В природных водах встречается
в очень малой концентрации: в
воде рек 0.2 - 4.5 мкг/дм3, в морской
воде - в среднем 2 мкг/дм3
В воде образует устойчивые
анионные комплексы (V4O12)4- и (V10O26)6-. В миграции
ванадия существенна роль растворенных
комплексных соединений его с органическими
веществами, особенно с гумусовыми кислотами.
Повышенные концентрации
ванадия вредны для здоровья человека.
ПДКв ванадия составляет 0.1 мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности
-- санитарно-токсикологический), ПДКвр - 0.001 мг/дм3.
Висмут. Естественными источниками
поступления висмута в природные воды
являются процессы выщелачивания висмутсодержащих
минералов. Источником поступления в природные
воды могут быть также сточные воды фармацевтических
и парфюмерных производств, некоторых
предприятий стекольной промышленности.
В незагрязненных поверхностных
водах содержится в субмикрограммовых
концентрациях. Наиболее высокая концентрация
обнаружена в подземных водах и составляет
20 мкг/дм3, в морских водах - 0.02 мкг/дм3. ПДКв составляет 0.1 мг/дм3
Железо. Главными источниками соединений
железа в поверхностных водах являются
процессы химического выветривания горных
пород, сопровождающиеся их механическим
разрушением и растворением. В процессе
взаимодействия с содержащимися в природных
водах минеральными и органическими веществами
образуется сложный комплекс соединений
железа, находящихся в воде в растворенном,
коллоидном и взвешенном состоянии. Значительные
количества железа поступают с подземным
стоком и со сточными водами предприятий
металлургической, металлообрабатывающей,
текстильной, лакокрасочной промышленности
и с сельскохозяйственными стоками.
Фазовые равновесия зависят
от химического состава вод, рН, Eh
и в некоторой степени от температуры.
В рутинном анализе во взвешенную форму выделяют частицы с размером
более 0.45 мк. Она представляет собой преимущественно
железосодержащие минералы, гидрат оксида
железа и соединения железа, сорбированные
на взвесях. Истинно растворенную и коллоидную
форму обычно рассматривают совместно. Растворенное железо представлено соединениями,
находящимися в ионной форме, в виде гидроксокомплекса
и комплексов с растворенными неорганическими
и органическими веществами природных
вод. В ионной форме мигрирует главным
образом Fe(II), а Fe(III) в отсутствие комплексообразующих
веществ не может в значительных количествах
находиться в растворенном состоянии.
Железо обнаруживается в основном
в водах с низкими значениями
Eh.
В результате химического
и биохимического (при участии
железобактерий) окисления Fe(II) переходит
в Fe(III), который, гидролизуясь, выпадает
в осадок в виде Fe(OH)3. Как для Fе(II),
так и для Fe(III) характерна склонность к
образованию гидроксокомплексов типа [Fe(OH)2]+, [Fe2(OH)2]4+,
[Fe(OH)3]+, [Fe2(OH)3]3+,
[Fe(OH)3]- и других, сосуществующих
в растворе в разных концентрациях в зависимости
от рН и в целом определяющих состояние
системы железо-гидроксил. Основной формой
нахождения Fe(III) в поверхностных водах
являются комплексные соединения его
с растворенными неорганическими и органическими
соединениями, главным образом гумусовыми
веществами. При рН = 8.0 основной формой
является Fe(OH)3 .Коллоидная форма железа
наименее изучена, она представляет собой
гидрат оксида железа Fe(OH)3 и комплексы с органическими веществами.
Содержание железа в
поверхностных водах суши составляет
десятые доли миллиграмма, вблизи болот
- единицы миллиграммов. Повышенное
содержание железа наблюдается в
болотных водах, в которых оно
находится в виде комплексов с
солями гуминовых кислот - гуматами.
Наибольшие концентрации железа (до нескольких
десятков и сотен миллиграммов в 1 дм3)
наблюдаются в подземных водах с низкими
значениями рН.
Являясь биологически активным
элементом, железо в определенной степени
влияет на интенсивность развития фитопланктона
и качественный состав микрофлоры в
водоеме.
Концентрация железа подвержена
заметным сезонным колебаниям. Обычно
в водоемах с высокой биологической
продуктивностью в период летней
и зимней стагнации заметно увеличение
концентрации железа в придонных
слоях воды. Осенне-весеннее перемешивание
водных масс (гомотермия) сопровождается
окислением Fe(II) в Fе(III) и выпадением последнего
в виде Fe(OH)3.
Содержание железа в
воде выше 1-2 мг Fe/л значительно ухудшает
органолептические свойства, придавая
ей неприятный вяжущий вкус, и делает воду
малопригодной для использования в технических
целях. ПДКв железа составляет 0.3 мг Fe/дм3 (лимитирующий показатель вредности
-- органолептический), ПДКвр для железа - 0.1 мг/дм3
Кадмий. В природные воды поступает
при выщелачивании почв, полиметаллических
и медных руд, в результате разложения
водных организмов, способных его накапливать.
Соединения кадмия выносятся в поверхностные
воды со сточными водами свинцово-цинковых
заводов, рудообогатительных фабрик, ряда
химических предприятий (производство
серной кислоты), гальванического производства,
а также с шахтными водами. Понижение концентрации
растворенных соединений кадмия происходит
за счет процессов сорбции, выпадения
в осадок гидроксида и карбоната кадмия
и потребления их водными организмами.
Растворенные формы
кадмия в природных водах представляют
собой главным образом минеральные
и органо-минеральные комплексы.
Основной взвешенной формой кадмия являются
его сорбированные соединения. Значительная
часть кадмия может мигрировать
в составе клеток гидробионтов.
В речных незагрязненных
и слабозагрязненных водах кадмий
содержится в субмикрограммовых концентрациях,
в загрязненных и сточных водах концентрация
кадмия может достигать десятков микрограммов
в 1 дм3.
Соединения кадмия играют
важную роль в процессе жизнедеятельности
животных и человека. В повышенных
концентрациях токсичен, особенно в
сочетании с другими токсичными
веществами.
ПДКв составляет 0.001 мг/дм3,
ПДКвр – 0.0005 мг/дм3 (лимитирующий признак вредности
– токсикологический).
Кобальт. В природные воды соединения
кобальта попадают в результате процессов
выщелачивания их из медноколчедановых
и других руд, из почв при разложении организмов
и растений, а также со сточными водами
металлургических, металлообрабатывающих
и химических заводов. Некоторые количества
кобальта поступают из почв в результате
разложения растительных и животных организмов.
Соединения кобальта в
природных водах находятся в
растворенном и взвешенном состоянии,
количественное соотношение между
которыми определяется химическим составом
воды, температурой и значениями рН.
Растворенные формы представлены в
основном комплексными соединениями,
в т.ч. с органическими веществами природных
вод. Соединения двухвалентного кобальта
наиболее характерны для поверхностных
вод. В присутствии окислителей возможно
существование в заметных концентрациях
трехвалентного кобальта.
Кобальт относится к
числу биологически активных элементов
и всегда содержится в организме
животных и в растениях. С недостаточным
содержанием его в почвах связано
недостаточное содержание кобальта
в растениях, что способствует развитию
малокровия у животных (таежно-лесная
нечерноземная зона). Входя в состав
витамина В12, кобальт весьма активно
влияет на поступление азотистых веществ,
увеличение содержания хлорофилла и аскорбиновой
кислоты, активизирует биосинтез и повышает
содержание белкового азота в растениях.
Вместе с тем повышенные концентрации
соединений кобальта являются токсичными.
В речных незагрязненных
и слабозагрязненных водах его
содержание колеблется от десятых до
тысячных долей миллиграмма в 1 дм3,
среднее содержание в морской воде 0.5 мкг/дм3.
ПДКвсоставляет 0.1 мг/дм3, ПДКвр 0.01 мг/дм3.
Марганец. В поверхностные воды марганец
поступает в результате выщелачивания
железомарганцевых руд и других минералов,
содержащих марганец (пиролюзит, псиломелан,
браунит, манганит, черная охра). Значительные
количества марганца поступают в процессе
разложения водных животных и растительных
организмов, особенно сине-зеленых, диатомовых
водорослей и высших водных растений.
Соединения марганца выносятся в водоемы
со сточными водами марганцевых обогатительных
фабрик, металлургических заводов, предприятий
химической промышленности и с шахтными
водами.
Понижение концентрации ионов
марганца в природных водах происходит
в результате окисления Mn(II) до MnO2 и других высоковалентных оксидов, выпадающих
в осадок. Основные параметры, определяющие
реакцию окисления, – концентрация растворенного
кислорода, величина рН и температура.
Концентрация растворенных соединений
марганца понижается вследствие утилизации
их водорослями.
Главная форма миграции
соединений марганца в поверхностных
водах - взвеси, состав которых определяется
в свою очередь составом пород, дренируемых
водами, а также коллоидные гидроксиды
тяжелых металлов и сорбированные
соединения марганца. Существенное значение
в миграции марганца в растворенной
и коллоидной формах имеют органические
вещества и процессы комплексообразования
марганца с неорганическими и органическими
лигандами. Mn(II) образует растворимые комплексы
с бикарбонатами и сульфатами. Комплексы
марганца с ионом хлора встречаются редко.
Комплексные соединения Mn(II) с органическими
веществами обычно менее прочны, чем с
другими переходными металлами. К ним
относятся соединения с аминами, органическими
кислотами, аминокислотами и гумусовыми
веществами. Mn(III) в повышенных концентрациях
может находиться в растворенном состоянии
только в присутствии сильных комплексообразователей,
Mn(YII) в природных водах не встречается.
В речных водах содержание
марганца колеблется обычно от 1 до 160 мкг/дм3,
среднее содержание в морских водах составляет
2 мкг/дм3, в подземных - n.102 - n.103 мкг/дм3.
Концентрация марганца в поверхностных
водах подвержена сезонным колебаниям.
Факторами, определяющими
изменения концентраций марганца, являются
соотношение между поверхностным
и подземным стоком, интенсивность
потребления его при фотосинтезе,
разложение фитопланктона, микроорганизмов
и высшей водной растительности, а
также процессы осаждения его
на дно водных объектов.
Роль марганца в жизни
высших растений и водорослей водоемов
весьма велика. Марганец способствует
утилизации CO2 растениями, чем повышает
интенсивность фотосинтеза, участвует
в процессах восстановления нитратов
и ассимиляции азота растениями. Марганец
способствует переходу активного Fe(II)
в Fe(III), что предохраняет клетку от отравления,
ускоряет рост организмов и т.д. Важная
экологическая и физиологическая роль
марганца вызывает необходимость изучения
и распределения марганца в природных
водах.
Для водоемов санитарно-бытового
использования установлена ПДКв (по иону марганца), равная 0.1 мг/дм3.
Ниже представлены карты
распределения средних концентраций
металлов: марганца, меди, никеля и свинца,
построенные по данным наблюдений за
1989 - 1993 гг. в 123 городах. Использование
более поздних данных предполагается
нецелесообразным, поскольку в связи
с сокращением производства значительно
снизились концентрации взвешенных
веществ и соответственно, металлов.
За 1991 - 1994 гг. выбросы марганца
от промышленных источников снизились
на 62%, средние концентрации - на 48%.
Медь. Медь - один из важнейших микроэлементов.
Физиологическая активность меди связана
главным образом с включением ее в состав
активных центров окислительно-восстановительных
ферментов. Недостаточное содержание
меди в почвах отрицательно влияет на
синтез белков, жиров и витаминов и способствует
бесплодию растительных организмов. Медь
участвует в процессе фотосинтеза и влияет
на усвоение азота растениями. Вместе
с тем, избыточные концентрации меди оказывают
неблагоприятное воздействие на растительные
и животные организмы.
Содержание меди в пресных
природных водах колеблется от 2
до 30 мкг/дм3, в морских водах - от
0.5 до 3.5 мкг/дм3. Повышенные концентрации
меди (до нескольких граммов в литре) характерны
для кислых рудничных вод.
В природных водах наиболее
часто встречаются соединения Cu(II).
Из соединений Cu(I) наиболее распространены
трудно растворимые в воде Cu2O, Cu2S,
CuCl. При наличии в водной среде лигандов
наряду с равновесием диссоциации гидроксида
необходимо учитывать образование различных
комплексных форм, находящихся в равновесии
с акваионами металла.
Основным источником поступления
меди в природные воды являются сточные
воды предприятий химической, металлургической
промышленности, шахтные воды, альдегидные
реагенты, используемые для уничтожения
водорослей. Медь может появляться
в результате коррозии медных трубопроводов
и других сооружений, используемых
в системах водоснабжения. В подземных
водах содержание меди обусловлено
взаимодействием воды с горными
породами, содержащими ее (халькопирит,
халькозин, ковеллин, борнит, малахит,
азурит, хризаколла, бротантин).