Rodzaje wód naturalnych.
Wody dzielimy na:
opadowe - opady deszczu, śniegu, gradu lub rosy. Ich skład zależy od atmosfery przez którą przechodzą. Zawierają zwykle dość duże ilości gazów jak O2, N2, CO2 i innych (ok.25cm3/dm3). Zawartość związków nieorganicznych < 10mg/dm3 (siarczany, chlorki, azotany sodu i amonu). Odczyn pH ≈ 6.0 ze względu na obecność CO2. Występują w wodach opadowych również sole Ca, Mg, sadza, pyłki roślinne i pyły w zależności od uprzemysłowienia terenu (metale ciężkie, H2S, SO2, H2SO4). Wody opadowe wypłukują ponadto szereg zanieczyszczeń z atmosfery. Przesiąkają one następnie przez glebę i dostają się do zbiorników wód powierzchniowych. Wody opadowe nie powinny być w stanie surowym używane do celów spożywczych. Niektóre z nich mogą być również radioaktywne.
powierzchniowe – są to spływające wody po powierzchni ziemi i gromadzące się w naturalnych zbiornikach. Obszar, z którego spływa woda do zbiornika nazywa się zlewnią. Woda taka ma skład zmienny w szerokich granicach i zależy on od:
czasu kontaktu z glebą
rodzaju gleby
pory roku
ilości wód opadowych
zagospodarowania zlewni
ukształtowania i pokrycia terenu
Główne zanieczyszczenia pochodzą jednak od niedostatecznie oczyszczonych ścieków przemysłowych i miejskich odprowadzanych do wód. Często są one zabarwione. Wody powierzchniowe nie powinny być bez oczyszczenia używane do picia. Z upływem czasu, wskutek zachodzących procesów biochemicznych ulegają pod wpływem mikroorganizmów i tlenu samooczyszczeniu tzn. utlenianiu związków organicznych do CO2, NO2, SO3.
podziemne – powstają wskutek infiltracji wód opadowych i powierzchniowych, które po dojściu do warstwy nieprzepuszczalnej wypełniają wolne przestrzenie między cząstkami piasku. Takie warstwy wodonośne mogą występować na różnych głębokościach. W czasie bardzo powolnej filtracji woda oczyszcza się:
w wierzchniej warstwie gleby zachodzą procesy biochemiczne
w warstwach głębszych zachodzą procesy sorpcyjne.
Wody podziemne można dodatkowo podzielić na podskórne, gruntowe i wgłębne.
...podskórne (zaskórne) – znajdują się nad pierwszą warstwą nieprzepuszczalną na głębokości od kilkudziesięciu cm aż nawet do kilkunastu metrów. Są one niedostatecznie oczyszczone i nie są źródłem wody do picia i potrzeb komunalnych.
...gruntowe – znajdują się pod pierwszą warstwą nieprzepuszczalną na głębokości 8÷10m i ich zasilanie odbywa się przez infiltrację wód atmosferycznych, powierzchniowych i kondensacyjnych. Są one przeważnie dostatecznie oczyszczone i stosowane do picia, wymagają jednak stałej kontroli.
...wgłębne – występują na głębokościach ponad 20m. Znajdują się w warstwie wodonośnej, zamkniętej między dwoma warstwami nieprzepuszczalnymi . Jeśli znajdują pod ciśnieniem hydrostatycznym zwane są wodami artezyjskimi. Są dobrze oczyszczone i mogą być używane do picia, za wyjątkiem kiedy ich skład chemiczny nie odpowiada obowiązującym wymaganiom.
Woda do picia i na potrzeby gospodarcze.
Woda taka powinna:
być klarowna, bezbarwna i o orzeźwiającym smaku
nie zawierać składników trujących oraz nadmiernych ilości związków Fe, Mg, Ca, Mn
nie zawierać bakterii chorobotwórczych, pasożytów zwierzęcych ani ich larw i jaj.
Wymagania fizykochemiczne, jakim powinna odpowiadać woda przeznaczona do spożycia przez ludzi (przykłady substancji i ich graniczne stężenia)
Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dn. 19 listopada 2002 r. (Dz. U. Nr 203, poz. 1718)
| odczyn pH | 6.5 – 9.5 |
|---|---|
| barwa | 15 mg Pt/dm3 |
| mętność | 1mg/dm3 |
| chlorki | 250 mg/dm3 |
| siarczany | 250 mg/dm3 |
| wolny chlor (po dezynfekcji) | 0,1 – 0,3 mg/dm3 |
| żelazo Fe | 0,2 mg/dm3 |
| mangan Mn | 0.05 mg/dm3 |
| magnez Mg | 30 – 125 mg/dm3 |
| chrom Cr | 0,05 mg/dm3 |
| rtęć Hg | 0,001 mg/dm3 |
| twardość | 60-500 mg CaCO3/dm3 |
Ocenę jakości wody wykonuje się na podstawie badań fizyko-chemicznych i bakteriologicznych. Analiza bakteriologiczna obejmuje oznaczenie liczby kolonii bakterii wyhodowanych z 1cm3 wody na agarze odżywczym po 72 godzinach w 22°C (najwyższa dopuszczalna ilość – 20 bakterii), liczbę kolonii bakterii wyhodowanych z 1cm3 po 24 godzinach w 37°C ( najwyższa dopuszczalna ilość – 100 bakterii) oraz wskaźnik coli (liczba bakterii grupy coli w 100cm3 wody) lub miano coli (ilość cm3 wody w której znajduje się 1 bakteria coli). Wymagania bakteriologiczne są wysokie dla wody dezynfekowanej, dla niedezynfekowanej są one mniej ostre. Np. liczba kolonii z 50 jest zwiększona do 200 (72 godz. w 22°C), a wskaźnik coli wzrasta z 1/100cm3 do ≤ 2/100cm3.
Jeśli woda nie odpowiada wymaganym warunkom, może zostać nie dopuszczona do użytkowania. Ocenę przydatności może zostać jedynie wtedy wydana, gdy zostały łącznie wykonane badania fizyko-chemiczne i bakteriologiczne.
Skład wody zależy od środowiska naturalnego, w którym się znajduje i niektóre wskaźniki są silnie z tym powiązane np. zawartość chlorków 100-200 mg/dm3 Cl może świadczyć o dopływie zanieczyszczeń, ale również że pochodzi ona z wybrzeża morskiego, gdzie takie stężenie chlorków jest pochodzenia naturalnego.
Przy ocenie jakości wody naturalnej ocenia się wszystkie jej składniki i cechy, które tworzą pewną całość. Rozbieżności w ocenie mogą wynikać z błędnego pobrania próbki, która będzie niereprezentatywna i niewłaściwa.
Ocena sanitarna wody składa się z pięciu opinii charakteryzujących badaną wodę:
cechy i skład fizyko-chemiczny
stan zanieczyszczenia pod względem chemicznym
stan sanitarny pod względem bakteriologicznym
przydatności wody do picia i na potrzeby gospodarstwa domowego
zaleceń dotyczących poprawy składu wody
Próbki do badań wody przeznaczonej do spożycia pobiera się w zależności od zużycia przez określoną liczbę mieszkańców na danym terenie i wynosi około 4 analiz/rok. W zależności od wymagań określa się rodzaj monitoringu jak i zestaw wskaźników nim objętych.
Cel i zakres badania wody.
Woda jest jednym z głównych elementów środowiska naturalnego i zajmuje około 75% powierzchni ziemi. Stosowana jest do wielu celów: bytowych (pożywienia, higiena), w rolnictwie, przemyśle i transporcie.
Organizm ludzki zawiera około 65% wody i jej brak powoduje szereg negatywnych skutków zdrowotnych, ubytek około 20% wody powoduje śmierć. Bez wody człowiek może przeżyć 8 dni, bez pokarmu około 1 miesiąca.
Wody w przyrodzie biorą udział w cyklu kołowym, a obiektem badań inżynierii sanitarnej i środowiska są głównie wody tzw. naturalne: opadowe, podziemne i powierzchniowe. Ponieważ woda jest dobrym rozpuszczalnikiem, dlatego wody naturalne zawierają różne domieszki substancji organicznych, nieorganicznych i gazów, które dostają się do wody w czasie jej krążenia i kontaktowania się ze środowiskiem zewnętrznym.
Naturalnymi i nieszkodliwymi składnikami wody bywają zazwyczaj sole wapnia, magnezu, sodu i innych związków. Wodą całkowicie odmineralizowaną jest woda destylowana. Wody naturalne mogą zawierać bakterie i mikroorganizmy, które mogą być chorobotwórcze. Podobną rolę pełnią robaki, same nie będąc chorobotwórczymi, ale mogące przenosić bakterie chorobotwórcze. Zanieczyszczenia te pojawiają się w wodzie w wyniku odprowadzania do wód powierzchniowych ścieków miejskich i przemysłowych np. z garbarni i rzeźni. Przeżywalność bakterii i wirusów w wodzie jest zależna m.in. od temperatury i odczynu wody i wynosi od kilku do kilkunastu miesięcy. Praktyczny sposób uzdatniania wody polega, oprócz metod fizycznych (filtracja, sedymentacja) na chlorowaniu wody różnymi dawkami chloru oraz ozonowaniu, co jest jednak procesem dość kosztownym.
Zakażone wody powierzchniowe powodują ostre formy zachorowania użytkowników o charakterze epidemii, której groźba polega na rozprzestrzenianiu się liczby zachorowań w postępie geometrycznym. Rozprzestrzenianie się epidemii w krótkim czasie w wielu krajach jednocześnie nosi nazwę pandemii.
Woda może być także przyczyną niektórych masowych chorób niezakaźnych, powodowanych brakiem lub nadmiarem niektórych związków w wodzie a potrzebnych organizmowi człowieka. Np. brak jodu (<3µg/dm3) lub nadmiar fluoru (>1.5mg/dm3), czy obecność metali ciężkich jak ołów, arsen, miedź, chrom mogą powodować przewlekłe schorzenia, które w krańcowych przypadkach mogą zakończyć się zgonem.
Wody powierzchniowe, szczególnie zaś podziemne mogą ulegać zanieczyszczeniom promieniotwórczym wynikającym z opadu pyłów z radioizotopami pochodzenia przemysłowego (60Sr, 137Cs...) lub z doświadczalnych wybuchów jądrowych. Do wód powierzchniowych dostają się także środki stosowane w rolnictwie, ścieki przemysłowe i miejskie.
...w rolnictwie – dostają się do wód w takich stężeniach, że są szkodliwe dla zdrowia i życia biologicznego na Ziemii
...przemysłowe – różnią się krańcowo między sobą w zależności od rodzaju produkcji (garbarnie - związki organiczne, z produkcji kwasu siarkowego – związki nieorganiczne), pod względem bakteriologicznym nie są groźne dla ludzi.
Woda używana do picia nie powinna zawierać bakterii chorobotwórczych, związków trujących, nadmiernych ilości wapnia, magnezu, żelaza, manganu oraz powinna mieć odpowiednie proporcje składników niezbędnych dla organizmu ludzkiego.
Woda do celów przemysłowych musi spełniać także określone wymagania, gdyż może utrudniać lub nawet uniemożliwić produkcję.
Badanie wody jest dość trudne z tego względu, że ilości związków w niej zawartych są miligramowe a metody analityczne należą do metod półmikroanalitycznych.
W zależności od celu przeznaczenia wody określa się zakres jej badania tzn. jej cechy fizyczne i składniki chemiczne. W badaniach sanitarnych przydatność wody do picia i potrzeb gospodarczych określa się wykonując badania skrócone, rozszerzone i pełne.
...skrócone – obejmują oznaczenie temperatury, mętność, barwę, zapach, odczyn, twardość, zasadowość, żelazo, mangan, chlorki, amoniak, azotyny, azotany i utlenialność. Badania takie mają za zadanie zbadanie użyteczności wody do picia i są wykonywane przy bieżącej kontroli sanitarnej wody. Ilość potrzebnej do badania wody to 1dm3.
...rozszerzone – obejmują oznaczenie suchej pozostałości, pozostałości po prażeniu, stratę przy prażeniu, siarczany. Badania te wykonuje się dla oceny przydatności nowych źródeł wody do picia i potrzeb gospodarczych oraz niektórych rodzajów przemysłu. Na badanie to potrzeba 2dm3 wody.
...pełne- obejmują badania rozszerzone oraz zawartość fluoru, azotu organicznego, azot białkowy, metale ciężkie, fosforany, siarkowodór, obecność składników pochodzących ze ścieków z zakładów przemysłowych oraz BZT, ChZT i CO2. Badania te wykonuje się dla uzyskania charakterystyki wody ze źródeł dokładnie niezbadanych a przeznaczonych do zaopatrzenia i ustalenia ich przydatności, a także raz w roku w eksploatowanych wodociągach. Do wykonania tych badań potrzeba 5dm3 wody.
Zakres badań ustala się indywidualnie w zależności od wymagań. Poza badaniami fizyko-chemicznymi wykonuje się także badania bakteriologiczne, szczególnie wód powierzchniowych.
Zasady pobierania próbek.
Pobrana próbka powinna być w jak największym stopniu reprezentatywna, tj. pod względem badanych cech lub parametrów nie powinna się różnić istotnie od całej reprezentowanej objętości wody, ścieków lub osadów ściekowych. Niewłaściwa ocena jakości wody może dać skład nieprawdziwy, może wpływać na zdrowie ludności a nawet prowadzić do niewłaściwych inwestycji.
Częstotliwość pobierania próbek zależy od celu badań i zmienności składu badanych wód. Wybór miejsca pobierania próbek wody powierzchniowej zależy od celu badań, cech morfologicznych, hydrologicznych badanego akwenu, jak również od rozmieszczenia dopływów i źródeł zanieczyszczeń. Badania fizyczne, chemiczne i biologiczne próbek wody, ścieków i osadów ściekowych powinny dostarczyć niezbędnych informacji o jakości analizowanego materiału oraz jego zmienności w czasie i przestrzeni.
Próbki wody przeznaczone do analizy należy pobierać bezpośrednio do butelek, w których przewożone są do laboratorium lub za pomocą różnego rodzaju przyrządów, z któr6ych następnie przelewa się je do odpowiednich naczyń. Do pobierania i przechowywania próbek należy stosować:
butelki lub słoiki szklane z doszlifowanymi korkami szklanymi lub dopasowanymi korkami z tworzyw sztucznych
butelki lub inne naczynia z tworzyw sztucznych ze szczelnymi zamknięciami
Pojemność naczyń powinna być dopasowana do objętości pobieranych próbek i zależy od rodzaju i zakresu przewidywanych badań laboratoryjnych.
Do pobierania i przechowywania próbek przeznaczonych do badań fizycznych, chemicznych i biologicznych należy używać przede wszystkim naczyń ze szkła borokrzemowego. W przypadku badań chemicznych, obejmujących oznaczenie krzemionki, fluorków, litu, potasu i sodu próbki pobiera się do naczyń polietylenowych. W niektórych przypadkach, gdy celem badań jest określenie zawartości składników podatnych na rozkład fotochemiczny, próbki należy pobierać do naczyń nieprzezroczystych.
Ilość potrzebnej do badania fizyko-chemicznego wody wynosi przeciętnie 1-5dm3. W tym samym miejscu można pobierać także próbki do badań mikrobiologicznych – pobiera się je w pierwszej kolejności. Pobrane próbki powinny być zaopatrzone w trwałe etykiety z danymi dotyczącymi miejsca i czasu poboru (data, godzina), rodzaju wstępnej obróbki (np. próba przesączona lub nie, utrwalona lub nie) i nazwiskiem osoby pobierającej. Zebrane próbki powinny być niezwłocznie zbadane, gdyż w czasie przechowywania skład fizyko - chemiczny wody ulega zmianie. Należy przewozić je w temperaturze niższej od temperatury pomiarowej podczas ich pobierania oraz zabezpieczyć przed dostępem światła. Czas transportu i przechowywania nie powinien przekraczać 72 h dla wód czystych i 12 h dla wód zanieczyszczonych. Gdy nie można dokonać badań w wymaganym czasie próbkę należy utrwalić przez dodanie środków utrwalających. Najczęściej używanymi związkami są stężone kwasy, roztwory zasad oraz wybrane odczynniki niezbędne do utrwalenia specyficznych składników ( np. tlenu rozpuszczonego). Stosowany środek utrwalający nie może być czynnikiem przeszkadzającym w oznaczeniu badanego parametru. Postanowienia ogólne dotyczące zasad pobierania próbek, technik pobierania, utrwalania i przechowywania zawarte są w Polskich Normach PN-74/C-04620 i PN-87/C-04632
Badania fizyko-chemiczne opierają się głównie na metodach kolorymetrycznych. Do badań tych stosuje się fotometry, spektrofotometry, pehametry, konduktometry, chromatografy gazowe i cieczowe oraz automatyczną aparaturę analityczną.
Badania wykonuje się w sposób ujednolicony a wyniki podaje się w ilości miligramów lub moli substancji – jonu w 1dm3, mmol/dm3 lub mg/dm3. Niektóre oznaczenia podaje się w odmienny sposób np. azot, zaznaczając jakiego azotu dotyczy np. mg NNO3/dm3 (azot azotanowy), mg Nalb/dm3 (azot albuminowy), utlenialność (ChZT) mgO2/dm3, mg H2S/dm3 (siarkowodór), mg SiO2/dm3 (krzem), mg K+/dm3, mg SO42-/dm3 (jony siarczanowe)...itp. Barwę podaje się w mg Pt/dm3 i odnosi do wartości wzorca; podobnie podaje się mętność w mg/dm3 wzorca. Twardość wody podaje się w mmol/dm3 lub używa się jeszcze tradycyjnej terminologii w stopniach twardości.
Wyniki analiz obarczone są błędami wynikającymi z różnych przyczyn, np. z obecności innych składników, niepełnego przebiegu reakcji, z niedoskonałości przyrządów pomiarowych. Błędy mogą być przypadkowe i systematyczne, z których pierwsze są trudne do określenia i wyeliminowania. Można je zminimalizować przez wielokrotne powtarzanie oznaczeń. Błędy systematyczne są błędami występującymi stale i wynikają z zastosowania niewłaściwej metody oznaczenia, z niedoskonałości przyrządów pomiarowych, z obecności domieszek lub z braku doświadczenia analitycznego.
Jakość wody w przepisach sanitarnych.
W zasadzie każda woda niezanieczyszczona i nieszkodząca człowiekowi może być uznana za zdatną do picia i na potrzeby gospodarstwa domowego. Ogólne wymagania stawiane wodzie do picia są następujące (zależy to także od prawodawstwa poszczególnych państw):
powinna być klarowna, bezbarwna, bez zapachu i smaku
nie powinna zawierać czynników chorobotwórczych (bakterii, pasożytów, związków trujących) oraz zbyt dużo wapnia, magnezu, żelaza i manganu.
Maksymalne dopuszczalne stężenie niektórych substancji w wodzie wynoszą (wg. Rozp. Min. Zdrowia z dn. 19.11.2002r.):
Pb 0.05mg/dm3; As 0.01mg/dm3; Cr 0.05mg/dm3; Fe 0.2mg/dm3;
CN 0.05 mg/dm3; Cd 0.003 mg/dm3; Mn 0.05 mg/dm3
Skład chemiczny wód w wielu częściach świata jest bardzo różny, dlatego normy czystości są różne i nie ma możliwości ustalenia ścisłych norm chemicznych jakości wody. Światowa Organizacja Zdrowia podaje dopuszczalne stężenia niektórych związków występujących w wodzie. Obecnie (od 1978r.) proponuje się podawania także tymczasowych maksymalnych dopuszczalnych stężeń toksycznych do oceny przydatności wody do picia. Wynika to z pojawienia się w wodzie związków organicznych – pochodnych trójhalogenków metanu. Pochodne halogenowe tworzą się w trakcie chlorowania wody i przypuszcza się, że są one związkami rakotwórczymi. Aby się ich pozbyć można stosować absorpcję na węglu aktywnym i sposób ten zaleca się do oczyszczania wody w wodociągach obsługujących do
75 000 mieszkańców. Woda oprócz stosowania do celów komunalnych jest także stosowana do celów przemysłowych, rolniczych, ciepłowniczych, w energetyce, chłodnictwie, w przemyśle spożywczym...itp.