|
Органические вещества в водных системах - (реферат)Органические вещества в водных системах - (реферат)Дата добавления: март 2006г. Органические вещества в водных системах Органический углерод является наиболее надежным показателем суммарного содержания органических веществ в природных водах, на него приходится в среднем около 50% массы органических веществ. Состав и содержание органических веществ в природных водах определяется совокупностью многих различных по своей природе и скорости процессов: посмертных и прижизненных выделений гидробионтов; поступления с атмосферными осадками, с поверхностным стоком в результате взаимодействия атмосферных вод с почвами и растительным покровом на поверхности водосбора; поступления из других водных объектов, из болот, торфяников; поступления с хозяйственно-бытовыми и промышленными сточными водами. Концентрация органического углерода подвержена сезонным колебаниям, характер которых определяется гидрологическим режимом водных объектов и связанными с ним сезонными вариациями химического состава, временными изменениями интенсивности биологических процессов. В придонных слоях водоемов и поверхностной пленке содержание органического углерода может значительно отличаться от его содержания в остальной массе воды. Органические вещества находятся в воде в растворенном, коллоидном и взвешенном состояниях, образующих некоторую динамическую систему, в общем неравновесную, в которой под воздействием физических, химических и биологических факторов непрерывно осуществляются переходы из одного состояния в другое. Наименьшая концентрация углерода растворенных органических веществ в незагрязненных природных водах составляет около 1 мг/дм3, наибольшая обычно не превышает 10-20 мг/дм3, однако в болотных водах может достигать нескольких сотен мг/дм3. Углеводороды (нефтепродукты) Нефтепродукты относятся к числу наиболее распространенных и опасных веществ, загрязняющих поверхностные воды. Нефть и продукты ее переработки представляют собой чрезвычайно сложную, непостоянную и разнообразную смесь веществ (низко- и высокомолекулярные предельные, непредельные алифатические, нафтеновые, ароматические углеводороды, кислородные, азотистые, сернистые соединения, а также ненасыщенные гетероциклические соединения типа смол, асфальтенов, ангидридов, асфальтеновых кислот). Понятие "нефтепродукты" в гидрохимии условно ограничивается только углеводородной фракцией (алифатические, ароматические, алициклические углеводороды). Большие количества нефтепродуктов поступают в поверхностные воды при перевозке нефти водным путем, со сточными водами предприятий нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей, химической, металлургической и других отраслей промышленности, с хозяйственно-бытовыми водами. Некоторые количества углеводородов поступают в воду в результате прижизненных выделений растительными и животными организмами, а также в результате их посмертного разложения. В результате протекающих в водоеме процессов испарения, сорбции, биохимического и химического окисления концентрация нефтепродуктов может существенно снижаться, при этом значительным изменениям может подвергаться их химический состав. Наиболее устойчивы ароматические углеводороды, наименее— н-алканы. Нефтепродукты находятся в различных миграционных формах: растворенной, эмульгированной, сорбированной на твердых частицах взвесей и донных отложений, в виде пленки на поверхности воды. Обычно в момент поступления масса нефтепродуктов сосредоточена в пленке. По мере удаления от источника загрязнения происходит перераспределение между основными формами миграции, направленное в сторону повышения доли растворенных, эмульгированных, сорбированных нефтепродуктов. Количественное соотношение этих форм определяется комплексом факторов, важнейшими из которых являются условия поступления нефтепродуктов в водный объект, расстояние от места сброса, скорость течения и перемешивания водных масс, характер и степень загрязненности природных вод, а также состав нефтепродуктов, их вязкость, растворимость, плотность, температура кипения компонентов. При санитарно-химическом контроле определяют, как правило, сумму растворенных, эмульгированных и сорбированных форм нефти. Содержание нефтепродуктов в речных, озерных, морских, подземных водах и атмосферных осадках колеблется в довольно широких пределах и обычно составляет сотые и десятые доли мг/дм3. В незагрязненных нефтепродуктами водных объектах концентрация естественных углеводородов может колебаться в морских водах от 0, 01 до 0, 10 мг/дм3 и выше, в речных и озерных водах от 0, 01 до 0, 20 мг/дм3, иногда достигая 1-1, 5 мг/дм3. Содержание естественных углеводородов определяется трофическим статусом водоема и в значительной мере зависит от биологической ситуации в водоеме. Неблагоприятное воздействие нефтепродуктов сказывается различными способами на организме человека, животном мире, водной растительности, физическом, химическом и биологическом состоянии водоема. Входящие в состав нефтепродуктов низкомолекулярные алифатические, нафтеновые и особенно ароматические углеводороды оказывают токсическое и, в некоторой степени, наркотическое воздействие на организм, поражая сердечно-сосудистую и нервную системы. Наибольшую опасность представляют полициклические конденсированные углеводороды типа 3, 4-бензапирена, обладающие канцерогенными свойствами. Нефтепродукты обволакивают оперение птиц, поверхность тела и органы других гидробионтов, вызывая заболевания и гибель. Отрицательное влияние нефтепродуктов, особенно в концентрациях 0, 001-10 мг/дм3, и присутствие их в виде пленки сказывается и на развитии высшей водной растительности и микрофитов. В присутствии нефтепродуктов вода приобретает специфический вкус и запах, изменяется ее цвет, рН, ухудшается газообмен с атмосферой. ПДКв нефтепродуктов составляет 0, 3 мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности — органолептический), ПДКвр — 0, 05 мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности —рыбохозяйственный). Присутствие канцерогенных углеводородов в воде недопустимо. Метан принадлежит к газам биохимического происхождения. Основным источником его образования служат дисперсные органические вещества в породах. В чистом виде он иногда присутствует в болотах, образуясь при гниении болотной растительности. Этот газ в природных водах находится в молекулярно-дисперсном состоянии и не вступает с водой в химическое взаимодействие. Бензол представляет собой бесцветную жидкость с характерным запахом. В поверхностные воды бензол поступает с предприятий и производств основного органического синтеза, нефтехимической, химико-фармацевтической промышленности, производства пластмасс, взрывчатых веществ, ионообменных смол, лаков и красок, искусственных кож, а также со сточными водами мебельных фабрик. В стоках коксохимических заводов бензол содержится в концентрациях 100-160 мг/дм3, в сточных водах производства капролактама — 100 мг/дм3, производства изопропилбензола — до 20000 мг/дм3. Источником загрязнения акваторий может быть транспортный флот (применяется в моторном топливе для повышения октанового числа). Бензол используется также в качестве ПАВ. Бензол быстро испаряется из водоемов в атмосферу (период полуиспарения составляет 37, 3 минуты при 20°С). Порог ощущения запаха бензола в воде составляет 0, 5 мг/дм3 при 20°С. При 2, 9 мг/дм3 запах характеризуется интенсивностью в 1 балл, при 7, 5 мг/дм3 — в 2 балла. Мясо рыб приобретает неприятный запах при концентрации 10 мг/дм3. При 5 мг/дм3 запах исчезает через сутки, при 10 мг/дм3 интенсивность запаха за сутки снижается до 1 балла, а при 25 мг/дм3 запах снижается до 1 балла через двое суток. Привкус при содержании бензола в воде 1, 2 мг/дм3 измеряется в 1 балл, при 2, 5 мг/дм3 — в 2 балла. Наличие в воде бензола (до 5 мг/дм3) не изменяет процессы биологического потребления кислорода, так как под влиянием биохимических процессов в воде бензол окисляется слабо. В концентрациях 5-25 мг/дм3бензол не задерживает минерализации органических веществ, не влияет на процессы бактериального самоочищения водоемов. В концентрации 1000 мг/дм3бензол тормозит самоочищение разведенных сточных вод, а в концентрации 100 мг/дм3 - процесс очистки сточных вод в аэротенках. При содержании 885 мг/дм3 бензол сильно задерживает брожение осадка в метантенках. При многократных воздействиях низких концентраций бензола наблюдаются изменения в крови и кроветворных органах, поражения центральной и периферической нервной системы, желудочно-кишечного тракта. Бензол классифицирован, как сильно подозреваемый канцероген. Основным метаболитом бензола является фенол. Бензол оказывает токсическое действие на гидробионты. ПДКв — 0, 5 мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности — санитарно-токсикологический), ПДКвр — 0, 5 мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности — токсикологический). Фенолы Фенолы представляют собой производные бензола с одной или несколькими гидроксильными группами. Их принято делить на две группы— летучие с паром фенолы (фенол, крезолы, ксиленолы, гваякол, тимол) и нелетучие фенолы (резорцин, пирокатехин, гидрохинон, пирогаллол и другие многоатомные фенолы). Фенолы в естественных условиях образуются в процессах метаболизма водных организмов, при биохимическом распаде и трансформации органических веществ, протекающих как в водной толще, так и в донных отложениях. Фенолы являются одним из наиболее распространенных загрязнений, поступающих в поверхностные воды со стоками предприятий нефтеперерабатывающей, сланцеперерабатывающей, лесохимической, коксохимической, анилинокрасочной промышленности и др. В сточных водах этих предприятий содержание фенолов может превосходить 10-20 г/дм3 при весьма разнообразных сочетаниях. В поверхностных водах фенолы могут находиться в растворенном состоянии в виде фенолятов, фенолят-ионов и свободных фенолов. Фенолы в водах могут вступать в реакции конденсации и полимеризации, образуя сложные гумусоподобные и другие довольно устойчивые соединения. В условиях природных водоемов процессы адсорбции фенолов донными отложениями и взвесями играют незначительную роль. В незагрязненных или слабозагрязненных речных водах содержание фенолов обычно не превышает 20 мкг/дм3. Превышение естественного фона по фенолу может служить указанием на загрязнение водоемов. В загрязненных фенолами природных водах содержание их может достигать десятков и даже сотен микрограммов в 1 дм3. Фенолы — соединения нестойкие и подвергаются биохимическому и химическому окислению. Простые фенолы подвержены главным образом биохимическому окислению. При концентрации более 1 мг/дм3разрушение фенолов протекает достаточно быстро, убыль фенолов составляет 50-75% за трое суток, при концентрации несколько десятков микрограммов в 1 дм3этот процесс замедляется, и убыль за то же время составляет 10-15%. Быстрее всех разрушается собственно фенол, медленнее крезолы, еще медленнее ксиленолы. Многоатомные фенолы разрушаются в основном путем химического окисления. Концентрация фенолов в поверхностных водах подвержена сезонным изменениям. В летний период содержание фенолов падает (с ростом температуры увеличивается скорость распада). Сброс фенольных вод в водоемы и водотоки резко ухудшает их общее санитарное состояние, оказывая влияние на живые организмы не только своей токсичностью, но и значительным изменением режима биогенных элементов и растворенных газов (кислорода, углекислого газа). В результате хлорирования воды, содержащей фенолы, образуются устойчивые соединения хлорфенолов, малейшие следы которых (0, 1 мкг/дм3) придают воде характерный привкус. В токсикологическом и органолептическом отношении фенолы неравноценны. Летучие с паром фенолы более токсичны и обладают более интенсивным запахом при хлорировании. Наиболее резкие запахи дают простой фенол и крезолы. ПДКв для фенола установлена 0, 001 мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности — органолептический), ПДКвр — 0, 001 мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности — рыбохозяйственный). Гидрохинон В поверхностные воды гидрохинон попадает со сточными водами производства пластмасс, кинофотоматериалов, красителей, предприятий нефтеперерабатывающей промышленности. Гидрохинон является сильным восстановителем. Как и фенол, он обладает слабым дезинфицирующим действием. Гидрохинон не придает воде запаха, привкус появляется при концентрации несколько граммов в 1 дм3; пороговая концентрация по окраске воды составляет 0, 2 мг/дм3, по влиянию на санитарный режим водоемов — 0, 1 мг/дм3. Гидрохинон при содержании 100 мг/дм3 стерилизует воду, при 10 мг/дм3 - тормозит развитие сапрофитной микрофлоры. В концентрациях ниже 10 мг/дм3гидрохинон подвергается окислению и стимулирует развитие водных бактерий. При концентрации 2 мг/дм3 гидрохинон тормозит нитрификацию разведенных сточных вод, 15 мг/дм3 — процесс их биологической очистки. Дафнии погибают при 0, 3 мг/дм3; 0, 04 мг/дм3 вызывают гибель икры форели. В организме гидрохинон окисляется в п-бензохинон, который превращает гемоглобин в метгемоглобин. ПДКв — 0, 2 мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности — органолептический), ПДКвр — 0, 001 мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности — санитарно-токсикологический). Спирты Метанол попадает в водоемы со сточными водами производств получения и применения метанола. В сточных водах предприятий целлюлозно-бумажной промышленности содержится 4, 5-58 г/дм3 метанола, производств фенолоформальдегидных смол — 20-25 г/дм3, лаков и красок 2 г/дм3, синтетических волокон и пластмасс — до 600 мг/дм3, в сточных водах генераторных станций работающих на буром, каменном угле, торфе, древесине— до 5 г/дм3. При попадании в воду метанол снижает содержание в ней О2 (вследствие окисления метанола). Концентрация выше 4 мг/дм3 влияет на санитарный режим водоемов. При содержании 200 мг/дм3наблюдается торможение биологической очистки сточных вод. Порог восприятия запаха метанола составляет 30-50 мг/дм3. Концентрация 3 мг/дм3стимулирует рост сине-зеленых водорослей и нарушает потребление кислорода дафниями. Летальные концентрации для рыб составляют 0, 25-17 г/дм3. Метанол является сильным ядом, обладающим направленным действием на нервную и сердечно-сосудистую системы, зрительные нервы, сетчатку глаз. Механизм действия метанола связан с его метаболизмом по типу летального синтеза с образованием формальдегида и муравьиной кислоты, далее окисляющихся до СО2. Поражение зрения обусловлено снижением синтеза АТФ в сетчатке глаза. ПДКв — 3 мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности — санитарно-токсикологический), ПДКвр — 0, 1 мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности — санитарно-токсикологический). Этиленгликоль Этиленгликоль попадает в поверхностные воды со сточными водами производств, где он получается или применяется (текстильная, фармацевтическая, парфюмерная, табачная, целлюлозно-бумажная промышленности). Токсическая концентрация для рыб составляет не более 10 мг/дм3, для кишечной палочки — 0, 25 мг/дм3. Этиленгликоль очень токсичен. При попадании в желудок действует главным образом на ЦНС и почки, а также вызывает гемолиз эритроцитов. Токсичны и метаболиты этиленгликоля—альдегиды и щавелевая кислота, обусловливающая образование и накопление в почках оксалатов кальция. ПДКв — 1, 0 мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности — санитарно-токсикологический), ПДКвр — 0, 25 мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности — санитарно-токсикологический). Органические кислоты Органические кислоты относятся к числу наиболее распространенных компонентов природных вод различного происхождения и нередко составляют значительную часть всего органического вещества в этих водах. Состав органических кислот и их концентрация определяются с одной стороны внутриводоемными процессами, связанными с жизнедеятельностью водорослей, бактерий и животных организмов, с другой— поступлением этих веществ извне. Органические кислоты образуются за счет следующих внутриводоемных процессов: прижизненных выделений в результате нормальных физиологических процессов здоровых клеток; посмертных выделений, связанных с отмиранием и распадом клеток; выделений сообществами, связанных с биохимическим взаимодействием различных организмов, например водорослей и бактерий; ферментативного разложения высокомолекулярных органических веществ типа углеводородов, протеинов и липидов. Поступление органических кислот в водные объекты извне возможно с поверхностным стоком, особенно в период половодья и паводков, с атмосферными осадками, промышленными и хозяйственно-бытовыми сточными водами и с водами, сбрасываемыми с орошаемых полей. Данные о содержании и составе органических кислот необходимы при изучении процессов химического выветривания, миграции элементов, образования осадочных пород, а также при решении вопросов о взаимоотношении водных организмов со средой, поскольку органические кислоты служат одним из источников углерода и энергии для большинства этих организмов. Концентрация органических кислот в речных водах колеблется от n·10 до n·102 ммоль/дм3. Амплитуда внутригодовых колебаний достигает нередко многих сотен процентов. Ряд высших жирных кислот присутствуют в природных водах в очень незначительных концентрациях. Концентрации пропионовой и уксусной кислот колеблются отn·10 до n·102 мкг/дм3. Летучие кислоты Под летучими кислотами понимают сумму концентраций муравьиной и уксусной кислот. В природных водах в небольших количествах муравьиная кислота образуется в процессах жизнедеятельности и посмертного разложения водных организмов и биохимической трансформации содержащихся в воде органических веществ. Ее повышенная концентрация связана с поступлением в водные объекты сточных вод предприятий, производящих формальдегид и пластические массы на его основе. Муравьиная кислота мигрирует главным образом в растворенном состоянии, в виде ионов и недиссоциированных молекул, количественное соотношение между которыми определяется константой диссоциации К25°С = 2, 4. 10-4 и значениями рН. При поступлении муравьиной кислоты в водные объекты она разрушается главным образом под влиянием биохимических процессов. В незагрязненных речных и озерных водах муравьиная кислота обнаружена в концентрациях 0-830 мкг/дм3, в снеговых — 46-78 мкг/дм3, в грунтовых — до 235 мкг/дм3, в морских — до 680 мкг/дм3. Концентрация муравьиной кислоты подвержена заметным сезонным колебаниям, что определяется главным образом интенсивностью биохимических процессов, протекающих в воде. ПДКв — 3, 5 мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности — общесанитарный), ПДКвр — 1, 0 мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности — токсикологический). Уксусная кислота ПДКв — 1, 0 мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности — общесанитарный), ПДКвр — 0, 01 мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности — токсикологический). Пропионовая кислота Пропионовая кислота может поступать в природные воды со стоками химической промышленности. Пропионовая кислота способна ухудшать органолептические свойства воды, придавая ей запах и кисловато-вяжущий привкус. Наиболее существенным для пропионовой кислоты является неблагоприятное влияние на санитарный режим водоемов и в первую очередь на процессы БПК и кислородный режим. На полное биохимическое окисление 1 мг пропионовой кислоты затрачивается 1, 21 -1, 25 мг молекулярного кислорода. ПДКвр — 0, 6 мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности — санитарно-токсикологический). Масляная кислота ПДКв — 0, 7 мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности — общесанитарный). Молочная кислота В природных водах молочная кислота в микрограммовых концентрациях присутствует в результате образования в процессах жизнедеятельности и посмертного разложения водных организмов и биохимической трансформации содержащихся в воде органических веществ. Молочная кислота находится в воде преимущественно в растворенном состоянии в виде ионов и недиссоциированнных молекул, количественное соотношение между которыми определяется константой диссоциации К25°С = 3. 10-4 и зависит от рНсреды. Молочная кислота частично мигрирует в виде комплексных соединений с тяжелыми металлами. Концентрация молочной кислоты подвержена заметным сезонным изменениям, что определяется главным образом интенсивностью биохимических процессов, протекающих в воде. Молочная кислота в незагрязненных поверхностных водах обнаруживалась в концентрациях от 0, 1 до 0, 4 мкг-экв/дм3. ПДКв — 0, 9 мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности — общесанитарный). Бензойная кислота В незагрязненных природных водах бензойная кислота в небольших количествах образуется в процессах жизнедеятельности водных организмов и их посмертного разложения. Основным источником поступления больших количеств бензойной кислоты в водоемы являются стоки промышленных предприятий, так как бензойная кислота и различные ее производные широко используются при консервировании пищевых продуктов, в парфюмерной промышленности, для синтеза красителей и т. д. Бензойная кислота хорошо растворима в воде, и содержание ее в поверхностных водах будет определяться концентрацией сбрасываемых сточных вод и скоростью биохимического окисления. Токсичными свойствами бензойная кислота практически не обладает. Неблагоприятное действие ее на водоем связано с изменением кислородного режима ирН воды. ПДКв — 0, 6 мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности — общесанитарный). Гумусовые кислоты Гуминовые и фульвокислоты, объединяемые под названием гумусовые кислоты, нередко составляют значительную долю органического вещества природных вод и представляют собой сложные смеси биохимически устойчивых высокомолекулярных соединений. Главным источником поступления гумусовых кислот в природные воды являются почвы и торфяники, из которых они вымываются дождевыми и болотными водами. Значительная часть гумусовых кислот вносится в водоемы вместе с пылью и образуется непосредственно в водоеме в процессе трансформации "живого органического вещества". Гумусовые кислоты в поверхностных водах находятся в растворенном, взвешенном и коллоидном состояниях, соотношения между которыми определяются химическим составом вод, рН, биологической ситуацией в водоеме и другими факторами. Наличие в структуре фульво- и гуминовых кислот карбоксильных и фенолгидроксильных групп, аминогрупп способствует образованию прочных комплексных соединений гумусовых кислот с металлами. Некоторая часть гумусовых кислот находится в виде малодиссоциированных солей—гуматов и фульватов. В кислых водах возможно существование свободных форм гуминовых и фульвокислот. Гумусовые кислоты в значительной степени влияют на органолептические свойства воды, создавая неприятный вкус и запах, затрудняют дезинфекцию и получение особо чистой воды, ускоряют коррозию металлов. Они оказывают влияние также на состояние и устойчивость карбонатной системы, ионные и фазовые равновесия и распределение миграционных форм микроэлементов. Повышенное содержание гумусовых кислот может оказывать отрицательное влияние на развитие водных растительных и животных организмов в результате резкого снижения концентрации растворенного кислорода в водоеме, идущего на их окисление, и их разрушающего влияния на устойчивость витаминов. В то же время при разложении гумусовых кислот образуется значительное количество ценных для водных организмов продуктов, а их органоминеральные комплексы представляют наиболее легко усваиваемую форму питания растений микроэлементами. Почвенные кислоты: гуминовые (в щелочной среде) и особенно хорошо растворимые фульвокислоты играют наибольшую роль в миграции тяжелых металлов. Гуминовые кислоты Гуминовые кислоты содержат циклические структуры и различные функциональные группы (гидроксильные, карбонильные, карбоксильные, аминогруппы и др. ). Молекулярная масса их колеблется в широком интервале (от 500 до 200 000 и более). Относительная молекулярная масса условно принимается равной 1300-1500. Содержание гуминовых кислот в поверхностных водах обычно составляет десятки и сотни микрограммов в 1 дм3 по углероду, достигая нескольких миллиграммов в 1 дм3в природных водах лесных и болотистых местностей, придавая им характерный бурый цвет. В воде многих рек гуминовые кислоты не обнаруживаются. Фульвокислоты Фульвокислоты являются частью гумусовых кислот, не осаждающихся при нейтрализации из раствора органических веществ, извлеченных из торфов и бурых углей обработкой щелочью. Фульвокислоты представляют соединения типа оксикарбоновых кислот с меньшим относительным содержанием углерода и более выраженными кислотными свойствами. Хорошая растворимость фульвокислот по сравнению с гуминовыми кислотами является причиной их более высоких концентраций и распространения в поверхностных водах. Содержание фульвокислот, как правило, превышает содержание гуминовых кислот в 10 раз и более. Под "органическим азотом" понимают азот, входящий в состав органических веществ, таких, как протеины и протеиды, полипептиды (высокомолекулярные соединения), аминокислоты, амины, амиды, мочевина (низкомолекулярные соединения). Значительная часть азотсодержащих органических соединений поступает в природные воды в процессе отмирания организмов, главным образом фитопланктона, и распада их клеток. Концентрация этих соединений определяется биомассой гидробионтов и скоростью указанных процессов. Другим важным источником азотсодержащих органических веществ являются прижизненные их выделения водными организмами. К числу существенных источников азотсодержащих соединений относятся также атмосферные осадки, в которых концентрация азотсодержащих органических веществ близка к наблюдающейся в поверхностных водах. Значительное повышение концентрации этих соединений нередко связано с поступлением в водные объекты промышленных, сельскохозяйственных и хозяйственно-бытовых сточных вод. На долю органического азота приходится 50-75% общего растворенного в воде азота. Концентрация органического азота подвержена значительным сезонным изменениям с общей тенденцией к увеличению в вегетационный период (1, 5-2, 0 мг/дм3) и уменьшению в период ледостава (0, 2-0, 5 мг/дм3). Распределение органического азота по глубине неравномерно —повышенная концентрация наблюдается, как правило, в зоне фотосинтеза и в придонных слоях воды. Мочевина (карбамид), будучи одним из важных продуктов жизнедеятельности водных организмов, присутствует в природных водах в заметных концентрациях: до 10-50% суммы азотсодержащих органических соединений в пересчете на азот. Значительные количества мочевины поступают в водные объекты с хозяйственно-бытовыми сточными водами, с коллекторными водами, а также с поверхностным стоком в районах использования ее в качестве азотного удобрения. Карбамид может накапливаться в природных водах в результате естественных биохимических процессов как продукт обмена веществ водных организмов, продуцироваться растениями, грибами, бактериями как продукт связывания аммиака, образующегося в процессе диссимиляции белков. Значительное влияние на концентрацию мочевины оказывают внеорганизменные ферментативные процессы. Под действием ферментов происходит распад мононуклеотидов отмерших организмов с образованием пуриновых и пиримидиновых оснований, которые в свою очередь распадаются за счет микробиологических процессов до мочевины и аммиака. Под действием специфического фермента (уреазы) мочевина распадается до аммонийного иона и потребляется водными растительными организмами. Повышение концентрации мочевины может указывать на загрязнение водного объекта сельскохозяйственными и хозяйственно-бытовыми сточными водами. Оно обычно сопровождается активизацией процессов утилизации мочевины водными организмами и потреблением кислорода, приводящего к ухудшению кислородного режима. В речных незагрязненных водах концентрация мочевины колеблется в пределах 60-300 мкг/дм3, или в пересчете на азот 30-150 мкг/дм3, в водохранилищах и озерах — от 40 до 250 мкг/дм3. Наиболее высокая концентрация ее обнаруживается в пробах, отобранных в летне-осенний период (июль-сентябрь). ПДКвр — 80 мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности — санитарно-токсикологический). Амины К основным источникам образования и поступления в природные воды аминов следует отнести: декарбоксилирование при распаде белковых веществ под воздействием декарбоксилаз бактерий и грибов и аминирование; Амины присутствуют преимущественно в растворенном и отчасти в сорбированном состоянии. С некоторыми металлами они могут образовывать довольно устойчивые комплексные соединения. Концентрация аминов в воде рек, водохранилищ, озер, атмосферных осадках колеблется в пределах 10— 200 мкг/дм3. Более низкое содержание характерно для малопродуктивных водных объектов. Амины токсичны. Обычно принято считать, что первичные алифатические амины токсичнее вторичных и третичных, диамины токсичнее моноаминов; изомерные алифатические амины более токсичны, чем алифатические амины нормального строения; моноамины с большей вероятностью обладают гепатотоксичностью, а диамины—нефротоксичностью. Наибольшей токсичностью и потенциальной опасностью среди алифатических аминов характеризуются непредельные амины из-за наиболее выраженной у них способности угнетать активность аминооксидаз. Амины, присутствуя в водных объектах, отрицательно влияют на органолептические свойства воды, могут усугублять заморные явления. Анилин относится к ароматическим аминам и представляет собой бесцветную жидкость с характерным запахом. В поверхностные воды анилин может поступать со сточными водами химических (получение красителей и пестицидов) и фармацевтических предприятий. Анилин обладает способностью окислять гемоглобин в метгемоглобин.
ПДКв — 0, 5 мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности — санитарно-токсикологический). Нитробензол Нитробензол —бесцветная или зеленовато-желтая маслянистая жидкость с запахом горького миндаля. Нитробензол токсичен, проникает через кожу, оказывает сильное действие на центральную нервную систему, нарушает обмен веществ, вызывает заболевания печени, окисляет гемоглобин в метгемоглобин. ПДКв — 0, 2 мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности — санитарно-токсикологический), ПДКвр — 0, 01 мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности — токсикологический) Сера органическая Метилмеркаптан является продуктом метаболизма живых клеток. Он также поступает со стоками предприятий целлюлозной промышленности (0, 05— 0, 08 мг/дм3). В водном растворе метилмеркаптан является слабой кислотой и частично диссоциирует (степень диссоциации зависит отрН среды). При рН 10, 5 50% метилмеркаптана находится в ионной форме, при рН 13 происходит полная диссоциация. Метилмеркаптан стабилен менее 12 часов, образует соли— меркаптиды. ПДКв — 0, 0002 мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности — органолептический). Диметилсульфид Диметилсульфид выделяется водорослями (Oedogonium, Ulothrix) в ходе нормальных физиологических процессов, имеющих существенное значение в круговороте серы. В поверхностные воды диметилсульфид может поступать также со стоками предприятий целлюлозной промышленности (0, 05— 0, 08 мг/дм3). Концентрация диметилсульфида в морях достигает n·10-5 мг/дм3 (повышенное содержание наблюдается в местах скопления водорослей). Диметилсульфид не может долго сохраняться в воде водоемов (стабилен от 3 до 15 суток). Он частично подвергается превращениям при участии водорослей и микроорганизмов, а в основном испаряется в воздух. В концентрациях 1-10 мкг/дм3 диметилсульфид обладает слабой мутагенной активностью. ПДКв — 0, 01 мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности — органолептический), ПДКвр — 0, 00001 мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности —токсикологический). Диметилдисульфид Диметилдисульфид образуется в клетках различных представителей флоры и фауны в ходе метаболизма сераорганических соединений, а также может поступать со стоками предприятий целлюлозной промышленности. ПДКв — 0, 04 мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности — органолептический), ПДКвр — 0, 00001 мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности — санитарно-токсикологический). Карбонильные соединения К карбонильным относятся соединения, содержащие карбонильные и карбоксильные группы (альдегиды, кетоны, кетокислоты, полуфункциональные карбонилсодержащие вещества). В природных водах карбонильные соединения могут появляться в результате прижизненных выделений водорослей, биохимического и фотохимического окисления спиртов и органических кислот, распада органических веществ типа лигнина, обмена веществ бактериобентоса. Постоянное присутствие карбонильных соединений среди кислородных соединений нефти и в воде, контактирующей с залежами углеводородов, позволяет рассматривать последние в качестве одного из источников обогащения природных вод этими веществами. Источником карбонильных соединений являются также наземные растения, в которых образуются альдегиды и кетоны алифатического ряда и фурановые производные. Значительная часть альдегидов и кетонов поступает в природные воды в результате деятельности человека. Основными факторами, обусловливающими уменьшение концентрации карбонильных соединений, являются их способность к окислению, летучесть и относительно высокая трофическая ценность отдельных групп карбонилсодержащих веществ. В поверхностных водах карбонильные соединения находятся в основном в растворенной форме. Средняя концентрация их в воде рек и водохранилищ колеблется от 1 до 6 мкмоль/дм3, несколько выше она (6-40 мкмоль/дм3) в озерах дистрофного типа. Максимальные концентрации в водах нефтяных и газонефтяных залежей— 40-100 мкмоль/дм3. В воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования нормируются отдельные соединения с карбонильной группой: циклогексанон ПДКв — 0, 2 мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности — санитарно-токсикологический), формальдегид ПДКв — 0, 05 мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности — санитарно-токсикологический). Ацетон В природные воды ацетон поступает со сточными водами фармацевтических, лесохимических производств, производства лаков и красок, пластмасс, кинопленки, ацетилена, ацетальдегида, уксусной кислоты, оргстекла, фенола, ацетона. В концентрациях 40-70 мг/дм3 ацетон придает воде запах, 80 мг/дм3 — привкус. В воде ацетон малостабилен — при концентрациях 20 мг/дм3 на седьмые сутки исчезает. Для водных организмов ацетон сравнительно малотоксичен. Токсические концентрации для молодых дафний составляют 8300, для взрослых - 12900 мг/дм3; при 9300 мг/дм3 дафнии гибнут через 16 часов. Ацетон —наркотик, поражающий все отделы ЦНС. Кроме того, он оказывает эмбриотоксическое действие. ПДКв — 2, 2 мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности — общесанитарный), ПДКвр — 0, 05 мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности — токсикологический). Формальдегид Формальдегид поступает в водную среду с промышленными и коммунальными сточными водами. Он содержится в сточных водах производств основного органического синтеза, пластмасс, лаков, красок, лекарственных препаратов, предприятий кожевенной, текстильной и целлюлозно-бумажной промышленности. В дождевой воде городских районов зарегистрировано присутствие формальдегида. Формальдегид—сильный восстановитель. Он конденсируется с аминами, с аммиаком образует уротропин. В водной среде формальдегид подвергается биодеградации. В аэробных условиях при 20°С разложение продолжается около 30 часов, в анаэробных—примерно 48 часов. В стерильной воде формальдегид не разлагается. Биодеградация в водной среде обусловлена действиемPseudomonas, Flavobacterium, Mycobacterium, Zanthomonas. Подпороговая концентрация, не влияющая на санитарный режим водоемов и сапрофитную микрофлору, составляет 5 мг/дм3; максимальная концентрация, не вызывающая при постоянном воздействии в течение сколь угодно длительного времени нарушение биохимических процессов, - 5 мг/дм3, максимальная концентрация, не влияющая на работу биологических очистных сооружений, - 1000 мг/дм3. БПК5 = 0, 68 мг/дм3, БПКполн = 0, 72 мг/дм3, ХПК = 1, 07 мг/дм3. Запах ощущается при 20 мг/дм3. При 10 мг/дм3формальдегид оказывает токсическое действие на наиболее чувствительные виды рыб. При 0, 24 мг/дм3 ткани рыб приобретают неприятный запах. Формальдегид оказывает общетоксическое действие, вызывает поражение ЦНС, легких, печени, почек, органов зрения. Возможно кожно-резорбтивное действие. Формальдегид обладает раздражающим, аллергенным, мутагенным, сенсибилизирующим, канцерогенным действием. ПДКв — 0, 05 мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности — санитарно-токсикологический), ПДКвр — 0, 25 мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности — токсикологичекий). Углеводы Под углеводами понимают группу органических соединений, которая объединяет моносахариды, их производные и продукты конденсации—олигосахариды и полисахариды. В поверхностные воды углеводы поступают главным образом вследствие процессов прижизненного выделения водными организмами и их посмертного разложения. Значительные количества растворенных углеводов попадают в водные объекты с поверхностным стоком в результате вымывания их из почв, торфяников, горных пород, с атмосферными осадками, со сточными водами дрожжевых, пивоваренных, сахарных, целлюлозно-бумажных и других заводов. В поверхностных водах углеводы находятся в растворенном и взвешенном состоянии в виде свободных редуцирующих сахаров (смесь моно, ди- и трисахаридов) и сложных углеводов. Концентрация в речных водах свободных редуцирующих сахаров и сложных углеводов в пересчете на глюкозу составляет 100-600 и 250-1000 мкг/дм3. В воде водохранилищ концентрация их соответственно равна 100-400 и 200-300 мкг/дм3, в воде озер пределы возможных концентраций редуцирующих сахаров 80-65000 мкг/дм3 и сложных углеводов 140-6900 мкг/дм3 —более широки, чем в реках и водохранилищах. В морских водах суммарная концентрация углеводов составляет 0-8 мг/дм3, в атмосферных осадках 0-4 мг/дм3. Наблюдается корреляция между содержанием углеводов и интенсивностью развития фитопланктона. "Гидрохимические показатели состояния окружающей среды". Авторы: Т. В. Гусева, Я. П. Молчанова, Е. А. Заика, В. Н. Виниченко, Е. М. Аверочкин |
|
