Сульфаты

Сульфаты являются одним из важнейших анионов и присутствуют практически во всех поверхностных водах.

Источники. Главным источником сульфатов в поверхностных водах являются процессы химического выветривания и растворения серосодержащих минералов, в основном гипса, а также окисления сульфидов и серы

СаСО₃ + Н₂SO₄ = СаS0₄ + Н₂О + СО₂;

2FеS₂ + О₂ + 2Н₂О = 2FеS0₄ + 2H₂SO₄ ;

2S + 30₂ + 2Н₂О = 2Н₂S0₄.

Значительное количество сульфатов поступает в водоемы в процессе отмирания организмов и окисления наземных и водных веществ растительного и животного происхождения и с подземным стоком.

Сульфаты выносятся со сточными водами предприятий стекольной, бумажной, мыловаренной, текстильной промышленности, а также с бытовыми стоками и водами, выносимыми с сельскохозяйственных угодий.

Из пересыщенных растворов сульфаты могут выделяться в виде кристаллов, главным образом, мирабилита или глауберовой соли Na₂S0₄•10H₂0.

Формы миграции. Ионная форма SO₄^2- характерна только для низкоминерализованных вод. При увеличении минерализации сульфатные ионы склонны к образованию устойчивых ассоциированных нейтральных ионных пар типа СаSO₄⁰, МgS0₄⁰, образующихся в результате электростатического взаимодействия противоположных заряженных ионов.

В природных условиях сульфаты активно участвуют в сложном круговороте серы. При отсутствии кислорода (анаэробные условия) под действием сульфатредуцирующих бактерий последние восстанавливаются до сероводорода.

Выделяющиеся при соответствующих условиях сульфиды и сероводород (под действием метаболического окисления сероводорода кислородом воздуха или фотосинтетическими зелеными и пурпурными бактериями, могут вновь окисляться до серы, а затем сульфатов).

2FeS₂ + 0₂ + 2Н₂О = 2Н₂S0₄ + 2FeS0₄;

2S + O₂ + 2Н₂О = 2Н₂S0₄

СаСОз + Н₂S0₄ = СаS0₄ + Н₂О + СО₂;

СаSO_4тв СаSO_{4 раств.} Са²⁺ + SO₄^-2 .

Растения и другие автотрофные организмы извлекают растворенные в воде сульфаты для построения белкового вещества. При последующем отмирании живых клеток гетеротрофные бактерии освобождают серу протеинов в виде сероводорода, легко окисляемого до сульфатов в аэробных условиях.

Cодержание в поверхностных водах.

Сульфаты преобладают в основном в водах с повышенной минерализацией (до 4-5 г/л), относящихся к сульфатному типу.

Водоемы с водами сульфатного типа расположены, главным образом, в степной и полустепной зонах и занимают 3-4% речных бассейнов территории России и стран СНГ.

В речных водах и в водах пресных озер Беларуси содержание сульфатов часто колеблется от 5-10 до 60 мг SO²₄^-/л, в дождевых водах - от 1 до 10 мг SO^2-₄/л, в подземных водах содержание сульфатов нередко достигает более высоких величин..

Концентрация сульфатов в поверхностных водах подвержена заметным сезонным колебаниям и обычно коррелирует с изменением общей минерализации воды. Важнейшим фактором, определяющим их режим, являются меняющиеся соотношения между поверхностным и подземным стоком. Заметное влияние могут оказывать интенсивность окислительно-восстановительных процессов, биологическая обстановка в водоеме и, конечно, антропогенные факторы.

Свойства, цели наблюдения. Повышенное содержание сульфатов ухудшает органолептические свойства воды и оказывает физиологическое воздействие на человеческий организм. Поэтому концентрация сульфатов в водах, используемых в целях водоснабжения, ограничена 100 мг SO₄^2-/л. Весьма жесткие требования по содержанию сульфатов предъявляются к водам, питающим паросиловые установки, поскольку в присутствии кальция сульфаты образуют прочную накипь. Данные о содержании сульфатов в водах необходимы при решении вопросов, связанных с происхождением вод, степенью метаморфизации их состава при оценке возможности использования вод для питьевого и хозяйственного водопотребления, для орошения, при строительстве гидротехнических сооружений.

Отбор проб, обработка и хранение. Определение сульфатов обычно проводят в фильтрованной пробе. Пробы можно консервировать (2-4 мл СНС1з на 1 дм³ воды) и хранить при температуре 3-4 °.

Качественное определение. Перед выполнением анализа можно провести качественное определение сульфатов в исследуемой пробе воды.

Для этого берут 5 мл исследуемой пробы воды, прибавляют 4-5 капель НС1 (1:1) и 0,5 мл 10% раствора ВаС1₂. По характеру образующейся мути и осадка ориентировочно судят о содержании сульфатов в исследуемой воде

Содержание сульфатов в зависимости от характера мути

Характер мути и осадка	Отсутствие мути	Слабая муть, появляющаяся через несколько минут	Слабая муть, появляющаяся сразу.	Сильная муть, быстроосе-дающая
Содержание , мг/л	5	5-10	10-100	100-500

Методы определения.

Для определения сульфатов предложен ряд методов: весовой, титриметрический, в том числе комплексонометрический, фотометрический, турбодиметрический, полярографический с использованием ионселективных электродов и др.

Наиболее распространенный весовой метод является высокоточным, однако, трудоемок и длителен. Поэтому его можно рекомендовать в качестве арбитражного при возникновении спорных вопросов.

В последние годы распространение получают титриметрические методы, основанные на прямом титровании сульфатов ионами свинца или бария в присутствии чувствительных металлоиндикаторов. При титровании ионами свинца часто используется дитизон, дающий в эквивалентной точке четкий переход окраски раствора. Наиболее широкое применение получил ортаниловый К, дающий четкий переход окраски и сравнительно доступный при массовом использовании

Для определения невысоких концентраций сульфатов наиболее целесообразно применять турбидиметрические методы, которые просты и удобны для использования не только в стационарных, но и в полевых условиях. Однако надежность результатов в значительной мере зависит от строгого соблюдения стандартных условий.