Великі кількості кальцію виносяться зі стічними водами силікатної, металургійної, скляної, хімічної промисловості зі стоками сільськогосподарських угідь, особливо при використанні мінеральних добрив, що містять кальцій.
Характерною рисою кальцію є здатність утворювати в поверхневих водах досить стійкі пересичені розчини CaCO3. Іонна форма (Ca2+) характерна тільки для мало мінералізованих природних вод. Відомі досить стійкі комплексні сСполуки кальцію з органічними речовинами, що містяться у воді. У деяких мало мінералізованих пофарбованих водах до 90-100% іонів кальцію можуть бути пов'язані з гумусовими кислотами.
| У річкових водах вміст кальцію рідко перевищує 1 гр Са2+/дм3. Звичайно ж його концентрації значно нижче [2]. |
Концентрація кальцію в поверхневих водах схильна до помітних сезонних коливань. У період зниження мінералізації (весна) іонам кальцію належить переважна роль, що пов'язано з легкістю вилужнювання розчинних солей кальцію з поверхневого прошарку грунтів і порід.
| ГДКв кальцію складає 180 мг/дм3. |
Досить жорсткі вимоги до вміст кальцію подаються до вод, що живлять парові установки, оскільки з карбонатів, сульфатів і ряду інших аніонів кальцій утворює тривкі накипи. Дані про вміст кальцію у водах необхідні також при вирішенні питань, пов'язаних із формуванням хімічного складу природних вод, їхнім походженням, а також при дослідженні карбонатно-кальцієвої рівноваги [7], [2].
У поверхневі води магній надходить в основному за рахунок процесів хімічного вивітрювання і розчинення доломітів, мергелів і інших мінералів. Значні кількості магнію можуть надходити у водяні об'єкти зі стічними водами металургійних, силікатних, текстильних і інших підприємств.
| У річкових водах вміст магнію звичайно коливається від декількох одиниць до десятків міліграмів у 1 дм3. |
Вміст магнію в поверхневих водах схильний до помітних коливань: як правило, максимальні концентрації спостерігаються в меженний період, мінімальні - у період паводків [7], [2].
| ГДКвр іонів Мg2+ складає 40 мг/дм3[4]. |
Кремній є постійним компонентом хімічного складу природних вод. Цьому сприяє на відміну від інших компонентів поширеність сполук кремнію в гірських породах, і тільки мала розчинність останніх пояснює малий вміст кремнію у воді.
Головним джерелом сполук кремнію в природних водах є процеси хімічного вивітрювання і розчинення мінералів, що містять кремній, наприклад алюмосилікати:
KMg3AlSi3O10(OH)2 + 7H2CO3 + 1/2H2O --> K+ + 3Mg2+ + 7HCO3- + 2H4SiO4 + 1/2Al2Si2O5(OH)4
Значні кількості кремнію надходять у природні води в процесі відмирання наземних і водяних рослинних організмів, з атмосферними опадами, а також із стічними водами підприємств, що роблять керамічні, цементні, скляні вироби, силікатні фарби, зв'язуючі матеріали, кремнійорганічні каучуки і т.д.
Форми сполук, у яких знаходиться кремній у розчині дуже різноманітні і змінюються в залежності від мінералізації, складу води і значень рН. Частина кремнію знаходиться в розчиненому стані у виді кремнієвої кислоти і полікремнієвих кислот:
H4SiO4 <=> H+ +H3SiO4-
Таблиця. Співвідношення форм похідних кремнієвої кислоти у воді в залежності від значень рН, від % кількості речовини еквівалентів
(К1 = 1.41.10-10)[2].
| Форма | рН | |||
| 7 | 8 | 9 | 10 | |
| [H4SiO4] | 99.9 | 98.6 | 87.7 | 41.5 |
| [H3SiO4-] | 0.1 | 1.4 | 12.3 | 58.5 |
Полікремнієві кислоти мають перемінний склад типу mSiO2. nH2O, де m і n - ціле число. Крім того, кремній міститься в природних водах у виді колоїдів типу xSiO2. yH2O.
| Концентрація кремнію в річкових водах коливається звичайно від 1 до 20 мг/дм3; у підземних водах його концентрація зростає від 20 до 30 мг/дм3, а в гарячих термальних водах вміст кремнію може досягати сотень міліграмів у 1 дм3. |
Порівняно малий вміст кремнію в поверхневих водах, що поступаються розчинності діоксиду кремнію (125 мг/дм3 при 26 °С, 170 мг/дм3 при 38 °С), вказує на наявність у воді процесів, що зменшують його концентрацію. До них треба віднести споживання кремнію водяними організмами, багато які з який, наприклад діатомові водорості, будують свій скелет із кремнію. Крім того, кремнієва кислота як більш слабка витісняється з розчину вугільною кислотою:
Na4SiO4 + 4CO2 + 4H2O = H4SiO4 + 4NaHCO3
Сприяє нестійкості кремнію в розчині і схильність кремнієвої кислоти за певних умов переходити в гель.
Режим кремнію в поверхневих водах до деякої міри подібний із режимом сполук азоту і фосфору, проте кремній ніколи не лімітує розвиток рослинності [7], [2].
| ГДКв кремнію дорівнює 10 мг/дм3[1]. |
Діоксид вуглецю
Діоксид вуглецю міститься у воді в основному у виді розчинених молекул CO2 і лише мала частина його (близько 1%) при взаємодії з водою утворить вугільну кислоту:
CO2 + H2O <=> H2CO3
Діоксид вуглецю, гідрокарбонаті і карбонатні іони є основними компонентами карбонатної системи. У розчині між ними існує динамічна рівновага:
H2CO3 <=> Н+ + HCO3- <=> 2Н+ + CO32-
Співвідношення між компонентами значною мірою визначається значенням рН. При рН 4.5 і нижче з усіх компонентів карбонатної рівноваги у воді присутня тільки вільна вуглекислота. У інтервалі рН=6-10 гідрокарбонаті іони є основною формою похідних вугільної кислоти (максимальний їх вміст при рН=8. 3-8. 4). При рН більше 10.5 головною формою існування вугільної кислоти є карбонатні іони.
Головним джерелом надходження оксиду вуглецю в природні води є процеси біохімічного розпаду органічних залишків, окислювання органічних речовин, водяних організмів.
Одночасно з процесами надходження значна частина діоксиду вуглецю споживається при фотосинтезі, а також витрачається на розчинення карбонатів і хімічне вивітрювання алюмосилікатів:
CaCO3 + CO2 + H2O <=> Ca(HCO3)2
HSiO3- + CO2 + H2O <=> H2SiO3 + HCO3-
Зменшення діоксиду вуглецю у воді відбувається також у результаті його виділення в атмосферу.
| Концентрація діоксиду вуглецю в природних водах коливається від декількох десятих долей до 3-4 мг/дм3, зрідка досягає 10-20 мг/дм3. |
Звичайно навесні і влітку вміст діоксиду вуглецю у водоймі знижується, а наприкінці зими досягає максимуму. Діоксид вуглецю має винятково важливе значення для рослинних організмів (як джерело вуглецю). У той же час підвищені концентрації CO2 пригнічують розвиток тваринних організмів. При високих концентраціях CO2 води стають агресивними стосовно металів і бетону в результаті утворення розчинних гідрокарбонатів, що порушують структуру цих матеріалів [[7],[2],[1].
Карбонати
Основним джерелом гідрокарбонатних і карбонатних іонів у поверхневих водах є процеси хімічного вивітрювання і розчинення карбонатних порід типу вапняків, мергелів, доломітів, наприклад:
CaCO3 + CO2 + H2O <=> Сa2+ + 2HCO3-
MgCO3 + CO2 + H2O <=> Mg2+ + 2HCO3-
Деяка частина гідрокарбонатних іонів надходить з атмосферними осадками і грунтовими водами. Гідрокарбонатні і карбонатні іони виносятся у водойми зі стічними водами підприємств хімічної, силікатної, содової промисловості і т.д.
В міру накопичення гідрокарбонатних і особливо карбонатних іонів останні можуть випадати в осад:
Ca(HCO3)2 => CaCO3 + H2O + CO2
Сa2+ + CO32- => CaCO3
| У річкових водах вміст гідрокарбонатних і карбонатних іонів коливається від 30 до 400 мг HCO3-/дм3, в озерах - від 1 до 500 мг HCO3-/дм3, у морській воді - від 100 до 200 мг/дм3, в атмосферних осадках - від 30 до 100 мг/дм3, у грунтових - від 150 до 300 мг/дм3, у підземних водах - від 150 до 900 мг/дм3. |
Сума мінерального й органічного азоту в природних водах.
Сполуки, що містять азот, знаходяться в поверхневих водах у розчиненому, колоїдному і зваженому стані і можуть під впливом багатьох фізико-хімічних і біохімічних чинників переходити з одного стана в інший.
| Середня концентрація загального азоту в природних водах коливається в значних межах і залежить від трофності водного об'єкта: для оліготрофних змінюється звичайно в межах 0. 3-0. 7 мг/дм3, для мезотрофних - 0. 7-1. 3 мг/дм3, для евтрофних - 0. 8-2. 0 мг/дм3[3]. |
Сума амонійного, нітратного і нітритного азоту.
Підвищення концентрації іонів амонію і нітритів звичайно вказує на нещодавнє забруднення, у той час як збільшення вмісту нітратів - на забруднення в попередній час. Всі форми азоту, включаючи і газоподібну, спроможні до взаємних перетворень.