Теоретический материал,

Вынесенный на самостоятельную проработку студентам

К теме : Химический состав природной воды

Органическое вещество в воде

Кроме сравнительно простых по своему химическому составу неорганических соединений, растворенных в природных водах в виде ионов и газов, в воде почти всегда присутствуют органические вещества.

Органическое вещество, находящееся в естественной воде, по своей природеможет быть подразделено на:

- входящее в состав живых организмов, населяющих воду (многочисленные водные организмы: зоо- и фитопланктона и различных микроорганизмов);

-органическое вещество, являющееся продуктом распада живых организмов (по сложности химического состава и строения является промежуточным между живыми органическими веществами и простыми неорганическими соединениями).

Органическим веществом природных вод называют комплекс истинно растворенных и коллоидных веществ органических соединений.

По происхождению органические веществаприродных вод могут быть разделены на:

- поступающие извне (с водосборной площади);

-и образующиеся в самом водном объекте. Это продукты отмирания водных организмов в самом водоеме.

К первой группе (поступающие извне) относятся главным образом:

- гумусовые вещества, вымываемые водой из почв, торфяников, лесного перегноя и других видов природных образований, включающих остатки растений;

- органические вещества, поступающие с промышленными и хозяйственно-бытовыми сточными водами.

Из гумусовых веществ наибольший интерес представляют гуминовые и фульвокислоты. Обе эти кислоты характерны для гумуса (гумусовые кислоты). Они не содержатся в живых растительных и животных тканях. Соотношение между ними в разных торфах и почвах неодинаково. В черноземных почвах преобладают гуминовые, а в подзолистых - фульвокислогы. В состав гумусовых веществ входят также низкомолекулярные карбоновые кислоты: уксусная, лимонная, винная, щавелевая, фумаровая.

Гуминовые кислоты не только подкисляют воду в водоёме, но ещё и способны образовывать сложные комплексные соединения с тяжелыми металлами и, прежде всего, с железом.

Происходит это следующим образом

В торфяниках соединения окисного железа попадают в анаэробную зону и в кислую среду (т.к. болотные воды содержат СО₂). Присутствующие в торфянике фульвокислоты способны восстанавливать окись железа в закись, которая подвергается затем действию углекислоты и растворяется. Т. е. закисное железо (Fe²⁺) переходит в раствор главным образом в видегидрокарбоната железа, который устойчив только при содержании больших количеств СО₂ и отсутствии кислорода.

Таким образом, образуются комплексы закисных соединений железа с органическими кислотами типа лимонной, щавелевой и особенно гуминовыми.

При уменьшении СО₂ и проявлении растворенного кислорода, что, например, бывает при выходе болотных вод в реки, железо переходит в малорастворимый гидрат закиси, что схематически можно изобразить уравнением:

Fe²⁺ + 2HCO₃^- Fe(OH)₂ + 2CO₂.

Гидрат закиси железа далее легко окисляется в гидрат окиси железа:

4Fe(OH)₂ + O₂ + 2H₂O 4 Fe(OH)₃.

Процесс окисления Fe(OH)₂во многих случаях протекает при участии микроорганизмов, называемых железобактериями.

Общая концентрация органического веществав природных водах изменяется в широких пределах:

- наибольшей бывает в болотных водах (в которых при большой концентрации гумусовых веществ она иногда достигает 500 мг/л и более) и реках с болотным питанием. Причем болотная вода бывает окрашенной в желтый и коричневый цвет (окраску природной воде придают гуминовые кислоты). В реках с болотным питанием, вещества гумусового происхождения являются основной частью химического состава воды;

- высокая концентрация органического вещества иногда встречается в подземных водах, связанных с нефтеносными месторождениями;

-еще большая концентрация может быть в природных водах, загрязненных промышленными и хозяйственно-бытовыми сточными водами;

- в холодных климатических зонах (тундре) очень мало органических остатков, и там водоёмы почти не содержат гуминовых кислот. А в зоне лесов, особенно хвойных, где органических остатков образуется много и они не успевают полностью разложиться, содержание гуминоных кислот составляет несколько десятков миллиграммов на литр.

-незагрязненные природные воды обычно содержат мало органических веществ. Например, по Б.А. Скопинцеву, в воде океанов концентрация органического вещества составляет только 2,0-5,4 мг/л (в среднем 3,0 мг/л, а в воде рек в среднем 20 мг/л).

После поступления в хорошо аэрируемые реки, а затем озера и моря органические вещества воды подвергаются изменению, и начатый в почвах процесс окисления завершается для большей их части переходом в простые минеральные соединения. Другая, более устойчивая часть остается и накапливается в водных объектах.