Бессточные водоемы Казахстана. Том 2. Качество воды

Основной причиной образования накипи и минеральных отложений являются, прежде всего, карбонатные соли кальция и магния. Но не всегда гидрокарбонатные соли разлагаются при нагревании воды в теплообменниках. Распад происходит только при превышении предельно-допустимой величины данного состава охлаждающей воды. Поэтому критерием для оценки накипеобразующих свойств воды служат следующие величины: жесткость (общая, карбонатная, некарбонатная, предельно-допустимая); стабильность воды на выпадение карбоната кальция или его растворения вследствие наличия в воде агрессивного диоксида углерода. Кроме названных величин, для оценки свойств накипеобразования воды ВО приходится изучать и состояние карбонатно-кальциевого равновесия. Известно, что бикарбонаты вместе с карбонатными ионами, ионами кальция, растворенным диоксидом углерода являются основными компонентами карбонатной системы. С карбонатной системой непосредственно связаны ионы водорода и косвенно весь комплекс растворенных веществ.

Карбонатная система, как уже отмечалось в связи с оз. Балкаш (см. том 1, раздел 3, [10]), является важнейшей системой химических равновесий в природных водах. От ее состояния зависит направление и интенсивность процессов, протекающих в водоеме. Кроме того, карбонатная система, как мы уже знаем, в природных водах имеет исключительно большое значение для протекающих в них биологических процессов. Состоянием карбонатно-кальциевого равновесия определяются также и агрессивные свойства воды. Компоненты равновесия находятся между собой в определенных количественных соотношениях, и изменение одного из них непременно влечет за собой изменение других. Факторы, влияющие на устойчивость карбонатного равновесия, в природе очень изменчивы. С изменением их устоявшееся состояние равновесия нарушается и устанавливается новое.

Для характеристики отклонений данной системы от устойчивого равновесия могут быть использованы две взаимосвязанные величины: содержание СО₂, избыточное против равновесного (называемая агрессивным диоксидом углерода), и степень насыщенности воды карбонатом кальция. Для исследования состояния карбонатно-кальциевого равновесия кроме данных об ионном составе и минерализации воды приходится определять: величину рН, температуру воды и расчетным путем находить содержание в воде свободного, равновесного и агрессивного СО₂, а также степень насыщенности воды карбонатом кальция. О степени насыщенности судят по отношению наблюдаемого произведения активностей ионов

Са²+ и СО 32 к теоретической величине произведения растворимости СаСО3. При расчетах приходится учитывать температурные изменения всех констант.

От степени насыщенности воды СаСО3 зависит способность воды растворять или выделять в осадок СаСО3, т.е. ее накипе-образующие свойства. О.А. Алекиным и Н.П. Моричевой были выяснены факторы, нарушающие пересыщенность раствора карбонатом кальция. К ним относятся: твердые тела, играющие роль затравки; обломочный карбонат кальция; частицы известковых раковин; остатки растительности. При исследовании оз. Балкаш было показано, что наиболее важными процессами, способствующими пересыщению и возможному осаждению карбоната кальция являются: а) увеличение температуры, уменьшающее растворимость карбоната кальция и диоксида углерода; б) испарение, увеличивающее концентрацию ионов кальция и карбонатную щелочность; в) перемещение пересыщенных карбонатом кальция вод в области, где присут-ствуют центры кристаллизации; г) фотосинтез, который снижает содержание диоксида углерода и, следовательно, увеличивает концентрацию карбонатов; д) бактериальная деятельность, приводящая к увеличению значений рН, вследствие образования ионов аммония и слабых оснований.

Однако в природе обычно образуются растворы, пересыщенные в отношении СаСО₃ и наблюдается определенный недостаток СО₂ до растворенного количества при данных условиях. Если же в результате каких-либо процессов содержание СО₂ в растворе будет увеличиваться (дыхание, разложение органических веществ), то карбонатное равновесие также нарушится, причем пропорционально увеличивается содержание углекислоты и, следовательно, ее диссоциированные формы.

Изучение СО₂ в водоемах представляет очевидную важность, однако данных по ее содержанию в водах различных объектов чрезвычайно мало. Эти данные, накопленные в достаточном количестве, позволят перейти к прогнозированию концентрации СО₂ в природных водах, находящихся в различных физико-географических зонах и в любые гидрологические сезоны, как это было показано на примере оз. Балкаш.

В связи с изменчивостью факторов, влияющих на карбонатное равновесие, все время создаются условия, сдвигающие его в одну или другую сторону. Влияние этих факторов на карбонатно-кальциевое равновесие изучено на примере водо-хранилищ-охладителей Литовской ГРЭС и Украины.