Е.В. Логинова, П.С. Лопух
Гидроэкология: курс лекций
Минск: БГУ, 2011.– 300 с.
Глава 11. Неорганические вещества в водной среде
11.3. Микроэлементы в природных водах
Железо. Главными источниками соединений железа в
поверхностных водах являются процессы химического выветривания горных пород,
сопровождающиеся их механическим разрушением и растворением. 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. Значительные количества
железа поступают с подземным стоком и со сточными водами предприятий
металлургической, металлообрабатывающей, текстильной, лакокрасочной
промышленности и с сельскохозяйственными стоками.
Фазовые равновесия зависят от химического
состава вод, рН, Eh и в некоторой степени от температуры. В рутинном анализе во
взвешенную форму выделяют частицы с размером более 0,45 мкм. Она представлена
преимущественно железосодержащими минералами, гидратом оксида железа и
соединениями железа, сорбированными на взвесях. Истинно растворенную и
коллоидную форму обычно рассматривают совместно. Растворенное железо
представлено соединениями, находящимися в ионной форме, в виде гидроксокомплексов
и комплексов с растворенными неорганическими и органическими веществами
природных вод. В ионной форме мигрирует главным образом Fe(II), а Fe(III) в
отсутствии комплексообразующих веществ не может в значительных количествах находиться
в растворенном состоянии.
Содержание железа в поверхностных водах
суши составляет десятые доли миллиграмма в 1 дм3, вблизи болот –
единицы миллиграммов в 1 дм3. Повышенное содержание железа
наблюдается в болотных водах, в которых оно находится в виде комплексов с солями
гуминовых кислот – гуматами. Наибольшие концентрации железа (до нескольких
десятков и сотен миллиграммов в 1 дм3) наблюдаются в подземных водах
с низкими значениями рН.
Являясь биологически активным элементом,
железо в определенной степени влияет на интенсивность развития фитопланктона и
качественный состав микрофлоры в водоеме.
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 Fе(III) и выпадением последнего в виде Fe(OH)3.
Содержание железа в воде выше 1–2 мг Fe/дм3
значительно ухудшает органолептические свойства, придавая ей неприятный вяжущий
вкус, и делает воду малопригодной для использования в технических целях.
ПДКв железа составляет 0,3 мг
Fe/дм3 (лимитирующий показатель вредности – органолептический), ПДКвр
– 0,1 мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности – токсикологический).
Йод. Рассеянный йод выщелачивается природными водами из магматических
горных пород и концентрируется организмами, например водорослями. Йод концентрируется
в почвах и илах. Важным источником йода в почвах и водах являются дождевые
осадки, захватывающие йод из атмосферы, в которую он приносится ветром с моря.
Источниками поступления йода в
поверхностные воды являются атмосферные осадки, воды нефтяных месторождений и
сточные воды некоторых отраслей химической и фармацевтической промышленности.
В речных водах концентрация йода
составляет 1–74 мкг/дм3, в атмосферных осадках 0–65 мкг/дм3,
в подземных водах 0,1–3 мкг/дм3. Содержание йода учитывается при
санитарной оценке природных вод.
ПДК не установлена.
С недостаточностью йода в пище связано
тяжелое заболевание щитовидной железы у человека (эндемический зоб).
Фтор. В речные воды фтор поступает
из пород и почв при разрушении фторсодержащих минералов (апатит, турмалин) с почвогрунтовыми
водами и при непосредственном смыве поверхностными водами. Источником фтора
также служат атмосферные осадки. Повышенное содержание фтора может быть в
некоторых сточных водах предприятий стекольной и химической промышленности
(производство фосфорных удобрений, стали, алюминия), в некоторых видах шахтных
вод и в сточных водах рудообогатительных фабрик.
Миграционная способность фтора в природных
водах в значительной степени зависит от содержания в них ионов кальция, дающих
с ионами фтора малорастворимое соединение (произведение растворимости фторида
кальция L = 4·10-11). Большую роль играет режим углекислоты, которая
растворяет карбонат кальция, переводя его в гидрокарбонат. Повышенные значения рН
способствуют увеличению подвижности фтора.
Содержание фтора в речных водах колеблется
от 0,05 до 1,9 мг/дм3, атмосферных осадках – от 0,05 до 0,54 мг/дм3,
подземных водах – от 0,3 до 4,6 мг/дм3, иногда достигая насыщения по
отношению к CaF2. В термальных водах концентрация фтора достигает в
отдельных случаях 10 мг/дм3, в океанах фтора содержится до 1,3 мг/дм3.
Фтор является устойчивым компонентом
природных вод. Внутригодовые колебания концентрации фтора в речных водах
невелики (обычно не более, чем в 2 раза). Фтор поступает в реки преимущественно
с грунтовыми водами. Содержание фтора в паводковый период всегда ниже, чем в
меженный, так как понижается доля грунтового питания.
Повышенные количества фтора в воде (более
1,5 мг/дм3) оказывают вредное действие на людей и животных, вызывая
костное заболевание (флюороз). Содержание фтора в питьевой воде лимитируется.
Однако очень низкое содержание фтора в питьевых водах (менее 0,01 мг/дм3)
также вредно сказывается на здоровье, вызывая опасность заболевания кариесом
зубов.
ПДКв фтора составляет 1,5 мг/дм3
(лимитирующий показатель вредности – санитарно-токсикологический).
Цинк. Цинк попадает в природные воды в результате протекающих
в природе процессов разрушения и растворения горных пород и минералов
(сфалерит, цинкит, госларит, смитсонит, каламин), а также со сточными водами
рудообогатительных фабрик и гальванических цехов, производств пергаментной
бумаги, минеральных красок, вискозного волокна и др.
В воде цинк существует главным образом в
ионной форме или в форме его минеральных и органических комплексов, иногда
встречается в нерастворимых формах: в виде гидроксида, карбоната, сульфида и
др.
В речных водах концентрация цинка обычно
колеблется от 3 до 120 мкг/дм3, в морских – от 1,5 до 10 мкг/дм3.
Содержание в рудных и особенно в шахтных водах с низкими значениями рН может
быть значительным.
Цинк относится к числу активных
микроэлементов, влияющих на рост и нормальное развитие организмов. В то же
время многие соединения цинка токсичны, прежде всего его сульфат и хлорид.
ПДКв Zn2+ составляет
1 мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности – общесанитарный), ПДКвр
Zn2+ – 0,01 мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности –
токсикологический).
Медь. Медь – один из важнейших микроэлементов.
Физиологическая активность меди связана главным образом с включением ее в
состав активных центров окислительно-восстановительных ферментов. Недостаточное
содержание меди в почвах отрицательно влияет на синтез белков, жиров и
витаминов и способствует бесплодию растительных организмов. Медь участвует в
процессе фотосинтеза и влияет на усвоение азота растениями. Вместе с тем
избыточные концентрации меди оказывают неблагоприятное воздействие на
растительные и животные организмы.
Содержание меди в природных пресных водах
колеблется от 2 до 30 мкг/дм3, в морских водах – от 0,5 до 3,5
мкг/дм3. Повышенные концентрации меди (до нескольких граммов в 1 дм3)
характерны для кислых рудничных вод.
В природных водах наиболее часто
встречаются соединения Cu(II). Из соединений Cu(I) наиболее распространены
труднорастворимые в воде Cu2O, Cu2S, CuCl. При наличии в
водной среде лигандов наряду с равновесием диссоциации гидроксида необходимо
учитывать образование различных комплексных форм, находящихся в равновесии с
акваионами металла.
Основным источником поступления меди в
природные воды являются сточные воды предприятий химической, металлургической
промышленности, шахтные воды, альдегидные реагенты, используемые для
уничтожения водорослей. Медь может появляться в результате коррозии медных
трубопроводов и других сооружений, используемых в системах водоснабжения. В
подземных водах присутствие меди обусловлено взаимодействием воды с
медьсодержащими горными породами (халькопирит, халькозин, ковеллин, борнит,
малахит, азурит, хризаколла, бротантин).
Для меди ПДКв (по иону меди)
установлена 1 мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности –
органолептический), ПДКвр – 0,001 мг/дм3 (лимитирующий
показатель вредности – токсикологический).
Кобальт.
В природные воды соединения кобальта попадают в результате процессов
выщелачивания их из медноколчедановых и других руд, из почв при разложении
организмов и растений, а также со сточными водами металлургических,
металлообрабатывающих и химических заводов. Некоторые количества кобальта
поступают из почв в результате разложения растительных и животных организмов.
Соединения кобальта в природных водах
находятся в растворенном и взвешенном состоянии, количественное соотношение между
которыми определяется химическим составом воды, температурой и значениями рН.
Растворенные формы представлены в основном комплексными соединениями, в том
числе с органическими веществами природных вод. Соединения двухвалентного
кобальта наиболее характерны для поверхностных вод. В присутствии окислителей
возможно существование в заметных концентрациях трехвалентного кобальта.
Кобальт относится к числу биологически
активных элементов и всегда содержится в организме животных и в растениях. С
недостаточным содержанием его в почвах связано недостаточное содержание
кобальта в растениях, что способствует развитию малокровия у животных
(таежно-лесная нечерноземная зона). Входя в состав витамина В12,
кобальт весьма активно влияет на поступление азотистых веществ, увеличение
содержания хлорофилла и аскорбиновой кислоты, активизирует биосинтез и повышает
содержание белкового азота в растениях. Вместе с тем повышенные концентрации
соединений кобальта являются токсичными.
В речных незагрязненных и
слабозагрязненных водах его содержание колеблется от десятых до тысячных долей
миллиграмма в 1 дм3, среднее содержание в морской воде 0,5 мкг/дм3.
ПДКв кобальта составляет 0,1
мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности – санитарно-токсикологический),
ПДКвр – 0,01 мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности –
токсикологический).
Свинец. Естественными источниками поступления
свинца в поверхностные воды являются процессы растворения эндогенных (галенит)
и экзогенных (англезит, церуссит и др.) минералов. Значительное повышение
содержания свинца в окружающей среде (в т.ч. и в поверхностных водах) связано с
сжиганием углей, с применением тетраэтилсвинца в качестве антидетонатора в
моторном топливе, с выносом в водные объекты со сточными водами
рудообогатительных фабрик, некоторых металлургических заводов, химических
производств, шахт и т.д. Существенными факторами понижения концентрации свинца
в воде является адсорбция его взвешенными веществами и осаждение с ними в
донные отложения. В числе других металлов свинец извлекается и накапливается
гидробионтами.
Свинец находится в природных водах в
растворенном и взвешенном (сорбированном) состоянии. В растворенной форме
встречается в виде минеральных и органоминеральных комплексов, а также простых
ионов, в нерастворимой – главным образом в виде сульфидов, сульфатов и
карбонатов.
В речных водах концентрация свинца
колеблется от десятых долей до единиц микрограммов в 1 дм3. Даже в
воде водных объектов, прилегающих к районам полиметаллических руд, концентрация
его редко достигает десятков миллиграммов в 1 дм3. Лишь в хлоридных
термальных водах концентрация свинца иногда достигает нескольких миллиграммов в
1 дм3.
Свинец – промышленный яд, способный при
неблагоприятных условиях оказаться причиной отравления. В организм человека
проникает главным образом через органы дыхания и пищеварения. Удаляется из
организма очень медленно, вследствие чего накапливается в костях, печени и
почках.
ПДКв свинца составляет 0,03
мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности – санитарно-токсилогический),
ПДКвр – 0,01 мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности –
токсилогический). Органических соединений свинца в воде быть не должно.
Кадмий. К основным
антропогенным источникам поступления кадмия в окружающую среду относятся
горнорудные и металлургические предприятия, а также сточные воды.
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.
В речных незагрязненных и
слабозагрязненных водах кадмий содержится в субмикрограммовых концентрациях, в
загрязненных и сточных водах концентрация кадмия может достигать десятков
микрограммов в 1 дм3.
Соединения кадмия играют важную роль в
процессе жизнедеятельности животных и человека. В повышенных концентрациях
токсичен, особенно в сочетании с другими токсичными веществами.
ПДКв кадмия составляет 0,001
мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности – санитарно-токсикологический),
ПДКвр – 0,0005 мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности –
токсикологический).
Алюминий. К источникам поступления
алюминия в природные воды можно отнести:
-
частичное растворение
глин и алюмосиликатов;
-
атмосферные осадки;
-
сточные воды различных
производств.
В природных водах алюминий присутствует в
ионной, коллоидной и взвешенной формах. Миграционная способность невысокая.
Образует довольно устойчивые комплексы, в том числе органоминеральные,
находящиеся в воде в растворенном или коллоидном состоянии.
Одним из распространенных соединений
алюминия является боксит Al(OH)3. Растворимость его является
функцией рН. При значениях рН < 4,5 в растворе преобладают ионы Al3+,
при рН 5–6 в растворе преобладают ионы Al(OH)2+, при рН >
7 в растворе преобладают ионы Al(OH)4-.
Концентрация алюминия в поверхностных
водах обычно колеблется в пределах n·10-2-n·10-1 мг/дм3,
в некоторых кислых водах иногда достигает нескольких граммов в 1 дм3.
Ионы алюминия обладают токсичностью по
отношению к многим видам водных живых организмов и человеку.
ПДКв алюминия составляет 0,5
мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности – санитарно-токсикологический).
Мышьяк. В природные воды
мышьяк поступает из минеральных источников, районов мышьяковистого оруднения
(мышьяковый колчедан, реальгар, аурипигмент), а также из зон окисления пород
полиметаллического, медно-кобальтового и вольфрамового типов. Некоторое
количество мышьяка поступает из почв, а также в результате разложения
растительных и животных организмов. Потребление мышьяка водными организмами является
одной из причин понижения концентрации его в воде, наиболее отчетливо проявляющегося
в период интенсивного развития планктона.
Значительные количества мышьяка поступают
в водные объекты со сточными водами обогатительных фабрик, отходами
производства красителей, кожевенных заводов и предприятий, производящих
пестициды, а также с сельскохозяйственных угодий, на которых применяются
пестициды.
В природных водах соединения мышьяка
находятся в растворенном и взвешенном состоянии, соотношение между которыми
определяется химическим составом воды и значениями рН. В растворенной форме
мышьяк встречается в трех- и пятивалентной форме, главным образом в виде
анионов.
В речных незагрязненных водах мышьяк
находится обычно в микрограммовых концентрациях. В минеральных водах его
концентрация может достигать нескольких миллиграммов в 1 дм3, в
морских водах в среднем содержится 3 мкг/дм3, в подземных –
встречается в концентрациях n·105 мкг/дм3. Соединения
мышьяка в повышенных концентрациях являются токсичными для организма животных и
человека: они тормозят окислительные процессы, угнетают снабжение кислородом
органов и тканей.
ПДКв мышьяка составляет 0,05
мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности – санитарно-токсикологический),
ПДКвр – 0,05 мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности –
токсикологический)
Марганец. 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 с шахтными водами.
Понижение концентрации ионов марганца в
природных водах происходит в результате окисления Mn(II) до MnO2 и
других высоковалентных оксидов, выпадающих в осадок. Основные параметры,
определяющие реакцию окисления, – концентрация растворенного кислорода,
величина рН и температура. Концентрация растворенных соединений марганца
понижается вследствие утилизации их водорослями.
Главная форма миграции соединений марганца
в поверхностных водах – взвеси, состав которых определяется в свою очередь
составом пород, дренируемых водами, а также коллоидные гидроксиды тяжелых
металлов и сорбированные соединения марганца. Существенное значение в миграции марганца
в растворенной и коллоидной формах имеют органические вещества и процессы
комплексообразования марганца с неорганическими и органическими лигандами. Mn(II)
образует растворимые комплексы с бикарбонатами и сульфатами. Комплексы марганца
с ионом хлора встречаются редко. Комплексные соединения Mn(II) с органическими
веществами (аминами, органическими кислотами, аминокислотами и гумусовыми
веществами) обычно менее прочны, чем аналогичные соединения с другими
переходными металлами. Mn(III) в повышенных концентрациях может находиться в
растворенном состоянии только в присутствии сильных комплексообразователей, Mn(VII)
в природных водах не встречается.
В речных водах содержание марганца
колеблется обычно от 1 до 160 мкг/дм3, среднее содержание в морских
водах составляет 2 мкг/дм3, в подземных – n·102-n·103
мкг/дм3.
Концентрация марганца в поверхностных
водах подвержена сезонным колебаниям.
Факторами, определяющими изменения
концентраций марганца, являются соотношение между поверхностным 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 CO2
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 и его распределения в природных
водах.
Для марганца ПДКв (по иону
марганца) установлена 0,1 мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности –
органолептический), ПДКвр – 0,01 мг/дм3 (лимитирующий
показатель вредности – токсикологический).
Олово. В
природные воды поступает в результате процессов выщелачивания оловосодержащих
минералов (касситерит, станнин), а также со сточными водами различных
производств (крашение тканей, синтез органических красок, производство сплавов
с добавкой олова и др.).
Токсическое действие олова невелико.
В незагрязненных поверхностных водах олово
содержится в субмикрограммовых концентрациях. В подземных водах его
концентрация достигает единиц микрограммов в 1 дм3.
ПДКв олова составляет 2 мг/дм3.
Ванадий. Ванадий находится
преимущественно в рассеянном состоянии и обнаруживается в железных рудах,
нефти, асфальтах, битумах, горючих сланцах, углях и др. Одним из главных
источников загрязнения природных вод ванадием являются нефть и продукты ее
переработки.
В природных водах встречается в очень
малой концентрации: в воде рек 0,2 – 4,5 мкг/дм3, в морской воде – в
среднем 2 мкг/дм3
В воде образует устойчивые анионные
комплексы (V4O12)4- и (V10O26)6-.
В миграции ванадия существенна роль растворенных комплексных соединений его с
органическими веществами, особенно с гумусовыми кислотами.
Повышенные концентрации ванадия вредны для
здоровья человека. ПДКв ванадия составляет 0,1 мг/дм3
(лимитирующий показатель вредности – санитарно-токсикологический), ПДКвр
– 0,001 мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности – токсикологический).
Ртуть. В поверхностные воды соединения ртути могут
поступать в результате выщелачивания пород в районе ртутных месторождений
(киноварь, метациннабарит, ливингстонит), в процессе разложения водных
организмов, накапливающих ртуть. Значительные количества поступают в водные
объекты со сточными водами электролизных производств, предприятий, производящих
красители, пестициды, фармацевтические препараты, некоторые взрывчатые
вещества. Тепловые электростанции, работающие на угле, выбрасывают в атмосферу
значительные количества соединений ртути, которые в результате мокрых и сухих
выпадений попадают в водные объекты.
Понижение концентрации растворенных
соединений ртути происходит в результате извлечения их многими морскими и
пресноводными организмами, обладающими способностью накапливать ее в
концентрациях, во много раз превышающих содержание ее в воде, а также в
результате процессов адсорбции взвешенными веществами и донными отложениями.
В поверхностных водах соединения ртути
находятся в растворенном и взвешенном состоянии. Соотношение между ними зависит
от химического состава воды и значений рН. Взвешенная ртуть представляет собой
сорбированные соединения ртути. Растворенными формами являются
недиссоциированные молекулы, комплексные органические и минеральные соединения.
В воде водных объектов ртуть может находиться в виде метилртутных соединений.
Содержание ртути в речных незагрязненных и
слабозагрязненных водах составляет несколько десятых долей микрограмма в 1 дм3,
средняя концентрация в морской воде 0,03 мкг/дм3, в подземных водах
1–3 мкг/дм3.
Соединения ртути высоко токсичны, они
поражают нервную систему человека, вызывают изменение слизистой оболочки,
нарушение двигательной функции и секреции желудочно-кишечного тракта, изменения
в крови и др. Бактериальные процессы метилирования направлены на образование
метилртутных соединений, которые во много раз токсичнее минеральных солей
ртути. Метилртутные соединения накапливаются в пищевых цепях (например,
фитопланктон-зоопланктон-рыба) и могут попадать в организм человека.
ПДКв ртути составляет 0,0005
мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности – санитарно-токсикологический),
ПДКвр – 0,0001 мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности –
токсикологический).
Хром. В поверхностные воды соединения трех- и
шестивалентного хрома попадают в результате выщелачивания из пород (хромит,
крокоит, уваровит и др.). Некоторые количества поступают из почв, в процессе
разложения организмов и растений. Значительные количества могут поступать в
водоемы со сточными водами гальванических цехов, красильных цехов текстильных
предприятий, кожевенных заводов и предприятий химической промышленности.
Понижение концентрации ионов хрома может наблюдаться в результате потребления
их водными организмами и процессов адсорбции.
В поверхностных водах соединения хрома
находятся в растворенном и взвешенном состояниях, соотношение между которыми
зависит от состава вод, температуры, рН раствора. Взвешенные соединения хрома
представляют собой в основном сорбированные соединения хрома. Сорбентами могут
быть глины, гидроксид железа, высокодисперсный оседающий карбонат кальция,
остатки растительных и животных организмов. В растворенной форме хром может
находиться в виде хроматов и бихроматов. При аэробных условиях Cr(VI) переходит
в Cr(III), соли которого в нейтральной и щелочной средах гидролизуются с
выделением гидроксида.
В речных незагрязненных и
слабозагрязненных водах содержание хрома колеблется от нескольких десятых долей
микрограмма до нескольких микрограммов в 1 дм3, в загрязненных
водоемах оно достигает нескольких десятков и сотен микрограммов в 1 дм3.
Средняя концентрация в морских водах – 0,05 мкг/дм3, в подземных
водах – обычно в пределах n·10-n·102 мкг/дм3.
Соединения Cr(VI) и Cr(III) в повышенных
количествах обладают канцерогенными свойствами. Соединения Cr(VI) являются
более опасными.
ПДКв для Cr(VI) 0,05 мг/дм3,
для Cr(III) – 0,5 мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности –
санитарно-токсикологический); ПДКвр для Cr(VI) – 0,001 мг/дм3,
для Cr(III) – 0,005 мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности –
токсикологический).
Молибден. Соединения
молибдена попадают в поверхностные воды в результате выщелачивания их из
экзогенных минералов, содержащих молибден. Молибден попадает в водоемы также со
сточными водами обогатительных фабрик, предприятий цветной металлургии.
Понижение концентрации соединений молибдена происходит в результате выпадения в
осадок труднорастворимых соединений, процессов адсорбции минеральными взвесями
и потребления растительными водными организмами.
Молибден в поверхностных водах находится в
основном в форме МоО42-. Весьма вероятно существование
его в виде органоминеральных комплексов. Возможность некоторого накопления в
коллоидном состоянии вытекает из того факта, что продукты окисления молибденита
представляют рыхлые тонкодисперсные вещества.
В речных водах молибден обнаружен в
концентрациях от 2,1 до 10,6 мкг/дм3. В морской воде содержится в
среднем 10 мкг/дм3 молибдена.
В малых количествах молибден необходим для
нормального развития растительных и животных организмов. Молибден входит в
состав фермента ксантиноксидазы. При дефиците молибдена фермент образуется в
недостаточном количестве, что вызывает отрицательные реакции организма. В
повышенных концентрациях молибден вреден. При избытке молибдена нарушается
обмен веществ.
Для молибдена ПДКв установлена
0,25 мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности –
санитарно-токсикологический), ПДКвр – 0,0012 мг/дм3
(лимитирующий показатель вредности – токсикологический).
Никель. Присутствие никеля в природных водах
обусловлено составом пород, через которые проходит вода: он обнаруживается в
местах месторождений сульфидных медно-никелевых руд и железоникелевых руд. В
воду попадает из почв и из растительных и животных организмов при их распаде.
Повышенное по сравнению с другими типами водорослей содержание никеля
обнаружено в сине-зеленых водорослях. Соединения никеля в водные объекты
поступают также со сточными водами цехов никелирования, заводов синтетического
каучука, никелевых обогатительных фабрик. Значительные выбросы никеля
сопровождают сжигание ископаемого топлива.
Концентрация его может понижаться в результате
выпадения в осадок таких соединений, как цианиды, сульфиды, карбонаты или
гидроксиды (при повышении рН), за счет потребления его водными организмами и
процессов адсорбции.
В поверхностных водах соединения никеля
находятся в растворенном, взвешенном и коллоидном состояниях, количественное
соотношение между которыми зависит от состава воды, температуры и значений рН.
Сорбентами соединений никеля могут быть гидроксид железа, органические
вещества, высокодисперсный карбонат кальция, глины. Растворенные формы
соединений никеля представляют собой главным образом комплексные ионы, наиболее
часто с аминокислотами, гуминовыми и фульвокислотами, а также в виде прочного
цианидного комплекса. Наиболее распространены в природных водах соединения
никеля, в которых он находится в степени окисления +2. Соединения Ni3+
образуются обычно в щелочной среде.
Соединения никеля играют важную роль в
кроветворных процессах, являясь катализаторами. Повышенное его содержание
оказывает специфическое действие на сердечно-сосудистую систему. Никель
принадлежит к числу канцерогенных элементов. Он способен вызывать респираторные
заболевания. Считается, что свободные ионы никеля (Ni2+) примерно в
2 раза более токсичны, чем его комплексные соединения.
В речных незагрязненных и слабозагрязненных
водах концентрация никеля колеблется обычно от 0,8 до 10 мкг/дм3; в
загрязненных она составляет несколько десятков микрограммов в 1 дм3.
Средняя концентрация никеля в морской воде 2 мкг/дм3, в подземных
водах – n·103 мкг/дм3. В подземных водах, омывающих
никельсодержащие горные породы, концентрация никеля иногда возрастает до 20
мг/дм3.
ПДКв никеля составляет 0,1
мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности – санитарно-токсикологический),
ПДКвр – 0,01 мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности –
токсикологический).
Висмут. Естественными источниками
поступления висмута в природные воды являются процессы выщелачивания
висмутсодержащих минералов. Источником поступления в природные воды могут быть
также сточные воды фармацевтических и парфюмерных производств, некоторых
предприятий стекольной промышленности.
В незагрязненных поверхностных водах
содержится в субмикрограммовых концентрациях. Наиболее высокая концентрация
обнаружена в подземных водах и составляет 20 мкг/дм3, в морских
водах – 0,02 мкг/дм3.
ПДКв висмута составляет 0,1
мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности – санитарно-токсикологический).
Серебро. Источниками поступления серебра в
поверхностные воды служат подземные воды и сточные воды рудников, обогатительных
фабрик, фотопредприятий. Повышенное содержание серебра бывает связано с
применением бактерицидных и альгицидных препаратов.
В сточных водах серебро может
присутствовать в растворенном и взвешенном состоянии, большей частью в форме
галоидных солей.
В незагрязненных поверхностных водах
серебро находится в субмикрограммовых концентрациях. В подземных водах
концентрация серебра колеблется от единиц до десятков микрограммов в 1 дм3,
в морской воде – в среднем 0,3 мкг/дм3.
Ионы серебра способны уничтожать бактерии
и уже в незначительной концентрации стерилизуют воду (нижний предел
бактерицидного действия ионов серебра 2·10-11 моль/дм3).
Роль серебра в организме животных и человека изучена недостаточно.
ПДКв серебра составляет 0,05
мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности – санитарно-токсилогический).
Сурьма. Сурьма поступает в
поверхностные воды за счет выщелачивания минералов сурьмы (стибнит,
сенармонтит, валентинит, сервантит, стибиоканит) и со сточными водами
резиновых, стекольных, красильных, спичечных предприятий.
В природных водах соединения сурьмы
находятся в растворенном и взвешенном состояниях. В
окислительно-восстановительных условиях, характерных для поверхностных вод,
возможно существование как трехвалентной, так и пятивалентной сурьмы.
В незагрязненных поверхностных водах
сурьма находится в субмикрограммовых концентрациях, в морской воде ее
концентрация достигает 0,5 мкг/дм3, в подземных водах – 10 мкг/дм3.
ПДКв сурьмы составляет 0,05
мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности – санитарно-токсикологический),
ПДКвр – 0,01 мг/дм3.
Стронций. Источниками стронция в
природных водах являются горные породы, наибольшие количества его содержат
гипсоносные отложения.
Низкая концентрация стронция в природных
водах объясняется слабой растворимостью их сернокислых соединений (растворимость
SrSO4 при 18°С 114 мг/дм3).
В пресных водах концентрация стронция
обычно намного ниже 1 мг/дм3 и выражается в микрограммах на литр.
Встречаются районы с повышенной концентрацией этого иона в водах.
Будучи близок к кальцию по химическим
свойствам, стронций резко отличается от него по своему биологическому действию.
Избыточное содержание этого элемента в почвах, водах и продуктах питания
вызывает "уровскую болезнь" у человека и животных (по названию реки
Уров в Восточном Забайкалье) – поражение и деформацию суставов, задержку роста
и др.
ПДКв составляет 7 мг/дм3
(лимитирующий показатель вредности – санитарно-токсикологический).
Бор. Источником бора в природных
водах являются подземные воды, обогащенные бором за счет бороносных осадочно-метаморфических
пород. Возможно поступление бора со сточными водами стекольного,
металлургического, машиностроительного, текстильного, керамического,
кожевенного производств, а также с бытовыми сточными водами, насыщенными
стиральными порошками. Локальное загрязнение почвы возможно при разработке
борсодержащих руд и при внесении в нее борсодержащих удобрений.
В природных водах бор находится в виде
ионов борных кислот, в щелочной среде преимущественно в виде метаборат-иона (ВО2-).
Средняя концентрация бора в речных водах
100 мкг/дм3.
Бор малотоксичен для рыб. Оксид бора и
ортоборная кислота относятся к сильнодействующим токсичным веществам с
политропным действием. Обладают эмбриотоксическим действием. В связи с
употреблением воды из богатых бором водоисточников возникает хроническая
интоксикация.
ПДКв (В3+) – 0,5
мг/дм3, ПДКвр ортоборной кислоты (Н3ВО3)
– 0,1 мг/дм3.
Титан. Соединения титана в природные
воды поступают в результате процессов выветривания титановых руд (ильменит,
перовскит, лопарит, сфен) и со сточными водами предприятий металлургической и
металлообрабатывающей промышленности, производства титановых белил и др. В
природных водах может находиться в виде различных минеральных и органических
комплексных соединений. Его присутствие возможно в виде коллоидов гидроксида
титана.
В незагрязненных поверхностных водах
находится в субмикрограммовых концентрациях. В подземных водах концентрация
титана обычно невелика и составляет единицы или десятки микрограммов в 1 дм3,
в морской воде – до 1 мкг/дм3.
ПДКв титана составляет 0,1
мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности – общесанитарный).
|