Ochrona środowiska – laboratorium
Temat: PODSTAWOWE PARAMETRY WÓD I ICH ANALIZA
WEiP Energetyka Rok III Grupa 2
Musiał Michał Rąkoski Robert Wabik Łukasz Rusinowski Mariusz

1. Badanie Twardości całkowitej.

Twardość całkowita (TC) jest tradycyjnie rozumiana jako suma jonów wapnia i magnezu (dwa główne kationy wód powierzchniowych w Polsce i naszej strefie klimatycznej) zawartych w wodzie. Natomiast formalnie jest to suma wszystkich dwuwartościowych kationów znajdujących się w próbce wodnej. Rośliny wodne i ryby europejskich zbiorników i rzek są dobrze przystosowane do twardości wody w swoich siedliskach, jakkolwiek nie powinna ona przekraczać około 350 ppm CaCO3. Skrupulatna kontrola i usuwanie twardości wody w wielu instalacjach przemysłowych jest koniecznością, ze względu na wytrącanie się
w podwyższonych temperaturach głównie węglanu wapnia (kamienia kotłowego) i możliwą korozję. Niskie wartości twardości całkowitej są również wskazane dla wód użytkowych. Zmniejsza to ryzyko uszkodzenia sprzętu domowego, który jest w kontakcie z tą wodą i pozwala na mniejsze zużywanie środków czyszczących i substancji zmiękczających.

W niektórych normach (np. na jakość wody dla życia ryb), przy granicach zawartości metali ciężkich w wodzie bierze się pod uwagę twardość wody (czym większa twardość, to metalu może być więcej, bo się będzie strącał w formie trudno rozpuszczalnego węglanu).

wyniki pomiarów:

- woda z Wisły [A]: CaCO₃

- woda z Rudawy [B]: CaCO₃

-woda ze strumienia w dolinie Bolechowickiej [C]: CaCO₃

- słodka woda z kranu [D]: brakło substancji do badania twardości.

średnia twardość węglanowa zgadanych wód: CaCO₃ - woda średnio twarda

MPWiK w Krakowie (wartości średnie za okres: 01.01.2012 - 08.02.2012):

-Raba: 138,7 mg/l (ppm) CaCO₃ – woda miękka

-Rudawa: 285,7 mg/l (ppm) CaCO₃ – woda średnio twarda

-Dłubnia: 273,3 mg/l (ppm) CaCO₃ – woda średnio twarda

-Bielany: 274,7 mg/l (ppm) CaCO₃ – woda średnio twarda

Na nasze wyniki pomiarów mogły wpłynąć: niedokładność pomiarów metodą JBL, oraz różny okres pobrania próbek wody - naszej i badanej przez MPWiK.

2. Badanie Twardości węglanowej.

Twardość węglanowa (TW) jest powiązana z zawartością rozpuszczalnych węglanów i wodorowęglanów w wodach. Węglany i wodorowęglany są najpowszechniej występującym anionem w wewnątrzlądowych wodach powierzchniowych. TW jest zależna w dużej mierze od składu geologicznego skał i gleb na powierzchni danej zlewni. Skład mineralogiczny skał decyduje o ilości soli metali drugiej grupy układu kresowego. TC > TW w przeważającej większości wód, za wyjątkiem niektórych tropikalnych, bezodpływowych zbiorników, które zawierają znaczące ilości Na, a małe ilości Ca i Mg. TW jest mocno zależna od zawartości CO₂ w wodzie, poprzez równowagę rozpuszczania się tego gazu i powstawania kwasu węglowego i jego jonowych form. Wzrost temperatury wody powoduje obniżenie rozpuszczalności dwutlenku węgla, która nie jest dostatecznie rekompensowana lepszą dysocjacją kwasu węglowego i twardość węglanowa obniża się. TW, czyli zawartość tworzącego bufor węglanowy jonu jest bardzo ważna dla stabilizacji pH w wodach naturalnych.

wyniki pomiarów:

- woda z Wisły [A]: HCO₃^-

- woda z Rudawy [B]: HCO₃^-

-woda ze strumienia w dolinie Bolechowickiej [C]: HCO₃^-

- słodka woda z kranu [D]: HCO₃^-

średnia twardość węglanowa zgadanych wód: HCO₃^-

3. Badanie zawartości żelaza.

Żelazo (Fe) : Poza składnikami podstawowymi (CO₂, NH₄⁺, NO₃^-, PO₄^3-), zrównoważona wegetacja w obrębie zbiornika wodnego wymaga innych składników, jak żelazo i wiele pierwiastków występujących w śladowych ilościach. Związki żelaza nie są z reguły dobrze rozpuszczalne i większość tego pierwiastka występuje w fazie nierozpuszczonej osadu i zawiesiny, a tylko mała część w postaci jonowej. Stężenie żelaza zapewniające dobry wzrost roślin mieści się pomiędzy 0.1 and 0.2 ppm. Natomiast woda kranowa powinna być pozbawiona żelaza, które zmienia jej kolor
i smak. Bardzo ważną rolę pełni żelazo w oddychaniu komórkowym jako centralny atom hemoglobiny- białka mogącego magazynować i przenosić tlen do komórek.

wyniki pomiarów:

- woda z Wisły [A]: 0,05 ppm Fe

- woda z Rudawy [B]: 0,05 ppm Fe

-woda ze strumienia w dolinie Bolechowickiej [C]: <0,02 ppm Fe

- słodka woda z kranu [D]: 0,05 ppm Fe

4. Badanie zawartości jonów NH₄⁺, NO₂^-, NO₃^-.

Jony NH₄⁺, NO₂^-, NO₃^- W przeciwieństwie do fosforu (fosforanów), azot występuje w postaci wielu dobrze rozpuszczalnych związków, na wielu stopniach utlenienia (od -3 to +5). Azot jest podstawowym pierwiastkiem w atmosferze ziemskiej. Cykl obiegu azotu
w przyrodzie jest złożony i skomplikowany. W reakcjach zmian form azotu:

N2 <=> NH3 (NH4+) <=> NO2- <=> NO3- <=> aminokwasy <=> proteiny mogą brać czynny udział organizmy żywe, w tym bakterie posiadające swoiste enzymy (katalizatory tych reakcji). Rozkład materii organicznej jest szczególnie ważnym procesem w środowisku wodnym. W procesie amonifikacji azot wbudowany w białka zamienia się w grupę amonową i amoniak, które to z kolei mogą ulegać dalszym przemianom do azotanów(III) i azotanów(V) w reakcjach nitryfikacji. Podwyższone stężenia kationu amonowego lub azotanów(III), to jest wyższe od 200 μg/l (ppb) w wodzie oznaczają zakłócenia w równowadze skutecznego działania bakterii oczyszczających zbiornik. W przypadku łączn go występowania podwyższonych stężeń amoniaku i wysokich pH generowany jest toksyczny amoniak. Zarówno amoniak jak i azotany(III) są bardzo toksyczne dla ryb. Stężenia rzędu 0.5-1.0 ppm mogą się okazać zabójcze.

Z drugiej strony jon amonowy i azotanowy(V) są bardzo ważnymi substancjami odżywczymi. Azotany(V) będące końcowym produktem rozkładu materii organicznej lub innych związków azotu są w zasadzie nietoksyczne dla zwierząt wodnych.

Jednak stężenia wyższe niż 50 ppm nie są akceptowane w wodzie pitnej. Mogą powodować niektóre schorzenia u ludzi oraz cofać się do azotanów(III) i generować bardzo szkodliwe dla ludzi nitrozoaminy. Razem z fosforanami, azotany(V) są współodpowiedzialne
za eutrofizację. Nawet stężenia rzędu 300 ppb mogą już powodować rozrost alg w niektórych wodach. W praktyce nie jest jednak możliwe, aby obserwować tak małe stężenia azotanów(V) w wodach powierzchniowych. Azotany(V) są bardzo dobrze rozpuszczalne i występują w wielu nawozach sztucznych przesiąkając
do sąsiadujących z polami wód.

wyniki pomiarów:

	NH4^+ mg/l	NO2^- mg/l	NO3^- mg/l
Wisła:	0	0,07	15
Rudawa	0	0,06	27
Dolina Bolechowicka	0	0,06	50
Słodka woda z kranu 4. Badanie zawartości ortofosforanów.	0	0,05	24

Ortofosforany (PO₄^3-) W związku z bardzo niską mobilnością i rozpuszczalnością większości soli fosforanowych, stężenie ortofosforanów w wodach naturalnych i uzdatnionych jest niskie - około 10 μg/l (ppb), a kilka razy wyższe w wodach słonych. Jednakże wody ściekowe pochodzące z gospodarstw domowych zasilają wody naturalne w duże ilości fosforanów i polifosforanów, które są od tych pierwszych lepiej rozpuszczalne i używane jako dodawana do proszków „pułapka” na jony wapniowe i magnezowe.

Wysokie stężenia rozpuszczalnych form fosforanów mogą w znaczący sposób przyczynić się do eutrofizacji wód, czyli niekontrolowanego wzrostu alg i zakwitu wód, który ma miejsce szczególnie w mało natlenionych, a mocno nasłonecznionych jeziorach i zbiornikach retencyjnych lub zaporowych. Algi mają zdolność magazynowania fosforanów i zakwitanie wód może mieć miejsce nawet po wyeliminowaniu jonu fosforanowego ze środowiska wodnego.

Stężenie ortofosforanów w wodzie rzędu 100 ppb nie powinno być przekraczane jakkolwiek, czym niższe są te wartości to tym lepiej, gdyż fosfor przy małych stężeniach pełni rolę regulatora rozrostu alg i roślinności w wodach - azotany(V) występują zwykle
w wodach w sporym nadmiarze.

wyniki pomiarów:

- woda z Wisły [A]: 0,25 mg/l PO₄^3-

- woda z Rudawy [B]: 0,25 mg/l PO₄^3-

-woda ze strumienia w dolinie Bolechowickiej [C]: 1 mg/l PO₄^3-

- słodka woda z kranu [D]: 0,15 mg/l PO₄^3-