Химически чистой можно назвать воду

Что такое вода и классификация природных вод

Вода – одно из самых необычных вещество природы. Это подтверждается тем, что ее свойства не соответствуют физическим законам, которые справедливы для других веществ.

Химически чистая вода

Прежде всего необходимо напомнить: когда мы говорим о природной воде, все суждения должны быть отнесены не к воде как таковой, а к водным растворам разных, фактически всех, элементов Земли. До сих пор получить химически чистую воду не удалось. Например, в одном из опытов немецкий химик В.Ф. Кольрауш подвергал воду 42 циклам дистилляции подряд, причем вода находилась в сосуде, с которым ученый работал до этого опыта в течение 10 лет. Следовательно, можно было предположить, что из стенок сосуда в выпариваемую воду ничего не перейдет. Степень чистоты воды, полученной в опыте Кольрауша и определенной по электропроводимости, оказалась в 100 раз больше, чем у монодистиллированной (один цикл дистилляции) воды.

Но все-таки эту воду нельзя назвать абсолютночистой: в дистиллированной воде сразу же растворяются газы земной атмосферы и, вероятно, все-таки частицы стенок сосуда. В воде есть и «собственные» примеси: при обычной температуре из каждого миллиарда молекул воды образуется два иона – Н+ и ОН-. Ион Н+ немедленно присоединяется к молекуле воды, образуя ион гидроксония Н3О+.

Строение молекули ассоциатов природной воды

Самая простая принятая сегодня модель молекулы воды – тетраэдр. В действительности одиночные молекулы воды при нормальных температуре и давлении не существуют. Есть несколько гипотез, описывающих строение и свойства ассоциатов воды. Однако единое понимание пока не достигнуто.

Существует и вполне обоснованное мнение о том, что в воде, кроме ионов Н+, Н₃О+ и ОН- (отвлекаясь от инородных примесей), содержатся и другие ионы: Н₉О₄+ и Н₇О₄-. По этой гипотезе в водеидет реакция:

Н₉О₄₊ + Н₇О₄— = 8 Н₂О

Не лишено основания предположение ряда ученых-физиков: из-за асимметричного расположения электрических зарядов в молекуле воды все молекулы связаны друг с другом – каждый из ионов водорода одной молекулы притягивает к себе электроны атомов кислорода в соседних молекулах. И можно сказать: все молекулы воды связаны в одну пространственную сетку, то есть океан – одна гигантская молекула. Но составные части этой макромолекулы находятся в постоянных изменениях в зависимости от внешних условий (температуры и др.).

Состав природной воды. Изотопы

Вследствие существования изотопов водорода и кислорода молекулярная масса воды может отличаться от 18. В природной воде найдены три изотопа водорода и три изотопа кислорода. Искусственно созданы два изотопа водорода и пять изотопов кислорода. Теоретически сегодня можно говорить о 135 различных видах воды. Но только девять из них устойчивые.

Соотношение этих стабильных изотопов в природной воде, % мол.:
1 Н₂ 16 О – 99,73; 1 Н₂ 18 О – 0,20; 1 Н₂ 17 О – 0,04; 1 Н 2 Н 16 О

0,03%. Другие изотопы присутствуют в ничтожном количестве.

Физические свойства воды

Полярная асимметричная структура воды и разнообразие ее ассоциатов обусловливают удивительные аномальные физические свойства воды. Вода достигает наибольшей плотности при плюсовой температуре, у нее аномально высокие теплота испарения и теплота плавления, удельная теплоемкость, температура кипения и замерзания. Например, можно сравнить воду с аналогичными водородными соединениями подгруппы кислорода периодической системы элементов Д.И. Менделеева.

Исходя из температур кипения и замерзания гидридов серы H₂S, селена H₂Se и теллура H₂Te, вода (гидрид кислорода) должна была бы кипеть при температуре минус 80°С и замерзать при минус 100°С. В действительности вода кипит при +100°С и замерзает при 0°С.

Наибольшая плотность воды при температуре +4°С обеспечивает жизнь в воде зимой. Плотность чистой воды, свободной от воздуха, при атмосферном давлении 0,1 МПа равна 1,00000 г/мл. При любых других температурах плотность меньше.

Большая удельная теплоемкость – 4,1855 Дж/(г ·°С) при 15°С – способствует регулированию температуры на Земле из-за медленного нагревания и остывания масс воды. У ртути, к примеру, удельная теплоемкость при 20°С – только 0,1394 Дж/(г ·°С). Вообще теплоемкость воды более чем вдвое превышает теплоемкость любого другого химического соединения. Этим можно объяснить выбор воды в качестве рабочего тела в энергетике.

Аномальное свойство воды – расширение объема на 10% при замерзании обеспечивает плавание льда, то есть опять сохраняет жизнь подольдом.

Классификация Щукарева очень проста и удобна для сопоставления различных по химическому составу вод, но громоздка (49 классов, 4 группы). Кроме того, деление на классы носит формальный характер, вследствие чего часть классов – не-
реальная.

Еще одно чрезвычайно важное свойство воды – исключительно большое поверхностное натяжение. Молекулы на поверхности воды испытывают действие межмолекулярного притяжения с одной стороны. Так как у воды силы межмолекулярного взаимодействия аномально велики, то каждая «плавающая» на поверхности воды молекула как бы втягивается внутрь слоя воды. У воды поверхностное натяжение равно 72 мН/м при 25°С. В частности, этим свойством объясняется шаровая форма воды в условиях невесомости, поднятие воды в почве и в капиллярных сосудах деревьев, растений и т.д. Для сравнения: у этилового спирта при этой же температуре поверхностное натяжение в 3,5 раза меньше.

Классификация природных вод

Дисперсные системы

Природная вода – сложная дисперсная система, содержащая множество разнообразных минеральных и органических примесей.

Дисперсная система состоит из мелких частиц вещества, распределенного в другом веществе (среде). Система называется гомогенной, если внутри нее нет поверхностей раздела, отделяющих друг от друга части системы, различающиеся по свойствам. Гетерогенные системы – системы, внутри которых есть такие поверхности раздела. Гомогенная система – однофазная, гетерогенная – состоит из не менее двух фаз.

При размере частиц примесей воды меньше 10 -3 мкм – это гомогенная система (однофазная из двух или более индивидуальных веществ). Если размер частиц ≥10 -3 мкм, то примеси образуют с водой гетерогенную (неоднородную многофазную) систему.

Истинные растворы, где примеси находятся в молекулярно-растворенном виде или в виде ионов, – это гомогенные системы. Гетерогенные системы – коллоиды (размер частиц: 10 -2 –10 -1 мкм) или суспензии (частицы >10 -1 мкм). Суспензии могут быть представлены взвесями, эмульсиями, пенами (частный случай эмульсий).

Системы классификации

Вода – один из лучших растворителей. Изначально в Мировом океане были – в той или иной степени – растворены все вещества Земли. И это растворение продолжается: количество поровых вод илов и горных пород составляет около 19% всей гидросферы.

Уже несколько столетий разрабатываются системы классификации природных вод и способы как можно более краткой характеристики качества воды (индекс качества воды). Выделено 625 и даже более классов, групп, типов и разновидностей вод. В.И. Вернадский считал, что число видов природных вод больше 1500 единиц.

Однако чем более детально разрабатывалась классификация вод, тем больше исследователи удалялись от желаемой краткости и ясности в определении качества воды. Оказалось невозможным оценить пригодность воды для питьевых, технических, других целей только на основе предложенных универсальных индексов воды. По-прежнему качество воды, пригодность ее для использования оценивается по комплексу показателей, и нужно признать, что такой подход дает лишь приблизительное знание о качестве воды. Этим, в частности, можно объяснить большое (до нескольких десятков) количество нормируемых показателей для каждого из возможных применений. Говорить о качестве воды имеет смысл лишь в связи с конкретной областью ее дальнейшего использования.

К настоящему времени создано несколько десятков классификационных систем, рассматривающих большей частью подземные воды и служащих основой для понимания взглядов авторов на генезис подземных вод, на то, какие составляющие подземных вод и вообще природных вод главные или более важные. Почти все они создавались гидрогеологами и отражают их пристрастия.

Для водоподготовки эти системы имеют опосредованное значение – для сравнительного анализа разных вод в основном в учебных и статистических целях.

Рассмотрим несколько классификационные системы:

Классификация С.А. Щукарева

Классификация основана на принципе преобладания одного или нескольких из трех главных катионов (Na + , Ca 2+ , Mg 2+ ) и трех главных анионов (Cl — , SО₄ 2- , HCO₃ — ). Вода относится к тому или другому классу в зависимости от содержания упомянутых ионов в количестве, превышающем 25%-экв. (суммы процент-эквивалентов анионов и катионов в отдельности принимают за 100). Комбинируя типы вод по содержанию катионов, получают 49 классов
вод. Например, вода может называться гидрокарбонатной натриево-кальциевой или сульфатно-гидрокарбонатной кальциевой.

По общей минерализации каждый класс разделен на группы: А – менее 1,5 г/л; В – от 1,5 до 10 г/л; С – от 10 до 40 г/л и D – более 40 г/л.

Классификация Л.А. Кульского

Практический интерес представляет фазово-дисперсная классификация примесей воды, разработанная Л.А. Кульским . Для задач, связанных с очисткой воды, эта классификация полезна тем, что, определив фазово-дисперсное состояние примесей в воде и установив ее принадлежность к какой-то группе, можно предварительно выбрать комплекс методов и стадий очистки воды. При этом фазово-дисперсное состояние примесей должно устанавливаться после каждой стадии обработки воды и учитываться при проектировании всей схемы водоподготовки.

Методы обработки воды, определенные Л.А. Кульским на основе фазово-дисперсного анализа примесей воды, описаны ниже (предложения Кульского дополнены А. Ашировым – V и VI группы).

Часть перечисленных методов применяется в специальных промышленных системах и не применяется в коммунальном и энергетическом водоснабжении.

Группа I. Воздействие на взвеси (например,седиментация, осветление во взвешенном слое, осадительное центрифугирование, центробежная сепарация в гидроциклонах, флотация, фильтрование на медленных фильтрах и на скорых фильтрах по безнапорной схеме и др.).

Группа II. Воздействие на коллоидные примеси, в том числе высокомолекулярные соединения и вирусы: коагуляция, флокуляция, электрокоагуляция, электроискровой (разрядный) метод, биохимический распад, адсорбция на высокодисперсных материалах, в том числе глинистых минералах, ионитах, окисление (хлорирование, озонирование), воздействие ультрафиолетовым, γ- и β-излучением, потоками нейтронов и др., ультразвуковая обработка, обработка ионами тяжелых металлов (меди, серебра и др.).

Группа III. Воздействие на растворенные органические вещества и газы: десорбция газов и легколетучих органических соединений путем аэрирования, термической и вакуумной отгонки, адсорбция на активных углях, природных и синтетических ионитах и других высокопористых материалах, экстракция не смешивающимися с водой органическими растворителями, эвапорация (азеотропная отгонка, пароциркуляция), пенная флотация, ректификация, окисление (жидкофазное, радиационное, электрохимическое, биологическое, парофазное, хлором, озоном, диоксидом хлора и др.).

Группа IV. Воздействие на примеси ионогенных неорганических веществ: ионный обмен, электродиализ, реагентная обработка, кристаллизация.

Группа V. Воздействие на воду: дистилляция, вымораживание, экстракция кристаллогидратами или смешивающимися с водой органическими растворителями, магнитная обработка, обратный осмос, напорная фильтрация.
Группа VI. Воздействие на водную систему в целом: закачка в подземные горизонты, в глубины морей, захоронение, сжигание. Эти методы применяются только в том случае, если методы первых пяти групп экономически неприемлемы.

Классификация О.А. Алёкина

Классификация О.А. Алёкина с поправкой Е.В. Посохова и Ж.С. Сыдыкова сочетает принципы деления вод по преобладающим ионам и по соотношению между ними. Все воды делятся на три класса по преобладающему аниону: гидрокарбо-натные (карбонатные), сульфатные и хлоридные. Внутри каждого класса выделяют три группы по преобладанию одного из катионов: кальций, магний, натрий (или натрий + калий).

Классификация А.И. Перельмана

Определенный интерес представляет классификация А.И. Перельмана, выделившего шесть главных таксонов, каждый из которых определяется на основе особого критерия:

тип – окислительно-восстановительные условия;

класс – щелочно-кислотные условия;

семейство – общая минерализация;

род – растворенное органическое вещество;

вид – ведущие катионы и анионы (кроме Н + и ОН — ).

В этой классификации, в отличие от многих других, в том числе описанных классификаций Щукарева и Алёкина, учитываются температура, органические вещества, газы. А.И. Перельман предложил также изображать воду в виде шестизначного числа – по количеству таксонов и разновидностей, которых в каждом таксоне – не более девяти.

Физико-химические показатели качества природных вод

Под качеством природной воды в целом понимается характеристика ее состава и свойств, определяющая ее пригодность для конкретных видов водопользования (ГОСТ 17.1.1.01–77), при этом критерии качества представляют собой признаки, по которым производится оценка качества воды.

Взвешенные примеси

Взвешенные твердые примеси, присутствующие в природных водах, состоят из частиц глины, песка, ила, суспендированных органических и неорганических веществ, планктона и различных микроорганизмов. Взвешенные частицы влияют на прозрачность воды.

Содержание в воде взвешенных примесей, измеряемое в мг/л, дает представление о загрязненности воды частицами в основном условным диаметром более 1·10 -4 мм.

При содержании в воде взвешенных веществ менее 2–3 мг/л или больше указанных значений, но условный диаметр частиц меньше 1 · 10 -4 мм, определение загрязненности воды производят косвенно по мутности воды.

Мутность и прозрачность

Мутность воды вызвана присутствием тонкодисперсных примесей, обусловленных нерастворимыми или коллоидными неорганическими и органическими веществами различного происхождения. Качественное определение проводят описательно: мутность не заметна (отсутствует), слабая опалесценция, опалесценция, слабомутная, мутная и сильная муть.

В России мутность чаще всего измеряют в нефелометрических единицах мутности НЕФ (NTU) для небольших значений в пределах 0–40 НЕФ (NTU), например для питьевой воды. В условиях большой мутности обычно применяется измерение единиц мутности по формазину (ЕМФ). Пределы измерений – 40–400 ЕМФ.

Индикатор по НЕФ (NTU) – рассеивание излучения, по ЕМФ – ослабление потока излучения.

Наряду с мутностью, особенно в случаях, когда вода имеет незначительные окраску и мутность, и их определение затруднительно, пользуются показателем «прозрачность».

Мера прозрачности – высота столба воды, при которой можно наблюдать опускаемую в воду белую пластину определенных размеров (диск Секки) или различать на белой бумаге шрифт определенного размера и типа (шрифт Снеллена). Результаты выражаются в сантиметрах.

Запах

Характер и интенсивность запаха природной воды определяют органолептически. По характеру запахи делят на две группы:

— естественного происхождения (живущие и отмершие в воде организмы, загнивающие растительные остатки и др.)

— искусственного происхождения (примеси промышленных и сельскохозяйственных сточных вод).

Интенсивность запаха по ГОСТ 3351-74* оценивают в шестибалльной шкале.

Запахи второй группы (искусственного происхождения) называют по определяющим запах веществам: хлорный, бензиновый и т.д.

Вкус и привкус

Интенсивность вкуса и привкуса в соответствии с ГОСТ 3351-74* определяется также по шестибалльной шкале.

Различают четыре вида вкусов: соленый, горький, сладкий, кислый.

Качественную характеристику оттенков вкусовых ощущений – привкуса – выражают описательно: хлорный, рыбный, горьковатый и так далее. Наиболее распространенный соленый вкус воды чаще всего обусловлен растворенным в воде хлоридом натрия, горький – сульфатом магния, кислый – избытком свободного диоксида углерода и т.д. Порог вкусового восприятия соленых растворов характеризуется такими концентрациями (в дистиллированной воде), мг/л: NaCl – 165; CaCl₂ – 470; MgCl₂ – 135; MnCl₂ – 1,8; FeCl₂ – 0,35; MgSO₄ – 250; CaSO₄ – 70; MnSO₄ – 15,7; FeSO₄ – 1,6; NaHCO₃ – 450.
По силе воздействия на органы вкуса ионы некоторых металлов выстраиваются в следующие ряды:
катионы: NH₄ + > Na + > K + ; Fe₂ + > Mn₂ + > Mg₂ + > Ca₂ + ;
анионы: ОН — > NO₃ — > Cl — > HCO₃ — — > SO₄ 2- .

Цветность

Показатель качества воды, характеризующий интенсивность окраски воды и обусловленный содержанием окрашенных соединений, выражается в градусах платино-кобальтовой шкалы и определяется путем сравнения окраски испытуемой воды с эталонами.

Цветность природных вод обусловлена главным образом присутствием гумусовых веществ и соединений трехвалентного железа, колеблется от единиц до тысяч градусов.

Минерализация

Минерализация – суммарное содержание всех найденных при химическом анализе воды минеральных веществ. Минерализация природных вод, определяющая их удельную электропроводность, изменяется в широких пределах. Большинство рек имеет минерализацию от нескольких десятков миллиграммов в литре до нескольких сотен. Их удельная электропроводимость варьирует от 30 до 1500 мкСм/см. Минерализация подземных вод и соленых озер изменяется в интервале от 40–50 мг/л до сотен г/л (плотность в этом случае уже значительно отличается от единицы). Удельная электропроводимость атмосферных осадков с минерализацией от 3 до 60 мг/л составляет значения 10–120 мкСм/см. Согласно ГОСТ 17403-72 природные воды поминерализации разделены на группы.

Предел пресных вод – 1 г/кг – установлен в связи с тем, что при минерализации более этого значения вкус воды неприятен – соленый или горько-соленый.

Граница между солоноватыми и солеными водами принята на том основании, что при минерализации около 25 г/кг температура замерзания воды и температура наибольшей плотности морской воды совпадают, и при этом меняются некоторые свойства воды.

Граница 50 г/кг между солеными водами и рассолами обусловлена тем, что соленость больше этого значения не бывает в морях; такая соленость характерна только для соленых озер и некоторых подземных вод.

Электропроводимость

Электропроводимость – это численное выражение способности водного раствора проводить электрический ток. Электрическая проводимость воды зависит в основном от концентрации растворенных минеральных солей и температуры. Минеральную часть воды составляют ионы Na + , K + , Ca 2+ , Mg 2+ , Cl — , SO₄ 2- , HCO₃ — . Этими ионами и обусловливается электропроводимость природных вод. Присутствие других ионов, например Fe 3+ , Fe 2+ , Mn 2+ , Al 3+ , NO₃ — , HPO₄ 2- , H₂PO₄ — , не сильно влияет на электропроводимость, если эти ионы не содержатся в воде в значительных количествах (например, ниже выпусков производственных или хозяйственно-бытовых сточных вод). По значениям электропроводимости можно приближенно судить о минерализации воды.

Жесткость

Жесткость воды обусловливается наличием в воде ионов кальция (Са 2+ ), магния (Mg 2+ ), стронция (Sr 2+ ), бария (Ва 2+ ), железа (Fe 3+ ), марганца (Mn 2+ ). Но общее содержание в природных водах ионов кальция и магния несравнимо больше содержания всех других перечисленных ионов – и даже их суммы. Поэтому под жесткостью понимают сумму количеств ионов кальция и магния – общая жесткость, складывающаяся из значений карбонатной (временной, устраняемой кипячением) и некарбонатной (постоянной) жесткости. Первая вызвана присутствием в воде гидрокарбонатов кальция и магния, вторая наличием сульфатов, хлоридов, силикатов, нитратов и фосфатов этих металлов. Однако при значении жесткости воды более 9 ммоль/л нужно учитывать содержание в воде строн ция и других щелочноземельных металлов.

По стандарту ИСО 6107-1-8:1996, включающему более 500 терминов, жесткость определяется как способность воды образовывать пену с мылом.

В России жесткость воды выражают в ммоль/л.

В жесткой воде обычное натриевое мыло превращается (в присутствии ионов кальция) в нерастворимое «кальциевое мыло», образующее бесполезные хлопья. И, пока таким способом не устранится вся кальциевая жесткость воды, образование пены не начнется. На 1 ммоль/л жесткости воды для такого умягчения воды теоретически затрачивается 305 мг мыла, практически – до 530.

Но, конечно, основные неприятности – от накипеобразования.

Международные своды нормативов качества воды не нормируют жесткость воды – только отдельно содержание в воде ионов кальция (Са 2+ ) и магния (Mg 2+ ): нормы качества питьевой воды Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), такие же нормы Европейского Союза (ЕС), стандарты ИСО, а также Национальные нормы питьевой воды США.

По значению общей жесткости природные водыделят на группы.

Щелочность

Щелочностью воды называется суммарная концентрация содержащихся в воде анионов слабых кислот и гидроксильных ионов (выражена в ммоль/л), вступающих в реакцию при лабораторных исследованиях с соляной или серной кислотами с образованием хлористых или сернокислых солей щелочных и щелочноземельных металлов.

Различают следующие формы щелочности воды: бикарбонатная (гидрокарбонатная), карбонатная, гидратная, фосфатная, силикатная, гуматная – в зависимости от анионов слабых кислот, которыми обусловливается щелочность.

Щелочность природных вод, рН которых обычно Спектр органических примесей:

— группа растворенных примесей:

гуминовые кислоты и их соли – гуматы натрия,калия, аммония;

некоторые примеси промышленного происхождения;

часть аминокислот и белков.

— группа нерастворенных примесей:

фульвокислоты (соли) и гуминовые кислоты и их соли – гуматы кальция, магния, железа;

жиры различного происхождения;

частицы различного происхождения, в том числе микроорганизмы.

Содержание органических веществ в воде оценивается по методикам определения окисляемости воды, содержания органического углерода, биохимической потребности в кислороде, а также поглощения в ультрафиолетовой области.

Величина, характеризующая содержание в воде органических и минеральных веществ, окисляемых одним из сильных химических окислителей при определенных условиях, называется окисляемостью. Существует несколько видов окисляемости воды: перманганатная, бихроматная, иодатная, цериевая (методики определения двух последних применяются редко). Окисляемость выражается в миллиграммах кислорода, эквивалентного количеству реагента, пошедшего на окисление органических веществ, содержащихся в 1 л воды.

Окислители могут действовать и на неорганические примеси, например, на ионы Fe 2+ , S 2- , NO -2 ,но соотношение между этими ионами и органическими примесями в поверхностных водах существенно сдвинуто в сторону органических примесей, то есть «органики» в решающей степени больше.

В подземных водах (артезианских) это соотношение – обратное, то есть органических примесей гораздо меньше, чем указанных ионов. Практически их совсем нет. К тому же неорганические примеси могут определяться непосредственно индивидуально.

Если содержание указанных восстановителей суммарно меньше 0,1 ммоль/л, то ими можно пренебречь, в иных случаях нужно вносить соответствующие поправки.

Для природных малозагрязненных вод рекомендовано определять перманганатную окисляемость (перманганатный индекс); в более загрязненныхтводах определяют, как правило, бихроматную окисляемость (ХПК).

Окисляемость перманганатная измеряется мгО/л, если учитывается масса иона кислорода в составе перманганата калия, пошедшего на окисление «органики», или мг KMnО₄/л, если оценивается количество перманганата калия, пошедшего на окисление «органики».

Окисляемость бихроматная, мгО/л, называемая также химической потребностью в кислороде (ХПК), – показатель, дающий более правильное представление о содержании в воде органических
веществ, так как при определении ХПК окисляется около 90% органических примесей, а при определении перманганатной окисляемости – 30–50%.

В англоязычной литературе ХПК обозначают термином COD (Chemical Oxygen Demand), в немецкой литературе – CSB (Chemischer Sauerstoffbedarf).

При анализе ХПК наиболее надежные результаты получаются при ХПК = 300–600 мгО/л. При этом анализе окисляются ионы Br — , J — , NO₂ — , некоторые соединения серы и др.

Биохимическая потребность в кислороде (БПК₅, БПК_полн), мгО₂/л.

Биохимическая потребность в кислороде (БПК) –показатель, определяемый при окислении «органики» природных вод не химическими веществами, а биохимическими воздействиями в аэробных условиях. Чаще определяют биохимическое потребление кислорода за пять суток – БПК₅, и, как правило, этот показатель в поверхностных водах находится в пределах 0,5–4,0 мгО₂/л.

При определении БПК₅ (температура воды 20°С, рН=6–8, обеспечен достаточный доступ кислорода к пробе воды) окисляется примерно 70% легкоокисляющихся органических веществ, за 10–20 сут – соответственно 90 и 99% (как правило, но не всегда). Поэтому, когда определяют БПК_полн, имеют в виду, что процесс окисления длится 15–20, в редких случаях – до 35 сут.

Общий органический углерод

Содержание общего органического углерода (ООУ, по зарубежным источникам – ТОС,Total Organic Carbon) – достаточно надежный показатель содержания в воде органических веществ, в среднем численно равный 50% массы органических веществ. В природных поверхностных водах значения органического углерода могут колебаться от 1 до 20 и даже до нескольких сотен мг/л (в болотистых водах).

Растворенный кислород

Поступление кислорода в водоем происходит путем растворения его при контакте с воздухом (абсорбции), а также в результате фотосинтеза водными растениями. Содержание растворенного кислорода зависит от температуры, атмосферного давления, степени турбулизации воды, минерализации воды и др. В поверхностных водах содержание растворенного кислорода может колебаться от 0 до 14 мг/л. В артезианской воде кислород практически отсутствует.

Водородный показатель (рН)

Величина pH – один из важнейших показателей качества воды для определения ее стабильности, накипеобразующих и коррозионных свойств, прогнозирования химических и биологических процессов, происходящих в природных водах. Если рассматривать воду без примесей, то физическая сущность рН может быть описана следующим образом.

Вода, хотя и весьма незначительно, – приблизительно одна миллионная часть молекул – диссоциирует (распадается) на ионы водорода H + и гидроксила ОН — по уравнению:

Но такое же количество молекул воды одновременно снова образуется. Следовательно, состав воды при определенной температуре и в отсутствие примесей не изменяется.

К_W = (H + ) (ОН — ) =10 -14

Произведение концентраций этих ионов есть величина постоянная и называется ионным произведением воды – К_w. Так как распадается незначительное количество молекул воды, то концентрация ионов Н + и ОН — малы, тем более мало их произведение. При температуре 24,8°С К_w = 10- 14 .
Увеличение концентрации водородных ионов вызывает соответствующее уменьшение гидроксид-ионов и наоборот.

Для нейтральной среды

[H + ]=[ОН — ]=√10 -14 = 10 -7 г · ион/л

Для оценки кислотности и щелочности среды удобно пользоваться не концентрацией водородных ионов, а водородным показателем рН. Он равен десятичному логарифму концентраций водородных ионов, взятому с обратным знаком.

Если в воде растворено какое-либо вещество, которое само источник ионов H + и ОН — (примеры: кислоты НСl, H₂SO₄, HNO₃ и др.; щелочи: NaOH, KaOH, Ca(OH)₂ и др.), то концентрации ионов H + и ОН — не будут равны, но их произведение К_W будет постоянно.

Воду в зависимости от рН рационально делитьна семь групп.

Тяжелые металлы

Тяжелые металлы выделяются из общей группы металлов по специфической вредности для живых организмов.

Понятие «тяжелые металлы» не относится к строго определенным. Разные авторы в составе группы тяжелых металлов указывают разные химические элементы. В экологических публикациях в эту группу включают около 40 элементов с атомной массой более 50 атомных единиц.

Н.Ф. Реймерс относит к тяжелым металлы с плотностью более 8 г/см 3 , выделяя при этом подгруппу благородных металлов. Таким образом, к собственно «тяжелым» отнесены медь, никель, кадмий, кобальт, висмут, ртуть, свинец.

Группа специалистов, работающая под патронажем Европейской экономической комиссии ООН и занимающаяся мониторингом выбросов в окружающую природную среду тяжелых металлов, включает в эту группу также цинк, мышьяк, селен, сурьму.

Источник