ХИМИЯ ВОДЫ

Натрий

Натрий является одним из главных компонентов химического состава природных вод, определяющих их тип.Основным источником поступления натрия в поверхностные воды суши являются изверженные и осадочные породы и самородные растворимые хлористые, сернокислые и углекислые соли натрия. Большое значение имеют также биологические процессы, протекающие на водосборе, в результате которых образуются растворимые соединения натрия. Кроме того, натрий поступает в природные воды с хозяйственно-бытовыми и промышленными сточными водами и с водами, сбрасываемыми с орошаемых полей. В поверхностных водах натрий мигрирует преимущественно в растворенном состоянии. Концентрация его в речных водах колеблется от 0,6 до 300 мг/дм³ в зависимости от физико-географических условий и геологических особенностей бассейнов водных объектов. В подземных водах концентрация натрия колеблется в широких пределах - от миллиграммов до граммов и десятков граммов в 1 дм³. Это определяется составом водовмещающих пород, глубиной залегания подземных вод и другими условиями гидрогеологической обстановки [8], [31]. ПДК_в натрия составляет 200 мг/дм³, ПДК_вр - 120 мг/дм³ [33].

Калий

Калий - один из главных компонентов химического состава природных вод. Источником его поступления в поверхностные воды являются породы (полевой шпат, слюда) и растворимые соли. Различные растворимые соединения калия образуются также в результате биологических процессов, протекающих в коре выветривания и почвах. Для калия характерны склонность сорбироваться на высокодисперстных частицах почв, пород, донных отложений и задерживаться растениями в процессе их питания, роста. Это приводит к меньшей подвижности калия по сравнению с натрием, и поэтому калий находится в природных водах, особенно поверхностных, в более низкой концентрации, чем натрий. В природные воды калий поступает также с хозяйственно-бытовыми и промышленными сточными водами, а также с водой, сбрасываемой с орошаемых полей, и с поверхностным водным стоком с сельскохозяйственных угодий. Концентрация в речной воде обычно не превышает 18 мг/дм³, в подземных водах колеблется от миллиграмов до граммов и десятков граммов в 1 дм³, что определяется составом водовмещающих пород, глубиной залегания подземных вод и другими условиями гидрогеологической обстановки [8], [31]. ПДК_вр калия составляет 50 мг/дм³ [33].

Фтор

В речные воды фтор поступает из пород и почв при разрушении фторсодержащих минералов (апатит, турмалин) с почво-грунтовыми водами и при непосредственном смыве поверхностными водами. Источником фтора также служат атмосферные осадки. Повышенное содержание фтора может быть в некоторых сточных водах предприятий стекольной и химической промышленности (производство фосфорных удобрений, стали, алюминия), в некоторых видах шахтных вод и в сточных водах рудообогатительных фабрик. В природных водах фтор находится в виде фтор-иона F^- и комплексных ионов [AlF₆]^3-, [FeF₄]^-, [FeF₅]^2-, [FeF₆]^3-, [CrF₆]^3-, [TiF₆]^2-, и др. Миграционная способность фтора в природных водах в значительной степени зависит от содержания в них ионов кальция, дающих с ионами фтора малорастворимое соединение (произведение растворимости фторида кальция L = 4·10^-11). Большую роль играет режим углекислоты, которая растворяет карбонат кальция, переводя его в гидрокарбонат. Повышенные значения рН способствуют увеличению подвижности фтора. Содержание фтора в речных водах колеблется от 0,05 до 1,9 мг/дм³, атмосферных осадках - от 0,05 до 0,54 мг/дм³, подземных водах - от 0,3 до 4,6 мг/дм³, иногда достигая насыщения по отношению к CaF₂. В термальных водах концентрация фтора достигает в отдельных случаях 10 мг/дм³, в океанах фтора содержится 1,3 мг/дм³. Фтор является устойчивым компонентом природных вод. Внутригодовые колебания концентрации фтора в речных водах невелики (обычно не более, чем в 2 раза). Фтор поступает в реки преимущественно с грунтовыми водами. Содержание фтора в паводковый период всегда ниже, чем в меженный, так как понижается доля грунтового питания. Повышенные количества фтора в воде (более 1,5 мг/дм³) оказывают вредное действие на людей и животных, вызывая костное заболевание (флюороз). Содержание фтора в питьевой воде лимитируется. Однако очень низкое содержание фтора в питьевых водах (менее 0,01 мг/дм³) также вредно сказывается на здоровье, вызывая опасность заболевания кариесом зубов [9], [31]. Предельно допустимая концентрация фтора в питьевой воде равна 1,5 мг/дм³ [33].

Хлор

Хлор активный

Хлор, присутсвующий в воде в виде хлорноватистой кислоты или иона гипохлорита, принято называть свободным хлором. Хлор, существующий в виде хлораминов (моно- и ди-), а также в виде треххлористого азота, называют связанным хлором. Общий хлор - это сумма свободного и связанного хлора. Свободный хлор достаточно часто применяют для дезинфекции питьевой и сточной воды. В промышленности хлор используют при отбеливании в бумажном производстве, производстве ваты, для уничтожения паразитов в холодильных установках и т.д. При растворении хлора в воде образуются соляная и хлорноватистая кислоты:

               Cl₂ + H₂O ↔ H⁺ + Cl^- + HClO

В зависимости от условий, таких как pH, температура, количество органических примесей и аммонийного азота, хлор может присутствовать и в других формах, включая ион гипохлорита (OCl^-) и хлорамины [25]. Активный хлор должен отсутствовать в воде водоемов, лимитирующий показатель вредности общесанитарный [33].

Хлориды

В речных водах и водах пресных озер содержание хлоридов колеблется от долей миллиграмма до десятков, сотен, а иногда и тысяч миллиграммов на литр. В морских и подземных водах содержание хлоридов значительно выше - вплоть до пересыщенных растворов и рассолов. Хлориды являются преобладающим анионом в высокоминерализованных водах. Концентрация хлоридов в поверхностных водах подвержена заметным сезонным колебаниям, коррелирующим с изменением общей минерализации воды. Первичными источниками хлоридов являются магматические породы, в состав которых входят хлорсодержащие минералы (содалит, хлорапатит и др.), соленосные отложения, в основном галит. Значительные количества хлоридов поступают в воду в результате обмена с океаном через атмосферу, взаимодействия атмосферных осадков с почвами, особенно засоленными, а также при вулканических выбросах. Возрастающее значение приобретают промышленные и хозяйственно-бытовые сточные воды. В отличие от сульфатных и карбонатных ионов, хлориды не склонны к образованию ассоциированных ионных пар. Из всех анионов хлориды обладают наибольшей миграционной способностью, что объясняется их хорошей растворимостью, слабо выраженной способностью к сорбции на взвесях и потреблением водными организмами. Повышенные содержания хлоридов ухудшают вкусовые качества воды и делают ее малопригодной для питьевого водоснабжения и ограничивают применение для многих технических и хозяйственных целей, а также для орошения сельскохозяйственных угодий. Если в питьевой воде есть ионы натрия, то концентрация хлорида выше 250 мг/дм³ придает воде соленый вкус. Концентрации хлоридов и их колебания, в том числе суточные, могут служить одним из критериев загрязненности водоема хозяйственно-бытовыми стоками [9], [31]. Нет данных о том, что высокие концентрации хлоридов оказывают вредное влияние на человека. ПДК в составляет 350 мг/дм³), ПДК_вр - 300 мг/дм³ [33].

Бром

Источником поступления бромидов могут быть грунтовые или подземные воды либо сточные воды предприятий химической промышленности. Бромиды щелочных и щелочноземельных металлов (NaBr, KBr, MgBr₂) встречаются в морской воде (0,065% Br), рапе соляных озер (до 0,2% Br) и подземных рассолах, обычно связанных с соляными и нефтяными месторождениями (до 0,1% Br). Содержание брома в подземных водах увеличивается с ростом минерализации. Пресные воды отличаются, как правило, самыми низкими  количествами брома, колеблющимися от 0,001 до 0,2 мг/дм³. Сравнительно много брома в водах минеральных источников (до 10 - 50 мг/дм³) [24]. ПДК_в бромид-иона составляет 0,2 мг/дм³ [14].

Йод

Рассеянный йод выщелачивается природными водами из магматических горных пород и концентрируется организмами, например водорослями. йод концентрируется в почвах и илах. Важным источником йода в почвах и водах являются дождевые осадки, захватывающие йод из атмосферы, в которую он приносится ветром со стороны моря [24]. Источниками поступления йода в поверхностные воды являются атмосферные осадки, воды нефтяных месторождений и сточные воды некоторых отраслей химической и фармацевтической промышленности. В речных водах концентрация йода составляет 1 - 74 мкг/дм³, в атмосферных осадках 0 - 65 мкг/дм³, в подземных водах 0,1 - 3 мкг/дм³. Содержание йода учитывается при санитарной оценке природных вод. ПДК не установлена [14]. С недостаточностью йода в пище связано тяжелое заболевание щитовидной железы у человека (эндемический зоб).

Бор

Источником бора в природных водах являются подземные воды, обогащенные бором за счет бороносных осадочно-метаморфических пород (борацит, бура, калиборит, улексит, колеманит, ашарит). Возможно поступление со сточными водами стекольного, металлургического, машиностроительного, текстильного, керамического, кожевенного производств, а также с бытовыми сточными водами, насыщенными стиральными порошками. Локальное загрязнение почвы возможно при разработке борсодержащих руд и внесение в нее борсодержащих удобрений. В природных водах находится в виде ионов борных кислот. В щелочной среде преимущественно в виде метаборат-иона (ВО₂^-). По мере понижения рН среды все большая роль будет принадлежать ортоборной кислоте (происходит частичная диссоциация кислоты на ионы H₂BO₃^- и ВО₃^3-). Средняя концентрация в речных водах 100 мкг/дм³. Малотоксичен для рыб. Оксид бора и ортоборная кислота относятся к сильнодействующим токсичным веществам с политропным действием. Обладают эмбриотоксическим действием. В связи с употреблением воды из богатых бором водоисточников возникает хроническая интоксикация [8]. ПДК_в (В³⁺) — 0,3 мг/дм³, ПДК_вр ортоборной кислоты (Н₃ВО₃) — 0,1 мг/дм³ [4].