Нечасто, но случаются в нашей практике весьма драматичные истории. Один из часто повторяющихся сюжетов — когда вода из только что пробуренной скважины пахнет тухлыми яйцами. Легко себе представить разочарование хозяина скважины, он заплатил совсем немаленькие деньги за глубокую артезианскую скважину, ему обещали источник воды, надёжно защищённый от проникновения загрязнения, а в результате он получил воду, которую не то, что пить, даже нюхать противно…
Человек думает, что его обманывают, что при бурении допущен брак, что вода в скважине подтягивает грязь из какого-то туалета, и так далее. Да, конечно в работе буровиков случается брак, но чаще всего дело не в этом. Так откуда же в воде из скважин берётся сероводород? Давайте, сначала разберёмся с глубокими скважинами.
Сероводород в глубоких скважинах
Сера — это достаточно распространённый элемент на Земле. По распространённости в земной коре он находится на шестнадцатом (по другим оценкам на пятнадцатом) месте, но сильно уступает таким элементам, как кислород, кремний, железо, кальций… Сера окисляет металлы, формируя такие распространённые минералы как пирит — сульфид железа, халькопирит — железа и меди, халькозин и ковеллин — меди, а также сульфиды многих других металлов. При том сера сама окисляется кислородом и оксид серы — это основа таких минералов как гипс, ангидрит и многих других.
Такое разнообразное химическое поведение серы объясняется тем, что она может связываться с другими элементами и стабильно существовать в разных степенях окисления. Когда никого рядом нет, сера спокойно живёт сама по себе в виде кристаллической серы (степень окисления 0). Когда сера встречает на своём пути какой-нибудь металл, она вспоминает, что она хороший окислитель, охотно с ним связывается, забирает у него два электрона и живёт в степени окисления – 2. Так получаются разнообразные сульфидные минералы.
Если же с серой встречается какой-нибудь более сильный окислитель (а это обычно бывает кислород), она тут же забывает своё прошлое и отдаёт ему свои электроны, принимая степень окисления + 4 или + 6. Правда, отдаёт электроны она не как металлы, насовсем, а во временное пользование, поэтому связь тут не ионная, а ковалентная. Так получаются оксиды серы, которые при растворении в воде образуют сернистую или серную кислоты. Это сильные кислоты, поэтому, когда они контактируют с металлами, быстро образуются соли — сульфиты и сульфаты. Сульфиты встречаются достаточно редко, для их формирования нужны специфические условия, чтобы кислород был, но немного. Если кислород будет в избытке, образуются сульфаты.
Получается, что основными формами существования серы являются сульфиды, когда кислорода нет (это называется восстановительные условия), и сульфаты, когда кислорода много (это называется окислительные условия).
Сульфиды обычно плохо растворимы в воде, поэтому в подземных водах их мало, а вот сульфаты обычно (за исключением сульфата бария) наоборот прекрасно растворимы, поэтому сульфат-ион это один из шести макрокомпонентов подземных вод, по которым определяется их химический состав (всего макрокомпонентов шесть, три катиона: кальций, магний и натрий, и три аниона: гидрокарбонат, сульфат и хлорид-ионы).
В подземных водах геохимические условия меняются с глубиной. Ближе к поверхности кислорода достаточно, он поступает с поверхности с атмосферными осадками, которые просачиваются в водоносные горизонты. Там формируются окислительные условия, и сера может присутствовать только в виде сульфатов (если, конечно, нет загрязнения). С глубиной количество сульфатов возрастает, потому что подземные воды по ходу движения растворяют содержащие их минералы. Одновременно с этим из подземных вод исчезает кислород, который расходуется на окисление всего, что ему под руку попадётся (в первую очередь — органики). И вот наступает такой момент, когда свободный кислород из подземных вод исчезает, а вот восстановители остаются. Тут в дело вступают более слабые окислители, одним из которых является сера.
Этот процесс называется сульфатредукция. В ходе сульфатредукции органические вещества (для простоты можно принять, что это углеводороды — соединения углерода и водорода) вступают в реакцию с сульфат-ионами. В результате получается углекислота, вода и сероводород. Если поблизости есть свободные ионы металлов (того же железа) то сероводород довольно быстро вступает с ними в реакцию и образующиеся в результате неё сульфиды выпадают в осадок. Однако, вблизи той зоны, где происходит окисление органики, количество сероводорода растворённого в воде может быть достаточно для того, чтобы вода плохо пахла. Кстати, в процессе сульфатредукции принимают участие бактерии, которые живут даже в глубоких водоносных горизонтах. Для нас эти бактерии не опасны, но на формирование подземных вод они оказывают большое влияние.
Так что же нужно для того, чтобы вода из скважины плохо пахла. Такая скважина должна попасть в зону, где одновременно сложились два условия. Во-первых, в породах должно быть много органики, а во-вторых, должен быть обеспечен приток воды, содержащей в достаточном количестве сульфаты. Часто ли такие условия встречаются? Не очень, ведь если есть постоянный доступ воды с сульфатами, они должны окислить всю органику и новому сероводороду будет взяться неоткуда. Но всё-таки такие места есть.
В Подмосковье и ближайших областях для водоснабжения обычно используются артезианские водоносные горизонты. Эти горизонты расположены в известняках, отложившихся в каменноугольный период палеозойской эры. Вода из них хорошо защищена от попадания загрязнения с поверхности, потому что на большей части территории Подмосковья они перекрыты сверху слоем непроницаемых глин, сформировавшихся в юрский период мезозойской эры. Эти глины, плотные и практически непроницаемые, содержат в своём составе очень много органики. Именно за счёт её они имеют глубокий чёрный цвет. На отдельных участках территории, в основном в долинах крупных рек, эти глины размыты и здесь в артезианские водоносные горизонты проникает вода, содержащая большое количество сульфатов. Такие условия идеальны для появления в воде сероводорода. Но и в более глубоких горизонтах могут встречаться скопления органического вещества, и там тоже может появиться сероводород. В Калужской и Тульской областях для водоснабжения используются водоносные горизонты залегающие под слоями бобриковских песков. Эти пески, отложившиеся в начале каменноугольного периода, тоже содержат много органики, раньше из них даже добывали бурый уголь. Это тоже хорошие условия для появления у воды отвратительного запаха. Так что если вы пробурили артезианскую скважину и вода из неё пахнет тухлыми яйцами, скорее всего вам просто не повезло и вы попали в такую зону.
Опасен ли природный сероводород в воде? Обычно нет. Санитарные нормы определяют предельно допустимую концентрацию сероводорода в питьевой воде, это 0,05 миллиграммов на литр. При этом он обладает таким сильным запахом, что воду становится невозможно пить при значительно меньшем содержании сероводорода.
Что с этим делать? Можно попробовать углубить скважину. Возможно, она начнёт отбирать воду из водоносных слоёв, не заражённых сероводородом. При этом со временем запах в воде может снова появиться, так как при работе скважина забирает воду из всё большего объёма водоносных пород, и может подтянуть к себе и воду с сероводородом.
Наилучший выход — это оборудовать хорошую водоподготовку. От запаха сероводорода обычно спасает аэрация воды. Если через воду пропустить воздух, то часть сероводорода улетучится, а часть окислится кислородом до безобидного сульфата. Такую воду можно будет спокойно пить.
Сероводород в мелкой скважине
Всё вышесказанное характерно для глубоких скважин, эксплуатирующих хорошо защищённые от загрязнения водоносные горизонты. Если же у вас мелкая скважина добывающая воду из водоносных горизонтов, залегающих у поверхности земли, появление в воде запаха сероводорода — это повод для серьёзного беспокойства.
В неглубоких водоносных горизонтах обычно формируются окислительные условия, в которых сероводород существовать не может. Если же он всё-таки появился, это значит, что в воде есть вещества-восстановители, и скорее всего это органика. Если ваша скважина пробурена не посреди болота, скорее всего в водоносный горизонт попадает загрязнение. Обычно это фекальные стоки из септика, навозохранилища или дырявого канализационного коллектора. В любом случае, кроме сероводорода в воде могут появиться болезнетворные бактерии и вредные химические вещества. Про использование воды из этой скважины для питья или бытового водоснабжения можно забыть. Единственный выход, это оборудовать новую скважину на глубокие защищённые водоносные горизонты.
