Синтетичні поверхнево-активні речовини (СПАР)
СПАР являють собою велику групу сполук, різних за своєю структурою, що відносяться до різних класів. Ці речовини здатні адсорбуватися на поверхні розділу фаз і знижувати внаслідок цього поверхневу енергію (поверхневий натяг). Залежно від властивостей, які проявляються СПАР при розчиненні у воді, їх ділять на аніоноактівние речовини (активної частиною є аніон), катіоноактивні (активною частиною молекул є катіон), амфолітні і неіоногенні, які зовсім не іонізуються.
Аніоноактівние СПАР в водному розчині іонізуються з утворенням негативно заряджених органічних іонів. З аніоноактівних СПАР широке застосування знайшли солі сірчанокислих ефірів (сульфати) і солі сульфокислот (сульфонати). Радикал R може бути алкільним, алкіларільним, алкілнафтільним, мати подвійні зв'язку і функціональні групи.
Катіоноактивні СПАР - речовини, які іонізуються в водному розчині з утворенням позитивно заряджених органічних іонів. До них відносяться четвертинні амонієві солі, що складаються з: вуглеводневої радикала з прямою ланцюгом, що містить 12-18 атомів вуглецю; метильного, етільний або бензильного радикала; хлору, брому, йоду або залишку метил або етілсульфат.
Амфолітні СПАР ионизируются у водному розчині по-різному залежно від умов середовища: в кислому розчині проявляють катіоноактивні властивості, а в лужному - аніоноактівние.
Неіоногенні СПАР є високомолекулярні сполуки, які у водному розчині не утворюють іонів.
У водні об'єкти СПАР надходять в значних кількостях з господарсько-побутовими (використання синтетичних миючих засобів в побуті) і промисловими стічними водами (текстильна, нафтова, хімічна промисловість, виробництво синтетичних каучуків), а також зі стоком з сільськогосподарських угідь (в якості емульгаторів входять в склад інсектицидів, фунгіцидів, гербіцидів і дефоліантів).
Головними факторами зниження їх концентрації є процеси біохімічного окислення, сорбція зваженими речовинами і донними відкладеннями. Ступінь біохімічного окислення СПАР залежить від їх хімічної будови і умов навколишнього середовища.
За біохімічної стійкості, яка визначається структурою молекул, СПАР ділять на м'які, проміжні і жорсткі з константами швидкості біохімічного окислення, відповідно не менше 0,3 добу-1; 0,3-0,05 добу-1; менше 0,05 добу-1. До числа найбільш легко окислюється СПАР відносяться первинні і вторинні алкілсульфати нормального будови. Зі збільшенням розгалуження ланцюга швидкість окислення знижується, і найбільш важко руйнуються алкілбензолсульфонати, приготовані на основі тетрамеров пропілену.
При зниженні температури швидкість окислення СПАР зменшується і при 0-5 ° С протікає досить повільно. Найбільш сприятливі для процесу самоочищення від СПАР нейтральна або слаболужна середовища (рН 7-9).
З підвищенням вмісту завислих речовин і значним контактом водної маси з донними відкладеннями швидкість зниження концентрації СПАР у воді зазвичай підвищується за рахунок сорбції та співосадження. При значному накопиченні СПАР в донних відкладеннях в аеробних умовах відбувається окислення мікрофлорою донного мулу. У разі анаеробних умов СПАР можуть накопичуватися в донних відкладеннях і ставати джерелом вторинного забруднення водойми.
Максимальні кількості кисню (БПК), споживані 1 мг / дм3 різних ПАР коливається від 0 до 1,6 мг / дм3. При біохімічному окисленні СПАР, утворюються різні проміжні продукти розпаду: спирти, альдегіди, органічні кислоти і ін. В результаті розпаду СПАР, що містять бензольне кільце, утворюються феноли.
У поверхневих водах СПАР знаходяться в розчиненому і сорбованих стані, а також в поверхневій плівці води водного об'єкта.
У слабозагрязненних поверхневих водах концентрація СПАР коливається зазвичай в межах тисячних і сотих часток міліграма в 1 дм3. У зонах забруднення водних об'єктів концентрація підвищується до десятих часток міліграма, поблизу джерел забруднення може досягати декількох міліграмів у 1 дм3.
Потрапляючи в водойми і водотоки, СПАР роблять значний вплив на їх фізико-біологічний стан, погіршуючи кисневий режим і органолептичні властивості, і зберігаються там довгий час, так як розкладаються дуже повільно. Негативним, з гігієнічної точки зору, властивістю ПАР є їх висока пенообразующая здатність. Хоча СПАР не є високотоксичними речовинами, є відомості про непрямому їх впливі на гідробіонтів. При концентраціях 5-15 мг / дм3 риби втрачають слизистий покрив, при більш високих концентраціях може спостерігатися кровотеча зябер.
ПДКв СПАР становить 0,5 мг / дм3, ПДКвр - 0,1 мг / дм3.
Неіоногенні поверхнево-активні речовини (НПАВ)
Токсична дія НПАВ визначається головним чином неполярной частиною молекули, при цьому воно більш виражено при наявності в останньої ароматичного кільця.
ПДКв більшості НПАВ (препарати ОП-7, ОП-10, ОС-20, оксанол КШ-9, оксанол Л-7, проксамін 385, проксанол 186, сінтамід, Синтанол, ВН-7 та ін.) 0,1 мг / дм3 , лімітуючий показник шкідливості - органолептичний (піноутворення). Оскільки зазначені сполуки мають один норматив з одним і тим же показником шкідливості, при санітарно-хімічному контролі можна обмежуватися визначенням їх сумарного вмісту.
Потрапило у водойму забруднення втягується в комплекс фізичних, фізико-хімічних, хімічних і біологічних процесів трансформації. Перш за все потрапили у водойму загряз нання піддаються розведення (розсіювання), частина з (наприклад, нафтові бітуми) осідає на дно водойми (осідання забруднень на дно водойми відбувається за участю гідробіонтів седіментатори і фильтраторов), інша частина спливає вигляді плівки або піни. Деякі спливли забруднення випаровуються з поверхні водойми (летюча органіка), інші піддають ся розкладанню ультрафіолетовими променями. Найважливішим фактор самоочищення є гідроліз, в результаті якого пocтупівшіе у водойму забруднення піддаються глибокі зміни. Наприклад, при гідролізі амонійних солей, з утворенням гідрату окису амонію спостерігається зниження його концентрації в зв'язку летючість аміаку.
Головну роль в процесах самоочищення відіграють мікроорга-нізми, і перш за все бактерії. Всі бактерії водойми діляться на дві групи: автохтонні - властиві даному водоймі, і алохтонні - потрапили в нього ззовні. У разі сприятливих умов середовища алохтонні бактерії приживаються в водоймі, але частіше за все поступово відмирають, що також є сприятливими-ним фактором, оскільки багато хто з них відносяться до патогенних. Сучасні дослідники виділяють три біологічних факто-ра самоочищення водойми від патогенних мікроорганізмів: ан-тібіотіческій (антибіотичні речовини фітопланктону, макрофітів, зоогідробіонтов, мікробів-антагоністів); паразити-ний (лізуючого дію бактеріофагів, тобто розчинення або руйнування мікробної клітини) і бактеріотрофний (бактерії-трофная активність - поїдання бактерій Protozoa і Metaioa).
Першим трофічних рівнем, окислюючими органічні за-бруднення, є бактерії; другим - інфузорії, що поїдають бактерії; третім - зоопланктон, який живиться інфузоріями і бактеріями. Риби та інші гідробіонти поїдають зоопланктон, водорості і деякі вищі водні рослини. За даними А.С. Константинова, на Волгоградському водосховище без урахування дихання водоростей та мікрозообентоса за вегетаційний період сумарна мінералізація становить 1590 г / м2 сухої органічні-кого речовини. З цієї кількості 42% минерализуется бактери-опланктоном, 40% - бактеріобентосом, 10% - планктонними інфузоріями, 5% - молюсками, 1,5% - ветвістоусим рачками і менше 15% - іншими групами зоопланктону.
Водорості також здатні безпосередньо засвоювати прості органічні сполуки, а також сполуки азоту і фосфору, що інтенсифікує процес самоочищення водойми. Крім того, водорості сприяють насиченню води киснем. Однак надмірне розвиток водоростей може привести до вторинного забруднення водойми після їх відмирання. Для водойм харак-Терно розвиток діатомових водоростей, зелених одноклітинних (Chlorella, Scenedesmus, Ankistrodesmus).
Водорості можуть викликати і так зване цвітіння водойми, характерне для непроточних водойм озер, ставків, водохранілі-ліщ. «Цвітіння» - явище сезонне і може бути викликано раз-особистими водоростями. На початку весни спостерігається «цвітіння» діатомових водоростей (Asterionella, Synedra, Melosim), при цьому вода набуває жовтувато-коричневий колір; в середині літа часто спостерігається «цвітіння» синьо-зеленими водоростями (Anabaena, Oscillatoria), що додає воді блакитно-зелений колір, неприємний присмак і запах.
Велику роль в процесі самоочищення водойм відіграє ви-сшая водна растітельность- макрофітів, які не тільки вилучають біогенні елементи, солі важких металів, феноли, нафтопродукти та інші забруднення, а й постачають водойму киць-лородом за рахунок фотосинтетичного аерірованія. У місцях раз-витку вищої водної рослинності практично не спостерігаючи-ється «цвітіння» водойми, що пояснюється вилученням основних біогенних елементів.
Наприклад, очерет звичайний, при врожаї 44 т / га по сухому віщо-ству може вилучити з води 667 кг / га азоту, 276 кг / га фосфору, 419 кг / га калію, 408 кг / га сполук хлору і 198 кг / га кальцію . Рогіз вузьколистий вилучає менше азоту, фосфору і сполук хлору, але кальцію і осо-бенно натрію він вилучає в 2-3 рази більше, ніж очерет.
Відзначено виборча здатність вищих водних рослин до вилучення окремих хімічних елементів і їх з'єднань, що використовується останнім часом для створення біологічних пру-дів з вищою водною рослинністю. Крім того, стебла мак-рофітов, що знаходяться у воді, схильні до біообростання, со-стоїть з мікроорганізмів-мінералізатор, що також вносить значний вклад в процеси самоочищення водойми.