Введение в экологическую химию - Скурлатов Ю.И.
NBSN 5-06-002593-4
Скачать (прямая ссылка):
Кос Р„ ^==± Р5
где Рш — вещество Р в водной фазе; Ра — вещество Р в сорбированном состоянии; — коэффициент распределения вещества Р в системе органическое вещество — вода:
Кос = [ШЫ
Величины Для разных химических веществ зависят от коэффициентов активности веществ в воде при относительно постоянных коэф-
229
фициентах активности в органической фазе. Этим, в частности, обусловлено существование корреляции между коэффициентами распределения в системах октанол — вода (К0у,) и твердое органическое вещество — вода (Кос)
Кос й 0,4 Кот
а также между Коч, и фактором биоконцентрирования загрязняющих
веществ К . в
Величина К0у, связана с растворимостью вещества в воде 5 простым соотношением
= (4,5 V 0,75) ^(мг/л).
Это соотношение выполняется • для многих классов органических соединений, включая углеводороды, галогенированные углеводороды, ароматические кислоты, хлорорганические пестициды, полихлориро-ванные бифенилы.
В природных сорбентах органическое вещество составляет лишь некоторую долю от массы сорбента, поэтому коэффициент распределения вещества Р в системе сорбент — вода (Кр) принято нормировать
на содержание органического углерода (ОС) в сорбенте:
кр = адос],
где [ОС] — содержание органического вещества в сорбенте.
При этом доля сорбированного вещества в водной среде (К) описывается уравнением
^= 1 + Кр[С] '
где [С] — концентрация суспензированного в воде сорбента. С ростом [С] величина ^ стремится к 1, т.е. все вещество Р будет находиться в сорбированном состоянии. В донных отложениях величина [С] велика, так что для многих загрязняющих веществ ^р[С] > 1. В открытых
водоемах обратная ситуация: сорбция оказывается существенной только для соединений с Кос > Ю5.
Американские исследователи изучали распределение инсектицида дильдрина — типичного представителя гидрофобных ЗВ в водохранилище Коралвилл (США). Они обнаружили, что 40% поступившего в
230
водохранилище дильдрина осаждается на дно и скапливается в донных отложениях, 50% выносится вниз по течению через шлюзы. Около 10% поступившего дильдрина накапливалось в рыбах. В толще воды дильдрин распределяется следующим образом: 64% накапливается в рыбах, 24% растворяется в воде и 12% сорбируется взвешенными твердыми частицами. Концентрация вещества в рыбах и донных отложениях находилась в равновесии со средней концентрацией растворенного дильдрина, причем количество дильдрина в рыбах было прямо пропорционально содержанию в них жира и концентрации в воде независимо от характера питания, вида, массы, размера рыб или других условий. Данные полевых измерений соответствовали лабораторным измерениям, нормированным на содержание жира, и соответствовали коэффициенту распределения в системе октаиол — вода.
По-видимому, такое равновесное распределение — общее правило концентрирования гидрофобных (липофильных) соединений в неполярных фракциях седиментарных частиц и гидробионтов.
Предположение о равновесности сорбционных процессов может не выполняться, если вещество претерпевает химические превращения. В этом случае скорость процессов сорбции — десорбции может лимитировать скорость химической трансформации ЗВ.
Изучение кинетики процессов сорбции показало наличие двух стадий:
На первой стадии сорбция вещества протекает быстро и обратимо. Это поверхностная сорбция. Дальнейшее проникновение вещества внутрь макромолекулярного клубка твердого органического сорбента — процесс медленный и может протекать в течение нескольких суток. Доля поверхностно-сорбированного вещества обычно составляет 0,35 — 0,6.
Сорбция многих загрязняющих веществ с растворимостью в воде менее 10"3М является одним из основных процессов удаления химического вещества из жидкой фазы. К таким веществам относятся хлорор-ганические пестициды, полихлорбифенилы, полиароматические углеводороды. Эти соединения малорастворимы в воде и имеют большие значения Коу (104 — 10?). Для них сорбция является наиболее эффективным процессом самоочищения водной среды.
§ 7.3. МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОЕ САМООЧИЩЕНИЕ
Микробиологическая трансформация ЗВ считается одним из основных каналов самоочищения природной водной среды. Микробиологи-
231
ческие биохимические процессы включают реакции нескольких типов. Это реакции с участием окислительно-восстановительных и гидролитических ферментов (оксидаз, оксигеназ, дегидрогеназ, гидролаз и др.). Оптимальная температура для протекания процессов биодеградации ЗВ составляет 25—30 °С.
Рост микробной популяции в отсутствие лимитирующих факторов окружающей среды описывается уравнением
сШ/<И = иВ,
где д — удельная константа роста; В — биомасса микроорганизмов или численность популяции.
При наличии лимитирующих факторов скорость потребления лимитирующего рост культуры субстрата Р ограничена:
а = и(тах)[Ц/(\ + И),
где /*(тах) — максимальная удельная константа роста, достигаемая при избытке субстрата в отсутствие лимитирования; К — константа
насыщения, численно равная концентрации [Р], при которой скорость роста популяции вдвое меньше максимально возможной.
