WODY POWIERZCHNIOWE, KTÓRE MOGĄ BYĆ WYKORZYSTANE DO SPOŻYCIA: ♦A1 – najczystsze, wymagające prostego uzdatniania fizycznego, jak filtracja i dezynfekcja ♦A2 – gorszej jakości, wymagające wielostopniowego uzdatniania fizycznego i chemicznego, w szczególności: utleniania, koagulacji, flokulacji, dekantacji, filtracji i dezynfekcji ♦A3 – najbardziej zanieczyszczone, wymagające wysokosprawnego uzdatniania fizycznego i chemicznego TEMPERATURA WODY – wzrost temp. powoduje spadek gęstości wody morskiej. Prowadzi to do wzrostu jej objętości. Ponieważ oceany zachowują się jak naczynia wypełnione wodą, wzrost poziomu morza to jedyny w jaki mogą zareagować na wzrost objętości wody. Prowadzi to ostatecznie do zalania terenów wybrzeży ROZPUSZCZALNOŚĆ GAZÓW W WODZIE – gazy rozpuszczają się w wodzie na drodze procesów fizycznych, a ich ilość zależy od ciśnienia, temp. i zasolenia. Gdy powietrze i woda są w stanie równowagi, woda uznawana jest za nasyconą w określonej temp. i ciśnieniu. W temp. 10^oC i ciśnieniu 1 atm. 1 litr nasyconej słodkiej wody zawiera 11,3 mg tlenu, 17,7mg azotu i 0,77mg dwutlenku węgla. Rozpuszczalność tlenu i innych gazów w wodzie spada wraz ze wzrostem temp. Wraz ze wzrostem ciśnienia wzrasta rozpuszczalność gazów w wodzie. W wodzie słonej rozpuszczalność tlenu jest mniejsza niż w słodkiej o tej samej temp.
MATERIA ORGANICZNA W WODZIE – to w wodach głownie źródło węgla organicznego. Naturalnie występująca materia organiczna (NMO): ♦ROM – rozpuszczalna materia organiczna: - 50% materia humusowy – 25 kwasy organiczne (szczawiowy, cytrynowy, mrówkowy, octowy) – 15% węglowodany – 10% inne połączenia ♦ZMO – materia organiczna w zawiesinie POCHODZENIE MO W WODZIE: ♦rośliny ♦pozostałości mikroorganizmów ♦10% aktywności drobnoustrojowej ♦antropogeniczne PROBLEMY ŚRODOWISKA ZWIĄZANE Z MO W WODZIE: ♦toksyczność określonych związków organicznych – WWA – polichlorkowe bifenyle – dioksyny – pestycydy ♦reakcje z innymi połączeniami występującymi w wodzie -> proces alkilowania w organizmach ryb lub w mikroorganizmach – monometylocyna i dimetylocyna ♦zużycie tlenu -> warunki anaerobowe prowadzą do wystąpienia zmian właściwości chemicznych
MATERIAŁ HUMUSOWY ♦SZLAK DEGRADACYJNY (węglowodany, białka) przeważa w hydrosferze: materiał roślinny -> huminy -> kwasy huminowe -> kwasy fulwowe -> małe cząsteczki ♦SZLAK SYNTETYCZNY (biopolimery, lignina, melanina, kutyna) przeważa w glebie: materiał roślinny -> małe cząsteczki -> kwasy fulwowe -> kwasy huminowe -> huminy GRUPY FUNKCYJNE ZAWIERAJĄCE TLEN: ♦karboksylowa -COOH ♦fenolowa -OH ♦alkoholowa -OH ♦karbonylowa (ketonowa, chinonowa) =O ♦metoksylowa –OCH3 KWASY HUMINOWE – są polimerami składającymi się z rdzenia aromatycznego, który jest połączony wiązaniami z aminokwasami, cukrami, peptydami, alifatycznymi kwasami i innymi składnikami o budowie alifatycznej. Rdzeń składa się z pierścieni aromatycznych typu fenoli lub związków zawierających azot w postaci cyklicznej (indol, pirymidyna) SWOISTE SUBSTANCJE PRÓCHNICZE Kwasy fulwowe Kwasy huminowe Huminy jasnożółty żółtobrunatny Ciemnobrunatny -> WZROST: intensywności zabarwienia, stopnia polimeryzacji, masy cząsteczkowej, zawartości węgla -> SPADEK: zawartości tlenu, kwasowości, stopnia rozpuszczalności LIGANDY POCHODZENIA NATROPOGENICZNEGO: ♦NH3 ♦siarczki, siarczany (IV) i (VI) (celulozownie, papiernie) ♦fosforany (V) (detergenty, nawozy fosforowe) ♦cyjanki (ekstrakcja złota) ♦EDTA – kwasy etylenodiaminotetraoctowy (forografika, włókiennictwo, detergenty) ♦NTA – kwas nitrylotrioctowy (detergenty)

KLASYFIKACJA METALI WG AHRLANDA ♦JONY METALI TYPU A – konfiguracja elektronowa gazu obojętnego (d^0), twarde kwasy, Na^+, K^+, Mg^2+, Ca^2+, Al^3+ a) uprzywilejowanie ligandów zawierających tlen lub fluor b) mogą tworzyć nierozpuszczalne związki z jonami OH^-, CO3^2-, PO4^3- c) kompleksy z OH^- są bardziej trwałe niż z HS^- lub S^2- d) kompleksy z Cl^- i Br^- są nietrwałe e) kompleksy z H2O są bardziej trwałe niż z NH3 lub CN^- WAPŃ – rozpuszczalność określonego minerału określa ostateczne stężenie wapnia w wodzie – tworzy akwakompleksy z CO3^2-, PO4^3-, SO4^2- - oddziaływuje w ograniczonym stopniu z rozpuszczonym materiałem huminowym (grupy funkcyjne zawierające tlen) – tworzy słabe kompleksy z anionami kwasu szczawiowego i cytrynowego ♦JONY METALU TYPU B – konfiguracja elektronowa nd^10 i nd^10(n+1), miękkie kwasy, Ag^+, Zn^2+, Cd^2+, Hg^2+, Pb^2+ a) tworzą trwalsze kompleksy niż metale typu A b) tworzą najtrwalsze kompleksy z ligandami z donorowymi atomami azotu c) trwałość kompleksów z fluorowcami: I->Br->Cl->F- d) często tworzą trwałe nierozpuszczalne kompleksy z jonami S^2- i sulfidami organicznymi e) tworzą często związki metaloorganiczne, np. (CH3)2Hg RTĘĆ – występuje na 0, I, II stopniu utlenienia – silna tendencja do tworzenia kompleksów – jony cholrowe [Hg(H2O)6]^2+ + 4Cl^- -> [Hg(H2O)2Cl4]^2- + 4H2O ♦JONY METALI PRZEJŚCIOWYCH – konfiguracja elektronowa nd^x (0<x<10) a) tworzą kompleksy ze wszystkimi rodzajami ligandów z silnym efektem elektrostatycznym (energia stabilizacji pola krystalicznego) MIEDŹ – śladowa substancja pokarmowa – główny stopień utlenienia +II – tworzy kompleksy z materią organiczną – w zbiornikach wodnych w warunkach redukcyjnych wytrącają się siarczki miedzi (bornit, chalkozyn, chalkopiryt) ARSEN – stopnie utlenienia: III (AsO3^3-) i V (AsO4^3-) Przyczyny uwalniania: - obniżenie poziomu wód gruntowych powoduje utlenianie arsenopirytu – redukcja uwolnionych minerałów Fe2O3, na powierzchni których gromadzi się As – uwolnienie AsO3^3- i AsO4^3- i zastąpienie ich fosforanami (V) z nawozów sztucznych GLIN – bardzo źle się roztwarza podczas procesów wietrzenia – rozpuszczalny Al^3+ pH<7, nierozpuszczalny Al(OH)3 pH=7, Al(OH)4^- pH>7 – zakwaszenie wody słodkiej najbardziej zaznacza się na obszarach: wyżyn o obfitych opadach deszczowych (duży strumień kwasu), stromych zboczy (krótki czas przebywania wody w glebie), skał krystalicznych powoli wietrzejących (powoli uwalniają kationy)
ŹRÓDŁA FOSFORU W WODZIE ♦odpływy z pól, na których stosowano nawozy fosforowe ♦rozkładająca się martwa biomasa ♦trudnorozpuszczalny apatyt [Ca5(PO4)3X] (X = Cl, F, OH) ♦masa nieorganiczna o rozmiarach cząstek koloidalnych ♦zrzuty bezpośrednie np. detergentów ♦pestycydy fosforoorganiczne ♦rozpuszczalne PO4^3- i ich sprotonowane postaci w wodach o pH<6 H2PO4^-, pH=6-9 HPO3^2-, pH>9 PO4^3-, w osadach wodnych FePO^4
ETROFIZACJA EKOSYSTEMU – wzrost objętości i tempa produkcji materii organicznej na skutek zwiększonego dopływu pierwiastków biogennych. ♦EUTROFICZNY ZBIORNIK – zbiornik o znacznej zawartości pierwiastków biogennych w wodzie, znacznym tempie produkcji pierwotnej i znacznej zawartości materii organicznej w wodzie i osadach dennych ♦ZBIORNIK OLIGOTROFICZNY – o niewielkiej zawartości pierwiastków biogennych w wodzie, nieznacznym tempie produkcji pierwotnej i nieznaczne zawartości materii organicznej w wodzie i osadach dennych ♦ZBIORNIK MEZOTROFICZNY – zbiornik o cechach pośrednich między oligotrofie a eutrofią
PROCESY MIKROBIOLOGICZNE ♦REAKCJE ABIOTYCZNE – przebiegają w czystej fizycznej i/lub chemicznej postaci zachodzące w sterylnym środowisku (strącanie, rozpuszczanie, dysocjacja i reakcje redox) ♦REAKCJE BIOTYCZNE – reakcje, w których uczestniczy czynnik biologiczny MIKROORGANIZMY – przedstawiciele fauny i flory o bardzo małych rozmiarach (rzędu µm) zazwyczaj niewidoczne gołym okiem. Odgrywają zasadniczą rolę w ułatwianiu wielu reakcji chemicznych zachodzących w środowisku naturalnym REAKCJE ZACHODZĄCE W OBENOŚCI MIKROORGANIZMÓW ♦oddychanie tlenem (aerobowe) CH2O + O2 -> CO2 + H2O ♦denitryfikacja CH2O + 4NO3^- -> 2N2 + 4HCO3^- + CO2 + H2O ♦redukcja manganu CH2O + 3CO2 + H2O + MnO2 -> Mn^2+ + 4HCO3^- NITRYFIKACJA – bakterie Nitrosomas zamieniają amoniak w postaci jonu amonowego w azotyny (III) 2NH4^+ + 3O2 -> 2NO2^- + 4H^+ + 2H2O Które później zostają zamienione w azotany (V) przez bakterie Nitrobacter 2NO2^- + O2 -> 2NO3^-

ZANIECZYSZCZENIA WODY – jeśli woda nie zawiera 100% H2O (to znaczy, że nie jest czysta z chemicznego punktu widzenia) jest przynajmniej w pewnym stopniu zanieczyszczona. W środowisku przyrodniczym nie ma takie rzeczy jak czysta woda z chemicznego punktu widzenia. OCZYSZCZANIE ŚCIEKÓW – 1^o fizyczne lub chemiczne przyspieszone osadzanie się cząstek z zawiesiny 2^o procesy biologiczne przekształcające materię organiczną w bakteryjną biomasę, a następnie osadzanie produktów 3^o różnorodne zaawansowane procesy zmierzające do usuwania specyficznych substancji zanieczyszczających lub dezynfekcji wody: - filtracja przez bardzo drobne sito lub złoże piaskowe – koagulacja – adsorpcja na ziarnistym węglu aktywnym – wymiana jonowa – odwrócona osmoza – chlorowanie – ozonowanie PROCESY OSMOTYCZNE – jeśli membrana, podobnie jak w żywych komórkach, oddziela roztwory o różnych stężeniach, wówczas woda przechodzi z roztworu rzadkiego do gęstego (osmoza naturalna), w osmozie odwróconej proces ten można odwrócić poprzez wytworzenie ciśnienia z zewnątrz KOAGULACJA – proces polegający na łączeniu się cząstek fazy rozproszonej koloidu w większe agregaty tworzące fazę ciągłą o nieregularnej strukturze. Istnieje koagulacja odwracalna i nieodwracalna, a także spontaniczna i wymuszona. KOAGULENTY CHEMICZNE ♦ałun [Al2(SO4)3*14-18H2O] ♦chlorek żelaza (III) ♦uwodnione wapno [Ca(OH)2 pH=9] PRODUKTY KOŃCOWE OCZYSZCZANIA ŚCIEKÓW ♦woda oczyszczona ♦szlam (osad ściekowy) – zrzucanie do morza, składowanie w osadnikach, uzupełnienie do odpadów komunalnych, spopielanie, wprowadzanie do gleby uprawnej, w reaktorze poddaje się anaerobowemu trawieniu: 2CH2O -> CH4 + CO2

PROBLEMY WODNE ♦zmiany klimatu ♦nadmierna eksploatacja wód ♦degradacja środowiska ♦zanieczyszczenia wody ROZWIĄZANIE PROBLEMÓW WODNYCH ♦bardziej efektywna gospodarka istniejącymi zasobami i infrastrukturą ♦poprawa monitoringu i prognozy. Wczesne ostrzeganie przed nadchodzącymi powodziami i suszami, ograniczenie popytu na wodę ♦odtworzenie zdegradowanych zlewni, zwłaszcza wylesionych ♦budowa zbiorników do magazynowania wody, obwałowań chroniących przed powodzią oraz polderów i tarasów zalewowych. SPOSOBY OSZCZĘDZANIA WODY ♦poszukiwanie naturalnych źródeł wodny – głównym z nich jest woda oceaniczna – techniki jej odsalania są jednak bardzo drogie. ♦oszczędnie gospodarowanie i odpowiednia redystrybucja posiadanych zasobów wodnych i naprawa przeciekających rur, zbiorników do przechowywania wody ♦uzdatnianie wody do picia – chlorowanie lub technika SODIS – pojemniki z wodą wystawiane na światło słoneczne, co pozwala na unieszkodliwienie większości zarazków ♦rozwój technologii zmniejszających zapotrzebowanie na wodę ♦recykling – uprawy tarasowe