Пән: Өзендер гидрологиясы
СӨЖ
Тақырыбы: Өзен суларының химиялық құрамы. Иондық ағынды
Өзен суларының химиялық құрамы
Өзен суының кермектігі— құрамында кальций (Са2+) мен магний (Мg2+) иондарының (негізінен карбонат түрінде) болуынан қалыптасатын судың қасиеті.
Cудың кермектігі көрсеткіші 1 литр судағы миллиграм-эквивалентпен (мг-экв/л), кей елдерде градуспен өлшенеді. Табиғи сулардың кермектігі өте кең ауқымда ауытқиды: тайга мен тундра белдеміндегі өзен, көлдерде 0,1-0,2 мг-экв/л-ден кейбір жер асты сулары мен мұхит, теңіз суларында 80-100 мг-экв/л-ге дейін. Кермек су тұщы болса да, нашар сабындалады, бу қазандықтарының қабырғаларына тат түзеді, қант, былғары және басқа да көптеген өнеркәсіп салаларында пайдалануға жарамайды. Cудың кермектігі анықтамасы бойынша: жалпы, уақытша (жойылатын), тұрақты, карбонаттық, қалдық болып бөлінеді. Жалпы кермектік суда кальций мен магнийдің барлық тұздарының болуынан қалыптасады.
Уақытша және карбонаттық кермектік онда кальций мен магнийдің тек гидрокарбонаттық (HCO3)және карбонаттық (СО32~) тұздарының болуымен байланысты. Мұндай кермектілікті суды қайнату арқылы кетіруге болады. Тұрақты (жойылмайтын) кермектік жалпы және жойылатын кермектіктердің айырымына тең. Қазақстанда ауыз су ретінде жалпы кермектігі 7—20 мг-экв болатын жер асты сулары пайдаланылады
Табиғи сулар кермектік дәрежесіне қарай:
-
- өте жұмсақ су (1,5 миллиграм-эквивлентке дейін)
- жұмсақ су (1,5-3,0 миллиграм-эквивлентті)
- орташа кермек су (3,0-6,0 миллиграм-эквивлентті)
- кермек су (6,0-9,0 миллиграм-эквивлентті)
- өте кермек су (9,0 миллиграм-эквивленттен жоғары)
болып бес топқа бөлінеді. Қазақстанда ауыз су ретінде жалпы кермектігі 7-20 миллиграм-эквивлентті табиғи сулар пайдаланылады.
Ион алмасу арқылы тазалауда суды тек ластатқыштардан ғана тазартып қоймайды, сондай-ақ қайта пайдалану үшін бағалы химиялық қосылыстарды жеке іріктеп, жинап та отырады. Бұл әдісте ластаушылармен ион алмасу реакциясына түсетін иониттер (балшықты минералдар, фторапатиттер, ион алмасу шайырлары) қолданылады. Ақпа сулар – бұл өнеркәсіпте және тұрмыста пайдаланғаннан шыққан сулар. Ақпа суларға сондай-ақ ғимараттар салынған территориядағы жаңбыр, нөсер сулары да жатады.
Ақпа суларда адам организміне қауіпті көптеген органикалық және минералдық зиянды заттар болады. Сондықтан ол суларды сүзу, тазалау орындарында, биологиялық тоғандарда және т.б. жерлерде залалсыздандыру және тазалау қажет.
Cудың кермектігін анықтау және жою тәсілдері
Су кермектігін жою немесе төмендету суды жұмсарту деп аталады. Жұмсақ су құрамында кальций мен магний карбонаттары аз, кермектік мөлшері 3,0 мг-экв/л-ден төмен шаманы көрсететін су.
Жұмсақ су тобына жаңбыр, еріген қар және мұз сулары жатады. Термиялық өндеу Осы тәсілдің мәні суды алдын-ала 70 – 80 оС дейін жылыту немесе қайнатуда болып тұр. Бұл тәсіл тек уақытша (карбонатты) кермектікті жояды.
Уақытша кермектікті суды қайнату арқылы (ерімейтін карбонаттар СаСО3 және MgCO3 (Са2+, Mg2+ катиондары қақ түрінде тұнады) жоюға болады: Ca(HCO3)2 = CaCO3 ↓ + CO2 ↑ + H2O Магнийдің гидрокарбонаттардың ыдырау процессі кальций гидрокарбонатардың ыдырауы процесінен күрделірек өтеді.
Иондық ағынды
Бұны былай түсіндіруге болады: магнийдің карбонаты (кальций карбонатына қарағанда) оның гидроксидінен неғұрлым ерігіш болып келеді. Егер уақытша кермектік жойылмаса, онда тұрмыстық металлдық ыдыстарда, бу қазандарында, сумен жылыту жүйелерінде қақ қабаты пайда болады. Бұл жылу беру коэффициентін төмендетеді. Сонымен отынның артық жұмсалуы байқалады. Су құрамында неғұрлым көп темір болса, қақ түсі соғұрлым қоңыр болады.
Карбонатты және бейкарбонаты кермектікті қатар жою үшін өнеркәсіпте әкті-содалы тәсіл кең тараған: бұл СаО және Nа2СО3 қоспалармен суды өңдеу. Бұл тәсілмен жұмсартылған судың кермектігі 0, 5 – 0, 1-ге тең.
Ионалмасу тәсілі Бұл өнеркәсіпте кең қолданылатын (көбінесе гидрометаллургияда) физико-химиялық тәсіл. Тәсіл кермектікті жою және деминерализациялау үшін қолданылып, кермектікті ғана жоймай, бұнымен қатар суды толығымен тазартады. Мұндай тазартудан өткізілген су құрамында бейтаныс иондар: не катиондар, не аниондар кездеспейді
. Бұл тәсіл кейбір заттардың суда ерімейтін иондарын сыртқы ортадағы иондарға стехиометриялық түрде алмасу қабілеттілігінде негізделген. Мұндай қасиеттерге ие заттар ионалмастырғыштар (ионалмасу сорбенаттары) немесе қысқаша иониттер деп аталады.
Иониттердің көбісі – қатты, шекті ісінетін, амофты және кристалды құрылымды заттар. Иониттер табиғи суды ерімейтін қоспалардан тазартып қоймай, сонымен қатар онда еріген заттардан да тазартып сапасын жақсартады. Өнеркәсіпте ионалмасу сүзгісінің көмегімен кальций және магний иондарын натрий және калий иондарына алмастырып, жұмсақ су алады
Судың сапалық құрамы сутек пен оттектен тұратыны, ал сандық құрамы екі сутек атомы мен бір оттек атомынан тұратындығы мәлім.
Судың айырылуы электр тогының әсерінен жүреді, бұл реакциямен сендер сутекті алу әдісі бойынша таныссыңдар:
2H2O→2H2↑+O2↑
Күрделі заттың құрамдас бөліктеріне айырылуы — анализ деп аталады.
Активті металдардың оксидтерімен әрекеттесіп гидроксидтер (негіздер) түзеді.
Араластыру немесе иондық тасқын әдісі белгілі бір ерітіндіні ағын сумен араластыруға негізделген. Мысалы, ас тұзын ағын сумен араластырған соң ерітіндінің электр өткізгіштігі анықталады.
Мұндай әдісті негізінен ағыны қатты тау өзендеріңде колданады, өйткені тау өзендерінде көлденең қиманың ауданы мен ағыстың жылдамдығын өлшеу қиынға түседі.
Су тұщыту-шаруашылыққа, ауыз суға қажет тұщы су алу үшін табиғи судағы тұз мөлшерін (1 г/дм3-ге дейін)азайту. Су тұщытудың: суды буландыру, катыру, ион алмастыру, электроионит әдістері бар.
- Cу жұмсарту– кермек судағы тұз мөлшерін мейлінше азайту арқылы оны шаруашылық мақсаттары мен ішуге жарамды ету әдісі. Су тұщытудың бірнеше физикалық әдістері (буландыру, қатыру, ион алмастыру, электронит) бар.
Буландыруда тұзды су буын арнайы қондырғыларда конденсациялайды. Кейде күн сәулесінің қуатын да пайдаланады. Тұзды судың қату және еру ерекшелігіне сүйеніп қатыру әдісін қолданады. Себебі еру кезінде бірінші ащы кристалдар еріп, бөлінеді. Су тұщытудың химиялық әдістерінде тұзды су химиялық қосылыстардың ерітінділерімен өңделеді. Мысалы, әк-сода әдісімен тұндырылған тұздарды натрий фосфатымен (фосфат әдісі) өңдейді
Ион алмастыру әдісі қолдан жасалған катиониттер мен аниониттердің кермек судағы тұздармен алмасу реакциясына негізделген. Бұл әдісте кермек суды катионит қабатынан өткізеді, сонда Ca2+, Mg2+ иондары Na+, H+, NH4+ иондарымен алмасады.
Жасанды катиониттер алу жөніндегі академик Е.Ерғожиннің қазақстандық мектебінің зерттеулері отандық және шетелдік ғылыми және тәжірибелік ортада кеңінен танылды. Су тұщытудан басқа су тазартудың мөлдірлендіру, залалсыздандыру, газсыздандыру, әдістері белгілі.
Жұмсақ су – құрамында кальций мен магний карбонаттары аз, кермектік мөлшері < 3,0 мг-экв/л шамасындағы су. Бұл заттектер көп болғандағы судың кермектілігі ұғымына қарама-қарсы мағына. Жұмсақ су тобына жаңбыр, еріген қар және мұз сулары жатады.
Пайдаланылған әдебиеттер
- Мұнай және газ геологиясы танымдық және кәсіптік-технологиялық терминдерінің түсіндірме сөздігі. Анықтамалық басылым. — Алматы: 2003 жыл. ISBN 9965-472-27-0
- ↑Қазақ тілі терминдерінің салалық ғылыми түсіндірме сөздігі. Су шарушылығы. – Алматы, «Мектеп» баспасы, 2002 жыл.
- ↑Химия: Жалпы білім беретін мектептің 9-сыныбына арналған оқулық. Өңделген, толықтырылған 2-бас. / Н. Нұрахметов, К. Сарманова, К. Жексембина, т.б. – Алматы: «Мектеп» баспасы, 2009. — 208 бет: суретті.