Научная статья на тему 'Изучение системы вода — кислород с целью оценки степени ее загрязненности и концентрационного распределения катионов и анионов в растворе'

Изучение системы вода — кислород с целью оценки степени ее загрязненности и концентрационного распределения катионов и анионов в растворе Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

CC BY
272
29
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
система / растворенный кислород / температура / водородный показатель / вода / концентрация / компонент / частица. / system / dissolved oxygen / temperature / hydrogen index / water / concentration / component / particle

Аннотация научной статьи по наукам о Земле и смежным экологическим наукам, автор научной работы — Ж Б. Изаков, У З. Маймеков, Н Т. Шайкиева, Д А. Самбаева, З К. Маймеков

В статье исследована система вода — кислород с целью оценки степени ее загрязненности и концентрационного распределения катионов и анионов в растворе. Результаты исследований позволили рассчитать термодинамические параметры системы, определить равновесный состав, рН и Еh ионную силу (I) раствора. Изменения температуры воды от 278 до 303 К при СО2 = 9 мг/л показали изменения концентраций отдельных катионов и анионов в водном растворе. Показано, что окислительный-восстановительный потенциал раствора с увеличением концентрации растворенного кислорода в воде от 3 до 20 мг/л при температуре 288,15 К растет от 0,788 до 0,7949 В, т. е. среда раствора окислительная.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по наукам о Земле и смежным экологическим наукам , автор научной работы — Ж Б. Изаков, У З. Маймеков, Н Т. Шайкиева, Д А. Самбаева, З К. Маймеков

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

THE STUDY OF THE OXYGEN-WATER SYSTEM TO ASSESS THE DEGREE OF ITS CONTAMINATION AND THE CONCENTRATION DISTRIBUTION OF CATIONS AND ANIONS IN SOLUTION

In the article, the water — oxygen system was investigated to assess the degree of its contamination and the concentration distribution of cations and anions in solution. The results of the investigations made it possible to calculate the thermodynamic parameters of the system, determine the equilibrium composition, pH and Eh ionic strength (I) of the solution. The changes in the water temperature from 278 to 303 K at CO2 = 9 mg/l showed the changes in the concentrations of individual cations and anions in the aqueous solution. It is shown that the oxidation-reduction potential of a solution increases with the concentration of dissolved oxygen in water from 3 to 20 mg/l at a temperature of 288.15 K from 0.788 V to 0.7949 V, i. e. the solution medium is oxidative.

Текст научной работы на тему «Изучение системы вода — кислород с целью оценки степени ее загрязненности и концентрационного распределения катионов и анионов в растворе»

-Ф-

-Ф-

Геоэкология

УДК 631.432:631.483:577.41

DOI: 10.24411/1728-323X-2018-13051

ИЗУЧЕНИЕ СИСТЕМЫ ВОДА — КИСЛОРОД С ЦЕЛЬЮ ОЦЕНКИ СТЕПЕНИ ЕЕ ЗАГРЯЗНЕННОСТИ И КОНЦЕНТРАЦИОННОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ КАТИОНОВ И АНИОНОВ В РАСТВОРЕ

Ж. Б. Изаков, младший научный сотрудник,

Кыргызско-Турецкий Университет «Манас»,

faecondor@gmail.com, г. Бишкек, Кыргызстан,

У. З. Маймеков, студент,

Московский физико-технический институт,

г. Долгопрудный, Россия,

Н. Т. Шайкиева, к. х. н., старший

преподаватель, Кыргызско - Турецкий

Университет «Манас», runurshay@mail.ru,

г. Бишкек, Кыргызстан,

Д. А. Самбаева, чл.-корр. ИА КР, д. т. н.,

профессор, Институт горного дела и горных

технологий, Министерство образования и науки

Кыргызской Республики, damira_sam@mail.ru.

г. Бишкек, Кыргызстан,

З. К. Маймеков, академик ИА КР, д. т. н.,

профессор, Кыргызско-Турецкий Университет

«Манас», z.maymekov@mail.ru, г. Бишкек,

Кыргызстан

В статье исследована система вода — кислород с целью оценки степени ее загрязненности и концентрационного распределения катионов и анионов в растворе. Результаты исследований позволили рассчитать термодинамические параметры системы, определить равновесный состав, рН и Еh ионную силу (I) раствора. Изменения температуры воды от 278 до 303 К при СО2 = 9 мг/л показали изменения концентраций отдельных катионов и анионов в водном растворе. Показано, что окислительный-восстановительный потенциал раствора с увеличением концентрации растворенного кислорода в воде от 3 до 20 мг/л при температуре 288,15 К растет от 0,788 до 0,7949 В, т. е. среда раствора окислительная.

In the article, the water — oxygen system was investigated to assess the degree of its contamination and the concentration distribution of cations and anions in solution. The results of the investigations made it possible to calculate the thermodynamic parameters of the system, determine the equilibrium composition, pH and Eh ionic strength (I) of the solution. The changes in the water temperature from 278 to 303 K at CO2 = 9 mg/l showed the changes in the concentrations of individual cations and anions in the aqueous solution. It is shown that the oxidation-reduction potential of a solution increases with the concentration of dissolved oxygen in water from 3 to 20 mg/l at a temperature of 288.15 K from 0.788 V to 0.7949 V, i. e. the solution medium is oxidative.

Ключевые слова: система, растворенный кислород, температура, водородный показатель, вода, концентрация, компонент, частица.

Keywords: system, dissolved oxygen, temperature, hydrogen index, water, concentration, component, particle.

Введение. Известно, что концентрация кислорода в растворе определяет величину окислительного-восстановительного потенциала и в значительной мере направление и скорость процессов окисления органических и неорганических соединений. В природной воде на содержание растворенного кислорода влияют процессы, обогащающие воду кислородом — абсорбция кислорода из воздуха, выделение кислорода водной растительностью в процессе фотосинтеза и поступление в водоемы с дождевыми и снеговыми водами, которые обычно пересыщены кислородом. Абсорбция кислорода из атмосферы происходит на поверхности воды и ее скорость повышается с понижением температуры, повышением давления и понижением минерализации. Обогащение глубинных слоев воды кислородом происходит в результате перемешивания водных масс, в том числе ветрового, и вертикальной температурной циркуляции. Фотосинтетическое выделение кислорода происходит при ассимиляции диоксида углерода водной растительностью (прикрепленными, плавающими растениями и фитопланктоном). Процесс фотосинтеза протекает тем сильнее, чем выше температура воды, интенсивность солнечного освещения и больше биогенных веществ в воде [1].

К группе процессов, уменьшающих содержание кислорода в воде, относятся реакции потребления его на окисление органических веществ: биологическое (дыха-

-Ф-

ние организмов), биохимическое (дыхание бактерий, расход кислорода при разложении органических веществ) и химическое (окисление Бе2+, Мп2+, N0- , КИ+ , СН4, H2S). Уменьшение содержания кислорода в воде может происходить и вследствие выделения его в атмосферу из поверхностных слоев, если вода при данных температуре и давлении окажется пересыщенной кислородом [1—3].

В связи изложенным выше в поверхностных водах содержание растворенного кислорода составляет в пределах от 0 до 14 мг/л. Суточные колебания О2 зависят от интенсивности процессов его продуцирования и потребления. В зимний и летний периоды распределение кислорода носит характер стратификации. Дефицит кислорода чаще наблюдается в водных объектах с высокими концентрациями загрязняющих органических веществ и в сине-зеленных водоемах, содержащих большое количество биогенных и гумусовых веществ. Минимальное содержание растворенного кислорода, обеспечивающее нормальное развитие рыб, составляет около 5 мг/л. Понижение его до 2 мг/л вызывает массовую гибель рыбы [1—7].

Проникновению кислорода в глубину жидкости способствует перемешивание воды вертикальными конвекционными токами и циркуляционными течениями, всегда существующими в морях и океанах. В среднем его содержание в верхнем 100—150 метровом слое колеблется от 4,0 мг/л у экватора, 7,0—8,0 мг/л — в полярных районах. С глубиной содержание кислорода уменьшается до 2,5—3,0 мг/л. Верхняя приповерхностная зона (от 100 до 300 м) характеризуется наиболее высоким содержанием растворенного кислорода (1—9 мг/л) в высоких широтах и 4,3—5 мг/л — в низких. Средняя зона расположена на глубинах 200—1400 м и характеризуется самым низким содержанием кислорода (0,4—1,0 мг/л). Глубинная зона охватывает глубины более 1400—1600 м, содержание кислорода в среднем составляет 5 мг/л. Сезонные колебания содержаний кислорода в океанической воде существенны лишь в верхней зоне. В речных водах наиболее высокие концентрации наблюдаются обычно в осеннее время, наиболее низкие — зимой, когда в результате образования ледяного покрова прекращается поступление кислорода из атмосферы. Здесь следует заметить, что растворение кислорода протекает самопроизвольно (АС < 0) вплоть до насыщения раствора. Растворение кислорода в воде идет с выделением теплоты (АН < 0) и с убылью энтропии (АЛ* < 0). Самопроизвольному течению процесса растворения способствуют низкие температуры. Чем выше тем-

пература, тем более вероятно, что величина TAS достигнет значения АН, а равенство АН = TAS отвечает равновесию процесса растворения (AG = 0), т. е. насыщению раствора [1—7].

Материалы и методика исследования. Концентрация растворенного кислорода в воде определена электрохимическим методом с помощью датчика Модели YSI 95, а также по методу Вин-клера, который основан на количественном взаимодействии растворенного кислорода со свеже-осажденной гидроокисью марганца (II) [2, 3]: к пробе воды добавляются растворы сульфата марганца, гидроксида калия и иодида калия. В результате образуется гидроксид марганца (II). Растворенный в пробе кислород вступает в реакцию с Mn(OH)2 и последовательно окисляет его до Mn (III) или Mn (IV):

Mn2+ + 2OH- ^ Mn(OH)2

2Mn(OH)2 + 1/2O2 + H2O ^ 2Mn(OH)3

2Mn(OH)2 + O2 ^ 2MnO2 -H2O.

При подкислении соединений марганца (III), (IV) образуется свободный иод из раствора иоди-да, который далее титруется тиосульфатом натрия:

1+

MnO2 -H2O + 4H+ + 2I- ^ ^ Mn2+ + I2 + 3H2O

I2 + I- ^ I3-,

I3- + 2S2O2 ^ 3I- + S,O2

С целью оценки концентрационного распределения катионов и анионов в растворе осуществлено физико-химическое моделирование системы кислород — вода путем поиска потенциально возможных в равновесии фаз, распределяемых компонентов и состав системы по химическим элементам при минимизации изобар-но-изотермического потенциала [8—11]. Расчет включил использование несколько баз исходных данных, вычисление термодинамических характеристик в широкой области температур (давление Р = 105 Па), проверке и сопоставления данных из различных источников, а также обработки, корректировке и визуализации термодинамических данных компонентов системы вода — кислород. Найдено мольное соотношение компонентов в растворе и определена матрица изучаемой системы; осуществлен подбор значений температур и давления; проведена большая аналитическая работа по подготовке исходных данных тер-

-Ф-

-Ф-

модинамических функций. Результаты исследований позволили рассчитать термодинамические параметры системы (Л б, ЛЯ, АЛ*, ЛЦ), определить равновесный состав, рН, ЕЙ, ионную силу (I) раствора и установить спектр концентрационного распределения отдельных катионов и анионов в растворе при температуре 283—303 К, давлении Р = 0,1 МПа (концентрация кислорода изменялась от нуля до 40 мг/л).

Обсуждение результатов исследований. Средний химический состав солей установлен по экспериментальным данным водных скважин: минерализация воды 8 = 367,34 мг/л; рН = 7,68; НСО- = 152,90 мг/л; С1- = 24,26 мг/л; БО^- = = 81,31 мг/л; N0- = 8,91 мг/л; N0- = 0,39 мг/л; №+ = 41,24 мг/л; К+ = 2,18 мг/л; Са+2 = = 42,91 мг/л; Мя+2 = 13,9 мг/л; NH+ = 0,11 мг/л. В модельных расчетах учтено распределение элементов (в молях): № (0,00179), Са (0,00107), Мя (0,00055), С (0,00251), С1 (0,00068), 8 (0,00085), N (0,00016), К (0,00006), Н (111,02), О (55,52) в исходной воде и определена матрица изучаемой системы. Адекватность полученных результатов установлена на основе анализа и сравнения экспериментальных и расчетных данных по водородному показателю воды в растворе, а также составлением массового баланса элементов в водном растворе. Ниже приведены подробные данные только при температуре 288,15 К (холодная вода при 15 °С) и давлении 0,1 МПа (табл. 1).

Определение кислорода в водах проводилось с целью оценки качества вод. Количество раство-

ренного кислорода в водах с различной степенью загрязненности составило: очень чистые — летом 9,0 мг/л; чистые — 8,1 мг/л; умеренно загрязненные 7—6,1 мг/л; загрязненные 5—4,2 мг/л; грязные 3—2,5 мг/л; очень грязные 0,1 мг/л.

С учетом полученных результатов выше концентрации кислорода в модельной воде изменяли от 3 до 40 мг/л при температуре воды 288,15 К; рассчитали содержания катионов и анионов в растворе (мг/кг): Са2+ = 42,9; СаС1+ = 71,4; К+ = 26,8; Мя2+ = 29,9; №+ = 335; №С1+ = 13,6; Н+ = = 9,33-10"7; С1-1 = 5,69 • 10-5; НСО^ = = 4,31-10-10; 8042 = 1,0, и показали устойчивости их количества при увеличении растворенного кислорода в воде. Изменения температуры воды от 278 до 303 К при Со2 = 9—10 мг/л показали изменения концентраций отдельных катионов и анионов в водном растворе (мг/кг): Са2+ = 38,9—51,2; СаС1+ = 65,2—63; К+ = 26,8; Мя2+ = 34,3—27,6; №+ = 334—333; №С1+ = = 11,6—13,7; Н+ = (9,52—7,11) • 10-7; С1-1 =

-10.

= (2,54—1,74)-10 ; НСО3 = (2,65—9,46) • 10 804 = 1,0 (табл. 2). Из таблицы видно, что концентрации Са2+, СаС1+, Мя2+, №С1+, С1-, НСО-изменяются с увеличением температуры, т.е. меняется растворимость твердой фазы — солей кальция и магния. Отмечено, что рассматриваемая вода умеренно загрязненная (О2 = 9—10 мг/л) и степень насыщения воды кислородом составляет 70 %.

Таблица 1

Распределение катионов, анионов и растворенных газов в воде при Т = 288,15 К, давлении 0,1 МПа, содержание растворенного кислорода в воде 9 мг/л

Температура, К 288,15 О, МДж -13,33 ЕЙ, в 0,7913

Давление, МПа 0,1 Н, МДж -16,08 ре 13,8685

Объем, м3 0,0051817 Б, кДж/К 3,93 рН 6,9562

Масса, кг 1 и, МДж -16,08 Ионная сила 10

Плотность, кг/м3 193,059 Ср, кДж 1,86 ТББ, мг/кг раствора 520,98

Параметры фазы

Название фазы Объем, м3 Количество молей Масса, кг Плотность, кг/м3 Вес %

Водный раствор 4,00е-08 4,25е-03 1,57е-04 3,94е+03 0,01573

Газовая фаза 1,90е-06 7,94е-05 2,20е-06 1,17е+00 0,00022

Жидкая фаза 5,18е-03 5,55е+01 1,00е+00 1,93е+02 99,96777

№С1 0 5,89е-04 3,44е-05 0 0,00344

карбонат 4,10е-10 4,60е-04 4,60е-05 1,13е+05 0,00460

доломит 6,90е-10 4,47е-04 8,24е-05 1,20е+05 0,00824

-Ф-

-Ф-

Окончание табл. 1

Распределение химических элементов (ХЭ)

ХЭ Химические Дисперсия Моляльность мг/кг Двойной Химический 1ов мо-

компоненты баланса массы раствора раствор потенциал ляльности

№ 0,0017938 1,80е-11 1,48е+01 3,41е+05 -136,58 -78208 1,17

Са 0,0010707 2,98е-10 2,02е+00 8,08е+04 -290,13 -166132 0,30

Мв 0,0005468 4,71е-10 1,23е+00 2,99е+04 -246,16 -140951 0,09

С 0,0025159 -3,69е-16 7,07е-12 8,49е -08 -163,62 -93689 -11,15

С1 0,0006843 7,42е-10 1,18е+00 4,18е+04 -23,46 -13436 0,07

Б 0,0008464 -4,60е-17 1,04е+01 3,34е+05 -199,35 -114151 1,02

N 0,0001583 6,50е-10 0,00е+00 0,00е+00 0,40 227 -

К 0,0000558 1,27е-10 6,86е-01 2,68е+04 -149,58 -85653 -0,16

н 111,0194 2,60е-09 9,26е-07 9,33е -04 -47,39 -27137 -6,03

о 55,520369 3,83е-13 4,16е+01 6,66е+05 -5,44 - 3113 1,62

Распределение катионов и анионов (КА)

КА вТ, Моляль- Количество мг/кг раствора 1ов Коэф. ак- 1ов коэф. 1п актив-

МДж/моль ность молей или вес, % молей тивности актив. ности

водный раствор

Са+2 -0,54 1,07е+00 8,70е -05 4,2е+01 0,03 24,48 1,39 -0,69

СаС1+ -0,67 9,45е-01 7,69е -05 7,1е+01 0,02 5,60 0,75 -2,29

С1- -0,13 1,60е-06 1,30е -10 5,69е -05 - 5,80 6,37е+04 4,80 -6,24

НСО- -0,62 7,06е-12 5,74е -16 4,31е -10 -11,15 1,42е+04 4,15 -20,07

К+ -0,28 6,86е-01 5,58е -05 2,6е+01 0,16 0,29 -0,54 -5,57

Мв+2 -0,44 1,23е+00 9,99е -05 2,9е+01 0,09 4,60е+02 2,66 2,38

Na+ -0,25 1,46е+01 1,19е -03 3,3е+02 1,16 1,35 0,13 -0,98

№С1* -0,38 2,32е-01 1,89е -05 1,3е+01 0,63 5,74 0,76 -3,67

БО-2 -0,68 1,04е+01 8,46е -04 1,0е+00 1,02 3,22е+09 9,51 20,28

Н+ -0,04 9,25е-07 7,53е -11 9,33е -07 6,03 0,05 - 1,30 -20,85

Н2О -0,24 2,31е+01 1,87е -03 3,38е -02 1,36 1 0 -0,82

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

газовая фаза

Со2 -0,42 1,66е -09 0 - 8,78 1 0 -10,77

N2 0,002 7,91е -05 99, 8 4,10 1 0 -0,003

О2 -0,03 6,41е -10 0 9,19 1 0 -11,73

Н2О -0,24 2,46е -07 0,2 6,61 1 0 -5,78

жидкая фаза

СО2 -0,42 1,16е -03 0,01 2,94 1 0 -10,77

О2 -0,03 4,49е -04 0 - 3,35 0,9993 0 -11,73

Н2О -0,24 1,72е -01 0,31 0,76 1 0 -5,78

твердая фаза

NaC1 -0,38 5,89е -04 21,12 - 3,23 1 0 0

СаСО3 -1,13 4,60е -04 28,27 - 3,34 1 0 0

СаМв(СО3)2 -2,15 4,47е -04 50,61 - 3,35 1 0 0

Параметры газа

Газ фугитивность 1оВ фугитив- Парциальное 1ов парциаль- 1ов коэф. фуги- коэф. фугитив-

ности давление ного давления тивности ности

СО2 2,09е-05 -4,68е+00 2,09е-05 -4,68е+00 0 1

N2 9,97е-01 -1,36е-03 9,97е-01 -1,36е- 03 0 1

О2 8,08е-06 -5,09е+00 8,08е-06 -5,09е+00 0 1

Н2О 3,10е-03 -2,51е+00 3,10е-03 -2,51е+00 0 1

-Ф-

-Ф-

О2, мг/л

- T = 283,15 -в- T = 288,15 ^- T = 293,15

-e- T = 298,18 -e- T = 303,15

Рис. Зависимость водородного показателя (рН) раствора от температуры и содержания растворенного кислорода в воде

T, К

Рис. 2. Зависимость растворенного кислорода в воде от температуры

7,26 7,2 7,14 7,08

7,02 280

1 1

pH = 0,0052 Г + 5,5676 R2 = 0,933

....... ......"у?

¿г.— .....

287

294 301 T, К

308

315

Рис. 3. Зависимость водородного показателя (рН) раствора от температуры

Построены графические зависмости (рис. 1—5) и получены расчетные формулы:

рН = 5,0-10-4 • СО2 + 7,0518, R2 = 0,729; рН = 5,2-10-3-Т + 5,5676, R2 = 0,93; СО2 = -5,78-10-2 • Т + 25,927 мг/л, R2 = 0,8593; ЕЙ = 5-10-4 • СО2 + 0,7865 В,

R2 = 0,946; TDS = -0,2134- c02 +

+ 2,6529- cO2 - 10,31- С02 + 533,29 мг/кг, R2 = 0,9524.

0,8

pq

.iî 0,79 И

0,78

Eh = 0,0005Cq2 + 0,7865 R2 = 0,946

ЯЯ""1*

10

О2, мг/л

15

20

Рис. 4. Зависимость окислительного-восстановительного потенциала раствора от концентрации растворенного кислорода в воде (288,15 К)

Показано, что с увеличением температуры воды рН раствора незначительно растет, по-видимому, из-за выноса газа в воздух; с увеличением концентрации растворенного кислорода в воде рН раствора практически остается постоянной (рис. 1 и 3). С увеличением температуры от 288,15 до 313,15 К содержание кислорода в растворе уменьшается от 9,578 до 7,99 мг/л (рис. 2). Окислительный-восстановительный потенциал раствора с увеличением концентрации растворенного кислорода в воде от 3 до 20 мг/л (при температуре 288,15 К) растет от 0,788 до 0,7949 В,

Таблица 2

Влияние температуры на содержание катионов и анионов в воде в пределах изменения температуры от 278 до 303К и концентрации растворенного кислорода 9 мг/л

Т, К мг/кг раствора

Са2+ СаС1+ K+ Mg2+ Na+ Naa+ H+ С1- HCO3 SO4

278 39,8 65,2 26,8 34,3 334 11,6 9,52-10-7 2,54-10-5 2,65-10-10 1,0

283 40,9 68,2 26,8 32,1 334 12,5 9,43-10-7 3,84-10-5 3,4-10-10 1,0

288 42,9 71,4 26,8 29,9 335 13,6 9,33-10-7 5,69-10-5 4,31-10-10 1,0

293 44,8 74,3 26,8 27,8 336 14,6 9,21-10-7 8,3-10-5 5,43-10-10 1,0

298 46,4 77,0 26,8 25,9 337 15,7 9,08-10-7 1,19*10-4 6,75-10-10 1,0

303 51,2 63,0 26,8 27,6 333 13,7 7,11-10-7 1,74-10-4 9,46-10-10 1,0

526

« 525

a

о

CO

H 524

CS ft

h 523

S 522

oo

о 521

520

TDS = -0,2134CO23 + 2,6529CO22 -- 10,31CO2 + 533,29 R2 = 0,9524

7 9 Co2, мг/л

12

15

Рис. 5. Зависимость растворенного вещества в растворе от концентрации растворенного кислорода в воде (288,15 К)

т. е. среда раствора окислительная (рис. 4). С увеличением концентрации растворенного кислорода в воде (при температуре 288 К) количество растворенного вещества в растворе составляет в пределах 525,60—520,99 мг/кг (рис. 5).

Полученные результаты показали, что концентрация кислорода в растворе определяет величину окислительного-восстановительного потенциала, и в значительной мере направление и скорость процессов окисления органических и неорганических соединений, т. е. содержание растворенного кислорода в воде водоемах является индикатором ее загрязненности.

Выводы

1. Осуществлено физико-химическое моделирование системы кислород — вода с целью оценки влияния газа на концентрационное распределение катионов и анионов в растворе. При этом средний химический состав солей в исходной воде составил (в молях): № (0,00179), Са (0,00107), Мя (0,00055), С (0,00251), С1 (0,00068), 8 (0,00085), N (0,00016), К (0,00006), Н (111,02), О (55,52).

2. Результаты исследований позволили рассчитать термодинамические параметры системы ((Аб, АД АЛ*, АЦ), определить равновесный со-

став, рН и ЕЙ, ионную силу (I) раствора и установить величины концентрационного распределения катионов и анионов в водном растворе при температурах 278—303 К, давлении Р = 0,1 МПа.

3. Изменения температуры воды от 278 до 303 К при Со2 = 9—10 мг/л показали изменения концентраций отдельных катионов и анионов в водном растворе. При этом концентрации Са2+, СаС1+, Mg2+, NaQ+, С1-, HCO- изменяются с увеличением температуры, т. е. меняется растворимость солей кальция и магния, а также изменяются концентрации сложных катионов и анионов, типа NaQ+ и HCO- . Установлено, что рассматриваемая вода умеренно загрязненная (О2 = 9—10 мг/л), и степень насыщения воды кислородом составляет 70 %.

4. Построены графические зависимости и получены расчетные формулы:

рН = 5,0-10-4 • СО2 + 7,0518, R2 = 0,729;

рН = 5,2-10-3-Т + 5,5676, R2 = 0,93;

СО2 = -5,78-10-2 • Т + 25,927 мг/л,

R2 = 0,8593; ЕЙ = 5-10-4 • СО2 + 0,7865 B,

R2 = 0,946; TDS = -0,2134- cO2 +

+ 2,6529- cO2 - 10,31- С02 + 533,29 мг/кг,

R2 = 0,9524.

Показано, что с увеличением температуры воды рН раствора незначительно растет; с увеличением концентрации растворенного кислорода в воде рН раствора практически остается постоянной. С увеличением температуры от 288,15 до 313,15 К содержание кислорода в растворе уменьшается от 9,578 до 7,99 мг/л. Окислительный-восстановительный потенциал раствора с увеличением концентрации растворенного кислорода в воде от 3 до 20 мг/л (288,15 К) растет от 0,788 до 0,7949 В, т. е. среда раствора окислительная.

Библиографический список

1. https://ecology-education.m/index.php?action=full&id=41

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

2. Скопинцев Б. А., Овчинникова Ю. С. Определение растворенного кислорода в водах, содержащих различные окислители и восстановители // Журнал прикладной химии. 1933. Т. 6. С. 1173—1179.

3. ПНД Ф 14.1:2.101—97 «Методика выполнения измерений массовой концентрации растворенного кислорода в пробах природных и очищенных сточных вод йодометрическим методом».

4. Battino R., Rettich T. R. and Tominaga T. The Solubility of Oxygen and Ozone in Liquids // Journal of Physical and Chemical Reference Data, 1983, Vol. 12, No. 2. P. 163—178.

5. Бородкин С. О., Маккавеев П. Н. Изменчивость содержания растворенного неорганического углерода и кислорода в поверхностных водах // Океанология. 1997. Т. 37. № 2. С. 220—2258.

6. Jahoda, W. Y. (1947). Survival of Brook Trout in Water of Low Oxygen Content // Journal of Wilderness Management 11 (1). Р. 96—97.

7. Ridel S., Steward C. G. Determination of dissolved oxygen in seawater in the presence of nitrites and organic matter // Analyst. 1901. Vol. 26, P. 141—148.

8. ^rpov I. K., Chudnenko K. V., Kulik D. A., Bychinskii V. A. The convex programming minimization of five thermodynamic potential other than Gibbs energy in geo-chemical modeling // Amer. J. Sci. 2002. Vol. 302. P. 281—311.

3

5

G-

9. Karpov I. K., Chudnenko K. V., Kulik D. A. Modeling chemical mass transfer in geochemical processes: Thermodynamic relations, conditions of equilibria, and numerical algorithms // Amer. J. Sci., 1997. 297. P. 767—806.

10. Helgeson H. C., Delany J. M., Nesbitt H. W., Bird D. K. Summary and critique of the thermodynamic properties of rock-forming minerals // Amer. J. Sci. 1978. 278A, P. 1—229.

11. Cooper, Gerald P. and George N. Washburn. Relation of Dissolved Oxygen to Winter Mortality of Fish in Michigan Lakes // Transactions of the American Fisheries Society. 1949. No 76. Р. 23—33.

THE STUDY OF THE OXYGEN-WATER SYSTEM TO ASSESS THE DEGREE OF ITS CONTAMINATION AND THE CONCENTRATION DISTRIBUTION OF CATIONS AND ANIONS IN SOLUTION

J. B. Izakov, Kyrgyz-Turkish Manas University, Research assistant, faecondor@gmail.com Bishkek, Kyrgyzstan; U. Z. Maymekov, undergraduate student, Moscow Institute of Physics and Technology, Dolgoprudny, Russia; N. T. Shaikieva, Ph. D. in Chemistry, Kyrgyz-Turkish Manas University, Senior Lecturer, runurshay@mail.ru, Bishkek, Kyrgyzstan, D. A. Sambaeva, Corresponding Member of the Academy of Sciences of the Kyrgyz Republic, Ph. D. in Engineering, Dr. Habil., Professor, Institute of Mining and Mining Technology, Ministry of Education and Science of the Kyrgyz Republic, damira_sam@mail.ru, Bishkek, Kyrgyzstan,

Z. K. Maymekov, Academician of the Engineering Academy of the Kyrgyz Republic, Ph. D. in Engineering, Dr. Habil., Professor, Kyrgyz-Turkish Manas University, z.maymekov@mail.ru, Bishkek, Kyrgyzstan

References

1. Electronic resource available at: https://ecology-education.ru/index.php?action=full&id=41

2. Skopintsev B. A., Ovchinnikova Yu. S. Determination of dissolved oxygen in waters containing various oxidants and reducing agents. Journal of Applied Chemistry, 1933. Vol. 6, P. 1173—1179. (in Russian)

3. Environmental Regulatory Document of the Federal level 14.1: 2.101—97 "Methods for performing measurements of the mass concentration of dissolved oxygen in samples of natural and treated wastewater by the iodometric method". (in Russian)

4. Battino R., Rettich T. R., and Tominaga T. The Solubility of Oxygen and Ozone in Liquids. Journal of Physical and Chemical Reference Data, 1983. Vol. 12, No. 2, P. 163—178.

5. Borodkin S. O., Makkaveev P. N. Variability of the content of dissolved inorganic carbon and oxygen in surface waters. Ocea-nology, 1997. Vol. 37. No 2, P. 220—225 [in Russian]

6. Jahoda, W. Y. Survival of Brook Trout in Water of Low Oxygen Content. Journal of Wilderness Management. 1947. Vol. 1, No 1, P. 96—97.

7. Ridel S., Steward C. G. Determination of dissolved oxygen in seawater in the presence of nitrites and organic matter. Analyst. 1901. Vol. 26. P. 141—148.

8. ^rpov I. K., Chudnenko K. V., Kulik D. A., Bychinskii V. A. The convex programming minimization of five thermodynamic potential other than Gibbs energy in geo-chemical modeling. American Journal of Science. 2002. Vol. 302. P. 281—311.

9. Karpov I. K., Chudnenko K. V., Kulik D. A. Modeling chemical mass transfer in geochemical processes: Thermodynamic relations, conditions of equilibria, and numerical algorithms. American Journal of Science. 1997. Vol. 297, P. 767—806.

10. Helgeson H. C., Delany J. M., Nesbitt H. W., Bird D. K. Summary and critique of the thermodynamic properties of rock-forming minerals. American Journal of Science. 1978. Vol. 278A, P. 1—229.

11. Cooper G. P., Washburn G. N. Relation of Dissolved Oxygen to Winter Mortality of Fish in Michigan Lakes. Transactions of the American Fisheries Society. 1949. No. 76. P. 23—33.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.