Неорганические вещества в водных системах

Неорганические вещества в водных системах Кал ьций Главными источник ами поступления кальция в поверхностные воды являются процессы химического выветрива ния и растворения минералов , прежде всего известняков , доломитов , гипса , кальцийсодержащих си ликатов и других осадочных и метаморфических пород . CaCO 3 + CO 2 + H 2 O Ы Са (HCO 3 ) 2 Ы Ca 2+ + 2HCO 3 - Растворению способствуют микробиолог ические процессы разложения органических веществ , сопровождающиеся понижением рН . Большие количества кальция выносятся со сточными водами силикатной , металлургической , стекольной , химической промышл енности и с о стоками сельскохозяйственных угодий , особенно при использовании кальцийсодержащих минеральных удобрений . Характерной особенностью кальция является склонность образовывать в поверхностных водах довольно устойчивые пересыщенные растворы CaCO 3 . Ионная форма ( Ca 2+ ) характерна только для маломинерализованных природных вод . Известны дово льно устойчивые комплексные соединения кальция с органическими веществами , содержащимися в воде . В некоторых маломинерализованных окрашенн ых водах до 90-100% ионов к альция могут быть связаны гумусовыми кислотами . В речных водах содержание кальция редко превышает 1 г /дм 3 . Обычно же его концентрации значительно ниже. Концентрация к альция в поверхностных водах подвержена замет ным сезонным колебаниям . В период понижения минерализации (весной ) ионам кальция при надлежит преобладающая роль , что связано с легкостью выщелачивания растворимых солей каль ция из поверхностного слоя почв и пород . ПДК вр кальция составляет 180 мг /дм 3 . Довольно жестк ие требования к содержанию кальц ия пр едъявляются к водам , питающим паросиловые уст ановки , поскольку в присутствии карбонатов , су льфатов и ряда других анионов кальций обр азует прочную накипь . Данные о содержании кальция в водах необходимы также при реше нии вопросов , связанных с формирова н ием химического состава природных вод , их происхождением , а также при исследовании карбонатно-кальциевого равновесия. Магний В поверхностные воды магний поступает в основном за сч ет процессов химического выветривания и раств орения доломитов , мерг елей и других ми нералов . Значительные количества магния могут поступать в водные объекты со сточными во дами металлургических , силикатных , текстильных и других предприятий . В речных водах содержание магния обычно колеблется от нескольких единиц до десятков миллиграммов в 1 дм 3 . Содержание маг ния в поверхностных водах подвержено заметным колебаниям : как правило , максимальные концент рации наблюдаются в меженный период , минималь ные — в период половодья . ПДК вр ионов М g 2+ составляет 40 мг /дм 3 . Кремн ий Кремний является постоянным компонентом химического состава п риродных вод . Этому способствует в отличие от других компонентов повсеместная распростран енность соединений кремния в горных породах , и только малая растворимость последних о бъясняет малое сод ержание кремния в в оде . Главным источнико м соединений кремния в природных водах яв ляются процессы химического выветривания и ра створения кремнийсодержащих минералов , например а люмосиликатов : KMg 3 AlSi 3 O 10 (OH) 2 +7H 2 CO 3 + 1 / 2 H 2 O Ю K + +3Mg 2+ +7HCO 3 - +2H 4 SiO 4 + 1 / 2 Al 2 Si 2 O 5 (OH) 4 . Значительные количества кремния поступают в природные воды в процессе отм ирания наземных и водных растительных организ мов , с атмосферными осадками , а также со сточными водами предприятий , производящих керам ические , цементные , стекольные издел ия , сил икатные краски , вяжущие материалы , кремнийорганиче ский каучук и т.д . Формы соединений , в которых находится кремний в растворе , весьма многообразны и меняются в зависимости от минерализации , сост ава воды и значений рН . Часть кремния находится в исти нно растворенном состояни и в виде кремниевой кислоты и поликремние вых кислот : H 4 SiO 4 Ы H + H 3 SiO 4 - . Таблица 4.1. Соотношение форм производных кремниевой кислот ы в воде в зависимости от значений рН , % количества вещест ва эквивалентов (К 1 = 1,41· 10 -10 ) Форма рН 7 8 9 10 [H 4 SiO 4 ] 99,9 98,6 87,7 41,5 [H 3 SiO 4 - ] 0,1 1,4 12,3 58,5 Поликремниевые ки слоты имеют переменный состав типа mSiO 2 · nH 2 O , где m и n — целые числа . Кроме того , кремний содержится в природных вода х в виде коллоидов типа xSiO 2 · yH 2 O . Концентрация кремния в речных водах колеблется обычно от 1 до 20 мг /дм 3 ; в подземных водах его концентрация возрастает от 20 до 30 мг /дм 3 , а в горячих термальных во дах содержание кремния может достигать сотен миллиграммов в 1 дм 3 . Сравнитель н о малое содержание кремния в поверхн остных водах , уступающее растворимости диоксида кремния (125 мг /дм 3 при 26°С , 170 мг /дм 3 при 38°С ), указывает на наличие в воде процессов , уменьшающих его концентра цию . К ним надо отнести потребление кремни я водными орга низмами , многие из котор ых , например диатомовые водоросли , строят свой скелет из кремния . Кроме того , кремниевая кислота как более слабая вытесняется из раствора угольной кислотой : Na 4 SiO 4 + 4CO 2 + 4H 2 O = H 4 SiO 4 + 4NaHCO 3 . Неустойчивости кремния в раство ре способствует и склонность кремниевой кислоты при определенных условиях переходить в гель . Режим кремния в поверхностных водах д о некоторой степени сходен с режимом соед инений азота и фосфора , однако кремний ник огда не лимитирует развитие растительности . ПДК в кремния равна 10 мг /дм 3 . Углерод Диокси д углерода Диоксид углерода содержится в воде в основном в виде растворенных молекул CO 2 , и лишь малая час ть его (около 1%) при взаимодействии с водой образует угольную кислоту : CO 2 + H 2 O Ы H 2 CO 3 . Диоксид углерода , гидрокарбонатные и карб онатные ионы являются основными компонентами карбонатной системы . В растворе между ними существует подвижное равновесие : H 2 CO 3 Ы Н + + HCO 3 - Ы 2Н + + CO 3 2- . Соотношение между компонентами в значител ьн ой мере определяется величиной рН . При рН 4,5 и ниже из всех компонен тов карбонатного равновесия в воде присутству ет только свободная углекислота . В интервале рН 6-10 гидрокарбона тные ионы являются основной формой производны х угольной кислоты (максимальное их соде ржание при рН 8,3-8,4). При рН более 10,5 главной формой существования угольной кислоты являются карбонатные ионы . Главным источником поступления оксида угл ерода в природные воды являются процессы биохимического распада органических остатков , оки с ления органических веществ , дыхания водн ых организмов . Одновременно с процессами поступления зна чительная часть диоксида углерода потребляется при фотосинтезе , а также расходуется на растворение карбонатов и химическое выветриван ие алюмосиликатов : CaCO 3 + CO 2 + H 2 O Ы Ca(HCO 3 ) 2 ; HSiO 3 - + CO 2 + H 2 O Ы H 2 SiO 3 + HCO 3 - . Уменьшение содержания диоксида у глерода в воде происходит также в результ ате его выделения в атмосферу . Концентрация диоксида углерода в природных водах колеблетс я от нескольких десятых долей до 3-4 м г /дм 3 , изредка достигая величины 10-20 мг /дм 3 . Обычно весной и летом содержание диоксида углерода в водоеме понижается , а в осенне-зимний период увеличивается , достигая максимума в конце зимы . Диоксид углерода имеет исключительно важное значение для растительных организмов (как источник углерода ). В то же время повышенные концентрации CO 2 угнетающе действуют на животные организмы . При высоких концен трациях CO 2 воды становятся агрессивными по от ношению к металлам и бетону в результате образования р астворимых гидрокарбонатов , нарушающих структуру этих материалов. Карбон аты Основным источник ом гидрокарбонатных и карбонатных ионов в поверхностных водах являются процессы химическ ого выветривания и растворения карбонатных по род типа известн яков , мергелей , доломитов , например : CaCO 3 + CO 2 + H 2 O Ы С a 2+ + 2HCO 3 - ; MgCO 3 + CO 2 + H 2 O Ы Mg 2+ + 2HCO 3 - . Некоторая часть гидрокарбонатных ионов поступает с атмосферными осадками и грунтовыми водами . Гидрокарбонатные и карбонатн ые ионы выносятся в водо емы со ст очными водами предприятий химической , силикатной , содовой промышленности и т.д . По мере накопления гидрокарбонатных и особенно карбонатных ионов последние могут выпадать в осадок : Ca(HCO 3 ) 2 Ю CaCO 3 + H 2 O + CO 2 ; С a 2+ + CO 3 2- Ю CaCO 3 . В речных в одах содержани е гидрокарбонатных и карбонатных ионов колебл ется от 30 до 400 мг HCO 3 - /дм 3 , в озерах — от 1 до 500 мг HCO 3 - /дм 3 , в морской воде — от 100 до 200 мг /дм 3 , в атмосферных осадках — от 30 до 100 мг /д м 3 , в грунтовых водах — от 150 до 300 мг /дм 3 , в подземных водах — от 150 до 900 мг /дм 3 . Азот общий Под общим азот ом понимают сумму минерального и органическог о азота в природных водах . Азотсодержащие со единения находятся в поверхностных водах в растворенном , коллоидном и взвешенном состоянии и могут под влиянием многих физико- химических и биохимических факторов переходить из одного состояния в другое . Средняя концентрация общего азо та в природных водах колеблется в значите льных пределах и зависит от трофности вод ного объекта : для олиготрофны х изменяется обычно в пределах 0,3-0,7 мг /дм 3 , для мезотрофных — 0,7-1,3 мг /дм 3 , для эвтрофных — 0,8-2,0 мг /дм 3 . Сумма минерального азота Сумма минеральног о азота - это сумма аммонийного , нитратного и нитритного азота . Повышение концент раци и ионов аммония и нитритов обычно указывает на свежее загрязнение , в то время как увеличение содержания нитратов — на загрязнение в предшествующее время . Все формы азота , включая и газообразную , с пособны к взаимным превращениям. Аммиак В природной воде аммиак образуется при разложении аз отсодержащих органических веществ . Хорошо раствор им в воде с образованием гидроксида аммон ия . О содержании аммиака в поверхностных в одах (см . раздел “Аммоний” ). ПДК в аммиака составляет 2,0 мг /дм 3 , ПДК вр — 0,05 м г /дм 3 (лимитирую щий показатель вредности — токсикологический ). Аммоний Содержание ионов аммония в природных водах варьирует в интервале от 10 до 200 мкг /дм 3 в пересчете на азот . Присут ствие в незагрязненных поверхностных водах ио но в аммония связано главным образом с процессами биохимической деградации белковых веществ , дезаминирования аминокислот , разложения мочевины под действием уреазы . Основными ис точниками поступления ионов аммония в водные объекты являются животноводческие фер м ы , хозяйственно-бытовые сточные воды , повер хностный сток с сельхозугодий в случае ис пользования аммонийных удобрений , а также сто чные воды предприятий пищевой , коксохимической , лесохимической и химической промышленности . В стоках промышленных предприятий с о держится до 1 мг /дм 3 аммония , в бытовых стоках — 2-7 мг /дм 3 ; с хозяйстве нно-бытовыми сточными водами в канализационные системы ежесуточно поступает до 10 г аммоний ного азота (на одного жителя ). При переходе о т олиготрофных к мезо - и эвтрофным водоема м во зрастают как абсолютная концентрация ионов аммония , так и их доля в об щем балансе связанного азота . Концентрация аммония в питьевой воде не должна превышать 2 мг /дм 3 по азоту . ПДК вр солевого аммония составляет 0,5 мг /дм 3 по азоту (лимитирующий показатель вредности — токсикологический ). Присутствие ам мония в концентрациях порядка 1 мг /дм 3 снижает способность гемоглобина рыб связывать кислород . Признаки интоксикации — возбуждение , судороги , рыба ме чется по воде и выпрыгивает на поверхност ь . Механизм токсиче ского действия — в озбуждение центральной нервной системы , поражение жаберного эпителия , гемолиз (разрыв ) эритроцит ов . Токсичность аммония возрастает с повышени ем pH среды. Таблица 4.2. Содержание аммония в водоемах с различной степенью загр язненности Степень загрязне ния (классы водоемов ) Аммонийный азот , м г /дм 3 Очен ь чистые 0,05 Чист ые 0,1 Умеренно загря зненные 0,2-0,3 З агрязненные 0,4-1,0 Грязные 1,1-3,0 Очень грязные >3,0 Повышенная концен трация ионов аммония может быть использован а в качестве индикаторного показателя , отражающего ухудшение санитарного состояния во дного объекта , процесса загрязнения поверхностных и подземных вод , в первую очередь , быт овыми и сельскохозяйственными стоками. Нитраты Присутствие нитра т ных ионов в природных водах связано с : · внутриводоемными процессами нитрификации аммонийных ионов в присутствии кислорода п од действием нитрифицирующих бактерий ; · атмосферными осадками , которые поглощают образующиеся при атмосферных электрических р азря дах оксиды азота (концентрация нитрат ов в атмосферных осадках достигает 0,9 - 1 мг /д м 3 ); · промышленными и хоз яйственно-бытовыми сточными водами , особенно после биологической очистки , когда концентрация до стигает 50 мг /дм 3 ; · стоком с сельскохоз яйственны х угодий и со сбросными вода ми с орошаемых полей , на которых применяют ся азотные удобрения. Главными процесса ми , направленными на понижение концентрации н итратов , являются потребление их фитопланктоном и денитрофицирующими бактериями , которые при недостатк е кислорода используют кислород нитратов на окисление органических веществ . В поверхностных водах нитраты находятся в растворенной форме . Концентрация нитратов в поверхностных водах подвержена заметным сезонным колебаниям : минимальная в вегетационны й пери од , она увеличивается осенью и достигает максимума зимой , когда при мини мальном потреблении азота происходит разложение органических веществ и переход азота из органических форм в минеральные . Амплитуда сезонных колебаний может служить одним из показателе й эвтрофирования водного объекта . В незагрязнен ных поверхностных водах концентрация нитрат-ионов не превышает величины порядка десятков м икрограммов в 1 дм 3 (в пересчете на азот ). С нарастанием эвтрофикации абсолютная концентрация нитратного азота и его до ля в сумме мин ерального азота возрастают , достигая n · 10 -1 мг /дм 3 . В незагрязненных подземных водах содер жание нитратных ионов обычно выражается сотым и , десятыми долями миллиграмма и реже един ицами миллиграммов в 1 дм 3 . Подземные водоносные горизонты в боль шей степени подвержены нитратному загрязнению , чем поверхностные водоемы (т.к . отс утствует потребитель нитратов ). Таблица 4.3. Значения предельно допустимых концентраций нитратов для овощей и фруктов , мг /кг Культура ПДК пр. Культура ПДК пр. Листовые овощи 2000 Картофель 250 Перец сладкий 200 Капуста ранняя 900 Кабачки 400 Морковь 250 Дыни 90 Томаты 150 Арбузы 60 Огурцы 150 Виноград столовый 60 Свекла столовая 1400 Яблоки 60 Лук репчатый 80 Груши 60 Лук перо 600 При длительном употре блении питьевой воды и пищевых продуктов , содержащих значительные количества н итратов (от 25 до 100 мг /дм 3 по азоту ), резко возрастает конц ентрация метгемоглобина в крови . Крайне тяжел о протекают метгемоглобинемии у грудных детей (прежде всего , искусственн о вскармливаемы х молочными смесями , приготовленными на воде с повышенным — порядка 200 мг /дм 3 — содержанием нитра тов ) и у людей , страдающих сердечно-сосудистыми заболеваниями . Особенно в этом случае опа сны грунтовые воды и питаемые ими колодцы , поскольку в открытых водоемах нитраты частично потребляются водными растениями . Присутствие нитрата аммония в концентраци ях порядка 2 мг /дм 3 не вызывает нарушения биохимических пр оцессов в водоеме ; подпороговая концентрация этого вещества , не влияющая на санитарный режим водоема , 10 мг /дм 3 . Повреждающие концентрации соединен ий азота (в первую очередь , аммония ) для различных видов рыб составляют величины по рядка сотен миллиграммов в 1 дм 3 воды . В воздействии на человека различают п ервичную токсичность собственно нитр ат-иона ; вторичную , связанную с образованием нитрит-иона , и третичную , обусловленную образованием из нитритов и аминов нитрозаминов . Смертельная доза нитратов для человека составляет 8-15 г ; допустимое суточное потребление по рекомендаци ям ФАО /ВОЗ — 5 мг / к г массы тела . Наряду с описанными эффектами воздействия немаловажную роль играет тот факт , что азот — это один из первостепенных био генных (необходимых для жизни ) элементов . Именн о этим обусловлено применение соединений азот а в качестве удобрений , но , с д руго й стороны , с этим связан вклад вынесенного с сельскохозяйственных земель азота в ра звитие процессов эвтрофикации (неконтролируемого роста биомассы ) водоемов . Так , с одного гек тара орошаемых земель выносится в водные системы 8-10 кг азота . ПДК в нитрато в составляет 45 мг /дм 3 (по NO 3 - ) (тождественно равен стандарту США для питьево й воды ), ПДК вр - 40 мг /дм 3 (по NO 3 - ) ил и 9,1 мг /дм 3 (п о азоту ). Нитриты Нитриты представл яют собой промежуточную ступень в цепи ба ктериальных процессов окислен ия аммония д о нитратов (нитрификация — только в аэроб ных условиях ) и , напротив , восстановления нитра тов до азота и аммиака (денитрификация — при недостатке кислорода ). Подобные окислител ьно-восстановительные реакции характерны для стан ций аэрации , систем в одоснабжения и собственно природных вод . Кроме того , нит риты используются в качестве ингибиторов корр озии в процессах водоподготовки технологической воды и поэтому могут попасть и в системы хозяйственно-питьевого водоснабжения . Широко известно также приме н ение нитрит ов для консервирования пищевых продуктов . В поверхностных водах нитриты находятся в растворенном вид е . В кислых водах могут присутствовать неб ольшие концентрации азотистой кислоты ( HNO 2 ) (не диссоциированной на ионы ). Повышенное содержани е нитр итов указывает на усиление проц ессов разложения органических веществ в услов иях более медленного окисления NO 2 - в NO 3 - , что указывает на загрязнение во дного объекта , т.е . является важным санитарным показателем . Концентрация нитритов в поверхн остных водах составляет сотые (иногда да же тысячные ) доли миллиграмма в 1 дм 3 ; в подземных водах концентрация нитритов обычно выше , особенно в верхних водоносных горизонтах (сотые , д есятые доли миллиграмма в 1 дм 3 ). Сезонные колеб ания содержания нитритов характеризуют ся отсутствием их зимой и появлением весной при разложении неживого органического вещества . Наибольшая концентрация нитритов наблюдается в конце лета , их присутствие связано с активностью фитопланктона (установлена способность диатомовых и зеленых водорос л ей восстанавливать нитраты до нитритов ). Осенью содержание нитритов уменьшается . Одной из особенностей распределения нитри тов по глубине водного объекта являются х орошо выраженные максимумы , обычно вблизи ниж ней границы термоклина и в гиполимнионе , г де ко нцентрация кислорода снижается наибо лее резко . Для нитритов ПДК в установлена в размере 3,3 мг /дм 3 в виде иона NO 2 - или 1 мг /дм 3 в пересчете на азот . ПДК вр - 0,08 мг /дм 3 в виде иона NO 2 - или 0,02 мг /дм 3 в пересчете на азот. В соответствии с требованиями г лобальной системы мо ниторинга состояния окружающей среды (ГСМОС /GEMS) нитрит - и нитрат-ионы входят в программы о бязательных наблюдений за составом питьевой в оды и являются важными показателями степени загрязнения и трофического статуса природных водоемов. Фосфор общий Под общим фосф ором понимают сумму минерального и органическ ого фосфора . Так же , как и для азота , обмен фосфором между его минеральными и органическими формами с одн ой стороны , и живыми организмами — с другой , является основным факто ром , опреде ляющим его концентрацию. Таблица 4.4. Формы фосфора в природных водах Химические формы Р Общий Фильтруемый (растворенный ) Частицы Общий Общий растворенный и взвешенны й фосфор Общий растворенный фосфор О бщий фосфор в частицах О рто фосфаты Общий растворенный и взвешенный фосфор Растворенные ортофосфаты Ортофосфаты в частицах Гидролизируемые кислотой фосфаты Общие растворенные и взвешенные гидролизируемые кисл отой фосфаты Растворенные гидролизируемые ки слотой фосфаты Гидролизируем ые кислотой фосфаты в частицах Органический фосфор Общий растворенный и взвешенный органический фосфор Растворенный органическ ий фосфор Органический фосфор в частицах Концентрация общего растворенного фосфора (минерального и органического ) в незагрязнен ных природных водах изменяется от 5 до 200 мкг /дм 3 Фосфор — в ажнейший биогенный элемент , чаще всего лимити рующий развитие продуктивности водоемов . Поэтому поступление избытка соединений фосфора с водосбора в виде минеральных удобрений с поверхностным сток ом с полей (с гек тара орошаемых земель выносится 0,4-0,6 кг фосфора ), со стоками с ферм (0,01-0,05 кг /сут . на о дно животное ), с недоочищенными или неочищенны ми бытовыми сточными водами (0,003-0,006 кг /сут . на одного жителя ), а также с некоторыми п роизводс т венными отходами приводит к резкому неконтролируемому приросту растительной биомассы водного объекта (это особенно ха рактерно для непроточных и малопроточных водо емов ). Происходит так называемое изменение тро фического статуса водоема , сопровождающееся пер е стройкой всего водного сообщества и ведущее к преобладанию гнилостных процес сов (и , соответственно , возрастанию мутности , со лености , концентрации бактерий ). Один из вероятных аспектов процесса э втрофикации — рост сине-зеленых водорослей (ц ианобактерий ), м ногие из которых токсичны . Выделяемые этими организмами вещества относ ятся к группе фосфор - и серосодержащих орг анических соединений (нервно-паралитических ядов ). Действие токсинов сине-зеленых водорослей может проявляться в возникновении дерматозов , желу д очно-кишечных заболеваний ; в особенно тяжелых случаях — при попадании большой массы водорослей внутрь организма — мож ет развиваться паралич . В соответствии с требованиями глобальной системы мониторинга состояния окружающей сре ды (ГСМОС /GEMS) в программы о бязательных н аблюдений за составом природных вод включено определение содержания общего фосфора (раств оренного и взвешенного , в виде органических и минеральных соединений ). Фосфор является в ажнейшим показателем трофического статуса природ ных водоемов. Фосфор органический В этом разделе не рассматриваются синтезированные в промышл енности фосфорорганические соединения . Природные соединения органического фосфора поступают в природные воды в результате процессов жизнеде ятельности и посмертного рас пада водных организмов , обмена с донными отложениями . Органические соед инения фосфора присутствуют в поверхностных в одах в растворенном , взвешенном и коллоидном состоянии. Фосфор минеральный Соединения минера льного фосфора поступают в природ ные воды в результате выветривания и растворения пород , содержащих ортофосфаты (апатиты и фосфориты ) и поступления с поверхности водосб ора в виде орто -, мета -, пиро - и полифосф ат-ионов (удобрения , синтетические моющие средства , добавки , предупреждающие об р азование накипи в котлах , и т.п .), а также об разуются при биологической переработке остатков животных и растительных организмов . Избыточн ое содержание фосфатов в воде , особенно в грунтовой , может быть отражением присутствия в водном объекте примесей удобр е ний , компонентов хозяйственно-бытовых сточных вод , разлагающейся биомассы . Основной формой неорганического фосфора при значениях pH водоема больше 6,5 являе тся ион HPO 4 2- (около 90%). В кислых водах неорганический фосфор присутствует пре имущественно в вид е H 2 PO 4 - . Концентрация фосфатов в природн ых водах обычно очень мала — сотые , р едко десятые доли миллиграммов фосфора в 1 дм 3 , в загрязне нных водах она может достигать нескольких миллиграммов в 1 дм 3 . Подземные воды содержат обычно не более 100 мкг /дм 3 фос фатов ; исключение составляют вод ы в районах залегания фосфорсодержащих пород. Содержание соединений фосфора подвержено значительным с езонным колебаниям , поскольку оно зависит от соотношения интенсивности процессов фотосинтеза и биохимического окисления ор ганических веществ . Минимальные концентрации фосфатов в поверхностных водах наблюдаются обычно весно й и летом , максимальные — осенью и зи мой , в морских водах — соответственно вес ной и осенью , летом и зимой . Общее токсическое действие солей фосфорно й кисло ты возможно лишь при весьма высоких дозах и чаще всего обусловлено примесями фтора . В методике оценки экологической ситуации , принятой Госкомэкологией РФ , рекоме ндован норматив содержания растворимых фосфатов в воде — 50 мкг /дм 3 . Без предварительн ой подг отовки проб колориметрически опред еляются неорганические растворенные и взвешенные фосфаты. Полифосфа ты Полифосфаты можно описать следующими химическими формулами : Me n (PO 3 ) n , Me n+2 P n O 3n+1 , Me n H 2 P n O 3n+1 . Полифосфаты применяются для умягч ения воды , обезжиривания волокна , как компонент стиральных порошков и мыла , ингибитор корро зии , катализатор , в пищевой промышленности . Полифосфаты малотоксичны . Токсичность полифос фатов объясняется их способностью к образован ию комплексов с биологически в ажными ионами , особенно с кальцием . Установленное допустимое остаточное количество полифосфатов в воде хозяйственно- питьевого назначения составляет 3,5 мг /дм 3 (лимитирующий показател ь вредности — органолептический ). Соединения серы Серово дород и сульфиды Обычно в водах сероводород не содержится или же присутс твует в незначительных количествах в придонны х слоях , главным образом в зимний период , когда затруднена аэрация и ветровое пере мешивание водных масс . Иногда сероводород поя вляе тся в заметных количествах в прид онных слоях водоемов и в летнее время в периоды интенсивного биохимического окислени я органических веществ . Наличие сероводорода в водах служит показателем сильного загрязнен ия водоема органическими веществами . Сероводород в природных водах находится в виде недисс оциированных молекул H 2 S , ионов ги дросульфида HS - и весьма редко — ионов сульфида S 2- . Соотношение между концентрациями этих форм определяется значениями рН воды : при рН < 10 содержанием ионов сульфида можно пренеб речь , при рН 7 содержание H 2 S и HS - примерно одинаково , при рН 4 сероводород почти полностью (99,8%) находится в молекулярной форме . Главным источником сероводорода и сульфид ов в поверхностных водах являются восстановит ельные процессы , протекающие при бак териа льном разложении и биохимическом окислении ор ганических веществ естественного происхождения , и веществ , поступающих в водоем со сточными водами (хозяйственно-бытовыми , предприятий пищевой , металлургической , химической промышленности , прои зводства сул ь фатной целлюлозы (0,01-0,014 мг /дм 3 ) и др .). Особенно интенсивно процессы восстановления происходят в подземных водах и придонных слоях водоемов в условиях слабого переме шивания и дефицита кислорода . Значительные ко личества сероводорода и сульфидов могут поступать со сточными водами нефтеперераб атывающих заводов , с городскими сточными вода ми , водами производств минеральных удобрений . Концентрация сероводорода в водах быстро уменьшается за счет окисления кислородом , растворенным в воде , и микробактериологи ческих процессов (тионовыми , бесцветными и окрашенными серными бактериями ). В процессе окисления сероводорода образуются сера и с ульфаты . Интенсивность процессов окисления серово дорода может достигать 0,5 г сероводорода на 1 дм 3 в сутки . Причиной ограниче ния концентраций в воде является высокая токсичность сероводоро да , а также неприятный запах , который резк о ухудшает органолептические свойства воды , д елая ее непригодной для питьевого водоснабжен ия и других технических и хозяйственных ц елей . Появление сер о водорода в при донных слоях служит признаком острого дефицит а кислорода и развития заморных явлений . Для водоемов санитарно-бытового и рыбохозяйственного пользования наличие серовод орода и сульфидов недопустимо. Сульфаты Сульфаты присутст вую т практически во всех поверхностных водах и являются одними из важнейших а нионов . Главным источнико м сульфатов в поверхностных водах являются процессы химического выветривания и растворени я серосодержащих минералов , в основном гипса , а также окисления сул ьфидов и се ры : 2FeS 2 + 7O 2 + 2H 2 O = 2FeSO 4 + 2H 2 SO 4 ; 2S + 3O 2 + 2H 2 O = 2H 2 SO 4 . Значительные количества сульфатов поступают в водоемы в процессе отмирания организмо в , окисления наземных и водных веществ рас тительного и животного происхождения и с подземн ым стоком . В больших количествах сульфаты содержатся в шахтных водах и в промышленных сто ках производств , в которых используется серна я кислота , например , окисление пирита . Сульфаты выносятся также со сточными водами комму нального хозяйства и сельскохозяй ственного производства . Ионная форма SO 4 2- характерна только для маломинерализованных вод . При увеличении минерализации сульфатные ионы склонны к образованию устойчивых ассоциированных ней тральных пар типа CaSO 4 , MgSO 4 . Содержание сульфатных ионов в раст воре ограничивается сравнительно малой ра створимостью сульфата кальция (произведение раств оримости сульфата кальция L =6,1· 10 -5 ). При низких концентрациях кальция , а также в присутствии посторонних солей концентрация сульфатов может значительно повышаться . Сульфаты активно участвуют в сложном круговороте серы . При отсутствии кислорода по д действием сульфатредуцирующих бактерий они восстанавливаются до сероводорода и сульфидов , которые при появлении в природной воде кислорода снова окисляются до сульфатов . Р астения и другие автотрофные организмы извлекают растворенные в воде сульфаты для построения белкового вещества . После отмиран ия живых клеток гетеротрофные бактерии освобо ждают серу протеинов в виде сероводорода , легко окисляемого до сульфатов в присутств и и кислорода . Концентрация сульфата в природн ой воде лежит в широких пределах . В ре чных водах и в водах пресных озер сод ержание сульфатов часто колеблется от 5-10 до 60 мг /дм 3 , в дождевых водах — от 1 до 10 мг /дм 3 . В подземных водах содержание сульфатов не редко достигает значительно больших величин. Концентрация с ульфатов в поверхностных водах подвержена зам етным сезонным колебаниям и обычно коррелируе т с изменением общей минерализации воды . В ажнейшим фактором , определяющим режим сульфатов , являются меняющ иеся соотношения между поверхностным и подземным стоками . Заметное в лияние оказывают окислительно-восстановительные проце ссы , биологическая обстановка в водном объект е и хозяйственная деятельность человека . Повышенные содержания сульфатов ухудшают органол ептические свойства воды и оказыва ют физиологическое воздействие на организм че ловека . Поскольку сульфат обладает слабительными свойствами , его предельно допустимая концент рация строго регламентируется нормативными актам и . Весьма жесткие требования по сод е ржанию сульфатов предъявляются к водам , питающим паросиловые установки , поскольку суль фаты в присутствии кальция образуют прочную накипь . Вкусовой порог сульфата магния ле жит в пределах от 400 до 600 мг /дм 3 , для сульфата кальция — от 250 до 800 мг /дм 3 . Нал ичие сульфата в промышле нной и питьевой воде может быть как п олезным , так и вредным . ПДК в сульфатов составляет 500 мг /дм 3 , ПДК вр — 100 мг /дм 3 . Не замечено , чтобы сульфат в питьевой воде влиял на процессы коррозии , но при использовании с винцовых труб конц ентрация сульфатов выше 200 мг /дм 3 может привести к вымыванию в воду свинца. Сероуг лерод Сероуглерод предс тавляет собой прозрачную летучую жидкость с резким запахом , которая может в больших количествах попадать в открытые водоемы со сточными водами комбинатов вискозного шелка , заводов искусственной кожи и ряда других производств . При содержании сероуглерода в количестве 30-40 мг /дм 3 наблюдается угнетающее вли яние на развитие сапрофитной микрофлоры . Макс имальная концентрация , не оказывающая то к сического действия на рыб , составляет 100 мг / дм 3 . Сероуглерод является политропным ядом , вы зывающим острые и хронические интоксикации , п оражает центральную и периферическую нервную систему , вызывает нарушения сердечно-сосудистой си стемы . Сероуглерод оказ ывает поражающее д ействие на органы желудочно-кишечного тракта и нарушает обмен витамина В 6 и никотиновой кислоты . ПДК в — 1,0 мг /дм 3 (лимитирующий показатель вредности — органолептический ), ПДК вр — 1,0 мг /дм 3 (лимитирующий показател ь вредности — токсиколо гический ). Натрий Натрий является одним из главных компонентов химического с остава природных вод , определяющих их тип . Основным источник ом поступления натрия в поверхностные воды суши являются изверженные и осадочные поро ды и самородные раствор имые хлористые , сернокислые и углекислые соли натрия . Больш ое значение имеют также биологические процесс ы , протекающие на водосборе , в результате которых образуются растворимые соединения натрия . Кроме того , натрий поступает в природные воды с хозяйственн о -бытовыми и промышленными сточными водами и с водами , сбрасываемыми с орошаемых полей . В поверхностных водах натрий мигрирует преимущественно в растворенном состо янии . Концентрация его в речных водах коле блется от 0,6 до 300 мг /дм 3 в зависимости от физико -гео графических условий и геологических особенностей бассейнов водных объектов . В подземных во дах концентрация натрия колеблется в широких пределах — от миллиграммов до граммов и десятков граммов в 1 дм 3 . Это определяется составом во довмещающих пород , глуб иной залегания под земных вод и другими условиями гидрогеологиче ской обстановки. ПДК в натрия составляет 200 мг /дм 3 , ПДК вр — 120 мг /дм 3 . Калий Калий — один из главных компонентов химического состава природных вод . Источником его поступления в по верхностные воды являются геологич еские породы (полевой шпат , слюда ) и раство римые соли . Различные растворимые соединения калия образуются также в результате биологиче ских процессов , протекающих в коре выветриван ия и почвах . Для калия характерна склоннос т ь сорбироваться на высокодисперсных частицах почв , пород , донных отложений и задерживаться растениями в процессе их пит ания , роста . Это приводит к меньшей подвиж ности калия по сравнению с натрием , и поэтому калий находится в природных водах , особенно повер х ностных , в более низкой концентрации , чем натрий . В природные во ды калий поступает также с хозяйственно-бытов ыми и промышленными сточными водами , а так же с водой , сбрасываемой с орошаемых полей , и с поверхностным водным стоком с се льскохозяйственных угоди й . Концентрация в речной воде обычно не превышает 18 мг /дм 3 , в подземных водах колеблется от миллиграммов до грам мов и десятков граммов в 1 дм 3 , что определяется составо м водовмещающих пород , глубиной залегания под земных вод и другими условиями гидрогеоло гической обстановки. ПДК вр калия составляет 50 мг /дм 3 . Фтор В речные воды фтор поступает из пород и почв при разрушении фторсодержащих минералов (апатит , ту рмалин ) с почвогрунтовыми водами и при неп осредственном смыве поверхностными водами . И сточником фтора также служат атмосферные осад ки . Повышенное содержание фтора может быть в некоторых сточных водах предприятий стек ольной и химической промышленности (производство фосфорных удобрений , стали , алюминия ), в не которых видах шахтных вод и в ст о чных водах рудообогатительных фабрик . В природных во дах фтор находится в виде фторид-иона F - и комплексных ионов [AlF 6 ] 3- , [FeF 4 ] - , [FeF 5 ] 2- , [FeF 6 ] 3- , [CrF 6 ] 3- , [TiF 6 ] 2- и др . Миграционная способность фтора в природны х водах в значительной степени завис и т от содержания в них ионов кальция , д ающих с ионами фтора малорастворимое соединен ие (произведение растворимости фторида кальция L = 4· 10 -11 ). Большую роль играет р ежим углекислоты , которая растворяет карбонат кальция , переводя его в гидрокарбонат . Повыш енные значения рН способствуют увеличению подвижности фтор а . Содержание фт ора в речных водах колеблется от 0,05 до 1,9 мг /дм 3 , атмосфе рных осадках — от 0,05 до 0,54 мг /дм 3 , подземных водах — от 0,3 до 4,6 мг /дм 3 , иногда достигая насыщения по отно шению к C aF 2 . В термальных водах концентрация фтора достигает в отдельных случаях 10 мг /дм 3 , в океанах фто ра содержится до 1,3 мг /дм 3 . Фтор является устойчивым компонентом природных вод . Внутри годовые колебания концентрации фтора в речных водах невелики (обычно не более , чем в 2 раза ). Фтор поступает в реки преиму щественно с грунтовыми водами . Содержание фто ра в паводковый период всегда ниже , чем в меженный , так как понижается доля гру нтового питания . Повышенные количества фтора в воде (бо лее 1,5 мг /дм 3 ) ок азывают вредное действие на людей и животных , вызывая костное заболевание (флюороз ). Содержание фтора в питьевой воде лимитируе тся . Однако очень низкое содержание фтора в питьевых водах (менее 0,01 мг /дм 3 ) также вредно сказывается на здоровье , вызывая опасность з аболе вания кариесом зубов . ПДК в фтора составляет 1,5 мг /дм 3 (лимитирующий показатель вредности - санитарно-токсикологический ). Хлор Хлор , присутствующ ий в воде в виде хлорноватистой кислоты или иона гипохлорита , принято называть свободным хло ром . Хлор , существующий в виде хлораминов (моно - и ди -), а также в виде треххлористого азота , называют связанным хло ром . Общий хлор — это сумма свободного и связанного хлора . Свободный хлор достаточно часто применяют для дезинфекции питьевой и сточной вод ы . В промышле нности хлор используют при отбеливании в бумажном производстве , производстве ваты , для уничтожения паразитов в холодильных установках и т.д . При растворении хлора в воде образуются соляная и хлорноватистая кислоты : Cl 2 + H 2 O Ы H + + Cl - + HClO . В зависимости от условий , таких как pH, температура , коли чество органических примесей и аммонийного аз ота , хлор может присутствовать и в других формах , включая ион гипохлорита ( OCl - ) и хлорамины . Активный хлор должен отсутствов ать в воде водоемов , лими тирующий пока затель вредности общесанитарный. Хлориды В речных водах и водах пресных озер содержание хлоридов колеблется от долей миллиграмма до десят ков , сотен , а иногда и тысяч миллиграммов на литр . В морских и подземных водах содержание хло ридов значительно выше — вплоть до пересыщенных растворов и р ассолов . Хлориды являются преобладающим анионом в высокоминерализованных водах . Концентрация хлоридов в поверхностных водах подвержена заметным сезонным колебания м , коррелирующим с изменением об щей ми нерализации воды . Первичными источниками хлоридов являются магматические породы , в состав которых входят хлорсодержащие минералы (содалит , хлорапатит и др .), соленосные отложения , в основном гал ит . Значительные количества хлоридов поступают в воду в результате обмена с океа ном через атмосферу , взаимодействия атмосферных осадков с почвами , особенно засоленными , а также при вулканических выбросах . Возрастающ ее значение приобретают промышленные и хозяйс твенно-бытовые сточные воды . В отличие от сульфатн ых и кар бонатных ионов хлориды не склонны к образ ованию ассоциированных ионных пар . Из всех анионов хлориды обладают наибольшей миграционн ой способностью , что объясняется их хорошей растворимостью , слабо выраженной способностью к сорбции взвешенными вещес т вами и потреблением водными организмами . Повышенные содержания хлоридов ухудшают вкусовые качества воды , делают ее малопригодной для питьевого водоснабжения и ограничивают применение для многих технических и хозяйственных целей , а также для орошения сельс к охо зяйственных угодий . Если в питьевой воде е сть ионы натрия , то концентрация хлорида в ыше 250 мг /дм 3 пр идает воде соленый вкус . Концентрации хлоридо в и их колебания , в том числе суточные , могут служить одним из критериев загрязн енности водоема хозяйственн о-бытовыми стоками . Нет данных о том , что выс окие концентрации хлоридов оказывают вредное влияние на человека . ПДК в составляет 350 мг /дм 3 , ПДК вр — 300 мг /дм 3 . Бром Источником поступ ления бромидов могут быть грунтовые или п одземные воды либо сточные воды предпри ятий химической промышленности . Бромиды щелочных и щелочноземельных металлов ( NaBr , KBr , MgBr 2 ) встречаются в морской воде (0,065% Br ), рапе соляных озер (до 0,2% Br ) и подземных рассолах , обычно связанных с соляными и нефтяными месторо ждениями (до 0,1% Br ). Содержание брома в подземных водах увеличивается с ростом мин ерализации . Пресные вод ы отличаются , как правило , наиболее низкими количествами брома , колеблющимися от 0,001 до 0,2 мг /дм 3 . Сравните льно много брома в водах минеральных и сточников (до 10-50 мг /дм 3 ). ПДК в бромид-иона составляет 0,2 мг /дм 3 (лимитирующий показател ь вредности - санитарно-токсикологический ). Литература : " Гидрохимические показатели состояния окружающей среды ". Авторы : Т.В.Гусева , Я.П.Молчанова , Е.А.Заика , В.Н.Винич енко , Е.М.Аверочкин