Введение в экологическую химию - Скурлатов Ю.И.
NBSN 5-06-002593-4
Скачать (прямая ссылка):
Особенно опасно массовое развитие сине-зеленых водорослей в водозаборной зоне водохранилищ питьевого назначения. Как правило, водозабор устанавливают в застойных зонах, где наблюдаются так 196 называемые нагонные явления. Концентрация сине-зеленых водорослей в нагоне может достигать сотен килограммов в 1 м3. Отмирающие клетки водорослей выделяют токсины, которые могут поступить в систему питьевого водоснабжения.
Интересно отметить, что одни и те же виды сине-зеленых водорослей могут как выделять, так и не выделять токсинов. Экологические факторы, управляющие процессом образования токсинов, не установлены. Попытки заставить сине-зеленые водоросли производить токсины в заводских условиях успехом не увенчались. По-видимому, токсины водорослей являются своего рода химическим оружием в их конкурентной борьбе с другими водными микроорганизмами.
§ 6.3. ЛИГАНДНЫЙ СОСТАВ И ФОРМЫ СУЩЕСТВОВАНИЯ ИОНОВ ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ В ПРИРОДНЫХ ВОДОЕМАХ
Ионы металлов являются непременными компонентами природных водоемов. В зависимости от условий среды (рН, окислительно-восстановительный потенциал, наличие лигандов) они существуют в разных степенях окисления и входят в состав разнообразных неорганических и металлоорганических соединений, которые могут быть истинно растворенными, коллоидно-дисперсными или входить в состав минеральных и органических взвесей.
Истинно растворенные формы металлов, в свою очередь, весьма разнообразны, что связано с процессами гидролиза, гидролитической полимеризации (образованием полиядерных гидроксокОмплексов) и комплексообразования с различными лигандами. Соответственно как каталитические свойства металлов, так и доступность для водных микроорганизмов зависят от форм существования их в водной экосистеме.
Переход металлов в водной среде в металлокомплексную форму имеет три следствия:
1) может происходить увеличение суммарной концентрации ионов металла за счет перехода его в раствор из донных отложений;
2) мембранная проницаемость комплексных ионов может существенно отличаться от проницаемости гидратированных ионов;
3) токсичность металла в результате комплексообразования может сильно измениться.
Так, хелатные формы Си, Сс1, Нц;, Рс1 менее токсичны, нежели свободные ионы. Токсичность взвешенных форм свинца, меди и никеля во многом определяется особенностями их поглощения биотой.
197
Поэтому для понимания факторов, которые регулируют концентрацию металла в природных водах, их химическую реакционную способность, биологическую доступность и токсичность, необходимо знать не только валовое содержание, но и долю свободных и связанных форм металла. .
Экспериментальное изучение форм существования металлов в природных водах представляет большие трудности из-за малой их абсолютной концентрации и большого разнообразия комплексных форм. Различные методы исследования обладают разной чувствительностью и селективностью. Одни методы (атомно-абсорбционные, эмиссионно-спектральные или нейтронно-активационные) позволяют измерять валовую концентрацию металла, другие (полярографические, потенци-ометрические, кинетические) — концентрацию отдельных форм или незакомплексованных ионов металлов. Поэтому при анализе форм металлов в природных водах используют совокупность различных методов анализа. Анализируемые пробы воды подвергают различным способам физико-химической обработки с целью концентрирования' или разделения взвешенных, коллоидно-дисперсных и истинно растворенных форм металлов. Обычно взвешенные формы относительно просто выделить центрифугированием при 7—8 тыс.об/мин либо фильтрацией через мембранный фильтр с диаметром пор 0,3—0,5 мк.
Наиболее сложно разделить истинно растворенные и коллоидные формы. Признаками истинно растворенных форм являются термодинамическая устойчивость, отсутствие границы раздела фаз вода — твердое тело, высокое сродство к воде (гидрофильность). На практике разделяют истинные и коллоидные формы металлов по размеру пор ультрафильтров:
истинно растворенные формы...........< 10 нм
коллоидно-дисперсные формы..........> 10, < 300 нм
взвешенные........................> 300 нм
В действительности такое разделение весьма условно. Известно, например, что гидроксокомплексы ионов переходных металлов могут находиться в водной среде в виде метастабильных микроколлоидных частиц диаметром несколько нанометров и содержать всего несколько сотен атомов.
Наибольшей чувствительностью и в ряде случаев селективностью обладают кинетические методы анализа, основанные на способности многих ионов металлов катализировать химические реакции, за скоростью которых легко следить спектральными либо газометрическими методами. 198
Наряду с инструментальными могут использоваться расчетные методы анализа форм металлов в водной среде. Правда, результаты расчетов сильно зависят от выбора констант равновесий комплексо-образования. А они, как правило, зависят от температуры, рН, ионной силы. Тем не менее для многих целей расчетные методы могут оказаться предпочтительней, чем инструментальные.
Если в воде присутствует твердая фаза металла, то нерастворимые микроколлоидные частицы находятся в динамическом равновесии с растворенными формами металла:
