Вміст іонів карбонатно-кальцієвої рівноважної системи в питних підземних водах Київської області

Вміст іонів карбонатно-кальцієвої рівноважної системи в питних підземних водах Київської області

Показано, що частота відхилення якості питної води водопроводів України від нормативних вимог є основною причиною того, що для населення України актуально використання підземних питних вод нецентралізованого водопостачання. Виявлено, що іонно-молекулярний склад підземних вод Київської області не ст...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Дата:2020
Автори: Калінін, І.В., Богатиренко, В.А., Біленко, М.А., Нестеровський, В.А., Євдокименко, В.О.
Формат: Стаття
Мова:Ukrainian
Опубліковано: Видавничий дім "Академперіодика" НАН України 2020
Назва видання:Доповіді НАН України
Теми:
Хімія
Онлайн доступ:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/170625
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:Вміст іонів карбонатно-кальцієвої рівноважної системи в питних підземних водах Київської області / І.В. Калінін, В.А. Богатиренко, М.А. Біленко, В.А. Нестеровський, В.О. Євдокименко // Доповіді Національної академії наук України. — 2020. — № 6. — С. 61-73. — Бібліогр.: 15 назв. — укр.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-170625
record_format dspace
spelling nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1706252025-02-23T17:47:03Z Вміст іонів карбонатно-кальцієвої рівноважної системи в питних підземних водах Київської області Carbonatecalcium equilibrium ion content in drinking groundwater of the Kyiv region Содержание ионов карбонатно-кальциевой равновесной системы в питьевых подземных водах Киевской области Калінін, І.В. Богатиренко, В.А. Біленко, М.А. Нестеровський, В.А. Євдокименко, В.О. Хімія Показано, що частота відхилення якості питної води водопроводів України від нормативних вимог є основною причиною того, що для населення України актуально використання підземних питних вод нецентралізованого водопостачання. Виявлено, що іонно-молекулярний склад підземних вод Київської області не стабільний внаслідок тріщинуватості водотривких порід, що визначає якість підземних вод і умови їх використання населенням. Наведено результати вивчення вмісту основних компонентів іонно-молекулярного складу системи карбонатно-кальцієвої рівноваги на прикладі підземних питних вод різного походження західної частини Дніпровсько-Донецького артезіанського басейну (ДАБ) Київської області поблизу Києва. Показано, що ці зміни взаємопов'язані з кліматичними умовами року та особливостями гідрогеологічного режиму ДАБ. Currently, the quality of water resources is becoming a factor that limits and regulates water use processes, and, most of all, it relates to drinking water. Increasing frequency of deviations of the drinking water quality of water supply systems of Ukraine from the regulatory requirements is the main reason for the use of underground drinking water of non-centralized water supply for the population of Ukraine. Groundwater is usually more protected from the effects of industrial and economic activities. The groundwater of the Kyiv region is represented by the aquifer complex of the western part of the Dnieper-Donets artesian basin (DAB): the Quaternary tier (at depths of 30—50 m), Kharkiv horizon (≈ 90 m), Buchach horizon (within 60—120 m depth), aquifer the Cenomanian-Callovian horizons (120—160 m) and Middle Jurassic deposits. According to the hydrogeological model, this artesian system is characterized by the intense vertical water exchange of mainly downward filtration of gravitational groundwater due to the high fracture and permeability of separate weakly permeable layers. Through pores and cracks, a considerable mass transfer of dissolved chemicals occurs, which causes the variable cationic and anionic compositions of groundwater, as well as concentration fluctuations of pore solutions. The surface water, whose quality is highly dependent on both climatic conditions and human activity, gradually penetrate through a system of pores and cracks into the artesian basins of the DAB, creating the prerequisites for their contamination. Accordingly, the monitoring of the state of groundwater within the Kyiv region is necessary and should be permanent. The results of experimental data on the groundwater quality, namely pH, total acidity, alkalinity, and content of calcium and magnesium ions are obtained in the period April—October 2017. On their basis, the parameters of the ionic molecular composition of the carbonate-calcium equilibrium system were calculated, as well as the aggressiveness and stability of groundwater depending on the season — spring, summer, and autumn. It is shown that the changes of the carbonate-calcium equilibrium in the groundwater system of the Kyiv region are closely interconnected with the atmospheric precipitation and depend on the periods of seasonal fluctuations of precipitation (maximum falls in April and October 2017), according to the State Geological Information Fund of Ukraine on climate seasonal changes in 2017. In all aquifers during the periods of intense rainfall and low temperatures, the content of free CO₂ increases, which is mainly included in the carbonate-calcium equilibrium system. Fluctuations in the carbon dioxide content also correspond to seasonal changes in pH: the more CO₂ is dissolved in water, the lower the pH. In the dry season, the maximum content of CO₃²⁻ions in the water is observed, which, in turn, coincides with the maximum value of the degree of saturation of SICaCO₃. Groundwater has a sufficiently high degree of saturation of CaCO₃, the metastable nature of which is explained by the low concentrations of CO₃²⁻ anions and the predominant amount of HCO₃ ions, provided that the pH fluctuates within pH = 6 ÷ 8. Upon reaching the surface, such carbonates (sediments) are easily formed in such waters. Therefore, before use, groundwater within the Kyiv region, the additional purification is needed to reduce the carbonate hardness of water. According to the Langelier index, they are not corrosive. Показано, что частота отклонения качества питьевой воды водопроводов Украины от нормативных требований является основной причиной того, что для населения Украины актуально использование подземных питьевых вод нецентрализованного водоснабжения. Выявлено, что ионно-молекулярный состав подземных вод Киевской области нестабилен вследствие трещиноватости водоустойчивых пород, что определяет качество подземных вод и условия их использования населением. Представлены результаты изучения содержания основных компонентов ионно-молекулярного состава системы карбонатно-кальциевого равновесия на примере подземных питьевых вод различного происхождения западной части Днепровско-Донецкого артезианского бассейна (ДАБ) Киевской области вблизи Киева. Показано, что эти изменения взаимосвязаны с климатическими условиями года и особенностями гидрогеологического режима ДАБ. 2020 Article Вміст іонів карбонатно-кальцієвої рівноважної системи в питних підземних водах Київської області / І.В. Калінін, В.А. Богатиренко, М.А. Біленко, В.А. Нестеровський, В.О. Євдокименко // Доповіді Національної академії наук України. — 2020. — № 6. — С. 61-73. — Бібліогр.: 15 назв. — укр. 1025-6415 DOI: doi.org/10.15407/dopovidi2020.06.061 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/170625 556.114 uk Доповіді НАН України application/pdf Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Ukrainian
topic Хімія
Хімія
spellingShingle Хімія
Хімія
Калінін, І.В.
Богатиренко, В.А.
Біленко, М.А.
Нестеровський, В.А.
Євдокименко, В.О.
Вміст іонів карбонатно-кальцієвої рівноважної системи в питних підземних водах Київської області
Доповіді НАН України
description Показано, що частота відхилення якості питної води водопроводів України від нормативних вимог є основною причиною того, що для населення України актуально використання підземних питних вод нецентралізованого водопостачання. Виявлено, що іонно-молекулярний склад підземних вод Київської області не стабільний внаслідок тріщинуватості водотривких порід, що визначає якість підземних вод і умови їх використання населенням. Наведено результати вивчення вмісту основних компонентів іонно-молекулярного складу системи карбонатно-кальцієвої рівноваги на прикладі підземних питних вод різного походження західної частини Дніпровсько-Донецького артезіанського басейну (ДАБ) Київської області поблизу Києва. Показано, що ці зміни взаємопов'язані з кліматичними умовами року та особливостями гідрогеологічного режиму ДАБ.
format Article
author Калінін, І.В.
Богатиренко, В.А.
Біленко, М.А.
Нестеровський, В.А.
Євдокименко, В.О.
author_facet Калінін, І.В.
Богатиренко, В.А.
Біленко, М.А.
Нестеровський, В.А.
Євдокименко, В.О.
author_sort Калінін, І.В.
title Вміст іонів карбонатно-кальцієвої рівноважної системи в питних підземних водах Київської області
title_short Вміст іонів карбонатно-кальцієвої рівноважної системи в питних підземних водах Київської області
title_full Вміст іонів карбонатно-кальцієвої рівноважної системи в питних підземних водах Київської області
title_fullStr Вміст іонів карбонатно-кальцієвої рівноважної системи в питних підземних водах Київської області
title_full_unstemmed Вміст іонів карбонатно-кальцієвої рівноважної системи в питних підземних водах Київської області
title_sort вміст іонів карбонатно-кальцієвої рівноважної системи в питних підземних водах київської області
publisher Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
publishDate 2020
topic_facet Хімія
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/170625
citation_txt Вміст іонів карбонатно-кальцієвої рівноважної системи в питних підземних водах Київської області / І.В. Калінін, В.А. Богатиренко, М.А. Біленко, В.А. Нестеровський, В.О. Євдокименко // Доповіді Національної академії наук України. — 2020. — № 6. — С. 61-73. — Бібліогр.: 15 назв. — укр.
series Доповіді НАН України
work_keys_str_mv AT kalínínív vmístíonívkarbonatnokalʹcíêvoírívnovažnoísistemivpitnihpídzemnihvodahkiívsʹkoíoblastí
AT bogatirenkova vmístíonívkarbonatnokalʹcíêvoírívnovažnoísistemivpitnihpídzemnihvodahkiívsʹkoíoblastí
AT bílenkoma vmístíonívkarbonatnokalʹcíêvoírívnovažnoísistemivpitnihpídzemnihvodahkiívsʹkoíoblastí
AT nesterovsʹkijva vmístíonívkarbonatnokalʹcíêvoírívnovažnoísistemivpitnihpídzemnihvodahkiívsʹkoíoblastí
AT êvdokimenkovo vmístíonívkarbonatnokalʹcíêvoírívnovažnoísistemivpitnihpídzemnihvodahkiívsʹkoíoblastí
AT kalínínív carbonatecalciumequilibriumioncontentindrinkinggroundwaterofthekyivregion
AT bogatirenkova carbonatecalciumequilibriumioncontentindrinkinggroundwaterofthekyivregion
AT bílenkoma carbonatecalciumequilibriumioncontentindrinkinggroundwaterofthekyivregion
AT nesterovsʹkijva carbonatecalciumequilibriumioncontentindrinkinggroundwaterofthekyivregion
AT êvdokimenkovo carbonatecalciumequilibriumioncontentindrinkinggroundwaterofthekyivregion
AT kalínínív soderžanieionovkarbonatnokalʹcievojravnovesnojsistemyvpitʹevyhpodzemnyhvodahkievskojoblasti
AT bogatirenkova soderžanieionovkarbonatnokalʹcievojravnovesnojsistemyvpitʹevyhpodzemnyhvodahkievskojoblasti
AT bílenkoma soderžanieionovkarbonatnokalʹcievojravnovesnojsistemyvpitʹevyhpodzemnyhvodahkievskojoblasti
AT nesterovsʹkijva soderžanieionovkarbonatnokalʹcievojravnovesnojsistemyvpitʹevyhpodzemnyhvodahkievskojoblasti
AT êvdokimenkovo soderžanieionovkarbonatnokalʹcievojravnovesnojsistemyvpitʹevyhpodzemnyhvodahkievskojoblasti
first_indexed 2025-11-24T04:56:44Z
last_indexed 2025-11-24T04:56:44Z
_version_ 1849646335073976320
fulltext 61 ОПОВІДІ НАЦІОНАЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇНИ ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2020. № 6: 61—73 В основу характеристики усіх типів вод, що використовуються людиною для споживан ня, останнім часом пропонують покласти класифікацію, застосовану в ICBWA Model Codeх [1]. Згідно з цими нормативними документами, залежно від походження питна вода може бу- ти одержана з підземних джерел (відповідно до визначень ДСТУ 1.5 “Якість води: словник термінів” — це необроблені ґрунтові води: артезіанська, мінеральна, джерельна, колодяз- на) і поверхневих джерел (оброблені води: потічки, ріки, озера, ставки, водосховища, льо- довикова вода). У більшості великих міст України як питну використовують воду поверхневих джерел, однак практично для всіх річкових басейнів України реєструється зниження якості води. Ц и т у в а н н я: Калінін І.В., Богатиренко В.А., Біленко М.А., Нестеровський В.А., Євдокименко В.О. Вміст іонів карбонатно-кальцієвої рівноважної системи в питних підземних водах Київської області. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2020. № 6. С. 61—73. https://doi.org/10.15407/dopovidi2020.06.061 https://doi.org/10.15407/dopovidi2020.06.061 УДК 556.114 І.В. Калінін 1, В.А. Богатиренко 1, М.А. Біленко 1, В.А. Нестеровський 2, В.О. Євдокименко 3 1 Національний педагогічний університет ім. М.П. Драгоманова, Київ 2 Київський національний університет ім. Тараса Шевченка 3 Інститут біоорганічної хімії та нафтохімії ім. В.П. Кухаря НАН України, Київ E-mail: kalininihor@gmail.com Вміст іонів карбонатно-кальцієвої рівноважної системи в питних підземних водах Київської області Представлено членом-кореспондентом НАН України М.С. Слободяником Показано, що частота відхилення якості питної води водопроводів України від нормативних вимог є ос- новною причиною того, що для населення України актуально використання підземних питних вод нецент- ралізованого водопостачання. Виявлено, що іонно-молекулярний склад підземних вод Київської області не стабільний внаслідок тріщинуватості водотривких порід, що визначає якість підземних вод і умови їх ви- користання населенням. Наведено результати вивчення вмісту основних компонентів іонно-молекулярного складу системи карбонатно-кальцієвої рівноваги на прикладі підземних питних вод різного походження західної частини Дніпровсько-Донецького артезіанського басейну (ДАБ) Київської області поблизу Києва. Показано, що ці зміни взаємопов’язані з кліматичними умовами року та особливостями гідрогеологічного режиму ДАБ. Ключові слова: підземні питні води, Дніпровсько-Донецький артезіанський басейн в межах Київської об- ласті, показники карбонатно-кальцієвої рівноважної системи, агресивність і стабільність підземних вод. ХІМІЯ 62 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2020. № 6 І.В. Калінін, В.А. Богатиренко, М.А. Біленко, В.А. Нестеровський, В.О. Євдокименко Такий стан пов’язаний з процесом підготовки питної води — технологічні етапи водопідго- товки ґрунтуються на доведенні природної води до якості питної за умови, коли джерело водопостачання відповідає першій категорії, тобто вода є чистою. Наразі практично всі поверхневі водойми за показниками якості не можна віднести до водойм першої кате- горії. Отже саме якість водних ресурсів стає тим фактором, який обмежує і регулює про- цеси водокористування, і найбільшою мірою це стосується вживання питної води. Зрос- тан ня частоти відхилення якості питної води водопроводів України від нормативних вимог є основною причиною того, що для населення України актуальним є використання підзем- них питних вод нецентралізованого водопостачання. На відміну від поверхневих, підземні води мають більшу захищеність від наслідків господарської діяльності. Води підземних джерел можна використовувати практично у природному незміненому стані; вони не по- требують значної попередньої водопідготовки перед споживанням, що значно підвищує їхню цінність. Такі води фактично зберігають незмінені первісні властивості зазвичай вищої якості і, крім того, відрізняються від поверхневих більшою стабільністю фізико-хімічних показників і меншим вмістом органічних речовин [2]. Підземні води Київської області представлені водоносним комплексом західної час- тини Дніпровсько-Донецького артезіанського басейну (ДАБ): четвертинним ярусом (на глибинах 30—50 м), харківським горизонтом (≈ 90 м), бучацьким горизонтом (в межах 60—120 м глибини), водоносними горизонтами сеноман-келовейських (120—160 м) і се- редньоюрських відкладів [3]. З урахуванням гідрогеологічної моделі артезіанська шару- вата система північно-західної частини ДАБ характеризується інтенсивним вертикальним водообміном переважно низхідної фільтрації гравітаційних підземних вод, що охоплює водоносні комплекси від артезіанських нижньоюрських відкладень до ґрунтових вод. Водо- обмін можливий внаслідок того, що артезіанські басейни цієї частини ДАБ фізично пов’я- зані поровими розчинами, які виникають у роздільних слабкопроникних карбонатизова них шарах глинистих порід (карбонатизованих глин, мергелів, алевритів) з високорозвиненою сіткою тріщин і поруватістю. Фільтрація порових розчинів супроводжується масоперено- сом природних хімічних сполук, які або надходять із суміжних водоносних горизонтів (“наскрізна” фільтрація по тріщинах), або вилуговуються з порід роздільного шару (“порис- та” фільтрація у тонких порах). Її інтенсивність визначає хімічний склад і концентрацію розчинених речовин у порових розчинах, які зрештою потрапляють у водоносні горизонти і змінюють катіонний і аніонний склад підземних вод. Прісні порові розчини зазвичай від- повідають хімічному складу ґрунтових вод ДАБ [4]. На території Київського мегаполісу знаходяться найбільш проникні глинисті роздільні шари. В умовах високої тріщинува- тості і проникності роздільних слабкопроникних шарів захищеність підземних вод арте- зіан ських водоносних горизонтів залежить від гідродинамічних і гідрохімічних режимів стану підземних вод, які змінюються під впливом природних і техногенних факторів. Зазначене вище дає підстави прогнозувати, що зміни гідрологічного режиму залежно від пори року мають впливати на склад підземних питних вод, зокрема викликати сезонні коливання вмісту головних іонів системи карбонатно-кальцієвої рівноваги, рН ґрунтових вод, а також показників їхньої стабільності й агресивності. Основними компонентами карбонатно-кальцієвої рівноважної системи є іони Н+, НСО3 –, СО3 2–, Са2+, а також атмос- ферний СО2, який розчиняється у воді і частково утворює карбонатну кислоту Н2СО3 [5, 6]. 63ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2020. № 6 Вміст іонів карбонатно-кальцієвої рівноважної системи в питних підземних водах Київської області Така іонно-молекулярна система включає: адсорбційно-гідратаційну рівновагу розчину з газовим середовищем з утворенням розчиненого у воді вуглекислого газу (вільного СО2 (СО2 в)), багатоступінчасту дисоціацію утвореної внаслідок розчинення частини СО2 в кар- бонатної кислоти Н2СО3 і гетерогенну рівновагу розчину з твердою фазою СаСО3. В ціло- му рівновага, яка встановлюється між цими компонентами в природній воді, описується схемою, показаною на рис. 1. Надлишок СО2 переводить важкорозчинний кальцію карбонат у розчинний Cа(НСО3)2, тобто стає причиною розчинення карбонатних утворень у водному середовищі з встанов- ленням нової рівноваги. Вуглекислий газ (СО2) може надходити в підземні води з атмосфери, утворюватися під час біохімічних і хімічних процесів у підземних умовах. Особливість входження СО2 в сис- тему карбонатно-кальцієвої рівноваги в підземних водах пов’язана зі збільшенням його розчинності з утворенням гідрогенкарбонат- та карбонат-іонів з глибиною (згідно із за- коном Генрі) і відповідним зниженням температури. Відтак кількість молекулярного СО2 у воді знижується. Вміст СО2 у підземних водах зменшується і внаслідок перебігу процесів фотосинтезу або виділення СО2 в атмосферу (зокрема, під впливом температурного фак- тору). Це, у свою чергу, спричиняє зміщення рівноваги в напрямку накопичення карбо нат- них порід внаслідок розкладання кальцію (або магнію) гідрогенкарбонату. Таким чи ном, розчинення та осадження карбонатів (переважно СаСО3) — це два безперервних і різно- спрямованих процеси, що відбуваються одночасно. Порушення стану карбонатно-кальцієвої рівноваги зумовлює виникнення нової рів- новаги в умовах дії багатьох чинників: кліматичних змін, типу ґрунтів, водного режиму тощо. Практично кількісна взаємозалежність між компонентами у рівновазі визначається розчинністю твердої фази СаСО3 і дисоціацією карбонатної кислоти за першою і другою стадіями, що залежать від температури (t), коефіцієнтів активності іонів (f), тиску (P) і мо- жуть бути виражені через її константи дисоціації (КІ(Н2СО3), КІІ(НСО3 –)) та добутку розчин- ності СаСО3 (ДРCаСО3 ). Для характеристики рівня відхилення системи від стану рівноваги зазвичай керуються результатами вивчення двох взаємно пов’язаних величин: вмісту над- лишкового СО2 порівняно з рівноважним, тобто агресивного СО2 (СО2 агр), та ступеня на- сиченості води кальцію карбонатом (SICаСО3 ). Наша мета — дослідження сезонних коливань вмісту іонів карбонатно-кальцієвої рів- новаги в підземних питних водах західної частини Дніпровсько-Донецького артезіансько- го басейну, зокрема міст Бровари та Васильків Київської області; вивчення для них сезон- них коливань таких показників, як стабільність, агресивність, ступінь пересичення каль цію Рис. 1. Схема системи карбонатно-кальцієвої рівноваги 64 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2020. № 6 І.В. Калінін, В.А. Богатиренко, М.А. Біленко, В.А. Нестеровський, В.О. Євдокименко карбонатом. За одержаними даними оцінювали сезонну динаміку змін іонно-молекулярного складу підземних вод і доцільність використання цих вод у побуті в первісному незміне- ному стані. Матеріали та методи. Об’єктами дослідження сезонних змін показників агресивності і стабільності підземних питних вод нецентралізованого водопостачання Київської об- ласті стали підземні питні води міст Бровари та Васильків, які відрізняються за геохіміч- ними і гідрогеологічними характеристиками: вода артезіанської свердловини (зразок 1) [бювет № 4 м. Бровари], а також колодязна (зразок 3) і джерельна (зразок 2) вода [м. Ва- сильків]. Колодязна вода — це води верховодки, глибина колодязя до 4 м. Джерельну воду відбирали з вод, які виходять на поверхню з висхідного джерела, що живиться слаб- конапірними водами, очевидно, верхнього водоносного горизонту, оскільки джерело має невеликий гідростатичний тиск (без фонтануючих струменів води). Глибина свердлови- ни 154 м, вона постачає води сеноманського, достатньо “чистого” водононосного гори- зонту. Вода бювету періодично досліджується за 20 показниками якості, зокрема на вміст деяких катіонів, аніонів та забруднювальних речовин, солевмісту, про що свідчать звіти хіміко-бактеріологічної лабораторії питної води комунального підприємства Броварської міськради “Броваритепловодоенергія”. Відбір зразків води проводили за методом одноразового відбирання проб, який за- звичай застосовують для аналізу глибинних підземних вод, хімічний склад яких вважають більш-менш стабільним у часі, просторі та з глибиною. Для відібраних зразків води за ві- домими методиками [7—9] експериментально визначали кислотність, лужність (табл. 1), карбонатну твердість і вміст катіонів кальцію й магнію (табл. 2). Концентрацію іонів гід ро- гену (Н+) визначали методом рН-метрії з використанням скляного електрода (pH-метр METTLER TOLEDO серії SevenCompact™). Результати та їх обговорення. Результати експериментальних досліджень наведені в табл. 1, 2. На основі одержаних впродовж квітня—жовтня 2017 р. експериментальних даних для зразків (1—3) підземних вод обчислювали показники іонно-молекулярного складу кар- бонатно-кальцієвої рівноважної системи за наведеним нижче алгоритмом (за формулами (1)—(8)). Результати розрахунків наведені в табл. 3. За експериментальними значеннями загальної лужності обчислювали вміст вільного СО2 (як суми розчиненого СО2 і Н2СО3, що виникає внаслідок часткової (не більш як 1 %) взаємодії вуглекислого газу з молекулами води). Загалом для цього існує два способи. Перший (аналітичний) спосіб базується на величинах константи дисоціації Н2СО3 за пер- шим ступенем, рН та іонної сили водного розчину: ⋅ ⋅ + = загв 2 pH I 1000 [CO ] 10 0,5 , Л KІ моль/л. Другий спосіб, використаний у дослідженні, дає змогу встановити вміст СО2 в залежно від показників лужності з врахуванням солевмісту і температури проб води за номограмою: [СО2 в] = [СО2 в] Н ⋅ а, (1) 65ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2020. № 6 Вміст іонів карбонатно-кальцієвої рівноважної системи в питних підземних водах Київської області де [СО2 в]Н — визначений за номограмою (для сухого залишку 200 мг/л) вміст вільного вуглекислого газу, мг/л [10]; а = 0,96 — коефіцієнт, визначений за таблицею, який врахо- вує сухий залишок досліджуваних вод (в межах від 200 до 300 мг/л) [11]. Вміст іонів HCO3 − згідно із закономірностями розподільної діаграми карбонатної сис- теми природних вод можна було б прийняти таким, що дорівнює виміряній загальній луж- ності, оскільки рН усіх проб води не виходить за межі інтервалу 6,5—8,3 — при таких значеннях рН лужність вод, як відомо, визначається переважно вмістом аніонів HCO3 −. Більш точний результат вмісту іонів [HCO3 −] одержали з використанням обчисленого по- передньо за номограмою (формула (1)) значення СО2 в (H2CO3) за формулою 3 2 3 І [H ] [HCO ] [H CO ] К + −⋅ = , (2) Таблиця 1. Показники кислотності та лужності зразків (1—3) підземних вод Місяць Показник якості Номер зразка 1 2 3 Квітень рН 6,38 7,3 6,86 Заг. кислотність, моль/л 2, 0 ⋅ 10–3 8,0 ⋅ 10–4 1,4 ⋅ 10–3 Лужність, Л0, моль/л 9,0 ⋅ 10–3 7,6 ⋅ 10–3 7,6 ⋅ 10–3 Лужність, Лнас, моль/л 6,2 ⋅ 10–3 5,4 ⋅ 10–3 5,4 ⋅ 10–3 Травень рН 7,4 7,7 7,8 Заг. кислотність, моль/л 5,4 ⋅ 10–3 1,0 ⋅ 10–3 1,4 ⋅ 10–3 Лужність, Л0, моль/л 9,4 ⋅ 10–3 7,6 ⋅ 10–3 8,0 ⋅ 10–3 Лужність, Лнас моль/л 9,2 ⋅ 10–3 7,2 ⋅ 10–3 7,0 ⋅ 10–3 Червень рН 7,3 8,1 7,9 Заг. кислотність, моль/л 8,0 ⋅ 10–3 4,0 ⋅ 10–3 4,8 ⋅ 10–3 Лужність, Л0, моль/л 5,4 ⋅ 10–3 8,0 ⋅ 10–3 5,0 ⋅ 10–3 Лужність, Лнас, моль/л 5,4 ⋅ 10–3 4,0 ⋅ 10–3 3,8 ⋅ 10–3 Жовтень рН 6,8 7,1 7,4 Заг. кислотність, моль/л 3,4 ⋅ 10–3 1,4 ⋅ 10–3 1,2 ⋅ 10–3 Лужність, Л0, моль/л 8,6 ⋅ 10–3 7,0 ⋅ 10–3 7,8 ⋅ 10–3 Лужність, Лнас, моль/л 6,0 ⋅ 10–3 3,6 ⋅ 10–3 3,8 ⋅ 10–3 Таблиця 2. Показники вмісту Са2+, Mg2+ і карбонатної твердості підземних вод, ммоль/л Вміст катіонів Квітень Травень Червень Жовтень 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 Ca2+ 8,3 8,3 2,3 8,9 2,9 7,7 7,6 2,5 3,2 1,1 3,1 2,5 Mg2+ 2,7 2,6 1,5 3,3 2,4 2,2 4,6 3,8 7,7 6,1 3,1 1,0 (Ca2+ + Mg2+) 11 11 3,8 12,1 5,3 9,9 12,2 6,3 10,8 17,4 6,3 3,5 66 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2020. № 6 І.В. Калінін, В.А. Богатиренко, М.А. Біленко, В.А. Нестеровський, В.О. Євдокименко де КІ = 4,3 ⋅ 10−7 (моль/л) — константа дисоціації карбонатної кислоти за першою стадією. Вміст іонів CO3 2−розраховували далі за рівнянням 2 IІ 3 3 [HCO ] [CO ] [H ] К − − + ⋅ = , (3) де KII = 5,6 ⋅ 10−11 (моль/л) — константа дисоціації карбонатної кислоти за другим ступенем. Кількість [СО2 рівн] з урахуванням іонної сили розчину обчислювали за формулою [12] lg[CO2 рівн] = pKI — pKII + pДРСаСО3 + 2lg[HCO3 —] + lg[Ca2+] — 3 I . (4) Вміст агресивного вуглекислого газу (СО2 агр) визначали за методикою, описаною в ро- боті [13], з використанням значень вільного та рівноважного (зв’язаного) СО2. Для характеристики ступеня насичення природної води кальцію (або магнію) карбона- том користувались показником індексу насичення (SI), що обчислюється як логарифм від- ношення добутку активностей іонів водного розчину до добутку розчинності твердої фази, утвореної з цих іонів: Таблиця 3. Показники іонно-молекулярного складу системи карбонатно-кальцієвої рівноваги Місяць Вміст основних компонентів карбонатної рівноваги Номер зразка 1 2 3 Квітень СО2 в, мг/л (ммоль/л) 300,0 (6,8) 43,0 (1,0) 96,0 (2,2) СО2 рівн, мг/л (ммоль/л) 132,0 (3,0) 202,4 (4,6) 49,3 (1,1) СО2 агр, мг/л (ммоль/л) 171,6 (3,9) 40,5 (0,9) 80,7 (1,8) НСО3 –, ммоль/л 6,9 8,4 7,8 СО3 2–, 10–3, ммоль/л 0,9 9,4 3,7 Травень СО2 в, мг/л (ммоль/л) 41,5 (0,9) 13,0 (0,3) 14,0 (0,3) СО2 рівн, мг/л (ммоль/л) 229,0 (5,2) 44,0 (1,0) 202,0 (4,6) СО2 агр, мг/л (ммоль/л) 39,4 (0,9) 12,9 (0,3) 13,6 (0,3) НСО3 –, ммоль/л 9,0 5,9 8,6 СО3 2–, 10–3, ммоль/л 11,2 14,9 30,1 Червень СО2 в, мг/л (ммоль/л) 30,0 (0,6) 12,0 (0,2) 8,0 (0,2) СО2 рівн, мг/л (ммоль/л) 74,8 (1,7) 160,0 (3,6) 34,3 (0,8) СО2 агр, мг/л (ммоль/л) 29,1 (0,7) 12,0 (0,3) 8,0 (0,2) НСО3 –, ммоль/л 5,2 12,9 5,5 СО3 2–, 10–3, ммоль/л 5,2 80,3 221,2 Жовтень СО2 в, мг/л (ммоль/л) 145,0 (3,3) 60,0 (1,4) 32,0 (0,7) СО2 рівн, мг/л (ммоль/л) 246,0 (5,6) 70,4 (1,6) 70,4 (1,6) СО2 агр, мг/л (ммоль/л) 108,4 (2,5) 55,0 (1,3) 31,2 (0,7) НСО3 –, ммоль/л 8,3 7,3 7,5 СО3 2–, 10–3, ммоль/л 2,7 5,1 10,0 67ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2020. № 6 Вміст іонів карбонатно-кальцієвої рівноважної системи в питних підземних водах Київської області 3 3 2 2 3 CaCO СаСО (Ca ) (CO ) SI lg ДР a a+ −⋅ = , (5) де 2Ca a + , 2 3CO a − — активність розчинених іонів відповідно кальцію та карбонатних іонів; СаСОДР 3 — добуток розчинності кальцію карбонату (кальциту). Як видно з формули (5), у разі додатної величини SI розчин пересичений відносно від- повідного мінералу. Якщо значення SI від’ємні, система недонасичена відносно твердої фази. У стані термодинамічної рівноваги SI = 0. Отже, більше абсолютне значення індексу насичення свідчить про більше відхилення системи від стану рівноваги, а у разі додатних значень — про більшу ймовірність утворення осаду. Показник стабільності води (С) визначали “методом карбонатних досліджень” за від- ношенням експериментально визначених величин: загальної лужності (Л0) води та луж- ності тієї ж води, насиченої кальцію карбонатом (Лнас): 0 нас С Л Л = . (6) За цим показником стабільною вважається вода, яка не утворює і не розчиняє відкла- день карбонатів: ступінь відхилення водної системи від стабільного стану показує її здат- ність до осадження накипу або активізації перебігу процесів корозії. За умови С = 1 вода є стабільною; С > 1— вода нестабільна і здатна до утворення осадів карбонатів; С < 1 — вода агресивна, під дією якої карбонати переходять у розчинні гідрогенкарбонати. Агресивність води зазвичай оцінюють за величиною індексу насичення Ланжельє (LSI), який обчислювали за формулою LSI = pH0 − pHs, (7) де рН0 — виміряне значення рН води; рНs — значення рН рівноважного насичення води СаСО3. Величину pHs визначали за формулою [10] рНS = рKII — pДРСаСО3 — lg[Ca2+] — lg(Лзаг) + 2,5 I (8) на підставі показників аналізу води: температури під час відбору проби, вмісту іонів каль- цію, лужності й іонної сили розчину. У разі LSI > 0 вода сприяє утворенню карбонатних відкладень, але є неагресивною в корозійному відношенні. Стабільна вода має значення LSI, близькі до 0. Іонну силу зразків підземних вод обчислювали з урахуванням вмісту ос новних іонів, які визначають гідрогенкарбонатний кальцієво-магнієвий клас вод Київ- ського мегаполісу. Результати обчислення показників стабільності й агресивності дослі- джуваних зразків води наведені в табл. 4. Згідно з даними Державного інформаційного геологічного фонду України щодо клі- матичних сезонних змін у середині березня—квітні 2017 р. відмічалися аномальні для весни явища — сильні снігопади [2]. Утворювався та деякий час утримувався сніговий покрив заввишки 20—40 см, що було вище, ніж взимку. Найбільш несприятливим погодним яви- щем була весняно-літня атмосферна посуха, яка, внаслідок дефіциту опадів, поступово розвивалася і поширилася у травні—червні, коли недобір опадів у багатьох областях досяг 68 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2020. № 6 І.В. Калінін, В.А. Богатиренко, М.А. Біленко, В.А. Нестеровський, В.О. Євдокименко 50—70 % норми. Розвиток атмосферної посухи супроводжувався стрімким падінням запа- сів вологи у всіх шарах ґрунту. Станом на 10 червня в Україні (крім західних областей) спо- стерігалася вже повітряно-ґрунтова посуха різної інтенсивності — запаси вологи у метро- вому шарі ґрунту були майже вичерпані. Найжорсткіші умови склалися в Київській, Чер ка- ській, Полтавській і Кіровоградській областях. Весняно-літня посуха поступово пере йшла в літньо—осінню (липень — перша половина вересня). Восени у першій декаді жовтня випала найбільша кількість опадів за період спостережень 1961—2016 рр. Періоди сезонних коливань кількості атмосферних опадів (квітень, жовтень) корелю- ють з даними щодо накопичення вільного вуглекислого газу в усіх без винятку досліджува- них підземних водах (рис. 2, а). Так, збільшення кількості розчиненого у воді вуглекислого газу припадає на квітень і жовтень, коли відмічалась аномально велика кількість опадів, а досить істотне його змен- Рис. 2. Вміст основних компонентів карбонатно-кальцієвої рівноваги: а — вміст СОв 2; б — вміст іонів НСО3 –; в — вміст іонів СО3 2–. 1 — квітень; 2 — травень; 3 — червень; 4 — жовтень Таблиця 4. Сезонні зміни показників стабільності та агресивності зразків (1—3) підземних вод Показник Квітень Травень Червень Жовтень 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 Стабільність (С) 1,4 1,4 1,4 1,0 1,1 1,1 1,0 2,0 1,3 1,4 1,9 2,1 Індекс Ланжельє рНS LSI 6,8 6,9 7,2 6,8 7,2 7,4 7,1 7,3 6,4 6,7 7,5 7,1 0,9 1,1 1,0 1,1 1,1 1,1 1,0 1,0 1,2 1,0 1,0 1,0 СО2 в/ СО2 рівн 2,2 0,2 1,9 0,2 0,3 0,1 0,4 0,1 0,2 0,6 0,9 0,5 СО2 агр/СО2 в 0,6 0,9 0,8 0,9 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 0,8 0,9 1,0 69ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2020. № 6 Вміст іонів карбонатно-кальцієвої рівноважної системи в питних підземних водах Київської області шення реєструється в посушливий період (кінець травня—початок жовтня). У водах крини- ці (зразок 3) розчиняється найбільша кількість СО2 в, що очевидно, пов’язано з додатковим збагаченням ґрунтових вод продуктами розкладання гумусових речовин або болотними во- дами. Для джерельної води (зразок 2) та бюветної (зразок 1) вміст СО2 в значно менший. Проте слід відзначити, що в сезон танення снігів (березень—квітень) серед усіх дослі- джуваних зразків вод насиченість вуглекислим газом води джерела є найменшою. Цей ре- зультат можна пояснити, якщо врахувати зниження карбонатної твердості води у квітні— травні (рис. 3, б). Імовірно, під дією гідростатичного тиску на етапі виходу води джерела на поверхню землі дещо зменшується парціальний тиск СО2 і, відповідно, карбонатно-кальцієва рівно- вага води зміщується в напрямку утворення твердої фази кальцію карбонату — вміст іонів кальцію у воді і твердість води впродовж квітня—травня істотно спадає. Вуглекислий газ, що надходить у підземні води в сезон танення снігів, входить пере- важно в систему карбонатно-кальцієвої рівноваги і вода залишається корозійно неагре- сивною, що підтверджується значеннями індексу Ланжельє. Загалом за весь період спос те- режень значення LSI були більшими за 0 і залишалися практично в межах ≈ 1. Коефі цієнт стабільності води змінювався від +1 до +2 (С 1), причому найнижчі його значення реє- струвалися в посушливий період. Така вода здатна до утворення карбонатних відкладень, що підтверджується досить високим ступенем пересичення (у 3—5 разів) усіх зразків під- земних вод кальцію карбонатом (див. рис. 3, а). Максимальне значення вмісту іонів СО3 2– у водах у посушливий період збігається з максимальною величиною ступеня пересичення SIСаСО3 (див. рис. 3, а) і найбільшими значеннями рН (див. рис. 3, в). Проте збільшення концентрації карбонатних іонів не спри- чиняє виведення в осад кальцію карбонату. Це пояснюють характерним для карбонат но- кальцієвої системи підземних вод станом пересичення CaCO3, який може існувати впро- довж тривалого часу без утворення твердої фази. Пересичення кальцію карбонатом у 2—3 рази в природних водах є постійним явищем, хоча може доходити і до 50 разів [14, 15]. Вважають, що причинами утворення пересичених розчинів є невисокі концентрації аніонів CO3 2–і переважаюча кількість іонів НСО3 – у водах, рН яких коливається в межах 6—8, що і спостерігається для досліджуваних підземних вод (див. рис. 2, б, в і 3, в). За таких співвід- S I C aC O 3 Рис. 3. Показники якості досліджуваних зразків води: а — ступінь пересичення кальцію карбонатом; б — карбонатна твердість; в — рН. 1 — квітень; 2 — травень; 3 — червень; 4 — жовтень 70 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2020. № 6 І.В. Калінін, В.А. Богатиренко, М.А. Біленко, В.А. Нестеровський, В.О. Євдокименко ношень необхідна для початку кристалізації СаСО3 просторова орієнтація іонів CO3 2– утруднена великою кількістю оточуючих іонів НСО3 –. Сезонні зміни величини рН (див. рис. 3, в) відповідають коливанням вмісту вугле- кислого газу: у період весняних опадів відбувається поглинання підземними водами СО2 в (див. рис. 2, а), розчинення якого зумовлює утворення карбонатної кислоти і зниження рН. Максимум значень рН припадає на посушливий період, коли вміст СО2 найменший і най- більшою є концентрація карбонат-іонів. Восени, починаючи з жовтня, з поверненням се- зону дощів і зниженням температури вміст вільного вуглекислого газу в підземних водах знову зростає, причому більшою мірою для ґрунтових колодязних вод, а рН і ступінь пере- сичення кальцію карбонатом знову знижується. Слід відзначити, що за результатами досліджень сезонні зміни вмісту іонів НСО3 – (див. рис. 2, б) мають коливальний характер: їх появу спричиняє, з одного боку, розчинення СО2 з утворенням карбонатної кислоти і її подальшої дисоціації за першим ступенем, а з іншого — перехід СО3 2– → НСО3 – внаслідок виходу СО2 з рівноважної системи і осадження карбонатів. Тому мінімуму на кривих сезонних змін концентрації іонів НСО3 – (див. рис. 2, б) відповідає максимум на кривих сезонних змін вмісту іонів СО3 2– (див. рис. 2, в), рН (див. рис. 3, в) і SIСаСО3 (див. рис. 3, а). Таким чином, на підставі результатів досліджень можна стверджувати, що процеси карбонатно-кальцієвої рівноважної системи підземних вод Київської області в межах міст Бровари і Васильків тісно взаємопов’язані з атмосферними опадами і залежать від кліма- тичних умов кожного сезону року. Причиною цього явища є тріщинуватість порід водотрив- ких товщ і вертикальна фільтрація підземних вод між водоносними горизонтами. Тому в усіх водоносних горизонтах у сезони інтенсивних опадів і низьких температур зростає вміст вільного СО2, який переважно входить в систему карбонатно-кальцієвої рівноваги. Підземні води мають достатньо високий ступінь пересичення СаСО3, який знаходиться в розчинно- му метастабільному стані, проте з виходом на поверхню легко переходить у стан важкороз- чинних карбонатів (осадів). Отже, перед використанням такі води потребують додаткового очищення для зниження карбонатної твердості води. ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА 1. Афанасьєв С.О., Бабчук В.С., Бонь О.В., Васильєв С.В., Вихрист С.М., Гребінь В.В., Кір’янова К.В., Кухарчук Г.В., Кошляков О.Є., Лисюк О.Г., Набиванець Ю.Б., Ободовський О.Г., Осадча Н.М., Хіль- чевський В.К., Хорєв М.Ю., Ярошевич О.Є. Терміни та визначення водних Директив Європейського Союзу. Київ: Інтерсервіс, 2015. 32 с. URL: http://www.geo.univ.kiev.ua/images/doc_file/Water_glossary_.pdf 2. Стан підземних вод України. Київ: Державна служба геології та надр України, Державне науково- виробниче підприємство “Державний інформаційний геологічний фонд України”, 2018. 121 с. 3. Жовинский Э.Я., Комов И.Л., Диденко П.И., Макаренко Н.Н., Крюченко Н.О. Связь гидрохимических аномалий радона и фтора с участками тектонических нарушений (на примере г. Киев). Пошукова та екологічна геохімія. 2004. № 4. С. 56—60. 4. Підземні води: ресурси, використання, якість /Державна служба геології та надр України. URL: http:// www.geo.gov.ua/groundwater/ 5. Сніжкo С.І. Теорія і методи аналізу регіональних гідрохімічних систем. Київ: Ніка-Центр, 2004. 394 с. 6. Сухоребрый А.А. Химический состав поровых растворов слабопроницаемых слоев как показатель защищенности подземных вод. Геол. журн. 2018. № 1. С. 17—27. https://doi.org/10.30836/igs.1025- 6814.2018.1.126417 71ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2020. № 6 Вміст іонів карбонатно-кальцієвої рівноважної системи в питних підземних водах Київської області 7. 3лобіна К.С. Кураєва І.В., Кроїк Г.А. Особливості хімічного складу підземних вод Києва, що викорис- товуються для бюветного водопостачання. Вісн. Дніпропетр. ун-ту. Сер. Геологія. Географія. 2011. 19, № 3/2. С. 58—63. https://doi.org/10.15421/111112 8. Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з дисципліни “Хімія води” (для студентів 3 кур- су денної та заочної форм навчання за напрямом підготовки 6.060103 — “Гідротехніка (водні ресур- си)”): Панайотова Т.Д., Зайцева І.С. (уклад.) / Харк. нац. акад. міськ. госп-ва. Харків, 2011. 87 с. 9. Технологія питної води: лабораторний практикум для студентів напряму підготовки 6.051701 “Харчові технології та інженерія” ден. форми навч.: Грабовська О.В., Деменюк О.М. (уклад.). Київ: НУХТ, 2014. 37 с. URL: https://studopedia.su/11_121350_zagalni-vidomosti.html 10. Олейник Т.П., Маковецкая Е.А. Методические указания по дисциплине “Химия воды и микро- биология” для выполнения расчетно-графической работы на тему: “Определение качественного и количест венного химического состава природной воды”. Одесса, 2014. 55 с. URL: https://studfiles.net/ preview/5166221/ 11. Черкинский С.Н. Санитарные условия спуска сточных вод в водоемы. 5-е изд., перераб. и доп. Москва: Стройиздат, 1977. 224 с. 12. Рушников А.Ю. О некоторых особенностях расчёта индекса стабильности воды Ланжелье. С. О. К. 2017. № 7. URL: https://www.c-o-k.ru/archive-cok?num=7&year=2017 13. Линник Л.И. Химия воды и микробиология: конспект лекций для студентов специальности 1—70 04 03 “Водоснабжение, водоотведение и охрана водных ресурсов”; специализация 1—70 04 03 02 “Техническая эксплуатация и реконструкция систем водоснабжения и водоотведения”. Новополоцк: ПГУ, 2015. 235 с. 14. Почиталкина И.А., Кекин П.А., Морозов А.Н., Петропавловский И.А., Кондаков Д.Ф. Кинетика крис- таллизации карбоната кальция в условиях стехиометрического соотношения компонентов. Журн. физ. химии. 2016. 90, № 12. С. 1779—1784. https://doi.org/10.7868/S0044453716120232 15. Почиталкина И.А., Кекин П.А., Петропавловский И.А. Определение растворимости и спонтанного снятия пересыщения в водных растворах карбоната кальция. Вода: химия и экология. 2015. № 2. С. 72—76. Надійшло до редакції 11.03.2020 REFERENCES 1. Afanasyev, S. O., Babchuk, V. S., Bon, O. V., Vasyliev, S. V., Vykhryst, S. M., Grebin, V. V., Kirianova, K. V., Kukharchuk, G. V., Koshliakov, O. E., Lysiuk, O. G., Nabyvanets ,Y. B., Obodovskyi, O. G., Osadcha, N. M., Khilchevskyi, V. K., Khorev, M. Yu. & Yaroshevych, O. E. (2015). Terms and definitions of the Water Direc- tives of the European Union. (in Ukrainian). Retrieved from http://www.geo.univ.kiev.ua/images/doc_file/ Water_glossary_.pdf 2. Groundwater status of Ukraine. (2018). Kyiv: State Service of Geology and Subsoil of Ukraine, State Scientific and Production Enterprise “State Information Geological Fund of Ukraine” (in Ukrainian). 3. Zhovinskyi, E. Ya., Komov, I. L., Didenko, P. I., Makarenko, N. N. & Kriuchenko, N. O. (2004). Relation of hydrochemical anomalies of radon and fluorine with sites of tectonic disturbances (for example, Kiev). Poshukova ta ekolohichna heokhimiia, No. 4, pp. 56-60 (in Russian). 4. Groundwater: resources, use, quality. State Service of Geology and Subsoil of Ukraine. Retrieved from http://www.geo.gov.ua/groundwater/ 5. Snizhko, S. I. (2004). Theory and methods of analysis of regional hydrochemical systems. Kyiv: Nika-Center (in Ukrainian). 6. Sukhorebryi, A. A. (2018). The chemical composition of pore solutions in low-permeable layers as an indicator of groundwater protectability. Geol. J., No. 1, pp. 17-27 (in Russian). https://doi.org/10.30836/igs.1025- 6814.2018.1.126417 7. Zlobina, K. S., Kuraeva, I. V. & Kroik, G. A. (2011). Features chemical composition of groundwater Kyiv used for pump-room supply. Visnyk Dnipropetrovskoho Universytetu. Ser. Heolohiia. Heohrafiia, 19, No. 3/2, pp. 58-63 (in Ukrainian). https://doi.org/10.15421/111112 8. Panaiotova, T. D. & Zaitseva, I. S. (Eds.). (2011). Methodical instructions for carrying out laboratory work in the discipline “Water Chemistry”. Kharkiv (in Ukrainian). 72 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2020. № 6 І.В. Калінін, В.А. Богатиренко, М.А. Біленко, В.А. Нестеровський, В.О. Євдокименко 9. Grabovska, O. V. & Demeniuk, O. M. (2014). Drinking water technology. Kyiv (in Ukrainian). Retrieved from https://studopedia.su/11_121350_zagalni-vidomosti.html 10. Oleinik, T. P. & Makovetskaia, E. A. (2014). Methodical instructions on the discipline “Water chemistry and microbiology” for performing the calculation and graphic work on the theme: “Determination of qualitative and quantitative chemical composition of natural water”. Odessa (in Russian). Retrieved from https://studfiles.net/preview/5166221/ 11. Cherkinskii, S. N. (1977). Sanitary conditions for the discharge of wastewater into reservoirs. Moscow: Stroiizdat (in Russian). 12. Rushnikov, A. Yu. (2017). Some features of the calculation of the Langhelle Water Stability Index. S. O. K., No. 7 (in Russian). Retrieved from https://www.c-o-k.ru/archive-cok?num=7&year=2017 13. Lynnyk, L. I. (2015). Water chemistry and microbiology: lecture notes. Novopolotsk (in Russian). 14. Pochitalkina, I. A., Kekin, P. A., Morozov, A. N., Petropavlovskii, I. A. & Kondokov, D. F. (2016). Kinetics of crystallization of calcium carbonate under conditions of stoichiometric ratio of components. Zhurn. Fiz. khimii, 90, No. 12, pp. 1779-1784 (in Russian). 15. Pochitalkina, I. A., Kekin, P. A. & Petropavlovskii, I. A. (2016). Determination of solubility and spontaneous removal of supersaturation in aqueous solutions of calcium carbonate. Voda: khimiya i ekologiya, No. 2, pp. 72-76 (in Russian). Received 11.03.2020 И.В. Калинин 1, В.А. Богатыренко 1, М.А. Биленко 1, В.А. Нестеровский 2, В.А. Евдокименко 3 1 Национальный педагогический университет им. М.П. Драгоманова, Киев 2 Киевский национальный университет им. Тараса Шевченко 3 Институт биоорганической химии и нефтехимии им. В.П. Кухаря НАН Украины, Киев E-mail: kalininihor@gmail.com СОДЕРЖАНИЕ ИОНОВ КАРБОНАТНО-КАЛЬЦИЕВОЙ РАВНОВЕСНОЙ СИСТЕМЫ В ПИТЬЕВЫХ ПОДЗЕМНЫХ ВОДАХ КИЕВСКОЙ ОБЛАСТИ Показано, что частота отклонения качества питьевой воды водопроводов Украины от нормативных тре- бований является основной причиной того, что для населения Украины актуально использование под- земных питьевых вод нецентрализованного водоснабжения. Выявлено, что ионно-молекулярный состав подземных вод Киевской области нестабилен вследствие трещиноватости водоустойчивых пород, что определяет качество подземных вод и условия их использования населением. Представлены результа- ты изучения содержания основных компонентов ионно-молекулярного состава системы карбонатно- кальциевого равновесия на примере подземных питьевых вод различного происхождения западной части Днепровско-Донецкого артезианского бассейна (ДАБ) Киевской области вблизи Киева. Показано, что эти изменения взаимосвязаны с климатическими условиями года и особенностями гидрогеологического ре- жима ДАБ. Ключевые слова: подземные питьевые воды, Днепровско-Донецкий артезианский бассейн в пределах Киев- ской области, показатели карбонатно-кальциевой равновесной системы, агрессивность и стабильность подземных вод. 73ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2020. № 6 Вміст іонів карбонатно-кальцієвої рівноважної системи в питних підземних водах Київської області І.V. Kalinin 1, V.A. Bogatyrenko 1, M.A. Bilenko 1, V.A. Nesterovskyi 2, V.A.Yevdokymenko 3 1 National Pedagogical Dragomanov University, Kyiv 2 Taras Shevchenko National University of Kyiv 3 V.P. Kukhar Institute of Bioorganic Chemistry and Petrochemistry of the NAS of Ukraine, Kyiv E-mail: kalininihor@gmail.com CARBONATE-CALCIUM EQUILIBRIUM ION CONTENT IN DRINKING GROUNDWATER OF THE KYIV REGION Currently, the quality of water resources is becoming a factor that limits and regulates water use processes, and, most of all, it relates to drinking water. Increasing frequency of deviations of the drinking water quality of water supply systems of Ukraine from the regulatory requirements is the main reason for the use of underground drinking water of non-centralized water supply for the population of Ukraine. Groundwater is usually more protected from the effects of industrial and economic activities. The groundwater of the Kyiv region is repre- sented by the aquifer complex of the western part of the Dnieper-Donets artesian basin (DAB): the Quaternary tier (at depths of 30—50 m), Kharkiv horizon (≈ 90 m), Buchach horizon (within 60—120 m depth), aquifer the Cenomanian-Callovian horizons (120—160 m) and Middle Jurassic deposits. According to the hydro- geological model, this artesian system is characterized by the intense vertical water exchange of mainly down- ward filtration of gravitational groundwater due to the high fracture and permeability of separate weakly per- meable layers. Through pores and cracks, a considerable mass transfer of dissolved chemicals occurs, which causes the variable cationic and anionic compositions of groundwater, as well as concentration fluctuations of pore solutions. The surface water, whose quality is highly dependent on both climatic conditions and human activity, gradually penetrate through a system of pores and cracks into the artesian basins of the DAB, creating the prerequisites for their contamination. Accordingly, the monitoring of the state of groundwater within the Kyiv region is necessary and should be permanent. The results of experimental data on the groundwater quality, namely pH, total acidity, alkalinity, and con- tent of calcium and magnesium ions are obtained in the period April—October 2017. On their basis, the parame- ters of the ionic molecular composition of the carbonate-calcium equilibrium system were calculated, as well as the aggressiveness and stability of groundwater depending on the season — spring, summer, and autumn. It is shown that the changes of the carbonate-calcium equilibrium in the groundwater system of the Kyiv region are closely interconnected with the atmospheric precipitation and depend on the periods of seasonal fluctuations of precipitation (maximum falls in April and October 2017), according to the State Geological Information Fund of Ukraine on climate seasonal changes in 2017. In all aquifers during the periods of intense rainfall and low temperatures, the content of free CO2 increases, which is mainly included in the carbonate-calcium equilib- rium system. Fluctuations in the carbon dioxide content also correspond to seasonal changes in pH: the more CO2 is dissolved in water, the lower the pH. In the dry season, the maximum content of CO3 2–ions in the water is observed, which, in turn, coincides with the maximum value of the degree of saturation of SICaCO3. Groundwater has a sufficiently high degree of saturation of CaCO3, the metastable nature of which is explained by the low concentrations of CO3 2– anions and the predominant amount of HCO3 ions, provided that the pH fluctuates within pH = 6 ÷ 8. Upon reaching the surface, such carbonates (sediments) are easily formed in such waters. Therefore, before use, groundwater within the Kyiv region, the additional purification is needed to reduce the carbonate hardness of water. According to the Langelier index, they are not corrosive. Keywords: underground drinking water, Dnieper-Donets artesian basin within the Kiev region, carbonate-calcium equilibrium system indicators, aggressiveness and stability of groundwater.

Схожі ресурси