ХИМИЯ ВОДЫ

Фенолы

Фенолы представляют собой производные бензола с одной или нескольким 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 [31]. Превышение естественного фона может служить указанием на загрязнение водоемов. В загрязненных фенолами природных водах содержание их может достигать десятков и даже сотен микрограммов в литре. Фенолы - соединения нестойкие и подвергаются биохимическому и химическому окислению. Простые фенолы подвержены главным образом биохимическому окислению. При концентрации более 1 мг/л разрушение фенолов протекает достаточно быстро, убыль фенолов составляет 50-75% за трое суток, при концентрации несколько десятков микрограммов в литре 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). Спуск в водоемы и водотоки фенольных вод 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 [3], [7], [14], [25]. Установлены 2 норматива для суммы летучих фенолов: 0,001 мг/дм³ - ПДК для воды водоемов хозяйственно-питьевого водопользования при условии применения хлора для обеззараживания питьевой воды или при определении условий сброса сточных вод, подвергающихся обеззараживанию хлором и в рыбохозяйственных водоемах; 0,1 мг/дм³ - предельно допустимая концентрация для остальных участков водоемов.Лимитирующий показатель вредности органолептический - образование хлорфенольных запахов при хлорировании воды (наиболее резкие запахи дают простой фенол и крезолы) [25].

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 г/дм³; пороговая концентрация по окраске воды 0,2 мг/дм³, по влиянию на санитарный режим водоемов - 0,1 мг/дм³. Концентрация 100 мг/дм³ стерилизует воду, при 10 мг/дм³ тормозит развитие сапрофитной микрофлоры, ниже 10 мг/дм³ — гидрохинон подвергается окислению и стимулирует развитие водных бактерий; 2 мг/дм³ тормозят нитрификацию разведенных сточных вод, 15 мг/дм³ — процесс их биологической очистки. Дафнии погибают при 0,3 мг/дм³; 0,04 мг/дм³ вызывает гибель икры форели [7]. В организме гидрохинон окисляется в п-бензохинон, который превращает гемоглобин в метгемоглобин. ПДК_в — 0,2 мг/дм³ (лимитирующий показатель вредности — органолептический), ПДК_вр — 0,001 мг/дм³ [28], [31], [33].

Спирты

Метанол

Попадает в водоемы со сточными водами производств получения и применения метанола. В сточных водах предприятий целлюлозно-бумажной промышленности содержится 4,5 - 58 г/дм³ метанола, производств фенолоформальдегидных смол 20-25 г/дм³, лаков и красок 2 г/дм³, синтетических волокон и пластмасс — до 600 мг/дм³, в сточных водах генераторных станций на буром, каменном угле, торфе, древесине — до 5 г/дм³. При попадании в воду метанол снижает содержание в ней содержание О₂ (вследствие окисления метанола). Концентрация выше 4 мг/дм³ влияет на санитарный режим водоемов; а более 200 мг/дм³ тормозит биологическую очистку сточных вод. Порог восприятия запаха 30-50 мг/дм³. Концентрация 3 мг/дм³ стимулирует рост сине-зеленых водорослей, нарушает потребление кислорода дафниями. Летальные концентрации для рыб 250-17000 мг/дм³. Метанол является сильным ядом, обладающим направленым 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 [5], [7]. ПДК_в — 3 мг/дм³ (лимитирующий показатель вредности — санитарно-токсикологический), ПДК_вр — 0,1 мг/дм³ [4], [33].

Этиленгликоль

Этиленгликоль попадает в поверхностные воды со сточными водами производств, где он получается или применяется (текстильная, фармацевтическая, парфюмерная, табачная, целлюлозно-бумажная промышленность). Токсическая концентрация для рыб составляет не более 10 мг/дм³, для кишечной палочки - 0,25 мг/дм³. При попадании в желудок этиленгликоль очень токсичен, действуя главным образом на ЦНС и почки, а также вызывая гемолиз эритроцитов. Токсичны и метаболиты этиленгликоля — альдегиды и щавелевая кислота, обусловливающая образование и накопление в почках оксалатов кальция [7].

ПДК_в — 1,0 мг/дм³ (лимитирующий признак вредности — санитарно-токсикологический), ПДК_вр — 0,25 мг/дм³ [33].

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 колеблятся от n·10 до n·10² мкг/дм³ [31].

Летучие кислоты

Под летучими кислотами понимают сумму концентраций муравьиной и уксусной кислот [31].

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 ионизации 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 [7], [14], [31]. ПДК_в — 3,5 мг/дм³, ПДК_вр — 1,0 мг/дм³ [33].

Уксусная кислота

ПДК_в — 1,0 мг/дм³ (лимитирующий признак вредности — общесанитарный), ПДК_вр — 0,01 мг/дм³ [26], [33].

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 [39]. ПДК_вр — 0,6 мг/дм³ [33].

Масляная кислота

ПДК_в — 0,7 мг/дм³ (лимитирующий признак вредности — общесанитарный) [26], [33].

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 [31]. ПДК_в — 0,9 мг/дм³ (лимитирующий признак вредности — общесанитарный) [33].

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 [31]. ПДК_в — 0,6 мг/дм³ (лимитирующий признак вредности — общесанитарный) [26], [33].