WODY

POWIERZCHNIOWE

•

Konspekt

1.

obiekty

hydrograficzne

2.

czynniki kształtujące

skład wody

3.

skład wód
powierzchniowych

4.

metody oznaczania
cech fizycznych wody

5.

metody oznaczania
własności
chemicznych wody

Wody powierzchniowe -
wody występujące na
powierzchni ziemi, łatwe do
bezpośredniego ujęcia
(czerpania).

Objętość

w tys. km

3

% całości

wody

słodkiej

Strumień

w tys.

km

3

/rok

czas obiegu

w latach

Woda słona
Oceany

1 350 000

425

3 000

Woda słodka
Lód

27 800

69

2.4

12 000

Wody podziemne

8 000

30

15

500

Jeziora

220

0.5

Wilgoć glebowa

70

0.2

90

0.8

Atmosfera

15 0.038

496

0.03

Zbiorniki wodne

5 0.013

Rzeki

2 0.005

40

0.05

Biomasa

2 0.005

RAZEM

40 114

Hydrosfera

punktowe obiekty hydrograficzne

kryterium podziału - sposób wypływu wody
(Thieneman 1926)

Źródłem nazywamy wypływ wód podziemnych, lub inaczej
miejsce w którym wody podziemne wydostają się na
powierzchnię.

reokreny - woda wypływa na powierzchnię
bezpośrednio po stoku, dając najczęściej
początek potokowi

limnokreny - woda wypływa na powierzchnię
bezpośrednio do zbiornika, którego misa
może być niewielka (poj. kilku litrów) lub
mieć wielkość kilku ha

helokreny - woda wysięka bezpośrednio pod
warstwą gleby tworząc rozległe tereny
podmokłe, zwane inaczej młakami

cieki naturalne :
strumyk
potok
rzeka

bieg górny

bieg

środkowy

bieg dolny

delta

estuarium

Zlewnia

- jest to całość obszaru, z którego

wody spływają do danej rzeki (jeziora, bagna
itp.) lub jej fragmentu.
Zlewnia dotyczy zarówno wód
powierzchniowych, jak i podziemnych.
Częścią zlewni może być dorzecze danej rzeki.

Dorzecze

- obszar, z którego wody powierzchniowe

spływają do jednej rzeki, zwanej rzeką główną.
Rzeki wpadające do rzeki głównej noszą nazwę
dopływów

1 rzędu.

Granicą dorzecza jest

dział wodny

.

liniowe obiekty hydrograficzne

W Polsce wyznaczono obszary dorzeczy:
Odry obejmujące również dorzecza rzek Przymorza
na zachód od ujścia Słupi, a także wpadających do
Zalewu Szczecińskiego,
Wisły obejmujące również dorzecza rzek Przymorza
na wschód od ujścia Słupi, a także wpadających do
Zalewu Wiślanego
obszary dorzeczy obejmujące znajdujące się na
terytorium Rzeczypospolitej Polskiej części
międzynarodowych dorzeczy: Dniestru, Dunaju,
Jarft, Łaby, Niemna, Pregoły, Świeżej, Ücker.

Osiągnięciu dobrego stanu ekologicznego wód na
terenie całej Unii Europejskiej do roku 2015 będą
służyły programy działań zawarte w planach
gospodarowania wodami na obszarach dorzeczy, które
zostaną opracowane do roku 2009.

obszarowe obiekty hydrograficzne

małe zbiorniki wodne

(staw, sadzawka, basen,

wyrobisko, zapadlisko)

jeziora

czynniki kształtujące skład
wody

1. budowa geologiczna zlewni

2. zdolność sorpcyjna kompleksu glebowego

3. topografia zlewni i jej zagospodarowanie

4. procesy wietrzenia skał

5. procesy fizyczne

6. procesy chemiczne

7. powierzchnia wody

8. głębokość zbiorników

9. stopień regulacji rzek

10. prędkość przepływu

wskaźniki:

•fizyczne

•chemiczne

•biologiczne

domieszki

•
zawieszone

• koloidalne

•
rozpuszczon
e

ROZPORZĄDZENIE MINISTRA ŚRODOWISKA

z dnia 11 lutego 2004 r.

w sprawie klasyfikacji dla prezentowania stanu wód

powierzchniowych i podziemnych, sposobu

prowadzenia monitoringu oraz sposobu

interpretacji wyników i prezentacji stanu tych wód

(Dz. U. Nr 32, poz. 284)

Na podstawie art. 49 ust. 4 pkt 1 i 2 lit. a-c i lit. e-g

oraz pkt 3 ustawy z dnia 18 lipca 2001 r. - Prawo

wodne (Dz. U. Nr 115, poz. 1229, z późn. zm. )

zarządza się, co następuje:

cechy fizyczne
wody

1.   barwa
2.   zapach
3.   temperatura
4. odczyn
5.   mętność – zawiesiny
ogólne

6.   przezroczystość

7.   smak  
8. gęstość
9. rozpuszczalność

1. Barwa

(pozorna, rzeczywista),

zielonkawa

1. związki

humusowe

2. plankton
3. roślinność
4. jony metali (Fe,

Mn

)

chloroplatynian potasu
K

2

PtCl

6

chlorek kobaltu CoCl

2

·

6H

2

O

K

2

Cr

2

O

7

+ CoSO

4

· 7H

2

O

skala wzorców

550 mg Pt/dm

3

5250 mg Pt/dm

3

1mg Pt/dm

3

1mg Pt/l

2. Zapach

H

2

S,

Cl

1. związki pochodzenia organicznego - zakwit

glonów

2. produkty mineralizacji osadów dennych
3. gazy

3. Temperatura

głębokość  temperatura

lato zima

krotność rozcieńczenia

1 - 20

wody naturalne nie zanieczyszczone charakteryzują się
zapachem  roślinnym.

o

C

22 –28

o

C

zmienna w ciągu roku

0-25

o

C

4. Odczyn

pH 6,59,0

•

kwaśne deszcze

•

związki humusowe

•

ścieki, FeSO

4

siła
elektromotoryczna

pehametr

papierek wskaźnikowy

5.
Mętność

(załamanie światła)

•związki organiczne

•glina, iły

•związki Mn, Fe, Al

wizualne i
instrumentalne

kilka  kilkadziesiąt 

1000g/m

3

stan  mętność 

wizualna turbidymetryczna 05 mg/dm

3

wizualna turbidymetryczna 550 mg/dm

3

(rozcieńczanie)

nefelometryczna, mętnościometr, wykreślenie krzywej
turbidymetryczna świecowa Jacksona

1mg SiO

2

/dm

3

wody (ziemia
okrzemkowa)

5a. Zawiesiny ogólne

mg/dm

3

mg/l

15 – 100 mg/l

wagowo po filtracji przez sączek z włókna szklannego

6.

Przezroczystość

(zamiast mętności)

określenie wysokości słupa wody w cm
przez, który obserwowany druk wzorcowy
daje się odczytać

7.
Smak

funkcja rodzaju i ilości występujących substancji
oraz temperatury

•procesów biochemiczne

•zanieczyszczenia pochodzenia antropogenicznego

zamarzając woda

zmniejsza

a nie

zwiększa

swoją gęstość

zabezpieczenie zbiorników wodnych (jeziora,
stawy) przed zamarzaniem do dna podczas
surowych zim, umożliwiając tym samym
przetrwanie życia w tych zbiornikach

8. Gęstość

[g/cm

3

]

0

o

C - 0,99987 g/cm

3

areometr
piknometr

największa gęstość wody występuje nie w
punkcie zamarzania - 0

o

C, lecz w

temperaturze 3,98

o

C  4

o

C

9. Rozpuszczalność

zasada rozpuszczania:

polarne w polarnych

niepolarne w

niepolarnych

bardzo dobry rozpuszczalnik w porównaniu z innymi
cieczami

wynik polarności

woda idealnie czysta jako zbiór cząsteczek H

2

O praktycznie

nie istnieje

SKŁAD CHEMICZNY WODY

substancje rozpuszczone

gm

-3

= mg



dm

-3

składniki podstawowe

kilkaset g



m

-3

makroskładniki

kilkaset mg



m

-3

-

kilkanaście g



m

-3

mikroskładniki

 kilkaset mg



m

-3

przewodzenie kationy:

Ca

2+

, Mg

2+

, Na

+

, K

+

twardość

elektryczne aniony:

HCO

3

-

, SO

4

2-

, Cl

-

krzemionka:

SiO

2

substancje
organiczne

natura
lne:

•substancje humusowe 60-
80%

•białka

•węglowodany

•oleje, woski

•produkty syntezy organizmów
wodnych

obce:

•WWA

•pochodne fenoli i in. związków
organicznych

•pestycydy

•pochodne ropy naftowej

•substancje powierzchniowo czynne

wskaźniki tlenowe

tlen rozpuszczony

(+) – z atmosfery, fotosynteza
(-) – biochemiczne i chemiczne utlenianie
substancji

organicznej i

nieorganicznej,

desorpcja tlenu do atmosfery

(+)
(-)

zawartość
normalna
014 mg O

2

/dm

3

stan nasycenia – procent
nasycenia (%)

74 mg O

2

/l

oznaczen
ie

metoda miareczkowa
Winklera

[Mn(OH)

2

] Mn

2+

+ O

2

 Mn

4+

Mn

4+

+ 2I

-

 Mn

2+

+I

2

miareczkowanie tiosiarczanem sodu
(Na

2

S

2

O

3

)

MnSO

4

+ (KI + KOH)  Mn(OH)

2

(pH  7)

Mn(OH)

2



[O]

MnO(OH)

2



[H]

Mn

4+

+

3H

2

O

Mn

4+

+ 2I

-

 Mn

2+

+ I

2

I

2

+ 2S

2

O

3

2-

 2I

-

+ S

4

O

6

2-

Synteza  Rozkład

fotosyntez
a
biosynteza

anaerobo
wy
aerobowy

oznaczenia

•BZT

5

•ChZT

•Utlenialność - indeks
tlenowy

•OWO,

•RWO,

•EWCh

•EWA

wpływ:

   

  temp. 20-30

o

C, 10

o

C, 40

o

C, 4

o

C

     pożywki

     pH 7-8

     substancje toksyczne

związki org. + O

2



bak., enzymy

CO

2

+ H

2

+ bakterie

[O] [O]
NH

3

NO

2

-

NO

3

-

BZT

5

[mgO

2

/dm

3

]

warunki aerobowe, 20

o

C, bez światła

2-12 mg O

2

/l

metody oznaczenia:

rozcienczeń ponad 10mg
O

2

/dm

3

1:10

manometryczna Sierpa
(Wartburga)

b

a

10 Dni

BZT

5

I faza 0 – 20 dni (węglowodany)
II faza po 10 dniach (związki azotowe)

Pomiary OxiTop®
polegają na pomiarach
ciśnienia w zamkniętym
systemie:
mikroorganizmy
znajdujące się w próbie
zużywają tlen i
produkują przy tym
CO

2

,absorbowany przez

NaOH. Powstaje
podciśnienie, które jako
wartość pomiarowa
może być bezpośrednio
odczytana w mg/l.

Główki OxiTop® (zielone i
żółte) posiadają funkcję
AutoTemp: kiedy
temperatura próby jest za
zimna, automatycznie
następuje opóźnienie
pomiaru, dopóki
temperatura nie
ustabilizuje się,
najczęściej trwa to 1
godzinę.

OxiTop®IS6/IS12

Opracowany przez
niemiecką firmę
Wissenschaftlich-
Technische Werkstaetten
GmbH (WTW) system.

ChZT

utlenianie związków 

K

2

Cr

2

O

7

ChZT  BZT

5

metoda
oznaczenia:

miareczkowanie po ogrzewaniu z
K

2

Cr

2

O

7

10-60 mg O

2

/l

(CHO)

n

+ Cr

2

O

7

2-

+ H

+

 2Cr

3+

+ CO

2

+H

2

O

utlenianie związków organicznych (np.
glukozy):

odmiareczkowanie nadmiaru K

2

Cr

2

O

7

Cr

2

O

7

2-

+ 6Fe

2+

+ 14H

+

 2Cr

3+

+

6Fe

3+

+ 7H

2

O

utlenialnoś
ć

ChZT+ związki nieorganiczne z Fe

2+

C

6

H

12

O

6

+ Mn

7+

(KMnO

4

) + H

+

 Mn

2+

+CO

2

+ H

2

O

Mn

7+

+ H

2

C

2

O

4

+ H

+

 Mn

2+

+CO

2

+ H

2

O

3-24 mg O

2

/l

metoda
oznaczenia:

miareczkowanie po ogrzewaniu z
KMnO

4

pH<7

nadmiar

KMnO

4

redukuje się dodanym w

równoważnej ilości kwasem szczawiowym, którego
nadmiar miareczkuje się

KMnO

4

EWCh -

ekstrakt węglowo-

chloroformowy

w wodach czystych wynosi dziesiętne części
g/m

3

a w bardzo zanieczyszczonych kilka g/m

3

odzwierciedla poziom zanieczyszczenia wody
związkami refrakcyjnymi

EWA -

ekstrakt węglowo-

alkoholowy

OWO -

ogólny węgiel

organiczny

5-20 mg C/l

spektometria IR

dziesiąte części mg/dm3

związki azotu

78,08% powietrza

N

2

(gaz)

NO

2

-

NO

3

-

NH

4

+

N organiczny 50%

(proteiny, aminokwasy, aminy,

mocznik)

[N

2

] - temp.

[N

2

] -

głębokość 

N

2

+ bakterie (glony)  białko (aminokwasy)

CO(NH

2

)

2

+ 2H

2

O

ureaza

2NH

3

+

H

2

CO

2

0,00x mg NO

2

-

/dm

3

0,1 mg NO

2

-

/dm

3

wskaźniki biogenne

2NH

4

+

+ 3O

2

Nitrosomonas

HNO

2

+ H

2

O

2NO

2

-

+ O

2

Nitrobacter

2NO

3

-

Lp Forma azotu

Jednostk
a

Zakres

1

amoniak NH

3

mg NH

4

/l

0,5-4

2

azot Kjeldahla

mg N/l

0,5-4

3

azotany NO

3

-

mg NO

3

/l

5-50

4

azotyny NO

2

-

mg NO

2

/l

0,03-
1,0

5

azot ogólny

mg N/l

2,5-20

w/g rozporządzenia Ministra Środowiska
z dnia 11 lutego 2004 r. (poz. 284)

NO

3

-

[NO

3

-

] okres wegetacyjny  zima

[NO

3

-

]  10 mg N/dm

3

NO

2

-

N-

nitrozy

NO

2

-

+ kwas sulfanilowy  diazozwiązek +

naftyloamina  zabarwienie

czerwonofioletowe

(spektrometria UV-VIS, chromatografia

jonowa)

NO

3

-

redukcja do

NO

2

-

oznaczenie

azotany(V)

NH

4

+

do xx mg NH

4

+

/dm

3

biochemiczny rozkład związków organicznych
ścieki

oznaczenie

•NH

4

+

+ fenol + KClO barwa

(błękit indofenolowy)

•odczynnik Nesslera K

2

HgI

4

barwa

żółta

•destylacja

N org. mineralizacja z H

2

SO

4

stężonym

Fosfor PO

4

3-

(P

5+

)

wietrzenie skał
ścieki
nawożenie
wody opadowe

kilka g PO

4

3-

/ dm

3

[PO

4

3-

] okres wegetacji  zima

HPO

4

2-

, H

2

PO

4

-

i związki organiczne

jeziora  rzeki

Lp

Forma fosforu

Jednostka

Zakres

1

fosforany

mg PO

4

/l

0,2-1,0

2

fosfor ogólny

mg P/l

0,2-1,0

w/g rozporządzenia Ministra Środowiska z dnia
11 lutego 2004 r. (poz. 284)

oznaczenie

PO

4

3-

+ molibdenian amonu

zabarwienie  reakcja

(NH

4

)

4

Mo

7

O

24

+ SnCl

2

Sn

+2

 Sn

+4

Mo

+6

 Mo

+4

w środowisku kwaśnym

jony PO

4

3-

+ jony Mo

+4

 związek kompleksowy o

niebieskim

zabarwieniu

któremu przypisuje się wzór:

(NH

4

)

3

[P(Mo

3

O

10

)

4

]

metoda błękitu
molibdenowego

intensywność zabarwienia 

spektrofotometrycznie

metoda ICP > tradycyjna metoda kolorymetryczna

zasadowość wody

Zdolność przyjmowania protonów (zobojętnianie kwasów)

Zasadowość wody jest to zdolność wody do
zobojętniania mocnych kwasów

zasadowość wody określa odporność wód

zasadowość odporne na zakwaszenie

kamień i pienienie wody
w kotłach

wskaźniki zasolenia

Zasadowość zdefiniowana jest przewagą stężenia
jonów wodorotlenkowych (OH

-

) nad stężeniem jonów

wodorowych (H

+

).

nadają: HCO

3

1-

, CO

3

2-

, Ca(OH)

2

, Mg(OH)

2

stanowią o

zdolności buforowej wody

[mmol/dm

3

] lub

[mval/dm

3

]

oznaczenie

zasadowości

miareczkowanie mocnym kwasem

wobec oranżu metylowego

z

m

pH = 4

fenoloftaleiny

z

f

pH = 8

podczas dodawania kwasu
zachodzą reakcje:
H

+

+ OH

-

H

2

O

(do pH

= 10~11)

H

+

+ CO

3

-2

HCO

3

-

(do pH =

8,3)

2H

+

+ CO

3

-2

H

2

CO

3

H

+

+ HCO

3

-

H

2

CO

3

(do pH =

4,3)

Kwasowość

jest to zdolność wody

do zobojętniania (wiązania) silnych
zasad.
Właściwość tę nadają wodzie
obecne w niej kwasy, a głównie H

+

,

H

2

CO

3

*

,

HCO

3

-

.

Podczas dodawania zasady zachodzą
reakcje:
OH

-

+ H

+

H

2

O

(do pH =

4,3)

OH

-

+ HCO

3

-

H

2

O + CO

3

-2

OH

-

+ H

2

CO

3

HCO

3

-

+ H

2

O

(do pH

= 8,3)

mval/dm

3

Oznaczenie wykonuje się wg normy:
Oznaczanie kwasowości i zasadowości mineralnej i
ogólnej metodą miareczkową wobec wskaźników.

PN-74/C-04540

fenoloftaleina

oranż metylowy

zmiany zabarwienia dwóch wskaźników
pozwalają oś odczynu podzielić na 3 obszary:
Odczyn poniżej

4,3

Odczyn pomiędzy 4,3 a 8,3
Odczyn powyżej

8,3

4,3

8,3

Z

og

Z

min

4,3 8,3
pH

Kw

min

Kw

og

pH < 4,3 Z

og

= 0, Z

min

= 0,

Kw

min

, Kw

og

4,3 < pH < 8,3 Z

og

, Z

min

= 0,

Kw

min

=

0, Kw

og

pH > 8,3 Z

og

, Z

min

, Kw

min

= 0,

Kw

og

= 0

obliczanie stężeń na podstawie oznaczonej

zasadowości

[HCO

3

-

]

[CO

3

-2

]

[OH

-

]

1

Z

min

= 0

Z

og

0

0

2

2Z

min

< Z

og

Z

og

-2Z

min

2Z

min

0

3

2Z

min

= Z

og

0

2Z

min

0

4

2Z

min

> Z

og

0

2(Z

og

- Z

min

)

2Z

min

- Z

og

5

Z

min

= Z

og

0

0

Z

og

CO

2

X  1X g CO

2

/m

3

Źródło:

utlenianie związków organicznych
wietrzenie i wymywanie skał
węglanowych
z powietrza

Zużycie:

fotosynteza
chemosynteza
rozpuszczanie skał

[CO

2

] = (pH) przewaga HCO

3

-

doba i rok

SO

4

2-

[H]

SO

3

2-

[H]

S

2-

bakterie redukujące
siarczany

skały osadowe
substancja organiczna
wody opadowe
utlenianie siarki 2S + 3O

2

+ 2H

2

O

= 2H

2

SO

4

metoda turbidymetryczna

oznacze
nie

SO

4

2-

+ BaCl

2

 BaSO

4

+2Cl

-

koloid

zmętnienie nefelometr krzywa wzorcowa

fotometr

Siarczany

100-300 mg
SO

4

/l

0,4  170g Cl

-

/dm

3

b. łatworozpuszczalne

wskaźnik
zanieczyszczenia

mineralizacja 

[Cl

-

] 

•z oceanów

•wymywanie skał
i gleb

•ścieki

Cl

-

 SO

4

2-

 HCO

3

-

(CO

3

2-

)

Na

+

 K

+

 Mg

+2



Ca

+2

Zasolenie Sorensena 1kg
wody

Ag

+

+ Cl

-

  AgCl (biały)

K

2

Cr

2

O

7

oznaczenie

Związki krzemu

0  70g Si/m

3

[Si] =const

wymywanie podłoża
i gleb

Chlorki

100-400 mg
Cl/l

Wapń i magnez Ca, Mg

CaCO

3

węglanowa
Ca(HCO

2

)

3

 przemijająca

ogólna CaSO

4

CaCl

2

Ca(NO

3

)

2

jony Mg w tych samych związkach

1n

o

= 10mg CaO/dm

3

Ca

2+

+ 2C

17

H

35

COOH =

(C

17

H

35

COO)

2

Ca + 2H

+

50-400 mg Ca/l
25-200 mg Mg/l

Ca

2+

miareczkowanie wersenianem disodu

EDTA

Mg

2+

miareczkowanie wersenianem

disodu

EDTA

disodowa sól kwasu
etylenodiaminotetra octowego

C

10

H

12

O

8

N

2

Na

2

H

2

· 2H

2

O

CaCO

3

+ CO

2

+ H

2

O  Ca

+2

+ 2HCO

3

-

gips
MgCO

3

+ CO

2

+ H

2

O  Mg

+2

+ 2HCO

3

-

skały magmowe

wzrost zużycia
mydła

podrażnienie, wysuszenie
skóry

osad na materiale

pogorszenie własności odżywczych mięsa

korozja w wymiennikach Mg

+2

+2H

2

O=Mg(OH)

2

+H

2

kamień kotłowy

żelazo Fe

3+

do kilku g/m

3

Fe(OH)

3

FePO

4

związki humusowe

c

Fe

= ƒ (pH i potencjał redoks)

powierzchniowe.  podziemne

metale, w tym metale ciężkie Z > 20

0,1-2,0 mg Fe/l

  

Fe

3+

– w małych stężeniach pierwiastek niezbędny do

życia
duże stężenia zmieniają smak wody

dopuszczalne stężenie w wodzie do picia wynosi 0,5 mg/l

oznaczenie

redukcja do Fe

+2

i reakcja z

fenantroliną

różowe zabarwienie

, krzywa wzorcowa

Mangan Mn

2+

, (Mn

3+

), Mn

4+

,

Mn

7+

0,05-1,0 mg
Mn/l

wymywanie skał i gleb
ścieki

bakterie manganowe C

Mn

= ƒ (pH i potencjał redoks)

mangan

– pierwiastek niezbędny do życia zwierzętom.

Braki mogą powodować chorobę zwaną chlorosis.
Duże stężenia są toksyczne .

Dopuszczalne stężenie w
wodzie do picia wynosi 0,1
mg/l

oznaczenie

Mn

2+ [O]

Mn

+7

Sód
Na

+

wody śródlądowe
0,x g/m

3

- kilkadziesiąt

g/m

3

c

K



c

Na

oznaczenie K i Na

metoda fotometrii
płomieniowej

Potas
K

+

kilka
g/m

3

nawoz
y
ścieki

Zn

2+

i związki kompleksowe 1-10 g/dm

3

Cd

2+

do 10ppb

Cu

2+

, Cu

+

i związki kompleksowe 2 g/dm

3

Pb

2+

1-10 g/dm

3

 

Ołów – działa toksycznie na organizm człowieka

zastępuje wapń w układzie kostnym
max. stężenie ołowiu w wodzie do picia wynosi 0,05 mg/l

Hg

2+

, związki kompleksowe i HgS

metale ciężkie

Z > 20

oznaczenie metali ciężkich

elektrody
wyskalowane

As

+3

-

związki As

3+

są bardziej toksyczne niż związki As

5

+

 najbardziej toksyczny jest arsenowodór AsH

3

max. zawartość arsenu w wodzie pitnej wynosi 0,05
mg/l

        dopuszczalne stężenie rtęci w wodzie do picia wynosi 0,001 mg/l

mikrozanieczyszczenia - wskaźniki
zanieczyszczeń przemysłowych

benzen

+ OH

-

=

fenol

C

6

H

6

+ OH

-

= C

6

H

5

OH  C

6

H

5

O

-

+ H

+

ekstrakt z chloroformem  4-

aminoantypiryna (C

11

H

13

N

2

O) 

kolorymetrycznie

oznaczenie

dioksyny

2,3,7,8 tetrachlorodibenzeno-p-
dioksyna (TCDD)

najwyższy stopień toksyczności

Cl

Cl

O

O

Cl

Cl

WWA

ścieki przemysłowe (benzopiren) smoła z

papierosów
max dop. 200ng/dm

3

[WWA]  głębokość

pestycydy

– środki chemiczne do zwalczania

szkodników w hodowli do roślin i zwierząt
zlewnie rolnicze [pestycydy]  głębokość

herbicydy, fungicydy, insektycydy (HCN, HCOH, SO

2

,

CS

2

)

DDT – heksachlorocykloheksan – 30 lat

Pochodne ropy naftowej zawiesina, emulsja, rozpuszczone

węglowodory alifatyczne, karbocykliczne,
heterocykliczne;
0,01mg/dm

3

metody oznaczenia:

ekstrakcja rozpuszczalnikami organicznymi

eter naftowy, heksan (C

6

H

12

), Cl

3

C-CF

3

, mieszaniny

ekstrakcja  rozdział  odparowanie

SPC

fosforany i eutrofizacja wód; wzrost
rozpuszczalności
cząsteczki o budowie polarnej i
asymetrycznej
jonowe i niejonowe

polimery tlenku etylenu
CH=CH

O

Związki
anionoaktywne dysocjują: RCOONa 

RCOO

-

+ Na

+

ROSO

3

Na  ROSO

3

-

+ Na

-

kationoaktywne dysocjują: RNH

2

· HCl  RNH

2

H

+

+

Cl

-

metody
oznaczenia

:

składnik anionowy + błękit metylenowy 

niebieskie zabarwienie  spektrofotometr

RSO

3

-

+ BM

+

 RSO

3

BM barwny kompleks

hydrofobowa i
hydrofilowa część

Wody
geotermalne
występują na
różnych
głębokościac
h, prawie na
całym
obszarze
Polski.

energetyka

geotermalna

złoża wód
geotermalnych
wykorzystywane
są

w

elektrowniach

i

ciepłowniach
geotermalnych

W Polsce -

Pyrzyce

WODY PODZIEMNE

a) Sieć stanów wód gruntowych – zarządzana przez
Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej

IMGW

(

http://www.otkz.pol.pl/

),

b) Sieć stacjonarnych obserwacji wód podziemnych –
zarządzana przez Państwowy Instytut Geologiczny

PIG

(

http://www.pgi.gov.pl/

),

c) Monitoring Wód Podziemnych – realizowany przez
Państwowy Instytut Geologiczny funkcjonujący w
bloku monitoringu jakości środowiska systemu
Państwowego Monitoringu Środowiska (Dz.U. 1991,
Nr 70, Poz. 335;

PIOŚ,

1992;

http://www.pios.gov.pl/

).

krajowy monitoring wód podziemnych

w Polsce działają trzy sieci monitoringu
wód podziemnych o zasięgu
ogólnokrajowym

Woda opadowa

przesącza się przez pory i szczeliny

w glebie, a nawet litej skale i dociera do

warstwy

nieprzepuszczalnej.

Zaczyna wówczas wypełniać wolne przestrzenie w
porowatym materiale, stopniowo go nasycając.

Warstwa przepuszczalna

, magazynująca wodę,

zwana jest

warstwą wodonośną

.

Może ona być zbudowana z piasku, żwiru albo z
litej skały. Większość skał ma

zdolność

magazynowania

wody

, ale największą pojemność

mają skały porowate, np. wapień czy piaskowiec.

Cykl hydrologiczny

(obieg wody w przyrodzie) opisuje

istnienie i ruch wody na, w i ponad powierzchnią Ziemi.

strefy: aeracji i
saturacji

strefa aeracji

strefa saturacji

warstwa
nieprzepuszczalna

zwierciadło wody
podziemnej

wody wolne

1. wody wsiąkowe

2. wody
zawieszone

wody zawieszone

wody
wsiąkowe

wody kapilarne

zwierciadło wody gruntowej

strefa aeracji

Strefa aeracji

Strefa wzniosu
kapilarnego

Strefa saturacji

Woda wsiąkowa

Zwierciadłp wody
podziemnej

Ziarno otoczone
wodą higroskopijną

Powietrze gruntowe

Woda błonkowata

Woda kapilarna

Woda wolna

wody związane

1. wody
higroskopijne

2. wody
błonkowate

3. wody kapilarne

strefa saturacji

wody
przypowierzchniowe

wody
gruntowe

wody
wgłębne

wody
głębinowe

strefa aeracji

strefa saturacji

wody przypowierzchniowe

wody gruntowe

wody
wgłębne

wody
głębinowe

kryteria
klasyfikacji

pochodze
nie

wody metamorficzne

powstające w czasie przeobrażenia termicznego niektórych
minerałów np.: hydrokrzemianów

wody kondensacyjne

pod powierzchnią ziemi w wyniku kondensacji pary wodnej
zawartej w atmosferze

wody juwenilne

powstające z ostygającej magmy, które po raz pierwszy włączają
się w obieg wody

wody reliktowe

leżące pod dużymi seriami warstw nieprzepuszczalnych, które
uniemożliwiają lub utrudniają włączenie się w obieg

temperatura

chłodne

- t <

20

o

C

termalne:

hipotermalne =

20-

35

o

C

homeotermalne =

35-40

o

C

hipertermalne

>

40

o

C

głębokość i forma występowania

1. wody przypowierzchniowe

(zaskórne)

najczęściej na terenach podmokłych, zwykle nie nadające się

do spożycia

2. wody gruntowe -

występujące głębiej, wykorzystywane głównie w rolnictwie, i
do celów komunalnych

3. wody wgłębne

znajdujące się w warstwie wodonośnej

4. wody głębinowe

znajdujące się głęboko pod powierzchnią ziemi i izolowane od

-niej, nie odnawiane, nie zasilane, silnie zmineralizowane, bez
znaczenia gospodarczego

5.

wody szczelinowe –

tworzące sieć żył wodnych w szczelinach

6. wody krasowe

występujące w próżniach i kanałach powstałych wskutek

procesów krasowych

  źródłami:

•wysypiska i zwałowiska odpadów stałych;

•stawy ściekowe i osadowe;

•nieszczelności w urządzeniach
kanalizacyjnych;

•tereny niewłaściwego magazynowania
surowców, półproduktów i wyrobów
gotowych;

•emisje pyłów i gazów;

•wody powierzchniowe będące odbiornikami
dużej ilości ścieków i słonych wód
kopalnianych;

zanieczyszczenia pochodzące z przemysłu

zanieczyszczenia pochodzące z

rolnictwa

•obszary intensywnego stosowania nawozów i
środków ochrony roślin;

•miejsca niewłaściwego magazynowania
nawozów mineralnych;

•miejsca usuwania przeterminowanych
pestycydów;

•miejsca wykonywania kiszonek paszowych;

•tereny rolniczego wykorzystywania gnojowicy;

•obejścia gospodarskie.

•nawadnianie terenów
rolniczych

•produkcja zwierzęca

największy problem utrzymania czystości
tych wód stwarza:

chemizacja rolnictwa

-wielkoobszarowe wprowadzanie do gleby
substancji chemicznych będących
składnikami nawozów sztucznych i
środków ochrony roślin.

zanieczyszczenia związane z gospodarką
komunalną

zanieczyszczenia związane z transportem

dystrybucja i magazynowanie substancji
ropopochodnych i innych substancji
niebezpiecznych dla wód podziemnych

•związki nieorganiczne

stosowane do

zimowego utrzymania dróg, a więc sole
rozmrażające

(NH

4

Cl, CaCl

2

, MgCl

2

),

środki przeciwkorozyjne, metale ciężkie;

•substancje organiczne

, a więc różnego

rodzaju pozostałości po spalaniu
materiałów pędnych (w tym rakotwórcze
wielopierścieniowe węglowodory
aromatyczne), oleje, smary, środki
oczyszczające, konserwujące, silikony,
detergenty, smoły i wiele innych

1. Utlenianie i redukcja

-1

0

1

REDUKCJA  UTLENIANIE

-e
Fe

2+

 Fe

3+

+e

S  SO

4

2-

 S

2-

Fe  Fe

2+

Fe

3+

Mn  Mn

2+

 Mn

4+

Mn

7+

N  N

3+

FeS

2

 SO

4

2-

(utlenianie)
SO

4

2-

 S

2-

(redukcja)

2. Rozpuszczanie i strącanie

Halit -

Na

+

i Cl

-

kalcyt – (CaCO

3

) -

Ca

2+

i HCO

3

2-

dolomit - CaMg (CO

3

)

2

-

Ca

2+

, Mg

2+

i HCO

3

2-

glinokrzemiany, skalenie i minerały ilaste–(Ca,Na)(Al,Si)
AlSi

2

O

8

Na

+

, K

+

, Ca

2+

, Mg

2+

i Al

3+

skały osadowe  skały krystaliczne

procesy chemiczne i fizyczne zachodzące w

wodach

 

hydroliza zmiana odczynu wody

FeSO

4

+ 2H

2

O  Fe(OH)

2

+ H

2

SO

4

Fe

+2

+ SO

4

2-

+ 2H

2

O  Fe(OH)

2

+ 2H

+

+ SO

4

2-

odczyn kwaśny

pH<7

3. Hydratacja i hydroliza

hydratacja czyli uwodnienie

Al

3+

i Fe

3+

jony hydroniowe

H

3

O

+

· 3H

2

O = H

9

O

4

4. Sorpcja i desorpcja

pochłanianie gazów, cieczy, substancji
rozpuszczonych przez ciało porowate

a

= (c, T)

Adsorpcja -

powierzchnia

Absorpcja - objętość

proces desorpcji

 H

2

CO

3

 H

+

+ HCO

3

-

 H

+

+ CO

3

2-

H

2

CO

3

=

1%

pół związany związany

1.     - z pirytu

.

2     redukcja SO

4

2-

.

3     redukcja zanieczyszczeń

antropogenicznych

CO

2

•Infiltracja

•Przemiany biochemiczne
•Wietrzenie minerałów FeCO

3

•redukcja siarczanów FeSO

4

+ 4C  FeS +

2CO

2

H

2

S

siarkowodór

środowisko redukujące

 (pH) =

H

2

S, HS

-

, S, SO

4

2-

6. Migracja - wędrówka

5. Wietrzenie

izomorficzna wymiana z kationem K

+

7. Procesy biochemiczne

    związki humusowe

    prod. przemiany materii organizmów żywych

    produkty rozkładu organizmów obumarłych

    związki org. pochodzenia antropogenicznego

(WWA)

zanieczyszczenia organiczne

ilości śladowe do
kilkuset g C/m

3

substancje organiczne nadają wodom
charakter redukcyjny i obniżają pH

fenole -

0,001-0,05mg/l

SPC -

0,1-1mg/l

oleje mineralne -

0,01-0,05mg/l

WWA -

0,01-0,05/l

pestycydy

- 0,01-0,05/l

SUBSTANCJE ROZPUSZCZONE W WODACH

PODZIEMNYCH

wody podziemne  wody

powierzchniowe

aniony:

HCO

3

-

, SO

4

2-

, Cl

-

kationy:

Ca

2+

, Mg

2+

, Na

+

, K

+

, Fe

2+

, Mn

2+

HCO

3

-

H

2

CO

3

 H

+

+ HCO

3

-

HCO

3

-

 H

+

+ CO

3

2-

K

1

=[H

+

] · [HCO

3

-

] = 4· 10

-7

mol/dm

3

[H

2

CO

3

]

K

2

=[H

+

] · [CO

3

2-

] = 4· 10

-11

mol/dm

3

[HCO

3

-

]

pH  4

brak HCO

3

-

pH 6  4 głównie HCO

3

-

pH = 8

jedynie HCO

3

-

pH  10

głównie CO

3

2-

 

 

połączenie z Ca

2+

i Mg

2+

(Fe

2+

, Mn

2+

)

  Na

+

 NaHCO

3

 duża rozpuszczalność 

duże stężenie

głębokość 

SO

4

2-

pH  SO

4

2-



kilkanaście  kilkaset  kilka tysięcy g SO

4

2-

/m

3

1. minerały

gips CaSO

4

·2H

2

O, anhydryt CaSO

4

 2. rozkład substancji organicznej

3. utlenianie siarczków

4. wietrzenie złóż siarki

2S + 3O

2

+ H

2

O  2H

2

SO

4

5. kwaśnie deszcze i ścieki

25-500mg SO

4

/l

Cl

-

25-500mg Cl/l

głębokość i mineralizacja  chlorki 

    z opadów

    z wód

morskich
    ze ścieków

    z minerałów

 50g Cl

-

/m

3

agresywny charakter w
stosunku do betonu i żelaza

Ca

2+

40 –

calcium

   

wapienie –

CaCO

3

+ CO

2

+H

2

O  Ca

2+

=

2HCO

3

-

    gips

Mg

2+

24 – magnesium

   

dolomit

CaMgCO

3

    skały magmowe

rozpuszczalność

MgCO

3

 CaCO

3

mineralizacja w st. ogólnym -

Ca

2+

: Mg

2+

4:1  2:1

wzrost mineralizacji -

2:1  1:1

dalszy wzrost mineralizacji -

przewaga Mg

2+

50-300mg Ca/l

30-150mg Mg/l

Na

+

23

sodium

.

1    

wietrzenie skał

.

2     intruzja wód słonych do warstw

wodonośnych

.

3     opady atmosferyczne

.

4     zanieczyszczenia antropogeniczne

NaCl,
NaNO

3

K

+

39 kalium

np. KCl

   

wietrzenie skał

    ługowanie soli potasowych

    rozkład substancji organicznej

    źródła antropogeniczne np. nawożenie pól

stężenie K  stężenie Na

60-300mg Na/l

10-20mg K/l

Fe

2+

i Fe

3+

56 ferrum

hematyt Fe

2

O

3

magnetyt Fe

3

O

4

limonit

Fe(OH)

3

syderyt

FeCO

3

piryt

FeS

c

Fe

=  (pH, t, CO

2

)

    wymywanie skał

    wietrzenie skał magmowych

   

Fe(HCO

3

)

2

    FeSO

4

    kwasy huminowe

warunki: redukujące
Fe

2+

utleniające

Fe

3+

FeCO

3

+ CO

2

+ H

2

O  Fe(HCO

3

)

2

(CO

2

)

c

Fe

= ślady  kilkadziesiąt g

Fe/m

3

CO

2

, pH Fe

0,1-5mg Fe/l

Mn

2+

55 manganum

c

Mn

=  (pH

   

wymywanie skał i gleb

   pochodzenie antropogeniczne

pH <

Mn

7+

pH =

Mn

4+

(Mn

3+

)

pH

>

Mn

2+

c

Mn

= ślady  kilka g Mn / m

3

mineralizacja  [Mn]

0,05-1mg Mn/l

związki azotu - wskaźnik
zanieczyszczenia wód

    N

2

, (gazowy)

    azot organicznych

    azot mineralny

(NO

2

-

, NO

3

-

, NH

4

+

,

CN

-

)

amonifikacja, dezaminacja

R-NH

2

-OH R-OH + NH

3

+ energia

CO(NH

2

)

2

+ 2H

2

O 2NH

3

+ CO

2

+2H

2

O

Nitryfikacja NH

4

+

 NO

2

-



NO

3

-

[O]

Denitryfikacja HNO

3

 HNO

2



NO [H]

trwałość związków azotu =  (pH, aktywność biologiczna)

Azotany
NO

3

-

forma dominująca i bardzo dobrze rozpuszczalna

  opady atmosferyczne

  pochodzenie antropologiczne (gnojowica i

nawozy mineralne, ścieki, odcieki z
wysypisk odpadów)

NO

3

-

w wodach opadowych 1-10

g NO

3

-

/m

3

10-100mg NO

3

/l

Azotyny
NO

2

-

0,01-0,25mg NO

2

/l

Amoniak
NH

3

0,1-3mg NH

4

/l

obecność NH

4

+

i brak NO

2

-

, NO

3

-

świeże

zanieczyszczenie ściekami

Mikroskładniki: Si, F, Al,
P
Metale ciężkie Pb, As,
Ni, Cr

dopuszczalne stężenia setne i tysięczne części

Charakterystyka wód
naturalnych

Lp Parametr

Jednostka Wody

powierzchniow

e

Wody
podziemne

1

temperatura

o

C

zmienna/rok
0-25

stała/rok 4-
6

2

barwa

mg Pt/l

od 20 do 200

od 5 do 10

3

mętność

mg SiO

2

/l

do 50

poniżej 1

4

pH

-

6,5-8,5

6-8

5

tlen
rozpuszczony

mg O

2

/l

poniżej 5

nie występuje

6

żelazo

mg Fe/l

śladowy

do 50

7

mangan

mg Mn/l

do 0,3

do 2

8

CO

2

mg CO

2

/l

śladowy

powyżej 100