Биогенные элементы

Показатели воды и методы их определения.

Лекция4

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 H₂SO_{4 (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^-, НРО₄^2-, РО₄^3-,
• 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:

HPO₄^2- + 3NH₄⁺ + 12 MoO₄^2- + 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⁺ + 2SO₄^2-

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 РО₄^3-, 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 α – 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.

Дата добавления: 2014-01-11