Конспект лекций Минск, 2000 г. Рекомендуемая литература

7. ВОПРОСЫ ПРИКЛАДНОЙ ГИДРОГЕОХИМИИ
[Вопросы геохимии подземных вод, используемых для
хозяйственно–питьевого назначения, в качестве промышленных,
минеральных, термальных. Гидрогеохимические исследования
при поисках полезных ископаемых. Гидрогеохимические вопросы
охраны окружающей среды]

Подземные воды — самый ценный вид полезных ископаемых. Они применяются для питья, для разнообразных хозяйственных целей, они используются в качестве лечебного и профилактического средства в медицине, из подземных вод извлекают ряд промышленно полезных химических элементов. Термальные подземные воды являются носителем энергии. Кроме того, химический состав подземных вод служит важным индикатором при поисках различных полезных ископаемых и является важнейшим показателем загрязнения окружающей среды. Весь комплекс вопросов, связанных с использованием самих подземных вод и информации об их составе для решения практических задач, входит в круг проблем прикладной гидрогеохимии, которые мы кратко рассмотрим в настоящей лекции.

Вопросы геохимии подземных вод, используемых для хозяйственно–питьевого назначения. Несомненно, из всей большой сферы вопросов практического использования подземных вод, вопрос номер один — питьевое водоснабжение. Этот вопрос имеет два аспекта. Первый — обеспечение необходимых объёмов воды. Этот аспект рассматривается в общей гидрогеологии и подземной гидродинамике, и мы его касаться не будем. Второй аспект — качество воды и слежение за ним — задача гидрогеохимии.
Степень использования подземных вод для питьевого водоснабжения быстро и неуклонно растёт. В весьма существенной степени питьевое водоснабжение в нашей республики основано на использовании подземных вод. В Беларуси в настоящее время используются для питьевого водоснабжения воды четвертичных, меловых, девонских и верхнепротерозойских отложений. Здесь нельзя не сказать и о совершенно недопустимых фактах, связанных с использованием пресных подземных вод. В ряде мест, например, в Минске, большие объёмы высококачественных подземных вод используются в хозяйственных целях, в то время как в определенные периоды населению некоторых районов подаётся вода из Вилейско–Свислочской системы.
Вообще же подземные воды, используемые для централизованного водоснабжения, чрезвычайно разнообразны по минерализации и химическому составу. Как правило, используются воды с минерализацией до 1 г/л и по согласованию с санитарными органами до 1,5 г/л; однако при смешении с поверхностными водами и при разбавлении дистиллятом используются подземные воды даже с минерализацией от 1–3 до 5–8 г/л.
Основные ресурсы подземных питьевых вод сосредоточены в водоносных горизонтах, залегающих на глубинах до 300 м, как исключение — до 700 м.
В настоящее время в пресных подземных водах обнаруживается около 80 химических элементов. Однако ГОСТ, используемый для оценки качества питьевых подземных вод нормирует сравнительно небольшое число компонентов (23). Назовём предельно допустимые концентрации (ПДК) для некоторых компонентов: Сl — 350 мг/л, SO₄ — 500 мг/л, Σ Fe — 0,3 мг/л, нитраты — 10 мг/л, Be — 0,0002 мг/л.
Влияние химического состава питьевых вод на организм человека сложное. Так, ГОСТ определяет максимально допустимую минерализацию питьевых вод величиной в 1 г/л. Но очень малая минерализация (до 100 мг/л) также ухудшает качество воды, а лишённая солей вода вообще считается вредной, так как понижает осмотическое давление внутри клеток.
Фтор попадает в организм человека главным образом с водой. Недостаток фтора в воде является причиной одного из самых распространённых заболеваний — кариеса зубов, избыток фтора вызывает флюороз.
Намечается связь между жёсткостью воды, т.е. концентрацией в ней соединений кальция и магния, и смертностью от некоторых заболеваний сердечно–сосудистой системы. Поэтому ГОСТом норматируется и жёсткость питьевой воды.
Число элементов, норматируемых стандартом питьевых вод, в дальнейшем будет возрастать. Это будет связано с развитием биохимии, развитием аналитических методов определения элементов в водах и продолжающимся загрязнением подземных вод в результате деятельности человека. Причём ограничения по применению вод для питьевых целей будут касаться, главным образом, микрокомпонентов. Дело в том, что в процессе биологической эволюции организм человека приспособился к значительным вариациям макрокомпонентного состава питьевых вод, но не был приспособлен к возрастанию в них концентраций многих микроэлементов. Поэтому человек болезненно реагирует на возрастание концентраций микрокомпонентов возникновением эндемических заболеваний.
Среди нормируемых ГОСТом компонентов химического состава питьевых вод выделяются две группы. Первая включает элементы, предельно допустимая концентрация которых всегда намного больше их фоновых естественных концентраций в пресных и маломинерализованных водах. Это медь, молибден, свинец, цинк. Превышение допустимых концентраций этих элементов в питьевых водах, как правило, связано с процессами искусственного загрязнения. Поэтому попадания этих элементов в воду, хотя и трудно, но можно избежать, ликвидируя источник загрязнения.
Вторую группу образуют элементы, ПДК которых близки к их фоновым концентрациям в маломинерализованных водах. Это Fе, F, Ве, Se, Sr, Мn. Другими словами, превышение ПДК по этим элементам может осуществляться вследствие естественных процессов. Для территории Беларуси таким, одним из наиболее вредных, элементов является железо, содержание которого очень часто в пресных водах значительно выше ПДК. Для удаления железа применяется аэрирование воды — принудительное окисление железа кислородом с целью осаждения окисного железа.
Мы сейчас говорили о питьевых водах. Определённые требования предъявляются и к воде для технологических целей. Используемая в области производства вода имеет различное назначение. В пищевой и бродильной промышленности она является своего рода сырьём, к которому предъявляются определенные требования. В сахарном производстве необходимо, чтобы вода имела минимальную минерализацию, в пивоваренном — требуется отсутствие CaSO₄, в винокуренном — нежелательно присутствие СаСl₂ и МgСl₂.
В воде, используемой в фотопромышленности, текстильной и бумажной промышленности, нормируется присутствие железа, марганца, кремневой кислоты и, особенно, радиоактивных веществ. Наиболее высокие требования предъявляются к химическому составу воды, идущей для питания паровых котлов. В этом случае, вредна, в первую очередь, жёсткость.
Важным мероприятием, которое проводится на месторождениях питьевых и технических подземных вод, являются наблюдения за изменением состава вод с точки зрения его соответствия назначению. Химический состав подземных вод ряда районов интенсивного водоотбора уже давно не соответствует тому, что был установлен при разведочных работах и при оценке эксплуатационных запасов. Причин этому много. Это промышленное загрязнение, перетекание вод из других горизонтов, вызванное неправильным режимом водоотбора и др.