Химические загрязнения водных ресурсов

Водородный показатель (pH)

Водородный показатель или рН представляет собой логарифм концентрации ионов водорода, взятый с обратным знаком, т.е. pH = -log[H+].

Величина рН определяется количественным соотношением в воде ионов Н+ и ОН-, образующихся при диссоциации воды. Если ионы ОН- в воде преобладают - то есть рН>7, то вода будет иметь щелочную реакцию, а при повышенном содержании ионов Н+ - рН<7- кислую. В дистиллированной воде эти ионы будут уравновешивать друг друга и рН будет приблизительно равен 7. При растворении в воде различных химических веществ, как природных, так и антропогенных, этот баланс нарушается, что приводит к изменению уровня рН.

В зависимости от уровня рН воды можно условно разделить на несколько групп:

сильнокислые воды < 3

кислые воды 3 - 5

слабокислые воды 5 - 6.5

нейтральные воды 6.5 - 7.5

слабощелочные воды 7.5 - 8.5

щелочные воды 8.5 - 9.5

сильнощелочные воды > 9.5

В зависимости от величины pH может изменяться скорость протекания химических реакций, степень коррозионной агрессивности воды, токсичность загрязняющих веществ и многое другое.

Обычно уровень рН находится в пределах, при которых он не влияет на потребительские качества воды. В речных водах pH обычно находится в пределах 6.5-8.5, в болотах вода кислее за счет гуминовых кислот - там pH 5.5-6.0, в подземных водах pH обычно выше. При высоких уровнях (рН>11) вода приобретает характерную мылкость, неприятный запах, способна вызывать раздражение глаз и кожи. Низкий pH<4 тоже может вызывать неприятные ощущения. Влияет pH и на жизнь водных организмов. Для питьевой и хозяйственно-бытовой воды оптимальным считается уровень рН в диапазоне от 6 до 9.

Жесткость воды

Жесткость воды – связывают с содержанием в ней растворенных солей кальция и магния. Суммарное содержание этих солей называют общей жесткостью. Общая жесткость воды подразделяется на карбонатную, обусловленную концентрацией гидрокарбонатов (и карбонатов при рН 8,3) кальция и магния, и некарбонатную - концентрацию в воде кальциевых и магниевых солей сильных кислот. Поскольку при кипячении воды гидрокарбонаты переходят в карбонаты и выпадают в осадок, карбонатную жесткость называют временной или устранимой. Остающаяся после кипячения жесткость называется постоянной. Результаты определения жесткости воды выражают в мг-экв/дм3. Временная или карбонатная жесткость может доходить до 70-80% общей жесткости воды.

Жесткость воды формируется в результате растворения горных пород, содержащих кальций и магний. Преобладает кальциевая жесткость, обусловленная растворением известняка и мела, однако в районах, где больше доломита, чем известняка, может преобладать и магниевая жесткость.

Анализ воды на жесткость имеет значение в первую очередь для подземных вод разной глубины залегания и для вод поверхностных водотоков, берущих начало из родников. Важно знать жесткость воды в районах, где есть выходы карбонатных пород, в первую очередь известняков.

Высокой жесткостью обладаю морские и океанические воды. Высокая жесткость воды ухудшает органолептические свойства воды, придавая ей горьковатый вкус и оказывая негативное действие на органы пищеварения. Высокая жёсткость способствует образованию мочевых камней, отложению солей. Именно жесткость вызывает образование накипи в чайниках и других устройствах кипячения воды. Жёсткая вода при умывании сушит кожу, в ней плохо образуется пена при использовании мыла.

Величина общей жесткости в питьевой воде по оценкам специалистов не должна превышать 2-3,0 мг-экв/дм3. Особые требования предъявляются к технической воде для различных производств, так как накипь просто выводит дорогостоящую водонагревательную технику из строя, значительно повышает энергозатраты на нагрев воды.

Запах

Химически чистая дистилированная вода лишена вкуса и запаха. Однако в природе такая вода не встречается - она всегда содержит в своем составе растворенные вещества - органические или минеральные. В зависимости от состава и концентрации примесей вода начинает принимать тот или иной привкус или запах.

Причины появления запаха у воды могут быть самыми разными. Это и присутствие в воде биологических частиц - гниющих растений, плесневых грибков, простейших (особенно заметны железистые и сернистые бактерии), и минеральные загрязнители. Сильно ухудшает запах воды антропогенное загрязнение - например, попадание в воду пестицидов, промышленных и бытовых стоков, хлора.

Запах относится к так называемым органолептическим показателям и измеряется без помощи каких-либо приборов. Интенсивность запаха воды определяют экспертным путем при 20оС и 60оС и измеряют в баллах:

Запах не ощущается 0 баллов.

Запах не ощущается потребителем, но обнаруживается при лабораторном исследовании -1 балл.

Запах замечается потребителем, если обратить на это его внимание- 2 балла.

Запах легко замечается и вызывает неодобрительный отзыв о воде -3 балла.

Запах обращает на себя внимание и заставляет воздержаться от питья -4 балла.

Запах настолько сильный, что делает воду непригодной к употреблению- 5 баллов.

Мутность

Мутность воды вызвана присутствием тонкодисперсных взвесей органического и неорганического происхождения.

Взвешенные вещества попадают в воду в результате смыва твердых частичек (глины, песка, ила) верхнего покрова земли дождями или талыми водами во время сезонных паводков, а также в результате размыва русла рек. Как правило, мутность поверхностных вод значительно выше, чем мутность вод подземных. Наименьшая мутность водоемов наблюдается зимой, наибольшая - весной в период паводков и летом, в период дождей и развития мельчайших живых организмов и водорослей, плавающих в воде. В проточной воде мутность, как правило, меньше.

Мутность воды может быть вызвана самыми разнообразными причинами - присутствием карбонатов, гидроксидов алюминия, высокомолекулярных органических примесей гумусового происхождения, появлением фито- и изопланктона, а также окислением соединений железа и марганца кислородом воздуха.

Высокая мутность является признаком наличия в воде неких примесей, возможно токсичных, кроме того, в мутной воде лучше развиваются различные микроорганизмы, в т.ч. патогенные. В России мутность воды определяют фотометрическим путем сравнения проб исследуемой воды со стандартными суспензиями. Результат измерений выражают в мг/дм3 при использовании основной стандартной суспензии каолина или в ЕМ/дм3 (единицы мутности на дм3) при использовании основной стандартной суспензии формазина.

Общая минерализация

Общая минерализация - суммарный количественный показатель содержания растворенных в воде веществ. Этот параметр также называют содержанием растворимых веществ или общим солесодержанием, так как растворенные в воде вещества как правило находятся именно в виде солей. К числу наиболее распространенных относятся неорганические соли (в основном бикарбонаты, хлориды и сульфаты кальция, магния, калия и натрия) и небольшое количество органических веществ, растворимых в воде.

Не стоит путать минерализацию с сухим остатком. Методика определения сухого остатка такова, что летучие органические соединения, растворенные в воде, не учитываются. Общая минерализация и сухой остаток могут отличаться на небольшую величину (как, правило, не более 10%).

Уровень солесодержания в питьевой воде обусловлен качеством воды в природных источниках (которые существенно варьируются в разных геологических регионах вследствие различной растворимости минералов). Вода Подмосковья не отличается особенно высокой минерализацией, хотя в тех водотоках, которые расположены в местах выхода легкорастворимых карбонтных пород, минерализация может повышаться.

В зависимости от минерализации (г/дм3 - г/л) природные воды можно разделить на следующие категории:

Ультрапресные < 0.2

Пресные 0.2 - 0.5

Воды с относительно повышенной минерализацией 0.5 - 1.0

Солоноватые 1.0 - 3.0

Соленые 3 - 10

Воды повышенной солености 10 - 35

Рассолы > 35

Кроме природных факторов, на общую минерализацию воды большое влияние оказывают промышленные сточные воды, городские ливневые стоки (когда соль используется для борьбы с обледенением дорог) и т.п.

Хорошим считается вкус воды при общем солесодержании до 600 мг/л. По органолептическим показаниям ВОЗ рекомендован верхний предел минерализации в 1000 мг/л (т.е до нижней границы солоноватых вод). Минеральные воды с определенным содержанием солей полезны для здоровья только по показаниям врачей в строго ограниченом количестве. Для технической воды нормы минерализации строже, чем для питьевой, так как даже относительно небольшие концентрации солей портят оборудование, оседают на стенках труб и засоряют их.

Окисляемость

Окисляемость - это величина, характеризующая содержание в воде органических и минеральных веществ, окисляемых (при определенных условиях) одним из сильных химических окислителей. Этот показатель отражает общую концентрацию органики в воде. Природа органических веществ может быть самой разной - и гуминовые кислоты почв, и сложная органика растений, и химические соединения антропогенного происхождения. Для определения конкретных соединений используются различные методы.

Различают несколько видов окисляемости воды: перманганатную, бихроматную, иодатную. Наиболее высокая степень окисления достигается бихроматным методом. В практике водоочистки для природных малозагрязненных вод определяют перманганатную окисляемость, а в более загрязненных водах - как правило, бихроматную окисляемость (ХПК - "химическое потребление кислорода").

Перманганатная окисляемость выражается в миллиграммах кислорода, пошедшего на окисление этих веществ, содержащихся в 1 дм3 воды.

Величина окисляемости природных вод может варьироваться в широких пределах от долей миллиграммов до десятков миллиграммов О2 на литр воды. Поверхностные воды имеют более высокую окисляемость по сравнению с подземными. Это понятно - органика из почвы и растительного опада легче попадает в поверхностные воды, чем в грунтовые, чаще всего ограниченные глинистыми водоупорами. Вода равнинных рек как правило имеет окисляемость 5-12 мг О2 /дм3, рек с болотным питанием - десятки миллиграммов на 1 дм3. Подземные воды имеют в среднем окисляемость на уровне от сотых до десятых долей миллиграмма О2 /дм3. Хотя подземные воды в районах нефтегазовых месторождений, и торфяников могут иметь очень высокую окисляемость.

Сухой остаток

Сухой остаток характеризует общее содержание в воде минеральных солей, которое рассчитано суммированием концентрации каждой из них, без учёта летучих органических соединений. Пресной считается вода, имеющая общее солесодержание не более 1 г/л.

Для технической воды нормы минерализации строже, чем для питьевой, так как даже относительно небольшие концентрации солей портят оборудование, оседают на стенках труб и засоряют их.

Неорганические вещества

Алюминий

Алюминий - легкий серебристо-белый металл. Попадает в воду в первую очередь в процессе водоподготовки - в составе коагулянтов. При технологических нарушениях этого процесса может оставаться в воде. Иногда попадает в воду с промышленными стоками. Допустимая концентрация - 0,5 мг/л.

Избыток алюминия в воде приводит к повреждению центральной нервной системы.

Железо

Железо поступает в воду при растворении горных пород. Железо может вымываться из них подземными водами. Повышенное содержание железа наблюдается в болотных водах, в которых оно находится в виде комплексов с солями гуминовых кислот. Насыщенными железом оказываются подземные воды в толщах юрских глин. В глинах много пирита FeS, и железо из него относительно легко переходит в воду.

Содержание железа в поверхностных пресных водах составляет десятые доли миллиграмма. Повышенное содержание железа наблюдается в болотных водах (единицы миллиграмм), где концентрация гумусовых веществ достаточно велика. Наибольшие же концентрации железа (до нескольких десятков миллиграмм в 1 дм3) наблюдаются в подземных водах с низкими значениями и низким содержанием, а в районах залегания сульфатных руд и зонах молодого вулканизма концентрации железа могут достигать даже сотен миллиграмм в 1 л воды. В поверхностных водах средней полосы России содержится от 0,1 до 1 мг/л железа, в подземных водах содержание железа часто превышает 15-20 мг/л.

Значительные количества железа поступают в водоемы со сточными водами предприятий металлургической, металлообрабатывающей, текстильной, лакокрасочной промышленности и с сельскохозяйственными стоками. Очень важен анализ на содержание железа для сточных вод.

Концентрация железа в воде зависит от рН и содержания кислорода в воде. Железо в воде колодцев и скважин может находится как в окисленной, так и в востановленной форме, но при отстаивании воды всегда окисляется и может выпадать в осадок. Много железа растворено в кислых бескислородных подземных водах.

Анализ воды на железо необходим для самых разных типов воды - поверхностных природных вод, приповерхностных и глубинных подземных вод, сточных вод промышленных предприятий.

Содержащая железо вода (особенно подземная) сперва прозрачна и чиста на вид. Однако даже при непродолжительном контакте с кислородом воздуха железо окисляется, придавая воде желтовато-бурую окраску. Уже при концентрациях железа выше 0,3 мг/л такая вода способна вызвать появление ржавых потеков на сантехнике и пятен на белье при стирке. При содержании железа выше 1 мг/л вода становится мутной, окрашивается в желто-бурый цвет, у нее ощущается характерный металлический привкус. Все это делает такую воду практически неприемлемой как для технического, так и для питьевого применения

В небольших количествах железо необходимо организму человека – оно входит в состав гемоглобина и придает крови красный цвет. Но слишком высокие концентрации железа в воде для человека вредны. Содержание железа в воде выше 1-2 мг/дм3 значительно ухудшает органолептические свойства, придавая ей неприятный вяжущий вкус. Раздражающее действие на слизистые и кожу, гемохроматоз, аллергия. Железо увеличивает показатели цветности и мутности воды.

Кадмий

Кадмий — химический элемент II группы периодической системы элементов Д.И. Менделеева; белый, блестящий, тяжёлый, мягкий, тягучий металл.

В природные воды кадмий поступает при выщелачивании почв, полиметаллических и медных руд, в результате разложения водных организмов, способных его накапливать. ПДК кадмия в питьевой воде для России составляет 0,001 мг/м3, для стран ЕС — 0,005 мг/м3. Соединения кадмия выносятся в поверхностные воды со сточными водами свинцово-цинковых заводов, рудообогатительных фабрик, ряда химических предприятий (производство серной кислоты), гальванического производства, а также с шахтными водами. Понижение концентрации растворенных соединений кадмия происходит за счет процессов сорбции, выпадения в осадок гидроксида и карбоната кадмия и потребления их водными организмами.

Растворенные формы кадмия в природных водах представляют собой главным образом минеральные и органо-минеральные комплексы. Основной взвешенной формой кадмия являются его сорбированные соединения. Значительная часть кадмия может мигрировать в составе клеток гидробионтов.

Избыточное поступление кадмия в организм может приводить к анемии, поражению печени, кардиопатии, эмфиземе легких, остеопорозу, деформации скелета, развитию гипертонии. Наиболее важным в кадмиозе является поражение почек, выражающееся в дисфункции почечных канальцев и клубочков с замедлением канальцевой реабсорбции, протеинурией, глюкозурией, последующими аминоацидурией, фосфатурией. Избыток кадмия вызывает и усиливает дефицит Zn и Se. Воздействие на протяжении продолжительного времени может вызывать поражение почек и легких, ослабление костей.

Симптомы кадмиевого отравления: белок в моче, поражение центральной нервной системы, острые костные боли, дисфункция половых органов. Кадмий влияет на кровяное давление, может служить причиной образования камней в почках (в почках он накапливается особенно интенсивно). Опасность представляют все химические формы кадмия

Калий

Калий — химический элемент I группы периодической системы элементов Д.И. Менделеева; серебряно-белый, очень лёгкий, мягкий и легкоплавкий металл.

Калий входит в состав полевых шпатов и слюд. На земной поверхности калий, в отличие от натрия, мигрирует слабо. При выветривании горных пород калий частично переходит в воды, но оттуда его быстро захватывают организмы и поглощают глины, поэтому воды рек бедны калием и в океан его поступает много меньше, чем натрия. ПДК калия в питьевой воде для стран ЕС — 12,0 мг/дм3.

Отличительная особенность калия — его способность вызывать усиленное выведение воды из организма. Поэтому пищевые рационы с повышенным содержанием элемента облегчают функционирование сердечно-сосудистой системы при ее недостаточности, обусловливают исчезновение или существенное уменьшение отеков. Дефицит калия в организме ведет к нарушению функции нервно-мышечной (парезы и параличи) и сердечно-сосудистой систем и проявляется депрессией, дискоординацией движений, мышечной гипотонией, гипорефлек-сией, судорогами, артериальной гипотонией, брадикардией, изменениями на ЭКГ, нефритами, энтеритами и др. Суточная потребность в калии 2-3 г.

Кальций

Кальций в природе встречается только в виде соединений. Самые распространенные минералы - диопсид, алюмосиликаты, кальцит, доломит, гипс. Продукты выветривания минералов кальция всегда присутствуют в почве и природных водах. Растворению способствуют микробиологические процессы разложения органических веществ, сопровождающиеся понижением водородного показателя.

Большие количества кальция выносятся со сточными водами силикатной, металлургической, химической промышленности и со стоками сельскохозяйственных предприятий и особенно при использовании кальцийсодержащих минеральных удобрений.

Характерной особенностью кальция является склонность образовывать в поверхностных водах довольно устойчивые пересыщенные растворы СаСО3. Известны достаточно устойчивые комплексные соединения кальция с органическими веществами, содержащимися в воде. В маломинерализованных окрашенных водах до 90-100% ионов кальция могут быть связаны гумусовыми кислотами.

В речных водах содержание кальция редко превышает 1 г/л. Обычно же его концентрация значительно ниже.

Концентрация кальция в поверхностных водах имеет заметные сезонные колебания: весной содержание ионов кальция повышено, что связано с легкостью выщелачивания растворимых солей кальция из поверхностного слоя почв и пород.

Кальций важен для всех форм жизни. В человеческом организме входит в состав костной, мышечной ткани и крови. Масса кальция , содержащегося в организме человека, превышает 1 кг, из них 980 г сосредоточено в составе скелета.

Длительное употребление в пищу воды с повышенным содержанием солей кальция может вызывать у людей мочекаменную болезнь, склероз и гипертонию. Дефицит кальция вызывает деформацию костей у взрослых и рахит у детей.

Жесткие требования предъявляются к содержанию кальция в водах , питающих паросиловые установки, так как в присутствии карбонатов, сульфатов и ряда других анионов кальций образует прочную накипь. Данные о содержании кальция в воде необходимы так же при решении вопросов, связанных с формированием химического состава природных вод, их происхождением, а так же при исследовании карбонатно-кальциевого равновесия.

ПДК кальция составляет 180 мг/л.

Кремний

Кремний - один из самых распространенных на Земле химических элементов. Главный источник соединений кремния в природных водах - процессы химического выветривания и растворения кремнийсодержащих минералов и горных пород. Но кремний отличается малой растворимостью и его в воде, как правило, не много.

Попадает кремний в воду и с промышленными стоками предприятий, производящих керамику, цемент, стекольные изделия, силикатные краски. ПДК кремния - 10 мг/л

Марганец

Марганец — химический элемент VII группы периодической системы элементов Д.И. Менделеева. Металл.

Марганец активизирует ряд ферментов, участвует в процессах дыхания, фотосинтеза, влияет на кроветворение и минеральный обмен. Недостаток марганца в почве вызывает у растений некрозы, хлорозы, пятнистости. При недостатке этого элемента в кормах животные отстают в росте и развитии, у них нарушается минеральный обмен, развивается анемия. На почвах, бедных марганцем (карбонатных и переизвесткованных), применяют марганцевые удобрения. ПДК марганца в воде в России — 0,1 мг/дм3. При превышении ПДК марганца отмецают мутагагенное влияние на человека, поражение центральной нервной системы. Особенно опасно при систематическом употреблении такой воды беременными женщинами, в 90 процентов случаях, приводит к врождённым уродствам ребёнка.

Мышьяк

Мышьяк - один из самых известных ядов. Это металл, токсичный для большинства живых существ. Его ПДК в воде - 0,05 мг/л. При отравлении мышьяком поражается центральная и периферическая нервная система, кожа, периферическая сосудистая система.

Неорганический мышьяк более опасен, чем органический, трехвалентный более опасен, чем пятивалентный. Главным источником мышьяка в воде являются промышленные стоки.

Натрий

Натрий является одним из главных компонентов химического состава природных вод, определяющих их тип.

Основным источником поступления натрия в поверхностные воды суши являются изверженные и осадочные породы и самородные растворимые хлористые, сернокислые и углекислые соли натрия. Большое значение имеют и биологические процессы, в результате которых образуются растворимые соединения натрия. Кроме того, натрий поступает в природные воды с хозяйственно-бытовыми и промышленными сточными водами и с водами, сбрасываемыми с орошаемых полей.

В поверхностных водах натрий мигрирует преимущественно в растворенном состоянии. Концентрация его в речных водах колеблется от 0,6 до 300 мг/л в зависимости от физико-географических условий и геологических особенностей водных объектов. В поземных водах концентрация натрия колеблется в широких пределах - от миллиграммов до десятков граммов в 1 литре. Это определяется глубиной залегания подземных вод и другими условиями гидрогеологической обстановки.

Биологическая роль натрия крайне важна для большинства форм жизни на Земле, включая человека. Организм человека содержит около 100 г натрия. Ионы натрия активируют ферментативный обмен в организме человека. Избыточное содержание натрия в воде и пище приводит к гипертензии и гипертонии.

ПДК калия составляет 50 мг/л.

Никель

Никель — химический элемент первой триады VIII группы периодической системы элементов Д.И. Менделеева; серебристо-белый металл, ковкий и пластичный.

На Земле никель почти всегда встречается совместно с кобальтом и главным образом в виде смеси соединений никеля с кобальтом и мышьяком (купферникель), с мышьяком и серой (никелевый блеск), с железом, медью и серой (пентландит) и другими элементами. Промышленные месторождения никеля (сульфидные руды) обычно сложены минералами никеля и меди. В биосфере никель — сравнительно слабый мигрант. Его относительно мало в поверхностных водах, в живом веществе. ПДК никеля в питьевой воде в России составляет О,1 мг/л, в странах ЕС — 0,05 мг/л.

Никель — необходимый микроэлемент в организме человека, в частности для регуляции обмена ДНК. Однако его поступление в избыточных количествах может представлять опасность для здоровья. Он поражает кровь и желудочно-кишечный тракт.

Ртуть

Ртуть - в обычных условиях - жидкий, летучий металл. Очень опасное и токсичное вещество. ПДК ртути в воде - всего 0,0005 мг/л.

Ртуть поражает центральную нервную систему, особенно у детей, кровь, почки, вызывает нарушение репродуктивной функции. Особенно опасна метилртуть - металл-органическое соединение, образующиеся в воде при наличии ртути. Метилртуть очень легко всасывается тканями организма и очень долго из него выводится.

Практически все загрязнение воды ртутью имеет искусственное происхождение - ртуть попадает в природные водотоки из сточных вод промышленных производств.

Свинец

Свинец — химический элемент IV группы периодической системы элементов Д.И. Менделеева; тяжёлый металл голубовато-серого цвета, очень пластичный, мягкий.

Концентрация свинца в природных водах обычно не превышает 10 мкг/л, что обусловлено его осаждением и комплексообразованием с органическими и неорганическими лигандами; интенсивность этих процессов во многом зависит от рН. ПДК свинца в питьевой воде составляет: для стран ЕС — 0,05 мг/дм3, для России — 0,03 мг/дм3.

Анализ воды на свинец важен для поверхностных вод питьевых и сточных вод. Необходимо проверить воду на содержание свинца, если есть подозрения в попадании в водоток промышленных стоков.

Растения поглощают свинец из почвы, воды и атмосферных осадков. В организм человека свинец попадает с пищей (около 0,22 мг ), водой (0,1 мг ), пылью (0,08 мг ).

Для всех регионов России свинец — основной антропогенный токсичный элемент из группы тяжелых металлов, что связано с высоким индустриальным загрязнением и выбросами автомобильного транспорта, работающего на этилированном бензине. Свинец накапливается в теле, костях и поверхностных тканях. Свинец влияет на почки, печень, нервную систему и органы кровообразования. Пожилые и дети особенно чувствительны даже к низким дозам свинца.

Цинк

Цинк содержится в воде в виде солей и органических соединений. При больших концентрациях он придает воде вяжущий привкус. Цинк может нарушать обмен веществ, особенно сильно он нарушает метаболизм железа и меди в организме.

Цинк попадает в воду с промышленными стоками, вымывается из оцинкованных труб и иных коммуникаций, может накапливаться и поступать в воду из ионообменных фильтров.

Фтор

Круговорот фтора в природе охватывает литосферу, гидросферу, атмосферу и биосферу. Фтор обнаруживается в поверхностных, грунтовых, морских и даже метеорных водах.

Питьевая вода с концентрацией фтора более 0,2 мг/л является основным источником его поступления в организм. Воды поверхностных источников характеризуются преимущественно низким содержанием фтора (0,3-0,4 мг/л). Высокие содержания фтора в поверхностных водах являются следствием сброса промышленных фторсодержащих сточных вод или контакта вод с почвами, богатыми соединениями фтора. Максимальные концентрации фтора (5-27 мг/л и более) определяют в артезианских и минеральных водах, контактирующих с фторсодержащими водовмещающими породами.

Неорганические соединения

Аммоний

Аммоний-ион (NH4+) - в природных водах накапливается при растворении в воде газа - аммиака (NH3), образующегося при биохимическом распаде азотсодержащих органических соединений. Растворенный аммиак поступает в водоём с поверхностным и подземным стоком, атмосферными осадками, а также со сточными водами. В природе образуется при разложении азотсодержащих органических соединений. Является загрязнителем как природных, так и промышленных вод. Аммиак присутствует в стоках животноводческих комплексов и некоторых промышленных производств. Может попадать в воду при технологических нарушения процесса аммонизации - обработки питьевой воды аммиаком за несколько секунд до хлорирования для обеспечения более длительного обеззараживающего эффекта. Как правило, концнентрации аммиака в воде не достигают опасных значений, но он вступает в реакцию с другими соединениями, в результате чего возникают более токсичные вещества.

Наличие иона аммония и нитритов в концентрациях, превышающих фоновые значения, указывает на свежее загрязнение и близость источника загрязнения (коммунальные очистные сооружения, отстойники промышленных отходов, животноводческие фермы, скопления навоза, азотных удобрений, поселения и др.).

Сероводород

Сероводород - H2S - довольно распространенный загрязнитель воды. Он образуется при гниении органики. Значительные объемы сероводорода выделяются на поверхность в вулканических районах, но для нашей местности этот путь значения не имеет. У нас в поверхностных и подземных водотоках сероводород выделяется при разложении органических соединений. Особенно много сероводорода может быть в придонных слоях воды или в подземных водах - в условиях дефицита кислорода.

В присутствии кислорода сероводород быстро окисляется. Для его накопления нужны восстановительные условия.

Сероводород может поступать в водотоки со стоками химических, пищевых, целлюлозных производств, с городской канализацией.

Сероводород не только токсичен, он имеет резкий неприятный запах (запах тухлых яиц), который резко ухудшает органолептические свойства воды, делая ее непригодной для питьевого водоснабжения. Появление сероводорода в придонных слоях служит признаком острого дефицита кислорода и развития заморных явлений в водоеме.

Сульфаты

Сульфаты присутствуют практически во всех поверхностных водах. Главным естественным источником сульфатов являются процессы химического выветривания и растворения серосодержащих минералов, в основном гипса, а также окисления сульфидов и серы. Значительные количества сульфатов поступают в водоемы в процессе отмирания живых организмов, окисления наземных и водных веществ растительного и животного происхождения.

Из антропогенных источников сульфатов в первую очередь надо упомянуть шахтные воды и в промышленные стоки производств, в которых используется серная кислота. Сульфаты выносятся также со сточными водами коммунального хозяйства и сельскохозяйственного производства.

Сульфаты участвуют в круговороте серы. При отсутствии кислорода под действием бактерий они восстанавливаются до сероводорода и сульфидов, которые при появлении в природной воде кислорода снова окисляются до сульфатов. Растения и бактерии извлекают растворенные в воде сульфаты для построения белкового вещества. После отмирания живых клеток в процессе разложения сера протеинов выделяется в виде сероводорода, легко окисляемого до сульфатов в присутствии кислорода.

Повышенные содержания сульфатов ухудшают органолептические свойства воды и оказывают физиологическое воздействие на организм человека – они обладают слабительными свойствами.

Сульфаты в присутствии кальция способны образовывать накипь, так что их содержание строго регламентируется и в технических водах.

Нитраты

Загрязнение воды нитратами может быть обусловлено как природными, так и антропогенными причинами. В результате деятельности бактерий в водоемах аммонийные ионы могут переходить в нитрат-ионы, кроме того, во время гроз некоторое количество нитратов возникает при электрических разрядах – молниях.

Основными антропогенными источниками поступления нитратов в воду являются сброс хозяйственно-бытовых сточных вод и сток с полей, на которых применяются нитратные удобрения.

Наибольшие концентрации нитратов обнаруживаются в поверхностных и приповерхностных подземных водах, наименьшие – в глубоких скважинах. Очень важно проверять на содержание нитратов воду из колодцев, родников, водопроводную воду, особенно в районах с развитым сельским хозяйством.

Повышенное содержание нитратов в поверхностных водоемах ведет к их зарастанию, азот, как биогенный элемент, способствует росту водорослей и бактерий. Это называется процессом эвтрофикации. Процесс этот весьма опасен для водоемов, так как последующее разложение биомассы растений израсходует весь кислород в воде, что, в свою очередь, приведет к гибели фауны водоема.

Опасны нитраты и для человека. Различают первичную токсичность собственно нитрат-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. При длительном употреблении питьевой воды и пищевых продуктов, содержащих значительные количества нитратов, возрастает концентрация метгемоглобина в крови. Снижается способность крови к переносу кислорода, что ведет к неблагоприятным последствиям для организма.

Нитриты

Нитриты - промежуточная ступень в цепи бактериальных процессов окисления аммония до нитратов или, напротив, восстановления нитратов до азота и аммиака. Подобные окислительно-восстановительные реакции характерны для станций аэрации, систем водоснабжения и природных вод. Наибольшие концентрации нитритов в воде наблюдается летом, что связано с деятельностью некоторых микроорганизмов и водорослей.

Анализ воды на нитриты делается для вод поверхностных и приповерхностных водотоков.

Нитриты могут применяться в промышленности как консерванты и ингибиторы коррозии. В сточных водах они могут попадать в открытые водотоки.

Повышенное содержание нитритов указывает на усиление процессов разложения органических веществ в условиях медленного окисления NO2- в NO3-, это указывает на загрязнение водоема. Содержание нитритов является важным санитарным показателем.

Хлориды

Почти все природные воды, дождевая вода, сточные воды содержат хлорид-ионы. Их концентрации меняются в широких пределах от нескольких миллиграммов на литр до довольно высоких концентраций в морской воде. Присутствие хлоридов объясняется присутствием в породах наиболее распространенной на Земле соли – хлорида натрия. Повышенное содержание хлоридов объясняется загрязнением водоема сточными водами.

Свободный хлор (свободный активный хлор) – хлор, присутствующий в воде в виде хлорноватистой кислоты, иона гипохлорита ил растворенного элементарного хлора.

Связанный хлор – часть общего хлора, присутствующая в воде в виде хлораминов или органических хлораминов.

Общий хлор (общий остаточный хлор) – хлор, присутствующий в воде в виде свободного хлора или связанного хлора или обоих вместе.

Органические соединения

Бензол

Бензол является одним из самых неприятных органических загрязнителей воды. Его допустимая концентрация составляет 0,01 мг/л. Как правило, загрязнение воды бензолом имеет промышленное происхождение. Он попадает в воду в стоках химических производств, при добыче нефти и угля.

Бензол поражает центральную нервную систему, кровь (может способствовать развитию лейкемии), печень, надпочечники. Кроме того, бензол может вступать в реакцию с другими веществами с образование других токсичных соединений. При реакции с хлором могут образовываться диоксины.

Фенол