Страница 4 из 6
Кроме названных основных источников поступления загрязняющих веществ в водные объекты, следует указать такие, как городские ливневые стоки, лесосплав, утечки и потери нефтепродуктов и химикатов при транспортировке, шахтные и рудничные воды и др.
Особо следует выделить радиоактивное загрязнение водных объектов. Радиоактивное загрязнение возникает вследствие внутриядерных процессов, оно не зависит от природных физикохимических условий и пока не устраняется на очистных сооружениях. Радиоактивное загрязнение может быть обусловлено поступлением в водную среду радиоактивных изотопов естественного или искусственного происхождения. Для водных экосистем наибольшую опасность представляют остатки деления тяжелых ядер, образующиеся при цепных реакциях в атомных реакторах или при ядерных взрывах. При расщеплении тяжелых ядер (235U, 233U, 239Pu и др.) образуется до 200 изотопов различных радиоактивных и нерадиоактивных элементов. Наиболее опасными являются долгоживущие изотопы, такие как 90Sr и 137Cs с периодами полураспада соответственно 29 лет и 33 года (Никаноров, 2008).
Радиоактивные элементы имеют способность адсорбироваться находящимися в воде взвешенными веществами, которые, оседая, вызывают радиоактивное загрязнение донных отложений.
Источниками радиоактивного загрязнения поверхностных вод естественными радионуклидами являются также отвалы горных пород на горнодобывающих и перерабатывающих предприятиях. Причем радиоэкологическую опасность представляют не только предприятия по добыче и переработке радиоактивных материалов, но и предприятия добычи неурановых руд и ТЭС, работающие на угле. Уровни дозовых нагрузок от этих станций могут в десятки раз превышать уровни, создаваемые атомными станциями при их нормальной эксплуатации. Активность радионуклидных выбросов крупных электростанций, работающих на угле, составляет от 8 до 20 Кюри в сутки (http://ru-ecology.info/term/54799/).
Радиоактивное загрязнение воды весьма опасно даже при очень малых концентрациях радиоактивных веществ. Наиболее вредные «долгоживущие» и подвижные в воде радиоактивные элементы (90Sr, U, 226Ra, Cs и др.) могут попадать в поверхностные водоемы при сбрасывании радиоактивных отходов в атмосферу, а в подземные воды – в результате просачивания в глубь земли вместе с атмосферными водами или в результате взаимодействия подземных вод с радиоактивными горными породами (Коробкин, Передельский, 2002).
3. Методы химического анализа поверхностных вод
Изменчивость химического состава воды любого водотока, водоема или отдельных участков водных объектов во времени обусловлена действием различных факторов (физических, химических, биологических и т.д.), физико-географическими условиями бассейна и антропогенным воздействием (зависит также от степени антропогенного воздействия на водный объект, в частности, от объема, химического состава, концентрации и частоты сброса загрязнителей, интенсивности обработки водосборной площади). Изменчивость проявляется в виде многолетних, сезонных и суточных колебаний концентрации компонентов химического состава и показателей физических свойств воды, уровня загрязненности воды, стока химических веществ, изменении процессов загрязнения и самоочищения водных объектов (Никаноров, 2008).
Химический состав природных вод – это сложный комплекс растворенных газов, органических и неорганических веществ, находящихся в ионной, молекулярной, коллоидной и взвешенной формах. В природных водах растворены почти все известные на земле химические элементы в виде простых и сложных ионов, комплексных соединений, растворенных или газообразных молекул, стабильных и радиоактивных изотопов (Никаноров, 2008). Химический состав водной среды играет существенную роль в жизни гидробионтов. Он влияет на рост, развитие, размножение гидробионтов, структуру, устойчивость, их продуктивность и т.д.
Химические параметры позволяют охарактеризовать качество вод, классифицировать их по минерализации, составу, оценить обеспеченность водных объектов питательными веществами, необходимыми для развития водной флоры и фауны; установить степень загрязненности воды (включая случаи резкого повышения при авариях); выявить источники загрязнения, определить соответствие воды требованиям конкретных водопользователей.
Содержание (концентрации) различных компонентов и химических веществ в природных водах позволяют оценить разнообразные методы химического анализа, такие как химические (весовые и объемные), электрохимические, спектрохимические и хроматографические. Это основные группы методов, которые будут рассмотрены ниже. Существуют также современные аналитические методы: методы элементного анализа (рентгеноспектральный анализ, рентгено-флуоресцентный, нейтронно-активационный анализ и др.), аналитическая атомная спектрометрия, капиллярный электрофорез, ядерный магнитный резонанс, электронный парамагнитный резонанс и другие.
3.1. Химические методы анализа
В основе химических методов анализа лежит проведение химической реакции с образованием соединения (или продуктов реакции) постоянного состава с последующим количественным определением содержания образующихся продуктов реакции. В настоящее время это в основном методы объемного анализа. Распространенные ранее весовые методы из-за их трудоемкости и длительности используются изредка в качестве арбитражных, когда возникают разногласия, например, при определении сульфатов, высоких концентраций нефтепродуктов, жиров.
Методы объемного анализа предусматривают взаимодействие исследуемого компонента с реактивом, который добавляется в виде раствора определенной концентрации (титрующий раствор) до того момента, когда количество прибавленного реактива не станет эквивалентно количеству определяемого компонента в растворе. Этот процесс называется титрованием, а момент окончания титрования – точкой эквивалентности. Конец титрования обычно устанавливают по изменению цвета индикатора, то есть вещества, которое изменяет свою окраску при концентрациях реагирующих веществ, близких к точке эквивалентности. Индикатор и условия титрования выбирают так, чтобы точка титрования индикатора совпадала с точкой эквивалентности или была возможно ближе к ней (Никаноров, 2008; Харитонов и др., 2012).
Чувствительность методов объемного анализа 10–3–10–4% (массовая доля), погрешность определения 0,5–1,5 %. Основным преимуществом объемного анализа являются простота, быстрота определения, а также широкие возможности использования разнообразных химических свойств веществ. Благодаря этим достоинствам методы объемного анализа в настоящее время являются основными при определении макрокомпонентов природных вод (Предеина, Решетняк, 2012).
В зависимости от типа реакций методы объемного анализа делятся на методы кислотно-основного титрования, окислительно-восстановительное титрование, осадительное титрование и титрование с образованием комплексов.
При кислотно-основном титровании в качестве титрованных растворов обычно применяют кислоты и щелочи. В гидрохимии этим методом определяют диоксид углерода и гидрокарбонаты (Руководство … 2009).
Метод определения диоксида углерода основан на количественном переводе угольной кислоты в ионы НСО-3 при титровании пробы щелочью (рН 8,2–8,4) в присутствии индикатора фенолфталеина:
Для определения гидрокарбонатных и карбонатных ионов используется их взаимодействие с сильной кислотой, в результате чего образуется Н2СО3, которая распадается на СО2 и Н2О: