Использование минеральных вод

Берег реки Ангары - одно из любимых мест отдыха жителей г. Усолье - Сибирское. Здесь, почти в центре старой части города, неподалеку от курорта «Усолье» бьёт из-под земли и стекает в реку природный источник. Среди усольчан этот берег называется «Вонючий».

Источник расположен в нескольких десятках метров от пристани вниз по течению реки Ангары. При приближении к месту источника за несколько десятков метров в воздухе ощущается запах сероводорода. Поверхность галечника, по которому текут воды источника, покрыта беловато-желтоватым налётом. При впадение источника в р. Ангара видна разница вод источника и реки: воды источника мутновато - опалесцирующие, температура воды +6о, ярко выраженного соленого вкуса.

Известно, что благодаря подобному источнику и возникло промышленное солеварение, которому город «обязан» своим рождением. Однако, в настоящее время от старых соляных варниц остались только предания. Более сорока лет назад на новом месте был построен солевакуумный завод. Подобные соляные источники использовались не только с целью получения высококачественной пищевой соли, но и в лечебных целях. В архивных документах Усольского солеваренного завода имеются сведения, что в 1836 году здесь была устроена первая лечебная ванна, которой пользовались представители заводской администрации и их семьи. В 1842 году опытами доказана целебность ванн из соленой воды. По случаю этому устроено особое заведение с ваннами, которыми пользуются как местные жители, так и приезжие для лечения в Иркутск". Эти строки из "Описания пути из Иркутска до Москвы", составленного В. Паршиным в 1848 году, считаются официальным свидетельством использования лечебных рассолов и датой основания курорта "Усолье". Местными жителями воды источника до сих пор используются для лечения суставных заболеваний. При посещении источника удалось поговорить с женщиной, которая набирала воду из источника « для всей родни – суставы лечить».

Целью данной работы является исследование химического состава источника берега Вонючий; рассмотрение химизма превращения сероводорода и ответа на главный для себя вопрос: каково возможное использование вод данного источника человеком?

Классификация и бальнеологическое действие минеральных вод.

Минерализация определяет количество всех растворённых в единице объёма воды веществ (без газов) и выражается в граммах на литр. В зависимости от уровня минерализации природные воды делятся на ультрапресные < 0,2 г/л, пресные 0,2 – 0,5 г/л, воды с относительно повышенной минерализацией 0,5 – 1,0 г/л, солоноватые – 1,0 – 3,0 г/л, соленые 3,0 – 10 г/л, воды повышенной солености 10-35 г/л, рассолы > 35 г/л. Таким образом, границей между пресными и минеральными водами обычно считают общую минерализацию 1 г/л.

В принципе любая из протекающих в реках или выходящих из скважин вод содержит те или иные вещества, и является минеральной, но не каждой из них может оказывать на больного лечебное действие. Для этого вода должна обладать особым химическим составом, физическими и биологическими свойствами.

В зависимости от количества и состава минеральных солей вода бывает: олигоминеральная, минеральная (слабоминеральная), сульфатная, хлоридная, кальциевая, магниевая, натриевая, фторная, содержащая бикарбонаты, железистая, кислая, микробиологически чистая. У каждой — свои особенности.

Минеральные воды, используемые для питья, делятся на три группы. Главное отличие минеральных вод от обычных столовых - их повышенная минерализация, которая оказывает физиологическое воздействие на организм человека (приложение I, II). Именно на основе минерализации эти воды подразделяются на столовые (минерализация до 2 г/л), лечебно-столовые (минерализация в диапазоне от 2 до 8 г/л), лечебные (обычно их минерализация находится в пределах от 8 до 12 г/л).

Без ограничений пить можно только столовые воды - те, в которых содержится не более 500 мг солей на литр. Воды с минерализацией от 500 до 1500 мг/л пить можно, только чередуя со столовой, иначе в организме начнется накопление солей, в особенности натрия. Что до воды, в литре которой содержится более 1500 мг солей, то ее надо употреблять только по назначению врача. Это уже не питье, а лекарство!

Вода нашего источника относится к числу рассолов. Такие воды предназначены только для наружного применения. Природные рассолы из Усолья обладают сильными целебными свойствами и не уступают по своим показателями знаменитым Мацестинским источникам. Рассольными ваннами лечат заболевания органов опорно-двигательной, репродуктивной и нервной системы.

Анализ химического состава исследуемого источника.

4. 1. Определение хлорид- и сульфат- ионов

Качественный анализ воды природного источника берега Вонючий дал положительный результат на наличие сульфат и хлорид ионов. Для их обнаружения использовались: раствор хлорида бария (на наличие сульфат-иона) и нитрат свинца (на наличие хлорид-иона).

SO42- + Ba2+ =>BaSO4 ↓ - осадок белого цвета

2Cl- + Pb2+ => PbCl2 ↓ - осадок белого цвета

4. 2. Сероводород и круговорот серы в природе

Вблизи источника чувствуется ярко выраженный сернистый запах. Запах воды обусловлен наличием летучих пахнущих веществ, которые попадают в нее естественным путем и со сточными водами. Показателем запаха служат характер и его интенсивность, которые определяются органолептически. Для определения запаха обычную пробирку наполняют исследуемой водой, примерно на ¾ объема, закрывают ее корковой пробкой, несколько раз встряхивают, затем вынимают пробку и сразу определяют запах по таблице приведенной в приложении III (Гановичева, 2002).

Несмотря на сернистый запах, обнаружить сероводород в воде в лабораторных условиях не удалось. Предположительно, из-за высокой степени летучести H2S. В связи с чем была предпринята повторная проба на сероводород непосредственно на месте источника с помощью влажной свинцовой реактивной бумаги (Гроссе, Вайсмантель, 1987). Способ изготовления приводится в приложении IV.

Сероводород взаимодействует с ионами свинца, в результате образуется черный сульфид свинца:

Pl2+ + S2- =>PbS ↓

Повторный анализ на сероводород непосредственно на месте источника дал положительный результат: «свинцовая бумага» потемнела в результате образования темно окрашенного сульфида свинца.

На присутствие серы указывает и светло-желтый осадочный налёт на поверхности камней на дне источника на всей его протяженности до впадения в р. Ангара. С одного из крупных камней был взят соскоб-проба на анализ серы.

При нагревании пробы анализируемого вещества в лаборатории, произошло образование легкоподвижной жидкости красновато-бурого цвета, дальнейшее её воспламенение с характерным синеватым свечением пламени и выделение бесцветного газа с резким запахом горячей серы: сернистого газа

S+O2=>SO2

Образование коллоидной серы на поверхности камней в источнике можно объяснить естественными геохимическими процессами: при взаимодействии с воздухом сульфиды подстилающих пород превращаются в сероводород. Примером такой реакции может служить следующая:

CаS+CO2+H2O=>CаCO3+H2S↑.

Залежи сульфатов в результате геологических смещений могут попасть и в более глубокие слои земли, где при повышенной температуре реагируют с органическими веществами:

CH4+CaSO4=>CaCO3+H2S↑+H2O

При этом сероводород выходит на поверхность земли либо в виде газа, либо в растворённом виде в воде - сероводородные источники (Хомченко, Севастьянова, 1989; Шустов, Шустова, 1995).

Присутствие этого газа возле описываемого источника вполне ощутимо и нашло экспериментальное подтверждение в реакции со свинцовой бумагой.

Образующийся сероводород, частично улетучивается с поверхности вод источника, частично же окисляется кислородом:

H2S + O2 = 2H2O + 2S

Сероводород и другие восстановленные соединения серы могут также окислять значительное число хемотрофных организмов – серобактерии, откладывающие серу внутри клетки, и тионовые бактерии, которые серу в клетке не откладывают. В телах некоторых серобактерий образующаяся сера составляет до 95% их массы. Некоторые виды серобактерий синтезируют органические вещества, используя сероводород. Суммарный процесс может быть представлен схемой:

2mCO2+2nH2S+nO2=>2CmH2nOn=2nS (Хомченко, Севастьянова, 1989).

Предполагают, что сероводород, к примеру, в Мацестинских источниках образовался на больших глубинах из сульфатов под действием сульфатредукторов. Подобные бактерии способны преобразовывать вещества горных пород, такие как пирит, и образовывать вторичные биогенные материалы в донных отложениях источников. При этом скорость бактериального окисления в несколько раз выше, чем при химическом окислении.

4. 3. Элементный состав воды источника

Исследование элементного состава воды источника г. Усолья-Сибирского было проведено на базе Сибирского института физиологии и биохимии СО РАН (г. Иркутск). Анализ проводился методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой ИСП-спектрометром Optima 2000DV.

Обнаружены натрий, калий, кальций, барий, магний, алюминий в следующих концентрациях.

Ионы Na Si Ca K Mg Ba Al

Концентрация мг/л 166,9 30,42 мг/л 21,7 мг/л 3,728 мг/л 0,124 0,004 0,002

мг/л мг/л мг/л мг/л

4. 4. Определение кислотности воды.

Исследование pH воды из источника с помощью индикатора (бумага нейтральная лакмусовая) показало щелочную реакцию среды. Сульфиды подстилающих пород, как соли слабой кислоты подвергаются гидролизу по катиону:

S2- + H2O <=>HS- + OH-

Выводы:

1. Исходя из высокого содержания ионов в воде источника, её можно отнести к категории рассолов.

2. По составу преобладающих солей воды источника относятся к сероводородным, сульфатно-хлоридно-кальциево-натриевым рассолам.

3. Ионный состав воды позволяет предположить использование её в новом методе лечения заболеваний лёгочной системы – галотерапия, т. е. соляная шахта. Суть метода состоит в следующем: человека с лёгочным заболеванием помещают в галокамеру – помещение с высокой концентрации солей, и он ими дышит. Учитывая рост лёгочных заболеваний в Иркутской области, применение подобного рассола в бальнеологических целях, помимо уже используемого лечения опорно–двигательного аппарата (курорт «Усолье»), является в наши дни особенно актуальным.

4. Выделяющаяся коллоидная сера - ценное сырьё химической промышленности: используется как фунгицид в сельском хозяйстве; исходное сырье для получения серной кислоты, медного купороса.