Основную массу растворенных в природной воде веществ составляют, как правило, следующие катионы и анионы: Ca2+, Mg2+, Na+, HCO3-, Cl-, SO42-. При переходе от вод одного типа к водам другого, набор этих ионов не меняется. Меняется только их соотношение. В таблице 1 представлены примеры состава вод различных типов. (Единицы измерения - мг-экв/л.)
| Название образца | Ca+Mg | Na+K | HCO3 | Cl | SO4 | NO3 |
| река Нева (мягкая вода) |
0,56 | 0,13 | 0,3 | 0,09 | 0,12 | 0,09 |
| реки р-на Вогезы, Овернь (Франция) 1) (мягкая вода) |
1,1 | 0,4 | 1,1 | 0,2 | 0,2 | ? |
| реки Парижского бассейна 1) (вода средней жесткости) |
4,4 | 0,2 | 3,8 | 0,6 | 0,2 | ? |
| река Обь (вода средней жесткости) | 5,1 | 0,1 | 5 | 0,02 | 0,16 | 0,02 |
| мин. вода Карачинская (вода средней жесткости) |
5,4 | 24 | 16 | 12 | 3,6 | ? |
| мин. вода Славяновская (жесткая вода) |
19,2 | 30 | 22 | 8,5 | 19 | ? |
1) Из книги Ф.Берне и Ж.Кордонье "Водоочистка", М:"Химия",1997.
Важной потребительской характеристикой природных вод является общая жесткость воды. Жесткостью воды называется концентрация ионов щелочноземельных металлов (Ca и Mg). По величине концентрации ионов этих металлов воды делятся на мягкие, средней жесткости и жесткие (см. таблицу 1). Различают постоянную жесткость (некарбонатную) и временную (карбонатную) жесткости. Временную жесткость воды можно устранить кипячением, а постоянную - нет. Это связано с тем, что временную жесткость определяет ион гидрокарбоната, который после кипячения трансформирует гидрокарбонаты щелочноземельных металлов в нерастворимые в воде карбонаты. Таким образом, временная жесткость воды равна концентрации гидрокарбонатов щелочноземельных металлов, а постоянная равна концентрации солей тех же металлов, но с остальными анионами.
В нашей стране принято выражать жесткость воды в мг-экв/л, но мировая практика знает другие единицы измерения - градусы. В таблице 2 помещены результаты сравнения величин градусов жесткости, используемых в разных странах мира.
| Наименование | мг-экв/л |
| Американский градус | 0,0200 |
| Английский градус | 0,2848 |
| Немецкий градус | 0,3566 |
| Французский градус | 0,1998 |
В меньших концентрациях (0,001-0,01 мг-экв/л) в природных водах присутствуют нитраты, фосфаты, фториды, а также катионы калия, аммония, железа, бария и т.д.
Интересны данные о содержании ионов в океанской и морской водах. Источником этих данных является "Cправочник химика" под редакцией Б.П.Никольского. Я просто пересчитал данные из массовых процентов в г-экв/л. За исключением состава вод Аральского и Каспийского морей, ошибка баланса не превышает 3-4%. Более внимательный анализ результатов erfpsdftn yf нехватку катионов (?)
| Название образца | минерализация, г/л | Cl | Br | SO4 | CO3 | Na | K | Ca | Mg |
Океаны (средние данные) |
36,3 | 0,56 | 9,1e-04 | 0,058 | 6,0e-04 | 0,48 | 1,0e-02 | 0,0054 | 0,11 |
Аральское море |
10,8 | 0,11 | - | 0,071 | 9,0e-05 | 0,10 | 2,8e-04 | 0,0061 | 0,048 |
Балтийское море |
7,3 | 0,11 | 9,1e-05 | 0,012 | 6,0e-05 | 0,10 | 1,9e-03 | 0,0015 | 0,021 |
Белое море |
28,8 | 0,45 | 3,6e-04 | 0,047 | 2,4e-04 | 0,38 | 6,6e-03 | 0,0043 | 0,089 |
Каспийское море |
12,9 | 0,15 | 8,0e-05 | 0,064 | 9,6e-04 | 0,14 | 2,0e-03 | 0,0042 | 0,061 |
Мексиканский залив |
36,8 | 0,57 | 9,2e-04 | 0,058 | 9,2e-04 | 0,49 | 1,0e-02 | 0,0055 | 0,11 |
Средиземное море |
38,7 | 0,60 | 9,7e-04 | 0,064 | 6,5e-04 | 0,52 | 1,1e-02 | 0,0058 | 0,12 |
Черное море |
20,4 | 0,32 | 5,1e-04 | 0,032 | 8,5e-04 | 0,27 | 6,3e-03 | 0,0036 | 0,062 |
Для разработки различного рода методик определения компонентов природных вод, химикам-аналитикам необходимо знать примерное содержание тяжелых металлов в этих водах. В таблице 3 представлены нормативы и примеры определения тяжелых металлов в природных водах.
| Металл | ПДК, мкг/л 1) | ПДК, мкг/л 2) | Проба, мкг/л 3) |
| Al | 500 | - | 350 |
| Ba | 100 | 2000 | 55 |
| Be | 0,2 | - | 0,005 |
| V | 100 | 1 | 5 |
| Fe | 300 | 5 | 730 |
| Cd | 1 | 5 | 0,1 |
| Co | 100 | 10 | 0,1 |
| Mn | 100 | 10 | 220 |
| Cu | 1000 | 1 | 0,5 |
| As | 30 | 50 | 2 |
| Ni | 100 | 10 | 1 |
| Hg | 0,5 | 0,01 | 0,02 |
| Pb | 20 | 100 | 0,2 |
| Zn | 1000 | 10 | 5 |
| Cr | 100 | 1 | н.о. |
1) Предельно допустимые концентрации для
водоемов хозяйственно-питевого пользования.
2) Предельно допустимые концентрации для
водоемов, используемых для рыбохозяйственных
целей.
3) Бердский залив (Обское водохранилище).
Данные Аношина Г.Н. и Воротникова Б.А. (ОИГГМ СО
РАН).
Образцы дождей отбирались за 40 км к югу от г.Новосибирска летом 1993 года. Ознакомимся с результатами определений.
| Дата 1993 г | F, мг-экв/л | Cl, мг-экв/л | NO3, мг-экв/л | SO4, мг-экв/л | Na, мг-экв/л | NH4, мг-экв/л | pH |
| 2.09 | н.о. | 0,004 | н.о. | н.о. | ? | ? | ? |
| 9.09 -10.09 | н.о. | 0,03 | 0,02 | 0,02 | 0,15 | 0,038 | 6,51 |
| 11.09 | н.о. | 0,006 | 0,015 | 0,016 | 0,14 | 0,034 | 6,12 |
| 12.09 -13.09 | н.о. | 0,01 | 0,03 | 0,02 | 0,23 | 0,046 | 5,97 |
| 13.09 -14.09 | н.о. | 0,01 | 0,01 | 0,01 | 0,1 | 0,02 | 6,21 |
| 21.09 -22.09 | н.о. | 0,02 | 0,035 | 0,05 | 0,14 | 0,08 | 6,01 |
| среднее | н.о. | 0,013 | 0,028 | 0,032 | 0,15 | 0,044 | 6,16 |
Интересно сравнить полученные результаты с результатами анализа пробы взятой в самом городе Новосибирске.
| Дата 1993 г | F, мг-экв/л | Cl, мг-экв/л | NO3, мг-экв/л | SO4, мг-экв/л | Na, мг-экв/л | NH4, мг-экв/л | pH |
| 2.09 - 3.09 (город) | 0,01 | 0,04 | 0,015 | 0,09 | ? | ? | ? |
Сравнение результатов анализа загородных проб с городской пробой показывает, что в городской пробе присутствует фторид. Кроме того, городская проба существенно минерализована.
Кроме того, беглый взгляд на результаты анализа выявляет нехватку анионов (около 0,1 мг-экв/л) для равенства эквивалентов анионов и катионов. Скорее всего, не хватает ионов гидрокарбоната.
Анализ снега на анионы указывает, прежде всего, на повышенную по сравнению с дождями минерализацию образцов. Это выглядит парадоксально, так как, на первый взгляд, зимой, когда земля покрыта снежным покровом, солям взяться неоткуда. Однако полученные результаты не являются аномальными, так как несколько раз перепроверялись.
| Дата 1993 г | Cl, мг-экв/л | NO3, мг-экв/л | SO4, мг-экв/л |
| 4.12 - 11.12 | 0,09 | 0,035 | 0,029 |
| 19.12 | 0,2 | 0,08 | 0,10 |
| 27.11 - 04.12 | 0,12 | 0,05 | 0,065 |
| 5.02 | 0,05 | 0,02 | 0,05 |
| 13.02 | 0,12 | 0,04 | 0,075 |
| среднее | 0,12 | 0,045 | 0,064 |
Честно говоря, я не обладаю большим опытом в изучении состава аэрозолей. Однако небольшой опыт все-таки есть. Спешу поделиться этими крохами.
Анализ анионов водорастворимой части аэрозолей дает следующие результаты:
| Место измерений | Сезон | SO4, мкг/м3 | NO3, мкг/м3 | Cl, мкг/м3 | F, мкг/м3 |
| Карасук (находится на юго-западе Новосибирской области) | зима | 8,4 | 3,3 | 0,4 | - |
| Карасук | лето | 3,8 | 1,3 | 0,3 | 0,08 |
| Окрестности Академгородка (г.Новосибирск) | лето | 2,8 | 0,8 | 0,2 | 0,12 |
Из этих данных следует, что концентрация солей в аэрозолях зимой существенно выше. Интересны результаты распределения различных анионов в аэрозолях c разными размерами частиц.
| SO4 | NO3 | Cl | F | |
| Суммарная концентрация, мкг/м3 | 2,8 | 0,8 | 0,2 | 0,12 |
| Концентрация для диам. частиц <3 мкм, мкг/м3 | 1,7 | 0,2 | 0,06 | 0,015 |
| % от суммарной концентрации для частиц <3 мкм | 62 | 25 | 30 | 13 |
Результаты свидетельствуют о том, что большая доля сульфатов находится в частицах диаметром меньше 3 мкм.