Химические показатели

1. Водородный показатель рН

Важным показателем чистоты и свойств состава воды является рН. Согласно санитарным нормам допускаются колебания рН в пределах 6,5:8,5. Отклонение рН от этих значений указывает на нарушение стабильности воды и возможное ее загрязнение.

Для поверхностных вод, содержащих небольшие количества диоксида углерода, характерна щелочная реакция [2]. Величина рН меняется в течении года и суток. Изменения рН тесно связаны с процессами фотосинтеза. Летом при потреблении СО₂ водной растительностью высвобождаются ионы ОНֿ и рН повышается до 10 и выше. Зимой, особенно в придонных слоях, снижается до 7 и ниже. Источником ионов водорода являются также гумусовые кислоты, присутствующие в почвах.

Величина рН воды – один из важнейших показателей качества воды. Величина концентрации ионов водорода имеет большое значение для химических и биологических процессов, происходящих в природных водах. От величины рН зависит развитие и жизнедеятельность водных растений, устойчивость различных форм миграции элементов, агрессивное действие воды на металлы и бетон. Величина рН воды также влияет на процессы превращения различных форм биогенных элементов, изменяет токсичность загрязняющих веществ [1,2].

2. Содержание общего железа

Главными источниками соединений железа в поверхностных водах являются процессы химического выветривания горных пород, сопровождающиеся их механическим разрушением и растворением. Поступление в воду происходит при растворении железосодержащих пород под действием кислот (угольной, гуминовых и др.). В процессе взаимодействия с содержащимися в природных водах минеральными и органическими веществами образуется сложный комплекс соединений железа, находящихся в воде в растворенном, коллоидном и взвешенном состояниях.

Ионы железа наряду с ионами Са²⁺ и Mg²⁺ сообщают воде жесткость. Значительные количества железа поступают с подземным стоком и со сточными водами предприятий металлургической, металлообрабатывающей, текстильной, лакокрасочной промышленности и с сельскохозяйственными стоками.

Являясь биологически активным элементом, железо в определенной степени влияет на интенсивность развития фитопланктона и качественный состав микрофлоры в водоеме, регулирует развитие некоторых планктонных водорослей. Известны водоросли, мало нуждающиеся в железе (кладофоры), и требовательные к нему – вольвоксовые, многие десмидиевые, диатомовые.

Концентрация железа подвержена заметным сезонным колебаниям. Обычно в водоемах с высокой биологической продуктивностью в период летней и зимней стагнации заметно увеличение концентрации железа в придонных слоях воды. Осенне-весеннее перемешивание водных масс (гомотермия) сопровождается окислением Fe(II) в Fe(III) и выпадением последнего в виде Fe(OH)₃ [1,3].

3. Содержание марганца

В поверхностные воды марганец поступает в результате выщелачивания железомарганцевых руд и других минералов, содержащих марганец (пиролюзит, псиломелан, браунит, манганит, черная охра). Значительные количества марганца поступают в процессе разложения водных животных и растительных организмов, особенно сине-зеленых, диатомовых водорослей и высших водных растений. Соединения марганца выносятся в водоемы со сточными водами марганцевых обогатительных фабрик, металлургических заводов, предприятий химической промышленности и шахтными водами.

Марганец обычно поступает в водоем в виде растворенных закисных солей, гуматов или в окисленном состоянии в форме взвеси. Окисленные нерастворимые соединения либо оседают на дно, либо восстанавливаются до растворимых закисных форм, преимущественно гидрокарбонатов. [4]

Концентрация марганца в поверхностных водах подвержена сезонным колебаниям. Факторами, определяющими изменения концентраций марганца, являются соотношение между поверхностными и подземным стоком, интенсивность потребления его при фотосинтезе, разложение фитопланктона, микроорганизмов и высшей водной растительности, а также процессы осаждения его на дно водных объектов. Роль марганца в жизни высших растений и водорослей водоемов весьма велика. Марганец способствует утилизации СО₂ растениями, чем повышает интенсивность фотосинтеза, участвует в процессах восстановления нитратов и ассимиляции азота растениями. Марганец способствует переходу активного Fe(II) в Fe(III), что предохраняет клетку от отравления, ускоряет рост организмов и т.д. Важная экологическая и физиологическая роль марганца вызывает необходимость изучения марганца его распределение в природных водах.

4. Общая жесткость

Общая жесткость (H_общ) – это природное свойство воды, обусловленное наличием в ней двухвалентных катионов (главным образом кальция и магния).

Воду с общей жесткостью до 3,5 мг · экв/дм³ называют мягкой, от 3,5 до 7 мг · экв/дм³ - средней жесткости, от 7 до 10 мг · экв/дм³ - жесткой, свыше 10 мг · экв/дм³ - очень жесткой.

Вода с жесткостью свыше 10 мг · экв/дм³ часто имеет неприятный вкус.

Для питьевых целей предпочитают воду средней жесткости, для хозяйственных и промышленных целей – мягкую воду.

Для определения общей жесткости пользуются трилонометрическим методом. Основным рабочим раствором является трилон Б – двунатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты.

Определение суммарного содержания ионов кальция и магния основано на способности трилона Б образовывать с этими ионами прочные комплексные соединения в щелочной среде, замещая свободные ионы водорода на катионы Ca и Mg. В качестве индикатора используется хромоген черный, дающий с Mg соединения вино-красного цвета, при исчезновении Mg он приобретает голубую окраску. Реакция идет при pH-10, что достигается добавлением в пробу аммиачного буферного раствора (NH₄OH+NH₄Cl).

В первую очередь связываются ионы кальция, а затем магния.

5. Содержание хлоридов

Высокая растворимость хлоридов обуславливает широкое распространение их во всех природных водах. В проточных водоемах содержание хлоридов небольшое – 20-30 мг/дм³. Вода, содержащая хлориды в концентрации более 350 мг/дм³, имеет солоноватый привкус, а при концентрации хлоридов 500-1000 мг/дм³ неблагоприятно влияет на желудочную секрецию. Содержание хлоридов является показателем загрязнения поверхностных и подземных водоисточников и сточных вод.

6. Содержание аммония

В чистых природных водах содержится 0,01-0,1 мг/дм³ аммонийных солей, предельно допустимые концентрации аммиака в воде водоемов 1,5 мг/дм³ (по азоту).

Ионы аммония определяют фотометрически по реакции с реактивом Несслера. Принцип метода основан на том, что аммоний с реактивом Несслера образует йодид меркураммония, который окрашивает раствор в желто-коричневый цвет. Интенсивность окраски пропорциональна содержанию аммония в воде.

Так как соли кальция и магния, обычно содержащиеся в природных водах, при взаимодействии с реактивом Несслера могут выпасть в осадок, их связывают раствором виннокислого натрия-калия (сегнетовой соли).

7. Содержание нитратов

Метод основан на реакции между нитратами и фенолдисульфокислотой с образованием нитропроизводных фенола, которые со щелочами образуют окрашенные в желтый цвет соединения. Определению мешают хлориды в концентрациях более 10 мг/дм³, их влияние устраняется в ходе анализа добавлением сульфата серебра. Определению мешает цветность воды более 20-25 град. В этом случае к 150 мл исследуемой воды добавляют 3 мл суспензии гидроксида аммония, пробу перемешивают и после отстаивания осадок отфильтровывают, выбрасывая первую порцию фильтра.

8. Минерализация природной воды

Минеральный состав воды на 85% и более обусловлен катионами Ca²⁺, Mg²⁺ и Na⁺ и анионами HCO₃^-, Cl^-, SO₄^2-.

Остальная часть минерального состава представлена макроэлементам Na⁺, K⁺, PO₄^3- и др. и микроэлементами Fe²⁺, Fe³⁺, J^-, Cu²⁺, Mo²⁺ и др.

Сухой остаток – это количество растворимых солей в мг, содержащихся в 1 дм³ воды. Так как масса органических веществ в сухом остатке не превышает 10-15%, сухой остаток дает представление о степени минерализации воды. Воду с сухим остатком до 1000 мг/дм³ называют пресной, свыше 1000 мг/дм³ - минерализированной. Вода, содержащая избыточное количество минеральных солей, непригодна для питья, так как имеет соленый или горько-соленый вкус.

Слабомирализированная вода с сухим остатком ниже 50-100 мг/дм³ неприятна на вкус, длительное ее употребление ее может привести к некоторым неблагоприятным физиологическим сдвигам в организме (к уменьшению хлоридов в тканях). Такая вода имеет низкое значение фтора, других микроэлементов.

Воду, содержащую до 20-100 мг/дм³ солей, считают слабо минерализированной, 100-300 мг/дм³ - удовлетворительно минерализированной, 300-500 мг/дм³ и выше – повышенно минерализированной.