Тоғ жинсларидаги сувларнинг фильтрланиши Reja

Тупроц ва табиий сувларнинг кимёвий таркибларини шаклланиши. Куп фазали ва дисперс тизим хисобланган тупрок таркибида доимо маълум микдорда сув сингдирилиб, ушланиб турилган булади. Тупрокнинг пайдо булиш жараёнлари натижасида турли тог жинслари, маъданлар ва органик моддаларнинг тухтовсиз майдаланиши ва парчаланиши юзага келади, хдмда тупрок
таркибида зарралар аралашмаси яни дисперс тизим хосил булади
[17].
Дисперс тизим таркибидаги улчами 0,2 дан 0,001 ц (микрон) гача булган заррачаларга тупрок коллоидлари дейилади. Уларнинг микдори турлича булиб, тупрок массасига нисбатан 1% дан 30-40 % гача узгариб туради. Тупрок коллоидлари хам бошка барча коллоидлар сингари узига хос хоссаларга эга булса-да, айрим хусусиятлари жумладан, уларни ташкил этувчи моддаларнинг сифатий таркиби билан фарк килади. Тупрок коллоидлари асосан икки хил йул билан, яни йирик зарраларнинг механик ва кимёвий нураб майдаланиши, хамда молекулалар ва ионларнинг кимёвий, физикавий йуллар билан бирикиши натижасида хосил булади.
Таркибига кура тупрок коллоидлари маъдан, органик ва улар мажмуидан иборат органик-маъданли гурухларга булинади. Маъдан коллоидлари кварц, слюда сингари бирламчи маъданларнинг майда, дисперс заррачаларидан ва иккиламчи кристалл (монтмориллонит, каолинит, гидрослюдалар каби) маъданларни хамда темир, алюминий, кремний гидратлари оксидларнинг иккиламчи аморф маъданларидан иборат. Органик коллоидлар гумус кислоталари ва уларнинг тузлари протеинларидан, органик-маъданли коллоидлар таркиби эса гумусли ва маъдан моддаларнинг мажмуавий бирикмаларидан ташкил топган. Тупрок таркибидаги коллоидлар нихоятда кичик ульфтрамикроскопик заррача - булибгина колмай, улар жуда мураккаб тузилишга хам эгадир.
Зарядланишига кура тупрок таркибидаги коллоидларни уч гурухга ажратиш мумкин. Ацидоирлар - бу заррачалар манфий зарядланган заррача булиб, уларда алмашинувчи ионлар водород ва бошка катионлар хисобланади. Базоидлар - бу заррачалар эса мусбат зарядланган заррача булиб, алмашинувчи ионлар гидроксил ва бошка катионлар хисобланади. Амфолитоидлар - бундай заррачалар мусбат ёки манфий зарядланган заррача булиши мумкин. Эритмадаги водород ионларининг концентрациясига кура амфолитоидларда алмашинувчи водород ёки гидроксил ионлари мавжуд булади. Шунинг учун улар реакция мухитига караб ацидоид ёки базоидларга ухшаши мумкин. Амфолитоидлар таркибига темир ва алюминий гидроксидларининг коллоидлари киради. Масалан, кучли кислотали шароитда эритмадаги водород ионларининг микдори ошиши, алюминий гидроксидининг кислотали хоссасини камайтиради ва куйидаги реакция асосида эритмага гидроксил (ОН) ионлари ажралиб чикиб, заррача мусбат зарядланади хамда ишкорий хусусиятни намоён этади:
Al(0H)3 ^ Al (0H)2+ + 0H^- Кучли ишкорий шароитда эса эритмага водород ионалари ажралиб чикиб, алюминий гирооксиди манфий зарядланган заррача куринишида булади ва эритма мухити кислотали хоссани номоён килади: Al(0H)₃ о- ^Al0₃^- + H+. Демак, мухит реакциясининг кислоталиги ошиши билан амфотер коллоидларнинг базоид ионларга ажралиши, ишкорий шароит эса ацидоид ионларга ажралишни кучайишига олиб келади.
Коллоид заррачалар зарядга эга булганлиги сабабли сув молекулаларини узига тортади ва гидратланади, уз сиртида сув пардасини хосил килади. Заррачалар сиртидаги сув пардасининг калинлиги коллоидларнинг таркиби, табиати ва зарядлари микдорига кура турли - тумандир.
^алин сув пардаси билан уралган коллоидларни гидрофил ва яхши гидратланмаган коллоидларни эса гидрофоб коллоидлари деб юритилади. Тупрок таркибидаги гумус кислоталари, оксиллар ва кремний кислотасининг коллоидлари гидрофил хоссага эга булса, темир ва алюминий оксидлари в каолинит гурухи маъданларининг коллоидлари эса гидрофоб хоссаларни намоён этади.
Тупрок коллоидлари хам бошка коллоидлар сингари зол ва гел холида булади. Зол холидаги коллоидлар суюк мухитда эриган ва таркок холатда мавжуд булиб, бир хил зарядли (купинча манфий) булганидагина тухтовсиз харакат килиб туради. Гел холатидаги коллоидлар эса аксинча, турли хил зарядларга эга бир канча коллоид заррачалар йигиндисидан иборат, ёпишкок куйка куринишда булиб, суюк мухитда осонлик билан чукиш хусусиятига эга. Зол холатидаги коллоидларнинг турли омиллар таъсирида бир- бири билан ёпишиб, тупланиб чукма хосил килиши, яъни гел холатига утишига - коагуляцияга учраса, аксинча, гел холатидаги коллоидларнинг яна кайта таркалиб зол хосил килиди, яни пептизация жараёнлари содир булади.
Коагуляция асосан турли электролитлар таъсирида золдаги зарядларнинг йуколиб, нейтралланиш натижасида юзага келади. Шунингдек, табиий коагулланиш тупрокнинг куриши ёки музлаши натижасида хам руй бериши мумкин. Бундай шароитда электролитларнинг золларга таъсир кучи жуда юкори булади.
Гидрофоб коллоидларнинг электролитлар таъсирида коагулланиши осон булиб, гидрофил коллоидларда эса эритмада факат юкори концентрацияли электролитлар булгандагина юзага келади.
Гидрофил коллоидлар купинча золлар хосил килиш билан бирга, пептизация жараёнларини кучайтиради. Бунда айникса коллоидларнинг гидрооксил (ОН^-) ионлари ва юкори гидратланган катионлар (масалан, Na) билан туйинганлиги ута мухим урин тутади. Пептизация натижасида тупрок тузилиши бузилиб, унинг физикавий ва сув хоссалари ёмонлашади.
Коллоидларнинг коагулланиши жараёнлари асосан коллоидлар билан электролитлар, яъни тупрокнинг суюк кисмидаги тузлар, кислоталар ва ишкорларнинг узаро таъсири натижасида вужудга келади. Чунки бу каби электролитларнинг (CaCl₂, NaOH, HCl) ионларга ажралиши натижасида мусбат зарядли катионлар (Ca²+, Na+, H+) ва манфий зарядли анионлар (Cl^-, OH^-) хосил булади. хосил булган ана шу катионлар ёки анионлар таъсирида коллоид заррачалар нейтралланади ва бошка коллоид мицелла томонидан тортиб олиниб, коагулланади. Тупрок коллоидлари купинча манфий зарядланганлиги сабабли, бу ходиса мусбат зарядли ионлар таъсирида руй беради.
Мусбат зарядланган коллоидлар коагулланишида анионлар катнашади. Лекин купчилик тупрок коллоидлари манфий булганидан, бу хилдаги коагулланиш кам учрайди. Тупрок катламларида тупланадиган манфий зарядли органик ва маъдан моддаларнинг мусбат коллоидлари бир-бири билан аралашиб, узаро таъсирлашувидан электролитсиз коагулланиш вужудга келади. Ана шундай коагулланиш жараёнлари кулсимон ва шуртоб тупрокларнинг фаолиятсиз (курук) катламидагида жуда куп учрайди. рН курсаткичи нейтрал ва унга якин булган карбонатли тупрокларда (кора, каштан (кизгиш) ва буз тупроклар) коагулланиш жараёнини бориши натижасида турли майда заррачалар бирикиб, микротузилишли ва кейинчалик йирик донадор тузилишли тупроклар вужудга келади. Натижада, тупрокларнинг физикавий - сувли, физикавий - механикавий хоссалари яхшиланади. Демак тупрок коллоидлари билан бевосита боглик булган коагулланиш ва сингдирилиш жараёнлари дехкончиликда ва сувдан фойдаланиш ишларида (мавжуд табиий сувнинг кимёвий таркибига ва ундаги турли хилдаги кимёвий моддалар микдорларига эътибор берган холда олиб борилиши) мухим ахамиятга эгадир.
Тупрокда кечадиган сингдирилиш жараёнлари уз табиати билан нихоятда мураккаб булиб, жумладан турли моддаларнинг заррачалар юзасида ютилиб ёки ушланиб колиниши, уларнинг бевосита сингдирилмаслиги каби турли - туман ходисалар йигиндисини уз ичига олади. Тупрокнинг сингдирувчанлик кобиляти турли кимёвий, физикавий, физик-кимёвий, биокимёвий ва биологик жараёнлар таъсирида содир булади. Тупрокда кечадиган кимёвий реакциялар натижасида эритмадаги бирикмаларнинг кийин эрийдиган холда чукмага тушиб тупрок таркибига утиши ва тупрокда баркарор ушланиб колиниши кимёвий сингдирувчанлик ходисаси деб аталади.
Тупрокда кимёвий жараёнларни бориши натижасида тупрок таркибига SO4^2-, CO3^2-, H2PO4^-, HPO4^2-, PO4^3- каби анионлар, ва Ca²+, Mg²+, Fe³+, Al³+ сингари катионлар сингдирилиши мумкин.
Тупрок таркибига атмосфера ёгинлари, сизот ва сугориш сувларини келиб тушуши натижасида улар таркибидаги катион ва анионлар тупрок эритмасидаги тузлар билан эримайдиган ва кийин эрийдиган бирикмалар хосил килади ва бинобарин тупрокда сингиб колади. Масалан: TCK[Ca²+ + N2SO4 ^TCK ] 2Na + i CaSO4; TCK[Ca²+ + 2NaHCO3 ^TCK ] 2Na + Ca(HCO3)2; Ca(HCO3)2 ^ H2O +i Ca CO3 + CO2 ; Na2CO3 + CaCO3 + CaSO4 ^ i CaCO3 + Na2SO4; Al (OH)3 + H3PO4 ^ i AlPO4 + 3H2O. Агарда карбонат таркибга эга булган тупрокка таркибида ортофосфат кислотанинг эрийдиган тузи булган суперфосфат Са(Н2РО4)2 киритилса, у тупрок эритмасидаги кальций тузлари билан куйидагича реакцияга боради, ва сувда кийин эрийдиган кальций фосфат Са3(РО4)2 хосил булади: 2СО2Т
2СаСО3 + Са(Н2РО4)2 = Са3 (РО4)2 + 2Н2СО3 (2 Н2О), тупрок эритмаси ионлари коллоид заррачаларининг диффузия ва ташки харакатсиз катламидаги ионлар билан катъий нисбатда (гр-экв. хисобида) алмашинади.
Турли катионларнинг алмашиниб сингдирилишидаги энергияси (фаоллиги) турличадир. Алмашиниш энергияси катионлар оксидланиш даражасига боглик булган катталик хисобланади. Катионнинг оксидланиш даражаси киймати канча юкори булса, алмашинув энергияси хам шунча катта булади ва алмашинув тез кетиб, алмашинув махсулоти тупрок таркибида баркарор ушланиб колади. Бир хил оксидланиш даражасига эга катионларнинг сингдирилишидаги фаоллиги эса улар атом огирликларининг ортиши ва ионлар гидратациясининг камайиши билан ортади. Тупрок таркибида учрайдиган катионларни, уларнинг сингдирилиш фаоллигига кура куйидагича жойлаштириш мумкин: Na+ < NH₄+ < K+ < Mg²+ < Ca²+ < H+ < Al³+ < Fe³+ Оксидланиш даражасига боглик булмаган холда водород бу каторда алохида урин эгаллайди ва умумий конуниятга буйсунмайди. Водороднинг оксидланиш даражаси бирга тенг булсада, фаоллиги жихатидан оксидланиш даражаси иккига тенг булган кальцийдан хам юкори туради. Бунинг асосий сабаби, водород иони атрофига факат бир молекула сув бириктириб олганлигидан ва гидратация катламининг калин эмаслигидандир. Одатда гидратация кобиги унча калин булмаган холларда, катионларнинг зарядлари уларнинг узида сакланиб колиши аникланган. Агар ион кобигида сув молекулалари катлами кенгайса, катионлар зарядининг бир кисми уни тутиб туриш учун сарфланади ва сингдирилишдаги уларнинг фаоллиги сусаяди.
Жадал фаолликга эга булган катионлар тупрок таркибида тез ва баркарор сингдирилади. Катионлар сингдирилишида эритманинг концентрацияси хам мухим рол уйнайди. Концентрациянинг ошиши билан оксидланиш даражаси бирга тенг булган катионларнинг, эритма концентрациясининг пасайиши эса оксидланиш даражаси иккига тенг булган катионларнинг сингдирилишини фаоллаштитради. Демак, айтиш мумкинки тупрок куриши, ундаги намнинг камайишига олиб келади ва тупрокдаги эритма концентрацияси ошади, бу эса уз навбатида бир валентли катионларнинг купрок сингдирилиши фаоллигини оширади. Шу сабабли хам шуртоб тупрокларни кимёвий мелиорация ишларида (гипслашда) кальцийнинг сингиш самарадорлигини ошириш максадида, тупрок таркибида купрок нам туплаш, уни саклаб туриш каби чора-тадбирларини куриш максадга мувофикдир.
Катионларнинг сингдирилишида коллоид заррачаларнинг таркиби ва тузилиши хам мухим ахамиятга эга. Масалан, куп каватли кристалл панжараларга эга булган гилсимон маъданлар (монтмориллонит, каолинит ва гидрослюдалар)да сингдирилиш сифати ва энергияси унинг турли каватларида турличадир. Хулоса килиб айтганда, катионларни тупрокка сингдирилиш фаоллиги, табиий сувлар таъсирида тупрокда борадиган турли жараёнларни пайдо булиш ва бориш Fe²⁺конуниятларини урганишда хам мухим ахамиятга эга. Тупрок таркибидаги алмашинувчи катионлар билан бир каторда маълум микдорда алмашиниш жараёнларида тулик иштирок этмайдиган ёки фиксацияланган катионлар хам учрайди. Бундай катионлар тупрок таркибига нейтрал туз эритмалари билан ишлов бериш жараёнларида, ундан сикиб чикариб юборилмайди. Тупроклар таркибига нафакат катионлар балки баъзи бир анионлар хам сингдирилади. Анионларнинг сингдирилиши турли омилларга: шароит реакциясига, анионларнинг хоссаларига, тупрок таркиби коллоидларининг тузилишига, кимёвий таркиби ва зарядларига ва бошкаларга хам боглик булади. Анионларнинг тупрок таркибига сингдирилишида мусбат зарядланган катионлар мухим урин тутади. Анионларнинг сингдирилишида уларнинг фаоллиги турли - тумандир. Масалан:
Cl^- * NO3^- < SO4^2- < CO3^2- < PO4^3- < OH ^-
Катионлар сингари анионларни сингдирилиш фаоллиги хам уларнинг оксидланиш даражаларига боглик булади. Лекин юкорида келтирилган катордан куриниб турибдики, ОН^- (гидроксил) ионининг сингдирилиши оксидланиш даражаси учга тенг булган ионларга нисбатан хам юкори булиб, унинг асосий сабаби сингдирилгандан кейин кийин эрийдиган бирикмалар хосил булиш жараёнларининг кетишидадир.
Реакция кислотали шароитда борганда анионларнинг сингдирилиш фаоллиги ошади. Бундан ташкари, анионларнинг тупрок таркибига табиий сувлар таъсир доирасида сингдирилишида турли даражада эрийдиган тузларнинг хосил булиши хам мухим рол уйнайди. Одатда, жараёнлар махсулоти сувда кийин эрийдиган тузлар булса, улар тупрок таркибига яхши сингиб колади. Тупроклар таркибида тез - тез учраб турадиган анионларни сингувчанлик фаоллиги асосида куйидаги уч гурухга ажратиш мумкин: Биринчи гурухга тупрок таркибида кимёвий келиб чикишига кура яхши сингувчан анионлар киради. Ушбу анионлар тупрокли эритма ва тупрокнинг сингдирилиш таркибий мажмуидаги Ca²+, Al³+, Fe²+ ва Fe³+ каби катионлар ёки уларнинг оксидлари гидратлари билан сувда кийин эрийдиган кимёвий бирикмалар хосил килади. Буларга фосфор кислотаси анионлари (PO4^3-, HPO4^2-, H2PO4^-) киради. Реакция борадиган шароитга караб, эритмадаги бу анионлар нисбатлари узгариб туради. Нисбатан олганда, кальций дигидрофосфат (Ca(H2PO4)2-H2O), натрий, аммоний, калий фосфатлари анча яхши эрийди. Уларга нисбатан камрок эрийдиган тузларга кальций гидрофосфат (CaHPO4-H2O), ёмон эрувчан тузларига эса кальций фосфат [Ca3 (PO4)2], алюминий, темир фосфатларини келтириш мумкин. Фосфорнинг юкорида келтирилган кимёвий бирикмаларини кийин эрувчан дейиш мумкин, фосфорнинг узини тупрок таркибидан ювилиб кетиши бошка элементларга нисбатан секинлик билан боради.
Анионларнинг иккинчи гурухига тупрокда сингдирилиши кийин кечадиган ёки манфий сингдирилиш курсаткичини курсатувчи (бу ходиса хакда илгари айтилган эди) анионлар,
w w w 1 _
жумладан, сувда кийин эрийдиган тузлар хосил килмайдиган Cl , NO3^- анионлари хам киради. Бу анионлар хам тупрок коллоидлари сингари манфий зарядли булганидан, тупрокда сингдирилиши кийинрокдир. Факат кучли кислотали мухитдагина коллоидлар заряди мусбат томонга узгаради ва анионларни узига тортади (нитратларни тупрокда биологик сингдирилиши). Оксидланиш даражаси бирга тенг булган анионлар тупрок таркибига ёмон сингдирилганлигидан, табиий сувларнинг таъсирида тупрокнинг пастки катламларига ювилиб кетади. Бу хол хам ижобий ва хам салбий куринишларни келтириб чикариши мумкин. Масалан, шурланган ерларни ювиш жараёнларида таркибида хлор ионлари сакловчи тузларнинг тез эриб, ювилиб кетиши мухим ахамиятга эга булиб, шу билан бирга нитратларнинг ювилиб кетиши эса маълум микдорда хосилдорликка таъсир курсатиши мумкин. Шуни эътиборга олган холда калийли, азотли угитларнинг кулланилиш муддатларига ва ишлатилиш микдорларига эътибор бериш зарурдир. Одатда таркибида хлор элементи сакловчи угитлар (калий хлорид тузи каби) ерга куз фаслида солинади, таркибида нитратлар сакловчи угитлар эса - бахор фаслида экинларни экишга якин булган ва усиш (вегетация) даврида кисмларга булиб-булиб солинади.
Учинчи гурух анионларига эса тупрокка табиий сувлар иштирокида сингдирилиши жихатдан юкоридаги иккала гурух оралигида турувчи (S04^2-, C03^2-, Si03^2- каби) анионларни киритиш мумкин. Ушбу анионлар табиий мухит шароитига кура яхши ёки ёмон эрувчанлик хоссасини намоён килиши мумкин. Эритмадаги сульфат кислота колдги анионларини тупрок таркибига сингиши жуда секин боради, баъзан эса манфий сингдирилиш ходисаси руй бериши мумкин. Тупрок таркибида кальций микдори нисбатан юкори ва лекин намлик камайганда, CaS0₄ тузи хосил булишига олиб келади ва туз чукмага тушади. Магний, калий, натрий элементларининг сульфат тузлари сувда жуда яхши эрийди. Шу сабабли бу тузлар билан шурланган ерларни ювиб, ер таркибидаги сульфат тузларини осон кетказиш мумкин. Лекин гипс (CaS04 • 2Ш0) эса сувда кийин эрийди (1 л сувда 2 г), шу сабабли у баъзи тупроклар таркибида тупланиши натижасида алохида гипсли катламларни шаклланишига олиб келади. Карбонат кислотаси анионинг (C03^2-) кальцийли тузи (СаСО3) сувда кийин эрийди. Лекин муътадил иклим шароитидаги тупрок таркибидаги карбонатлар тупрок унумдорлигига ижобий (СаСО3) таъсир курсатади.
Тупрок таркибида тупланадиган Na2CO3 (сода) ва K2CO3 (поташ) тузлари сувда яхши эрийди ва сизиб ер катламига утувчизарарли тузлардан хисобланади. Эритмадалар таркибида уларнинг микдори купайиши натижасида ишкорий реакциялар вужудга келиб, тупрок тузилишига таъсир курсатади ва унинг бузилишига олиб келиши мумкин. Бу уз навбатида шундай тупрокларда усаётган усимликларга зарарли таъсир этади. Таркибида сода микодори куп булган тузлар билан шурланган ерларни узлаштириш анча машаккатли мелиоратив ишлардан хисобланади. Тирик организмлар - табиий сувларнинг кимёвий таркибини шаклланишида узгариб туришида кенг куламда ва бекиёс урин эгаллайди