Лекция: Окислительно-восстановительное состояние природных вод. Растворимость кислорода.

Окислительно-восстановительные реакции исключительно важную роль в описании процессов протекающих в природных водоемах. Предыстория и качество природных вод в значительной степени зависят от вида окислительно-восстановительных реакций, их кинетических характеристик и величины окислительно-восстановительного потенциала, который соответствовал бы данной системе при установлении равновесия.

Процесс окисления органического вещества общей формулой {CH2О} можно представить следующим уравнением реакции:

{CH2О} + О2 = СО2 + Н2О

В связи с отсутствием, по условию примера, дополнительного поступления кислорода, максимальное количество органического вещества, которое может быть окисленно в воде будет определяться содержанием кислорода в воде, которое будет соответствовать условиям равновесия с воздухом, устанавливающимся до начала процесса окисления. При равновесии приземным воздухом это количество составит

[С(кисл.)] = КГ(кисл.) * Р(кисл.)= 8,3 мг/л

Растворенный в воде кислород находится в виде гидратированных молекул О2. Содержание РК зависит от температуры, атмосферного давления, степени турбулизации воды, количества осадков, минерализации воды др. При каждом значении температуры существует равновесная концентрация кислорода, которую можно определить по специальным справочным таблицам, составленным для нормального атмосферного давления. Степень насыщения воды кислородом, соответствующая равновесной концентрации, принимается равной 100%. Растворимость кислорода возрастает с уменьшением температуры и минерализации и с увеличением атмосферного давления.

В поверхностных водах содержание растворенного кислорода может колебаться от 0 до 14 мг/л и подвержено значительным сезонным и суточным колебаниям. В эвтрофированных и сильно загрязненных органическими соединениями водных объектах может иметь место значительный дефицит кислорода. Уменьшение концентрации РК до 2 мг/л вызывает массовую гибель рыб и других гидробионтов.

43. Окислительно-восстановительная буферность природных водоемов.

Под кислотно-основной буферностью природных вод понимается их способность противостоять изменению рН и поддерживать его величину в определенных пределах.

В поддержании постоянного значения рН природных вод важную роль играют компоненты кислотности и щелочности, принцип действия которых определяется наличием двух взаимосвязанных равновесных систем: диссоциации и гидролиза. Рассмотрим это на примере наиболее распространённых в природе карбонатных систем, которые в пресных водоёмах и создают, в основном, буферность:

СО2 + Н2О ↔ Н2СО3 ↔ Н+ + НСО3-

2СаСО3 + 2Н2О ↔ Са(НСО3)2 + Са(ОН)2

СО32- + Н2О ↔ НСО3- + ОН-

Очевидно, что буферность является очень важной характеристикой природных вод. Окислительно-восстановительные процессы играют очень важную роль как в природных водоёмах, так и в очистных сооружениях. Рост потребления кислорода в связи с увеличением содержания органических загрязнителей может оказаться фатальным для рыб, обитающих в данном водоёме, а скорость окисления примесей различного происхождения является лимитирующей стадией при работе систем водоочистки. Качество природных вод в значительной степени зависит от типов окислительно-восстановительных реакций и их кинетических характеристик. Необходимо подчеркнуть две особенности, характерные для окислительно-восстановительных реакций в природных водах. Большинство наиболее важных окислительно-восстановительных реакций в водоёмах катализируются микроорганизмами. Концентрация ионов водорода характеризует кислотно-основные свойства воды. Так, воду шахтных выработок, имеющих высокую концентрацию ионов водорода, называют кислой, а воду минеральных источников с высоким содержанием гидроксид-ионов — щелочной. По аналогии вода с высокой концентрацией свободных электронов называется восстановительной (например, сероводородные воды Черного моря). Вода с низкой концентрацией электронов называется окислительной (например, хлорированная или озонированная вода из крана).