Нашли неточность, аошибку в тексте?

Выделите текст и нажмите
Ctrl + Enter и напишите вашу версию текста.
Спасибо.

Мы бесплатно разместим статьи, тексты, книги, публикации на Эко портале обращайтесь portaleco.ru@gmail.com

 ВЕЛИЧИНА рН И ЖЕСТКОСТЬ ВОДЫ.
(0 голоса, среднее 0 из 5)
Статьи - Экологические аспекты ихтиотоксикологии

ВЕЛИЧИНА рН И ЖЕСТКОСТЬ ВОДЫ.

Величина рН.

Изменение концентрации водородных ионов и смещение активной реакции воды в кислую, или щелочную, сторону оказывают заметное влияние на устойчивость рыб к ядам, а также меняет степень токсичности различных групп веществ, поступающих со сточными водами в рыбохозяйственные водоемы. Имеющиеся сведения касаются довольно обширной группы токсических веществ и первыми среди них следует упомянуть аммиак, аммоний и аммонийные соли. Исследователи обратили внимание, что устойчивость рыб к некоторым аммонийным солям, таким, как NH4CI и (NH4)2S04, значительно ниже в щелочной среде, чем в нейтральной.

Эти и другие факты позволили П. Дудорову и М. Катцу  высказать предположение, что варьирование величины рН лежит в основе широкого расхождения данных относительно степени токсичности аммонийных солей в различных водах. М. Эллис  отмечает, что токсичность аммонийных солей возрастает даже при незначительном повышении величины рН (с 7,4 до 8,0) почти в 2 раза. Дальнейшее изучение этого вопроса, предпринятое К. Вурманом и другими специалистами, принесло с собой удовлетворительное подтверждение прежних наблюдений. Опыты, проведенные с неионизированным свободным аммиаком и аммонием (NH3-H2O) и аммонийными солями на относительно устойчивом виде рыб — толстолобике (Squalis cephalus), показали, что устойчивость рыб к этим соединениям тесно связана с величиной рН испытуемого раствора (от 7,0 до 9,5) и определяется главным образом активной реакцией среды.

Д. Лангвелл и Ф. Пентелов, изучая токсическое действие сульфидов на ручьевую форель, обнаружили, что устойчивость рыб и к этой группе ядов меняется с изменением величины рН в пределах от 6,0 до 9,0 единиц при постоянной концентрации яда 3,2 мг/л. Понижение величины рН на 2 единицы (с 9,0 до 7,0) привело к резкому падению устойчивости, показателем которой служило время гибели испытуемых рыб: со 120 до 8 мин.

Влияние концентрации водородных ионов на устойчивость рыб к растворам различных металлов редко служило предметом специального внимания, и многие исследователи, изучая их токсическое действие, не обращали внимание на активную реакцию растворов.

Между тем соли многих металлов интенсивно гидролизуются и их токсический эффект может быть обусловлен не непосредственным вредным действием катионов металлов, а конечной кислотностью раствора. Хорошо известно, например, что водные растворы различных солей металлов, среди которых можно назвать хлориды, нитраты или сульфаты аммония, железа, хрома, стронция, марганца, меди, свинца, имеют кислую реакцию вследствие частичного гидролиза. В случае попадания таких растворов в естественную щелочную воду в осадок выпадает малорастворимая гидроокись или основание соли, а вместе с этим меняется фактическая концентрация токсического агента в растворе. Именно с этих позиций следует подойти к оценке данных  относительно способности некоторых рыб (молодь черного окуня) противостоять чрезвычайно высоким концентрациям сульфата меди — до 150 мг/л CuS04-5H20 при растворении ее в жесткой, высокощелочной воде. При таких условиях образуется нерастворимое основание карбоната меди (Си(ОН)2), выпадающее в осадок и не оказывающее токсического влияния на рыб. Отметим также, что аэрация токсического раствора во время опытов приводит к удалению свободной С02 и дополнительно повышает тем самым величину рН. Интересно в этой связи привести данные П. Дудорова, отчетливо демонстрирующие влияние аэрации и величины рН на устойчивость рыб к сернокислой меди. В опытах, проведенных на ушастом окуне, показано, что рыбы в состоянии выдержать концентрацию 500 мг/л CuS04-5H20, добавленную в высокощелочную воду, в течение 6 сут. Раствор меди непрерывно аэрировался на протяжении всего опыта и за полтора часа до погружения рыб в него. Если же раствор не аэрировался, то подопытные рыбы погибали через 110—115 мин после погружения.

В другой серии опытов к щелочной воде добавляли 208 мг/л сернокислой меди и различные количества соляной кислоты. Токсический раствор аэрировался. При рН 7,1 в этом растворе в течение 10 сут погибло 6 окуней из 10. В растворе с рН 7,6; 8,0; 8,4 (после аэрации) все 10 окуней оставались живыми на протяжении 10 сут, а в более кислой среде при рН 6,5; 6,1 и 5,0 подопытные рыбы погибли за 6 ч. Интересны результаты опытов Джонса, выполненные им на колюшке с раствором хлористого железа. Автор установил, что с понижением величины рН устойчивость рыб к хлорному железу резко падает. Так, например, при рН 4,6 (1,5 мг/л Fe) рыбы погибали в течение 72 ч, при рН 4,4 (2,0 мг/л Fe) — в течение 48 ч. Последующее снижение величины рН до 4,2 (3 мг/л Fe); 3,8 (7,0 мг/л Fe) и 3,4 (20 мг/л Fe) сопровождалось сокращением времени гибели и было равно 24, 6 и 3 ч соответственно. Динамика гибели испытуемых рыб в различных растворах хлористого железа и в различных растворах соляной киспоты с соответствующей величиной рН была идентичной. Следовательно, токсичность растворов FeCI3 обусловлена главным образом его кислотностью. Этот вывод был подтвержден и в опытах с сернокислым железом. Раствор FeS04, вначале слегка кислый, в ходе опытов становился высококислотным и коричневым по цвету вследствие образования H2S04 и Fe(OH)3 путем гидролиза и окисления. Токсичность этого раствора также объясняется его кислотностью. Вместе с тем растворы AI(N03)3 и Cr2S04 уже при рН, равном 5,0 или 6,0, вызывают гибель испытуемых рыб за 24— 144 ч, что не связано с кислотностью этих растворов, ибо соляная кислота с равной величиной рН не оказывала на рыб выраженного токсического действия.

В последующих работах, направленных на выявление степени токсичности различных металлов, эти наблюдения, к сожалению, не нашли должного резонанса и можно сослаться еще только на сообщение X. Бандта  о зависимости токсичности железа от величины рН, а также на более поздние работы Ф. Трама и Р. Бенойта  и С. Тарзвелла и С. Хендерсона. Изучая токсичность шестивалентного хрома, Ф. Трам и Р. Бенойт пришли к выводу, что устойчивость голубожаберника резко повышается с увеличением щелочности раствора. На основе этого факта авторы предлагают интересный, на наш взгляд, способ снижения токсичности шестивалентного хрома путем разбавления сточных вод, содержащих хром, щелочью.

Устойчивость рыб к некоторым другим мало распространенным металлам, среди которых можно назвать бериллий и уран, также определяется величиной рН. Все эти материалы свидетельствуют о важном значении активной реакции среды в определении степени устойчивости рыб к большой группе металлических солей, встречающихся в составе различных промышленных сточных вод.

Имеются разрозненные данные относительно зависимости устойчивости рыб от величины рН и ядов, содержащихся в промышленных сточных водах. Так, например, по данным английской лаборатории изучения водных загрязнений, устойчивость радужной форели к токсическому действию хлора значительно выше в нейтральной и слабощелочной среде (7,4 и 8,2), чем в слабокислой (рН 6,2). Противоречивые данные получены в опытах с цианидами. Ф. Бринлей, а затем К. Вурман и X. Вокер, изучая токсическое действие растворов цианидов, пришли к выводу, что активным началом при этом является недиссоциированная цианистая кислота (HCN), токсическое действие которой уменьшается с повышением величины рН. К. Вурман и X. Вокер  в опытах на голавлях сумели обнаружить, что токсичность раствора концентрацией 0,66 мг/л удваивалась при изменении рН от 8,84 до 7,58. Однако Б. Соутгейт  пришел к выводу, что токсичность цианистого натрия для радужной форели остается без каких-либо изменений при увеличении рН от 6,0 до 8,5.

По мнению английских исследователей, токсичность фенола также не зависит от величины рН.

Таким образом, наряду с данными, свидетельствующими о важной роли активной реакции среды в определении уровня токсикорезистентности рыб и степени токсичности различных компонентов промышленных сточных вод, имеются работы, в которых значение величины рН не выявляется столь демонстративно или отрицается вообще. Из этого следует, что роль рН в определении устойчивости рыб к различным группам ядов промышленных сточных вод еще не ясна и нуждается в дополнительном исследовании. В связи с этим нами было предпринято специальное исследование с целью выявить характер зависимости двух основных параметров концентрация — время, определяющих скорость развития, выраженность и исход токсического процесса от величины рН.

Изучалось токсическое действие фенола шести концентраций: 25, 50, 100, 200, 400 и 800 мг/л при изменении величины рН от 4,0 до 11,0. Мы считали, что использование большой шкалы летальных концентраций фенола, равно как и широкого диапазона величин рН, позволит наиболее полно охарактеризовать возможные изменения в устойчивости рыб к яду, которые при другой конструкции опытов могут быть не отмечены.

Методическая сторона опытов уже описывалась нами ранее. Укажем только, что опыты проводились при стандартных условиях: температура 15°С; содержание кислорода 7—4,5 мг/л; жесткость 10 Н°. Результаты определения продолжительности жизни в токсическом растворе при различных рН подвергали Ьтатистической обработке, используя непараметрический критерий Вилкоксона.

В первой части нашего исследования опыты проводились на 150 карасях 3-летнего возраста при рН 3,0; 4,0; 7,2; 9,0; 11,0 и 12,0. Концентрация фенола во всех случаях была 50 мг/л, вызывающая развернутую трехфазную картину фенольной интоксикации. Контрольные опыты, направленные на выявление устойчивости карасей к водородным ионам различной концентрации, показали, что крайние величины используемой нами шкалы рН {3,0 и 12,0) остро токсичны и вызывают гибель в течение 1,0 и 2,2 ч соответственно. Следующие две крайние величины рН (4,0 и 11,0) не оказывали заметного токсического эффекта в течение 10 сут, и поведение подопытных рыб ничем не отличалось от контрольных. Результаты опытов в растворе фенола концентрацией 50 мг/л при 5 различных величинах рН не показали сколь-нибудь существенных изменений в устойчивости карасей к фенолу под влиянием изменения концентрации водородных ионов (рис. 34) (табл. 29). Следует отметить при этом, что в растворах фенола с крайними значениями рН (4,0 и 11,0) имела место статистически недостоверная тенденция ускорения гибели рыб в сравнении с контролем (рН 7,2). В связи с этим возникла необходимость более подробного изучения устойчивости рыб к фенолу при этих величинах. С этой целью детально сопоставлялся характер зависимости "концентрация — время" при рН 4,0 и 11,0, но с большим диапазоном летальных концентраций фенола (от 25 до 800 мг/л), ибо сравнение эффективности всей шкалы концентраций, несомненно, дает больше сведений для оценки изучаемого фактора, чем суждение о нем по какой-либо одной концентрации.

Итоговые результаты этой серии опытов, проведенной на 360 карасях (240 опытных и 120 контрольных), приведены в табл. 30и позволяют отметить, что характер зависимости концентрация — время, а стало быть, и устойчивость при испытании токсичности фенола с рН 4,0 и 11,0 фактически не меняются в широком диапазоне летальных концентраций, а динамика гибели подопытных рыб имеет сходный характер при различных рН (рис. 35). Вместе с тем устойчивость рыб к минимальной смертельной концентрации фенола 25 мг/л несколько изменилась и время гибели при рН

Таблица 29. Средняя продолжительность жизни карасей в растворе фенола концентрацией 50 мг/л при различных величинах рН

Величина рН

Количество испытуемых рыб, шт.

Средняя длина рыб, см

Средняя масса рыб, г

Средняя продолжительность жизни, ч

4,0

20

8,7

9,0

6,1

5,0

20

8,7

10,5

7,5

7,2

20

9,2

10,3

7,2

9,0

20

8,0

10,8

5,6

11,0

20

8,1

9,1

5,8


Зависимость времени выживания карасей от концентрации фенола при разных величинах рН

Рис. 35. Зависимость времени выживания карасей от концентрации фенола при разных величинах рН:

1 — время выживания при рН 7,2; 2 - при рН 4,0; 3 - при рН 11,0

4,0 сократилось в 1,7 раза в сравнении с контролем (рН 7,2), а при рН 11,0 - в 1,9 раза. Обращает на себя внимание и тот факт, что токсичность фенола изменялась в одну сторону (увеличилась) как в кислом растворе, так и щелочном. По-видимому, это можно объяснить неспецифическим повреждающим влиянием указанных величин рН, ослабляющих устойчивость рыб к различным патологическим воздействиям. В растворе фенола концентрацией 800 мг/л среднее время гибели карасей при рН 4,0 короче на 20 мин, чем в контроле. Различие оказалось статистически достоверным, но, отвлекаясь от чисто формального подхода, можно считать, что в токсикологическом отношении такое различие несущественно.

Выявленные незначительные различия продолжительности жизни карасей в растворах фенола разной концентрации в большинстве случаев не получили подтверждения при статистической обработке.

Так, из 6 концентраций фенола при величине рН 4,0 различие среднего времени выживания у контрольных и подопытных рыб оказалось недостоверным в четырех случаях (50, 100, 200 и 400 мг/л) и только при двух концентрациях (25 и 800 мг/л) обнаруженное различие получило статистическое подтверждение. Аналогичная картина была выявлена и при обработке результатов опытов при рН 11,0. Здесь только в одном случае в растворе фенола концентрацией 25 мг/л обнаруженное различие оказалось статистически реальным.

Сопоставляя результаты наших опытов с данными английских авторов, представленных в табл. 31, следует прийти к выводу, что они в общем совпадают и свидетельствуют о слабой связи между устойчивостью рыб к фенолу и величиной рН токсического раствора.

Время выживания карасей в растворе фенола концентрацией 50 мг/л при различных рН

Рис. 34. Время выживания карасей в растворе фенола концентрацией 50 мг/л при различных рН

Однако необходимо иметь в виду при этом, что устойчивость рыб при крайних величинах рН (4,0 и 11,0), оказывающих, по-видимому, субтоксическое влияние на организм, заметно снижается, что находит свое отра

Таблица 30. Средняя продолжительность жизни рыб при изменении концентрации фенола и величины рН, ч

Величина рН

4,0 7,2 11,0

Количество

Концентрация фенола, мг/л

рыб, шт.

120 120 120

25

37,3 62,8 32,2

50

6,8 7,3 4,8

100

3.3

200

6,8 4,2 3,4

400

2,6 3,3 3,8

800

0,75 10 1,0

жение в сокращении времени выживания при минимальных летальных концентрациях фенола.

Рассматривая пути влияния меняющейся концентрации водородных ионов на результаты опытов по определению степени токсичности различных компонентов промышленных сточных вод, необходимо выделить два из них: прямой и косвенный. Косвенный путь - это изменение токсичности самих веществ за счет различных химических превращений, обусловленных сдвигом активной реакции среды в ту или иную сторону. В качестве иллюстрации можно сослаться на отмеченное выше изменение токсичности солей различных металлов вследствие частичного, или полного, гидролиза, образования плохо растворимых карбонатов и выпадения их в осадок. Известно также, что токсичность некоторых соединений, таких, как аммоний или различных цианидов, значительно выше у недиссоциированных молекул в сравнении с диссоциированными ионами. Именно поэтому токсичность аммония возрастает с увеличением рН раствора в силу нарастания концентрации неионизированных молекул. По существу, в данном случае изменение токсичности под влиянием рН достигается путем изменения концентрации токсического агента, а не его химического превращения. Что касается токсичности цианидов, то ее нарастание имеет место при сдвиге рН раствора в кислую сторону и уменьшается при добавлении щелочей.


Похожие статьи:

Добавить статью в закладки

 
Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Полное или частичное копирование материалов сайта разрешается только при указании активной ссылки на экологический портал!
Материалы размещены и подготовлены для образовательных и некоммерческих целей.
ООО "Новая Экология" © 2010 - 2016