Загальні та сумарні показники вмісту природних та
антропогенних компонентів, що застосовуються в програмах спостереження за
забрудненням і станом водних систем.
Реферат виконав студент ФПрН3 Шестопал
Руслан
Національний Університет
"Києво-Могилянська Академія"
Київ 1999
мінералізація
Сумарний вміст всіх знайдених при
хімічному аналізі води мінеральних речовин; звичайно виражається в мг/дм3 (до
1000 мг/дм3) і (більш 1000 мг/дм3) [1]
.
мінералізація природних вод, що
визначає їхню питому електропровідність, змінюється в широких межах. Більшість
рік має мінералізацію від декількох десятків міліграмів у літрі до декількох
сотень. Їхня питома електропровідність варіює від 30 МКСМ/см до 1500 МКСМ/см.
Мінералізація підземних вод і солоних озер змінюється в інтервалі від 40-50
мг/дм3 до 650 г/кг (щільність у цьому випадку вже значно відрізняється від
одиниці). Питома електропровідність атмосферних осадів (із мінералізацією від 3
до 60 мг/дм3) складає 20-120 МКСМ/см [2]
.
Багато виробництв, сільське господарство,
підприємства питного водопостачання пред'являють визначені вимоги до якості
вод, зокрема, до мінералізації, тому що води, що містять велику кількість
солей, негативно впливають на рослинні і тваринні організми, технологію
виробництва і якість продукції, викликають утворення накіпів на стінках котлів,
корозію, засолення грунтів.
Класифікація природних вод за
мінералізації [1]
.
Категорія вод
мінералізація, г/дм 3
Ультрапрісні
<0.2
прісні
0.2 - 0.5
Води з підвищеною мінералізацією
0.5 - 1.0
Солонуваті
1.0 - 3.0
Солоні
3 - 10
Води підвищеної солоності
10 - 35
Ропі
> 35
Відповідно до гігієнічних вимог до якості питної води
сумарна мінералізація не повинна перевищувати розміри 1000 мг/дм3. За узгодженням
з органами санепіднагляду для водопроводу, що подає воду без відповідної
обробки (наприклад, з артезіанських свердловин), припускається збільшення
мінералізації до 1500 мг/дм3) [1]
.
Електропровідність
Електропровідність - це чисельне вираження
спроможності водяного розчину проводити електричний струм. Електрична
провідність природної води залежить в основному від концентрації розчинених
мінеральних солей і температури. Природні води являються в основному розчинами
сумішей сильних електролітів. Мінеральну частину води складають іони Na +, K +,
Ca2 +, Cl-, SO42-, HCO3-. Цими іонами й обумовлюється електропровідність
природних вод. Присутність інших іонів, наприклад, Fe3 +, Fe2 +, Mn2 +, Al3 +, NO3-,
HPO4-, H2PO4-не сильно впливає на електропровідність, якщо ці іони НЕ
містяться у воді в значних кількостях (наприклад, нижче випусків виробничих або
господарсько-побутових стічних вод). За значеннями електропровідності природної
води можна приблизно судити про мінералізацію води за допомогою попередньо
встановлених залежностей [2]
.
Ускладнення, що виникають при оцінці
сумарного вмісту мінеральних речовин (мінералізації) по питомій
електропровідності пов'язані з:
неоднаково питомою електропровідністю
розчинів різноманітних солей;
підвищенням електропровідності зі
збільшенням температури [3]
.
нормовані розміри мінералізації
приблизно відповідають питомій електропровідності 2 мСм/см (1000 мг/дм3) і 3
мСм/см (1500 мг/дм3) у випадку як хлорідній (у перерахунку на NaCl), так і
карбонатної (у перерахунку на CaCO3) мінералізації.
Розмір питомої електропровідності слугує
приблизний показником їхньої сумарної концентрації електролітів, головним чином,
неорганічних, і використовується в програмах спостережень за станом водяного
середовища для оцінки мінералізації вод. Питома електропровідність - зручний
сумарний індикаторний показник антропогенного впливу.
Температура
Температура води у водоймі є результатом
декількох процесів, що одночасно
протікають, таких як сонячна радіація, випаровування, теплообмін з атмосферою,
перенос тепла течіями, турбулентність перемішуванням вод та ін. Звичайно
прогрівання води відбувається зверху вниз. Річний і добовий хід температури
води на поверхні і глибинах визначається кількістю тепла, що надходить на
поверхню, а також інтенсивністю і глибиною перемішування. Добові коливання
температури можуть складати декілька градусів і звичайно проникають на
невеличку глибину. На мілководді амплітуда коливань температури води близька до
перепаду температури повітря [3]
, [2]
.
У вимогах до якості води водойм,
використовуваних для купання, спорту і відпочинку, зазначено, що літня
температура води в результаті спуску стічних вод не повинна підвищуватися
більш, ніж на 3 ° С у порівнянні із середньомісячною
температурою самого жаркого місяця року за останні 10 років. У водоймах
рибогосподарських призначення припускається підвищення температури води в
результаті спуску стічних вод не більше, ніж на 5 ° С у порівнянні з природною температурою [2]
.
Температура води - найважливіший чинник,
що впливає на фізичні, хімічні, біохімічні і біологічні процеси, що протікають
у водоймі від якого значною мірою
залежать кисневий режим і інтенсивність процесів самоочищення. Значення
температури використовують для обчислення ступеня насичення води киснем,
різноманітних форм лужності, стани карбонатно-кальцієвої системи, при багатьох
гідрохімічних, гідробіологічніх, особливо лімнологічніх дослідженнях, при
вивченні теплових забруднень [2]
.
зважені
речовини (грубодісперсні домішки)
зважені тверді речовини, що присутні у
природних водах, складаються з часток глини, піску, мулу, суспендованіх
органічних і неорганічних речовин, планктону й інших мікроорганізмів. Концентрація
зважених часток пов'язана із сезонними факторами і з режимом стоку і залежить
від танення снігу, порід, що складають річище, а також від антропогенних
факторів, таких як сільське господарство, гірські розробки і т.п.
зважені частки впливають на прозорість
води і на проникнення в її світла, на температуру, розчинені компоненти
поверхневих вод, адсорбцію токсичних речовин, а також на склад і розподіл
відкладень і на швидкість осадоутворення. Вода, у якій багато зважених часток,
не підходить для рекреаційного використання з естетичних розумінь.
Відповідно до вимог до складу і властивостей води водяних
об'єктів у пунктах господарсько-питного і культурно-побутового призначення
вміст зважених речовин у результаті спуска стічних вод не повинен збільшуватися
відповідно більш ніж на 0.25 мг/дм3 і 0.75 мг/дм3. Для водойм, що містять в
обніжок більш 30 мг/дм3 природних мінеральних речовин, припускається збільшення
концентрації зважених речовин у воді в межах 5% [4]
.
Визначення кількості зважених часток
важливо проводити при контролі процесів біологічного і фізико-хімічної обробки
стічних вод і при оцінці стану природних водойм.
Грубодісперсні домішки визначають
гравіметрічнім методом після їхнього відділення шляхом фільтрування через
фільтр "синя стрічка" (переважно для проб із прозорістю менше 10 см).
Органолептичні
спостереження
Метод визначення стану водяного об'єкта
шляхом безпосереднього його огляду. При органолептичних спостереженнях особлива
увагу звертають на явища, незвичні для даної водойми або водотоку: загибель
риби й інших водяних організмів, рослин, що свідчить часто про його
забруднення, виділення пухирців газу з донних відкладень, поява підвищеної
каламутності, стороннього кольору, запаху, цвітіння води, [3]
.
Запах -
Властивість води викликати в людини і
тварин специфічне подразнення слизової оболонки носових порожнин. Запах води
характеризується
видами
і інтенсивністю
запаху
. (таблиці) Інтенсивність запаху води
вимірюється в балах. Запах води викликають леткі речовини, що пахнуть, і надходять у воду в результаті процесів
життєдіяльності водяних організмів, при біохімічному розкладанні органічних
речовин, при хімічній взаємодії
компонентів, що містяться у воді, а також із промисловими,
сільськогосподарськими і господарсько-побутовими стічними водами.
На запах води впливають склад речовин,
температура, значення рН, ступінь забруднення водяного об'єкта, біологічна
обстановка, гідрологічні умови і т.д. [2]
, [1]
.
Скорочення
класифікація запаху
приклади або можливе
джерело походження запаху
А
духмяний або пряний
камфора, гвоздика,
лаванда, лимон
Ае
Огірковий
Senura
B
бальзамічній або
квітковий
герань, ірис, ваніль
Bg
Гераневій
Asterionella
Bn
настурцевій
Aphanizomaenon
солодкуватий
Coelosphaerium
фіалковий
Mallomonas
C
Хімічний
Промислові стічні води
або хімічна обробка
З
хлорного
вільний хлор
Ch
вуглеводневого
стоки нафтоочісніх заводів
Сm
Лікарський
феноли і йодоформ
D
неприємний або сильно
виражений неприємний
сірководень
Df
Рибний
Uroglenopis and
Dinobryon
Dp
гнойова
Anabaena
Dз
Гнільній
застояні стічні води
Е
землистий
сира земля
G
торф'яний
Торф
трав'янистих
лежала трава
М
затхлий
солома, що зопріває
Mm
Цвілевій
сирий підвал
V
Овочевий
корені овочів
Визначення інтенсивності запаху води [2]
інтенсивність запаху, бал
Характеристика
поява запаху
0
ніякого запаху
відсутність суттєвого
запаху
I
дуже слабкий
запах, не що помічається
споживачем, але виявляється спеціалістом
II
Слабкий
запах, що виявляється
споживачем, якщо звернути на цю увагу
III
Помітний
запах, легко що
виявляється, може бути причиною того, що вода неприємна для
IV
чіткий
запах, що звертає на
себе увагу; може змусити утриматися від пиття
V
дуже сильний
запах, настільки
сильний, що робить воду непридатної для пиття
Каламутність
Каламутність природних вод викликана
присутністю тонко дисперсних домішок, зумовлених нерозчинними або колоїднімі
неорганічнімі й органічними речовинами різноманітного походження. Якісне визначення
проводять описову: слабка опалесценція, опалесценція, слабка, помітна сильна
каламуть.
Відповідно до гігієнічних вимог до якості питної води
каламутність не повинна перевищувати 1.5 мг/дм3.
Каламутність води визначають
турбідіметрічно (з ослаблення проходячи через пробу світла). Турбідіметрічне
визначення призначене для вод, що мають мінливий склад і форму тонкодисперсних
домішок. Без попереднього фільтрування проби турбідіметрічно будуть визначатися
не тільки колоїдні, але і більш грубодісперсні частки [4]
, [5]
.
Забарвлення -
Показник якості води, що характеризує
інтенсивність забарвлення води й зумовлений вмістом забарвлених сполук;
виражається в градусах платиново-кобальтової шкали. Визначається шляхом
порівняння забарвленої віпробуваної води з еталонами.
Забарвлення природних вод обумовлена
головним чином присутністю гумусових речовин і сполук трівалентного заліза.
Кількість цих речовин залежить від геологічних умов, водоносних горизонтів,
характеру грунтів, наявності боліт і торфовищ в басейні ріки і т.п. Стічні води
деяких підприємств також можуть створювати досить інтенсивне забарвлення води.
Забарвлення природних вод
коливається від одиниць до тисяч градусів.
Розрізняють "натуральний колір",
обумовлений тільки розчиненими речовинами, і "вдаваного колір",
викликаний присутністю у воді колоїдніх і зважених часток, співвідношення між
який значною мірою визначаються розміром pН.
Гранично припустимий розмір
забарвлення у водах, використовуваних для питних цілей, складає 35 градусів по
платиново-кобальтовій шкалі. Відповідно до
вимог до якості води в зонах рекреації забарвлення води не повинно
виявлятися візуально в стовпчику висотою 10 см.
Високе забарвлення води погіршує її органолептичні
властивості і має негативний вплив на розвиток водяних рослинних і тваринних
організмів у результаті різкого зниження концентрації розчиненого кисню у воді,
що витрачається на окислювання сполук заліза і гумусових речовин
[3]
, [2]
.
Прозорість
Прозорість (або світлопропускання)
природних вод обумовлене їхнім кольором і каламутністю, тобто вмістом у них
різноманітних пофарбованих і зважених органічних і мінеральних речовин.
Воду в залежності від ступеня прозорості
умовно підрозділяють на прозору, що слабоопалесціює, опалесцентну, злегка
каламутна, каламутна, сильно каламутна. Мірою прозорості слугує висота стовпа
води, при якій можна спостерігати білу пластину визначених розмірів (диск
Секкі), що опускається у водойму або розрізняти на білому папері шрифт
визначеного розміру і типу (як правило, шрифт середньої товщини висотою 3.5
мм). Результати виражаються в сантиметрах із вказанням засобу виміру.
Ослаблення в каламутній воді інтенсивності
світла з глибиною, призводить до більшого поглинання сонячної енергії поблизу
поверхні. Поява більш теплої води в поверхні зменшує перенос кисню з повітря у
воду, знижує щільність води, стабілізує стратифікацію. Зменшення потоку світла
також знижує ефективність фотосинтезу і біологічної продуктивності водойми.
Визначення прозорості води - обов'язковий
компонент програм спостережень за станом водних об'єктів. Збільшення кількості
Грубодисперсні домішок і каламутності характерно для забруднених і евтрофніх
водойм [3]
, [2]
.
водневий
показник рН
Вміст іонів водню (точніше, гідроксонію) у
природних водах визначається в основному кількісним співвідношенням
концентрацій вугільної кислоти і її іонів.
CO2 + H20 H + + HCO3 -
2 H + + CO32-
Для зручності вираження вмісту водневих
іонів був ведений розмір, що являє
собою логарифм їхньої концентрації, узятий з обернених знаком:
p = - lg [H +].
Для поверхневих вод, що містять невеликі
кількості діоксиду вуглецю, характерна лужну реакція. Зміни pН тісно пов'язані
з процесами фотосинтезу (через споживання CO2 водяною рослинністю). Джерелом
іонів водню є також гумусові кислоти, що присутні в грунтах. Гідроліз солей
важких металів відіграє роль у тих випадках, коли у воду потрапляють значні
кількості сульфатів заліза, алюмінію, міді й інших металів:
Fe2 + + 2H2O -> Fe (OH) 2 + 2H +
Значення pН у річкових водах звичайно
варіює в межах 6. 5-8. 5, в атмосферних облог 4. 6-6. 1, у болотах 5. 5-6. 0,
у морських водах 7. 9-8. 3. Концентрація іонів водню схильна до сезонних
коливань. Зимою розмір pН для більшості річкових вод складає 6. 8-7. 4, улітку
7. 4-8. 2. pН природних вод визначається до деякої міри геологією водозбірного
басейну [2]
.
Відповідно до вимог до складу і властивостей води водойм
пунктів питного водокористування, води водяних об'єктів у зонах рекреації, а
також води водойм рибогосподарських призначення розмір pН не повинний виходити
за межі інтервалу значень 6. 5-8. 5 [4]
.
pH води - один із найважливіших показників
якості вод. Розмір концентрації іонів водню має велике значення для хімічних і
біологічних процесів, що відбуваються в природних водах. Від розміру pН
залежить розвиток і життєдіяльність водяних рослин, сталість різноманітних форм
міграції елементів, агресивна дія води на метали і бетон. pН води також впливає
на процеси перетворення різноманітних форм біогенних?? лементів, змінює
токсичність забруднюючих речовин.
У водоймі можна виділити декілька етапів
процесу її закислення:
на першому етапі рН практично не
змінюються (іони бікарбонату встигають цілком нейтралізувати іони Н +). Так
продовжується доти, поки загальна лужність у водоймі не впаде приблизно в 10
разів до розміру менше 0.1 моль/дм3.
на другій стадії закислення водойми рН
води звичайно не піднімається вище 5.5 протягом усього року. Про такі водойми
говорять як про помірно кислі. На цьому етапі закислення відбуваються значні
зміни у видовому складі живих організмів.
на третьому етапі закислення рН водойм
стабілізується на значеннях рН 9.5
те ж
Окисно-відновній
потенціал (Eh)
Міра хімічної активності елементів або
їхніх сполук в оборотних хімічних процесах, пов'язаних із зміною заряду іонів у
розчинах. Значення окисно-відновних потенціалів виражаються у вольтах (мілівольтах).
Окисно-відновній потенціал будь-якої оборотної системи визначається по формулі
Eh = E0 + (0. 0581/n) lg (Ox/Red) при t =
20 ° С
де Eh - окисно-відновній потенціал
середовища;
E0 - нормальний окисно-відновній
потенціал, при якому концентрації окісленої і відновленої форм рівні між собою;
Ox - концентрація окісленої форми;
Red - концентрація відновленої форми;
n - число електронів, що приймають участь
у процесі.
У природній воді значення Eh
коливаються від - 400 до + 700 мВ, визначається всією сукупністю у ній окисних
і відновних процесів, проходять і в умовах рівноваги характеризує середовище
відразу щодо всіх елементів, що мають змінну валентність.
Вивчення редокс-потенціалу дозволяє
виявити природні середовища, у котрих можливо існування хімічних елементів із
перемінною валентністю у визначеній формі, а також виділити умови, при яких
можлива міграція металів [2]
, [1]
.
Розрізняють декілька основних типів
геохімічних обстановок у природних водах [13]
:
окислювально - що характеризується
значеннями Еh> + (100 - 150) мВ, присутністю вільного кисню, а також цілого
ряду елементів у вищій формі своєї валентності (Fe3 +, Mo6 +, As5-, V5 +, U6 +,
Sr4 +, Cu2 +, Pb2 +);
перехідну окисно-відновну - обумовлену
розмірами Еh + (100-0) мВ, хітлівім геохімічнім режимом і перемінним вмістом
сірководню і кисню. У цих умовах протікає як слабке окислювання, так і слабке
відновлення цілого ряду металів;
відновну - що характеризується значеннями
Еh <0. У підземних водах присутні метали низьких ступенів валентності
(Fe2 +, Mn2 +, Mo4 +, V4 +, U4 +), а також сірководень.
Еh і рН взаємозалежні.
Кислотність
кислотністю називають вміст у воді
речовин, що вступають у реакцію з гідроксіл іонами. Витрата гідроксиду відбиває
загальну кислотність води. У звичайних природних водах кислотність у більшості
випадків залежить тільки від вмісту вільного діоксиду вуглецю. Природну частину
кислотності створюють також гумінові й інші слабкі органічні кислоти і катіоні
слабких основ (іони амонію, заліза, алюмінію, органічних основ). У цих випадках
pН води не буває нижче 4.5.
У забруднених водоймах може міститися
велика кількість сильних кислот або їхніх солей за рахунок скидання промислових
стічних вод. У цих випадках pН може бути нижче 4.5. Частина загальної
кислотності, що знижує pН до розмірів K + + 3Mg2 + + 7HCO3-+ 2H4SiO4 + 1/2Al2Si2O5 (OH) 4
Значні
кількості кремнію надходять у природні води в процесі відмирання наземних і
водяних рослинних організмів, з атмосферними опадами, а також із стічними
водами підприємств, що роблять керамічні, цементні, скляні вироби, силікатні
фарби, зв'язуючі матеріали, кремнійорганічні каучуки і т.д.
Форми
сполук, у яких знаходиться кремній у розчині дуже різноманітні і змінюються в
залежності від мінералізації, складу води і значень рН. Частина кремнію
знаходиться в розчиненого стані у виді кремнієвої кислоти і полікремнієвіх
кислот:
H4SiO4
H + + H3SiO4-
Таблиця. Співвідношення форм похідних кремнієвої
кислоти у воді в залежності від значень рН, від% кількості речовини
еквівалентів
(К1 =
1.41.10-10) [2]
.
Форма
рН
7
8
9
10
[H4SiO4]
99.9
98.6
87.7
41.5
[H3SiO4-]
0.1
1.4
12.3
58.5
Полікремнієві кислоти мають Перемінний склад
типу mSiO2. nH2O, де m і n - ціле
число. Крім того, кремній міститься в
природних водах у виді колоїдів типу xSiO2.
yH2O.
Концентрація кремнію в річкових водах коливається звичайно від 1
до 20 мг/дм3; у підземних водах його концентрація зростає від 20 до 30 мг/дм3,
а в гарячих термальних водах вміст кремнію може досягати сотень міліграмів у 1
дм3.
Порівняно
малий вміст кремнію в поверхневих водах, що поступаються розчинності діоксиду
кремнію (125 мг/дм3 при 26 ° С, 170 мг/дм3 при 38 ° С),
вказує на наявність у воді процесів, що зменшують його концентрацію. До них
треба віднести споживання кремнію водяними організмами, багато які з який,
наприклад діатомові водорості, будують свій скелет із кремнію. Крім того,
кремнієва кислота як більш слабка витісняється з розчину вугільною
кислотою:
Na4SiO4
+ 4CO2 + 4H2O = H4SiO4 + 4NaHCO3
Сприяє
нестійкості кремнію в розчині і схильність кремнієвої кислоти за певних умов
переходити в гель.
Режим
кремнію в поверхневих водах до деякої міри подібний із режимом сполук азоту і
фосфору, проте кремній ніколи не лімітує розвиток рослинності [7]
, [2]
.
ГДКв кремнію дорівнює 10 мг/дм3 [1]
.
вуглець
Діоксид
вуглецю
Діоксид
вуглецю міститься у воді в основному у виді розчинених молекул CO2 і лише мала
частина його (близько 1%) при взаємодії з водою утворить вугільну кислоту:
CO2 +
H2O H2CO3
Діоксид
вуглецю, гідрокарбонаті і карбонатні іони є основними компонентами карбонатної
системи. У розчині між ними існує динамічна рівновага:
H2CO3
Н + + HCO3-2Н + + CO32 -
Співвідношення
між компонентами значною мірою визначається значенням рН. При рН 4.5 і нижче з усіх компонентів
карбонатної рівноваги у воді присутня тільки вільна вуглекислота. У інтервалі
рН = 6-10 гідрокарбонаті іони є основною формою похідних вугільної кислоти
(максимальний їх вміст при рН = 8. 3-8.
4). При рН більше 10.5 головною формою існування вугільної кислоти є карбонатні
іони.
Головним
джерелом надходження оксиду вуглецю в природні води є процеси біохімічного
розпаду органічних залишків, окислювання органічних речовин, водяних організмів.
Одночасно
з процесами надходження значна частина діоксиду вуглецю споживається при
фотосинтезі, а також витрачається на розчинення карбонатів і хімічне
вивітрювання алюмосілікатів:
CaCO3 +
CO2 + H2O Ca (HCO3) 2
HSiO3 -
+ CO2 + H2O H2SiO3 + HCO3-
Зменшення
діоксиду вуглецю у воді відбувається також у результаті його виділення в
атмосферу.
Концентрація діоксиду вуглецю в природних водах коливається від
декількох десятих часток до 3-4 мг/дм3, зрідка досягає 10-20 мг/дм3.
Звичайно
навесні і влітку вміст діоксиду вуглецю у водоймі знижується, а наприкінці зими
досягає максимуму. Діоксид вуглецю має винятково важливе значення для рослинних
організмів (як джерело вуглецю). У той же час підвищені концентрації CO2
пригнічують розвиток тваринних організмів. При високих концентраціях CO2 води
стають агресивними стосовно металів і бетону в результаті утворення розчинних
гідрокарбонатів, що порушують структуру цих матеріалів [[7]
, [2]
, [1]
.
Карбонат
Основним
джерелом гідрокарбонатніх і карбонатних іонів у поверхневих водах є процеси
хімічного вивітрювання і розчинення карбонатних порід типу вапняків, мергелів,
доломітів, наприклад:
CaCO3 +
CO2 + H2O Сa2 + + 2HCO3-
MgCO3 +
CO2 + H2O Mg2 + + 2HCO3-
Деяка
частина гідрокарбонатніх іонів надходить з атмосферними опадами і грунтовими
водами. Гідрокарбонатні і карбонатні
іони виноситься у водойми зі стічними водами підприємств хімічної, силікатної,
содової промисловості і т.д.
В міру
накопичення гідрокарбонатніх і особливо карбонатних іонів останні можуть
випадати в осад:
Ca (HCO3) 2
=> CaCO3 + H2O + CO2
Сa2 + +
CO32-=> CaCO3
У річкових водах вміст гідрокарбонатніх і карбонатних іонів
коливається від 30 до 400 мг HCO3 -/дм3, в озерах - від 1 до 500 мг HCO3-/дм3,
у морській воді - від 100 до 200 мг/дм3, в атмосферних опадах - від 30 до 100
мг/дм3, у грунтових - від 150 до 300 мг/дм3, у підземних водах - від 150 до 900
мг/дм3.
Азот загальний
-
Сума
мінерального й органічного азоту в природних водах.
Сполуки,
що містять азот, знаходяться в поверхневих водах біля розчиненого, колоїдному і
зважену стані і можуть під впливом багатьох фізико-хімічних і біохімічних
чинників переходити з одного стану в інший.
Середня концентрація загального азоту в природних водах
коливається в значних межах і залежить від трофності водного об'єкта: для
оліготрофніх змінюється звичайно в межах 0.
3-0. 7 мг/дм3, для мезотрофніх - 0.
7-1. 3 мг/дм3, для евтрофніх - 0.
8-2. 0 мг/дм3 [3]
.
Сума мінерального азоту
Сума
амонійного, нітратного і нітрітного азоту.
Підвищення
концентрації іонів амонію і нітритів звичайно вказує на нещодавнє забруднення,
у той час як збільшення вмісту нітратів - на забруднення в попередній час. Всі
форми азоту, включаючи і газоподібну, спроможні до взаємних перетворень.
Аміак
У
природній воді аміак утворюється при розкладанні органічних речовин, що містять
азот. Добре розчині у воді з сполуки гідроксиду амонію.
ГДКв аміаку складає 40 мг/дм3, ГДКвр - 0.08 мг/дм3 (лімітуюча
ознака шкідливості - токсикологічна [3]
.
амоній
Вміст
іонів амонію в природних водах варіює в інтервалі від 10 до 200 мкг/л у
перерахунку на азот. Присутність у незабрудненіх поверхневих водах іонів амонію
пов'язано головним чином із процесами біохімічної деградації білкових речовин,
дезамінування амінокислот, розкладання сечовини під дією уреази. Основними джерелами надходження іонів амонію
у водні об'єкти є тваринницькі ферми, господарсько-побутові стічні води,
поверхневий стік із сільгоспугідь при використанні амонійніх добрив, а також
стічні води підприємств харчової, коксохімічної, лісохімічної і хімічної
промисловості. У стоках промислових підприємств міститься до 1 мг/дм3 амонію, у
побутових стоках - 2-7 мг/дм3; із господарсько-побутовими стічними водами в
каналізаційні системи щодоби надходить до 10 г амонійного азоту (у розрахунку
на один жителя) [1]
.
При
переході від оліготрофніх до мезо-і евтрофних водойм зростають як абсолютна
концентрація іонів амонію, так і їхня частка в загальному балансі пов'язаного
азоту.
Гранично допустима концентрація у воді водойм господарсько-питного
і культурно-побутового водокористування (ГДКв) встановлена в розмірі 2 мг/дм3
по азоті або 2.6 мг/дм3 у виді іона NH4 +
Присутність
амонію в концентраціях порядку 1 мг/дм3 знижує спроможність гемоглобіну риб
зв'язувати кисень. Ознаки інтоксикації - порушення, судороги, риба метається по
воді і вистрибує на поверхню. Механізм
токсичної дії - порушення центральної нервової системи, поразка зябрового
епітелію, гемоліз (розрив) еритроцитів.
Токсичність амонію зростає з підвищенням pН середовища [8]
.
Підвищена
концентрація іонів амонію може бути використана в якості індікаторного
показника, що відбиває погіршення санітарного стану водного об'єкту, процесу
забруднення поверхневих і підземних вод, у першу чергу, побутовими і
сільськогосподарськими стоками.
нітрати
Присутність
нітратніх іонів у природних водах пов'язано з:
внутрішніми
процесами у водоймі-нітріфікації амонійніх іонів при участі кисню під дією
нітріфкуючіх бактерій
;
атмосферними опадами, що поглинають оксиди азоту, що утворюється при
атмосферних електричних розрядах, (концентрація нітратів в атмосферних опадах
досягає 0.9 - 1 мг
промисловими
і господарсько-побутовими стічними водами особливо після біологічного очищення,
коли концентрація досягає 50 мг/дм3;
стоком
із сільськогосподарських угідь і зі стоками води зі зрошуваних полів, на яких
застосовуються азотні добрива.
Головними
процесами, спрямованими на зниження концентрації нітратів, є споживання їх
денітріфікуючімі бактеріям і фітопланктоном, що при недостачі кисню
використовують кисень нітратів для окислювання органічних речовин.
У
поверхневих водах нітрати знаходяться в розчіненій формі. Концентрація нітратів у поверхневих водах
схильна до сезонних коливань: мінімальна у вегетаційний період, вона
збільшується у восени і досягає максимуму зимою, коли при мінімальному
споживанні азоту відбувається розкладання органічних речовин і перехід азоту з
органічних форм у мінеральні. Амплітуда сезонних коливань може бути одним із
показників евтрофіровання водного об'єкта.
[3]
, [2]
.
У незабрудненіх поверхневих водах концентрація нітратів-іонів НЕ
перевищує розміру порядку десятків мікро грамів у літрі (у перерахунку на
азот). З наростанням евтрофікації
абсолютна концентрація нітратного азоту і його частки в сумі мінерального азоту
зростають, досягаючи n. 10-1
мг/дм3. У незабрудненіх підземних водах
вміст нітратніх іонів звичайно виражається сотими, десятими частками міліграма
і рідше одиницями міліграмів у літрі.
Підземні водоносні пласти в більш схильні нітратному забрудненню, чим
поверхневі водойми (тому що відсутній споживач нітратів) [5]
.
Значення
гранично припустимих концентрацій нітратів для овочів і фруктів, мг/кг [8]
Культура
ГДКпр.
Культура
ГДКпр.
листові овочі
250
Картопля
2000
Перець солодкий
900
Капуста рання
200
Кабачки
250
Морква
400
Дині
150
Томати
90
Кавуни
150
Огірки
60
Виноград столовий
1400
Буряк столовий
60
Яблука
80
Цибуля ріпчаста
60
груші
600
Цибуля перо
60
При тривалому вживанні питної води і харчових
продуктів, що містять значні кількості нітратів (від 25 до 100 мг/дм3 по
азоту), різко зростає концентрація метгемоглобін в крові. Вкрай тяжко
протікають метгемоглобінування в грудних дітей (насамперед, штучно годованих
молочними сумішами, приготований на воді з підвищеним - порядку 200 мг/дм3 --
вмістом нітратів) і в людей, що страждають серцево-судинними захворюваннями.
Особливо небезпечні грунтові води, що живлять криниці, оскільки у відкритих
водоймах нітрати частково споживаються водними рослинами.
Присутність
нітрату амонію в концентраціях порядку 2 мг/дм3 не викликає порушення
біохімічних процесів у водоймі; гранична концентрація цієї речовини, що не
впливає на санітарний режим водойми, 10 мг/дм3. Концентрації шкідливих сполук
азоту (у першу чергу, амонію) для різноманітних видів риб складають розміри
порядку сотень міліграмів [8]
.
Поряд з
описаними ефектами впливу значну роль грає той факт, що азот - це один із
першорядним біогенних (необхідних для життя) елементів. Саме цим обумовлене застосування
сполук азоту в якості добрив, але, з іншого боку, із цим пов'язаний внесок
винесеного із сільськогосподарських земель азоту в розвиток процесів
евтрофікації (неконтрольованого росту біомаси) водойм. Так, з одного гектара
зрошуваних земель виноситься у водяні системи 8-10 кілограмів азоту.
Гранично допустима концентрація у воді водойм (ГДКв) встановлена в
розмірі 10 мг/л по азоті або 45 мг/л у вигляді іону NO3-(лімітуючій показник
шкідливості, - санітарно-токсикологічний). У вимогах до складу води
господарсько-питного призначення також зазначений норматив, що відповідає 10
мг/дм3 по азоті або 45 мг/дм3 у вигляді іона NO3-(тотожно дорівнює стандарту
США для питної води).
нітрити
являються
собою проміжний щабель у ланцюзі бактеріальних процесів окислювання амонію до
нітратів (нітріфікація - тільки в аеробних умовах) і, навпаки, відновлення
нітратів до азоту й аміаку (денітріфікація - при нестачі кисню). Подібні окисно-відновні реакції характерні
для станцій аерації, систем водопостачання і власне природних вод. Крім того,
нітрити використовуються в якості інгібіторів корозії в процесах водопідготовки
технологічної води і тому можуть потрапити
у системи господарсько-питного водопостачання. Широко відомо також
застосування НІТрітів для консервування харчових продуктів.
У
поверхневих водах нітрити знаходяться в розчиненого виді. У кислих водах можуть
бути присутнім невеличкі концентрації азотістої кислоти (HNO2) (не
дісоційованої на іони). Підвищений вміст нітритів вказує на посилення процесів
розкладання органічних речовин в умовах більш повільного окислювання NO2-у
NO3-, що вказує на забруднення водного об'єкта, тобто є важливим санітарним
показником [3].
Концентрація нітритів у поверхневих водах складає соті (іноді
навіть тисячні) частки міліграма в 1дм3; у підземних водах концентрація
нітритів звичайно вище, особливо у верхніх водоносних обріях (соті, десяті
частки міліграма в 1дм3).
Сезонні
коливання нітритів характеризуються відсутністю їх зимою і появою навесні при
розкладанні неживої органічної речовини. Найбільша концентрація нітритів
спостерігається наприкінці літа, їхня присутність пов'язана з активністю
фітопланктону (встановлена здатність діатомовіх і зелених водоростей
відновлювати нітрати до нітритів). Восени вміст нітритів зменшується.
Однієї
з особливістю розподілу нітритів по глибині водного об'єкта є добре виражені
максимуми, звичайно поблизу нижньої межі термокліну й у гіполімніоні, де
концентрація кисню знижується найбільше різко [2]
.
Гранично допустима концентрація нітритів у воді водойм (ГДКв)
встановлена в розмірі 3.3 мг/дм3 у виді іона NO2-або 1 мг/дм3 у перерахунку на
азот нітритів. Показник шкідливості --
санітарно-токсикологічний.
Відповідно
до вимог глобальної системи моніторингу стану навколишнього середовища
(ГСМОС/GEMS) нітрит - і нітрат-іони входять у програми обов'язкових
спостережень за складом питної води і є важливими показниками ступеня
забруднення і трофічного статусу природних водойм.
Фосфор загальний
Сума
мінерального й органічного фосфору.
Так
само, як і для азоту, обмін фосфором між його мінеральними й органічними
формами з одного боку, і живими організмами - з іншого, є основним чинником, що
визначає його концентрацію.
Форми
фосфору в природних водах [8]
Хімічні форми рН
Загальний
фільтрованій (розчинений)
Частки
Загальний
Загальний розчинений і зважений фосфор
Загальний розчинений фосфор
Загальний фосфор у частках
ортофосфату
Загальний розчинений і зважений фосфор
розчинені ортофосфату
ортофосфату в частках
Гідролізовані кислотою фосфати
Загальні розчинені і зважені гідролізовані кислотою фосфати
розчинені гідролізовані кислотою
фосфати
гідролізовані кислотою фосфати в частках
Органічний фосфор
Загальний розчинений і зважений органічний фосфор
розчинений органічний фосфор
Органічний фосфор у частках
Концентрація загального розчиненого фосфору (мінерального й
органічног
