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] . 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                        

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 повинен 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?? іогенніх елементів, 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 <5 (звичайно рН = 4.5), навіть якщо атмосферні опади мають більш високі значення рН. Це пов'язано з присутністю гумусових речовин і сполук алюмінію у водоймах і грунтовому прошарку.

Природні води в залежності від рН раціонально поділяти на сім груп: [5]          

сильно кислі води            

рН <3            

результат гідролізу   солей важких металів (шахтні і рудні води)                

кислі води            

рН = 3 ... 5            

надходження у воду   вугільної кислоти, фульвокислот та інших органічних кислот у результаті   розкладання органічних речовин                

слабокіслі води            

рН = 5 ... 6.5            

присутність гумусових   кислот у грунті і болотних водах (води лісової зони)                

нейтральні води            

рН = 6.5 ... 7.5            

наявність у водах   Ca (HCO3) 2, Mg (HCO3) 2                

слаболужні води            

рН = 7.5 ... 8.5            

те ж                

лужні води            

рН = 8.5 ... 9.5            

присутність Na2CO3 або   NaHCO3                

Сильно лужні води            

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 <4.5, називається вільною.

Лужність

Під лужністю природних або очищених вод розуміють спроможність деяких їхніх компонентів зв'язувати еквівалентну кількість сильних кислот. Лужність обумовлена наявністю у воді аніонів слабких кислот (карбонатів, гідрокарбонатів, сілікатів, боратів, сульфітів, гідросульфітів, сульфідів, гідросульфідів, аніонів гумінових кислот, фосфатів) - Їхня сума називається загальною лужністю. Через незначну концентрацію трьох останніх іонів загальна лужність води звичайно визначається тільки аніонамі вугільної кислоти (карбонатні лужність). Аніоні, гідролізуючісь, утворять гідроксільні іони:

CO32-+ H2O <---> HCO3-+ OH-;

HCO3-+ H2O <---> H2CO3 + OH-.

Лужність визначається кількістю сильної кислоти, необхідної для нейтралізації 1 дм3 води. Лужність більшості природних вод визначається тільки гідрокарбонатамі кальцію і магнію, pН цих вод не перевищує 8.3.

Визначення лужності корисно при дозуванні хімічних речовин, необхідних при обробці вод для водопостачання, а також при реагентному очищенні деяких стічних вод. Визначення лужності при надлишкових концентраціях лужноземельніх металів важливо при встановленні придатності води для ірігації. Разом із значеннями рН лужність води служить для розрахунку вмісту карбонатів і балансу вугільної кислоти у воді [3] , [2] .

Кисень

розчинений кисень знаходиться в природній воді у вигляді молекул O2. На його вміст у воді впливають дві групи протилежно спрямованих процесів: одні збільшують концентрацію кисню, інші зменшують її. До першої групи процесів, що збагачують воду киснем, варто віднести

: процес абсорбції кисню з атмосфери

; виділення кисню водяною рослинністю в процесі фотосинтезу

надходження у водойми з дощовими і сніговими водами, що звичайно пересічені киснем.

Абсорбція кисню з атмосфери відбувається на поверхні водного об'єкта. Швидкість цього процесу підвищується зі зниженням температури, із підвищенням тиску і зниженням мінералізації. Аерація - збагачення глибинних прошарків води киснем - відбувається в результаті перемішування водяних мас, у тому числі вітрового, вертикальної температурної циркуляції і т.д.

Фотосинтетична виділення кисню відбувається при асиміляції діоксиду вуглецю водяною рослинністю (прикріпленими, плаваючими рослинами і фітопланктоном). Процес фотосинтезу протікає тим сильніше, чим вище температура води, інтенсивність сонячного освітлення і більше біогенних (живильних) речовин (P, N і ін.) у воді. продукування кисню відбувається в поверхневому прошарку водойми, глибина якого залежить від прозорості води (для кожної водойми і сезону може бути різноманітною - від декількох сантиметрів - до декількох десятків метрів).

До групи процесів, що зменшують вміст кисню у воді, відносяться реакції споживання його на окислювання органічних речовин: біологічне (дихання організмів), біохімічне (дихання бактерій, витрата кисню при розкладанні органічних речовин) і хімічне (окислювання Fe2 +, Mn2 +, NO2-, NH4 +, CH4, H2S). Швидкість споживання кисню збільшується з підвищенням температури, кількості бактерій і інших водяних організмів і речовин, що піддаються хімічному і біохімічному окислювання. Крім того, зменшення вмісту кисню у воді може відбуватися внаслідок виділення його в атмосферу з поверхневих прошарків і тільки в тому випадку, якщо вода при даній температурі і тиску виявиться пересичения киснем.

У поверхневих водах вміст розчиненого кисню варіює в широких межах - Від 0 до 14 мг/дм3 - і схильний до сезонних і добових коливань. Добові коливання залежать від інтенсивності процесів його продукування і споживання і можуть досягати 2.5 мг/дм3 розчиненого кисню. У зимовий і літній періоди розподіл кисню носить характер стратифікації. Дефіцит кисню частіше спостерігається у водяних об'єктах із високими концентраціямі забруднюючих органічних речовин і в евтрофікованіх водоймах, що містять велику кількість біогенних і гумусових речовин [2] .

Концентрація кисню визначає розмір окисно-відновного потенціалу і значною мірою напрямок і швидкість процесів хімічного і біохімічного окислювання органічних і неорганічних сполук. Кисневий режим робить глибокий вплив на життя водойми. Мінімальний вміст розчиненого кисню, що забезпечує нормальний розвиток риб, складає біля 5 мг O2/дм3. Зниження його до 2 мг/дм3 викликає масову загибель (замор) риби. Негативно позначається на стані водного населення і пересичения води киснем у результаті процесів фотосинтезу при недостатньо інтенсивному перемішуванні прошарків води.

Відповідно до вимог до складу і властивостей води водойм у пунктах питного і санітарного водокористування вміст розчиненого кисню в пробі, відібраної до 12 часів дня, не повинно бути нижче 4 мг/дм3 у будь-який період року; для рибогосподарських водойм призначення концентрація розчиненого у воді кисню не повинна бути нижче 4 мг/дм3 у зимовий період (при льодоставі) і 6 мг/дм3 - у літній [1] .

Визначення кисню в поверхневих водах включено в програми спостережень з метою оцінки умов існування гідробіонтів, у тому числі риб, а також як непряма характеристика оцінки якості поверхневих вод і регулювання процесу очищення стоків. Вона суттєва для аеробного дихання і є індикатором біологічної активності (тобто фотосинтезу) у водоймі.        

Рівень забруднення води і клас   якості [4] .         

розчинений кисень             

літо, мг/дм3         

зима, мг/дм3         

% насичення             

дуже чисті, I         

9         

14-13         

95             

чисті, II         

8         

12-11         

80             

помірно забруднені, III         

7-6         

10-9         

70             

Забруднені, IV         

5-4         

5-4         

60             

Брудні, V         

3-2         

5-1         

30             

дуже брудні, VI         

0         

0         

0     

Кальцій

Головними джерелами надходження кальцію в поверхневі води є процеси хімічного вивітрювання і розчинення мінералів, насамперед вапняків, доломітів, гіпсу, що містять кальцій, сілікатів і інших осадових і метаморфічних порід.

CaCO3 + CO2 + H2O <=> Са (HCO3) 2 <=> Ca2 + + 2HCO3-

розчинення сприяють мікробіологічні процеси розкладання органічних речовин, що супроводжуються зниженням рН.

Великі кількості кальцію виносяться зі стічними водами силікатної, металургійної, скляної, хімічної промисловості зі стоками сільськогосподарських угідь, особливо при використанні мінеральних добрив, що містять кальцій.

Характерною рисою кальцію є здатність утворювати в поверхневих водах досить стійкі пересічені розчини CaCO3. Іонна форма (Ca2 +) характерна тільки для мало мінералізованих природних вод. Відомі досить стійкі комплексні сСполукі кальцію з органічними речовинами, що містяться у воді. У деяких мало мінералізованих пофарбованих водах до 90-100% іонів кальцію можуть бути пов'язані з гумусовими кислотами.

У річкових водах вміст кальцію рідко перевищує 1 гр Са2 +/дм3. Звичайно ж його концентрації значно нижче [2] .

Концентрація кальцію в поверхневих водах схильна до помітних сезонних коливань. У період зниження мінералізації (весна) іонам кальцію належить переважна роль, що пов'язано з легкістю вілужнювання розчинних солей кальцію з поверхневого прошарку грунтів і порід.

ГДКв кальцію складає 180 мг/дм3.

Досить жорсткі вимоги до вміст кальцію подаються до вод, що живлять парові установки, оскільки з карбонатів, сульфатів і ряду інших аніонів кальцій утворює трівкі накипу. Дані про вміст кальцію у водах необхідні також при вирішенні питань, пов'язаних із формуванням хімічного складу природних вод, їхнім походженням, а також при дослідженні карбонатно-кальцієвої рівноваги [7] , [2] .

Магній

У поверхневі води магній надходить в основному за рахунок процесів хімічного вивітрювання і розчинення доломітів, мергелів і інших мінералів. Значні кількості магнію можуть надходити у водяні об'єкти зі стічними водами металургійних, силікатних, текстильних і інших підприємств.

У річкових водах вміст магнію звичайно коливається від декількох одиниць до десятків міліграмів у 1 дм3.

Вміст магнію в поверхневих водах схильний до помітних коливань: як правило, максимальні концентрації спостерігаються в меженний період, мінімальні - у період паводків [7] , [2] .

ГДКвр іонів Мg2 + складає 40 мг/дм3 [4] .

кремній

кремній Цьому сприяє на відміну від інших компонентів поширеність сполук кремнію в гірських породах, і тільки мала Розчинність останніх пояснює малий вміст кремнію у воді.

Головним джерелом сполук кремнію в природних водах є процеси хімічного вивітрювання і розчинення мінералів, що містять кремній, наприклад алюмосілікаті:

KMg3AlSi3O10 (OH) 2 + 7H2CO3 + 1/2H2O -> 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] . <