23. ZANIECZYSZCZENIE WÓD SYNTETYCZNYMI ZWIĄZKAMI ORGANICZNYMI

Fenole: związki aromatyczne zawierające jedną lub więcej grup wodorotlenowych związanych z atomami węgla znajdującymi się w pierścieniu. Fenole są pochodnymi benzenu. Są one syntezowane przez organizmy żywe, rośliny oraz sztucznie na potrzeby przemysłu. Powstają także podczas naturalnego rozkładu zw. humusowych i lignin w glebie. Fenole w wodach naturalnych mogą być pochodzenia naturalnego (biologiczny rozkład roślin) lub pochodzące ze ścieków przemysłowych. W wodach naturalnych występują mieszaniny różnych zw. fenolowych których skład mogą wchodzić jedno- lub wielowodorowe pochodne albo jedno- i wielopierścieniowe związki fenolowe. Fenole w ilościach normalnych w wodach naturalnych nie są szkodliwe dla zdrowia, jednak podczas chlorowania (dezynfekcji) woda ma odrażający zapach na skutek powstawania chloropochodnych fenoli(jedno-, dwu-, trójchlorofenole). Ich obecność powoduje również nieprzyjemny smak wody. Niektóre z wielowodorotlenowe fenole powodują zabarwienie wody podczas chlorowania.

Związki powierzchniowo czynne: (tenzydy) związki chemiczne które gromadząc się na granicy faz mogą w znacznym stopniu zmieniać właściwości powierzchniowe cieczy w której są rozpuszczone. Należą do nich mydła, sapoiny, syntetyczne związki powierzchniowo czynne. Wszystkie te substancje mają cząsteczki o budowie asymetrycznej składające się z dwóch części o skrajnie różnych właściwościach: niepolarnej lub słabo polarnej(pochodzenia węglowodorowego) część hydrofobowa nie rozpuszczalnej w wodzie ale rozpuszczalnej w rozpuszczalnikach niepolarnych i silnie polarnej- hydrofilowa (lipofobowa). Grupy hydrofobowe: utworzone najczęściej z rodnika alifatycznego o wzorze ogólnym CH₃-(CH₂)_n. budowa reszty hydrofobowej jej długości rozgałęzienia maja decydujący wpływ na właściwości tenzydów. Grupa hydrofilowa ułatwiająca rozpuszczalność w wodzie, utworzona z grup kwasowych lub zasadowych; W przypadku grup kwasowych i zasadowych działanie rozpuszczające oparte jest na tworzeniu soli. Tenzydy których grupy hydrofilowe nie są zdolne do tworzenia soli –niejonowe, te które zawierają obie grupy tworzą jony obojnacze-amfolity.ze względu na zdolność dysocjacji tenzydy dzielimy na anionowe, kationowe, amfolityczne i niejonowe. Mydła potasowe w wodzie twardej na skutek wymiany jonów tworzą mydła wapniowe i magnezowe nierozpuszczalne w wodzie. Zwiększenie produkcji detergentów powoduje przedostawanie się tych substancji do ścieków i wód naturalnych zwłaszcza powierzchniowych, gdzie tworzą emulsje tłuszczów i olejów wspomagając rozpuszczanie rakotwórczych węglowodorów wielopierścieniowych, działają toksycznie na organizmy żywe oraz utrudniają mechaniczne i biologiczne oczyszczanie. Według WHO max zawartość detergentów 0,2g/m3

Środki ochrony roślin: pestycydy- środki służące do zwalczania szkodników roślinnych i zwierzęcych. W zależności od ich przeznaczenia dzielimy na

-zoocydy przede wszystkim insektydy: zwalczają owady, akarycydy(roztocza), rodentycydy (gryzonie), moluskocydy (ślimaki), bakteriocydy, reperenty.

-herbicydy-zwalczające chwasty

-fungicydy-substancje grzybobójcze

-regulatory wzrostu roślin

-decykanty- wysuszające

-defluranty- usuwanie nadmiernej ilości kwiatów

Są to głównie związki organiczne; spośród nieorganicznych należą związki miedzi, rtęci, arsenu, fluoru i siarki.

Substancje czynne popularnie stosowanych pestycydów organicznych :

-węglowodory polichlorkowe: najważniejszy DDT oraz mniej toksyczny i nie kumulujący się w organizmie człowieka metoksychlor, toksafen, HCH(techniczny HCH jest mieszaniną różnych izomerów z których γ-HCH( lindan) ma silne właściwości owadobójcze), aldryna, heptachlor . Ta grupa odznacza się dużą odpornością biochemiczną i chemiczną.

-związki fosforoorganiczne

-pochodne mocznika

-pochodne s-triazyny

-nitrofenole

Pestycydy są używane w formie proszków, aerozoli lub płynów. Większość z nich jest źle rozpuszczalnych w wodzie więc dodaje się do nich emulgatory. Powinny być dobrane do unicestwienia odpowiednie organizmu, nieszkodliwe dla innych oraz mieć krótki okres trwania. Do wody pestycydy dostają się : spływając z pól, przenoszone z wiatrem podczas rozpylania, ze ścieków przemysłowych, są wprowadzane bezpośrednio do wody podczas zwalczania chwastów wodnych, insektów. Najwięcej pestycydów zawierają wody powierzchniowe. Do wód podziemnych przenikają w znikomych ilościach gdy są sorbowane w poszczególnych warstwach gleby. Rozpuszczalność pestycydów zależy od ich struktury. Pestycydy w wodach naturalnych mogą ulegać rozkładowi chemicznemu, fotochemicznemu lub biologicznemu. Szkodliwy wpływ pestycydów na wody powierzchniowe polega na zakłóceniu równowagi biologicznej przez toksyczne działanie na biocenozę, na zakłóceniu samooczyszczania się wód i pogorszeniu i właściwości organoleptycznych.

Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne: Cząsteczki zbudowane z co najmniej dwóch pierścieni połączonych za pomocą dwóch atomów węgla wspólnych dla obu pierścieni. Mają one układ pierścieni skondensowanych. Niektóre z nich są kancerogenne. Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne powstają podczas niepełnego spalania substancji organicznych i paliw. Te które zanieczyszczają powietrze pochodzą głównie z pyłów i sadzy opadającej na ziemię i przedostają się do wody. Są słabo rozpuszczalne w wodzie ale mogą tworzyć wodną emulsje, są trwałe pod względem chemicznym i trudno ulegają rozkładowi. Gdy dostają się do wód powierzchniowych zanieczyszczają je w sposób trwalszy niż inne zw. organiczne. Są one kumulowane w organizmach zwierzęcych żyjących w wodzie, głównie w ich tłuszczu. WWA w wodach powierzchniowych są pochodzenia naturalnego lub sztucznego( ze ścieków i powietrza atmosferycznego). Wody atmosferyczne i powierzchniowe zawierające wwa mogą być przyczyna zanieczyszczenia wód podziemnych szczególnie gdy warstwa filtracyjna jest mało zwarta. W tych warunkach węglowodory ciekłe łatwo wsiąkają w glebę i przenikają w głąb gruntu. Temu procesowi sprzyjają substancje powierzchniowo czynne które są dobrymi rozpuszczalnikami węglowodorów aromatycznych. WWA są niezwykle trwałe w wodach podziemnych. Wg WHO dopuszczalne stężenie w wodzie do picia max 0,2 mg/m3

24.UBOCZNE PRODUKTY DENZYNFEKCJI WÓD

Chlor-organiczne PU: trihalometany, kwasy halogeenooctowe, halogenoacetonitryle, halogenoaldehydy, halogenoketony, nitrozodimetyloamina, aldehydy, kwasy karboksylowe.

Najlepiej poznaną grupa ubocznych produktów chlorowania są trihalometany(THM) które powstają wraz innymi związkami chloroorganicznymi znacznie pogarszającymi właściwości organoleptyczne wody. Prekursorami THM są głownie kwasy humusowe.

Powstają w wodzie do picia głównie na skutek reakcji chloru z naturalnie występującymi składnikami organicznymi i znajdującymi się w wodzie m.in. bromkami. Stężenie trihalometanów można ograniczyć poprzez stosowanie wielostopniowego uzdatniania wody, redukującego zawartość organicznych prekursorów trihalometanów. Ubocznymi produktami chlorowania wody zawierającej związki humusowe lub inne związki organiczne. Wiele z nich ma działanie kancerogenne (rakotwórcze).

trihalometany powstają  nie tylko w miejscu uzdatniania (tzn. w wodociągu), ale także w sieci rozprowadzającej wodę, przy czym im dalej płynie woda, tym ich stężenie jest wyższe i tym większa różnorodność.

Chloroform o stężeniu sporadycznie sięgającym nawet kilkuset mikrogramów na litr. W wyniku wprowadzenia chloroformu drogą doustną, w organizmie może powstać kilka czynnych przejściowych metabolitów. Długotrwałe narażenie na dużą dawkę może w konsekwencji powodować zmiany w wątrobie, nerkach i tarczycy

Kwasy halogenooctowe- powstają w procesie chlorowania wody. Substancje organiczne w wodzie ulegają przemianom pod wpływem chloru tworząc kwasy halogenooctowe głównie kwasy chlorooctowe. Głównymi przedstawicielami są kwasy: chlorooctowy, bromooctowy.

Nitrozodimetyloamina- związek kancerogenny, wytwarzany w znacznie wyższych stężeniach w ściekach oczyszczonych poddanych chlorowaniu oraz podczas chlorowania wody zawierającej dimetyloamine i jony amonowe.

Inne związki organiczne chloru - Spośród innych ubocznych produktów chlorowania wymienić można np. halogenoacetonitryle, halogenoketony, kwasy halogenooctowe, chorek cjanu, chloropikryna. Wiele z nich może mieć działanie kancerogenne (rakotwórcze).

Chlorofenole- powstają w wyniku dezynfekcji chlorem wody zawierającej fenole. Nadają wodzie nieprzyjemny smak i zapach, a niektóre z nich są także szkodliwe dla organizmu ludzkiego, mają działanie rakotwórcze.

Formaldehyd powstaje jako produkt uboczny utleniania związków organicznych w procesie chlorowania lub ozonowania.

Chlorobenzeny powstają podczas chlorowania wody. Mogą być rakotwórcze oraz powodować intensywny zapach wody.

Dwutlenek chloru: organiczne PU: aldehydy, kwasy karboksylowe. Nieorganiczne PU: chloryny, chlorany.

Wadą stosowania dwutlenku chloru jest niebezpieczeństwo powstawania chloranów i chlorynów. Podejrzewa się, że związki te jako silne utleniacze mogą powodować zmiany we krwi. Maksymalny poziom 0,7 mg/l.

Ozon- organiczne PU: aldehydy, kwasy karboksylowe, Aldo- i ketonokwasy. Nieorganiczne PU: bromiany

bromiany-mogą powstawać w wyniku utleniania jonów bromkowych podczas ozonowania wody i być może podczas działania innych środków utleniających w procesie uzdatniania wody. 10 μg/l.

W czasie chlorowania powstaja liczne produkty uboczne dezynfekcji takie jak trihalometany kwasy halogenooctowe halogenoketony halogenonitryle trichlorobenzeny trichlorofenole oraz hydroksyfurany. W procesie chlorowania powstają olbrzymie ilości halogenowych związków organicznych. Ich sumaryczne stężenie określane jest symbolem AOX ( absorbowalne halogenowe związki organiczne) mogą być lotne oraz nośne.

Chlorowanie wody prowadzi do powstania chloroorganicznych produktów ubocznych. Jednak obecność bromów lub jodków w wodzie będzie prowadziła do poszerzenia się gamy powstających produktów ubocznych.

25.PROMIENIOTWÓRCZE ZANIECZYSZCZENIE WÓD

Radioaktywność(promieniotwórczość) jest to zjawisko samorzutnego przekształcania się nietrwałych izotopów jednego pierwiastka w izotopy innego pierwiastka z towarzyszącą emisją promieniowania jądrowego. Pierwiastki radioaktywne rozpowszechnione są w skałach i stamtąd przedostają się do wód naturalnych powodując ich radoczynność. Radoczynność naturalną powodują ²²⁶Ra, ²²²Ru, ²³⁸U, ²³⁰Th, ²¹⁰Pb, ⁴⁰K oraz przechodzące z atmosfery izotopy ³H, ¹⁴C. Nabyta radoczynność jest spowodowana zanieczyszczeniem wód następującymi izotopami prom.: ⁹⁰Sr,⁸⁹Sr,⁹⁰Y,⁹¹Y, ¹³¹I, ¹³²I, ¹³⁷Cs, ¹⁴¹Cs, ¹⁴⁴Ce, ³²P. Zawartość radu w skałach: magmowe kwaśne 1,37x10^-12, magmowe zasadowe 0,38x10^-12, osadowe 0,57x10^-12.Każdy radionuklid cechuje półokres rozpadu oraz energia rozpadu. Jednostką radioaktywności jest 1 curie(Ci) jednak w chemii wody stosuje się jednostki mniejsze mikrokiur, nanokiur, pikokiur; czasami stosuje się jednostkę Mackowa (ilość radonu jaka w komorze jonizującej generuję prąd równy 0,001 jednostki elektrycznej 1IM=372pCi/dm3 ). Wody z naturalna radioaktywnością dzieli się na:

-wody zawierające radon i tylko emanację radonu- wody radonowe (większość wód uzdrowiskowych)

-wody radowe o znacznej zawartości radu- wody głębinowe.

Radionuklidy mogą występować w wodach w postaci rozpuszczonej jako jony lub kompleksy bądź w postaci nierozpuszczonej. Zależy to od pH środowiska, potencjału erdoks i składu środowiska. Część sub kumuluje się w organizmach flory i fauny. Najczęściej występujące izotopy w wodach naturalnych to radon, uran i rad. Ich stężenia wynoszą 0,1-50 mg/m3 a aktywność 0,02-3,4pCi/dm3.

Wody słabo radioaktywne 10^-7g Ra w m3,średnio aktywne 10^-7- 10^-6, silnie radioaktywne powyżej 10^-6

Radioaktywność sztuczna może także pochodzić z zanieczyszczenia wód substancjami promieniotwórczymi np. podczas wydobywania i wzbogacania rudy uranowej lub eksploatacji reaktorów atomowych, są one bardzo groźne dla organizmu człowieka. Zaznaczone na czerwono to najbardziej toksyczne pierwiastki o długim półokresie rozpadu: ²¹⁰Po, ²²⁸Ra.