. Analiza jakościowa wody:

- parametry fizyczne: temperatura, barwa, zapach, mętność, przewodnictwo elektrolityczne

- czyn/niki wpływające na parametry fizyczne wody

- parametry chemiczne: pH, kwasowość, zasadowość; utlenialność(indeks nadmanganianowy) twardość(Ca, Mg); zawartość chlorków, żelaza, azotu amonowego

- pojęcia: odczynu, kwasowości, zasadowości, utlenialności, twardości

- rodzaje kwasowości, zasadowości, twardości

- wymagania jakim powinna odpowiadać woda do picia.

Temperatura wód naturalnych może wahać się od 273 K do temperatury wrzenia. Z tego punktu widzenia są one dzielone na 6 klas od bardzo zimnej (273-7K) do wrzącej (>373K). Temperatura wód powierzchniowych, zaskórnych i infiltracyjnych, w zależności od pory roku waha się od 273-298K, jest ona także zmienna w zależności np. od głębokości zbiornika (najgłębsze warstwy mają temperaturę 277K, zbliżoną do temperatury największej gęstości wody). Wody podziemne wykazują większą stałość temperatury. Ma ona znaczny wpływ na proces samooczyszczania biologicznego wód naturalnych, proces ten ulega spowolnieniu w temperaturach niskich, zgodnie z regułą van’t Hoffa.Temperatura wody do picia powinna wynosić 280-285K. Powyżej 288K woda jest niesmaczna, mdła i nie zaspakaja pragnienia, zaś <278K może działać szkodliwie. Równocześnie z oznaczeniem temperatury wody oznacza się temperaturę powietrza. 

Barwa wody ma szczególne znaczenie przy zaopatrywaniu ludzi w wodę do picia, na potrzeby niektórych gałęzi przemysłu jak i wykorzystaniu jej do celów rekreakcyjnych.Woda chemicznie czysta w małej objętości jest bezbarwna, w grubej warstwie ma odcień niebieskawy. Naturalna barwa wody, jej odcień i intensywność pochodzi i zależy zazwyczaj od substancji humusowych. Skala barw wody jest bardzo szeroka, od zabarwienia lekko żółtego do barwy brązowej. Wody podziemne odznaczają się małą skalą barwy naturalnej (5-20 gPt/m³), barwa wód powierzchniowych jest zmienna w szerokich granicach (np. powodowana ściekami przemysłowymi z produkcji barwników, farb i przemysłu tekstylnego, produkcji celulozy). Ścieki przemysłowe nadają wodzie barwę specyficzną. Wody powierzchniowe mogą zawierać cząstki koloidalne, pochodzące z produktów rozpadu roślin oraz  zawiesiny, gliny, iły i inne cząstki wyługowane z gleby. Zabarwienie wód powierzchniowych może być także spowodowane rozwojem mikroorganizmów (tzw.„zakwit”). Drobne zawiesiny – np. kłaczki strąconego Fe(OH)₃, również nadają wodzie dodatkowe zabarwienie. To zabarwienie, pochodzące od substancji zawieszonej, dające się łatwo usunąć przez filtrację nazywamy barwą pozorną. Barwa rzeczywista wody pochodzi od substancji rozpuszczalnych. Dlatego barwę wody oznacza się na próbie klarownej, pozbawionej zawiesin, po odsączeniu lub odwirowaniu zanieczyszczeń.Skala barw: jednostką barwy jest zabarwienie jakie nadaje 1mgPt zawartej w chloroplatynianie potasowym K₂PtCl₆ rozpuszczonym w 1 dm³ wody destylowanej z dodatkiem 0.5mg chlorku kobaltowego CoCl₂×6H₂O.

Mętność Powodowana jest ona obecnością zawiesin oraz koloidów. W wodach powierzchniowych pochodzi od nierozpuszczonych substancji nieorganicznych i organicznych jak np. cząstki piasku, gliny, iły, cząstki osadów dennych, zawierających znaczne ilości wodorowęglanów wapnia, manganu lub żelaza. Mętność jest cechą wyrażającą optyczne właściwości zawiesin, polegającą na rozpraszaniu światła. Nie wykazuje ona korelacji z oznaczeniem grawimetrycznym.

Mętność wód podziemnych może pojawiać się dopiero po pewnym czasie np. w wyniku kontaktu z powietrzem. Reakcje wytrącania się węglanu wapniowego i wodorotlenku żelazowego (III) biegną zgodnie ze schematem:

Ca(HCO₃)₂ → CaCO₃ + CO₂ + H₂O

2 Fe(HCO₃)₂ + H₂O + ½ O₂ → 2 Fe(OH)₃ + 4 CO₂

Powierzchniowe wody płynące najczęściej są mętne, gdyż zawierają rozdrobnione substancje organiczne pochodzenia roślinnego, zwierzęcego, substancje humusowe, plankton, wyższe drobnoustroje, cząstki gliny, piasku, iłu, wytrącone związki żelaza, manganu, wapnia. Mętność wody jest cechą fizyczną, wpływającą przede wszystkim na wygląd i apetyczność wody. Woda mętna nie nadaje się do picia i na potrzeby gospodarcze, szczególnie gdy mętność jest pochodzenia organicznego, świadcząca o zanieczyszczeniu ściekami. Dopuszczalne zmętnienie wód użytkowych nie może przekraczać 1mg SiO₂/dm³. Jako jednostkę mętności przyjmuje się mętność takiej wody, która zawiera 1mg/dm³ SiO₂ o wymiarze SiO₂ ok. 100µm (koloid) lub kaolinu, lub koloidalny wzorzec formazynowy otrzymywany przez zmieszanie

1g (NH₂)₂ × H₂SO₄ w 100cm³ wody destylowanej

10g (CH₂)₆N₄ (urotropina) w 100cm³ wody destylowanej

Pobiera się po 10cm³ takich roztworów do kolby poj. 200cm³, miesza, pozostawia na 24 godz. i uzupełnia wodą destylowaną. Wzorzec taki ma mętność 400mg/dm³.

 

Zapach należy do czynników organoleptycznych, którego ocena zależy od indywidualnych odczuć człowieka – jego powonienia. Aby wyeliminować błędy należy oceniać zapach wody przez zespół trzyosobowy.

Woda chemicznie czysta jest bezwonna. Zapach wód naturalnych  może być spowodowany przez występujące w nich różne wonne substancje, przeważnie pochodzenia organicznego, ale także nieorganicznego np. siarkowodór i fosforowodór, związki lotne, produkty rozkładu substancji organicznych, wyższe drobnoustroje. Może także pochodzić od zanieczyszczeń ściekami bytowo-gospodarczymi lub przemysłowymi. Naturalne zapachy wód powierzchniowych są powodowane przez glony (wydzielające olejki eteryczne, szczególnie intensywne w czasie zakwitów), pleśnie, grzyby wodne i pierwotniaki. Wpływ na zapach mają także osady denne oraz procesy fizykochemiczne i biologiczne, zachodzące w tym środowisku. Wody podziemne w większości przypadków są bezwonne.

Siarkowodór w wodach podziemnych jest produktem rozkładu siarczków metali lub redukcji biochemicznej siarczanów.

FeS + 2CO₂ + 2H₂O → H₂S + Fe(HCO₃)₂

MeSO₄ + CH₄ → MeCO₃ + H₂S + H₂O

Rozróżnia się trzy zasadnicze grupy zapachów:

-   zapach roślinny (R), spowodowany obecnością substancji organicznych, nie będących w stanie rozkładu i nie nadających wodzie cech przykrych. Do takich zapachów należy zapach ziemi, siana, trawy, torfu, mchu i kwiatów.

-   zapach gnilny (G) jest wywoływany obecnością ciał organicznych w stanie rozkładu gnilnego i nadający wodzie nieprzyjemną woń, np. zapach siarkowodoru, stęchlizny, pleśni, fekaliów.

-   zapach specyficzny (S) jest to zapach nienaturalny, powodowany obecnością ciał nie występujących w wodach naturalnych np. chlor, fenol, benzen, denaturat, smoła nafta. W badaniach zapachu, w nawiasie podaje się bliższe określenie zapachu np.S(chlor)

Zapach roślinny i gnilny są zapachami pochodzenia naturalnego.

Oprócz rozpoznania zapachu wody należy zwrócić uwagę na jego intensywność.

Rozróżniamy 5 stopni natężeń zapachu:

 

Natężenie	Wyczuwalność zapachu	Określenie zapachu
0	brak	---
1	bardzo słaby	trudno wyczuwalny
2	słaby	łatwo wyczuwalny
3	wyraźny	dyskwalifikuje wodę do picia
4	silny	dyskwalifikuje wodę do picia i na potrzeby gospodarcze
5	bardzo silny	dyskwalifikuje zupełnie użytkowanie wody

 

Zapach jest bardzo czułym i ważnym wskaźnikiem obecności niektórych związków i oceny jakości wody do picia na potrzeby gospodarcze i przemysłu spożywczego. Zapach wody oznacza się na zimno (z) w temperaturze pokojowej (20±1°C) i na gorąco (g) w temp. 60±1°C. Oznaczenie należy wykonywać na miejscu pobrania próby lub jak najszybciej po pobraniu. Zapachy G i S dyskwalifikują wodę do picia. Woda do picia powinna mieć zapach akceptowalny.

Smak jest również wskaźnikiem organoleptycznym i jest określany wyjątkowo rzadko ze względu na możliwość zakażenia się wykonujących tego rodzaju badania chorobami przenoszonymi przez wodę. Smak wód naturalnych zależy od temperatury wody, ilości i rodzaju gazów rozpuszczonych w wodzie oraz jej składu chemicznego. Rozróżnia się smaki wody: gorzki, słodki i kwaśny. Inne wrażenia smakowe uważa się za posmak wody. Woda do picia powinna być bez smaku.

 

Przewodnictwo właściwe (konduktancja elektrolitów). (PN-77/C-04542)

Przewodność elektrolityczna właściwa roztworu wodnego jest to zdolność do przewodzenia prądu elektrycznego (inaczej zwana konduktywnością elektrolityczną roztworu). Prąd elektryczny jest przenoszony w roztworze w wyniku ruchu jonów -im większe stężenie jonów tym wyższa jest jego przewodność . Chemicznie czysta woda jest złym przewodnikiem elektryczności, co wynika z bardzo małego stopnia dysocjacji czystej wody na kation wodorowy (w rzeczywistości występuje one w wodzie jako jon hydroniowy H₃O⁺) i anion wodorotlenowy:

H₂O  H⁺ + OH^-

Przewodność właściwa czystej wody wynosi 0.038µS/cm w 18°C.

W wodach naturalnych jony przewodzące prąd pochodzą głównie z dysocjacji związków nieorganicznych. Związki organiczne występujące w wodzie nie ulegają dysocjacji lub ulegają dysocjacji w małym stopniu. Oznacza to, że pomiar przewodności świadczy o mineralnym zanieczyszczeniu wody. Przewodność wynikająca z zawartości zanieczyszczeń organicznych jest zwykle nieznaczna. Z wielkości przewodnictwa właściwego wody można w przybliżeniu określić zasolenie, suchą pozostałość i zawartość substancji rozpuszczonych.

Przewodność (konduktancja) jest odwrotnością oporu (rezystywności) elektrycznego słupa cieczy, zawartego pomiędzy elektrodami o powierzchni 1cm² i odległości między nimi 1m.

κ- konduktywność elektryczna [Ω^-1m^-1], ρ - rezystywność [Ωm].

Z wielkości przewodnictwa właściwego wody można w przybliżeniu określić: zasolenie, suchą pozostałość, zawartość substancji rozpuszczonych.

-zasolenie:  mg NaCl/dm³ = fκ

κ - przewodność właściwa µS/cm

f – współczynnik przeliczeniowy:

                        f₁ = 0,52 dla stężeń 0-10 mg NaCl/dm³

                        f₂ = 0,55 dla stężeń powyżej 10 mg NaCl/dm³

-sucha pozostałość:   mg/dm³ = fκ

f = współczynnik przeliczeniowy 0,55-0,9  należy wyznaczyć go doświadczalnie dla danej wody

-substancje rozpuszczone:    mg/dm³ = fκ

f = współczynnik przeliczeniowy 0,55-0,75  należy wyznaczyć go doświadczalnie dla danej wody

Przewodność właściwa wynosi dla:

-świeżo destylowanej wody 0,5-2 µS/cm

-wód powierzchniowych  przeciętnie 50-1000 µS/cm

-ścieków może to być kilka tysięcy µS/cm

Konduktancja zależy od temperatury i z każdą zmianą o 1°C zmienia się o 2%. Badania wykonuje się najczęściej w temperaturze 293K (20°C), dla innych temperatur stosuje się wzór korekcyjny:

κ_T = κ₂₉₃ [1 + α (T – 293)]

gdzie: κ_T, κ₂₉₃ konduktywność w temp. T i 293K, T – temperatura w skali bezwzględnej, α - współczynnik określany doświadczalnie

Dopuszczalna wartość przewodności w wodzie do picia w temp. 20^oC wynosi 2500 mS/cm.

Gwałtowne zmiany konduktywności wody świadczą o przedostaniu się do niej związków nieorganicznych (elektrolitów). Substancje powierzchniowo – czynne (tłuszcze, oleje, smoły) powodują zafałszowanie wyników wskutek zanieczyszczenia elektrod aparatu pomiarowego.

ODCZYN, KWASOWOŚĆ I ZASADOWOŚĆ WODY

Odczyn

Woda chemicznie czysta ma odczyn obojętny (pH=7) tylko w 295K (22°C), przy wzroście temperatury jej pH zmniejsza się. Odczyn większości wód naturalnych wynosi 6.5 – 8.5 i zależy od wielu czynników np.

•€€€€€€€€€€€€€€€odprowadzanych zanieczyszczeń –ścieki, opady atmosferyczne,

•€€€€€€€€€€€€€€€podłoża, z którego mogą być wymywane związki o charakterze kwaśnym lub zasadowym

•€€€€€€€€€€€€€€€układu węglanowego- tzn. od zawartości węglanów i CO₂ ; wody węglanowe są zasadowe, a wody ubogie w węglany są kwaśne; wody powierzchniowe swój zasadowy odczyn mogą zawdzięczać wzmożonej fotosyntezie,

•€€€€€€€€€€€€€€€rodzaju gleb w zlewni, którą odwadnia zbiornik wody (wody wypływające z bagien i lasów są zwykle kwaśne z powodu obecności kwasów huminowych i fulwowych),

•€€€€€€€€€€€€€€€skał magmowych i osadowych, wód towarzyszących złożom ropy naftowej, wód morskich i gruntowych.

 Kwasowość wody.

Jest to zdolność do zobojętniania dodawanych do niej silnych zasad nieorganicznych lub węglanów wobec umownych wskaźników.

Kwasowość wód naturalnych może wynikać z obecności w nich wolnego, rozpuszczonego dwutlenku węgla, słabych kwasów organicznych (humusów) oraz produktów hydrolizy soli żelaza lub glinu, wprowadzonych do wody podczas procesu koagulacji. W analityce kwasowość wody spowodowana mocnymi kwasami nieorganicznymi określa się kwasowością mineralną, spowodowaną CO₂ i słabymi kwasami organicznymi, określaną jako kwasowość ogólna.

Kwasowość mineralna występuje gdy pH<4.5 i oznacza się ją wobec oranżu metylowego (za pomocą mianowanego roztworu NaOH), kwasowość ogólna występuje przy odczynie wody niższym od pH = 8.3 i oznacza się ją wobec fenoloftaleiny. Przy pH>8.3 kwasowość wody nie występuje. Reakcje zobojętniania za pomocą zasad można przedstawić następująco:

H⁺ + OH^- = H₂O

CO₂ + OH^- = HCO₃^-

Przy występowaniu kwasowości mineralnej woda ma charakter silnie korozyjny w stosunku do betonu, żelaza i innych metali. W związku z tym kwasowość mineralna jest niedopuszczalna w wodach użytkowych, gdyż rozpuszczone metale są szkodliwe dla zdrowia. natomiast kwasowość wywołana obecnością CO₂, ze względu na higienę nie ma większego znaczenia.

 

Zasadowość wody.

Jest to zdolność wody naturalnej do zobojętniania mocnych kwasów nieorganicznych (tj. przyjmowania protonów) do określonego pH wobec umownych wskaźników. Jest ona spowodowana obecnością wodorowęglanów, węglanów (głównie metali alkalicznych), rzadziej wodorotlenków, boranów, krzemianów i fosforanów. Przy pH<8.3 występują przeważnie wodorowęglany Ca(HCO₃)₂, Mg(HCO₃)₂, Fe(HCO₃)₂, rzadziej NaHCO₃. W wodach zanieczyszczonych ściekami przemysłowymi (przy pH>8.3) mogą występować obok anionów słabych kwasów jak np. HCO₃^, CO₃^2, H₂PO₄^, HPO₄^2, SiO₃^2  również mocne zasady jak NaOH, KOH i Ca(OH)₂, które dysocjują z wytworzeniem jonów OH^.

Kwasowość wody.

Jest to zdolność do zobojętniania dodawanych do niej silnych zasad nieorganicznych lub węglanów wobec umownych wskaźników.

Kwasowość wód naturalnych może wynikać z obecności w nich wolnego, rozpuszczonego dwutlenku węgla, słabych kwasów organicznych (humusów) oraz produktów hydrolizy soli żelaza lub glinu, wprowadzonych do wody podczas procesu koagulacji. W analityce kwasowość wody spowodowana mocnymi kwasami nieorganicznymi określa się kwasowością mineralną, spowodowaną CO₂ i słabymi kwasami organicznymi, określaną jako kwasowość ogólna.

Kwasowość mineralna występuje gdy pH<4.5 i oznacza się ją wobec oranżu metylowego (za pomocą mianowanego roztworu NaOH), kwasowość ogólna występuje przy odczynie wody niższym od pH = 8.3 i oznacza się ją wobec fenoloftaleiny. Przy pH>8.3 kwasowość wody nie występuje. Reakcje zobojętniania za pomocą zasad można przedstawić następująco:

H⁺ + OH^- = H₂O

CO₂ + OH^- = HCO₃^-

Przy występowaniu kwasowości mineralnej woda ma charakter silnie korozyjny w stosunku do betonu, żelaza i innych metali. W związku z tym kwasowość mineralna jest niedopuszczalna w wodach użytkowych, gdyż rozpuszczone metale są szkodliwe dla zdrowia. natomiast kwasowość wywołana obecnością CO₂, ze względu na higienę nie ma większego znaczenia.

 

Zasadowość wody.

Jest to zdolność wody naturalnej do zobojętniania mocnych kwasów nieorganicznych (tj. przyjmowania protonów) do określonego pH wobec umownych wskaźników. Jest ona spowodowana obecnością wodorowęglanów, węglanów (głównie metali alkalicznych), rzadziej wodorotlenków, boranów, krzemianów i fosforanów. Przy pH<8.3 występują przeważnie wodorowęglany Ca(HCO₃)₂, Mg(HCO₃)₂, Fe(HCO₃)₂, rzadziej NaHCO₃. W wodach zanieczyszczonych ściekami przemysłowymi (przy pH>8.3) mogą występować obok anionów słabych kwasów jak np. HCO₃^, CO₃^2, H₂PO₄^, HPO₄^2, SiO₃^2  również mocne zasady jak NaOH, KOH i Ca(OH)₂, które dysocjują z wytworzeniem jonów OH^.

TWARDOŚĆ WODY

Jest to właściwość wody polegająca na zużywaniu pewnych ilości mydła bez wytworzenia piany. Wynika to z obecności w wodzie jonów Ca, Mg, Mn, Al, Zn,  które tworzą z mydłem dodawanym do wody nierozpuszczalne sole. Pienienie się roztworu następuje dopiero po ich strąceniu. Zawartość wapnia i magnezu w wodach naturalnych jest dużo większa od innych wymienionych pierwiastków wobec tego twardość wody naturalnej zależy głównie od obecności jonów Ca²⁺ i Mg²⁺. Sole wapnia i magnezu występują w wodach naturalnych przeważnie w postaci wodorowęglanów Ca(HCO₃)₂, Mg(HCO₃)₂, albo jako siarczany, chlorki, azotany i inne związki.

W wodach naturalnych zawartość Ca jest większa od Mg, przy czym rozpuszczalność MgCO₃ jest większa od CaCO₃, co oznacza, że MgCO₃ jest obecny w wodzie, natomiast CaCO₃ praktycznie nie istnieje w formie rozpuszczonej. Twardość wody surowej nazywa się twardością ogólną i jest sumą twardości węglanowej (Tw_W) i twardości niewęglanowej (Tw_N):

a)            węglanowa: (Tw_WCa, Tw_WMg) wywołana przez wodorowęglany, węglany i wodorotlenki wapnia i magnezu: Ca(HCO₃)₂, CaCO₃, Ca(OH)₂, Mg(HCO₃)₂, MgCO₃Mg(OH)₂,

b)            niewęglanowa (Tw_NCa, Tw_NMg) wywołana przez inne związki wapnia i magnezu CaSO₄, CaCl₂, Ca(NO₃)₂, MgSO₄, MgCl₂, Mg(NO₃)_2.

Twardość węglanowa w czasie gotowania wody ulega zmniejszeniu w wyniku rozkładu wodorowęglanów i hydrolizie powstających węglanów

Me(HCO₃)₂ → MeCO₃ + H₂O + CO₂

Woda	stopnie twardości	mg CaO/dm^3
Bardzo miękka Miękka O średniej twardości O znacznej twardości Twarda Bardzo twarda	0-5 5-10 10-15 15-20 20-30 powyżej 30	0-50 50-100 100-150 150-200 200-300 powyżej 300

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/dm^3
mętność	1mg/dm^3
chlorki	250 mg/dm^3
siarczany	250 mg/dm^3
wolny chlor (po dezynfekcji)	0,1 – 0,3 mg/dm^3
żelazo Fe	0,2 mg/dm^3
mangan Mn	0.05 mg/dm^3
magnez Mg	30 – 125 mg/dm^3
chrom Cr	0,05 mg/dm^3
rtęć Hg	0,001 mg/dm^3
twardość	60-500 mg CaCO3/dm^3