Вся вода на поверхности нашей планеты подразделяется на соленую и пресную.

Воду океанов и морей часто называют соленой. Под соленостью морской воды, которую измеряют в промилле (‰), понимают массу (в граммах) сухих солей в 1 кг морской воды. В пределах Мирового океана соленость колеблется от 33 до 37‰, в среднем ее можно считать равной 35‰. Это означает, что в морской воде содержится приблизительно 3,5% растворенных солей. Перечень элементов, содержащихся в морской воде, очень велик, однако концентрация большинства из них довольно низка. В табл. 9.13 указаны 11 ионов, содержание которых в морской воде превышает 0,001 г/кг или одну миллионную долю (млн д.) по массе.

Т а б л и ц а  9.13

Ионы, содержание которых в морской воде превышает 0,001 г/кг

Ион

Содержание,

г/кг морской воды

Концентрация,

моль/л

Хлорид (CI–)

19,35

0,55

Натрий (Na+)

10,76

0,47

Сульфат (SO42–)

2,71

0,028

Магний (Mg2+)

1,29

0,054

Кальций (Ca2+)

0,412

0,010

Калий (K+)

0,40

0,010

Диоксид углерода (HCO3– и CO32–)

0,106

2,3·10–3

Бромид (Br–)

0,067

8,3·10–4

Борная кислота (H3BO3)

0,027

4,3·10–4

Стронций (Sr2+)

0,0079

9,1·10–5

Фторид (F–)

0,001

7,0·10–5

 

В несколько меньших количествах (10–3–10–5 г/кг) в морской воде содержатся азот, литий, рубидий, фосфор, йод, железо, цинк, молибден и не менее 50 других элементов с еще более низким содержанием.

В океаны постоянно стекает речная вода, которая имеет совершенно другой минеральный состав, чем океаническая вода. Например, выветривание горных пород приводит к появлению в речной воде алюминия, кремния, железа или кальция. В морской воде эти элементы постепенно включаются в биологический цикл или удаляются из нее в результате осаждения.

В целом природные воды – это растворы сложного состава. Они характеризуются:

– одновременным присутствием неорганических веществ, определяющих минерализацию воды, разнообразных органических соединений, которые часто связаны с неорганическими, растворенных газов (главным образом, О2, N2 и СО2);

– широким диапазоном концентраций минеральных веществ: в воде присутствуют элементы, составляющие основу природных объектов (Al, Ca, Mg, Na), и микроэлементы природного и техногенного происхождения;

– значительными флуктуациями валового состава в зависимости от химического типа воды;

– многообразием форм переносимых веществ: взвешенная, коллоидная, растворенная.

Все элементы в природных водах можно разделить на макро- и микроэлементы. Кроме того, выделяют катионогенные (образующие катионы) и анионогенные (образующие анионы) элементы. Учитывая распространенность в земной коре и свойства элементов, преобладающими анионогенными элементами являются Cl, S, P, C, N, Si, а катионогенными – Al, Fe, Ca, Na, K и Mg. Но соединения фосфора и азота активно поглощаются в биологических процессах; ионы калия не только поглощаются в биологических процессах, но и сильно адсорбируются взвесями и почвами; Al и Fe в обычных условиях образуют малорастворимые соединения Al(OH)3 и Fe(OH)3. Поэтому макрокомпонентами, образующими основную часть минерального состава природных вод и определяющими их тип, являются восемь главных ионов: HCO3–, CO32–, Cl–, SO42–, Na+, Ca2+, Mg2+, K+. Их можно обнаружить химическими реакциями после предварительного концентрирования путем упаривания проб воды. Полумикрокомпонентами природных вод являются: NH4+, NO3–, Fe3+, H2SiO3. Остальные ионы и коллоиды являются микрокомпонентами. Их определение проводят физико-химическими методами.

Сточные воды перед сбросом в водоемы подвергают очистке, эффективность которой проверяют, проводя анализ. Техническую воду используют в различных производствах, при этом вода не должна вызывать коррозию аппаратуры, содержать соли, вызывающие накипь, взвешенные вещества и т.д.

В сточных водах могут присутствовать разнообразные органические вещества: белковые соединения, кислоты, органические сульфиды, меркаптаны, поверхностно-активные моющие вещества, фенолы, пестициды и др. Кроме характерных для природных вод анионов (Cl–, SO42–, HCO3–, CO32–), могут быть обнаружены: SO32–, HSO3–, PO43–, HPO42–, S2–, HS–, S2O32–, SCN–, NH4+, NO3–, F– и др. Многие вещества, сбрасываемые в сточные воды, токсичны или могут стать токсичными в результате химических превращений.

В сточных водах содержится большое количество металлов, которые условно делят на щелочные, щелочноземельные и тяжелые (Pb, Cu, Cd, Zn, Cr, Ni, Co, Mn, Hg и т.д.). Металлы последней группы относят к токсичным. Наиболее распространенными элементами загрязненных природных вод, которые представляют большую опасность, являются: кадмий, хром, медь, железо, свинец, ртуть, мышьяк, селен, цинк и др. (табл. 9.14).

Многие металлы, являющиеся загрязнителями, на самом деле играют важную роль в питании человека. Наглядным примером является медь – элемент со сравнительно низкой токсичностью. Отсутствие меди (II) в пище приводит к развитию анемии или дефициту железа, поскольку медь используется в организме наряду с железом в некоторых метаболических процессах. Минимальная потребность человеческого организма в меди составляет около 2 мг в день. Но значительно большее потребление меди, скажем, порядка 50 мг в день, может вызвать рвоту и другие болезненные явления.

Поскольку содержание металлов в сточных водах обычно мало, для определения используют физико-химические методы. Однако в сточных водах ряда производств (гальванические цеха, металлургические заводы, шахтные воды) содержание тяжелых металлов может достигать 10–2–10–3 моль/л, так что химические методы еще пригодны для их определения. Особенностью тяжелых металлов сточных вод является то, что они, как правило, связаны в комплексы с растворимыми в них органическими веществами (РОВ). Для их определения необходимо предварительное разрушение комплексов с РОВ, которое достигается окислением последних сильным окислителем (H2SO4 + HNO3, H2O2, HClO4) при нагревании и упаривании пробы сточной воды. Возможны и другие способы разрушения РОВ. После растворения сухого остатка в минимальном объеме подходящего растворителя проводят систематический анализ катионов тяжелых металлов, согласно кислотно-основной классификации.