Реферат: Неорганические вещества в водных системах
Уменьшение содержания диоксида углерода в воде происходит также в результате его выделения в атмосферу.
| Концентрация диоксида углерода в природных водах колеблется от нескольких десятых долей до 3-4 мг/дм3 , изредка достигая величины 10-20 мг/дм3 . |
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 CO2 угнетающе действуют на животные организмы. При высоких концентрациях CO2 воды становятся агрессивными по отношению к металлам и бетону в результате образования растворимых гидрокарбонатов, нарушающих структуру этих материалов.
Карбонаты
Основным источником гидрокарбонатных и карбонатных ионов в поверхностных водах являются процессы химического выветривания и растворения карбонатных пород типа известняков, мергелей, доломитов, например:
CaCO3 + CO2 + H2 O Ы Сa2+ + 2HCO3 - ;
MgCO3 + CO2 + H2 O Ы Mg2+ + 2HCO3 - .
Некоторая часть гидрокарбонатных ионов поступает с атмосферными осадками и грунтовыми водами. Гидрокарбонатные и карбонатные ионы выносятся в водоемы со сточными водами предприятий химической, силикатной, содовой промышленности и т.д.
По мере накопления гидрокарбонатных и особенно карбонатных ионов последние могут выпадать в осадок:
Ca(HCO3 )2 Ю CaCO3 + H2 O + CO2 ;
Сa2+ + CO3 2- Ю CaCO3 .
| В речных водах содержание гидрокарбонатных и карбонатных ионов колеблется от 30 до 400 мг HCO3 - /дм3 , в озерах — от 1 до 500 мг HCO3 - /дм3 , в морской воде — от 100 до 200 мг/дм3 , в атмосферных осадках — от 30 до 100 мг/дм3 , в грунтовых водах — от 150 до 300 мг/дм3 , в подземных водах — от 150 до 900 мг/дм3 . |
Азот общий
Под общим азотом понимают сумму минерального и органического азота в природных водах.
Азотсодержащие соединения 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 азота в природных водах колеблется в значительных пределах и зависит от трофности водного объекта: для олиготрофных изменяется обычно в пределах 0,3-0,7 мг/дм3 , для мезотрофных — 0,7-1,3 мг/дм3 , для эвтрофных — 0,8-2,0 мг/дм3 . |
Сумма минерального азота
Сумма минерального азота - это сумма аммонийного, нитратного и нитритного азота.
Повышение концентрации 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, способны к взаимным превращениям.
Аммиак
В природной воде аммиак образуется при разложении азотсодержащих органических веществ. Хорошо растворим в воде с образованием гидроксида аммония. О содержании аммиака в поверхностных водах (см. раздел “Аммоний”).
| ПДКв аммиака составляет 2,0 мг/дм3 , ПДКвр — 0,05 мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности — токсикологический). |
Аммоний
Содержание ионов аммония в природных водах варьирует в интервале от 10 до 200 мкг/дм3 в пересчете на азот. Присутствие в незагрязненных поверхностных водах ионов аммония связано главным образом с процессами биохимической деградации белковых веществ, дезаминирования аминокислот, разложения мочевины под действием уреазы. Основными источниками поступления ионов аммония в водные объекты являются животноводческие фермы, хозяйственно-бытовые сточные воды, поверхностный сток с сельхозугодий в случае использования аммонийных удобрений, а также сточные воды предприятий пищевой, коксохимической, лесохимической и химической промышленности. В стоках промышленных предприятий содержится до 1 мг/дм3 аммония, в бытовых стоках — 2-7 мг/дм3 ; с хозяйственно-бытовыми сточными водами в канализационные системы ежесуточно поступает до 10 г аммонийного азота (на одного жителя).
При переходе от олиготрофных к мезо- и эвтрофным водоемам возрастают как абсолютная концентрация ионов аммония, так и их доля в общем балансе связанного азота.
| Концентрация аммония в питьевой воде не должна превышать 2 мг/дм3 по азоту. ПДКвр солевого аммония составляет 0,5 мг/дм3 по азоту (лимитирующий показатель вредности — токсикологический). |
Присутствие аммония в концентрациях порядка 1 мг/дм3 снижает способность гемоглобина рыб связывать кислород. Признаки интоксикации — возбуждение, судороги, рыба мечется по воде и выпрыгивает на поверхность. Механизм токсического действия — возбуждение центральной нервной системы, поражение жаберного эпителия, гемолиз (разрыв) эритроцитов. Токсичность аммония возрастает с повышением pH среды.
Таблица 4.2. Содержание аммония в водоемах с различной степенью загрязненности
| Степень загрязнения (классы водоемов) | Аммонийный азот, мг/дм3 |
| Очень чистые | 0,05 |
| Чистые | 0,1 |
| Умеренно загрязненные | 0,2-0,3 |
| Загрязненные | 0,4-1,0 |
| Грязные | 1,1-3,0 |
| Очень грязные | >3,0 |
Повышенная концентрация ионов аммония может быть использована в качестве индикаторного показателя, отражающего ухудшение санитарного состояния водного объекта, процесса загрязнения поверхностных и подземных вод, в первую очередь, бытовыми и сельскохозяйственными стоками.
Нитраты
Присутствие нитратных ионов в природных водах связано с:
· внутриводоемными процессами нитрификации аммонийных ионов в присутствии кислорода под действием нитрифицирующих бактерий;
· атмосферными осадками, которые поглощают образующиеся при атмосферных электрических разрядах оксиды азота (концентрация нитратов в атмосферных осадках достигает 0,9 - 1 мг/дм3 );
· промышленными и хозяйственно-бытовыми сточными водами, особенно после биологической очистки, когда концентрация достигает 50 мг/дм3 ;
· стоком с сельскохозяйственных угодий и со сбросными водами с орошаемых полей, на которых применяются азотные удобрения.
Главными процессами, направленными на понижение концентрации нитратов, являются потребление их фитопланктоном и денитрофицирующими бактериями, которые при недостатке 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 вегетационный период, она увеличивается осенью и достигает максимума зимой, когда при минимальном потреблении азота происходит разложение органических веществ и переход азота из органических форм в минеральные. Амплитуда сезонных колебаний может служить одним из показателей эвтрофирования водного объекта.
| В незагрязненных поверхностных водах концентрация нитрат-ионов не превышает величины порядка десятков микрограммов в 1 дм3 (в пересчете на азот). С нарастанием эвтрофикации абсолютная концентрация нитратного азота и его доля в сумме минерального азота возрастают, достигая n ·10-1 мг/дм3 . В незагрязненных подземных водах содержание нитратных ионов обычно выражается сотыми, десятыми долями миллиграмма и реже единицами миллиграммов в 1 дм3 . Подземные водоносные горизонты в большей степени подвержены нитратному загрязнению, чем поверхностные водоемы (т.к. отсутствует потребитель нитратов). |
Таблица 4.3. Значения предельно допустимых концентраций нитратов для овощей и фруктов, мг/кг
| Культура | ПДКпр. | Культура | ПДКпр. |
| 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 употреблении питьевой воды и пищевых продуктов, содержащих значительные количества нитратов (от 25 до 100 мг/дм3 по азоту), резко возрастает концентрация метгемоглобина в крови. Крайне тяжело протекают метгемоглобинемии у грудных детей (прежде всего, искусственно вскармливаемых молочными смесями, приготовленными на воде с повышенным — порядка 200 мг/дм3 — содержанием нитратов) и у людей, страдающих сердечно-сосудистыми заболеваниями. Особенно в этом случае опасны грунтовые воды и питаемые ими колодцы, поскольку в открытых водоемах нитраты частично потребляются водными растениями.
Присутствие нитрата аммония в концентрациях порядка 2 мг/дм3 не вызывает нарушения биохимических процессов в водоеме; подпороговая концентрация этого вещества, не влияющая на санитарный режим водоема, 10 мг/дм3 . Повреждающие концентрации соединений азота (в первую очередь, аммония) для различных видов рыб составляют величины порядка сотен миллиграммов в 1 дм3 воды.