1.4.3. Биогенные элементы

Соединения азота

В природной воде из неорганических соединений азота встречаются: ионы аммония (NH₄⁺), нитритный ион (NO₂^-) и нитратный ион (NO₃^-). Сходства их генезиса и возможность взаимного перехода друг в друга дают основание объединять их в одну группу, которую удобно изучать в целом. Основным источником появления в природной воде NH₄⁺, а затем и других ионов являются различные сложные органические вещества животного и растительного происхождения, содержащие в своем составе белок. В результате этого сложного биохимического процесса, протекающего при участии различных бактерий и ферментов, гидролитическое расщепление конечного продукта распада белковых веществ – аминокислот – приводит к выделению аммиака:

R – CHNH₂ – COOH + H₂O = R – CHOH – COOH + NH₃.

Вместе с тем NH₄⁺ может появляться и другим, неорганическим, путем. Так, замечено присутствие NH₄⁺ в болотистых водах, богатых гуминовыми веществами, которыми он, по-видимому, восстанавливается из нитратов. Далее нитраты и нитриты могут быть восстановлены до NH₄⁺ другими веществами, например сероводородом или закисным железом. Кроме того, NH₄⁺ часто попадает в водоемы в составе промышленных сточных вод, например, азотно-туковых, газовых, коксо-бензольных, содовых и других заводов. Наконец, в глубинных слоях земной коры NH₃ получается при действии воды на нитрид железа. В природной воде ион NH₄⁺ довольно неустойчив и под влиянием физико-химических и биохимических факторов переходит в другие формы соединения азота. Так, в присутствии достаточного количества кислорода, NH₄⁺ при действии особого вида бактерий окисляется в нитритный ион. Этот процесс, называемый нитрификацией, может быть выражен уравнением:

2NH₃ + 3O₂ = 2HNO₂ + 2H₂O.

Процесс нитрификации не останавливается на этом, а при действии других бактерий NO₂^- окисляется далее в нитратный ион:

2HNO₂  + O₂ = 2HNO₃.

Нитратный ион, таким образом, является конечным продуктом сложного процесса минерализации органического вещества. Ион NО₃^- может подвергаться распаду под действием особого вида бактерий, называемых денитрифицирующими. Этот процесс называемый денитрификацией, протекает при недостатке кислорода и наличие безазотистых веществ (крахмал, клетчатка), на окисление которых расходуется кислород нитратов. При этом азот освобождается в свободном виде и выделяется углекислота. Нитратный ион встречается в природных водах в количествах несколько больших, чем NO₂^-. Интенсивность процессов нитрификации, происходящих в почвах, определяют более или менее значительное содержание NO₃^-. Например, в грунтовых водах верхних горизонтов, количество его достигает иногда нескольких десятков мг/л. В более глубоких водоносных слоях, так же как и в текучих поверхностных водах, нитраты присутствуют в весьма незначительных количествах, выражающих лишь десятыми, а иногда сотыми долями мг/л.[2]

Соединения кремния

Кремний, так же как и фосфор, может присутствовать в природной воде в виде минеральных и органических соединений. Из минеральных соединений необходимо, прежде всего, отметить кремневую кислоту и производные от нее ионы. Кремневая кислота является очень слабой кислотой, диссориирующей в незначительной степени:

H₂SiO₃  H⁺ + HSiO₃^-.

Константа диссоциации К₁ очень мала:

[H⁺]*[HSiO₃^-] / [H₂SiO₃] = K₁ = 4*10^-10.

Вторая константа диссоциации кремниевой кислоты К₂ настолько мала, что диссоциация на SiO₃^2- может иметь значение только при сильно щелочной реакции, не встречающейся в природных водах.

На предыдущую страницу