Содержание к диссертации
Введение
Глава 2. Методология проведения исследований 29
2.1. Методы исследований 29
2.2. Статистическая обработка результатов 33
Глава 3. Математическая модель водно-солевых систем природных минеральных хлоридно-гидрокарбонатных натриевых вод
3.1. Математическое описание зависимости характеристических показателей состава Э, В, Ф и R модельных водно-солевых систем от общей минерализации, И, и ионного состава Ха./Х , на примере хлоридно-гидрокарбонатных натриевых растворов
3.2. Математическое описание характеристических показателей состава Э, В, Ф и R природных минеральных вод XXII груп пы, включенных в ГОСТ 13273-88, кривыми первого и второго порядков
Глава 4. Классификация природных минеральных гидрокарбонатных, гидрокарбонатно-хлоридных и хлоридных натриевых вод, включенных в ГОСТ 13273 -88
4.1. Природные минеральные гидрокарбонатные натриевые воды (1 57 группа ГОСТ 13273-88)
4.2. Природные минеральные гидрокарбонатно-хлоридные натриевые воды (XXIII группа ГОСТ 13273-88)
4.3. Природные минеральные хлоридные натриевые воды (XXVII группа ГОСТ 13273-88)
4.4. Сравнительная оценка эталонных природных минеральных гидрокарбонатных, хлоридно-гидрокарбонатных (гидрокарбонатно-хлоридных) и хлоридных натриевых вод России и стран СНГ различного генезиса и метаморфизации
Глава 5. Идентификация Евразийских природных минеральных хлоридно-гидрокарбонатных натриевых вод
5.1. Идентификация региональных природных минеральных гидрокарбонатных, хлоридно-гидрокарбонатных, гидрокарбонатно-хлоридных и хлоридных натриевых вод
5.1.1. Минеральные воды России 89
5.1.2. Минеральные воды стран СНГ (Украины, Молдовы, Беларуси)
5.1.3. Минеральные воды Восточной Европы (Болгарии, Румынии, Чехии, Польши)
5.1.4. Минеральные воды Центральной и Западной Европы (Герма- нии, Италии, Испании и Франции)
5.2. Сравнительная оценка Евразийских природных минеральных
вод различного генезиса и метаморфизации
Глава 6. Электрохимические свойства растворов электролитов природ- ных минеральных хлоридно-гидрокарбонатных натриевых вод
6.1. Математическое описание растворов электролитов модельных хлоридно-гидрокарбонатных натриевых систем
6.2. Математическое описание растворов электролитов природных минеральных гидрокарбонатных, хлоридно-гидрокарбонатных (гидрокарбонатно-хлоридных) и хлоридных натриевых вод
Глава 7. Электропроводность природных минеральных хлоридно- гидрокарбонатных натриевых вод
7.1. Электропроводность модельных водных растворов системы NaHC03-NaCl
7.2. Математическое описание зависимости удельной {х) электро- проводности модельных водных растворов NaHCCVNaCI от ионного состава и концентрации
7.3. Электропроводность природных минеральных хлоридно- гидрокарбонатных натриевых вод XXII группы (ГОСТ 132733-88)
7.3.1. Математическое описание зависимости удельной электропро-водности (2см) природных минеральных вод XXII группы, имеющих близкие значения 2 , от мольной концентрации солей в растворах (См)
7.3.2. Математическое описание зависимости эквивалентной электропроводности Л природных минеральных вод XXII группы, имеющих близкие значения CN, от ионного состава растворов Хс, IX нсо.
7.3.3. Математическое описание характеристических показателей электропроводности Z, Р и Y водно-солевых систем минеральных вод XXII группы кривыми второго порядка
7.3.4. Математическое описание зависимости характеристического показателя электропроводности Y от ионного состава и концентрации раствора
Глава 8. Приготовление минеральных вод хлоридно-гидрокарбонатного типа с заданными свойствами и экологическая оценка их воздействия на биоорганизмы
8.1. Экологическая оценка природных Евразийских питьевых пресных и минеральных вод хл ори дно-гидрокарбонатного типа
8.2. Приготовление питьевых минеральных вод хлоридно- гидрокарбонатного типа с заданными физико-химическими свойствами
8.3. Влияние водно-солевых растворов минеральной воды «Ессентуки № 17» различной концентрации на процессы жизнедеятельности семян растений и насекомых
Выводы 171
Библиографический список
- Статистическая обработка результатов
- Математическое описание характеристических показателей состава Э, В, Ф и R природных минеральных вод XXII груп пы, включенных в ГОСТ 13273-88, кривыми первого и второго порядков
- Сравнительная оценка эталонных природных минеральных гидрокарбонатных, хлоридно-гидрокарбонатных (гидрокарбонатно-хлоридных) и хлоридных натриевых вод России и стран СНГ различного генезиса и метаморфизации
- Математическое описание растворов электролитов природных минеральных гидрокарбонатных, хлоридно-гидрокарбонатных (гидрокарбонатно-хлоридных) и хлоридных натриевых вод
Введение к работе
Актуальность темы. Возникновение и развитие жизни на Земле в значительной мере связано с наличием воды. Происхождение и формирование природной воды представляет собой сложный физико-химический процесс, в результате которого происходит насыщение воды химическими соединениями, солями и газами с образованием водно-солевых систем (электролитов) определенного химического состава и минерализации. Сходство состава минеральных вод с физиологическими жидкостями организма (плазма крови, тканевая жидкость, общая внутриклеточная жидкость и другие) обусловили значительный интерес к исследованиям в области строения, состава и физико-химических свойств природных минеральных вод, их генезиса, метаморфизации и классификации.
Анализ литературных источников и патентной информации за последние 15 лет показал, что число публикаций, посвященных исследованиям состава и физико-химических свойств водно-солевых систем природных минеральных вод и их влияния на организм невелико. В них практически отсутствуют данные по моделированию химического состава и свойств и выявлению закономерностей между ними. Поэтому одной из актуальных задач в области современной физической химии минеральных вод является разработка математической модели состава и проведения на ее основе классификации водно-солевых систем природных минеральных вод различного происхождения и идентификации региональных минеральных вод на их соответствие водам, получившим широкое применение в водолечебной практике.
Цель и задачи исследования. Цель работы состояла в разработке математической модели, связывающей химический состав и общую минерализацию природных вод с характеристическими показателями состава вод и классификация на ее основе природных минеральных вод различного геологического происхождения и различных геохимических условий их формирования.
Достижение поставленной цели потребовало решения следующих задач:
изучение взаимосвязи химического состава и общей минерализации со свойствами модельных водно-солевых систем хлорид-но-гидрокарбонатного натриевого типа;
обоснование применения математической модели в виде системы эмпирических математических уравнений первого и второго порядка для классификации стандартных (эталонных) природных минеральных вод различного генезиса и метаморфизации;
проведение количественного анализа для классификации природных минеральных гидрокарбонатных, хлоридно-гидрокарбонатных (гидрокар-бонатно-хлоридных) и хлоридных вод, включенных в ГОСТ 13273-88 «Воды минеральные питьевые лечебные и лечебно-столовые»;
выбор и применение критериев характеристических показателей состава вод для идентификации Евразийских природных минеральных вод хло-ридно-гидрокарбонатного типа на их соответствие эталонным минеральным водам, включенным в ГОСТ 13273-88;
измерение электропроводности и установление взаимосвязи характеристических показателей электропроводности с характеристическими показателями состава минеральных вод;
обоснование и составление схем процесса приготовления лечебно-столовых и лечебных минеральных вод с заданными свойствами путем дробного фракционирования и смешивания природных минеральных питьевых вод различного состава и происхождения;
проведение гигиенической и биологической оценки природных питьевых пресных и минеральных хлоридно-гидрокарбонатных натриевых вод и качественного анализа влияния их состава и физико-химических свойств минеральных вод на организмы растений и насекомых.
Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:
- впервые введены представления о характеристических показателях со
става вод и установлена зависимость между характеристическими пока
зателями, химическим составом и общей минерализацией природных
минеральных вод различного генезиса и метаморфизации;
- разработаны физико- химические критерии
классификации эталонных минеральных вод, включенных в ГОСТ 13273-88, и проведена идентификация региональных Евразийских минеральных вод хлоридно-гидрокарбонатного типа на их соответствие эталонным питьевым лечебным и лечебно-столовым минеральным водам согласно ГОСТ 13273-88;
рассчитаны значения групповых и индивидуальных характеристических показателей состава гидрокарбонатных, хлоридно-гидрокарбонатных, гидрокарбонатно-хлоридных и хлоридных типов вод, включенных в ГОСТ 13273-88;
найдены эмпирические зависимости, связывающие характеристические показатели, состав и минерализацию водно-солевых систем эталонных и региональных Евразийских минеральных вод;
установлена количественная зависимость характеристических показателей состава минеральных вод со структурными, энергетическими и транспортными характеристиками электролитов, рассчитанными согласно теории сильных электролитов;
определена зависимость электропроводности минеральных хлоридно-гидрокарбонатных вод от концентрации, состава и характеристических показателей водно-солевых систем.
Теоретическая и практическая значимость. Получены эмпирические уравнения для количественной оценки характеристических показателей состава и электропроводности по экспериментальным данным химического состава и общей минерализации. Проведена классификация природных питьевых минеральных и пресных вод стран ЕС, СНГ и России различного генезиса и метаморфиза-ции на их соответствие лечебным минеральным водам согласно ГОСТ 13273-88. Проведено уточнение структуры и состава групп и классов минеральных вод ГОСТа 13273-88 «Воды минеральные питьевые лечебные и лечебно-столовые» с учетом характеристических показателей состава минеральных вод. Полученные при выполнении работы результаты представляют интерес не только для химиков, физико-химиков и химико-технологов, но и биохимиков, биофизиков, экологов,
медиков, а также представителей других наук, т.к. количественные зависимости, связывающие характеристические показатели состава и электропроводности с химическим составом и общей минерализацией природных Евразийских питьевых минеральных вод значительно расширяют как возможности применения региональных минеральных вод в связи с установлением их соответствия эталонным водам, получившим широкую известность, так и создают предпосылки для целевого получения на базе природных минеральных вод различных минеральных композиций с заданными свойствами, составом и минерализацией.
Проведенные исследования были положены в основу приготовления минеральных вод «Ключи Кавказа» из концентратов минеральных вод, полученных путем дробного фракционирования (кристаллизации и размораживания) и их последующего смешивания с природными питьевыми минеральными водами, и гигиенической и биологической оценки природных питьевых минеральных и пресных вод хлоридно-гидрокарбонатного типа и их влияния на организмы растений и насекомых.
На защиту выносят следующие положения:
математическая модель состава и свойств природных минеральных вод хлоридно-гидрокарбонатного типа;
результаты классификации и идентификации Евразийских природных минеральных хлоридно-гидрокарбонатных натриевых вод;
количественные зависимости, связывающие характеристические показатели состава со структурными, транспортными и энергетическими характеристиками минеральных вод;
характеристические показатели питьевых пресных вод и схема приготовления минеральных вод с заданными физико-химическими свойствами.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на: Международной научной конференции «Повестка дня на XXI век: Программа действий - экологическая безопасность и устойчивое развитие" (г. Ставрополь, 2002); International seminar "Food industry: integration of science and education", (г. Ставрополь, 2004); Международной научно-практической
9 конференции «Проблемы экологической безопасности и сохранения природно-ресурсного потенциала» (г. Ставрополь, 2004); Международном форуме «Инновационные технологии XXI века для рационального природопользования, экологии и устойчивого развития» (г. Москва, 2004); 66-69 научно-практических конференциях СтГАУ «Проблемы экологии и защиты растений в сельском хозяйстве» (г. Ставрополь, 2002-2005); Всероссийской студенческой конференции имени К.И. Замараева, (г. Новосибирск, 2004); Международной научно-практической конференции «Природообустройство и рациональное природопользование - необходимые условия социально-экономического развития России» (г. Москва, 2005); Международной конференции «Здоровье нации — здоровый город» (г. Кисловодск, 2005), Второй Международной научно-практической конференции «Проблемы экологической безопасности и сохранение природно-ресурсного потенциала» (г. Ессентуки, 2005) и на Международной научно-практической конференции «Актуальные вопросы экологии и природопользования» (г. Ставрополь, 2005).
Публикации. По материалам диссертации опубликованы 15 статей и 6 тезисов докладов.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 185 страницах машинописного текста, состоит из введения и 8 глав, выводов и приложений, иллюстрирована 65 рисунками, содержит 36 таблиц; библиографический список состоит из 117 наименований работ отечественных и зарубежных авторов.
Статистическая обработка результатов
На следующих этапах проведена идентификация Евразийских природных питьевых пресных вод хлоридно-гидрокарбонатного типа и биологическая оценка воздействия хлоридно-гидрокарбонатных натриевых водно-солевых растворов на развитие организмов растений и насекомых.
При изучении состава и свойств хлоридно-гидрокарбонатных натриевых вод применяли физико-химические методы.
Определение гидрокарбонатных ионов (HCOt) в питьевых водах проводили прямым титрованием соляной кислотой в присутствии индикатора мети-лоранжевого [42].
Определение сульфат-ионов (SO4 ) в питьевых водах проводили турби-диметрическим методом по ГОСТ 4388-72 [32].
Определение хлорид-ионов (С\!) в питьевых водах проводили титрованием азотнокислой ртутью в присутствии индикатора дифенилкарбазона по ГОСТ 4245-72 [31].
Определение ионов кальция (Са") осуществляли титрованием трилоном-Б в присутствии индикатора мурексида в соответствии с ПНД Ф 14.1: 2.95-97 [94].
Определение ионов магния (Mg"-) проводили расчетным методом с использованием результатов титрования при определении жесткости и ионов кальция комплексометрическим методом с трилоном-Б [26]. Наличие ионов магния рассчитывали по формуле д- = (а-е)-12,16, (3) где х — содержание магния, мг/дм ; а - жесткость воды, мг-экв/дм ; в - содержание кальция, мг-экв/дм3; 12,16 - содержание ионов Mg", мг/дм3, соответствующее 1 мг-экв жесткости, мг/мг-экв. Определение ионов натрия и калия fNa +K") осуществляли расчетным методом по разности между суммой мг-экв анионов и суммой мг-экв катионов с последующим перечислением на натрий [9]. Расчет проводили по формуле ) где х - содержание ионов натрия и калия, мг/дм3; Xе»."» " содержание анионов, мг-экв/дм3; ]ГС1((..о . - содержание катионов магния и кальция, мг-экв/дм3; 23 — содержание ионов Na , соответствующего 1 мг-экв.
Электропроводность водно-солевых растворов определялась согласно методике РД 52.24.495-95 с помощью моста Р577, типа МИЕ, класса 1 по ГОСТ 9486 60. При этом использовался сосуд для измерения электропроводности Р38 п электролитическая ячейка Х38 [25, 78].
Предпосевная обработка семян проводилась для изучения энергии прорастания и всхожести семян. В качестве ложа для прорастания семян использовали два слоя фильтровальной бумаги в чашках Петри. Семена проращивали в термостате при 25С. Энергию прорастания и всхожести семян определяли в сроки, определенные ГОСТ 12038-84. В заключение опыта определяли длину корешков и ростков, массу сырого вещества корешков и ростков весовым методом [27].
Влияние водно-солевых растворов различной концентрации на процессы жизнедеятельности тли проводили в лабораторных условиях. В чашки Петри укладывались смоченная водой фильтровальная бумага, и помещалось кормовое растение (лист яблони). Тля, в количестве 10 штук на одну чашку Петри высаживалась на лист кормового растения, и вместе с ним подвергалась однократному опрыскиванию солевым раствором различной концентрации в объеме 1,5 мл. При постановке опыта использовали хлоридно-гидрокарбонатные рас 33 творы концентрации 0,001 М, 0,1 М, 0,2 М и 0,5 М, с отношением X....IX ., Hi t ) равным 0,728 (тип воды «Ессентуки № 17»). Каждый вариант опыта проводится в 3-х кратном повторении. Результаты действия водно-солевых растворов хлорид но-гидрокарбонатного типа наблюдали через 24 часа.
С целью подтверждения достоверности и воспроизводимости результатов, полученных при экспериментальных исследованиях, применяли математические методы [7, 80, 114].
Статистическая обработка экспериментальных данных проводилась методами математической статистики с использованием базовой компьютерной программы «Статистика-6».
Вычисление коэффициентов е, и ?0 линейного приближения метода наименьших квадратов проводили согласно работе [108].
Корреляцию оценивали с помощью выборочного коэффициента корреляции, г; согласно работе [53].
Согласно ГОСТ 13273-88 «Воды минеральные питьевые лечебные и лечебно-столовые» минеральные воды разделены на группы, которые характеризуются величиной общей минерализации, М, г/дм3 и содержанием основных ингредиентов солей, образующих водно-солевую систему, Сі, мг/дм3. Дополнительно каждая группа вод разделена на подгруппы (классы) по величине минерализации и интервала концентраций основных ингредиентов, содержащихся в растворе, мг-экв%. Каждая подгруппа получила наименование типа воды по наименованию воды, указывающего на ее местонахождение. Дополнительно в ГОСТе приведено содержание специфических компонентов (С02, H2S1O3, Н3ВОз, As, і , Br7, F7 и др.), мг/дм3.
Для исследований были взяты модельная водно-солевая система NaHC03-NaCl и природные минеральные воды, которые согласно ГОСТ 13273-88 выделены в самостоятельную XXII группу вод (хлоридно-гидрокарбонатную натриевую).
Следует отметить, что закономерность включения минеральных вод в группу основана на увеличении минерализации растворов отдельных представителей определенного класса минеральной воды, и изменяющихся значениях величин ионного состава вод в группе при относительно постоянном отношении концентрации ионов, образующих водно-солевую систему.
Однако, следует отметить, что до настоящего времени не создана математическая модель водно-солевых систем природных минеральных вод, позволяющая связать минерализацию и ионный состав раствора с некоторыми базовыми количественными характеристическими показателями, позволяющими проводить классификацию минеральных вод и оценку принадлежности регио нальных питьевых минеральных вод к определенной группе и классу эталонных вод, которыми мы будем называть питьевые минеральные воды, включенные в ГОСТ 13273-88.
Математическое описание характеристических показателей состава Э, В, Ф и R природных минеральных вод XXII груп пы, включенных в ГОСТ 13273-88, кривыми первого и второго порядков
Таким образом, характеристические показатели модельных водно-солевых систем (Э, В, Ф и R) позволяют проводить оценку соответствия отдельных представителей хлоридно-гидрокарбонатных натриевых растворов некоторым стандартным (эталонным) растворам и объединять растворы с близкими значениями характеристических показателей в соответствующие группы и подгруппы (классы) вод. При этом характеристические показатели Э и В позволяют отнести исследуемый раствор к определенной группе эталонных вод (групповые показатели), характеристические показатели Ф и R позволяют провести оценку индивидуальных свойств отдельно взятого исследуемого раствора на их соответствие свойствам растворов, отнесенных к определенной подгруппе (классу) эталонных вод (индивидуальные показатели) [66, 67, 69].
Модельные хлоридно-гидрокарбонатные натриевые растворы различного ионного состава в широком интервале концентраций (0-100 мол.% NaCI) можно разделить согласно ГОСТ 13273-88 на четыре группы вод: гидрокарбонатную, хлоридно-гидрокарбонатную, гидрокарбонатно-хлоридную и хлоридную. При этом предоставляется возможность разделения вод на группы по групповым показателям (Э и В), а в пределах каждой группы на подгруппы (классы) по характеристическим показателям (Ф и R).
Предложенная модель разделения водно-солевых систем, имеющих различные значения общей минерализации, М, и ионного состава, Ха./Х , ., на Ні (У І группы и подгруппы (классы) по величинам характеристических показателей состава Э, В, Ф и R была применена для распределения природных минеральных хлоридно-гидрокарбонатных натриевых вод на группы и подгруппы (классы), предложенных в Государственном стандарте ГОСТ 13273-88 «Воды минеральные питьевые лечебные и лечебно-столовые».
Природные минеральные воды, отнесенные к ХХП группе согласно ГОСТ 13273-88, представляют собой практически водно-солевые смеси солей NaHC03 и NaCI, суммарное содержание которых в растворе превышает 90 мг-экв%.
Обработка массива значений общей минерализации и ионного состава проводилась по средним значениям соответствующих величин, приведенных в ГОСТ 13273-88 при соблюдении материального баланса наличия анио-нов(НС03/, SO/,Cl;) и катионов (Сa", Mg", Na и К) в растворе. Используемые в дальнейших расчетах данные для отдельно взятой природной воды, например, для минеральной воды «Ессентуки № 17», приведены в таблице 3.
Из рисунка 5 следует, что коэффициент регрессии (tg а) является производной функции (М) и соответствует некоторой средней величине Э, равной 70,70 г/моль, которая может быть принята в качестве первого оценочного количественного показателя совокупности представителей XXII группы вод согласно ГОСТ 13273-88.
Для растворов разного ионного состава, входящих в одну группу, которые могут быть отнесены к водам различных классов одной группы вод согласно ГОСТ 13273-88, величина Э согласно уравнению (8) в общем случае не является постоянной.
Введем для оценки ионного состава водно-солевой системы минеральной воды, отнесенной к XXII группе (ГОСТ 13273-88), как и в случае для модель-ных растворов отношение Х(Г IX , . ,где Ха, и X , мольные доли ионов С1 и НСОзУ, соответственно.
В таблице 4 приведены рассчитанные нами значения ЗІ И (Ха.IX .)\, а на рисунке 6 представлена зависимость величины ЗІ ОТ ионного состава (Х(Т IX .); минеральных вод XXII группы. Математическая обработка данных, приведенных в таблице 4, позволяет получить зависимость уравнения (22) в виде соотношения Э, =а (22) где а и в - коэффициенты, равные соответственно 70,71 и - 0,076.
Для водно-солевых систем минеральных вод, характеризуемых широким концентрационным интервалом и имеющих значительные различи по составу входящих в них ионов, величина В также не является постоянной величиной и в ряде случаев существенно зависит от состава раствора, определяемого отношением Хк /X,-, где Хк и Хг мольные доли к- и І-го сортов ионов.
Поскольку, в дальнейшем, мы будем иметь дело с ионами О, НСОз и Na и согласно материального баланса имеет место равенство [С17] + [НС037] = [Na] = CN, (23) то величину Хк мы обозначим через Ха., а величину Х1 - через X ..
Сравнительная оценка эталонных природных минеральных гидрокарбонатных, хлоридно-гидрокарбонатных (гидрокарбонатно-хлоридных) и хлоридных натриевых вод России и стран СНГ различного генезиса и метаморфизации
В настоящее время ГОСТ 13273-88 является нормативным документом, регулирующим распределение природных минеральных вод на различные группы и подгруппы (классы), в котором классификация вод основывается на данных о химическом составе и общей минерализации воды. При этом типы минеральных вод определяются содержанием основных ионов более 20-25 мг-экв.%, а разделение групп на подгруппы (классы) проводится по величине минерализации воды.
Природные минеральные воды, в которых содержание солей ИаНСОз, NaCl и их смесей в качестве основного вещества составляет более 70-95 мг-экв.% от величины общей минерализации раствора, в ГОСТ 13273-88 разделены на четыре группы: I - гидрокарбонатная натриевая (14 наименований), XXII - хлоридно-гидрокарбонатная натриевая (21 наименование), XXIII - гидрокар-бонатно-хлоридная натриевая (8 наименований), XXVII — хлоридная натриевая (20 наименований). Общее число минеральных вод указанных типов, включенных в ГОСТ 13273-88, составляет 63 наименований, что составляет 42,6 % от общего числа вод, включенных в ГОСТ 13273-88.
В главе 3 (раздел 3.2.) было показано, что применение для оценки минеральных вод по ионному составу и общей минерализации в качестве классификационных признаков характеристических показателей состава Э, В, Ф и R, определяемых по экспериментальным данным минерализации и химического состава, позволяет в удобной форме разделить природные минеральные воды на соответствующие группы и классы и, в ряде случаев, провести коррекцию структуры и состава отдельных групп минеральных вод ГОСТ 13273-88.
В настоящей главе приводятся данные по классификации и обобщенная математическая модель минеральных вод I-, ХХН-, XXIII- и ХХШ-й групп, включенных в ГОСТ 13273-88, по величинам характеристических показателей состава Э , В, Ф и R указанных групп.
Природные минеральные воды, отнесенные к I группе согласно ГОСТ 13273-88, представляют собой водно-солевые системы смеси солей NaHC03 с незначительным количеством хлоридов и сульфатов натрия, кальция и магния.
Гидрокарбонатные натриевые воды распространены на территории Северного Кавказа и Юга России и ряде стран СНГ (Грузия, Армения, Украина). Эти воды относительно просты по составу, концентрация гидрокарбонатных ионов составляет более 79-95, а ионов натрия более 70-90 мг-экв.%. Общая минерализация вод этой группы находится в широком интервале значений от 1 до 11 г/дм3. Воды I группы согласно ГОСТ 13273-88 разделены на 3 подгруппы и 9 типов (с учетом наличия специфических компонентов).
В приложении 1 приведены значения общей минерализации, М, ионного состава, Ха.ІХ ,, и величин Эу минеральных вод, включенных в I группу
(ГОСТ 13273-88).
Графическая зависимость величины общей минерализации, М, г/дм3, от мольной концентрации раствора, CN, моль/дм , для совокупности минеральных гидро карбонатных натриевых вод, включенных в I группу (ГОСТ 13273-88), приведена на рисунке 13.
Распределение минеральных вод, отнесенных к I группе согласно ГОСТ 13273-88, по подгруппам (классам) удобно, как показано в разделе 3.2. настоящей диссертации, представить на логарифмической зависимости показательной функции (уравнение 46), изображенной на рисунке 15.
На рисунке 15 минеральные воды, имеющие близкие значения величины Ха.1Х ,, выделены в отдельные классы по величине характеристического показателя Ф\. Таким образом, минеральные воды I группы разделены на классы (множества вод, заключенных в круг): В таблице 8 приведены значения характеристических показателей Эь Вь Фі и Ri для минеральных вод, включенных в 1 группу согласно ГОСТ 13273-88. Таким образом, природные минеральные гидрокарбонатные натриевые воды, отнесенные согласно ГОСТ 13273-88 к 1 группе, имеют строго фиксированные количественные характеристические показатели состава Э i, Bj, Фі и Ri, которые характеризуют принадлежность отдельно взятой воды к определенной группе (Зі И ВІ) И индивидуальную принадлежность к определенному классу вод данной группы по составу (Фт,,) и концентрации (RIJ).
Незначительные различия в величинах характеристических показателей состава Э ], Вь Ф! и R модельных и природных минеральных вод, полученных по аналитическим зависимостям (см. таблицу 9), связаны с малым содержанием в природных водах I группы ионов Са", Mg", SO4 и других. Поскольку их суммарное содержание в природных водах I группы, как правило, не превышает 5-20 мг-экв.%, это эти воды с большой степенью достоверностью можно отнести к гидрокарбонатным натриевым водам.
Анализ рассчитанных значений характеристических показателей состава Э, В,Ф иRприродных вод, отнесенных к первой группе согласно ГОСТ 13273-88, показал, что природные минеральные воды I группы действительно могут быть выделены в самостоятельную группу гидрокарбонатных натриевых вод, характеризуемую характеристическими показателями Э \ и Bj. Природные минеральные воды, входящие в состав I группы, в свою очередь, распределены на подгруппы (классы) по величине характеристического показателя Ф. В пределах каждого класса минеральные воды, имеющие близкие значения ионного состава, Х(Г IX ,, оцениваются величиной характеристического показателя R[, определяющего общую минерализацию (концентрацию) отдельно взятой природной воды [72].
Согласно предлагаемой классификации порядок размещения по классам природных гидрокарбонатных натриевых вод должен быть изменен. Так гидрокарбонатные натриевые воды предлагается распределить на 4 подгруппы: А, В, С[ и D. В класс А включены минеральные воды, у которых соотношение Х(Т IX 0,05 («Авадхара», «Пелепинская», «Лужанская», «Набеглави»,
«Уцера»). Название класса предлагается определить по наименованию воды, характеризуемой наибольшей величиной Ха,(Х . -или по наименованию воды, имеющей большую известность. В нашем случае воды класса А] входят в класс вод Уцерский». В класс Bj, Сі и Dj включены минеральные воды, имеющие интервал величин Ха(Х , ., равные, соответственно: 0,08 - 0,12; 0,15 - 0,20;
0,20 - 0,25. В класс Bj (Майкопский) включены воды - «Майкопская», «Багиа ти», «Поляна Квасова», «Плосковская», «Поляна Купель», в класе Сі (Боржом-ский) — воды «Боржоми», «Горячий ключ № 1», «Дилижан» и в класе D( (Бжнинский) — вода «Бжни».
Математическое описание растворов электролитов природных минеральных гидрокарбонатных, хлоридно-гидрокарбонатных (гидрокарбонатно-хлоридных) и хлоридных натриевых вод
Как видно из таблицы 11 значения приведенных характеристических показателей состава модельных и природных минеральных вод имеют небольшие различия и связаны с малым содержанием в природных водах XXIII группы ионов Са", Mg" и SO/. Поскольку их суммарное содержание в природных водах незначительное, то это эти воды можно отнести к группе гидрокарбонатно-хлоридных натриевых вод согласно ГОСТ 13273-88.
Оценка рассчитанных значений характеристических показателей состава Э, В, Ф и R природных вод, отнесенных к XXIII группе согласно ГОСТ 13273-88, показала, что природные минеральные воды XXIII группы могут быть вы делены в самостоятельную группу гидрокарбонатно-хлоридных натриевых вод, характеризуемую групповыми характеристическими показателями эххш и Вххш- По значению характеристического показателя Фххш воды, входящие в состав XXIII группы, были распределены на подгруппы (классы). Согласно предлагаемой классификации порядок размещения по классам природных гидрокарбонатно-хлоридных натриевых вод должен быть изменен. Так гидрокар-бонатно-хлоридные натриевые воды, выделенные согласно ГОСТ 13273-88 в XXIII группу и приведенные на рисунке 20, предлагается распределить на 4 подгруппы: Аххш, Вххш, СХхш и DXxni- Минеральную воду «Сочинская», у которой соотношение Ха,1Х . , равно 0,784 следует отнести к XXII группе (хлоридно-гидрокарбонатной натриевой) н классу СХхп (Ессентукский тип). В класс Вххш включена минеральная вода «Челкарская» с соотношением Ха.!Х . .равном 1,561, которую также следует отнести к XXII группе, но к классу DXXM (Джавский тип). В класс СХхіп были отнесены воды «Синегорская», «Арзни», «Азовская» и «Нижний Кармадон», отношение Х(Г/Х , . которых равны соответственно 2,316, 2,465, 2,798 и 2,911. Название данного класса определили по широко известной минеральной воде «Арзни» (Арзнинский тип). Воды «Айвазовская» и «Обуховская», имеющие отношение Ха.1Х . - 3,909 и 3,914, соответственно, составили класс Dxxni (Обуховский тип).
Согласно ранее проведенным исследованиям (см. таблица 4) в XXIII группу включены минеральные воды из XXII группы: «Полесская», имеющая отношение Х(Т/Х , ., равное 2,685 (класс Аххш) и «Лазаревская», имеющая отношение Х(Т IX , ., равное 3,759 (класс ВХхш)- Одновременно, в ХХШ группу (класс Вххш) также включены минеральные воды из XXVII группы: «Ангарская», имеющая значение отношение Ха.1Х ,, равное 3,284, и «Царичан ская», имеющая величину Ха. IX.., равную 3,721 (см. приложение 3).
С учетом корректирования классов XXIII группы определено, что в состав XXIII группы входит два класса гидрокарбонатно-хлоридных натриевых минеральных вод (Арзнинский и Обуховский), которые будут обозначаться как Аххш и Вххш, соответственно.
В соответствии с ГОСТ 13273-88 хлоридные натриевые воды составляют XXVII группу. В эту группу входят воды, расположенные на территории Центральной России, Украины, Эстонии, Беларуси, Узбекистана и Таджикистана. В водах данного типа преобладают хлорид-ионы с концентрацией 71-97 мг-экв.%. Общая минерализация вод этой группы находится в интервале значений от 1 до 9 г/дм3. Воды XXVII группы согласно ГОСТ 13273-88 разделены на 4 подгруппы и 7 типов.
В приложении 3 приведены значения общей минерализации, М, ионного состава, Ха, IX ., и величин э І минеральных вод, включенных в XXVII группу (ГОСТ 13273-88).
Графическая зависимость величины общей минерализации, М, г/дм3, от мольной концентрации раствора, CN, моль/дм3, для совокупности минеральных хлоридных натриевых вод, включенных в XXVII группу (ГОСТ 13273-88), приведена на рисунке 23.
Аналитическое выражение линейной регрессии, представленной на рисунке 23, представлено уравнением 10"3Л7(±1,89) = 0,0582(+0,01)-CN -0,1758(±0,89) (57)
Из уравнения (57) следует, что коэффициент регрессии (tg у) соответствует некоторой средней величине Э, равной 58 ± 0,01, г/моль, которая принимается в качестве первого оценочного показателя совокупности представителей XXVII группы.
На рисунке 25 минеральные воды, имеющие близкие значения величины Хп,1Х . ., выделены в отдельные классы по величине характеристического показателя ФІ. Таким образом, минеральные воды XXVII группы разделены на классы (множества вод, заключенных в круг): 1. Класс AXXVII «Ангарская» (Россия), «Царичанская» (Украина) (Ф„ 591); 2. Класс Bxxvn - «Урс-Дон» (Россия), «Ходыженская» (Россия), «Калининградская» (Россия), «Хаватаг» (Таджикистан), «Куяльник» № 6 (Украина) (ФАі 425-367); 3. Класс Cxxvn- «Великобагачанская» (Украина), «Миргородская» (Украина), «Кибрайская» (Узбекистан), «Острожская» (Украина), «Ростовская» (Россия) (ФА/ 290-231); 4. Класс DXXVII - «Омская №1» (Россия), «Нальчик» (Россия) {ФА 145-133); 5. Класс EXXVII - «Минская № 3» (Беларусь), «Тюменская» (Россия), «Анив-ская № 1» (Россия) (ФА/ 107-80); 6. Класс Fxxvn - «Нижне-Сергинская» (Россия), «Талицкая» (Россия) Зависимость характеристического показателя R от ионного состава, Х(Т 1Х!к-1). и концентрации, CN, для минеральных вод XXVII группы имеет вид f \2 ЛД1И1 K-XXillj "XXVII _ аххш М хти X V ИС1Н ) W (61) где характеристический показатель Bxxvn (угловой групповой показатель) ми-неральных вод XXVII группы равен 2180, г /моль , коэффициенты «axxvii» и «Bxxvn» равны, соответственно: 66,06 и - 0,03484. Поскольку в пределах одного класса минеральных вод величина Х[Г/Х , ., имеет практически постоянное значение, то в пределах уравнения (68) справедливо соотношение (62) M R — const где величина «const» является оценочной величиной для каждого отдельно взятого класса вод XXVII группы. Применительно к минеральным водам XXVII группы величина «const» для классов AXxvn, BXXVH, CXXVM, DXXVII, EXXVII И FXxvn принимает значения, соответственно: 2338, 1950, 1914, 2348 и 1943.
