Применение индикаторов при гидрогеологических исследованиях

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Применение индикаторов при гидрогеологических исследованиях

28.07.2020

Применение индикаторов для изучения направления движения подземных и поверхностных вод в простейшем виде началось давно. Поваренную соль в качестве индикатора впервые применили в 1887 г., а в 1908 г. для этих целей использовали хлористый литий. Нa рубеже нашего столетия в качестве индикатора для определения скорости и направления водных потоков в карстовых пустотах был применен флюоресцеин. Основная задача индикаторных исследований заключалась в точном изучении подземных и поверхностных гидрографических систем и выяснении особенностей гидрогеологических условий районов.

Многолетний опыт применения индикаторов при гидрогеологических и гидрологических исследованиях позволил прийти к выводу, что индикаторные методы являются сравнительно простыми, незаменимыми и абсолютно безопасными (в санитарном отношении) в сложной геологической обстановке и в шахтной гидрогеологии.

В последнее время значение индикаторных методов при гидрогеологических исследованиях существенно возросло, так как в результате развития науки и техники создана высокочувствительная аппаратура, позволяющая производить точную количественную оценку индикаторов в воде. В связи с этим расширился круг задач, решаемых с их помощью.

В настоящее время индикаторы используются для:

— определения направления и скорости движения подземных вод;

— установления взаимосвязи водоносных горизонтов, а также поверхностных вод с подземными;

— выявления областей питания и разгрузки водоносных горизонтов;

— определения состава пород и условий нахождения в них подземных вод;

— изучения процесса загрязнения подземных и поверхностных вод.

Проблеме применения индикаторов в гидрогеологии за рубежом посвящена обширная литература. За последние 15 лет вопросы этой проблемы рассматривались на двух международных гидрогеологических конференциях. Первая из них состоялась в г. Граце (Австрия) в 1966 г. и была посвящена методам определения направления и скорости движения подземных вод. Главное внимание на конференции было обращено на практическое применение индикаторных методов в связи с возросшей потребностью в питьевой воде. Вторая конференция, посвященная той же теме, проходила в 1970 г. во Фрейберге (ГДР). В 1976 г. в г. Любляна состоялся Международный симпозиум, на котором рассмаривались вопросы применения индикаторов в гидрологии.

Наибольшее развитие индикаторные методы для решения различных гидрогеологических задач получили в ФРГ, США, Австралии и Франции.

Общие сведения. По физико-механическим свойствам и способам определения в водных пробах индикаторы делятся на механические, химические, биологические, активационные и колориметрические. К индикаторам предъявляются следующие требования:

— должны обладать яркой окраской, незначительным изменением красящей способности во времени (для колориметрических и биологических индикаторов); минимальной способностью адсорбироваться; малой токсичностью;

— не должны встречаться в природе или в промышленных отходах и загрязнять окружающую среду;

— должны легко обнаруживаться в малых концентрациях с помощью несложного лабораторного оборудования и быть недорогими.

До сих пор не удалось найти индикатор, который удовлетворял бы всем этим требованиям.

Для успешного проведения опытных работ с применением индикаторов необходимо глубоко проанализировать геологическую и гидрогеологическую обстановку района: изучить возможные места взаимосвязи поверхностных и подземных вод, дебит доступных водопунктов, глубину залегания и мощность водоносных горизонтов, изменение их уровней, колебание температуры воды в течение года. Только располагая этими данными, можно правильно выбрать тип индикатора, определить необходимое количество пунктов внесения его в воду, подобрать комбинацию различных маркирующих веществ. Важнейшим фактором, определяющим успех проведения опытных работ, является выбор оптимальной дозы индикатора, так как слишком малые дозы дают отрицательные или недостаточно полные результаты, что приводит к неверным выводам, слишком большие — ведут к удорожанию работ. Количество маркирующего вещества зависит от массы воды, в которой его растворяют; расстояния между местом внесения индикатора и пунктом его появления; истинной длины и характера извилистости пути водного потока; предполагаемого интервала времени между внесением индикатора в воду и регистрацией его появления в конечном пункте. Чем меньше известно необходимых данных, тем больше расход маркирующего вещества.

Механические индикаторы. Индикаторы этого типа являются самыми примитивными и применялись еще в древности. К ним относятся мякина, древесные опилки, деревянные колышки, овсяные хлопья, корковая крошка и др. Главный недостаток указанных индикаторов заключается в том, что они перемещаются на поверхности водных потоков. Вследствие этого область их применения ограничивается лишь карстовыми подземными водами. В настоящее время механические индикаторы в практике гидрогеологических исследований за рубежом применяются чрезвычайно редко.

Химические индикаторы. Среди индикаторов этой группы наиболее распространенными являются хлористый натрий и калий, нитрат натрия. Имеются сведения о применении в качестве индикаторов хлористых лития, аммония, кальция; иодистых калия и натрия; азотнокислых и никилиевых солей и др.

Хлористый натрий является старейшим индикатором, применяемым при изучении подземных вод. Он используется и теперь, но преимущественно в комплексе с другими. Из особенностей применения индикатора обращается внимание на следующие. Перед началом опытных работ, исходя из конкретной гидрогеологической обстановки, определяется необходимое количество соли. Для этого необходимо знать примерный расход подземного стока, естественное содержание хлора и натрия в воде и пределы их колебания. Если содержание хлористого натрия в воде велико и не постоянно, следует сразу ориентироваться на значительный расход соли.

Хлористый натрий вносится в водоносный горизонт в виде каменной соли или концентрированного раствора, после чего водопункт промывают большим количеством воды. Для достаточно точного определения присутствия индикатора в водоносном горизонте необходимо, чтобы содержание соли в воде в 10—20 раз превышало естественное. Однако если ту же дозу соли растворить в относительно незначительном количестве воды, образуется щелочь с очень большой плотностью. При введении такого раствора в водоносный горизонт он погружается в глубокие части водного потока. В связи с этим, чтобы «соляное облако» равномерно распределилось в нем и не возникло чрезмерно большой разницы в плотностях щелочи и воды, раствор вводят в водопункт не очень концентрированным. Следует также обратить внимание на явление ионного обмена, которое имеет место в процессе проведения опытов между натрием подземных вод и щелочноземельными металлами водовмещающих пород.

Определение хлористого натрия в водных пробах производится электролитическим методом (химические индикаторы в этом случае называют электролитами), методом пламенной фотометрии и титрованием иона хлора в полевых условиях. Преимущества метода определения скорости движения и направления потока подземных вод с помощью хлористого натрия заключаются в низкой стоимости индикатора, в его практической неадсорбируемости и нетоксичности, что важно для сохранения окружающей среды. К недостаткам индикатора относятся: сложность доставки, неточность количественной оценки ионов хлора и натрия в воде из-за колебаний их естественного содержания и необходимость иметь значительные количества его для проведения опытов. Так, в процессе исследований в области Бухкогель близ Граца, при расстоянии между исчезновением и появлением родника, равном 750 м (дебит родников около 9 л/с), расход поваренной соли составил 300 кг. При первом успешном опыте маркировки в системе Лурбах-Хаммербах Центрально-Штирийского карста, при дебите родника в месте выхода на поверхность, равном 165 л/с, и пути, пройденном индикатором около 3 км, расход его достиг 800 кг. Наибольший расход индикатора (50 000 кг) отмечен при проведении опыта, связанного с выявлением взаимосвязи карстовых вод с родником Ах, в районе г. Тутлинген (ФРГ). Это повлекло за собой большие затраты средств на транспортировку, приготовление растворов и подпитку и находилось уже на грани возможностей метода.

Наряду с хлористым натрием в качестве индикаторов иногда применяется хлористый калий. Содержание калия в подземных водах обычно намного ниже, чем натрия, поэтому для успешного проведения опытных работ этого индикатора требуется значительно меньше (в 5—10 раз), что заметно снижает стоимость работ. Методика их проведения аналогична методике с применением хлористого натрия.

К. Иоб и И. Цётль описали опыт применения в качестве индикатора нитрата натрия в комплексе с сульфородамином-G-экстра. Цель исследований заключалась в определении пути движения воды нескольких родников, .расположенных в северо-западных отрогах хр. Анкогель (Австрия). Русла родников часто исчезают среди гнейсовых глыб. Слышно как вода бежит под обвальным материалом по склону, разделяясь на несколько русел. Присутствие в воде натрия определялось с помощью пламенной фотометрии, а нитрата — фотометрическим методом. Миграция соли показана на рис. 29. Во всех пунктах регистрации индикатора содержание ионов натрия было существенно более низким, чем ионов нитрата. Параллельно с этим содержание щелочных земель также повысилось и оставалось повышенным относительно начальных значений в течение всего периода наблюдений. Вследствие этого баланс катионов и анионов в момент максимального прохождения индикатора почти выравнялся. При последующем прохождении соли отмечалось различие (см. рис. 29, заштрихованная площадь) между концентрацией ионов нитрата и содержанием ионов натрия, кальция и магния. Очевидно, ионный обмен происходил не только между ионами натрия и щелочными землями, но и другими катионами. Опыт показал, что миграционная способность нитрата натрия достаточно высока. Несмотря на ионный обмен, ионы натрия прошли опытную трассу с незначительными потерями.

Колориметрические индикаторы. К этим индикаторам относятся кристаллический фиолетовый, малахитовый зеленый, метилоранж, метил рот, мурексид, нейтральный красный и флюоресцирующие красящие вещества. Среди последних наиболее распространенными являются флюоресцеин и его натриевая соль — уранин (технический флюоресцеин), применению которых за рубежом посвящена обширная литература.

Флюоресцеин C20H12O5 — это классический желто-зеленый краситель с явной флюоресценцией. Визуально его можно обнаружить при разбавлении 1:10в-6, а с помощью флюороскопа 1:10в9. В кислой среде он адсорбируется; в растворе на солнце обесцвечивается менее чем за 24 ч, в тени раствор с концентрацией 1:20*10в6 не обесцвечивается даже через неделю. Большое преимущество индикатора — абсолютная безвредность. Накопленный опыт применения его показывает, что методика исследований не требует особых условий, т. е. окрашивание можно производить с помощью и без помощи подщелачивания раствора. Краситель можно предварительно растворять или опускать в водоносный горизонт в виде порошка, последний можно бросать сразу или частями. Однако в опытах, конечной целью которых является получение количественных данных, рекомендуется предварительно растворить краситель в подщелоченной воде и вводить весь флюоресцеин сразу. Растворять флюоресцеин следует в растворе следующего состава: 2 л денатурированного этилового спирта, 0,1 л аммиака и 60 л воды на 1 кг красителя.

Для определения концентрации индикатора в водных пробах используются три метода: прямой визуальный, прямой инструментальный и косвенный, с использованием активированного угля. Визуальный метод заключается в сравнении полученных в результате эксперимента проб со стандартными. Если исследуемый водоносный горизонт загрязнен, то предварительно берут пробу загрязненной воды. Прямое инструментальное определение производится обычно с помощью флюороскопа, флюороспектроскопа и флюороспектрофотометра. При косвенном методе индикатор адсорбируется с помощью активированного угля, а затем отделяется растворителем.

Особенно часто и плодотворно флюоресцеин используется при изучении подземных вод, карстовых вод и в шахтной гидрогеологии. Р. Вуркхард описал применение его в Северо-Моравском карсте. Результаты исследований показали, что карстовая пещера вблизи Яворичека питает восемь различных родников. Был сделан ряд выводов о взаимосвязях их и о направлении движения подземных вод в районе. И. Шарвари охарактеризовал опыт применения флюоресцеина в Дорогском угольном бассейне. Для этого бассейна валено было определить места возможного прорыва карстовых вод, скопившихся в соседней с угольным пластом доломитовой толще и находившихся под давлением.

Уранин C20H10O5Na2 — натриевая соль флюоресцеина. Он является наиболее флюоресцирующим и красящим веществом среди флюоресцентных индикаторов, что позволяет обнаружить его присутствие в таких слабых концентрациях, в каких другие индикаторы определить невозможно. В твердом состоянии это темно-красный или коричневый порошок. Под действием прямого солнечного света и окислителей флюоресценция уранина исчезает. При рН < 8 она сильно ослабевает, но процесс этот обратим и при добавлении щелочей флюоресценция восстанавливается. Зависимость флюоресценции от температуры незначительна. При наличии в водной пробе других флюоресцентных красителей может происходить гашение флюоресценции. Опыты, проведенные в Институте радио-гидрометрии (ФРГ), по определению дисперсии и адсорбции индикаторов на пробах кварцевого песка, показали, что величина адсорбции уранина составляет в основном 0—6%, максимальная — 13%. При опытах в карсте адсорбция наблюдается лишь в исключительных случаях, когда, например, вода проходит через нанесенный в карстовую полость аллохтонный материал или через какие-либо некарбонатные прослои. Очень сильно адсорбируют уранин уголь и торф. Поэтому на торфяниках, болотах и в угольных месторождениях применять уранин не рекомендуется.

Предел обнаружения уранина невооруженным глазом в водопроводной воде, при толщине ее слоя 10 см, составляет 1*10в-8 мг/л. Раствор уранина при этом наблюдают на черном фоне. Путем возбуждения флюоресценции ультрафиолетовым светом и визуального сравнения с эталонными растворами можно добиться улучшения предела обнаружения уранина до 5*10в-10 мг/л. Применение более дорогостоящих источников монохроматического света для возбуждения флюоресценции и измерения ее интенсивности позволяют доказать присутствие уранина при концентрации его 10в-19 мг/л. Ho для этого обычные лампы ультрафиолетового света недостаточны, необходимы флюорометры. В Институте радиогидрометрии в лабораторных и полевых работах применяется флюорометр Тёрнера. Указанный флюорометр позволяет производить измерения концентрации красителей в непрерывном потоке и в отдельных пробах. При низкой концентрации индикатора используется флюороспектрометр Перкина — Элмера-203. Подобный прибор — цейссовский спектрофотометр с флюоресцентной насадкой ЦФМ-4 применялся и ранее. Два последних прибора предназначены лишь для анализа отдельных проб в лабораторных условиях.

В последние годы для определения концентрации уранина в воде стали использовать его способность адсорбироваться на активированном угле. Основанный на этом свойстве метод обнаружения уранина разработан Дж. Данном, Мешочки с активированным углем подвешиваются в родниках, в которых предполагается вынос уранина. Через мешочки протекает вода и происходит его адсорбция. В процессе опыта через определенные промежутки времени мешочки меняют. В лаборатории адсорбированный уранин элюируют этиловым спиртом с едким калием. По замеренным концентрациям строят график зависимости изменения концентрации уранина во времени. И. Вихман описал использование фильтров с активированным углем. Вместо мешочков им применялись пластмассовые трубки, в которых находился активированный уголь. Концы трубок закрывались металлическими сетками. Этот адсорбирующий фильтр задерживал уранин в концентрациях, меньших чем 1:40*10в6. Затем трубки промывали 5%-ным раствором углекислого калия. Максимум через 1/2 ч раствор окрашивался в зеленый цвет. Этот метод избавляет от постоянного наблюдения и выявляет уранин даже тогда, когда он не заметен невооруженным глазом. Применение его особенно целесообразно при долговременных наблюдениях и для обнаружения небольших количеств уранина. Последний является самым эффективным и самым дешевым индикатором при маркировке подземных вод.

Несмотря на то, что многие исследователи не рекомендуют применять уранин в опытах на угольных месторождениях, X. Классен описывает пример удачного его использования в Рурском бассейне. В одной из шахт в юго-западной части бассейна было замечено, что примерно 1/3 поднимаемой на поверхность воды, не доходя до водоотводных канав, вновь возвращается в систему горных выработок шахты, а в другой шахте, находящейся в восточной части бассейна, появилось предположение, что приток воды в очистном забое имеет связь со стоячей водой, расположенной в 300 м от шахты. Институту водного хозяйства и гидрогеологии (ФРГ) было поручено определить эти взаимосвязи. В качестве индикатора использовали уранин. В результате исследований задачи были успешно решены, взаимосвязи установлены. X. Классен отмечает, что использование уранина в подземных выработках каменного угля при применении правильной методики исследований является эффективным средством для выявления гидрогеологических связей и зависимостей.

При гидрогеологических исследованиях успешно применяются флюоресцирующие красящие вещества из группы родамина (сульфородамин-G-экстра, родамнн-ВТ и др.), хотя чувствительность анализа здесь на два порядка ниже, чем у уранина, и для проведения исследований требуются значительные количества вещества. Недостаток родамина — легкая адсорбируемость, в связи с чем он более пригоден для прослеживания крупных подземных артерий в закарстованных районах, а также для определения взаимосвязи поверхностных и подземных вод, учитывая его устойчивость при солнечном свете.

Достоинством сульфородамина-G-экстра является хорошая фотохимическая устойчивость, небольшая зависимость флюоресценции от температуры н независимость от pH. По проведенным работам в карсте у этого красителя потерь на адсорбцию не замечена. Однако в проведенных Институтом радиогидрометрии (ФРГ) лабораторных исследованиях отмечается, что адсорбционные потери его в среднем составляют 30%, при максимуме, достигающем 47%. Предел обнаружения индикатора невооруженным глазом равен приблизительно 8*10в-8 мг/л.

О свойствах родамина-ВТ, важных для гидрогеологических исследований, в литературе точных данных нет. Известно лишь, что склонность его к адсорбции невелика, с увеличением температуры (от 8 до 30° С) флюоресценция снижается, светостойкость его выше, чем у уранина. Предел обнаружения невооруженным глазом составляет 6*10в-8 мг/л.

Биологические индикаторы. К биологическим индикаторам относятся споры растений и бактерии, не встречающиеся в подземных водах. Применению в качестве индикатора спор булавовидного плауна Lycopodium clavatum посвящено много работ. Указанные споры имеют форму тетраэдров с выпуклыми поверхностями, размером от 26 до 39 мкм. Разработан способ окрашивания спор в различные цвета, что позволяет производить одновременную маркировку одного или нескольких родников или водоносных горизонтов в различных местах одним индикатором. Химически стойкими, яркими и недорогими красителями являются: магента красная, бисмарковская коричневая, малахитовая зеленая, фиолетовая метиловая, сафранин желтый. Споры булавовидного плауна абсолютно не токсичны. В поток их вносят в виде споровой суспензии, для чего сначала разбавляют небольшим количеством воды до кашеобразной консистенции, затем добавляют воду до подвижной суспензии, которую фильтруют через мелкую проволочную сетку. Для внесения суспензии в водный поток используют воронку диаметром 30—40 см, на широкое отверстие которой надета мелкоячеистая проволочная сетка. Особое внимание обращают на то, чтобы с места внесения индикатора споры не попали непосредственно в пробы и не исказили результата. Затем в маркируемую воду, в зависимости от дебита родника, вводят от 1 до 50 кг споровой суспензии. В возможных местах выноса индикатора устанавливают планктонные сети из мелкоячеистой нейлоновой газовой ткани или перлоновые сетки. Наилучшим образом зарекомендовали себя планктонные сети с общей поверхностью фильтра 700—800 см2. В качестве фильтровальной ткани служит нейлоновая газовая ткань Nibolt-25T Р-25, производства Швейцарии. Планктонные сети защищают от механических повреждений с помощью покровных сетей из крупноячеистой джутовой ткани, не снижающей скорости фильтрования. Над отверстием сетки укрепляют проволочную решетку для защиты от камней и других крупных предметов. Эти сетевые наборы подвешивают в русле родника. При выборе места расположения сетей необходимо учесть возможность загрязнения и повреждения последних. В водных потоках со слабым уклоном и малыми скоростями течения сооружают уплотненные каменные плотины высотой 10—20 см с отверстием, в котором подвешивается сеть.

При отборе проб твердый материал, собранный в сети, направляется в лабораторию. Здесь споровую фракцию отделяют от прочих составных частей двумя способами — кипячением пробы в едком кали, под действием которого значительная часть органического дейтрита разрушается, и разделением фракций центрифугированием. Из уплотненного осадка готовят препараты для исследования под микроскопом. Для чистых препаратов достаточно 100—200-кратное увеличение.

Иногда вместо подвешивания сетей в роднике отбирают водные пробы, которые затем фильтруют в лаборатории. Однако в связи с тем, что доставка больших объемов водных проб в лабораторию сопряжена со значительными трудностями, этот метод применяется лишь при специальных исследованиях. Преимущества его состоят в возможности определения числа спор в известный момент времени. Недостатками метода с использованием спор являются: 1) споры, частично минуя планктонные сети, мешают последующим исследованиям; 2) ограниченность его применения в карстовых областях; 3) проведение исследований требует длительного времени.

Однако во всех работах, посвященных применению спор в качестве индикатора, отмечается, что они очень хорошо зарекомендовали себя при решении крупномасштабных задач, например таких, как определение системы стока, областей питания н разгрузки водоносных горизонтов и др.

К. Эрбель описал опыт исследования карстовых областей на о-ве Ямайка с применением спор плауна. Площадь острова 11420 км2, из них 2/3 сложены закарстованными известняками мощностью до 600 м. По оси острова с запада на восток проходит горная гряда Блу-Маунтин, наиболее высокая вершина которой достигает 2256 м высоты над уровнем моря. Она задерживает дующие с северо-востока пассаты, что приводит к выпадению чрезвычайно обильных осадков на севере и северо-востоке острова и постоянному недостатку воды на юге. В результате на юге острова, где проживает основная часть населения и расположены промышленные центры и сельскохозяйственные угодья, возникла проблема нехватки питьевой воды.

Центральной задачей для всего водного хозяйства острова стала необходимость составления полного водного баланса. При этом важно было выяснить, существует ли региональное направление течения подземных вод. Если его не существует, то определить, каким образом подземные воды движутся, являются ли водоразделы стабильными или возникают смещения во времени, какое количество подземных вод в прибрежной зоне поступает в закарсто-ванную северную часть острова и нельзя ли начать использование водоносного горизонта центральной части его в районе водосбора р. Рио-Кобре с целью улучшения питьевого водоснабжения и налаживания орошения земель на юге.

Для решения этих задач с учетом гидрогеологических и геологических особенностей острова был выбран индикатор — споры плауна. Перед началом опыта были проведены предварительные исследования: 1) изучение всех имеющихся топографических и геологических карт (масштаб 1:50 000 и частично 1:5000) для определения точек появления и исчезновения родников и рек, пещер и т. д.; 2) изучение черно-белых аэрофотоснимков (масштаб 1:25 000) под стереоскопом для более подробного ознакомления с особенностями рельефа местности, 3) изучение инфракрасных аэрофотоснимков (масштаб 1:50 000), 4) обход наиболее важных участков местности и опрос местных жителей. Большое внимание уделялось уже известным данным об осадках и дебитах родников, о загрязнении воды.

До проведения опытов исследователи были почти уверены, что долины — Луидас и Линстид бэсин связаны друг с другом водоносными горизонтами. Также существовало предположение об обезвоживании р. Педро-ривер в результате отвода части воды из нее в долину Луидас. Ho доказать это опытным путем пока еще не удавалось.

Для введения индикатора были выбраны реки Педро-ривер, Крофтсривер и Савана-ривер. В качестве красителей спор использовали малахитовый зеленый, магенту красную, фиолетовый метиловый. Необходимое количество спор для каждой реки было определено эмпирически: 600 г спор на 1 км предполагаемого водоносного горизонта с дебитом 0,3 м3/с. Соотношение спор к количеству красителя и к количеству воды для разбавления спор: 1 кг спор: 15 г красителя: 1,5 л воды. В итоге расчетов получилось, что для р. Педро-ривер необходимо иметь 20 кг спор (малахитовая зелень), р. Крофтс-ривер 15 кг (магента красная) и р. Савана-ривер 10 кг (фиолетовый метиловый).

В результате исследований была прослежена по всему руслу на поверхности и под землей самая большая река острова Педро-ривер. Оказалось, что часть ее воды поступает в долину Луидас. Был выяснен характер взаимосвязи между реками Крофтс-ривер, Рио-Кобре и Педро-ривер. Определить подземную трассу р. Сава-на-ривер не удалось, так как окрашенные фиолетовым красителем споры не были обнаружены ни в одной пробе. Выполненные исследования позволили в основном определить размеры области водосбора р. Рио-Кобре, что даст возможность рассчитать водный баланс долины Линстид-бэсин.

В зарубежной литературе неоднократно отмечалось о возможности применения бактерий, в частности Serratia marcescens для маркировки карстовых подземных вод. Указанные бактерии в подземных водах не встречаются, в санитарном отношении безвредны, обладают ярко-красной окраской, т. е. в основном удовлетворяют требованиям, предъявляемым к индикаторам. Однако оценки результатов применения их при решении гидрогеологических задач расходятся. Так, в работе автор делает вывод, что данные по определению скорости и направления движения подземных вод, полученные с помощью бактерий Serratia marcescens, нельзя считать удовлетворительными. Однако весьма интересные результаты были получены при маркировке этими бактериями вод Дуная у г. Иммендинген (ФРГ). Введение бактерий было произведено за 3 ч до внесения бурых спор в подземные воды. Через 16,5 ч после введения бактерии были обнаружены в роднике Ах, а бурые споры в этом же роднике через 26—40 ч после введения. Кроме этого родника, Serratia marcescens появились еще в семи наблюдательных пунктах, а бурые споры в пяти. Многочисленные опытные работы, проведенные за последние 100 лет в этом районе, указывали лишь на гидрологическую связь Дуная и родника Ах.

Следовательно, применять бактерии Serraiia marcescens следует в комплексе с другими индикаторами.

Активационные индикаторы. Основными представителями этих индикаторов являются бромистый аммоний, комплексное соединение марганца и этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТУ), лантана и ЭДТУ, сульфат кадмия и др.

В местах предполагаемого выноса индикатора отбирают пробы, которые затем облучают. Активируемый при этом индикатор характеризуется определенным радиоактивным излучением. По измеренной радиоактивности делается вывод о концентрации индикатора в пробе.

Преимущества этого метода заключаются в том, что для опытных работ требуется небольшое количество индикатора, используются совершенно безопасные нерадиоактивные вещества, отобранные пробы до их облучения можно хранить довольно долго. Возможно применение сразу нескольких индикаторов, так как они могут быть определены в одной пробе одновременно. Кроме того, активационные индикаторы не абсорбируются и не подвергаются ионному обмену в процессе опыта.

К недостаткам метода относится то, что некоторые индикаторы довольно дороги, необходимо также располагать источником нейтронов и реактором. Переносная аппаратура почти не применяется, поэтому требуется транспортировка многочисленных проб к месту нахождения реактора. Применение активационных индикаторов, еще недостаточно опробованных, целесообразно пока лишь для научных исследований.

Другие индикаторы. В значительно меньшей степени используются в качестве индикаторов такие вещества, как детергенты, пахучие вещества, альдегиды и др.

Детергенты — это пенообразующие вещества. На этом свойстве основан способ их обнаружения в водных пробах. Мягкие детергенты — алкилбензолсульфонаты представляют собой желтые растворы со слабой щелочной реакцией, которые даже при температурах, близких к точке замерзания, не дают осадка. К жестким детергентам относятся тетрапропиленбензолсульфонаты. Методика проведения опытных работ аналогична описанным выше. Отобранные пробы воды помещают в специальные колбы и взбалтывают, высота образующейся при этом пены характеризует концентрацию индикатора в пробе.

Преимущества детергентов заключаются в их низкой стоимости и легкости количественного определения в больших разбавлениях (10*6 мг/л и ниже), предел качественной индикации значительно выше. Следует отметить, что в ФРГ существует закон о детергентах от 1/Х 1964 г., согласно которому применять можно лишь те из них, которые полностью разлагаются под действием живых организмов.

На 11 Международной гидрогеологической конференции во Фрейберге отмечено, что несмотря на низкую стоимость н простоту качественного и количественного определений, детергенты не получили широкого распространения.

При изучении движения карстовых вод иногда в качестве индикаторов используются вещества с сильным и характерным запахом. К ним относятся изоборнилацетат, который является составной частью различных ароматических хвойных масел, изоамилсалицилат — продукт салициловой кислоты и изоаминового спирта, дипенты — смеси лимонных, апельсиновых и померанцевых кислот, характеризующиеся интенсивным запахом цитрусовых. Они запускаются в водный поток в виде водных эмульсий. Эти вещества безвредны, не адсорбируют, наличие их в водных пробах легко определяется в больших разбавлениях.

В зарубежной литературе встречается описание применения альдегидов в качестве индикаторов.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: