Основните компоненти на химичния състав на природните води
Химическият състав на природните води, отличителните белези на замърсителите, органичните и биогенните вещества. Класификация на природните води по степен на минерализация, характеристики на основните йони в състава им. Фактори за формиране на химичния състав на природните води.
Изпратете добрата си работа в базата знания е лесно. Използвайте формата по-долу
Студенти, докторанти, млади учени, които използват базата от знания в обучението и работата си, ще ви бъдат много благодарни.
Публикувано наhttp://www.allbest.ru/
Публикувано наhttp://www.allbest.ru/
Основните компоненти на химичния състав на природните води
- 1.Ххимичен състав на природните води
- 1.1Основни йони
- 1.2Разтворени газове
- 1.3Микроелементи
- 1.4Хранителни вещества
- 1.5Oорганични вещества
- 1.6Wзамърсители
- 1.Химичен състав на природните води
Химическият състав на природните води е съвкупност от минерални и органични вещества, разтворени в природните води в йонно, молекулярно, комплексно и колоидно състояние. Понастоящем около 80 химически елемента, известни на Земята, са открити в естествени води. С увеличаването на чувствителността на аналитичните методи останалите очевидно ще се установят. Разпределениехимичните елементи във водните тела се определя от вида на природната система и свойствата на самите елементи (изобилието им в земната кора и разтворимостта им във вода). Химическият състав на природните води е сложен комплекс от разтворени газове, различни минерални соли и органични съединения. Веществата, съдържащи се в природните води, условно се разделят на няколко групи.
1.1 Основни йони
Основнитейони(макрокомпоненти на природните води)- твърди минерални вещества, разтворени във вода в йонно и молекулярно състояние, количествено преобладаващи в природните води. Те съставляват над 90-95% в сладките води и над 99% от всички разтворени вещества в силно минерализираните води. Концентрацията им не трябва да бъде по-ниска от 1 mg/l. В естествените води преобладават три аниона (хидрокарбонат HCO - 3, хлорид Cl - и сулфат SO 2- 4) и четири катиона (калциев Ca 2+, магнезиев Mg 2+, натриев Na + и калиев K +) - те се наричат главни(или основни)йони.Хлоридните йони придават на водата солен вкус , сулфатните йони, калциевите и магнезиевите йони са горчиви, бикарбонатните йони са безвкусни.
Повечето природни води принадлежат към хидрокарбонатния тип, където се установява подвижно равновесие между въглената киселина и нейните аниони.Хидрокарбонатните йонисе намират във всички природни води, с изключение на киселинните, и доминират във водите с ниска и умерена соленост. Натрупването на HCO3- йони във водите е ограничено от наличието на калций, който образува слабо разтворима сол с него. Съдържанието на хидрокарбонатни йони в повърхностните води обикновено рядко надвишава 250 mg/l, а във водите на северните резервоари и редица планински реки концентрацията им е около 50 mg/l. В подпочвените води, при наличието на големи количества въглероден диоксид, тойсе увеличава значително (нарзан - 1,24 g / l). Стойностите на pH на повечето природни води се дължат на наличието на тези йони в тях. Киселините и основите, които влизат в естествената вода, се неутрализират от въглероден диоксид и разтворени в нея хидрокарбонатни йони:
Бикарбонатните йони неутрализират киселини, които влизат в резервоара с атмосферни валежи или се образуват в резултат на жизнената дейност на организмите. Концентрацията на бикарбонатни йони е пряко свързана с устойчивостта на водните тела към киселинен дъжд. Основният източник на HCO3- и CO3 2- са различни карбонатни скали (варовици, доломити, мергели и др.), Карбонатен цимент от седиментни скали и понякога магмени процеси (местно значение). Преобладаването на хидрокарбонатните йони за повечето реки се обяснява с контакта на речните води главно с относително добре измити горни слоеве на почвата и скалите и следователно с бедни разтворими хлориди и сулфати.
Концентрацията нанатриеви йонив природните води варира от 0,6 до 300 mg/l в зависимост от физико-географските условия и геоложките особености на водните басейни, за подземните - от милиграми до грамове и десетки грама на литър, което се определя от състава на водоносните скали и дълбочината на подпочвените води. Основният източник на натриеви йони в повърхностните води на сушата са магмени и седиментни скали, естествени разтворими хлоридни, сулфатни и карбонатни соли на натрия. Също така от голямо значение са биологичните процеси, протичащи във водосбора, в резултат на които се образуват разтворими натриеви съединения. Натрият навлиза и в естествените води с битови и промишлени отпадъчни води и с водите, зауствани от напояваните полета. В повърхностните води натрият мигрирапредимно в разтвор.
Източниците накалиеви йони, навлизащи в повърхностните води, са скали (фелдшпат, слюда) и разтворими соли. Различни разтворими калиеви съединения също се образуват в резултат на биологични процеси, протичащи в кората на изветряне и почвите. Калиевите йони навлизат в естествените води с битови, промишлени отпадъчни води и с води, изхвърляни от напоявани полета. Калият се характеризира със склонност да се сорбира върху фини частици от почви, скали, дънни седименти и да се задържа от растенията в процеса на тяхното хранене и растеж. Това води до по-ниска мобилност на калия в сравнение с натрия и следователно калият се намира в природните води, особено повърхностните води, в по-ниска концентрация от натрия. Концентрацията в речната вода обикновено не надвишава 18 mg/l. В подпочвените води, подобно на натрия, концентрацията варира от милиграми до грамове и десетки грама на литър, което се определя от състава на водосъдържащите скали и дълбочината на подпочвените води.
В допълнение към HCO3-, CO3 2-, SO4 2-, Cl -, Ca 2+, Mg 2+, Na +, K + йони, които са преобладаващите аниони или катиони в повечето типове повърхностни и подземни води с регионално разпространение, J-, Br -, B 3+, Sr 2+ и други могат да бъдат приписани на основните йони на океански, морски и някои подземни води; H2SiO3 - в някои местни типове подземни води с много ниска соленост; Fe 3+ , Fe 2+ , Al 3+ преобладават в природните води с ниски стойности на pH, както и често нитратите (NO3-) и амониеви йони (NH4) в повърхностните води. Общата концентрация на веществата, разтворени в природните води, представени от основните йони, се нарича сума от йони (? и). В повърхностните води на сушата обикновено съответства на солеността на водата.
1.2 Разтворени газове
Разтворени газове(газов състав на природните води).Газовете са разтворени във всички природни води, някои също съдържат свободни (спонтанни) газове, образуващи мехурчета. Съдържанието на газове във водите като правило е малко, но тяхната геохимична роля не е пропорционална на тяхната маса - високата химическа активност и миграционната способност на газовете са от голямо значение. Най-разпространени в повърхностните води са кислородът O2 и въглеродният диоксид CO2, а в подземните - сероводородът H2S и метанът CH4. Понякога CO2 може също да насити водите на дълбоки хоризонти в значителни количества. В допълнение, азотът N2 постоянно присъства във всички природни води. Водородът е по-рядко срещан, най-близките хомолози на метана са етан, пропан и бутан, както и въглероден оксид, азотен оксид и др.
Микроелементи- елементи, които се срещат в малки количества (концентрацията им се измерва в микрограмове на 1 l (mcg/l) и често има по-ниски стойности) и не определят вида на водата, но оказват силно влияние върху специфичния състав на водата. Сумата е по-малко от 0,01% от всички разтворени вещества. Микроелементите представляват най-голямата група елементи в химичния състав на природните води. Условно те се разделят на пет подгрупи: 1) типични катиони (Li +, Rb +, Cs +, Be 2+, Sr 2+, Ba 2+ и др.); 2) йони на тежки метали (Cu 2+ , Ag + , Au + , Pb 2+ , Fe 2+ , Ni 2+ , Co 2+ и др.); 3) амфотерни комплексообразователи (Cr, Mo, V, Mn); 4) типични аниони (Br - , I - , F - ); 5) радиоактивни елементи. Въпреки ниските концентрации, изследването на микроелементите във водите представлява голям интерес, както теоретичен, така и за решаване на много практически проблеми. Съставът на микроелементите показва геоложката история на водата. Те са изследвани притърсене на находища на нефт, газ, соли и полиметали; са изследвани и от балнеологична гледна точка, тъй като някои микроелементи придават лечебни свойства на водите. Много от тях, дори в незначителни концентрации, влияят върху жизнената дейност на растенията и животните, като са биологично активни. Те са необходими за нормалното функциониране на растенията, животните и хората. Въпреки това, при повишени концентрации, много микроелементи са вредни и дори отровни за живите организми. Поради това те често се превръщат в замърсители и концентрацията им се контролира. Недостигът или излишъкът им в естествените води причинява локални заболявания на хората и животните, наречени ендемии (постоянно наличие на определени заболявания в дадена местност, поради нейните природни особености и особеностите на условията на живот на населението).
1.4 Хранителни вещества
Биогенни вещества-минерални вещества, участващи най-активно в живота на водните организми. Те включват: азотни съединения (NH4 +, NO2 -, NO3 -), фосфор (H2RO4 -, HRO4 2-, RO4 3-), силиций (HSiO3 -, SiO3 2), въглерод и някои микроелементи. Биогенните вещества навлизат в природните води главно по време на разлагането на животински и растителни организми, чиято жизнена дейност протича във водната среда, от водосборния басейн и с отпадъчни води. Концентрацията на биогенни вещества в природните води обикновено е ниска и, подобно на режима на биогенни вещества във водните обекти, силно зависи от температурата на водата, която определя интензивността на жизнената дейност на организмите и процесите на образуване и разлагане на органични вещества.
1.5 Органични вещества
Водата на резервоарите съдържа голям брой от най-разнообразниорганичнивещества.Произходът им се свързва сметаболитни продукти на живите организми и вещества, образувани при техния разпад. Органичните вещества също навлизат във водните тела с атмосферни валежи; с повърхностен отток, в резултат на взаимодействието на атмосферната влага с почвата и растителната покривка на повърхността на водосборния басейн; в резултат на вътреводни процеси на образуване на органична материя; постъпления от други водни обекти, от блата, торфени блата, с промишлени и битови отпадъчни води и с води, зауствани от напоявани земи. Съставът на органичните вещества в природните води е изключително разнообразен и зависи от техния произход. Това са много сложни високомолекулни съединения като протеини, полизахариди и най-простите - метан, формалдехид, нисши мастни киселини, амини и др. Обща група са хуминовите и фулвинови киселини, които придават на водата специфични свойства. Органичните вещества в природните води са в истинско разтворено състояние (размер на частиците 0,001 µm), колоидни (0,001-0,1 µm) и част от по-големи частици в суспензия (обикновено до 150-200 µm). Те образуват динамична система, в която под въздействието на физични, химични и биологични фактори непрекъснато се извършват преходи от едно състояние в друго. Във водите на моретата и океаните по-голямата част от органичната материя е в истинско разтворено и колоидно състояние. По произход органичната материя се разделя на алохтонна (постъпваща от водосбора) и автохтонна (образувана в самия резервоар). От санитарно-хигиенна гледна точка органичните вещества в природните води могат да се разделят на две групи: 1) продукти от разпад на растителни и животински остатъци (нетоксични и безвредни от хигиенна гледна точка); 2) продукти на разлагане на различни отпадъци, попадащи във водатаобекти с отпадъчни води (като правило те са благоприятна среда за развитието на патогени).
1.6 Замърсители
Замърсителиса всички вредни вещества от естествен или антропогенен произход, които са попаднали в хидросферата, направили са я непригодна за нуждите на човека, флората и фауната и представляват заплаха за съществуването на биологични видове, намиращи се в нея. Най-честите замърсители на водите са органични съединения, соли на тежки метали, както и нефтопродукти и други химически емисии от промишлени предприятия. Замърсителите на природните води са целулозни и хартиени предприятия (изхвърлят минерални соли и съдържащи сяра съединения, включително силно токсични CS2, феноли), предприятия от цветната металургия и металообработка (изхвърлят тежки метали и киселини), предприятия за органичен синтез (изхвърлят различни органични вещества). В допълнение, мощен замърсител на околната среда са битовите отпадъчни води, през които повърхностно активни вещества (повърхностноактивни вещества) и лесно окисляващи се органични вещества навлизат във водни тела. Огромни маси замърсители (предимно торове и пестициди) се вливат във водни басейни от земеделски полета. Автомобилният транспорт замърсява водоемите с нефтопродукти.
2. Фактори за формиране на химичния състав на природните води
Фактори за формиране на химичния състав на повърхностните води на сушата