COMPOZITIA FIZICO-CHIMICA GENERALA A APELOR SUBTERANE

Compozitia fizico-chimica generala a apelor subterane

Compozitia chimica a apelor de adancime se formeaza in decursul a zeci, sute, mii si chiar milioane de ani, sub influenta gradului de accesibilitate hidrogeologica si a compozitiei rocilor acvifere.

Apa nu apare in natura in stare pura, ci are multe saruri dizolvate si alte substante. Desigur proportia variaza mult intre apele dulci si cele sarate, oceanice sau din lacuri sarate.

Compozitia chimica a apelor subterane nu este constanta. Ea suporta schimbari atat in timp cat si in cadrul aceluiasi orizont acvifer. Continutul de substante dizolvate creste ca efect al evaporatiei si a dizolvarii. Cresterea concentratiei minerale prin evaporare se realizeaza sub influenta climei.

Apele subterane sunt caracterizate, in general printr-o mineralizare mai ridicata continutul de saruri minerale dizolvate fiind >400mg/l si format, in principal, din bicarbonati, cloruri si sulfati de Na, K, Ca, Mg. Duritatea totala este cuprinsa intre 10-20 grade germane si este formata in cea mai mare parte din duritate bicarbonata. Concentratia ionilor de hidrogen se situeaza in jurul valorii neutre corespunzand unui pH=6,5-7.

In functie de compozitia mineralogica zonelor strabatute, unele surse subterane contin cantitati importante de Fe, Mn, H₂S si sulfuri, compusi ai azotului, etc.

Apele subterane sunt cele mai indicate pentru folosinte casnice si industria alimentara, deoarece conditiile de zacamant ale acestora le protejeaza, in mare masura, de factorii impurificatori. Ele au o temperatura potrivita, sunt limpezi (cu unele exceptii), nu prezinta miros si au gust placut.

Venind in contact cu mai multe feluri de roci in diferite conditii fizice, apele subterane se incarca mai mult sau mai putin cu toate elementele intalnite in scoarta terestra. Astfel, se intalnesc ape care pe langa constituientii majori, pot avea un continut ridicat de Fe²⁺, Mg²⁺, NO, NO₂^-, Ra²⁺, H⁺, Zn²⁺, As²⁺ sau gaze (CO₂, H₂S, CH₄). Mineralizarea este, de asemenea, foarte diferita. Concentratia poate sa varieze de la cateva zeci de mg/l (ape dulci) la peste 100 mg/l si chiar la peste 600 mg/l (saramuri).

Apele subterane contin cantitati mari de substante solide sau gazoase. Ajunse la suprafata, aceste ape, formeaza izvoare de ape minerale. Astfel, in ea gasim:

cationi: calciu, magneziu, sodiu, potasiu, aluminiu, fier, mangan, titan, crom, nichel, cupru, staniu, plumb, zinc, cobalt, arsen, seleniu, cadmiu, srontiu, bariu, litiu, beriliu etc. ;

anioni: fluorura, azotat, bromura, fosfat, borat, iodura, cian, sulfat, carbonat, bicarbonat, hidroxil, azotit etc. ;

substante neionice: silice, substante uleioase, petroliere, grase, fenoli, detergenti, gaze dizolvate (oxigen, dioxid de carbon, azot, in cantitati mai mici si metan, oxizi de azot, amoniac, hidrogen sulfurat, radon etc.) microflora si fauna.

Cele mai frecvente substante prezente naturale in ape si care influenteaza calitatea si utilizarile posibile sunt:

silicea (bioxid de siliciu - SiO₂) are concentratii de obicei de la 1 la 30 mg/litru, dar au fost gasite ape si cu 4000 mg/litru. In prezenta calciului si magneziului, se depune in boilere si turbine de abur, precipitatul e foarte aderent si creaza probleme mari de utilizare a apei. In schimb la ape moi se adauga silice pentru a preveni corodarea tevilor de fier.

fierul se gaseste de regula in concentratii de sub 0,5 mg/litru in ape oxigenate, dar la ape subterane urca des spre 50 mg /l. La ape acide termale, ape de mina si ape uzate industriale s-au gasit concentratii de 6000 mg/litru. La ape bine aerate la concentratie de peste 0,1 mg/litru precipita, cauzand turbiditate, ruginire, patarea hainelor la spalat, modificand gustul si mirosul. Peste 0,2 mg/litru face ca apa sa fie improprie majoritatii folosintelor industriale. Frecvent se practica din aceste motiv deferizarea apei. El nu afecteaza sanatatea. Frecvent exisa in organismul uman un deficit. Absorbtia intestinala e foarte diferita.

manganul apare de regula in concentratii de sub 0,2 mg / litru. Apa subterana si apele de mina contin uneori peste 10 mg / litru iar apele din lacurile de acumulare care au suferit fenomenul de inversare (turn-over sezonier) pot ajunge la peste 150 mg/ litru. La concentratii de peste 0,2 mg / litru, in prezenta oxigenului, precipita , cauzand depuneri in retele de distributie a apei si filtre. Peste 0,2 mg / litru face ca apa sa fie problematica pentru multe folosinte industriale. De aceea se practica uneori demanganizarea apei. Este esential pentru viata. Omul necesita 1,5 - 5 mg / zi. Nu este toxic.

calciul ajunge uneori in rauri la 600 mg / litru, dar in ape foarte sarate poate atinge 75000 mg / litru. El nu afecteaza sanatatea dar prin duritatea crescuta poate afecta conductele, spalatul, poate afecta gustul alimentelor de exemplu ceaiul, cafeaua etc.

magneziul ajunge uneori in unele rauri la mai multe sute mg / litru, in apa marii sunt peste 1000 mg / litru in ape foarte sarate poate atinge 57000 mg / litru. Calciul si magneziul se combina cu bicarbonatul, carbonatul, sulfatul si silicea si se depun ca 'piatra' aderenta in boilere, calorifere si alte asemenea. In plus ionii de calciu si magneziu se combina cu acizii grasi din sapunuri si reduc puterea de spalare a acestora, fiind necesare cantitati mult mai mari de sapun pentru a face clabuci si a spala. Magneziul in concentratii mari are efect laxativ, producand diaree de exemplu la cei neobisnuiti cu acea apa. Multi oameni au deficit de magneziu, dar de obicei din cauza absorbtiei reduse a lui din cauze interne.

sodiul este metal alcalin, al 6-lea element chimic ca raspandire pe Terra. Atinge in unele rauri concentratii de 1000 mg / litru, in apa marii 10.000 mg / litru si in ape foarte sarate chiar 25.000 mg / litru. Vantul il duce din mare pana la 100 km in interiorul continentului si poate polua apa subterana. Cantitati mari ingerate pot produce hipertensiune arteriala. Peste 50 mg / litru in prezenta de suspensii produce spumare ce accelereaza precipitarea si depunerea de 'piatra' in boilere si cazane iar peste 65 mg / litru de sodiu creaza probleme in fabricarea ghetii.

potasiul este tot metal alcalin, esential pentru viata. E de obicei sub 10 mg / litru, atinge insa 100 mg / litru in unele izvoare termale si peste 25.000 mg / litru in ape saraturoase. Peste 50 mg / litru in prezenta de suspensii produce spumare ce accelereaza precipitarea si depunerea de 'piatra' in boilere si cazane. Excesul e toxic pentru pesti.

In general, in orizonturile acvifere de adancime, mineralizarea apelor creste si totodata se schimba si compozitia chimica de la sursa de alimentare spre zona de descarcare. Ivirile de apa alimentate din stratele acvifere de adancime isi pot schimba insusirile chimice ca urmare a amestecului cu apele altor orizonturi. (ANEXA III).

2.1. INDICATORII FIZICI AI APEI SUBTERANE

Indicatorii fizici ai apei sunt: pH-ul , conductivitarea ,turbiditatea , suspensiile totale. pH= - lg[H]

■ pH-ul este logaritmul zecimal cu semn schimbat al concentratiei ionilor de hidrogen din solutie.

Determinarea pH-ului apelor naturale are ca scop:

▪ masurarea aciditatii sau alcalinitatii apelor naturale;

▪ supravegherea si controlul desfasurarii proceselor echilibrului biologic al bazinului receptor prin masurarea pH-ului proceselor biologice si chimice;

▪ pH-ul influenteaza autopurificarea

■ Conductivitatea este proprietatea unui material de a conduce curentul electric prin deplasarea ionilor. Ionii pozitivi si negativi din solutie se misca in sens opus incarcarii electrodului atunci cand o sarcina electrica este aplicata solutiei. Apa din natura contine in solutie,in functie de sursa,diferite substante dizolvate. k= GK

Conductivitatea este unul dintre indicatorii cei mai utilizati din urmatoarele considerente:

▪ permite determinarea continutului total de saruri in apa;

▪ diferentiaza intre continutul de saruri anorganice si organice,pe baza mobilitatii ionilor specifice;

▪ elimina erorile datorate transformarii speciilor de carbonati sau bicarbonati prin evaporare la 105C.

■ Turbiditatea reprezinta gradul de opacitate imprimat apei de substantele in suspensie sau in stare coloidala.Turbiditatea apei este caracterizata prin lipsa de transparenta a acesteia, ca urmare a existentei unor particule aflate in suspensie. In mod obisnuit,pentru a pune in evidenta turbiditatea, se are in vedere proprietatea opusa acesteia si anume limpezimea sau transparenta.1turbiditate=10 mg SiO dm

Turbiditatea datorata particulelor solide poate fi grupata in doua categorii:

▪particule sedimentabile (grosiere)

▪particule coloidale

■ Suspensiile totale (mg/l) reprezinta totalitatea substantelor solide si insolubile, de natura organica sau minerala, prezente intr-o anumita cantitate de apa, care se pot sedimenta sau si care plutesc.

Suspensiile au importanta in procesul de tratare al apei in vederea potabilizarii. Apa potabila nu trebuie sa contina suspensii. Cele organice si anorganice fine sunt greu de indepartat si creeaza probleme: infundare filtre; gust si miros neplacut; perturbarea dezinfectiei, transportul de toxice, metale grele, poluanti diversi; creste CBO₅-ul.