Основні компоненти хімічного складу природних вод
Хімічний склад природних вод, відмінні риси забруднюючих, органічних та біогенних речовин. Класифікація природних вод за рівнем мінералізації, характеристика основних іонів у складі. Чинники формування хімічного складу природних вод.
Надіслати свою гарну роботу до бази знань просто. Використовуйте форму нижче
Студенти, аспіранти, молоді вчені, які використовують базу знань у своєму навчанні та роботі, будуть вам дуже вдячні.
Розміщено наhttp://www.allbest.ru/
Розміщено наhttp://www.allbest.ru/
Основні компоненти хімічного складу природних вод
- 1.Хімічний склад природних вод
- 1.1Головні іони
- 1.2Розчинені гази
- 1.3Мікроелементи
- 1.4Біогенні речовини
- 1.5Оорганічні речовини
- 1.6Ззабруднюючі речовини
- 1.Хімічний склад природних вод
Хімічний склад природних вод - це сукупність розчинених у природних водах мінеральних та органічних речовин в іонному, молекулярному, комплексному та колоїдному станах. В даний час у природних водах виявлено близько 80 відомих на Землі хімічних елементів. При підвищенні чутливості аналітичних методів, очевидно, буде встановлено та інші. Розподілхімічних елементів у водних об'єктах визначається типом природної системи та властивостями самих елементів (їх поширеністю у земній корі та розчинністю у воді). Хімічний склад природних вод є складним комплексом розчинених газів, різних мінеральних солей і органічних сполук. Речовини, які у природних водах, поділяють умовно кілька груп.
1.1 Головні іони
Головнііони(макрокомпоненти природних вод)- розчинені у воді тверді мінеральні речовини в іонному та молекулярному стані, кількісно переважають у природних водах. Вони становлять у прісних водах понад 90-95%, а у високомінералізованих - понад 99% всіх розчинених речовин. Їх концентрації не повинні бути нижчими за 1 мг/л. У природних водах переважають три аніони (гідрокарбонат НСО - 3, хлорид Cl - і сульфат SO 2- 4) і чотири катіони (кальцій Са 2+ , магній Mg 2+ , натрій Na + і калій К + ) - саме їх називаютьголовними(або основними)іонами.
Більшість природних вод відноситься до гідрокарбонатного типу, де між вугільною кислотою та її аніонами встановлюється рухома рівновага.Гідрокарбонатні іонизустрічаються у всіх природних водах, крім кислих, і домінують у водах низької та помірної мінералізації. Накопичення у водах іонів НСO3- лімітується присутністю кальцію, що утворює з ним слаборозчинну сіль. Вміст гідрокарбонатних іонів у поверхневих водах зазвичай рідко перевищує 250 мг/л, а водах північних водойм і низки гірських річок концентрація їх становить близько 50 мг/л. У підземних водах за наявності великої кількості діоксиду вуглецю вонозначно підвищується (нарзан – 1,24 г/л). Значення рН більшості природних вод обумовлені наявністю в них цих іонів. Кислоти та основи, що потрапляють у природну воду, нейтралізуються розчиненими в ній вуглекислим газом та гідрокарбонат-іонами:
Гідрокарбонат-іони нейтралізують кислоти, що потрапляють у водойму з атмосферними опадами або утворюються внаслідок життєдіяльності організмів. З концентрацією гідрокарбонат-іонів безпосередньо пов'язана стійкість водойм до кислотних дощів. Первинним джерелом НСO3 - і СO3 2 - служать різні карбонатні породи (вапняки, доломіт, мергелі та ін), карбонатний цемент осадових порід і іноді магматичні процеси (локальне значення). Переважна більшість гідрокарбонатних іонів для більшості річок пояснюється зіткненням річкових вод переважно з відносно добре промитими верхніми шарами ґрунтів і порід і тому бідними легкорозчинними хлоридами та сульфатами.
Концентраціяіонів натріюу природних водах коливається для поверхневих вод від 0,6 до 300 мг/л залежно від фізико-географічних умов та геологічних особливостей водних басейнів, для підземних - від міліграмів до грамів та десятків грамів у літрі , що визначається складом порід, що водовміщають, і глибиною залягання підземних вод. Основним джерелом надходження іонів натрію в поверхневі води суші є вивержені та осадові породи, самородні розчинні хлористі, сірчанокислі та вуглекислі солі натрію. Велике значення мають біологічні процеси, що протікають у водозборі, в результаті яких утворюються розчинні сполуки натрію. Натрій надходить у природні води також з господарсько-побутовими та промисловими стічними водами та з водами, що скидаються з зрошуваних полів. У поверхневих водах натрій мігруєпереважно у розчиненому стані.
Джерелом надходження в поверхневі водиіонів каліює породи (польовий шпат, слюда) та розчинні солі. Різні розчинні сполуки калію утворюються також у результаті біологічних процесів, що протікають у корі вивітрювання та ґрунтах. Іони калію надходять у природні води з господарсько-побутовими, промисловими стічними водами та з водами, що скидаються з зрошуваних полів. Для калію характерні схильність сорбуватися на високодисперсних частках ґрунтів, порід, донних відкладень та затримуватись рослинами у процесі їх харчування, росту. Це призводить до меншої рухливості калію в порівнянні з натрієм, і тому калій знаходиться в природних водах, особливо поверхневих, нижчої концентрації, ніж натрій. Концентрація у річковій воді зазвичай не перевищує 18 мг/л. У підземних водах, як і в натрію, концентрація коливається від міліграмів до грамів і десятків грамів у літрі, що визначається складом порід, що водовміщають, і глибиною залягання підземних вод.
Крім іонів HCO3-, CO3 2- , SO4 2- , Cl - , Ca 2+ , Mg 2+ , Na + , K + , які є переважаючими аніонами або катіонами в більшості типів поверхневих та підземних вод регіонального поширення, до головних іонів океанічних , морських та деяких підземних вод можна віднести J-, Br - , B 3+ , Sr 2+ та ін; H2SiO3 - у деяких локальних типах ґрунтових вод з дуже малою мінералізацією; Fe 3+ , Fe 2+ , Al 3+ переважають у природних водах з низькими значеннями рН, а також нерідко нітрати (NO3-) та іони амонію (NH4) у поверхневих водах. Сумарна концентрація розчинених у природних водах речовин, представлених головними іонами, називається сумою іонів (?). У поверхневих водах суші вона зазвичай відповідає мінералізації води.
1.2 Розчинені гази
Розчинені гази(газовий склад природних вод).У всіх природних водах розчинені гази, деякі містять і вільний (спонтанний) газ, що утворює бульбашки. Зміст газів у водах, як правило, невеликий, проте їхня геохімічна роль не пропорційна масі - величезне значення має висока хімічна активність і міграційна здатність газів. Найбільш поширені в поверхневих водах кисень O2 і двоокис вуглецю CO2, а в підземних - сірководень H2S та метан CH4. Іноді CO2 у значних кількостях може насичувати води глибоких горизонтів. Крім того, у всіх природних водах постійно є азот N2. Рідше зустрічаються водень, найближчі гомологи метану – етан, пропан та бутан, а також окис вуглецю, закис азоту та інші.
Мікроелементи- елементи, що зустрічаються в малих кількостях (їх концентрація вимірюється мікрограмами в 1 л (мкг/л), а часто має більш малі значення) і не обумовлюють тип вод, але сильно впливають на специфіку складу вод. У сумі становлять менше 0,01% від усіх розчинених речовин. Мікроелементи є найбільшою групою елементів хімічного складу природних вод. Умовно їх ділять на п'ять підгруп: 1) типові катіони (Li +, Rb +, Cs +, Be 2+, Sr 2+, Ba 2+ та ін); 2) іони важких металів (Cu 2+ , Ag + , Au + , Pb 2+ , Fe 2+ , Ni 2+ , Co 2+ та ін); 3) амфотерні комплексоутворювачі (Cr, Mo, V, Mn); 4) типові аніони (Br -, I -, F -); 5) радіоактивні елементи. Незважаючи на низькі концентрації, вивчення мікроелементів у водах становить великий інтерес, як у теоретичному відношенні, так і для вирішення багатьох практичних питань. Склад мікроелементів вказує на геологічну історію води. Вони досліджуються припошуках родовищ нафти, газу, солей та поліметалів; вивчаються і з бальнеологічної точки зору, тому що деякі мікроелементи надають водам лікувальних властивостей. Багато з них навіть у нікчемних концентраціях впливають на життєдіяльність рослин та тварин, будучи біологічно активними. Вони необхідні для нормальної життєдіяльності рослин, тварин та людини. Однак при підвищеній концентрації багато мікроелементів шкідливі і навіть отруйні для живих організмів. Тому часто вони стають забруднюючими речовинами та концентрація їх контролюється. Недолік чи надлишок їх у природних водах викликає місцеві захворювання людей і тварин, які називаються ендеміями (постійна наявність у даній місцевості певних захворювань, обумовлених її природними особливостями та своєрідністю умов життя населення.)
1.4 Біогенні речовини
Біогенні речовини-мінеральні речовини, що найактивніше беруть участь у життєдіяльності водних організмів. До них відносяться: сполуки азоту (NH4 + , NO2 - , NO3 - ), фосфору (Н2РО4 - , НРО4 2- , РО4 3- ), кремнію (HSiO3 - , SiO3 2 ), вуглецю, та деяких мікроелементів. У природні води біогенні речовини надходять головним чином при розпаді тварин та рослинних організмів, життєдіяльність яких протікає у водному середовищі, з площі водозбору та зі стічними водами. Концентрація біогенних речовин у природних водах зазвичай невелика і, як і режим біогенних речовин у водних об'єктах, залежить від температури води, яка визначає інтенсивність життєдіяльності організмів і процеси утворення та розкладання органічних речовин.
1.5 Органічні речовини
У воді водойм міститься велика кількість найрізноманітнішихорганічнихречовин.Їх походження пов'язане зпродуктами метаболізму живих організмів та речовинами, що утворилися при їх розпаді. Органічні речовини також надходять до водних об'єктів з атмосферними опадами; з поверхневим стоком, в результаті взаємодії атмосферної вологи з ґрунтовим та рослинним покривом на поверхні водозбору; внаслідок внутрішньоводноємних процесів утворення органічної речовини; надходжень з інших водних об'єктів, з боліт, торфовищ, з промисловими та господарсько-побутовими стічними водами та з водами, що скидаються з зрошуваних земель. Склад органічних речовин природних вод є надзвичайно різноманітним і залежить від його походження. Це дуже складні високомолекулярні сполуки типу білків, полісахаридів і найпростіші - метан, формальдегід, нижчі жирні кислоти, аміни та інших. Поширену групу представляють гумінові і фульвокислоти, надають воді специфічні властивості. Органічні речовини в природних водах знаходяться в істинно-розчиненому стані (розмір частинок 0,001 мкм), колоїдному (0,001-0,1 мкм) і частина більших частинок у суспензії (зазвичай до 150-200 мкм). Вони утворюють динамічну систему, в якій під дією фізичних, хімічних та біологічних факторів безперервно відбуваються переходи з одного стану до іншого. У водах морів та океанів основна маса органічної речовини знаходиться в істинно-розчиненому та колоїдному станах. За походженням органічну речовину ділять на аллохтонну (що надходить з водозбору) і автохтонну (що утворюється в самій водоймі). З санітарно-гігієнічної точки зору органічні речовини в природних водах можна розділити на дві групи: 1) продукти розпаду рослинних та тваринних залишків (не отруйні та в гігієнічному відношенні нешкідливі); 2) продукти розкладання різноманітних відходів, які у водніоб'єкти зі стічними водами (зазвичай, є сприятливим середовищем у розвиток хвороботворних мікроорганізмів).
1.6 Забруднюючі речовини
Забруднюючі речовини- це всі шкідливі речовини природного або антропогенного походження, що потрапили в гідросферу, що зробили її непридатною для потреб людини, флори та фауни і становлять небезпеку для існування біологічних видів, що перебувають у ній. Найбільш поширеними речовинами, що забруднюють воду, є органічні сполуки, солі важких металів, а також нафтопродукти та інші хімічні викиди промислових підприємств. Забруднювачами природних вод є целюлозно-паперові комбінати (скидають мінеральні солі та сірковмісні сполуки, у тому числі високотоксичний CS2, феноли), підприємства кольорової металургії та металообробки (скидають важкі метали та кислоти), підприємства органічного синтезу (скидають різні органічні речовини). Крім того, потужний забруднювач навколишнього середовища - побутова каналізація, по якій у водоймища потрапляють поверхнево-активні речовини (ПАР) і органіка, що легко окислюється. Величезні маси забруднюючих речовин (насамперед, добрив та отрутохімікатів) стікають у водойми з сільськогосподарських полів. Автомобільний транспорт забруднює водоймища нафтопродуктами.
2. Фактори формування хімічного складу природних вод
Чинники формування хімічного складу поверхневих вод суші