Биогенные элементы - Показатели воды и методы их определения

Биогенными элементами или (биогенами) традиционно считаются элементы, входящие, в значительных количествах, в состав живых организмов. Круг элементов, относимых к биогенным, достаточно широк, это - азот, фосфор, сера, железо, кальций, магний, калий и др. Вопросы контроля качества воды и экологической оценки водоемов внесли в понятие биогенных элементов более широкий смысл: к ним относят соединения, (точнее, компоненты воды), которые во-первых являются продуктами жизнедеятельности, во-вторых, являются "строительными материалами" для живых организмов. В первую очередь к ним относятся соединения азота (нитраты, нитриты, органические и неорганические аммонийные соединения), а также соединения фосфора (ортофосфаты, полифосфаты, органические эфиры фосфорной кислоты).

Нитраты

Под влиянием солнечного излучения атмосферный азот превращается в нитраты посредством образования оксидов азота. Многие минеральные удобрения содержат нитраты, которые при избыточном или нерациональном внесении приводят к загрязнению водоемов. Источниками загрязнения нитратами являются также поверхности стоки с пастбищ, скотных дворов, молочных ферм и т. п.

Повышение содержания нитритов в воде может служить индикатором загрязнения водоема в результате распространения фекальных, либо химических загрязнений. Богатые нитратными водами сточные канавы ухудшают качество воды в водоеме, стимулируя массовое развитие водной растительности (в первую очередь - сине-зеленых водорослей) и ускоряя эвтрофикацию водоемов.

Питьевая вода и продукты питания, содержащие повешенное количество нитратов, также могут вызвать заболевание, и в первую очередь у младенцев (так называемая метгемоглобинемия). Вследствие этого расстройства ухудшается транспортировка кислорода с клетками крови и возникает синдром "голубого младенца" (гипоксия).

Метод определения нитратов основан на способности салициловой кислоты в присутствии H2SO4 (конц). вступать в реакцию нитрования с образованием нитросалициловой кислоты, которая в щелочной среде образует окрашенную в желтый цвет соль.

ПДК нитратов в воде водоемов и питьевой воде составляет 45 мг/л (или 10 мг/л по азоту), лимитирующий показатель вредности - санитарно-токсикологический.

Фосфаты и общий фосфор

В природных и сточных водах фосфор может присутствовать в разных видах:

    - в виде фосфорной кислоты Н3РО4, - ее анионов Н2РО4-, НРО42-, РО43-, - полифосфатов, - фосфорорганических соединений - нуклеиновых кислот, нуклеопротеидов, фосфолипидов, которые являются продуктами жизнедеятельности или разложения организмов, - пестицидов.

В нерастворимом состоянии:

- в виде взвешенных в воде труднорастворимых фосфатов, включая природные минералы, белковые, органические фосфорсодержащие соединения, остатки умерших организмов.

Фосфор является необходимым элементом для жизнедеятельности, однако его избыток приводит к ускоренной эвтрофикации водоемов.

Большие количества фосфора могут попадать в водоемы в результате поверхностной эрозии почв, неправильного или избыточного применения минеральных удобрений и др.

Фосфаты определяют по реакции с молибдатом аммония в кислой среде:

HPO42- + 3NH4+ + 12 MoO42- + 23H+ = (NH4)3[PMO12O40] + 12H2O

Продукт реакции под действием SnCl2 превращается в "молибденовую синь".

Для определения полифосфатов их необходимо предварительно перевести в ортофосфаты путем кислотного гидролиза в присутствии серной кислоты:

Na4P2O7 + 2H2SO4 + H2O = 2H3PO4 + 4Na+ + 2SO42-

Для определения фосфорсодержащих органических соединений предварительно проводят "мокрое сжигание": кипячение пробы с давлением кислоты и сильного окислителя - персульфата или перекиси водорода:

Таким образом, определяется содержание общего фосфора.

ПДК полифосфатов - 3,5 мг/л в пересчете на РО43-, лимитирующий показатель вредности - органолептический.

Аммоний

Катионы аммония являются продуктом микробиологического разложения белков животного и растительного происхождения. Образовавшийся таким образом аммоний вновь вовлекаются в процесс синтеза белков, участвуя тем самым в биологическом круговороте веществ (цикле азота).

Существует Два основных источника загрязнения окружающей среды аммонийными соединениями:

    1. избыточное и неправильное применения минеральных и органических удобрений, 2. фекалии (стоки с пастбищ и мест скопления скота, сточные воды от животноводческих комплексов, а также разгерметизация систем канализации).

По этим причинам повышенное содержание аммонийного азота в поверхностных водах обычно является признаком хозяйственно - фекальных загрязнений.

Метод определения - реакция с реактивом Несслера:

2K2HgI4 + NH3 + 3KOH + Hg2OINH2 + 7KI + H2O.

Мешающее влияние устраняют добавлением к пробе сегнетовой соли: КСОО(СНОН)СООNa.

ПДК аммиака и ионов аммония в воде водоемов составляет 2,6 мг/л (или 2,0 мг/л по аммонийному азоту). Лимитирующий показатель вредности - общесанитарный.

Нитриты

Нитрифицирующие бактерии превращают аммонийные соединения в нитриты в аэробных условиях.

Нитриты часто используются в промышленности как ингибиторы коррозии, в пищевой промышленности как консерванты.

Благодаря способности превращаться в нитраты, нитриты, как правило, отсутствуют в поверхностных водах. Поэтому наличие в анализируемой воде повышенного содержания нитритов свидетельствует о загрязненности воды.

Определение основано на реакции нитрат - аниона в среде кислоты с реактивом Грисса (смесью сульфаниловой кислоты и б - нафтиламина). При этом протекают реакции диазотирования, в результате которых образуется азосоединение (азокраситель), имеющее пурпурную окраску.

ПДК нитритов 3,3 мг/л (1 мг/л нитритного азота), лимитирующий показатель вредности - санитарно-токсикологический.

Фтор (фториды)

Фтор в виде фторидов может содержаться в природных и грунтовых водах, что обусловлено его присутствием в составе некотрых почвообразующих (материнских) пород и минералов. Этот элемент может добавляться в питьевую воду в целях профилактики заболеваний кариесом. Однако, избыточные количества фтора оказывают вредное воздействие на человека, вызывает разрушение зубной эмали. Кроме того, избыток фтора в организме осаждает кальций, что приводит к нарушениям кальциевого и фосфорного обмена.

Метод определения фтора в воде основан на реакции фторидов с лантанализаринкомплексоном.

При этом образуется окрашенное в синий цвет тройное комплексное соединение фторида трехвалентного лантана и ализаринкомплексона:

В железистых водах используют потенциометрический метод. Органические вещества адсорбируют активным углем.

ПДК для разных климатических районов от 0,7 до 1,5 мг/л, лимитирующий показатель вредности - санитарно - токсикологический.

Похожие статьи




Биогенные элементы - Показатели воды и методы их определения

Предыдущая | Следующая