168399 (Органические вещества в водных системах), страница 3

Значительная часть азотсодержащих органических соединений поступает в природные воды в процессе отмирания организмов, главным образом фитопланктона, и распада их клеток. Концентрация этих соединений определяется биомассой гидробионтов и скоростью указанных процессов. Другим важным источником азотсодержащих органических веществ являются прижизненные их выделения водными организмами. К числу существенных источников азотсодержащих соединений относятся также атмосферные осадки, в которых концентрация азотсодержащих органических веществ близка к наблюдающейся в поверхностных водах. Значительное повышение концентрации этих соединений нередко связано с поступлением в водные объекты промышленных, сельскохозяйственных и хозяйственно-бытовых сточных вод.

На долю органического азота приходится 50-75% общего растворенного в воде азота. Концентрация органического азота подвержена значительным сезонным изменениям с общей тенденцией к увеличению в вегетационный период (1,5-2,0 мг/дм3) и уменьшению в период ледостава (0,2-0,5 мг/дм3). Распределение органического азота по глубине неравномерно — повышенная концентрация наблюдается, как правило, в зоне фотосинтеза и в придонных слоях воды.

Мочевина

Мочевина (карбамид), будучи одним из важных продуктов жизнедеятельности водных организмов, присутствует в природных водах в заметных концентрациях: до 10-50% суммы азотсодержащих органических соединений в пересчете на азот. Значительные количества мочевины поступают в водные объекты с хозяйственно-бытовыми сточными водами, с коллекторными водами, а также с поверхностным стоком в районах использования ее в качестве азотного удобрения. Карбамид может накапливаться в природных водах в результате естественных биохимических процессов как продукт обмена веществ водных организмов, продуцироваться растениями, грибами, бактериями как продукт связывания аммиака, образующегося в процессе диссимиляции белков. Значительное влияние на концентрацию мочевины оказывают внеорганизменные ферментативные процессы. Под действием ферментов происходит распад мононуклеотидов отмерших организмов с образованием пуриновых и пиримидиновых оснований, которые в свою очередь распадаются за счет микробиологических процессов до мочевины и аммиака. Под действием специфического фермента (уреазы) мочевина распадается до аммонийного иона и потребляется водными растительными организмами.

Повышение концентрации мочевины может указывать на загрязнение водного объекта сельскохозяйственными и хозяйственно-бытовыми сточными водами. Оно обычно сопровождается активизацией процессов утилизации мочевины водными организмами и потреблением кислорода, приводящего к ухудшению кислородного режима.

В речных незагрязненных водах концентрация мочевины колеблется в пределах 60-300 мкг/дм3, или в пересчете на азот 30-150 мкг/дм3, в водохранилищах и озерах — от 40 до 250 мкг/дм3. Наиболее высокая концентрация ее обнаруживается в пробах, отобранных в летне-осенний период (июль-сентябрь).

ПДКвр — 80 мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности — санитарно-токсикологический).

Амины

К основным источникам образования и поступления в природные воды аминов следует отнести:

• декарбоксилирование при распаде белковых веществ под воздействием декарбоксилаз бактерий и грибов и аминирование;

• водоросли;

• атмосферные осадки;

• сточные воды анилино-красочных предприятий.

Амины присутствуют преимущественно в растворенном и отчасти в сорбированном состоянии. С некоторыми металлами они могут образовывать довольно устойчивые комплексные соединения.

Концентрация аминов в воде рек, водохранилищ, озер, атмосферных осадках колеблется в пределах 10 — 200 мкг/дм3. Более низкое содержание характерно для малопродуктивных водных объектов.

Амины токсичны. Обычно принято считать, что первичные алифатические амины токсичнее вторичных и третичных, диамины токсичнее моноаминов; изомерные алифатические амины более токсичны, чем алифатические амины нормального строения; моноамины с большей вероятностью обладают гепатотоксичностью, а диамины — нефротоксичностью. Наибольшей токсичностью и потенциальной опасностью среди алифатических аминов характеризуются непредельные амины из-за наиболее выраженной у них способности угнетать активность аминооксидаз.

Амины, присутствуя в водных объектах, отрицательно влияют на органолептические свойства воды, могут усугублять заморные явления.

ПДКв для различных видов аминов — от 0,01 до 170 мг/дм3.

Анилин

Анилин относится к ароматическим аминам и представляет собой бесцветную жидкость с характерным запахом.

В поверхностные воды анилин может поступать со сточными водами химических (получение красителей и пестицидов) и фармацевтических предприятий.

Анилин обладает способностью окислять гемоглобин в метгемоглобин.

ПДКв — 0,1 мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности — санитарно-токсикологический), ПДКвр — 0,0001 мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности — токсикологический).

Уротропин

Гексаметилентетрамин — (CH₂)₆N₄

ПДКв — 0,5 мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности — санитарно-токсикологический).

Нитробензол

Нитробензол — бесцветная или зеленовато-желтая маслянистая жидкость с запахом горького миндаля.

Нитробензол токсичен, проникает через кожу, оказывает сильное действие на центральную нервную систему, нарушает обмен веществ, вызывает заболевания печени, окисляет гемоглобин в метгемоглобин.

ПДКв — 0,2 мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности — санитарно-токсикологический), ПДКвр — 0,01 мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности — токсикологический)

Сера органическая

Метилмеркаптан

Метилмеркаптан является продуктом метаболизма живых клеток. Он также поступает со стоками предприятий целлюлозной промышленности (0,05 — 0,08 мг/дм³).

В водном растворе метилмеркаптан является слабой кислотой и частично диссоциирует (степень диссоциации зависит от рН среды). При рН 10,5 50% метилмеркаптана находится в ионной форме, при рН 13 происходит полная диссоциация. Метилмеркаптан стабилен менее 12 часов, образует соли — меркаптиды.

ПДКв — 0,0002 мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности — органолептический).

Диметилсульфид

Диметилсульфид выделяется водорослями (Oedogonium, Ulothrix) в ходе нормальных физиологических процессов, имеющих существенное значение в круговороте серы. В поверхностные воды диметилсульфид может поступать также со стоками предприятий целлюлозной промышленности (0,05 — 0,08 мг/дм³).

Концентрация диметилсульфида в морях достигает n·10-5 мг/дм3 (повышенное содержание наблюдается в местах скопления водорослей).

Диметилсульфид не может долго сохраняться в воде водоемов (стабилен от 3 до 15 суток). Он частично подвергается превращениям при участии водорослей и микроорганизмов, а в основном испаряется в воздух.

В концентрациях 1-10 мкг/дм³ диметилсульфид обладает слабой мутагенной активностью.

ПДКв — 0,01 мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности — органолептический), ПДКвр — 0,00001 мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности —токсикологический).

Диметилдисульфид

Диметилдисульфид образуется в клетках различных представителей флоры и фауны в ходе метаболизма сераорганических соединений, а также может поступать со стоками предприятий целлюлозной промышленности.

ПДКв — 0,04 мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности — органолептический), ПДКвр — 0,00001 мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности — санитарно-токсикологический).

Карбонильные соединения

К карбонильным относятся соединения, содержащие карбонильные и карбоксильные группы (альдегиды, кетоны, кетокислоты, полуфункциональные карбонилсодержащие вещества).

В природных водах карбонильные соединения могут появляться в результате прижизненных выделений водорослей, биохимического и фотохимического окисления спиртов и органических кислот, распада органических веществ типа лигнина, обмена веществ бактериобентоса. Постоянное присутствие карбонильных соединений среди кислородных соединений нефти и в воде, контактирующей с залежами углеводородов, позволяет рассматривать последние в качестве одного из источников обогащения природных вод этими веществами. Источником карбонильных соединений являются также наземные растения, в которых образуются альдегиды и кетоны алифатического ряда и фурановые производные. Значительная часть альдегидов и кетонов поступает в природные воды в результате деятельности человека.

Основными факторами, обусловливающими уменьшение концентрации карбонильных соединений, являются их способность к окислению, летучесть и относительно высокая трофическая ценность отдельных групп карбонилсодержащих веществ.

В поверхностных водах карбонильные соединения находятся в основном в растворенной форме. Средняя концентрация их в воде рек и водохранилищ колеблется от 1 до 6 мкмоль/дм3, несколько выше она (6-40 мкмоль/дм3) в озерах дистрофного типа. Максимальные концентрации в водах нефтяных и газонефтяных залежей — 40-100 мкмоль/дм3.

В воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования нормируются отдельные соединения с карбонильной группой: циклогексанон ПДКв — 0,2 мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности — санитарно-токсикологический), формальдегид ПДКв — 0,05 мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности — санитарно-токсикологический).

Ацетон

В природные воды ацетон поступает со сточными водами фармацевтических, лесохимических производств, производства лаков и красок, пластмасс, кинопленки, ацетилена, ацетальдегида, уксусной кислоты, оргстекла, фенола, ацетона.

В концентрациях 40-70 мг/дм³ ацетон придает воде запах, 80 мг/дм³ — привкус. В воде ацетон малостабилен — при концентрациях 20 мг/дм³ на седьмые сутки исчезает.

Для водных организмов ацетон сравнительно малотоксичен. Токсические концентрации для молодых дафний составляют 8300, для взрослых - 12900 мг/дм³; при 9300 мг/дм³ дафнии гибнут через 16 часов.

Ацетон — наркотик, поражающий все отделы ЦНС. Кроме того, он оказывает эмбриотоксическое действие.

ПДКв — 2,2 мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности — общесанитарный), ПДКвр — 0,05 мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности — токсикологический).

Формальдегид

Формальдегид поступает в водную среду с промышленными и коммунальными сточными водами. Он содержится в сточных водах производств основного органического синтеза, пластмасс, лаков, красок, лекарственных препаратов, предприятий кожевенной, текстильной и целлюлозно-бумажной промышленности.

В дождевой воде городских районов зарегистрировано присутствие формальдегида. Формальдегид — сильный восстановитель. Он конденсируется с аминами, с аммиаком образует уротропин. В водной среде формальдегид подвергается биодеградации. В аэробных условиях при 20°С разложение продолжается около 30 часов, в анаэробных — примерно 48 часов. В стерильной воде формальдегид не разлагается. Биодеградация в водной среде обусловлена действием Pseudomonas, Flavobacterium, Mycobacterium, Zanthomonas.

Подпороговая концентрация, не влияющая на санитарный режим водоемов и сапрофитную микрофлору, составляет 5 мг/дм³; максимальная концентрация, не вызывающая при постоянном воздействии в течение сколь угодно длительного времени нарушение биохимических процессов, - 5 мг/дм³, максимальная концентрация, не влияющая на работу биологических очистных сооружений, - 1000 мг/дм³.

БПК₅ = 0,68 мг/дм³, БПК_полн = 0,72 мг/дм³, ХПК = 1,07 мг/дм³. Запах ощущается при 20 мг/дм³.

При 10 мг/дм³ формальдегид оказывает токсическое действие на наиболее чувствительные виды рыб. При 0,24 мг/дм³ ткани рыб приобретают неприятный запах.

Формальдегид оказывает общетоксическое действие, вызывает поражение ЦНС, легких, печени, почек, органов зрения. Возможно кожно-резорбтивное действие. Формальдегид обладает раздражающим, аллергенным, мутагенным, сенсибилизирующим, канцерогенным действием.

ПДКв — 0,05 мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности — санитарно-токсикологический), ПДКвр — 0,25 мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности — токсикологичекий).

Углеводы

Под углеводами понимают группу органических соединений, которая объединяет моносахариды, их производные и продукты конденсации — олигосахариды и полисахариды. В поверхностные воды углеводы поступают главным образом вследствие процессов прижизненного выделения водными организмами и их посмертного разложения. Значительные количества растворенных углеводов попадают в водные объекты с поверхностным стоком в результате вымывания их из почв, торфяников, горных пород, с атмосферными осадками, со сточными водами дрожжевых, пивоваренных, сахарных, целлюлозно-бумажных и других заводов.

В поверхностных водах углеводы находятся в растворенном и взвешенном состоянии в виде свободных редуцирующих сахаров (смесь моно, ди- и трисахаридов) и сложных углеводов.

Концентрация в речных водах свободных редуцирующих сахаров и сложных углеводов в пересчете на глюкозу составляет 100-600 и 250-1000 мкг/дм3. В воде водохранилищ концентрация их соответственно равна 100-400 и 200-300 мкг/дм3, в воде озер пределы возможных концентраций редуцирующих сахаров 80-65000 мкг/дм3 и сложных углеводов 140-6900 мкг/дм3 — более широки, чем в реках и водохранилищах. В морских водах суммарная концентрация углеводов составляет 0-8 мг/дм3, в атмосферных осадках 0-4 мг/дм3. Наблюдается корреляция между содержанием углеводов и интенсивностью развития фитопланктона.

Литература:

"Гидрохимические показатели состояния окружающей среды". Авторы:   Т.В.Гусева, Я.П.Молчанова, Е.А.Заика, В.Н.Виниченко, Е.М.Аверочкин