Тема 4: Классификация природных вод

Существуют несколько способов классификации природных вод, в основу которых положены те или иные характеристики хими­ческого состава воды.

Классификация вод по степени жесткости (табл.1). Жесткость воды – свойство, обусловленное содержанием в воде катионов двухвалент­ных металлов, прежде всего кальция и магния. Общая жесткость воды характеризуется содержанием в ней (мэкв/л) катионов жесткости. Величина общей жесткости мо­жет быть рассчитана по формуле

Ж (мэкв/л) = [Ca²⁺]/20,04 + [Mg²⁺]/12,16.

В общей жесткости воды выделяют карбонатную и некарбонат­ную жесткость. Карбонатная жесткость жесткость воды представляет со­бой ту часть общей жесткости, которая эквивалентна содержанию в воде карбонат- и гидрокарбонат-ионов. Также различают жесткость временную (устраняемую кипячением) и постоянную (неустраняе­мую кипячением). Временная жесткость соответствует содержа­нию в воде гидрокарбонатов кальция и магния. При кипячении воды происходит удаление катионов этих металлов в составе образую­щихся малорастворимых карбонатов:

Ca(HCO₃)₂= СaCO₃ ↓+H₂O +CO₂

Mg(HCO₃)₂= MgCO₃ ↓+H₂O + CO₂

Постоянная жесткость воды равна разности между общей и временной жесткостью, ее можно устранить только химическими реагентами.

В качестве единицы измерения жесткости воды ис­пользуется моль (жесткости) на кубический метр, численно равный 1 мг-экв/л.

Таблица 1

Классификация природных вод по величине общей жесткости

Общая жесткость , моль/м3	Вода
Меньше 1,5	Очень мягкая
1,5 – 3,0	Мягкая
3,0 – 5,4	Средней жесткости
5,4 – 10,7	Жесткая
Больше 10,7	Очень жесткая

Классификации по величине общей минерализации воды. Эта классификация (табл. 2) является одной из наиболее распространенных. Величина общей минерализации воды (М) определяется по массе сухого ос­татка предварительно отфильтрованной и выпаренной пробы воды после высушивания до постоянной массы при температуре 105 °С.

Таблица 2

Классификация природных вод по величине общей минерализации

Минерализация, г/л	Наименование вод
Меньше 0,2	Ультрапресные
0,2– 0,5	Пресные
0,5 – 1,0	С повышенной минерализацией
1 – 3	Солоноватые
3 – 10	Соленые
10 – 35	С повышенной соленостью
35 – 50	Переходные к рассолам
50 – 400	Рассолы

Классификация вод по химическому составу. В подавляющем большинстве случаев солевой состав природных вод определяется катионами Са²⁺, Мg²⁺, Nа⁺, К⁺ и анионами НСO₃^-, Сl^-, SO₄^2-. Эти ионы называются главными ионами воды; они определяют химический тип воды. Остальные ионы присутствуют в значительно меньших количествах, они не определяют химический тип воды.

Классификация природных вод по химическому составу, предложенная О. А. Алекиным (рис. 1), считается наиболее приемлемой для вод, используемых в питьевых и хозяйственно-бытовых целях. В ее основу положены два принципа: преобладающих ионов и соотношения между ними.

Согласно этой классификации природные воды делятся по преобладающему анионуна три класса:

1) гидрокарбонатные и карбонатные (большинство маломинерализованных водрек, озер, водохранилищ и некоторые подземныеводы);

2) сульфатные воды(промежуточные между гидрокарбонатными и хлориднымиводами, генетически связаны с различными осадочнымипородами);

3) хлоридные воды(высокоминерализованныеводыокеана, морей, соленых озер, подземныеводысолончаковых районов).

Каждый класс вод подразделяется по преобладающему катиону на три группы: кальциевую, натриевую, магниевую.

Каждая группа в свою очередь подразделяетсяна четыре типаводпо соотношению содержащихся в воде ионов (в эквивалентах):

I. HCO₃^-> Ca²⁺ + Mg²⁺. Воды этого типа маломинерализованы и характеризу­ются избытком ионов HCO₃^-, образуются в процессе химического выщелачиванияизверженныхпород.

II. HCO₃^- < Ca²⁺ + Mg²⁺< HCO₃^- + SO^2-_4. К этому типу относятся подземные воды, воды рек и озёр с малой и средней минерализацией.

III. HCO₃^- + SO^2-₄< Ca²⁺ + Mg²⁺ или Cl^-> Na⁺. Воды этого типа сильно минерализованы, это воды океанов и морей. К этому типу относятся водыокеанов, морей , морских лиманов.

IV. HCO₃^-= 0. Характеризуется отсутствием гидрокар­бонат-ионов. Воды этого типа являются кислыми и присутствуют только в хлоридном и сульфатном классах. Это болотные, шахтные, вулканические воды иливодысильно загрязненные промышленными стоками.

Рис. 1. Схема классификации природных вод по О.А. Алекину

Обозначения.

Класс природных вод обозначается символом соответствующего аниона:

С — НСО₃^-, S — SO₄^2-, Сl — Сl^-;

группа: символом катиона: К⁺, Na⁺, Са²⁺, Мg²⁺;

тип - римской цифрой.

Формула водызаписывается следующим образом. К символу класса добавляется нижний индекс - значение минерализации (с точностью до 0,1 г/л ), к символу группы - верхний индекс - значение общего катионного состава (с точностью до целых единиц вещества в ммоль/л).

Например: С_1,2 Nа^0,5 - гидрокарбонатно-натриевая вода с общей минерализацией 1,2 г/л и преобладающей концентрацией гидрокарбонатных ионов и ионов натрия.

Воды большинства рек принадлежат к гидрокарбонатному классу. По составу катионов эта вода имеет почти исключительно преобладание кальция; гидрокарбонатные воды с преобладанием магния и натрия - крайне редкое явление. Из природных вод гидрокарбонатного класса наиболее распространены воды малой минерализации (суммарное содержание солей до 200 мг/л). Они приурочены к подзолистым почвам северных районов лесной зоны и к почвам тундр (включая зону многолетней мерзлоты), которые бедны растворенными солями и обогащают воду органическими веществами. Значительно меньше рек с гидрокарбонатными водами средней минерализации. Это реки средней полосы Европы. Еще меньшую площадь занимают реки с повышенной минерализацией, которые распространены в лесостепной и степной зонах (междуречья Днестра, Южного Буга, Днепра, некоторые притоки Дона и Урала).

Реки с водой, относящейся к сульфатному классу, сравнительно малочисленны и встречаются в засушливых степях Донбасса, Приазовья, Северного Кавказа, в полупустынях Средней Азии и Казахстана. Минерализация их обычно превышает 1000 мг/л. В составе катионов природных вод сульфатного класса, так же как и в водах гидрокарбонатного класса, преобладает кальций. Однако ряд рек сульфатного класса имеет преобладание натрия. По минерализации воды сульфатного класса значительно превосходят воды гидрокарбонатного класса. Речные сульфатные воды с малой (общее количество солей до 200 мг/л) и средней (общее количество солей с 200 до 500 мг/л) минерализацией встречаются сравнительно редко. Наиболее характерна для этих рек повышенная (общее количество солей с 500 до 1000 мг/л), а иногда и высокая (общее количество солей более 1000 мг/л) минерализация воды.

Речные воды хлоридного класса встречаются почти так же редко, как и реки, в воде которых преобладают сульфаты. Это воды преимущественно степных районов и полупустынь (полупустыни Прикаспийской низменности, Западно-Сибирской равнины и Казахстана). Преобладающими катионами природных вод хлоридного класса являются главным образом ионы натрия. Воды хлоридного класса отличаются высокой минерализацией, свыше 1000 мг/л, достигающей в отдельных случаях 19000 мг/л (р. Тургай).