Часть 5. Органические вещества в водных системах

Органический углерод

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

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

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/дм³ бензол не задерживает минерализации органических веществ, не влияет на процессы бактериального самоочищения водоемов.

В концентрации 1000 мг/дм³ бензол 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/дм³ разрушение фенолов протекает достаточно быстро, убыль фенолов составляет 50-75% за трое суток, при концентрации несколько десятков микрограммов в 1 дм³ этот 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/дм³ гидрохинон 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

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/дм³ наблюдается торможение биологической очистки сточных вод. Порог восприятия запаха метанола составляет 30-50 мг/дм³.

Концентрация 3 мг/дм³ стимулирует 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 от n·10 до n·102 мкг/дм3.

Летучие кислоты

Под летучими кислотами понимают сумму концентраций муравьиной и уксусной кислот.

Муравьиная кислота

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 К_25°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 К_25°С = 3^.10^-4 и зависит от рН среды. 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 и рН 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 дм3 в 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.

Азот органический

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

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;

· водоросли;

· атмосферные осадки;

· сточные воды анилино-красочных предприятий.

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.

ПДКв для различных видов аминов — от 0,01 до 170 мг/дм3.

Анилин

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. <P

ПДКв — 0,1 мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности — санитарно-токсикологический), ПДКвр — 0,0001 мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности — токсикологический).

Уротропин

Гексаметилентетрамин — (CH₂)₆N₄

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

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 от рН 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 действием Pseudomonas, 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, БПК_полн = 0,72 мг/дм³, ХПК = 1,07 мг/дм³. Запах ощущается при 20 мг/дм³.

При 10 мг/дм³ формальдегид 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.

 

Литература

1. Агрохимия. / Под ред. Б.А. Ягодина. – М.: Агропромиздат, 1989.
2. Бейм А.М. Эколого-токсикологические критерии регламентирования метилсернистых соединений в сточных водах сульфат-целлюлозного производства. Вып. 8, – М., 1984.
3. Белоусова М.Я., Авгуль Г.В., Сафронова Н.С. и др. Основные свойства нормируемых в водах органических соединений. – М.: Наука, 1987.
4. Берне Ф., Кордонье Ж. Водочистка. Очистка сточных вод нефтепереработки. Подготовка водных систем охлаждения. – М.: Химия, 1997.
5. Беспамятнов Г.П., Кротов Ю.А. Предельно допустимые концентрации химических веществ в окружающей среде. Справочник. – Л.: Химия, 1985.
6. Водный кодекс РФ. Принят Государственной Думой 18 октября 1995 г. – М.: “Ось–89”, 1995. – 80 с.
7. Вредные химические вещества. Азотсодержащие органические соединения: Справ. изд./ Под ред. Б.А. Курляндского и др. – Л.: Химия, 1992.
8. Вредные вещества в промышленности: Органические вещества: Новые данные с 1974 по 1984 г. Справочник./ Под общей ред. Э.Н. Левиной и И.Д. Гадаскиной. – Л.: Химия, 1985.
9. Вредные химические вещества. Галоген- и кислородсодержащие органические соединения: Справ. изд./ Под ред. В.А. Филова и др. – СПб: Химия, 1994.
10. Вредные химические вещества. Неорганические соединения I–IV групп: Справ. изд./ Под ред. В.А. Филова и др. – Л.: Химия, 1988.
11. Вредные химические вещества. Неорганические соединения V–VIII групп: Справ. изд./ Под ред. В.А. Филова и др. – Л.: Химия, 1989.
12. Вредные химические вещества. Углеводороды. Галогенпроизводные углеводородов: Справ. изд./ Под ред. В.А. Филова и др. – Л.: Химия, 1990.
13. Гончарук Е.И. Санитарная охрана почвы от загрязнения химическими веществами. – Киев, 1977.
14. ГОСТ 17.1.1.01–77. Охрана природы. Гидросфера. Использование и охрана вод. Основные термины и определения.
15. ГОСТ 17.1.3.07–82. Охрана природы. Гидросфера. Правила контроля качества воды, водоемов и водотоков.
16. Гусев А.Г. Охрана рыбохозяйственных водоемов от загрязнения. – М.: Пищ. пром-ть, 1975.
17. Закон РФ “Об охране окружающей природной среды” № 2060–1 от 19 декабря 1991 г. (ред. от 2 июня 1993 г. № 5076–1).
18. Зверев В.П. Гидрогеохимия осадочного процесса. – М.: Наука, 1993.
19. Зенин А.А., Белоусова Н.В. Гидрохимический словарь. – Л.: Гидрометеоиздат, 1988.
20. Израэль Ю.А. Экология и контроль состояния природной среды. – М.: Гидрометеоиздат, 1984. – 560 с.
21. Калинкина Н.М. Эколого-токсикологическая оценка опасности сульфатного лигнина для гидробионтов: автореф. канд. дисс. – С-Пб., 1993.
22. Калоянова-Симеонова Ф. Пестициды. Токсическое действие и профилактика. – М.: Медицина, 1980.
23. Комплексные оценки качества поверхностных вод./ Под ред. А.М. Никанорова. – Л.: Гидрометеоиздат, 1984. – 139с.
24. Косов В.И. Иванов В.Н. Охрана и рациональное использование водных ресурсов. Ч.1 Охрана поверхностных вод: уч. пособие. – Твер. гос. техн. ун-т, 1995.
25. Лапенко Л.А., Виленский М.Г. Метод атомно-абсорбционной спектрофотометрии в фоновом мониторинге тяжелых металлов.// Мониторинг фонового загрязнения природной среды./Под ред. Ю.А. Израэля, Ф.Я. Ровинского. Вып. 3. – Л.: Гидрометеоиздат, 1986. – С.216–223.
26. Майстренко В.Н., Хамитов Р.З., Будников Г.К. Эколого-аналитический мониторинг суперэкотоксикантов. – М.: Химия, 1996.
27. Мельников Н.Н. и др. Пестициды и регуляторы роста растений. Справочник. – М: Химия, 1995.
28. Мельников Н.Н. Пестициды: химия, технология и применение. – М.: Химия, 1987.
29. Методические указания по принципам организации системы наблюдений и контроля за качеством воды водоемов и водотоков на сети Госкомгидромета в рамках ОГСНК. – Л.: Гидрометеоиздат, 1984.
30. Мур Дж.В., Рамамурти С. Тяжелые металлы в природных водах. – М.: Мир, 1987.
31. Нецинеску К. Общая химия. – М.: Мир, 1968.
32. Никаноров А.М. Гидрохимия: учеб. пособие – Л.: Гидрометеоиздат, 1989.
33. Новиков Ю.И. Методы исследования качества воды водоемов. – М.: Медицина, 1990.
34. Охрана водоемов от химического загрязнения. – М.: ЦНИИСП, 1986.
35. Перечень предельно допустимых концентраций (ПДК) и ориентировочно безопасных уровней воздействия (ОБУВ) вредных веществ для воды рыбохозяйственных водоемов. – 1998.
36. Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования ГН 2.1.5.689–98.
37. Реймерс Н.Ф. Азбука природы. Микроэнциклопедия биосферы. – М.: Знание, 1980.
38. Реми Г. Курс неорганической химии. Т.2. – М.: Мир, 1966.
39. Руководство по методам гидробиологического анализа поверхностных вод и донных отложений./ Под ред. В.А. Абакумова. – Л.: Гидрометеоиздат, 1983. – 239 с.
40. Руководство по химическому анализу поверхностных вод суши./ Под ред. А.Д. Семенова. – Л.: Гидрометеоиздат, 1977.
41. Самонова О.А., Кулешова Н.А., Асеева Е.Н., Кудерина Т.М. Формы соединений тяжелых металлов в почвах Среднего Поволжья. – Казань, 1988.
42. СанПиН 2.1.4.559–96. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. Санитарные правила и нормы.
43. Сборник санитарно-гигиенических нормативов и методов контроля вредных веществ в объектах окружающей среды. – М., 1991.
44. Скурлатов Ю.И., Дука Г.Г., Мизити А. Введение в экологическую химию. – М.: Высшая школа, 1994.
45. Справочник по гидрохимии./ Под ред. А.М. Никанорова. – Л.: Гидрометеоиздат, 1988.
46. Стругацкий М.К., Надеинский Б.П. Общая химия. – М.: Высшая школа, 1965.
47. Унифицированные методы исследования качества вод. Ч.3. Методы биологического анализа вод. – М.: Изд-во СЭВ, 1977.
48. Химия тяжелых металлов, мышьяка и молибдена в почвах. / Под ред. Н.Г. Зырина и Л.К. Садовниковой. – М.: Изд-во МГУ, 1985.
49. Шамшурин А.А., Кример М.З. Физико-химические свойства пестицидов.
50. Шепетова Г.А. Гигиеническое значение и биологическое действие пропионовой кислоты и ее натриевой соли при загрязнении ими водоемов: автореф. канд. дисс. – Саратов, 1970.
51. Эйхлер В. Яды в нашей пище. – М.: Мир, 1993.
52. Юфит С.С. Яды вокруг нас. Курс лекций. Вып. 1–3. – М., 1997, 1998.
53. EPA, Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 17th Ed., 1989.