Hidrológiai tájékoztató, 1962
1. szám, április - Dr. Vendl Aladár: A talajvíz szulfát-ionjának csökkentése
A talajvíz szulfát-ionjának csökkenése DK. VENDL ALADÁR A talajvizet tartalmazó kékes színű agyaogs lerakódásokban azonnal szulfát-ion keletkezik, amint oxigén (levegő) jut az agyagos kőzethez. Ez történik akkor is, amikor mérnöki munka folyamán (alapozások, csatornák, bevágások stb) az agyag levegővel kerül érintkezésbe. Csak pontos földtani vizsgálatok alapján állapítható meg, hogy a szulfátos talajvíz a beépített betont mennyire rongálhatja és, hogy a szulfát-tartalom csökkenése várható-e? Ismeretes, hogy a kékes agyagok piritet tartalmaznak. A kékes agyag lassanként sárgás-barna színű lesz, ha sokáig érintkezik levegővel. Ezt a színváltozást a pirit oxidációja idézi elő, ami akkor megy végbe, ha az agyag, illetve a benne lévő pirit sok levegővel érintkezik. Az oxidáció folyamán kénsav képződik, amely az agyag ásványainak nagy részét elbontja szulfátok képződése közben; a pirit vastartalmából végeredményben vashidroxid (limonit) képződik, ami az eredeti kék színű kőzetet sárgásbarnára festi. Ezek az átalakulások — amint ismeretes — a következő sémákkal fejezhetők ki: 2FeS 2 + 2H 20 +70 2 = 2FeS0 4 + 2H 2S0 4 pirit ferroszulfát kénsav A kénsav azonnal hat az agyagban lévő kalcités dolomitszemcsékre, illetve a talajvízben oldott hidrogénkarbonátokra : CaC0 3 + H 2SÖ 4 = CaS0 4 + H 20 + C0 2 kalcit Ca(HC0 3) 2 + H 2S0 4 = CaSO,, + 2HoO C0 2 összevontan ezek az átalakulások így is érzékithetők: 2FeS :. + H 2ö +70 2 + CaC0 3 = 2FeS0 4 + H 2Sö 4 + + CaSO, + C0 2 2FeS 2 -f 70„ + Ca(HC0 3) s = 2FeS0 4 H 2S0 4 + + CaS0 4 + 2CÖ 2 A képződött CaSOj vízben csak kissé oldódik, legnagyobb része gipsz (CaS0,.2H 20) alakjában kikristályosodik az agyagban. A ferroszulfát tovább oxidálódik pl.: 12FeS0 4 + 6H 20 -f 30,= 4Fe 2(S0 4). 3 + 4Fe(OH)-> ferriszulfát ferrihidroxid A ferrihidroxid eleinte sol-alakban van a talajvízben, majd azonban koaguláció folytán mint linomit válik ki. Az agyagban lévő dolomitszemcsék magnéziumjából a kénsav hatására magnéziumszulfát képződik, ami a vízben oldva marad. A kénsav az agyagban lévő földpátszemcsék nátrium- és káliumtartalmával nátriumszulfátot, káliumszulfátot alkot, illetőleg azok ionjai jelennek meg a talajvízben. A kénsav egy része a ferroszulfát oxidációjára használódik fel: 4FeSO, + 2H 2SO, + 0 3 = 2Fe 2(S0 4), + 2H 20 A ferriszulfát oxidálólag hat a fémszulfidokra, így az agyacban még elhontatlan piritre, pl.: FeS„ + Fe 2(SOj) 3 = 3FeSO, 4- 2S A kén in statu nascenti oxidálódik s víz jelenlétében kénsavat képez. Az utolsó vázlatos egyenlet értelmében képződött ferroszulfát oxidálódik a fentebb említett egyenlet szerint. A fennmaradt ferriszulfát hidrolitosan bomlik: Fe 2(S0 4) 3 + 6H 20 ^ 2Fe(OH) 3 + 3H 2S0 4 Az utolsó egyenlet szerint egyensúlynak kellene előállnia. A képződött kénsav azonban mindig felhasználódik a karbonátok és szilikátok elbontására, úgy, hogy a ferriszulfát összes vastartalma ferrihidroxidot képez. A magnézium-ion főleg az agyagban lévő dolomitszemcsékből, kisebb részben az agyag biotitjából és kloritjából származik. Az agyaggal érintkező s a szulfátokat tartalmazó talajvíz koagulálja az agyagrészecskéket, aminek következtében az agyag .vízvezető lesz. A szulfát-ion képződéséhez sok levegő szükséges (lásd az első egyenletet). Ezért a nagyobb átmérőjű fúrólyukban — ha a lyuk nincs bélelve, tehát falazata maga az agyag — a szulfát-ion mennyisége hamarabb megnő a lyukban lévő talajvízben, mint a kisebb átmérőjű lyukban. Az éppen elkészült bevágásban vagy furólyukban összegyűlt talajvíz viszonylag csak kevés szulfátot tartalmaz. Hosszabb idő múlva — azaz hoszszab ideig érintkezésben oxigénnel (levegővel) — erősen megnő a szulfát-ion mennyisége. Pl. az egyik fúrólyukban a lágymányosi területen a néhány méter mély fúrás elkészültekor 575 mg/liter S0 4 volt, 5 nap múlva 5952 mg/l. A keserűvizes kutak átmérője ezért nagy és a kútak falazata erősen porózus kőzetekből készült. A szulfát-ion képződése addig tart levegő állandó ielenlétében, amíg pirit van az agyagban. Mennyisege lényegesen csökkenhet, vagy csökkenthető bizonyos földtani viszonyok között. Ha a helyzet 'olyan, hogy a területet néhánv dm vastag agyag borítja a legmagasabb talajvízszint fölött, s a7 agyagban nincs bevágás, akkor a betontesteknek a kékes agyasba való elhelyezésekor megindul a szulfát-ion képződése. Ha a munka befejezése után a megbontott területet agyageal újból elzárjuk a külső levegőtől, megszűnik a szulfát további képződése. A munkálatok közben képződött szulfátok a beton korróziójára használódnak fel, vagy esetleg a talajvízzel eltávoznak. Ha ugyanis a talajvíz a rétegek dőlése szerint elfolyhat, akkor a szulfát-ion a talajvízzel együtt gyakorlatidé eltávozik. Ha ilven körülmények közt a nirit oxidációja levegő hiányában nem mehet végbe, újabb szulfát-kéDződés nem lehetséges. Ilyenek a viszonyok nl. a budapesti vízművek békásmegyeri Szentendreiszigeti. Palotai-szigeti területén, ahol sok kút fyűiti öszs'» a vízvezeték számára a viz^t. A kőzethatárnlíat ieen sűrűn telepített fúrások állapították met? Alul teleoül a helvéti szürkés-kék. helyenként erősebhen homokos agyag, amelven a víztartó pleisztocén homokos kavics nvueszik. Leefeliil iszanos atrvag borítja a fölszint (1. ábra). A sok kút a 2. kőzetből nyeri vízét A kút.nk vízének összeevűi tűsére és a pesti oldalra átvezetésére a helvéti kék agyagban betonból készült bujtató 1. ábra. Szelvény a Palotai szigeten (baloldalon) és a Szentendrei sziget déli részén át D-É-i irányban. 1 = helvéti agyag, helyenként homokos; 2 = pleisztocén homokos kavics; 3 = iszapos agyag. Mérték a hosszúságra: 1 cm = 0,55 km; a magasságra: 1 cm = 8 m. A kútak a szelvény hosszában sorakoznak, s u pleisztocén kavicsban lévő vizet gyűjtik össze. A kutak nem érnek le az agyagba. A bujtató a helvéti agyagban készült a szelvényre merőleges irányban. A nyíl az agyag dőlési irányát jelzi. 7
