2.5.1. Thành phần ion và các hợp chất
Có thể nói, n−ớc d−ới đất là một loại dung dịch phức tạp, chứa nhiều chất hoá học khác nhau. Trong n−ớc d−ới đất, ng−ời ta đã phát hiện đ−ợc trên 80 nguyên tố có mặt trong bảng tuần hoàn Menđeleev. Phần lớn các nguyên tố này tồn tại d−ới dạng ion đơn giản hoặc ion phức. Một số ít tồn tại d−ới dạng hợp chất, dạng keo và các chất khí. Nói chung, những nguyên tố dễ hoà tan, có nhiều trong thiên nhiên thì trong n−ớc d−ới đất cũng nhiều. Tuy nhiên, cũng có tr−ờng hợp nh− nguyên tố clo có ít trong nhiên nhiên nh−ng trong n−ớc d−ới đất lại khá nhiều do clo dễ hoà tan và rất giầu trong n−ớc nguyên sinh hoà lẫn trong n−ớc d−ới đất. Ng−ợc lại, có những tr−ờng hợp nh− nguyên tố kali trong thiên nhiên khá nhiều và độ hoà tan cũng lớn nh−ng trong n−ớc d−ới đất lại rất ít do dễ bị rễ cây hút làm cho nồng độ kali trong n−ớc giảm mạnh. Các ion th−ờng gặp trong n−ớc d−ới đất là: H+, Na+, K+, NH4+, Mg2+, Ca2+, Mn2+, Fe2+, Fe3+, Al3+, OH-, CL-, NO2-, NO3-, SO42-, HCO3-, CO32-, SiO32-, PO43-, ...
Trong số các ion trên, ion có hàm l−ợng cao nhất th−ờng là Na+, K+, Ca2+, Mg2+, Cl-, SO42-, HCO3-. Hàm l−ợng ion H+ trong n−ớc d−ới đất tuy rất nhỏ nh−ng có vai trò rất lớn trong phản ứng hoạt tính của n−ớc. Các ion Ca+ và Mg2+ rất quan trọng khi đánh giá chất l−ợng n−ớc dùng trong uống sinh hoạt và công nghiệp vì đây là những chỉ tiêu phản ánh độ cứng của n−ớc. Phần lớn các ion độc hại với sức khỏe con ng−ời nh− NH4+, NO2-, NO3- có nguồn gốc hữu cơ. Những chỉ tiêu này đ−ợc dùng để đánh giá mức độ nhiễm bẩn của n−ớc nên mặc dù có hàm l−ợng ít, vẫn cần phải phân tích khi điều tra cung cấp n−ớc phục vụ cho mục đích ăn uống sinh hoạt.
40
Phần lớn các hợp chất tồn tại trong n−ớc d−ới đất là các hợp chất hữu cơ, các chất keo ôxyt sắt (Fe2O3), ôxyt nhôm (Al2O3), .... Chất khí tồn tại trong n−ớc th−ờng là N2, O2, H2S, CH4, .... Trong đó, các chất khí có nguồn gốc khí quyển th−ờng là N2, O2, CO2. Chất khí trong môi tr−ờng khử th−ờng là H2S, CH4, N2, còn chất khí trong môi tr−ờng biến chất th−ờng là CO2.
2.5.2. Độ tổng khoáng hoá
Độ tổng khoáng hoá của n−ớc d−ới đất là hàm l−ợng các chất khoáng trong n−ớc (không kể chất khí).
Hiện nay, ch−a có cách biểu thị độ tổng khoáng hoá thật chặt chẽ. Có thể biểu thị độ khoáng hoá bằng tổng l−ợng các chất khoáng, tổng l−ợng các ion phân tích đ−ợc, l−ợng cặn sấy khô hay cặn sấy khô tính toán.
Tổng l−ợng chất khoáng là tổng trọng l−ợng các ion và phân tử các chất trong 1 lít n−ớc, không kể chất khí và bản thân n−ớc.
Tổng l−ợng ion là tổng trọng l−ợng thành phần các cation và anion phân tích đ−ợc, tính trong 1 lít n−ớc.
L−ợng cặn sấy khô là trọng l−ợng phần còn lại sau khi đã ch−ng và sấy khô 1 lít n−ớc ở 1050C đến 1100C.
Cặn sấy khô tính toán là cặn sấy khô xác định đ−ợc bằng cách tính toán. Do khi sấy khô, HCO3- bị phân giải theo ph−ơng trình:
2HCO3- ↔ CO32- + CO2 + H2O
Thành phần CO2 và H2O bốc hơi và bay đi, kết quả chỉ còn lại CO32- nằm lại trong cặn sấy khô. L−ợng CO32- th−ờng có giá trị gần đúng bằng 1/2 l−ợng HCO3- nên l−ợng cặn sấy khô tính toán có thể tính gần đúng bằng tổng l−ợng các chất khoáng trừ đi 1/2 l−ợng HCO3- trong n−ớc.
Để thuận tiện cho hệ thống hoá và so sánh kết quả phân tích hoá học các mẫu n−ớc, có thể biểu thị độ tổng khoáng hoá bằng l−ợng cặn sấy khô tính toán. Tr−ờng hợp không xác định đ−ợc l−ợng cặn sấy khô tính toán do không đủ số liệu phân tích các ion chủ yếu trong n−ớc thì biểu thị bằng l−ợng cặn sấy khô.
Đơn vị độ tổng khoáng hoá của n−ớc d−ới đất th−ờng dùng là mg/l và g/l, tr−ờng hợp độ tổng khoáng hóa rất cao thì dùng đơn vị g/kg.
2.5.3. Độ pH (phản ứng hoạt tính) của n−ớc
Nồng độ H+ trong n−ớc quyết định một trong những tính chất quan trọng của n−ớc: axit, trung tính hay bazơ. Nó ảnh h−ởng rất lớn đến sự có mặt của một số chất khác nh− HCO3-, CO2, ... và có thể gây ra ăn mòn đối với một số chất nh− sắt, thép. Để thể hiện nồng độ H+ trong n−ớc, ng−ời ta dùng trị số pH = -lg [H+]. N−ớc trung tính có trị số pH = 7, khi pH >7 thì n−ớc có tính chất bazơ, pH < 7 thì n−ớc có tính chất axít. Tuỳ theo trị số pH ng−ời ta chia n−ớc ra 5 loại n−ớc:
- N−ớc rất bazơ có pH > 9; - N−ớc axit có pH = 5- 7; - N−ớc bazơ có pH = 7- 9; - N−ớc rất axit có pH < 5.
- N−ớc trung tính: pH = 7;
Phần lớn n−ớc d−ới đất có phản ứng trung tính hoặc bazơ yếu. N−ớc d−ới đất ở các mỏ quặng sunfua, mỏ than hay mỏ caxêđoan th−ờng có tính chất axít và trong nhiều tr−ờng hợp là rất axít.
41
2.5.4. Độ cứng của n−ớc d−ới đất
Độ cứng của n−ớc d−ới đất gây ra chủ yếu bởi hàm l−ợng ion canxi và magiê trong n−ớc (tuy sắt, nhôm, mangan, bari, strônti cũng gây ra độ cứng nh−ng l−ợng của chúng trong n−ớc không đáng kể).
Độ cứng của n−ớc rất quan trọng trong việc đánh giá chất l−ợng n−ớc dùng cho ăn uống và công nghiệp. Thí dụ: n−ớc có độ cứng quá cao dùng để giặt quần áo thì rất tốn xà phòng, dùng đun trong nồi hơi sẽ đóng váng ở vách nồi nên tốn nhiên liệu và có khi gây nổ nồi hơi, rất nguy hiểm.
Xuất phát từ quan điểm cho rằng, canxi và magiê tồn tại trong n−ớc d−ới dạng muối cacbonat nên có nhiều cách biểu thị độ cứng nh− độ Pháp, độ Anh, độ Mỹ: - 1 độ Pháp bằng 10mg CaC03 trong 1 lít n−ớc;
- 1 độ Mỹ bằng 1mg CaC03 trong 1 lít n−ớc;
- 1 độ Anh bằng 1g CaC03 trong 1 galon n−ớc (bằng 14,255 mg/l).
Độ Đức đ−ợc biểu thị xuất phát từ quan điểm cho rằng, canxi và magiê tồn tại d−ới dạng oxyt: 1 độ Đức bằng 10mg CaO trong 1 lít n−ớc.
Trong các cách biểu thị trên, magiê đ−ợc quy ra l−ợng canxi t−ơng ứng.
Nh− đã biết, nguyên tố canxi và magiê trong n−ớc th−ờng tồn tại d−ới dạng ion. Vì vậy, cách biểu thị độ cứng của n−ớc thích hợp nhất là bằng số miligam đ−ơng l−ợng ion Ca2+ và Mg2+ trong 1 lít n−ớc (ký hiệu là me/l).
1 mgđl/l = 2,8 độ Đức.
Có thể chia độ cứng thành các loại: tổng độ cứng; độ cứng tạm thời; độ cứng vĩnh viễn và độ cứng cacbonat.
- Tổng độ cứng là độ cứng do tất cả hàm l−ợng ion Ca2+ và Mg2+ trong n−ớc. - Độ cứng tạm thời là độ cứng do ion Ca2+ và Mg2+ kết tủa khi đun sôi n−ớc. - Độ cứng vĩnh viễn là độ cứng do l−ợng ion Ca2+ và Mg2+ không kết tủa khi đun sôi n−ớc (độ cứng vĩnh viễn bằng tổng độ cứng trừ đi độ cứng tạm thời).
- Độ cứng cacbonat có thể đ−ợc xem là độ cứng tạm thời tính toán. Đây là độ cứng do l−ợng ion HCO3- và CO32- ở trong n−ớc gây ra (khi đun sôi n−ớc thì các ion Ca2+ và Mg2+ kết hợp với các ion HCO3- và CO32- để kết tủa). Nếu hàm l−ợng ion HCO3- và CO32- lớn hơn tổng độ cứng thì lấy độ cứng cacbonat bằng tổng độ cứng. Độ cứng phi cacbonat có thể đ−ợc xem là độ cứng vĩnh viễn tính toán. Nó có giá trị bằng tổng độ cứng trừ đi độ cứng cacbonat.
Căn cứ vào tổng độ cứng, O.A. Alôkin chia n−ớc ra thành 5 loại: - N−ớc rất mềm với tổng độ cứng < 1,5 me/l hay < 4,2 độ Đức; - N−ớc mềm với tổng độ cứng từ 1,5- 3 me/l hay từ 4,2- 8,4 độ Đức; - N−ớc cứng vừa với tổng độ cứng từ 3- 6 me/l hay từ 8,4- 16,8 độ Đức; - N−ớc cứng với tổng độ cứng từ 6- 9 me/l hay từ 16,8- 25,2 độ Đức; - N−ớc rất cứng với tổng độ cứng > 9 me/l hay > 25,2 độ Đức.