 1-5 g/l 5-15 g/l 15-35 g/l &gt; 35 g/l</p> <p>Opta hidrogeologija (Prof Dr Veselin Dragii)</p> <p>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 sadranih u podzemnim vodama odreuju njenu mineralizaciju. Meu najvanije komponente koje odreuju mineralizaciju i hemijski tip vode spadaju Na+, Ca2+, Mg2+, Cl-, HCO3-, SO42- i H4SiO4. Ovi elementi predstavljaju primarne komponente hemijskog sastava podzemnih voda (tabela VI-13). Odreene komponente kao to su: K, F, B, Sr, Fe, CO32- i jedinjenja azota, takoe su iroko rasprostranjene u podzemnim vodama. Ove komponente, koje ne odreuju osnovni hemijski sastav, ali u odreenim uslovima mogu formirati specifine tipove podzemnih voda, predstavljaju sekundarne komponente (tabela V.7). Primarne i sekundarne komponente ine grupu makrokomponenti u podzemnim vodama. Svi ostali elementi u podzemnim vodama nalaze se u rasejanom stanju, relativno su niskih koncentracija ili ih ima samo u tragovima (tabela V.7). Najee se nazivaju jednim imenom - mikrokomponente. Iako ne odreuju hemijski tip vode, imaju veliki uticaj na formiranje specifinih osobina podzemnih voda.</p> <p>Opta hidrogeologija (Prof Dr Veselin Dragii)</p> <p>Makrokomponente Primarne komponente (1-1000 mg/l) Sekundarne komponente (0.01-10 mg/l)</p> <p>Mikrokomponente (0.0001-0.1 mg/l) Antimon (Sb)* Aluminijum (Al) Arsen (As) Barijum (Ba) Brom (Br) Kadmijum (Cd)* Hrom (Cr)* Kobalt (Co) Bakar (Cu) Germanijum (Ge)* Jod (J) Olovo (Pb) Litijum (Li) Mangan (Mn) Molibden (Mo) Nikal (Ni) Fosfati Rubidijum (Rb)* Selen (Se) Titan (Ti)* Uranijum (U) Vanadijum (V) Cink (Zn)</p> <p>Mikrokomponente u tragovima (manje od 0.001 mg/l) Berilijum (Be) Bizmit (Bi) Cerijum (Ce)* Cezijum (Cs) Galijum (Ga) Zlato (Au) Indijum (In) Lantan (La) Niobijum (Nb)* Platina (Pt) Radijum (Ra) Rutenijum (Ru)* Skandijum (Sc)* Srebro (Ag) Talijum (Tl)* Torijum (Th)* Kalaj (Sn) Volfram (W)* Iterbijum (Yb) Itrijum (Y)* Cirkonijum (Zn)*</p> <p>Natrijum (Na) Kalcijum (Ca) Magnezijum (Mg) Hidrokarbonat (HCO3) Sulfat (SO42-) Hlorid (Cl-) Silicijum dioksid (SiO2) Silicijumova kiselina (H4SiO4)</p> <p>Gvoe (Fe) Stroncijum (Sr) Kalijum (K) Karbonat (CO32-) Jedinjenja azota (N) Fluor (F) Bor (B)</p> <p>Tabela V.7. Pregled makro i mikro komponenata u podzemnim vodama (Davis &amp; De Wiest, 1966)</p> <p>*Ovi elementi su nestalni u podzemnim vodama</p> <p>Opta hidrogeologija (Prof Dr Veselin Dragii)</p> <p>Makrokomponente u podzemnim vodamaPrimarne komponente. - osnovni anjoni (HCO3-, SO42-, Cl-) i - osnovni katjoni (Na+, Ca2+,Mg2+).</p> <p>Sekundarne komponente. U sekundarne makrokomponente spadaju: gvoe (Fe2+ iFe3+), fluor (F), kalijum (K+), jedinjenja azota (NH4+, NO2- i NO3-), karbonatni jon (CO32-), stroncijum (Sr) i bor (B).</p> <p>Opta hidrogeologija (Prof Dr Veselin Dragii)</p> <p>Foto VI-7. Rudnike vode sa visokim sadrzajem Fe, rudnik Lipa</p> <p>Foto V.8. Rudnike vode sa visokim sadrzajem Fe, rudnik Majdanpek</p> <p>Opta hidrogeologija (Prof Dr Veselin Dragii)</p> <p>Foto VI-9 i 10. Vode sa visokim sadrajem Fe (naputeni potkop na Crnom Vrhu kod Bora)</p> <p>Opta hidrogeologija (Prof Dr Veselin Dragii)</p> <p>Mikrokomponente u podzemnim vodamaMikrokomponente ne odreuju hemijski tip podzemnih voda, ali mogu imati znaajan uticaj na formiranje njihovih specifinih osobina i na bioloke procese u prirodi. U podzemnim vodama otkriveno je vie od 40 mikrokomponenata. One se u podzemnim vodama mogu nai u vidu prostih jona, molekula, koloidnih i lebdeih estica, kao i u vidu minerala i organskih kompleksa. Vanije mikrokomponente mogu se svrstati u nekoliko grupa: mikrokomponente koje obrazuju anjone (J, Mo, As, Se), alkalni metali (Li, Rb, Cs), rasejani metali (Be), halkofilni elementi (Zn, Cu, Pb, Ag) i radioaktivni elementi (U, Ra). Izvori mikrokomponenata u podzemnim vodama najee su rudni minerali (Zn, Cu, Pb, Ag, Mo, U, As), akcesorni minerali u pojedinim stenama (Be, Se), organske materije (J, Mo), morska voda (J), kao i niz magmatskih, metamorfnih i halogenih stena (Li, RB, Cs).</p> <p>Opta hidrogeologija (Prof Dr Veselin Dragii)</p> <p>Foto V-11. Rudnike vode sa viskokim sadrajem Cu u Iranu (lokalnost Sar Chesmeh Kermanska oblast)</p> <p>Foto VI-12. Rudnike vode sa viskokim sadrajem Cu (rudnik Veliki Krivelj)</p> <p>Opta hidrogeologija (Prof Dr Veselin Dragii)</p> <p>GASNI SASTAV PODZEMNIH VODAU podzemne vode gasovi dospevaju iz atmosfere, tokom degazacije mantla, hemijskim i biohemijskim procesima u zemljinoj kori. Gasovi u podzemnim vodama nalaze se kako u rastvorenom, tako i u slobodnom stanju. Pri umanjenju pritiska, rastvoreni gasovi prelaze u slobodne. Rastvorljivost gasova u podzemnim vodama zavisi od temperature. S poveanjem temperature, smanjuje se i njihova rastvorljivost. Najrasprostranjeniji gasovi u podzemnim vodama su: kiseonik (O2), ugljendioksid (CO2), vodoniksulfid (H2S), vodonik (H2), metan (CH4), teki ugljovodonici (etan C2H6, propan C3H8, butan C4H10), azot (N2) i plemeniti gasovi (helijum - He i argon - Ar). Gasovi u podzemnim vodama su atmosferskog, biogenog i radioaktivnog porekla.</p> <p>Opta hidrogeologija (Prof Dr Veselin Dragii)</p> <p>Foto VI.13 i VI.14. Pojava gasova na izvoru Banjica u edovu (Peterska visoravan)</p> <p>Opta hidrogeologija (Prof Dr Veselin Dragii)</p> <p>KLASIFIKACIJA PODZEMNIH VODA NA OSNOVU HEMIJSKOG SASTAVAKlasifikacija podzemnih voda na osnovu hemijskog sastava bila je predmet izuavanja brojnih autora, tako da danas u strunoj literaturi sreemo vie razliitih podela. Osim na optoj mineralizaciji, najvei broj autora svoje klasifikacije bazira na prisustvu...</p>