CHEMIA WODY
1. Rola wody w tworzeniu klimatu ziemskiego.
2. Ziemski cykl hydrologiczny
3. Zasoby wodne Polski
4. Budowa czÄ…steczki wody, moment dipolowy, wiÄ…zania wodorowe
5. Stany skupienia wody, struktura wody ciekłej, pary, lodu.
6. Wykres fazowy wody, zjawiska związane z przejściami fazowymi
7. Właściwości fizyczne wody: stała dielektryczna, gęstość, ciepło właściwe, przewodnictwo cieplne,
napięcie powierzchniowe, konduktywność, absorpcja promieniowania świetlnego
8. Gęstość wody i zjawiska z nią związane.
9. Właściwości chemiczne wody: dysocjacja, Iloczyn jonowy, odczyn, izotopia, buforowość
10. Procesy wzbogacania wód w składniki mineralne: skład chemiczny i struktura minerałów, skład
fizyczno-chemiczny gleby, procesy wietrzenia.
11. Rola wymiany jonowej w kształtowaniu składu wód naturalnych.
12. Wodne układy dyspersyjne.
13. Kształtowanie się składu wód od opadowych do podziemnych.
14. Klasyfikacja wód naturalnych według składu jonowego i stopnia mineralizacji.
15. Gazy rozpuszczone w wodach
16. Ditlenek węgla. Równowaga węglanowo - wapniowa
17. Podstawowe wskaz
niki składu jonowego wody
18. ZwiÄ…zki azotowe jako wskaz
niki zanieczyszczenia wód
19. Eutrofizacja wód
20. Metale ciężkie w wodach i ich toksyczne oddziaływanie.
21. Naturalne zwiÄ…zki organiczne w wodach
22. Zanieczyszczenie wód ściekami miejskimi i przemysłowymi
23. Zanieczyszczenie wód ropą naftową i jej pochodnymi
24. Zanieczyszczenie wód syntetycznymi związkami organicznymi: związki powierzchniowo czynne,
środki ochrony roślin, fenole, wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne, chlorowane związki
organiczne.
25. Uboczne produkty dezynfekcji.
26. Promieniotwórcze zanieczyszczenie wód.
27. Szacowanie ryzyka zdrowotnego.
28. Normy jakości wód
1.Rola wody w tworzeniu klimatu ziemskiego.
żð Duże ciepÅ‚o parowania i krzepniÄ™cia oraz jej duże ciepÅ‚o wÅ‚aÅ›ciwe ma istotne znaczenie dla
magazynowania i rozprowadzania energii słonecznej po powierzchni kuli ziemskiej.
żð opady sÅ‚oneczne pochÅ‚aniajÄ… duże iloÅ›ci ciepÅ‚a, sÄ… wiÄ™c ważnym regulatorem temperatury naszej
planety, podobnie jak oceany działają jako regulatory temperatury naszej planety;latem wchłaniają
nadmiar ciepła, dostarczany przez promieniowanie słoneczne i nie dopuszczają do zbytniego
ogrzania się powietrza, zimą oddają ciepło otoczeniu, które z tego mimo słabnącej intensywności
promieniowania słonecznego nie oziębia się zbyt silnie,
żð znaczne ciepÅ‚o topnienia lodu powoduje,że topnienie wielkich mas Å›niegu odbywa siÄ™ wiosnÄ…
stosunkowo wolno i tylko wyjÄ…tkowo zdarzajÄ… siÄ™ katastrofy powodziowe.
Czynniki wpływające na temperaturę ziemi:
żð ciepÅ‚o wÅ‚aÅ›ciwe
żð gÄ™stość
żð przemiany fazowe wody
2. Ziemski cykl hydrologiczny.
Woda występuje w przyrodzie w trzech stanach skupienia i znajduje się w ciągłym obiegu
kołowym:ziemia-atmosfera-ziemia. Pod wpływem energii słonecznej woda paruje z powierzchni
mórz,jezior,rzek,stawów i ziemi, tworząc chmury,a następnie w postaci śniegu, deszczów,gradu wraca
na ziemiÄ™.
Z ogólnej ilości wód opadowych spadających na powierzchnię lądowych 1/3 części odparowuje, 1/3
przenika w głąb ziemi, 1/3 spływa po jej powierzchni. Masa wody będącej w ciągłym obiegu stanowi
około 0,0255 zasobów wody globu ziemskiego.
3.Zasoby wodne w Polsce.
Polska nie jest krajem zasobnym w wodę. Obszary deficytowe pod względem zasobów wody są
położone głównie w środkowej i częściowo południowej Polsce
żð zasoby wód podziemnych i powierzchniowych ok. 60km3/rok
żð opady ok. 186km3/rok
żð odparowujÄ…ce bezpoÅ›rednio ok.133km3/rok
żð pozostaÅ‚a część spÅ‚ywa rzekami lub wsiÄ…ka do gruntu
żð bezpoÅ›redni odpÅ‚yw powierzchniowy ok. 19,4km3/rok
żð wydobycie wód podziemnych ok.34km3/rok
żð dopÅ‚ywy ok.5,2km3/rok
żð odpÅ‚yw wody do BaÅ‚tyku ok.58km3/rok
Średni opad 600mm/rok,ok. 30% wody może być zakumulowana w warstwach wody
powierzchniowych wody
pobór wody na potrzeby ludności i gospodarki narodowej:
żð przemysÅ‚ ok. 8000000km3
żð wodociÄ…gi ok.250l/Ml dobÄ™
żð leÅ›nictwo ( rolnictwo ) ok.100000km3/rok
4. Budowa czÄ…steczki wody, moment dipolowy, wiÄ…zania wodorowe.
Woda składa się z wodoru i tlenu,a skład masowy w wodzie wynosi 11,93%H i 88%O.
Kształt cząsteczki wody nie jest wydłużony, linearny, lecz odpowiada trójkątowi. W jednym z jego
wierzchołków znajduje się atom tlenu, a w dwóch pozostałych atomy wodoru. Kąt przy wierzchołku
zawierającym atom tlenu wynosi 1,82 rad. Wiązanie między atomem wodoru i atomem tlenu to
wiązanie atomowe spolaryzowane (występuje w cząsteczce między atomami o rożnej
elektroujemności). Atom tlenu silnie przyciąga wspólna parę elektronową znajdującą się w wiążącym
orbitalu cząsteczkowym,jest bardziej elektroujemny niż atomy wodoru, a wiec cząsteczka wody
wykazuje dwa bieguny:ujemny-w pobliżu tlenu i dodatni w pobliżu wodoru, jest wiec DIPOLEM. Ze
względu na wolne pary elektronowe oraz biegunowość cząsteczka wody oddziałuje z otaczającymi ją
czÄ…steczkami wody poprzez wiÄ…zania wodorowe-mostki.
5. Stany skupienia wody, struktura wody ciekłej, pary, lodu.
Struktura wody ciekłej
Cząsteczki wody ciekłej znajdują się bliżej siebie niż w parze wodnej, gdzie odległości między
cząsteczkowe są znaczne. Ich oddziaływanie wzajemne jest również większe. Mogą one zmieniać
położenie względem siebie bez zbytniego oddalania się. Z tej przyczyny ciecze łatwo zmieniają
kształt, trudno natomiast objętość.
Struktura wody w stanie pary
W stanie pary woda składa się z pojedynczych cząstek H2O. w tym samym stanie odległości między
cząsteczkami są znaczne, a siły wzajemnego przyciągana znikome, cząsteczki zatem mają swobodę
wykonywania ruchów postępowych.
Struktura lodu
W przypadku lodu cząsteczki są umiejscowione sztywno w węzłach sieci krystalicznej i zdolne są
jedynie do wytwarzania ruchów drgających i ewentualnej wędrówki po defektach sieci krystalicznej.
Lód jest typowym kryształem molekularnym, gdzie cząsteczka wody zachowuje swoja indywidualność
krysztale lodu każdy atom tlenu otoczony jest tetraedryczne 4 innymi atomami tlenu, rozłożonymi w
jednakowej odległości od atomu centralnego. Struktura lodu ma znaczne luki przestrzenne. podczas
topnienia lodu cząsteczki wody przenikają do luk strukturalnych i tworzą układ bardziej ścisły.
6. Wykres fazowy wody, zjawiska związane z przejściami fazowymi.
Krzywa parowania cieczy AB określa
prężność pary nasyconej w zależności od
temperatury cieczy. Powyżej tej krzywej
znajduje się obszar cieczy, a poniżej obszar
pary. Krzywa parowania zaczyna siÄ™ w
punkcie A,odpowiadającym przejściu cieczy w
ciało stałe, a kończy się w punkcie B,
odpowiadajÄ…cym temperaturze krytycznej. W
stanie krytycznym następuje zrównanie
gęstości obydwu faz. Napięcie
powierzchniowe cieczy maleje do zera, w
wyniku czego menisk cieczy zanika. W stanie
krytycznym zacierają się więc różnice między
fazą ciekła i gazową, a swobodna
powierzchnia cieczy przestaje istnieć.
Dla wody temperatura krytyczna wynosi
647K. Prężność pary istniejąca w tej
temperaturze,tj ciśnienie krytyczne wynosi
221293hPa, a gęstość 0,323g/cm3
7. Właściwości fizyczne wody: stała dielektryczna, gęstość, ciepło właściwe,
przewodnictwo cieplne, napięcie powierzchniowe, konduktywność, absorpcja promieniowania
świetlnego.
Znaczenie wysokiej wartości stałej dielektrycznej wody.
stała dielektryczna wody wynosi 88.
Duży moment dipolowy cząsteczki wody oraz ich wyjątkowa zdolność do tworzenia wiązań
wodorowych warunkują dużą stałą dielektryczną. Duża stała dielektryczna tłumaczy wyjątkową
zdolność wody do rozpuszczania innych substancji.
Stałe dielektryczne określają wzajemna mieszalność cieczy, ciecze różniące się nieznacznie
momentem dipolowym mieszają się zupełnie.
Dzięki dużej stałej dielektrycznej woda działa bardzo silnie dysocjacyjne, a w roztworach wodnych
może obok siebie występować ogromna ilość elektrycznie naładowanych cząstek,np. jonów lub
cząsteczek. Ze wzrostem temp. wody zmniejsza się stała dielektryczna.
Gęstość wody.
Gęstość-stosunek masy do objętości.
Podczas oziębiania gęstość wody zwiększa się ale tylko do temp 3,98oC. W tej temperaturze woda ma
największą gęstość. Dalsze oziębianie powoduje,że gęstość wody maleje w sposób ciągły ,w
temperaturze 0oC podczas przejścia w stan stały, gęstość zmniejsza się w sposób nieciągły do wartości
gęstości lodu.
Zwiększenie gęstości wody podczas topnienia lodu jest wynikiem szybkiego rozpadu jego
przestrzennej budowy na mniejsze asoscjaty. Stopniowy rozpad tych luz
nych struktur i asocjatów
uwarunkowanych wiÄ…zaniami wodorowymi powoduje,
że gęstość ciekłej wody podczas ogrzewania jej od temp topnienia do 277 wzrasta, aby następnie ze
wzrostem temperatury wg ogólnej zasady dylatacji zmaleć.
Ciepło właściwe.
Wartość tego ciepła dla wody w stanie ciekłym (ok. 4200 j/kg K) warto zapamiętać, gdyż jest to
użyteczna stała materiałowa. Ciepło właściwe lodu, co ciekawe, jest mniej więcej połową ciepła
właściwego wody ciekłej. Z kolei ciepło właściwe pary wodnej jest nieznacznie mniejsze od ciepła
właściwego lodu.
Napięcie powierzchniowe.
Ciecze wykazujÄ… tendencje do samorzutnego zmniejszania swoje powierzchni. ZachowujÄ… siÄ™ one tak,
jak gdyby ich powierzchnia pokryta była stale napiętą elastyczną błonką. Zjawisko to nazywamy
napięciem powierzchniowym. dzięki niemu ciecze mają tendencje do przyjmowania kształtu kulistego,
gdyż kształtowi temu w danej objętości odpowiada najmniejsza powierzchnia.
Napięcie powierzchniowe jest wynikiem asymetrycznego działania sił na powierzchnie cieczy
Napięcie powierzchniowe danej cieczy maleje z podwyższaniem temp., a w pobliżu temp krytycznej
cieczy spada do zera.
Znaczne napięcie powierzchniowe wody jest wynikiem występowania wiązań wodorowych, które
łączą cząsteczki wody w duże asocjaty. Zarówno wiązania wodorowe, jak i związane z tym struktura
asocjatów wody zależą w dużym stopniu od temperatury.
Im wyższe napięcie powierzchniowe cieczy, tym mniejsza jej zwilżalność. Woda ma duże napięcie
powierzchniowe zatem do mycia i prania używa się mydeł lub detergentów, które obniżają napięcie
powierzchniowe a tym samym polepszają jej właściwości zwilżające.
Konduktywność
O jego wartości decyduje liczba wolnych kationów i anionów obecnych w roztworze. Woda absolutnie
czysta jest słabym przewodnikiem elektrycznym. Jej konduktywność elektrolityczna jest bardzo mała.
Istnieje ścisła zależność między konduktywnością elektrolityczną a zawartością jonów w wodzie. Jony
te pochodzą z substancji nieorganicznych rozpuszczonych w wodzie, pochłoniętych gazów oraz z
substancji organicznych. Wynik pomiaru konduktancji wody jest więc miarą zawartości
rozpuszczalnych nieorganicznych substancji naturalnych i nieorganicznych zanieczyszczeń.
Dopuszczalna konduktywność elektrolityczna wody do picia wynosi 2500 µS/cm.
Przewodnictwo wody.
Woda absolutnie czysta jest słabym przewodnikiem elektryczności- Przepływ prądu elektrycznego
przez wodę jest związany z ruchem jonów wodorowych H+ i wodorotlenowych OH-.. Woda
absolutnie czysta jest słabym przewodnikiem elektryczności i można ją zaliczyć do izolatorów- jej
opór jest duży,niewiele cząstek wody ulega dysocjacji.
wraz ze wzrostem. Temp-przewodnictwa wzrasta - zwiększa się st. dysocjacji. Woda + Substancje
Rozpuszczone - przewodnictwo. Zwiększa się(opór się zmniejsza.)
wartość przewodnictwa = pogląd o łącznym stężeniu jonów w wodzie czyli o zawartości substancji
rozpuszczonych.
Absorpcja promieniowania świetlnego.
Absorpcja promieniowania widzialnego jest zwiÄ…zana z przemianÄ… energii promieniowania na energiÄ™
cieplną substancji, jak też może być przyczyną barwności substancji. Długość fal promieniowania
określa barwę światła. W dużej warstwie zatrzymywanie promieni czerwonych (0,61-0,76nm)sprawia
że woda ma zabarwienie niebieskawe. niebieskawe zabarwienie jezior-efekt tyndala - cząstki
koloidalne. Woda absosbuje podczerwień, ultrafiolet bardziej niż światło widzialne Absorpcja poniżej
190nm i powyżej 1100 nm.
8. Zjawiska związane ze zmianą gęstości wody.
zmiany gęstości wody związane są ze zmiana temp. podczas oziębienia gęstość się zwiększa, ale tylko
do temp. ok 277,14 K Dalsze oziębianie powoduje zmniejszanie gęstości w sposób ciągły. W 273,16
podczas krzepnięcia gęstość zmniejsza się w sposób nieciągły do do wartości gęstości lodu.
zwiększanie gęstości podczas topnienia - rozpad przestrzennej budowy na mniejsze asocjaty, 85%-
wiązań wodorowych zachowanych, ich rozpad- wzrasta gest. ochładzająca się woda opada na dno-
warstwy cieplejsze do góry- temp. w całym zbiorniku do 277,14K
Spadek temp warstw głębszych jest od tej chwili wyłącznie następstwem przewodnictwa cieplnego,a
nie ruchu cieczy spowodowanym różnicą temperatur, odbywa się zatem wielokrotnie wolniej. górna
warstwa zamarza 273,16K-lod lżejszy od wody- zostaje na górze - utrudnienie wymiany cieplnej. w
głębi zbiornika temp wyższa niż 0-żyją organizmy. sezonowa cyrkulacja wody- lato-górna warstwa
ponad 277,14K (słońce),7-12m-skok termiczny nagły spadek temp. w głębi 277,14K. w zimie-
odwrócenie  pod lodem-273,16K wgłąb - wzrasta-dno-277,14K...wiosna, jesień - nagrzewanie,
oziębianie  wyrównanie temperatury-wymieszanie-tlen dla dna
9. Właściwości chemiczne wody: dysocjacja, iloczyn jonowy, odczyn, izotopia, buforowość.
Autodysocjacja wody lub autoprotoliza wody  samorzutna autodysocjacja czÄ…steczek wody
pozostających w stanie ciekłym. Proces ten ma duże znaczenie praktyczne  decyduje m.in. o
zdolności wody do rozpuszczania substancji jonowych a stała równowagi tej reakcji stanowi podstawę
skali pH.
Przebieg reakcji autodysocjacji wody:
Iloczyn jonowy wody, iloczyn równowagowych stężeń jonów oksoniowych (H3O+) i
hydroksylowych (OH-). W temperaturze 25oC iloczyn jonowy wody wynosi 10-14 mol/dm3, Stężenia
obu rodzajów jonów w czystej wodzie są sobie równe i wynoszą 10-7mol/dm3. Ponieważ wartość
iloczynu jonowego wody pozostaje stała w stałej temperaturze, wprowadzeniu do roztworu jonów
oksoniowych towarzyszy zmniejszenie stężenia jonów hydroksylowych. Analogicznie - wzrost
stężenia jonów hydroksylowych odbywa się kosztem zmniejszenia stężenia jonów oksoniowych.
Wartość iloczynu jonowego wody można wyznaczyć za pomocą pomiaru przewodnictwa (pH).
Odczyn wody.
Odczyn roztworu określa stężenie, a ściślej aktywność jonów wodorowych w molach/dm3. ponieważ
podawanie stężenia jonów wodorowych tych jednostkach jest niewygodne ze względu na bardzo małe
ułamki w związku z tym  dla uproszczenia-zamiast koncentracji jonów wodorowych wprowadzony
został wykładnik stężenia jonów wodorowych pH.
pH=-log [H+]
pH wody chemicznie czystej wynosi 7
pH<7 odczyn kwaśny
Izotopia
W skład naturalnego pierwiastka chemicznego mogą wchodzić atomy o różnych masach; tlen posiada
3 trwałe izotopy: 16, 17, 18, a wodór 2 nietrwałe i jeden trwały: 1, 2, 3 (wodór, dendryt, tryt - posiada
właściwości promieniotwórcze); ze względu na izotopy powstaje siedem odmian cząsteczek wody pod
względem masy cząsteczkowej. Woda stanowi połączenie różnych odmian izotopowych.
Buforować to zdolność utrzymywania stałego odczynu przy dodaniu niewielkich ilości kwasu lub
zasady. buforem są zazwyczaj mieszaniny soli słabego kwasu i zasady z kwasem bądz
zasada.
pojemnik buforowa (skok)ilość moli/dm3 mocnego kw. lub mocnej zasady jaką trzeba dodać do
roztworu (mieszaniny) aby zmienić pH o 1. Stały odczyn wody - przydatność do celów gosp i życia w
wodzie organizmów żywych
" naturalne wody są buforowane przez układ węglanowy
Ca(HCO3)2+H2CO3
" zobojętnienie mocnych zasad następuje na skutek ich reakcji z rozpuszczonym w wodach
wolnym CO2
OH- +H2CO3=HCO3- +H2O
" zobojętnianie mocnych kwasów - reakcja jonów wodorowęglanowych z kwasem
-
H+ +HCO = H2CO3
3
Pojemność układu buforowego w wodzie naturalnej jest tym większa, im większa jest w niej zawartość
wolnego i zwiÄ…zanego CO2
10. Procesy wzbogacania wód w składniki mineralne: skład chemiczny i struktura
minerałów, skład fizyczno-chemiczny gleby, procesy wietrzenia.
Skład chemiczny i struktura minerałów.
Minerały stanowiące główne składniki budujące skały nazywa się minerałami skałotwórczymi, a są to:
kwarc, skalenie, amfibole, pirokseny, miki, kalcyt, dolomit, minerały ilaste, oliwin. Większość z nich
to krzemiany lub glinokrzemiany. Minerały, które zwykle są obecne w pewnych typach skał, ale w
niewielkich ilościach (zwykle <1%), to minerały akcesoryczne.
Polimorfizm i izomorfizm
Wiele pierwiastków i związków chemicznych o identycznym składzie krystalizuje w różnych formach
morfologicznych tworząc tym samym różne minerały. Zjawisko to nazywamy polimorfizmem np.
krzemionka SiO2 w zależności od ciśnienia i temperatury tworzy odmiany polimorficzne: kwarc-ą i
kwarc-², trydymit, krystobalit, coesyt, stiszowit. Substancja ZnS tworzy min. wurzyt czyt. wurcyt i
sfaleryt. Węgiel C krystalizuje w postaci diamentu lub grafitu. Postacie polimorficzne służą jako
geotermometry lub geobarometry.
Zjawisko krystalizowania różnych substancji w taką sama postać krystalograficzną o identycznej
strukturze wewnętrznej nazywamy izomorfizmem np. z halitem NaCl izomorficzna jest galena i PbS i
peryklaz MgO.
Politypia
Jest to szczególny rodzaj polimorfizmu polegający na tym, iż identyczne warstwy w sieci krystalicznej
układają się na sobie w różnej konfiguracji, zmieniając period identyczności sieci w kierunku
prostopadłym do nakładających sie warstw. Modyfikacje politypowe są najczęstsze wśród minerałów
warstwowych np. grafit C, lub inne krzemiany warstwowe. W graficie warstwy atomowe utworzone w
sześcioboczne pierścienie są różnie zorientowane względem siebie; odmiany politypowe grafitu - 1Hd,
2H, 3R (cyfra oznacza co ile warstw się powtarza, litera zaś układ krystalograficzny - 3R co trzecia
warstwa , układ romboedryczny (trygonalny)). Najczęstszymi minerałami politypowymi są również
wurcyt ZnS (2H, 4H, 6H, 10H, 3R, 15R), oraz minerał syntetyczny karborund SiC.
Skład fizyczno-chemiczny gleby
Gleba ma następujący skład:
- materia organiczna (5%);
- minerały (45%);
- woda (25%);
- powietrze (25%).
Utrzymanie wysokiej jakości gleby zapewniają organizmy glebowe. W związku z tym można
potraktować glebę jako żywą warstwę skorupy ziemskiej. Jak wiadomo wszystko co żywe podlega
ciągłym zmianom, będących wynikiem oddziaływania czynników naturalnych, a także wpływem
działalności samego człowieka.
Składniki chemiczne
Wyróżniamy następujące pierwiastki: węgiel C, glin Al., wapń Ca, żelazo Fe, chlor Cl, wodór H, potas
K, magnez Mg, azot N, sód Na, tlen O, fosfor P, siarka S, krzem Si + mangan Mn, molibden Mo,
miedz
Cu, kobalt Co, ołów Pb, cynk Zn, bor B, tytan Ti.
Część mineralna to przede wszystkim: krzem Si, glin Al, żelazo Fe, wapń Ca. Krzem Si występuje w
60 do 90 % pod postacią krzemionki. Glin Al występuje w granicach 5 do 12%. Żelazo Fe występuje
w postaci Fe2+ oraz Fe3+. Natomiast wapń Ca w postaci węglanu wapnia CaCO3. Zawartość CaCO3
waha się pomiędzy ilościami śladowymi, a kilkudziesięcioma procentami. Pozostałe pierwiastki
mierzymy w ppm; mogą sięgać najwyżej 1% zawartości.
Procesy wietrzenia
Wietrzenie - rozpad mechaniczny i rozkład chemiczny skał wskutek działania energii słonecznej,
powietrza, wody i organizmów. Zachodzi na powierzchni Ziemi i w jej powierzchniowej strefie zwanej
strefą wietrzenia (głębokość od kilku do kilkudziesięciu metrów). Produktem wietrzenia są między
innymi zwietrzelina, rumowisko, glina zboczowa, arkoza. Wietrzenie można podzielić na:
" fizyczne (mechaniczne) - rozpad skały bez zmiany jej składu chemicznego, zachodzi przy
częstych zmianach temperatury i wilgotności (głównie w klimacie umiarkowanym)
" chemiczne - rozkład skały przy zmianie jej składu chemicznego, niezbędnym warunkiem do
jego zaistnienia jest obecność wody, głównymi czynnikami wietrzenia chemicznego są: woda
opadowa, dwutlenek węgla, tlen oraz azot
" biologiczne - to rozpad i rozkład skały pod wpływem działania organizmów żywych (często nie
wyróżnia się wietrzenia biologicznego jako oddzielnego działu, uznaje się je jako wchodzące w
skład wietrzenia fizycznego i chemicznego)
11. Rola wymiany jonowej w kształtowaniu składu wód naturalnych.
Wymiana jonowa to zjawisko i proces wymiany (zamiany) ruchliwych jonów (kationów lub anionów)
na inne jony tego samego znaku zachodzący na ciele stałym lub polimerze zawierającym odpowiednie
grupy funkcyjne. Należy zwrócić uwagę na to, że proces wymiany (w szczególności wymiany jonów)
jest jednym z podstawowych rodzajów reakcji chemicznych - proces wymiany jonowej jest
wyróżniany ze względu na to w jakich warunkach zachodzi (substancje wielkocząsteczkowe lub ciała
stałe - faza jonitowa jest nieruchoma),
Jeżeli proces wymiany jonowej towarzyszy innym procesom, np. procesowi adsorpcji, wówczas
mówi się często o sorpcji lub adsorpcji jonowymiennej (sorpcji wymiennej, adsorpcji wymiennej).
Jeżeli ciało stałe lub polimer zostało specjalnie przygotowane lub jest używane w sposób
wykorzystujący zjawisko wymiany jonowej, wówczas taki materiał nazywamy wymieniaczem
jonowym lub jonitem. Zasadnicze typy jonitów to:
* jonity kationowe, mają charakter kwasów lub soli kwasów i wymieniają z roztworem kationy
(najczęsciej jon wodorowy H+ lub kationy metali alkalicznych, Na+ i K+),
* jonity anionowe, majÄ… charakter zasad lub ich soli i wymieniajÄ… z roztworem aniony (np. jon
wodorotlenowy OH-, anion Cl- lub siarczanowy VI),
* jonity amfoteryczne (buforowe) zawierają zarówno grupy kwasowe i zasadowe (lub ich sole),
mogą być również używane mieszaniny różnych jonitów.
Zastosowanie jonitów pozwala np. otrzymać wodę dejonizowaną (nie zawierającą praktycznie żadnych
jonów poza produktami autodysocjacji wody, jon wodorowy|H+ (czyli H3O+ - jon hydroniowy, jon
oksoniowy) i jon wodorotlenowy OH- - woda otrzymana poprzez destylacjÄ™ praktycznie zawsze
zawiera obce jony, przede wszystkim pochodzące z dysocjacji elektrolitycznej kwasu węglowego
(H2CO3) powstającego w wyniku rozpuszczania w wodzie atmosferycznego ditlenku węgla CO2
(dwutlenku węgla).
Inne zastosowania to oczyszczanie wody z soli w szczególności soli metali ciężkich, odzyskiwanie
metali ciężkich (np. platyny po przeróbce katalizatorów samochodowych) itp.
Jonity mają określoną pojemność wymienną (jonowymienną) i po jej wyczerpaniu należy je poddać
procesowi regeneracji za pomocÄ… mocnego kwasu (kationity) lub zasady (anionity) - rzadziej za
pomocÄ… soli.
12. Wodne układy dyspersyjne.
Układem dyspersyjnym nazywamy mieszaninę jednorodna lub niejednorodna składająca się z fazy
rozproszonej ( rozdrobnionej) i rozpraszającej czyli ośrodka dyspersyjnego. Woda jako ciecz stanowi
ośrodek dyspersyjny, w którym mogą występować substancje stale, ciekłe i gazowe w rożnym stopniu
rozdrobienia. Oprócz roztworów rzeczywistych woda możne stanowić układ niejednorodny, w którym
cząsteczki mogą znajdować się w postaci koloidalnej lub zawiesiny.
Woda naturalna jest układem plidyspersyjnym,tzn., ze cząstki fazy rozproszonej maja rożną wielkość.
-układy grubo dyspergowane ( zawiesina)- są nietrwale; zawierają cząstki o stosunkowo dużych
rozmiarach 10-5cm,widoczne gołym okiem. Po krótkim czasie cząstki fazy rozproszonej opadają na
dno, gdy gęstość cząstek fazy rozproszonej jest większa niż gęstość wody,lub wypływają na
powierzchnia wody, gdy gęstość cząstek jest mniejsza niż gęstość wody. Następuje samorzutne
rozdzielenie mieszaniny przez sendymentacjÄ™ ( opadanie ) lub flotacjÄ™ ( unoszenie ); nie dyfundujÄ…;
przez sendymentację usuwanych jest 40% zanieczyszczeń ze ścieków
-układy koloidalne-układy mikroniejednorodne, których wymiary cząstki fazy rozproszonej mieszczą
siÄ™ od 10-7-10-5cm; nie sedymentuja; koloidy hydrofilowe;koloidy hydrofobowe tworzÄ… micele;
koloidy usuwa się przez koagulacje( zmniejszenie rozdrobnienia fazy rozproszonej układu
koloidalnego polegające na łączeniu cząstek w większe skupiska, opadające pod wpływem siły
ciężkości
-roztwory właściwe - są układami molekularno-dyspersyjnymi, w których substancja rozproszona w
ośrodku dyspersyjnym wykazuje rozdrobnienie molekularne; średnica cząstek <10-7cm; są to
substancje rozpuszczone(zdysocjowane).
13. Kształtowanie się składu chemicznego od wód opadowych do podziemnych.
Charakter i skład wód opadowych zależny od stanu zanieczyszczenia atmosfery. Skład chemiczny
zależy również od wielkości opadów, kierunku wiatru, wysokości chmur i rodzaju opadów (deszczu,
śniegu, gradu, mgły)
-Zawierają znaczne ilości (25mg/dm3) rozpuszczonych gazów(tlenu,azotu i CO ).Występują w małych
2
ilościach gazy szlachetne,amoniak,tlenki azotu z utleniania azotu podczas wyładowań elektrycznych
w atmosferze,
-rozpuszczone sole(np. wodoroweglan amonowy NH HCO ,azotan amonowy NH NO ),
4 3 4 3
-nierozpuszczalne sole wapnia,magnezu,zwiÄ…zki krzemu
-domieszki mechaniczne(pyl mineralny i organiczny, sadza, cząstki roślinne, mikroorganizmy w tym
chorobotwórcze)
Skład ulega radykalnej zmianie po zetknięciu się z powierzchnia ziemi. wody opadowe
zanieczyszczone gazowymi domieszkami powietrza NO2 NO3 SO3 maja kwaśny charakter -
kakorozyjne
Wody podziemne mogą zawierać wszystkie pierwiastki znajdujące się w ziemi. Skład i jakość wód
podziemnych zalezą od takich czynników,jak ilość i jakość składników wód opadowych i
powierzchniowych, które przenikają w głąb ziemi i górnych warstw gleby,oraz właściwości
fizyczne,chemiczne i biologiczne samej warstwy gruntu, przez która przesiąka woda. Skład chemiczny
wód podziemnych nie jest stały i ulega wprawdzie nieznacznym ciągłym zmianom.
Cechą charakterystyczna jest obecność w nich znacznych ilości CO ,zw. żelaza i manganu.
2
W głębszych warstwach są pozbawione tlenu rozpuszczonego, zawierają nieznaczne ilości substancji
organicznych.
wody przenikajÄ…ce do ziemi ulegajÄ… samooczyszczeniu przez filtracje mechaniczna oraz w procesach
biochemicznych i sorpcji. Procesy te zachodzą niemal do końca równocześnie w czasie przenikania
zachodzą procesy rozpuszczania rożnych składników gleby, skal, czemu sprzyja obecność CO2 H2S
NH3 CH4:
-sole, chlorki, siarczany, azotany, fluorki, bromki, jodki(wymywanie)
-rozpuszczanie minerałów pod wpływem gazów rozp. w wodzie głównie Co2: weglany-
wodoroweglany, siarczki-wodoroweglany, siarkowodór, tl. żelaza-siarczki-siarczany
-hydrolityczny rozkład krzemianów, glikokrzemianów, żelazokrzemianów(zw. Al, Si,Fe przechodzą do
wody)
14.Klasyfikacja wód naturalnych wg składu jonowego i stopnia mineralizacji.
Klasyfikacja Alekina- za podstawę podziału przyjmuje jony, których stężenia przeważają oraz
wzajemny stosunek miedzy nimi obejmuje wszystkie wody naturalne o mineralizacji do 50kg/m3 i
wody morskie.
-
I -wody zmineralizowane w małym stopniu, nadmiar HCO
3
II  wody podziemne lub jeziora, rzeczki o malej mineralizacji
III- wody silnie zmineralizowane ( wody oceanów, morza, podziemne
IV  wody kwaśne
15. Gazy rozpuszczalne w wodzie.
Ze wzrostem temperatury rozpuszczalność gazów w wodzie maleje. Zależność ta jest słuszna tylko w
niskich temperaturach.. W temperaturach wysokich zbliżonych do temperatury krytycznej wody,
wzrost temperatury powoduje zwiększenie rozpuszczalności gazów. Dobrze rozpuszczalne -CO SO
2 2
H NH brom,O ,N
2 3, 2 2
Rozpuszczalność gazów w wodzie zmniejsza się ze wzrostem temperatury, ponieważ podczas
rozpuszczania się gazów wydziela się ciepło hydratacji ich cząsteczek.
Woda łatwo tworzy z gazami roztwory przesycone ,tj. takie w których stężenie gazu jest większe niż
jego rozpuszczalność.
Prawo Henriego - w stałej temp ilość rozpuszczonego gazu jest wprost proporcjonalna do jego
ciśnienia nad cieczą. Prawo to tyczy się roztworów doskonałych.
16. Ditlenek węgla. Równowaga węglanowo-wapniowa
Ditlenek węgla.
Dwutlenek węgla (CO2, nazwa systematyczna: ditlenek węgla lub tlenek węgla(IV))  nieorganiczny
związek chemiczny, tlenek węgla na IV stopniu utlenienia.
W temperaturze pokojowej jest to bezbarwny, bezwonny i niepalny gaz, dobrze rozpuszczalny w
wodzie i cięższy od powietrza (ok. 1,5 raza). Pod normalnym ciśnieniem przechodzi ze stanu stałego
do gazowego (sublimuje) z pominiÄ™ciem fazy ciekÅ‚ej w temperaturze -78,5 °C. Pod zwiÄ™kszonym
ciÅ›nieniem (5,1 atm) można go jednak skroplić w temperaturze -57 °C.
Dwutlenek węgla jest produktem spalania i oddychania. Jest wykorzystywany przez rośliny w procesie
fotosyntezy. Tworzy się przy utlenianiu i fermentacji substancji organicznych. Występuje w
kopalniach, cukrowniach, gorzelniach, wytwórniach win, silosach zbożowych, browarach i
studzienkach kanalizacyjnych. W małych stężeniach nie jest trujący, w większych stężeniach
dwutlenek węgla jest szkodliwy dla zdrowia a nawet zabójczy, a jego działanie powoduje powstawanie
hiperkapni, a co za tym idzie kwasicy oddechowej i w następstwie obrzęku mózgu.
Równowaga weglanowo-wapniowa
W wodach naturalnych występuje wodorowęglan wapnia,znajduje się on w równowadze z węglanem
wapnia Ca(HCO ) =CaCO +H O+CO
3 2 3 2 2
Warunkiem istnienia równowagi miedzy tymi związkami jest dostatecznie duża ilość wolnego
dwutlenku węgla, która utrzymuje równowagę miedzy rozpuszczalna i nierozpuszczalną postacią
Ca(HCO ) czyli hamuje wytracania się węgla wapnia w wodzie Ten dwutlenek węgla nazywany jest
3 2
przynależnym lub dwutlenkiem węgla równowagi weglanowo-wapniowej.
Jeśli ubędzie przynależnego dwutlenku węgla w wodzie będzie się wytrącał osad węglanu wapnia
CaCO Ó!
3
17. Podstawowe wskazniki skladu jonowego wod
KATIONY:
*wapn(Ca2+)-w wodach naturalnych występuje w postaci Ca(HCO ),CaSO ,CaCl także
3 4 2
krzemiany;pochodzenie: z gleby, lugowania, gipsu lub innych materiałów zawierających w swym
składzie zw. wapnia (kalcyt,pirokseny)
*magnez(Mg2+)- występuje w postaci Mg(HCO ) , MgSO , MgCl , krzemianów; pochodzenie z gleby,
3 2 4 2
lugowania skal zawierających zw. magnezu, ze ścieków
Mg2++Ca2+-jony tworzące twardość wody
^zawartość w wodach naturalnych: Ca2+<2000mg/l
Mg2+<50 mg/l
^Ca2+ i Mg2+ do budowy tkanki kostnej, w transporcie komórkowym
^na skutek zachwiania równowagi Ca-Mg w warunkach podgrzewania wody może powstawać osad
powodujący zatykanie przewodów (zawartość Ca2+ 3-4 razy większa niż Mg2+)
*sód Na+ i potas K+
-z
ródło: hydroktyczny rozkład minerałów(krzemiany), pokłady soli (halit, nirapiryt)
-formy występowania: głównie w postaci chlorków NaCl, Kcl, rzadziej siarczany, węglany,
wodorowęglany i azotany
-stężenie >5000mg/l przy niskiej twardości może powodować pienienie ( nie wskazane w procesach
ciśnieniowego grzania wody)
-znaczenie Na+ i K+-bardzo ważne dla organizmu, utrzymują odpowiedni poziom stężeń
*żelazo i mangan
-Fe-pochodzenie: z gruntu(piryt,chalkopiryt), korozja rurociągów, ścieki
-formy występowania:Fe(HCO ) , humusany, fosforany
3 2
-Mn-pochodzenie: z gruntu, z resztek roślinnych, ze ścieków formy występowania:
Mn(HCO ) ,MnSO ,humusy,
3 2 4
fosforany
ANIONY
-
*wodorowęglany(HCO )
3
-dominują w płytkich wodach podziemnych słabo zmineralizowanych i w powierzchniowych ( wraz z
głębokością ich udział maleje na rzecz siarczanów, wodorosiarczanów, siarkanowodoroweglanow aż
do dominacji jonu chlorkowego)
-występują głównie z jonami Ca2+ i Mg2+, czasem z Na+
-2
-jony węglanowe CO występują rzadziej ich obecność związana jest ze słabą rozpuszczalnością
3
Równowaga weglanowo-wapniowa
Usuniecie CO + zw. przynależnego powoduje wytracanie się CaCO
2 3
-
H CO *H++HCO
2 3 3
2-
*siarczany SO
4
-z
ródła: powstają z rozpuszczania złóż pirytów, pirytonu, chalkopirytu(pierwotne złoże siarkowe), złóż
siarczanu wapniowego (gips, anhydryt-wtórny składnik gleb)
-mogą ulec redukcji do wodorosiarczanów, jonów siarczkowych oraz do siarki pierwiastkowej
-właściwości organoleptyczne: nadają wodzie smak gorzki (przy dużych stężeniach, norma dla wody
pitnej 250 mg/l)
*chlorki Cl-
-bardzo ruchliwe
-3/4 chlorków znajduje się w oceanach, sole chlorkowe są dobrze rozpuszczalne( wyjątek chlorek
srebrowy)
-intensywnie wykorzystywane w gospodarce, przemyśle  stanowi spory odpad z wielu gałęzi
przemysłu(górnictwo)
-wody wgłębne: infiltracje - małe ilości, wody kopalniane - duże ilości
-pochodzenie
^opady atmosferyczne
^pokłady naturalnych soli chlorkowych(halit, karnalit, sylwinit)
^zanieczyszczenia ściekami gospodarczymi, przemysłowymi, odpadki pochodzenia zwierzęcego
w wodzie nie ulegajÄ… przemianom chemicznym ani biologicznym
-chlorki pochodzące z zanieczyszczeń:możliwość zanieczyszczenia przez bakterie, zwiększa
zawartość związków azotowych
-smak słony: 200mg/l, wody twarde przesuwają te granice w gore-4000mg/l
*bromki Br-
-łatwo ulega utlenieniu pod wpływem chloru tworząc jony podbrominowe
-w znacznych ilościach występuje w wodzie morskiej, w wodach słonych jezior, w wodach
wiertniczych obszarów roponośnych
*jod (J-)
-występuje w saletrze chilijskiej
-z
ródło: z gleby, z opadów atmosferycznych, z soli, z zanieczyszczeń
-jod obiegowy = jod rozpuszczalny
-niezbędny składnik diety ( zapobieganie chorobom tarczycy  szkodliwy nadmiar i niedobór)
-norma 1,5 mgJ/dm3
-131
J jest niebezpieczny, bo kumuluje siÄ™ w tarczycy powodujÄ…c jej destrukcje i przemiany
kancerogenne ( po wybuchu w Czarnobylu podawano płyn Lugola aby stężenie jodu było tak duże
aby nie przyjmowano jodu promieniotwórczego)
- *fluor F-
-pochodzenie:fluorokrzemiany, fluorogliniany, fluoroapatyt, fosforyty  pochodzenie naturalne z
ścieków i gazów odlotowych z produkcji glinu, przemysłu szklarskiego
-ilość w wodach powierzchniowych 0,1-1,2mg/l, podziemne - większe ilości
-nadmiar powoduje zmiany w układzie kostnym (deformacja,slabe przyswajanie bialka),nadmiar w
szkliwie zębów powoduje choroby zębów(fluorohydroksyapatyt - zapewnia dobra jakość szkliwa)
-I klasa 1,5g/dm3 II klasa 1,5g/dm3 III klasa 2g/dm3
-wzbogacanie wody wodociągowej we fluorki ze względów zdrowotnych.
18. ZwiÄ…zki azotowe jako wskaz
nik zanieczyszczenia wód
Obecność w wodzie powierzchniowej amoniaku wobec braku azotynów i azotanów wskazuje na
świeże zanieczyszczenie wody ściekami gospodarczymi lub innymi związkami organicznymi,
zawierającymi w swej cząsteczce azot. Równoczesne występowanie amoniaku i azotynów świadczy o
tym,ze od chwili zanieczyszczenia wody upłynął już okres. Brak amoniaku i azotynów i obecność
azotanów wskazuje,ze zanieczyszczenie nastąpiło już dawno i w tym czasie zaszło samooczyszczanie
wody.
W ocenie wody istotne znaczenie ma nie ilość amoniaku, lecz jego pochodzenie,bo tylko amoniak
pochodzący z odpadków zwierzęcych(jako produkt rozkładu substancji białkowych) jest wskaz
nikiem
zanieczyszczenia i wzbudza zawsze podejrzenia,ze woda jest zanieczyszczona ściekami
gospodarczymi, w których znajdują się bakterie chorobotwórcze.
Azot organiczny
-pochodzenia roślinnego lub zwierzęcego( z obumarłych organizmów roślinnych i zwierzęcych, ze
ścieków miejskich i przemysłowych)
-
Amoniak (azot amonowy) NH
3
-pochodzenia organicznego (produkt biochemicznego rozkładu organicznych zw. azotowych)-
pochodzenia nieorganicznego(produkt chemicznej lub biochemicznej redukcji azotanów i azotynów)
-dostaje się z gleby,atmosfery i ścieków
-duża zawartość w wodach użytkowych niepożądana - zwiększa korozje rur wodociągowych, w
procesach uzdatniania reaguje z chlorem - powstajÄ… monochloraminy, dwuchloraminy, trojchloraminy
-w wodach naturalnych stosunkowo nietrwale i ulegajÄ… utlenianiu(nitryfikacji)
-amoniak pochodzenia roślinnego - znaczne zabarwienie i zwiększona utlenialność
-amoniak pochodzenia zwierzęcego - zwiększona utlenialność,wzrost zawartości chlorków, wzrost
opalescencji (kolodow), wzrost liczby bakterii
-
Azotyny NO
2
-pochodzenia organicznego lub nieorganicznego (powstałe na skutek utleniania amoniaku lub redukcji
azotanów), z opadami atmosferycznymi, ściekami, z gleby
-w wodzie naturalnej nietrwale , pod wpływem czynników chemicznych i biochemicznych latwo
przechodzą w amoniak lub azotany ( produkt przejściowy w cyklu azotowym)
-obecność świadczy, ze zachodzą w niej procesy utleniania lub redukcji
-
Azotany NO
3
-pochodzenie; ze ścieków miejskich, przemysłowych, ze spływów z pól nawożonych nawozami
azotowymi,odwadniania kopalń itp., z rozkładu związków organicznych azotowych pochodzenia
roślinnego i zwierzęcego
-w warunkach tlenowych trwale, w warunkach beztlenowych ulegają redukcji do azotynów lub
amoniaku stanowiÄ…c z
ródła tlenu dla przemian biologicznych
-reagują z hemoglobina krwi, która traci właściwości przenoszenia tlenu( methemoglobinemia-
zmniejszenie zdolności do przenoszenia tlenu, blokowanie akceptora tlenu)
KWAS MOCZOWY - moczniki z
le oczyszczone ścieki lub spływ z pól nawożonych nawozami
mocznikowymi(konieczność odpowiednich stosunkowo niewielkich dawek,kilkakrotnie
19. Eutrofizacja wód.
-proces związany z nadmierna produkcja materii organicznej w zbiornikach wodnych i z ich wtórnym
zanieczyszczeniem
-przyczyna:wzbogacanie wód w mineralne składniki pokarmowe dla roślin oraz związki stymulujące
ich rozwój (głownie fosforany)
-eutrofizacja powodowana jest przez czynniki biogenne(azot,fosfor),masowy rozwój glonów
spowodowany dużym stężeniem fosforu w wodach(produkcja detergentów, chemizacja rolnictwa
-asymilacja fosforanów i azotynów przez organizmy:
*bardzo niewiele fosforu potrzeba aby zaszła asymilacja i wytwarzanie substancji naturalnych
organicznych
*poprawienie sytuacji-oczyszczanie ścieków(produktem końcowym azotany i fosforany, obniżenie
fosforanów  strącanie wapnem.
20. Metale ciężkie w wodach i ich toksyczne oddziaływanie.
-metale ciężkie: kadm (Cd), chrom (Cr), rtęć (Hg), nikiel (Ni), ołów (Pb), cynk (Zn), arsen, żelazo (Fe)
-oddziaływanie toksyczne:
żð DziaÅ‚anie na nerwoprzekaz
niki
żð Blokowanie enzymów
żð A
atwo przechodzÄ… w wiÄ…zania metaloorganiczne
żð Wyższe stężenia atakujÄ… wÄ…trobÄ™ i nerki
Fe- aktywator procesów chemicznych
- brak powoduje niedokrwistość (zły transport tlenu), ociężałość psychiczną, ociężałość
fizyczną( mała aktywność, niedotlenienie-mogące prowadzić do niedotlenienia mózgu-bezpowrotne
zniszczenie komórek)
Pb- zdolność kumulowania się w organizmie ludzkim (wątrobie, nerkach, kościach,centralnym
układzie nerwowym) - wywołuje ołowicę
Hg-jeden z największych współczynników kumulacji w organizmom żywym
stopień toksyczności metali ciężkich jest rożny, wyraża się za pomocą LD50
21. Naturalne zwiÄ…zki organiczne w wodach.
Substancje organiczne występujące w wodach naturalnych mogą być pochodzenia naturalnego lub
syntetycznego.
Zawartość związków naturalnych i sztucznych w wodzie zależny od pochodzenia wody i stopnia jej
zanieczyszczenia:
BIALKA  aminokwasy - rozkład materiałów organicznych
POLINUKLEOTYDY  nukleodtydy  zasady purynowe, pirmid
LIPIDY (tłuszcze, woski, oleje)  kwasy tłuszczowe, glicerol- kwasy o krótkich łańcuchach, są
nierozpuszczalne w wodzie - wymagają specjalnych procesów oczyszczania warstwy tlenu od wody
WEGLOWODANY (celuloza, lignina - rozkład roślin trudno rozpszczalnych) monocukry,
oligopcukry- glukoza, fruktoza, ryboza (c. proste - Å‚atwo rozpuszczalne)
PIGMENTY ROSLINNE - chlorofile, karetonoidy
SUBSTANCJE KOMPLEKSUJACE POWSTAA
E Z POSREDNICH PRODUKTÓW ROZKA
ADU
ZWI
ZKÓW NATURALNYCH.
związki humusowe( gleba, torf, ściółka, szczątki roślin) - duża gr. wielocząstkowych związków
organicznych pochodzenia naturalnego tworzy kompleksy z jonami metali, maja własności
adsorbowania pestycydów.
22. Zanieczyszczenie wód ściekami miejskimi i przemysłowymi
Ścieki zawierają wiele naturalnych i syntetycznych związków organicznych. Do substancji
syntetycznych najczęściej można zaliczyć:
- węglowodory alifatyczne i aromatyczne : benzen, fenole
- WWA
- halogenowe zwiÄ…zki alifatyczne, alicykliczne, aromatyczne
- pestycydy chloroorganiczne
Surowe ścieki domowe zawierają przeciętnie ok. 100 mg/dm3 węgla organicznego; są z
ródłami
związków azotowych, detergentów ( fosfor)
Nieoczyszczone w odpowiednim stopniu ścieki przemysłowe lub bytowo-gospodarcze po
wprowadzeniu do wód znacznie pogarszają ich stopień czystości, mogą powodować ich alkalizacje
lub zakwaszenie, co jest bardzo niekorzystne dla mikroorganizmów wodnych.
Ścieki przemysłowe mogą być z
ródłem metali ciężkich w wodzie naturalnej.
Do wód powierzchniowych trafia obecnie ogromna różnorodność naturalnych i sztucznych zw.
organicznych.
23. Zanieczyszczenie wód ropą naftową i jej pochodnymi.
Pochodne ropy naftowej
Występują one w wodach powierzchniowych głównie wskutek dopływu ścieków z miast oraz
zakładów przemysłowych używających lub produkujących oleje. Stanowią one główną substancję
zanieczyszczającą spośród pochodnych ropy naftowej. Statki i łodzie motorowe mogą również być
istotnym z
ródłem tych zanieczyszczeń, podobnie spływy z dróg i terenów miejskich. Oleje mogą
występować w postaci rozpuszczonej, emulsji lub zawiesiny. Rozpuszczalność olejów maleje ze
wzrostem masy cząsteczkowej, a rośnie ze wzrostem zanieczyszczenia. Oleje doprowadzane do wód
często występują na powierzchni wody, tworząc cienką warstwę świadczącą o znacznym
zanieczyszczeniu zbiornika wodnego, uniemożliwia ona przenikanie tlenu z atmosfery do wody.
-oleje mineralne (najważniejsze)-niepolarne węglowodory alifatyczne (C15-C22)
-benzyny ( C )
7-C
10
-smary ( C )
19-C
35
-nafta ( C )
10-C
16
-asfalty ( C )
36-C
90
-kazeina
-parafiny ( C )
35-C
45
- polarne estry, alkohole, aldehydy, fenole, merkaptany i inne nie będące produktami pochodnymi
Ropa naftowa  nierozkładalna biologicznie
-gęstość mniejsza od gęstości wody ( metoda flotacji)
-ropa naftowa i jej pochodne nie maja właściwości kancerogennych
*benzen, toluen  zw. aromatyczne są kancerogenność
*czteroetylek ołowiu  łatwo przyswajalny przez organizm , niewielka kancero..
*oleje- trudnorozkładalne, możliwość odzyskiwania
*propan,butan- krakingowanie ropy naftowej, toksyczny dla ryb i mikroflory
ZwiÄ…zki chemiczne ropy naftowej:
-metan, propan, etan
-cyklopropen, cyklopentan
-zwiÄ…zki zawierajÄ…ce S triofen, tricyklohekasn
-zwiÄ…zki aromatyczne benzen, toluen, fenol
zwiÄ…zki zawierajÄ…ce azot i pirol
Tankowce 10% zanieczyszczenia ropą naftowa, katastrofy tankowców z ropa naftowa stanowią
zanieczyszczenia marginalne, wpływ na smak ryb, za duże stężenie - śmierć organizmów wodnych.
Oleje - oblepiają przedmioty tworząc większe cząstki padają na dno.
24. Zanieczyszczenie wód syntetycznymi związkami organicznymi: związki
powierzchniowo czynne, środki ochrony roślin, fenole, wielopierścieniowe węglowodory
aromatyczne, chlorowane zwiÄ…zki organiczne.
Do wód trafia wiele substancji organicznych syntetyzowanych przez człowieka. Są to substancje nowe,
które nie występowały wcześniej w przyrodzie. W związku z tym są trudno rozkładalne przez
mikroorganizmy czyli utrudniają procesy samoczyszczenia się wód. Mikroorganizmy nie posiadają
odpowiednich enzymów niezbędnych do rozkładu tych substancji, ale mogą je wytworzyć co zajmuje
trochÄ™ czasu.
ZwiÄ…zki powierzchniowo czynne.
Związki powierzchniowo czynne, związki obniżające napięcie powierzchniowe na granicy faz.
Zbudowane są z dwóch elementów o przeciwnym powinowactwie do wody (element hydrofilowy i
hydrofobowy). Związki powierzchniowo czynne można podzielić na emulgatory, detergenty związki
zwiększające rozpuszczalność substancji trudno rozpuszczalnych.
Wpływ na środowisko
Piana-zmniejszenie dyfuzji tlenu
Działanie emulgujące - mogą powodować mieszanie się wody z obecnymi w niej olejami
Niektóre toksyczne dla organizmów wodnych.
Wyróżnia się następujące rodzaje środków powierzchniowo czynnych
" anionowe (mydło, siarczany alkilowe, sulfoniany alkilobenzenowe).
" kationowe (czwartorzędowe sole amonowe)
" amfoteryczne - alkilobetanina
" niejonowe środki powierzchniowo czynne - poliester etylenowy.
Środki ochrony roślin
Substancje służące do zwalczania szkodników roślinnych i zwierzęcych noszą nazwę pestycydów.
Dzięki nim ratuje się ok.35% światowych plonów,zlikwidowano niemal zupełnie malarie,ale
jednocześnie powstają poważne problemy w dziedzinie ochrony środowiska.
Pestycydy w zależności ich przeznaczenia dzieli się na 3 grupy:
- zoocydy, w tym przede wszystkim insektycydy, tzn. środki zwalczające owady
- herbicydy - środki chwastobójcze
- jungicydy - środki ochrony roślin
Jako herbicydy są stosowane pochodne fenolu i jego homologów (pieciochlorofenol,PCP),pochodne
nitrowe,pochodne chlorowe kwasów alifatycznych i aromatycznych(dalapon,amiben) i związków
heterocyklicznych, kwasów fenoloalifatycznych
Pestycydy są używane w formie proszków płynów lub aerozoli. Ponieważ wiele pestycydów jest złe
rozpuszczalnych w wodzie,dodaje się: spływają z pól, są przenoszone z wiatrem podczas rozpylania
ich na obszarach leśnych, ze ścieków przemysłowych, fabryk wytwarzających pestycydy, zmycia
aparatury i naczyń w zakładach. Związki te są wprowadzane również bezpośrednio do wód podczas
zwalczania chwastów wodnych, bezwartościowych ryb i insektów wodnych
Szkodliwy wpływ pestycydów na wody powierzchniowe polega na zakłóceniu równowagi
biologicznej przez toksyczne działanie na biocenozę (szczególnie na ryby i zooplankton) na zakłóceniu
samooczyszczania się wód i pogarszaniu ich właściwości organoleptycznych. Pestycydy działają także
szkodliwie na proces biochemicznego oczyszczania ścieków.
Pestycydy powinny:
-być toksyczne w stosunku do szkodników -docelowych
-być mało toksyczne dla człowieka i innych organizmów
-być trwale
-łatwo ulegać biodegradacji do związków nietoksycznych po spełnianiu zadania
Fenole
Są to zw. aromatyczne,które zawierają jedną lub więcej grup wodorotlenowych związanych z atomami
węgla znajdującymi się w pierścieniu.(fenol, 2-krezol, 3-krezol). Są pochodnymi benzenu. Fenole i ich
pochodne są syntetyzowane przez żywe organizmy, zwłaszcza roślinne oraz produkowane sztucznie na
potrzeby przemysłowe (przemysł chemiczny). Związki fenolowe powstają również podczas
naturalnego rozkładu związków humusowych i lignin w glebie., oraz z procesu rozkładu białka. Ilości
fenoli naturalnych są znikome. Znaczne ilości fenoli występują w żywicach naturalnych i ropie
naftowej.
W wodach naturalnych występuje zazwyczaj mieszanina rożnych związkach fenolowych
Fenole kumuluje się w mięsie ryb,wówczas nadaje im nieprzyjemny smak, a w większych stężeniach
sÄ… dla nich szkodliwe. A
atwo ulegają biodegradacji jeśli stężenie nie zabije mikroorganizmów, łatwo
reagują ze związkami nieorganicznymi...głownie ze ścieków przemysłowych.
Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne
Maja co najmniej dwa pierścienie z dwoma atomami węgla wspólnymi dla obu pierścieni. WWA maja
układ pierścieni skondensowanych i atomy węgla wspólnie dla dwóch rożnych pierścieni, wobec tego
pierścienie takie maja wspólne krawędzie. WWA są rakotwórcze ( czyli kancerogenne). Do najbardziej
czynnych węglowodorów rakotwórczych należy 3,4-benzopiren,1,2,5,6-dwubenzoantracen,1,2-
benzoatracen, 1,12-benzooperylen, 10,11-benzogluoranten, metylocholantren. Obecność tych
związków stwierdzono m.in.w smole węgla kamiennego, w ropie naftowej, w sadzach, dymach
przemysłowych,spalinach z silników Diesla i benzynowych, w gumie, w dymie papierosów. y
ródłem
powstawania WWA jest niepełne spalanie substancji organicznych i paliw.
Tworzą się też podczas wędzenia mięsa.
WWA są na ogol słabo rozpuszczalne w wodzie,jednak mogą tworzyć z woda emulsje. Są zazwyczaj
trwale pod względem chemicznym,również nie ulegaja latwo rozkladowi pod wpływem
mikroorganizmów. Rozkładają je nieliczne gatunki bakterii. WWA dostające się do wód
powierzchniowych zanieczyszczają siew sposób trwalszy niż inne związki organiczne. WWA są
kumulowane w organizmach żywych (zwierzęcych), żyjących w wodzie, jak ryby i mięczaki. Związki
te kumulują się w tłuszczu. W mięsie ryb złowionych w rzekach zanieczyszczonych ściekami
pochodzącymi z rafinerii nafty lub ściekami z termicznej przeróbki węgla kamiennego stwierdzono
obecność WWA, w tym również 3,4-benzopirenu. Jednocześnie stwierdzono,ze 3,4 benzopirenu
powstaje jako produkt przemiany materii bakterii, glonów i roślin wyższych.
Chlorowane zwiÄ…zki organiczne
Powstają jako uboczne produkty przy chlorowaniu związków organicznych (technologie chemiczne
bardzo często korzystają z chlorowych podstawień, bo związki takie są reaktywne).
Powstają tez przy spalaniu odpadów miejskich, węgla i na wysypiskach. Dostają się do wód ze
ściekami przemysłowymi.
Maja bardzo silnie trojące działanie kancerogenne.
Są hydrofobowe, łatwo kumulacja się w roślinach, mięsie itp.
25. Niepożądane produkty dezynfekcji wody
W trakcie chlorowania wody powstaje wiele halogennych i niehalogennych produktów ubocznych.
podczas Å‚Ä…czenia siÄ™ z domieszkami np. substancjami humusowymi
chlorek metylu - posiada działanie rakotwórcze
chlorek metylenu - w organizmie człowieka, który jest zmuszony do ich przyjmowania dawka chloru
Niezbeckiego do przeprowadzenia dezynfekcji zależy od stopnia jej bakteriologicznego
zanieczyszczenia i musi być każdorazowo dobrana tak aby zapewniała odpowiednia zawartość w
wodzie chloru wolnego (użytecznego)- czyli ok. 0,2 mg/dm3, taka dawka to z reguły 0,3 mg/dm3
Dopuszczalne stężenie chloroformu w wodzie do picia wynosi 30 miligramów/dm3
Dla porównania woda wodociągowa w warszawie zawiera 43 miligramy/dm3, a w Gorzowie
Wielkopolskim 82 miligramów/dm3 chloroformu !!!!!!!!!
Niepożądane produkty dezynfekcji wody znajdują siew niej w dużych stężeniach przekraczających
często dozwolone stężenia.
26. Promieniotwórcze zanieczyszczenie wód.
Promieniotwórczość jest definiowana jako zjawisko samorzutnego przekształcania się nietrwałych
izotopów jednego pierwiastka w izotopy innego pierwiastka z towarzysząca emisja promieniowania
jądrowego. Promieniotwórczość nuklidów (tj. jader charakteryzujących się określona liczba protonów
i neutronów, które istnieją w przyrodzie jest radioaktywnością naturalna, a nuklidów otrzymanych w
reakcjach jądrowych - radioaktywnością sztuczna lub wzbudzona
Pierwiastki radioaktywne są rozpowszechnione w skalach i stamtąd przedostają się do wód
naturalnych, powodując ich radioaktywność (uranowce, pokłady radowe)
Radioaktywność powodują (naturalna: Ra, Ru, U, Th, Pb, K oraz przechodzące od wód z atmosfery
izotopy H, C nabyta radioaktywność jest spowodowana zanieczyszczeniem wod izotopami
promieniotwórczymi: Sr, Sr, Y, J, J, J, Cs, Cs Ce, P
Wody z naturalna radioaktywnością dzieli się na 2 grupy:
-zawierające radon i tylko emanacje (oddziaływanie) radu - są to wody radonowe, do których
zalicza się większość wód uzdrowiskowych;
-radowe o znacznej zawartości radu, przeważnie wody głębinowe.
Radioaktywność sztuczna może pochodzić z zanieczyszczenie wód substancjami
promieniotwórczymi, np. podczas wydobywania,wzbogacania rudy uranowej,eksploatacji reaktorów
atomowych bÄ…dz
tez otrzymywania i zastosowania izotopów, oczyszczania mat, z których składają się
bomby,
y
ródła:
-promieniotwórczość naturalna: izotopy naturalnego rozpadu uranowo-radowego, lub uranowo-
aklynowego (powstajÄ… izotopy promieniujÄ…ce czÄ…stki alfa i beta)
-promieniowanie kosmiczne-do ziemi docierają izotopy promieniotwórcze węgla C14, C13
-absorbowane przez złoża filtracyjne w zakładach oczyszczania wody
-z
ródła sztuczne - izotopy pr. na skutek produkcji bomb atomowych (Hiroszima, Nagasaki, próby
jÄ…drowe), pracujÄ…ce elektrownie atomowe-Czarnobyl
Zagrożenia:
-promieniowanie alfa-bardzo energetyczne ale o malej przenikliwości, promieniowanie gamma-
znaczna przenikliwość
-jonizacja rodnikowa materiału komórkowego - przemiany kancerogenne, możliwość deformacji
chromosomalnych
-jod 131- kumulowany w tarczycy
-stront 89, 90, 91 (w kościach); cez 130, 137
Składowe promieniowania w dawce rocznej:
-prom. kosmiczne 8%
-prom. podłoża 1.1%
-prom. radonu 200, 222 w wolnym powietrzu 2,2%
-prom gamma w budynkach 10,8 %
-prom radonu w powietrzu wewnÄ…trz budynku 43,9%
-diagnostyka rentgenowska 21,7%
-opad prom. po wybuchach 0,6%
radionuklidy inkorporowane (bez radonu) 11,4%
HOMERAZA - korzystny wpływ malej dawki promieniowania na zdrowie człowieka poprzez
wzmożenie działania systemu immunologicznego.
27. Szacowanie ryzyka zdrowotnego.
- każda działalność ludzka jest obarczona pewnym ryzykiem
- stosowane procedury:-rygorystyczne przepisy badan
- rożne dawki, rożne formy
-krzywa  funkcja ryzyka
P(x)=1-e-h(X) h(x)= ax+b
P(x)=1-eb
- tło zachorowań gdy h(x)=0
Współczynnik kancerogenności : chloroform 0,15 [ 1/mg/kg/dzień]
Dioksyny 1,5*105[1/mg/kg/dzień]
*wykres
-istniejÄ… sytuacje, ze przy niewielkich dawkach promieniowania powoduje poprawÄ™ zdrowia poprzez
poprawę sygnału immunologicznego  HORMEZA
28. Normy jakości wody
Woda przeznaczona do picia:
-powinna być klarowna,bezbarwna,bezwonna i orzez
wiajÄ…ca w smaku
-nie powinna zawierać składników trojących, ani tez nadmiernych ilości związków żelaza,
magnezu, wapnia, manganu
-nie powinna zawierać bakterii chorobotwórczych, pasożytów zwierzęcych ani ich larw i jaj
Pożądane jest, aby miała niska temp. od 280-285 K i zawierała odpowiednie składniki potrzebne
organizmowi ludzkiemu, takie jak jod i fluor.
I woda po uzdatnieniu i dezynfekcji:
- 1 w 100 cm3 nie może być ani jednej bakterii grupy coli typu fekalnego
- 2 wskaz
nik coli lub najbardziej prawdopodobna liczba (NPL) bakterii grupy coli w 100
cm3 nie może przekraczać 1.
- 3 liczba kolonii bakterii na agarze odżywczym po 24h w temp. 310 K nie może
przekraczać 10 w 1cm3 wody
- 4 liczba kolonii bakterii na agarze odżywczym po 72h w temp. 293 K nie może
przekraczać 50 w 1cm3 wody
II Woda nie dezynfekowana:
-jak wyżej 1.
-jak w 2 tylko nie może przekraczać 2
-jak w 3 40 w 1cm3 wody
-jak w 4 200 w 1cm3 wody
III Woda z urządzeń wodnych na potrzeby własne gospodarstw domowych
1 wskaz
nik coli lub NPL bakterii grupy coli w 100cm3 nie może przekraczać 10
2 liczba kolonii bakterii na agarze odżywczym po 24h w temp. 310K nie może przekraczać 100 w
1cm3
Woda w pływalniach:
1Woda dezynfekowana w obiegu zamkniętym powinna odpowiadać warunkom określonym w punkcie
II-1 i II-2, z tym, ze liczba kolonii bakterii na agrze odz. po 24h w temp.310K nie powinna
przekraczać 200 w 1cm3
2Woda dezynfekowana Lub niedyzenfekowana Bez obiegu zamkniętego - warunkom określonym w
pkt. III-1