Фосфаты неорганические

» Библиотека » Справочники » Химия воды » Химия воды 7

ХИМИЯ ВОДЫ

Фосфор общий

Сумма минерального и органического фосфора. Так же, как и для азота, обмен фосфором между его минеральными и органическими формами с одной стороны, и живыми организмами — с другой, является основным фактором, определяющим его концентрацию. Концентрация общего растворенного фосфора (минерального и органического) в незагрязненных природных водах изменяется от 5 до 200 мкг/дм3.

Формы фосфора в природных водах [41]

Фосфор — важнейший биогенный элемент, чаще всего лимитирующий развитие продуктивности водоемов. Поэтому поступление избытка соединений фосфора с водосбора (в виде минеральных удобрений с поверхностным стоком с полей (с гектара орошаемых земель выносится 0,4-0,6 кг фосфора), со стоками с ферм (0,01-0,05 кг/сут.

на одно животное), с недоочищенными или неочищенными бытовыми сточными водами (0,003-0,006 кг/сут. на одного жителя), а также с некоторыми производственными отходами приводит к резкому неконтролируемому приросту растительной биомассы водного объекта (это особенно характерно для непроточных и малопроточных водоемов).

Происходит так называемое изменение трофического статуса водоема, сопровождающееся перестройкой всего водного сообщества и ведущее к преобладанию гнилостных процессов (и, соответственно, возрастанию мутности, солености, концентрации бактерий) [35].

Действие токсинов сине-зеленых водорослей может проявляться в возникновении дерматозов, желудочно-кишечных заболеваний; в особенно тяжелых случаях — при попадании большой массы водорослей внутрь организма может развиваться паралич.

В соответствии с требованиями глобальной системы мониторинга состояния окружающей среды (ГСМОС/GEMS) в программы обязательных наблюдений за составом природных вод включено определение содержания общего фосфора (растворенного и взвешенного, в виде органических и минеральных соединений). Фосфор является важнейшим показателем трофического статуса природных водоемов.

Фосфор органический

В этом разделе не рассматриваются синтезированные в промышленности фосфорорганические соединения.

Природные соединения органического фосфора поступают в природные воды в результате процессов жизнедеятельности и посмертного распада водных организмов, обмена с донными отложениями.

Органические соединения фосфора присутствуют в поверхностных водах в растворенном, взвешенном и коллоидном состоянии.

Фосфор минеральный

Соединения минерального фосфора поступают в природные воды в результате выветривания и растворения пород, содержащих ортофосфаты (апатиты и фосфориты) и поступления с поверхности водосбора в виде орто-, мета-, пиро- и полифосфат-ионов (удобрения, синтетические моющие средства, добавки, предупреждающие образование накипи в котлах и т.п.

), а также образуются при биологической переработке остатков животных и растительных организмов. Избыточное содержание фосфатов воде, особенно в грунтовой, может быть отражением присутствия в водном объекте примесей удобрений, компонентов хозяйственно-бытовых сточных вод, разлагающейся биомассы.

Основной формой неорганического фосфора при значениях pH водоема больше 6,5 является ион HPO42- (около 90%). В кислых водах неорганический фосфор присутствует преимущественно в виде H2PO4-. Концентрация фосфатов в природных водах обычно очень мала — сотые, редко десятые доли милиграммов фосфора в литре, в загрязненных водах она может достигать нескольких миллиграммов в 1 дм3.

Подземные воды содержат обычно не более 100 мкг/дм3 фосфатов; исключение составляют воды в районах залегания фосфорсодержащих пород. соединений фосфора подвержено значительным сезонным колебаниям, поскольку оно зависит от соотношения интенсивности процессов фотосинтеза и биохимического окисления органических веществ.

Минимальные концентрации фосфатов в поверхностных водах наблюдается обычно весной и летом, максимальные — осенью и зимой, в морских водах — соответственно весной и осенью, летом и зимой. Общее токсическое действие солей фосфорной кислоты возможно лишь при весьма высоких дозах и чаще всего обусловлено примесями фтора [9].

В методике оценки экологической ситуации, принятой Госкомэкологией РФ, рекомендован норматив содержания растворимых фосфатов в воде — 50 мкг/дм3. Без предварительной подготовки проб колориметрически определяются неорганические растворенные и взвешенные фосфаты.

Полифосфаты

               Men(PO3)n , Men+2PnO3n+1 , MenH2PnO3n+1

Применяются для умягчения воды, обезжиривания волокна, как компонент стиральных порошков и мыла, ингибитор коррозии, катализатор, в пищевой промышленности. Малотоксичны.

Токсичность объясняется способностью полифосфатов к образованию комплексов с биологически важными ионами, особенно с кальцием [53].

Установленное допустимое остаточное количество полифосфатов в воде хозяйственно-питьевого назначения составляет 3,5 мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности — органолептический).

Сероводород и сульфиды.

Обычно в водах сероводород не содержится или же присутствует в незначительных количествах в придонных слоях, главным образом в зимний период, когда затруднена аэрация и ветровое перемешивание водных масс.

Иногда сероводород появляется в заметных количествах в придонных слоях водоемов и в летнее время в периоды интенсивного биохимического окисления органических веществ. Наличие сероводорода в водах служит показателем сильного загрязнения водоема органическими веществами.

Сероводород в природных водах находится в виде недиссоциированных молекул H2S, ионов гидросульфида HS- и весьма редко — ионов сульфида S2-.

Главным источником сероводорода и сульфидов в поверхностных водах являются восстановительные процессы, протекающие при бактериальном разложении и биохимическом окислении органических веществ естественного происхождения и веществ, поступающих в водоем со сточными водами (хозяйственно-бытовыми, предприятий пищевой, металлургической, химической промышленности, производства сульфатной целлюлозы (0,01-0,014 мг/дм3) и др.). Особенно интенсивно процессы восстановления происходят в подземных водах и придонных слоях водоемов в условиях слабого перемешивания и дефицита кислорода. Значительные количества сероводорода и сульфидов могут поступать со сточными водами нефтеперерабатывающих заводов, с городскими сточными водами, водами производств минеральных удобрений. Концентрация сероводорода в водах быстро уменьшается за счет окисления кислородом, растворенным в воде, и микробактериологических процессов (тионовыми, бесцветными и окрашенными серными бактериями). В процессе окисления сероводорода образуются сера и сульфаты. Интенсивность процессов окисления сероводорода может достигать 0,5 грамм сероводорода на литр в сутки. Причиной ограничения концентраций в воде является высокая токсичность сероводорода, а также неприятный запах, который резко ухудшает органолептические свойства воды, делая ее непригодной для питьевого водоснабжения и других технических и хозяйственных целей. Появление сероводорода в придонных слоях служит признаком острого дефицита кислорода и развития заморных явлений [9], [31]. Для водоемов санитарно-бытового и рыбохозяйственного пользования наличие сероводорода и сульфидов недопустимо (ПДК — полное отсутствие) [33].

Сульфаты

Присутствуют практически во всех поверхностных водах и являются одним из важнейших анионов. Главным источником сульфатов в поверхностных водах являются процессы химического выветривания и растворения серосодержащих минералов, в основном гипса, а также окисления сульфидов и серы:

               2FeS2 + 7O2 + 2H2O = 2FeSO4 + 2H2SO4;
               2S + 3O2 + 2H2O = 2H2SO4.

Значительные количества сульфатов поступают в водоемы в процессе отмирания организмов и окисления наземных и водных веществ растительного и животного происхождения и с подземным стоком. В больших количествах сульфаты содержатся в шахтных водах и в промышленных стоках производств, в которых используется серная кислота, например, окисление пирита.

Сульфаты выносятся также со сточными водами коммунального хозяйства и сельскохозяйственного производства. Ионная форма SO42- характерна только для маломинерализованных вод. При увеличении минерализации сульфатные ионы склонны к образованию устойчивых ассоциированных нейтральных пар типа CaSO4, MgSO4.

сульфатных ионов в растворе ограничивается сравнительно малой растворимостью сульфата кальция (произведение растворимости сульфата кальция L=6,1·10-5). При низких концентрациях кальция, а также в присутствии посторонних солей концентрация сульфатов может значительно повышаться. Сульфаты активно участвуют в сложном круговороте серы.

При отсутствии кислорода под действием сульфатредуцирующих бактерий они восстанавливаются до сероводорода и сульфидов, которые при появлении в природной воде кислорода снова окисляются до сульфатов. Растения и другие автотрофные организмы извлекают растворенные в воде сульфаты для построения белкового вещества.

После отмирания живых клеток гетеротрофные бактерии освобождают серу протеинов в виде сероводорода, легко окисляемого до сульфатов в присутствии кислорода. Концентрация сульфатов в природной воде лежит в широких пределах. В речных водах и в водах пресных озер содержание сульфатов часто колеблется от 5-10 до 60 мг/дм3, в дождевых водах — от 1 до 10 мг/дм3.

В подземных водах содержание сульфатов нередко достигает значительно больших величин. Концентрация сульфатов в поверхностных водах подвержена заметным сезонным колебаниям и обычно коррелирует с изменением общей минерализации воды. Важнейшим фактором, определяющим режим сульфатов, являются меняющиеся соотношения между поверхностным и подземным стоком.

Заметное влияние оказывают окислительно-восстановительные процессы, биологическая обстановка в водном объекте и хозяйственная деятельность человека [14]. Повышенные содержания сульфатов ухудшают органолептические свойства воды и оказывают физиологическое воздействие на организм человека.

Вкусовой порог сульфата магния лежит в пределах от 400 до 600 мг/дм3, для сульфата кальция — от 250 до 800 мг/дм3. Наличие сульфата в промышленной и питьевой воде может быть как полезным, так и вредным [31]. ПДКв сульфатов составляет 500 мг/дм3, ПДКвр — 100 мг/дм3 [33]. Не замечено, чтобы сульфат в питьевой воде влиял на процессы коррозии, но если используются свинцовые трубы, то концентрация сульфатов выше 200 мг/дм3 может привести к вымыванию в воду свинца.

Сероуглерод

Прозрачная летучая жидкость с резким запахом. Может в больших количествах попадать в открытые водоемы со сточными водами комбинатов вискозного шелка, заводов искусственной кожи и ряда других производств.

При содержании сероуглерода в количестве 30-40 мг/дм3 наблюдается угнетающее влияние на развитие сапрофитной микрофлоры. Максимальная концентрация, не оказывающая токсического действия на рыб — 100 мг/дм3. Сероуглерод является политропным ядом, вызывающим острые и хронические интоксикации.

Поражает центральную и периферическую нервную систему, вызывает нарушения сердечно-сосудистой системы. Оказывает поражающее действие на органы желудочно-кишечного тракта. Нарушает обмен витамина В6 и никотиновой кислоты.

ПДКв — 1,0 мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности — органолептический), ПДКвр — 1,0 мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности — токсикологический) [12], [33].

Анализ на содержание в крови неорганического фосфора и его расшифровка

В процессе диагностики многих заболеваний назначается биохимический анализ. Это исследование позволяет проверить состав крови, чтобы своевременно выявить патологические изменения. Один из элементов, количественное значение которого может быть определено в процессе исследования, является фосфор неорганический. Какова роль этого элемента и о чем говорит изменения его уровня?

Фосфор – это минерал, который содержится в тканях организма в разных формах. Основная часть (до 85%) элемента в виде солей является частью костной ткани. Оставшаяся часть включена в состав клеток мышц и растворена в крови. Проводимый биохимический анализ необходим для выяснения количества элемента в биологических жидкостях.

Общая информация

Элемент входит в состав тканей в виде соединений с органическими и неорганическими веществами. Большая часть этого элемента находится внутри клетки и только около одного процента общего объема приходится на межклеточные жидкости. В сыворотке крови представлены, в основном, неорганические соединения, их количественное значение можно определить, проведя биохимический анализ.

Этот показатель важен для диагноста, так как по его изменению можно судить о наличии патологий в организме. Роль неорганического фосфора заключается в регуляции кислотно-основного баланса, кроме того, фосфаты принимают участие:

• в процессе метаболизма основных питательных веществ;
• в образовании других соединений, необходимых для совершения обменных процессов.

Веществом, регулирующим обмен фосфора, является паратиреоидный гормон. При повышении уровня неорганических соединений в крови гормон активирует процесс их выведения через почки. Кроме того, на количественное содержание фосфатов оказывают влияние инсулин и кальцитонин.

Совет! Обменные процессы фосфора и кальция очень тесно связаны. Поэтому при проведении диагностики нередко назначается биохимический анализ с определением количественного содержания этих двух элементов.

Показания

Назначить анализ на содержание фосфора могут при наличии следующих показаний:

• при необходимости оценки фосфорно-кальциевого обмена;
• при нарушениях деятельности почек;
• при нарушениях синтеза паращитовидных гормонов.

Симптомы гипофосфатемии

Пониженный уровень содержания фосфатов часто отмечается у больных, перенесших хирургическую операцию. Снижение уровня отмечается при потерях элемента путем избыточного выведения через мочевыделительную систему. Кроме того, потеря элемента может отмечаться при снижении уровня всасывания:

• при недостаточном поступлении в организм витамина D;
• при применении лекарств, повышающих интенсивность связывания фосфатов.

Клинические признаки гипофосфатемии:

• мышечная слабость;
• застойная сердечная недостаточность;
• дыхательная недостаточность.

При хроническом дефиците фосфора развивается нарушение минерализации костей. У детей развивается рахит, у взрослых – остемаляция.

Симптомы гиперфосфатемии

Если уровень содержания фосфатов повышен, то отмечаются следующие клинические появления:

• гипокальциемия;
• артериальная гипертензия;
• почечная недостаточность.

Процедура

Чтобы анализ позволил получить корректные результаты, пациент должен правильно подготовиться к забору пробы крови. Правила подготовки:

• забор материала производится в утреннее время, натощак;
• после последнего приема пищи должно пройти 8-12 часов;
• накануне следует воздержаться от переедания, употребления алкоголя и жирных продуктов;
• не рекомендуется сдавать анализ крови после прохождения УЗИ, рентгена, флюорографии, процедур физиотерапии.

На результаты исследования оказывает влияние прием лекарственных препаратов. Поэтому нужно минимум за неделю прекратить прием лекарств. А если это невозможно, то необходимо вносить корректировки при расшифровке анализа.

Совет! Прием препаратов тетрациклина, витамина D, стероидов приведет к тому, что результат анализа будет повышен. К снижению содержания фосфатов приведет прием гормональных контрацептивов, фруктозы, глюкозы, инсулина.

Нормальные значения и отклонения

Нормальные значения при проведении анализа на неорганический фосфор составляют (в моль/л):

• для детей – 1,29 – 2,26;
• для подростков старше 14 лет и взрослых – 0,81 – 1,45.

Если показатели повышены

Уровень фосфатов может быть повышен при следующих патологиях:

• неправильное применение препаратов фосфора;
• сахарный диабет;
• заболевания почек;
• парагипотиреоз;
• акромегалия;
• заболевания костей, период восстановления после перелома;
• усиленные физические нагрузки.

Если показатели снижены

Низкое содержание фосфатов может быть обусловлено:

• нарушением всасывания фосфатов в ЖКТ;
• прием средств, связывающих фосфаты;
• наследственная предрасположенность к гипофосфатемии;
• период восстановления после тяжелых ожогов.

Итак, неорганический фосфор – это соединение, присутствующее в сыворотке крови в виде анионов. Определение количественного значения этого элемента необходимо для оценки состояния фосфорно-кальциевого баланса, а также в процессе диагностики заболеваний внутренних органов.