SPRAWOZDANIE

Ochrona środowiska w energetyce - laboratorium

Temat ćwiczenia: Podstawowe parametry wód i ich analiza

Wydział:

Imię i Nazwisko:

1

1. Wstęp teoretyczny.

W związku z bardzo niską mobilnością i rozpuszczalnością większości soli fosforanowych, stężenie ortofosforanów w wodach naturalnych i uzdatnionych jest niskie - około 10 ug/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 10 ug/l (ppb) nie powinno być przekraczane jakkolwiek, czym niższe są te wartości to tym lepiej, gdyż fosfor przy ma tych stężeniach pełni rolę regulatora rozrostu alg i roślinności w wodach - azotany(V) wy stępują zwykłe w wodach w sporym nadmiarze. 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. Woda kranowa powinna być pozbawiona żelaza, które zmienia jej kolor i smak.

W przeciwieństwie do fosforu (fosforanów), azot występuje w postaci w ielu 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 (NH/) <=> N02⁻<=> N03⁻ <=> 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 łub azotanów(III), to jest wyższe od 200 ug/l (ppb) w wodzie oznaczają zakłócenia w równowadze skutecznego działania bakterii oczyszczających zbiornik. W przypadku łącznego 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.

Twardość całkowita (TC) jest tradycyjnie rozumiana, jako sama 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 CaC03. 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 pozwała 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). Twardość węglanowa (TW) jest powiązana z zawartością rozpuszczalnych węglanów i wodorowęglan ów 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 zlew ni. 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 C02 w wodzie, poprzez równowagę rozpuszczania się tego gazu i powstawania kwasu węgłowego 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. Stężenie CO₂ jest powiązane z innymi formami kwasu węglowego obecnymi
w wodach. Jego głównym zadaniem jest udział, jako nutrient w reakcji fotosyntezy koniecznej dla wzrostu roślin, jednak zbyt duże jego stężenie w wodzie może być szkodliwe dla ryb.

2. Wykonanie ćwiczenia.

Badaniom w laboratorium podlegały trzy próbki wody:

• woda kranowa;

• woda ściekowa;

• woda ze studni.

Zadaniem każdego z trzech zespołów było przeprowadzenie na swojej próbce testów (przy użyciu zestawów testowych JBL) na zawartość NO₃^-, NO₂^-, PO₄^3-, NH₄⁺, Fe oraz na twardość całkowitą (test GH), twardość węglanową (test KH), pH, a także znalezienie wartości stężenia CO₂ przy użyciu tabeli przeliczeniowej JBL.

3. Wyniki testów.

	NO3^- [ppm]	NO2^- [ppm]	PO4^3- [ppm]	NH4^+ [ppm]	Fe [ppm]	GH [ppm CaCO3]	KH [wodorowęglan mg/l]	pH	CO2 [mg/l]
Woda z kranu	<0,5	0,05	0,0	<0,05	-	142,4	142,4	6,6	80
Woda ze studni	5	0,025	0,0	<0,05	-	267	249,2	7,2	35
Woda ściekowa	0,5	0,025	2	<0,05	0,05	142,4	71,2	7,6	4

4. Wnioski.

• Najwyższą zawartością jonów NO₃^- charakteryzowała się woda ze studni, najniższą zaś woda kranowa. W wodzie z kranu i ściekowej zawartość tych jonów była bardzo niska, w granicach 0,5 ppm.

• Zawartość jonów NO₂^- we wszystkich próbkach była bardzo niska, nieco wyższą ich zawartością charakteryzowała się woda kranowa.

• Ortofosforany znajdowały się zgodnie z oczekiwaniami tylko w wodzie ściekowej.

• Zawartość jonów NH₄⁺ we wszystkich badanych wodach można uznać za pomijalnie małą.

• Najwyższymi wartościami twardości całkowitej oraz węglanowej charakteryzowała się woda ze studni, najniższymi zaś woda ściekowa. Zgodnie ze skalą opisową twardości wody (źródło: MPWiK Kraków) wodę ze studni można uznać za średnio twardą, wodę z kranu i ściekową za miękką.

• Badane wody charakteryzowały się odczynem zbliżonym do obojętnego, przy czym woda z kranu charakteryzowała się lekką kwaśnością, zaś wody ze studni i ściekowa lekką zasadowością.

• Najwyższą zawartością CO₂ charakteryzowała się woda z kranu, najniższą zaś woda ściekowa.

• Nie przeprowadzono testów zawartości Fe w wodach z kranu i ze studni z powodu braku odczynnika.