Чистая вода — дело техники!

ХИМИЯ ВОДЫ

Синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ)

СПАВ представляют собой обширную группу соединений, различных по своей структуре, относящихся к разным классам. Эти вещества способны адсорбироваться на поверхностях раздела фаз и понижать вследствие этого их поверхностную энергию (поверхностное натяжение). В зависимости от свойств, проявляемых синтетическими поверхностно-активными веществами при растворении в воде, их делят на анионоактивные вещества (активной частью является анион), катионоактивные (активной частью молекул является катион), амфолитные и неионогенные, которые совсем не ионизируются. Анионоактивные поверхностно-активные вещества в водном растворе ионизируются с образованием отрицательно заряженных органических ионов. Из анионоактивных СПАВ широкое применение шашли соли сернокислых эфиров (сульфаты) и соли сульфокислот (сульфонаты). Радикал R может быть алкильным, алкиларильным, алкилнафтильным, иметь двойные связи и функциональные группы. Катионоактивные СПАВ - вещества, которые ионизируются в водном растворе с образованием положительно заряженных органических ионов. К ним относятся четвертичные аммониевые соли, состоящие из углеводородного радикала с прямой цепью, содержащей 12-18 атомов углерода; метильного, этильного или бензильного радикала; хлора, брома, иода или остатка метил- или этилсульфата. Амфолитные СПАВ ионизируются в водном растворе различным образом в зависимости от условий среды: в кислом растворе проявляют катионоактивные свойства, а в щелочном - анионоактивные. Неионогенные СПАВ представляют собой высокомолекулярные соединения, которые в водном растворе не образуют ионов. В водные объекты СПАВ поступают в значительных количествах с хозяйственно-бытовыми (использование синтетических моющих средств в быту) и промышленными сточными водами (текстильная, нефтяная, химическая промышленность, производство синтетических каучуков), а также со стоком с сельскохозяйственных угодий (входят в состав инсектицидов, фунгицидов, гербицидов и дефолиантов в качестве эмульгаторов). Главными факторами понижения их концентрации являются процессы биохимического окисления, сорбция взвешенными веществами и донными отложениями. Степень биохимического окисления СПАВ зависит от их химического строения и условий окружающей среды. По биохимической устойчивости, определяемой структурой молекул, СПАВ делят на мягкие, промежуточные, жесткие с константами скорости биохимического окисления, составляющими соответственно не менее 0,30 сутки^-1; 0,3-0,05 сутки^-1; менее 0,05 сутки^-1. К числу наиболее легко окисляющихся СПАВ относятся первичные и вторичные алкилсульфаты нормального строения. С увеличением разветвления цепи скорость окисления понижается, и наиболее трудно разрушаются алкилбензолсульфонаты, приготовленные на основе тетрамеров пропилена.
При понижении температуры скорость окисления СПАВ уменьшается и при 0-5 градусов Цельсия протекает весьма медленно. Наиболее благоприятные для процесса самоочищения от СПАВ нейтральная или слабощелочная среда (рН=7-9). С повышением содержания взвешенных веществ и значительным контактом водной массы с донными отложениями скорость снижения концентрации СПАВ в воде обычно повышается за счет сорбции и соосаждения. При значительном накоплении СПАВ в донных отложениях в аэробных условиях происходит окисление микрофлорой донного ила. В случае анаэробных условий СПАВ могут накапливаться в донных отложениях и становиться источником вторичного загрязнения водоема. Максимальные количества кислорода (БПК), потребляемые 1мг/f различных ПАВ колеблется от 0 до 1,6 мг/дм³. При биохимическом окислении образуются различные промежуточные продукты их распада: спирты, альдегиды, органические кислоты и др. В результате распада СПАВ, содержащих бензольное кольцо, образуются фенолы. В поверхностных водах СПАВ находятся в растворенном и сорбированном состоянии и в поверхностной пленке воды водного объекта. В слабозагрязненных поверхностных водах концентрация СПАВ колеблется обычно в пределах тысячных и сотых долей миллиграмма в 1 дм³. В зонах загрязнения водных объектов она повышается до десятых долей миллиграмма, вблизи источников загрязнения может достигать нескольких миллиграммов в 1 дм³. Попадая в водоемы и водотоки, СПАВ оказывают значительное влияние на их физико-биологическое состояние, ухудшая кислородный режим и органолептические свойства, и сохраняются там долгое время, так как разлагаются очень медленно. Отрицательным, с гигиенической точки зрения, свойством ПАВ является их высокая пенообразующая способность. Хотя СПАВ не являются высокотоксичными веществами, имеются сведения о косвенном их воздействии на гидробионты. При концентрациях 5-15 мг/дм³ рыбы теряют слизистый покров, при более высоких концентрациях может наблюдаться кровотечение жабр [25], [31], [40]. ПДК_в СПАВ составляет 0,5 мг/дм³, ПДК_вр — 0,1 мг/дм³ [14].

Неионогенные поверхностно-активные вещества (НПАВ)

Токсическое действие неионогенных поверхностно-активных веществ определяется главным образом неполярной частью молекулы, при этом оно более выражено при наличии в последней ароматического кольца. ПДК_в большинства НПАВ (препараты ОП-7, ОП-10, ОС-20, оксанол КШ-9, оксанол Л-7, проксамин 385, проксанол 186, синтамид, синтанолы, ВН-7 и др.)  0,1 мг/дм³ , лимитирующий признак вредности — органолептический (пенообразование). Поскольку указанные соединения имеют один норматив с одним и тем же показателем вредности, при санитарно-химическом контроле можно ограничиваться определением их суммарного содержания [25], [31].

Полиакриламид

Полиакриламид - твердое аморфное белое или частично прозрачное вещество без запаха, растворимое в воде. Молекулярная масса составляет до 5500000. ПАА используется как флокулянт при осветлении сточных вод, коагулянт в металлургии, флотореагент, диспергатор, загуститель. Он содержится в сточных водах сульфатцеллюлозных заводов и обогатительных фабрик. В воде ПАА постепенно гидролизуется до аммониевой соли полиакриловой кислоты. ПДК_в — 2 мг/дм³ (лимитирующий признак вредности — санитарно-токсикологический), ПДК_вр — 0,88 мг/дм³ [28], [33].

Смолистые вещества

Некоторые растения вырабатывают сложные по химическому составу смолистые вещества. Наиболее токсичны для рыб и представителей планктона смолистые вещества, выделяемые хвойными породами (сосна, ель). Смолистые вещества поступают в поверхностные воды в результате лесосплава, а также со стоками гидролизной промышленности (переработка непищевого растительного сырья). ПДК_вр (для смолистых веществ, вымываемых из хвойных пород древесины) — ниже 2 мг/дм³ (лимитирующий показатель вредности — токсикологический) [12], [33].

Дубильные вещества (танины)

Во многих растениях содержатся фенольные соединения - дубильные вещества. В поверхностные воды они поступают в результате лесосплава, а также со стоками гидролизной промышленности (переработка непищевого растительного сырья - целлюлозобумажной и отчасти текстильной промышленности). ПДК_вр —10 мг/дм³ (лимитирующий признак вредности — токсикологический) [4]. Танины относятся к группе дубильных веществ (фенольные соединения) растительного происхождения. Обладают дубящими свойствами и характерным вяжущим вкусом. Содержатся в коре, древесине, листьях, плодах многих растений (ореховые деревья, гранатовое дерево (включая плоды), чай, хурма, виноград и т.д.).

Водорастворимый сульфатный лигнин

Лигнин представляет собой высокомолекулярное соединение ароматической природы. Различают три класса лигнинов: лигнин хвойной древесины, лиственной древесины и травянистых растений. Общей структурной единицей всех видов лигнина является фенилпропан. Различия связаны с разным содержанием функциональных групп. В растворенной форме сульфатный лигнин поступает в поверхностные водоемы со сточными водами предприятий целлюлозно-бумажной промышленности (сульфатная варка целлюлозы). Важнейшим свойством лигнина является его склонность к реакциям конденсации. В природных водах лигнин разрушается примерно через 200 суток. При разложении лигнина появляются токсичные низкомолекулярные продукты распада (фенолы, метанол, карбоновые кислоты). В качестве ориентировочно безопасного уровня воздействия (ОБУВ) сульфатного лигнина для воды рыбохозяйственных водоемов рекомендован диапазон 1-10 мг/дм³ [15].

Хлорорганические соединения

Хлорорганические соединения относят к суперэкотоксикантам - чужеродным веществам, которые отличаются уникальной биологической активностью, распространяются в окружающей среде далеко за пределы своего первоначального местонахождения и уже на уровне микропримесей оказывают негативное воздействие на живые организмы. К хлорорганическим соединениям относят полихлорированные диоксины, дибензофураны, бифенилы, а также хлоорганические пестициды (см. также хлорорганические пестициды). Диоксины хорошо растворимы в органических растворителях и практически нерастворимы в воде. Среди других характеристик диоксинов следует указать на их высокую адгезионную способность, в том числе к почве, частичкам золы, донным отложениям, что способствует их накоплению и миграции в виде комплексов с органическими веществами и поступлению в воздух, воду и пищевые продукты. Однако опасность диоксинов состоит не столько в острой токсичности, сколько в кумулятивном действии и отдаленных последствиях. В настоящее время признано недопустимым присутствие диоксинов в продуктах питания, воздухе и питьевой воде. Однако достичь этого при наличии в окружающей среде больших количеств указанных ксенобиотиков практически невозможно. Поэтому санитарно-гигиеническими службами и органами охраны природы большинства развитых стран установлены нормы допустимого поступления диоксинов в организм человека, а также предельно-допустимые концентрации или уровни их содержания в различных средах [19].

Хлорированные бифенилы (трихлордифенил, бихлордифенил)

В воду хлорированные бифенилы попадают главным образом за счет сброса промышленных отходов в реки, а также из отбросов судов. Они накапливаются в иловых отложениях водоемов (в воде рек и лиманов содержится 50 - 500 мг/дм³). В почву хлорированные бифенилы попадают при использовании ила в качестве удобрения и с полей орошения. Снижение содержания их в почве происходит благодаря испарению и биотрансформации: период полуразложения около 5 лет. Хлорированные бифенилы обнаружены во всех объектах окружающей среды и всех звеньях биологических цепей, в частности, яйцах птиц; они весьма устойчивы к воздействию факторов окружающей среды. Хлорированные бифенилы - высокотоксичные соединения, поражающие печень и почки. Их хроническое действие сходно с действием хлорпроизводных нафталина. Они вызывают порфирию: активируют микросомные ферменты печени. С повышением содержания хлора в молекуле хлорбифенилов это последнее свойство усиливается. Хлорбифенилы обладают эмбриотоксическим действием. По-видимому, токсическое действие хлорированных бифенилов связано с образованием высокотоксичных полихлордибензофуранов и полихлордибензодиоксинов. Медленно накапливаются в организме. Хлорированные бифенилы оказывают выраженное влияние на репродуктивную функцию [7].

Прочие

Фурфурол

Фурфурол попадает в поверхностные воды со сточными водами химических комбинатов (он является сырьем для органического синтеза). Фурфурол является стабильным веществом. Кроме ингаляционного способа проникновения фурфурола в организм большую опасность представляет проникновение фурфурола через кожный покров. Попадание фурфурола на тело человека вызывает сильное раздражение кожного покрова. ПДК_в — 1,0 мг/дм³ (лимитирующий признак вредности — органолептический) [4], [33].

Ксантогенаты

Ксантогенаты представляет собой соли и эфиры ксантогеновых кислот ROC(S)SH. Это устойчивые соединения бледно-желтого цвета с неприятным запахом. Ксантогенаты щелочных растворов растворимы в воде. Они наиболее стабильны, когда R — остаток вторичного спирта. Увеличение молекулярной массы или разветвление углеводородного фрагмента повышает стабильность и уменьшает растворимость. Ксантогенаты щелочных металлов могут разлагаться до спиртов и сероуглерода. Ксантогенаты на основе третичных спиртов в воде нестабильны. Ксантогенаты применяются как флотореагенты для извлечения сульфидов тяжелых металлов из руд. Ксантогенаты целлюлозы используют при производстве вискозного волокна и целлофана. Они применяются также для получения гербицидов, инсектицидов и фунгицидов, в качестве ингибиторов в азотных удобрениях. Токсическое действие ксантогенатов связано с образованием из них в организме CS₂, чем объясняются значительная токсичность и влияние на ЦНС. Ксантогенаты воздействуют на окислительно-восстановительные процессы в организме, ингибируют ряд ферментов. Таким образом, ксантогенаты должны включаться в программы наблюдений за состоянием водных объектов, принимающих сточные воды заводов по обогащению сульфидных руд металлов, производства вискозы, средств защиты растений [31]. По отдельным веществам установлены нормативы в воде водоемов: для этилксантогената калия ПДК_в - 0,1 мг/дм³ , для изоамил- и изобутилксантогената калия 0,005 мг/дм³ [5].

Капролактам

Капролактам хорошо растворим в воде, полимеризуется с образованием полиамидной смолы. Капролактам применяют для получения поли-e-капроамида. ПДК_в — 1 мг/дм³ (лимитирующий признак вредности — общесанитарный), ПДК_вр — 0,01 мг/дм³ [28], [33].

Циклогексанон

Циклогексанон попадает в водоемы со сточными водами лесохимического производства, производства капролактама и пластмасс. В концентрации 1 мг/дм³ он придает воде запах. Токсические концентрации для рыб колеблются от 1 до 100 мг/дм³; для дафний ЛД₅₀ = 800 мг/дм³. Циклогексанон является наркотиком с раздражающим действием. ПДК_в — 0,2 мг/дм³ (лимитирующий показатель вредности — санитарно-токсикологический), ПДК_вр — 0,0005 мг/дм³ [7], [33].

Циклогексаноноксим

Циклогексаноноксим является промежуточным продуктом в систезе капролактама. В концентрации 7800 мг/дм³ он сообщает воде водоемов запах в 1 балл, сохраняющийся долгое время. Циклогексаноноксим является слабым наркотиком, нарушает структуру гемоглобина. ПДК_в — 1 мг/дм³ (лимитирующий показатель вредности — санитарно-токсикологический), ПДК_вр — 0,01 мг/дм³ [7], [33].