Akademia Górniczo – Hutnicza

im. Stanisława Staszica

SPRAWOZDANIE

HYDROLOGIA

CHEMIZM WÓD

w. GGiIŚ

Rok 2.

Grupa lab. 2.

Prowadząca: dr inż. Bogusława Rajpolt

Część teoretyczna

Pojęcia:

• Jakość wód:

Na ocenę jakości wód mają wpływ cechy fizyczne, chemiczne i biologiczne. Cechami fizycznymi wody są barwa, zapach, smak, temperatura.

Skład chemiczny określa się na podstawie obecności w wodzie substancji rozpuszczonych (czyli sumy anionów i kationów pochodzących ze związków mineralnych i organicznych), gazów rozpuszczonych, pochodzących z powietrza atmosferycznego, oraz substancji organicznych pochodzenia naturalnego (związki humusowe) i obcego (zanieczyszczenia, np. pestycydy).

Cechy biologiczne to obecność organizmów żywych w wodzie. W wodach powierzchniowych bioróżnorodność) jest znacznie większa niż w wodach podziemnych.

• Rodzaje wód w przyrodzie:

  • powierzchniowe śródlądowe,

  • morskie,

  • podziemne:

• przypowierzchniowe,

• głębinowe.

Wody te różnią się składem fizykochemicznym, decydującym o ich przydatności do ujmowania i wykorzystania.

• Główne jony w wodzie:

Kationy:

• Na⁺,

• K⁺,

• Ca²⁺,

• Mg²⁺.

Aniony:

• HCO₃^-,

• Cl^-,

• SO₄^2-.

• Twardość wody – zawartość soli wapnia, magnezu i innych metali w wodzie, która jest zdolna do tworzenia soli na wyższym niż pierwsza stopniu utlenienia.

Twardość wody wyraża się w trzech różnych skalach:

• stopniach niemieckich (°n lub °d) – 1°n = 10,00 mg CaO w 1 litrze wody oraz 1°n = 17,86 mg CaCO₃ w 1 litrze wody,

• stopniach francuskich (°f) – 1°f = 10,00 mg CaCO₃ w 1 litrze wody

• milivalach na litr (mval/l) – 1 mval = 1 miligramorównoważnik (0,5 milimol) jonów Ca²⁺ oraz 1 mval = 50 mg CaCO₃ w 1 litrze wody.

• Mineralizacja – to suma substancji mineralnych rozpuszczonych w wodzie (obliczona na podstawie bilansu analizy wody)

Na podstawie mineralizacji ogólnej wody wydzielamy:

• wody ultrasłodkie o suchej pozostałości <0,1 g/dm³,

• wody słodkie - 0,1-0,5 g/dm³,

• akratopegi - 0,5-1,0 g/dm³,

• wody mineralne - >1,0 g/dm³.

• Wartość pH – ilościowa skala kwasowości i zasadowości roztworów wodnych związków chemicznych. Skala ta jest oparta na aktywności jonów hydroniowych [H₃O⁺] w roztworach wodnych.

Wartość pH definiuje się jako ujemny logarytm ze stężenia jonów hydroniowych:

pH = -log₁₀[H₃O⁺]

Wzory i tabele:

• Twardość ∑Ca²⁺ + Mg²⁺

• Ocena jakości analiz na podstawie wielkości błędu:

$$B = \frac{|\sum rK - \sum rA|}{\sum rK + \ \sum rA} 100\%$$

Gdzie:

B – wielkość błędu [%]

ΣrK – suma zawartości kationów [mval/dm³]

ΣrA – suma zawartości anionów [mval/dm³]

• Dopuszczalny błąd analizy w zależności od sumy jonów (wg PN-89/C-04638/02):

Suma anionów ΣrA w wodzie [mval/dm^3]	Dopuszczalny błąd względny B [%]
>15	2
5-15	2-5
3-5	5-10
<3	Nie ustalono

• Klasyfikacja Altowskiego – Szwieca:

Nazwę określającą typ wody tworzy się biorąc pod uwagę te jony, których zawartość w wodzie jest większa niż 20±3% mval w stosunku do sumy anionów lub kationów. Nazwę wody rozpoczyna się od jonu, którego zawartość w wodzie jest największa, niezależnie od tego, czy jest to kation czy anion.

Jeżeli w składzie trój- i cztero- jonowej wody głównym jonem, od którego zaczynamy nazwę, jest anion, to w nazwie wody wymieniamy kolejno wg zawartości aniony, a następnie w takim samym porządku kationy.

Przykład: Na – SO₄ – HCO₃ woda sodowo- siarczanowo - wodorowęglanowa

• Wzór Kurłowa:

$\text{mikroelementy}^{\lbrack\frac{\text{mg}}{\text{dm}^{3}}\rbrack} M^{\lbrack\frac{g}{\text{dm}^{3}}\rbrack}\ \frac{aniony\ \lbrack\%\rbrack}{kationy\ \lbrack\%\rbrack} \bullet T \bullet D$

• Ocena mineralizacji wody M :

M [ g/dm^3 ]	Rodzaj wody	Typowy dominujący anion
0 - 1	woda słodka	HCO3^-
1 – 5	woda słonawa	SO4^2-
5 - 35	woda słona	Cl^-
> 35	solanka	Cl^-

• Ocena twardości wody :

woda	mval/dm^3	mg CaCO3 / dm^3
bardzo miękka	< 1.5	< 75
miękka	1.5 – 3.0	75 – 150
średnio twarda	3.0 – 6.0	150 – 300
twarda	6.0 – 10.0	300 – 500
bardzo twarda	> 10.0	> 500

• Ocena wartości pH wody:

pH	odczyn wody
< 5	kwaśny
5 – 7	słabo kwaśny
7	obojętny
7 -9	słabo zasadowy
> 9	zasadowy

• Wymagania fizykochemiczne, jakim powinna odpowiadać woda przeznaczona do spożycia przez człowieka:

Właściwości fizykochemiczne	Dopuszczalne zakresy wartości
pH	6.5 – 9.5
zawartość chlorków	250 [ mg/l ]
zawartość siarczanów	250 [ mg/l ]

Część praktyczna

Obliczenia wykonane dla wysypiska w Skawinie z roku 15 IV 1981 r.

Wartość pH = 8,0

	SKŁADNIK	mg / dm^3	mval/dm^3	% mval
Główne KATIONY	K^+	5,0	0,13	1,98
	Na^+	104,0	4,52	68,69
	Mg^2+	2,45	0,12	1,82
	Ca^2+	22,05	1,81	27,51
	Suma kationów	133,5	6,58	100
Główne ANIONY	Cl^-	14,2	0,4	5,77
	SO4^2-	100,4	1,65	23,81
	HCO3^-	244,08	4,88	70,42
	Suma anionów	358,68	6,93	100

Obliczenia:

• Twardość ogólna

Ca²⁺ + Mg²⁺ = 1,81 + 0,12 = 1,93 mval/dm³

Twardość węglanowa: 1,93 mval/dm³

Twardość niewęglanowa: 0 mval/dm³

• Ocena jakości analiz na podstawie wielkości błędu:

$$\mathbf{B} = \frac{|\sum rK - \sum rA|}{\sum rK + \ \sum rA} 100\% = \frac{|6,58 - 6,93|}{6,58 + 6,93}\ \bullet 100\% = \mathbf{2,59\%}$$

• Dopuszczalny błąd analizy w zależności od sumy jonów (wg PN-89/C-04638/02):

Suma anionów ΣrA w wodzie [mval/dm^3]	Dopuszczalny błąd względny B [%]
>15	2
5-15	2-5
3-5	5-10
<3	Nie ustalono

ΣrA = 6,93 → 5-15 [mval/dm³]

B= 2,59% < 5%

Analizę należy uznać za wykonaną z wystarczającą dokładnością.

• Klasyfikacja Altowskiego – Szwieca:

Aniony: HCO₃^- 70,42 [% mval]

SO₄^2- 23,81 [% mval]

Kationy: Na⁺ 68,69 [% mval]

Ca²⁺ 27,51 [% mval]

HCO₃ – SO₄ - Na – Ca

(Woda węglanowo – siarczanowo – sodowo – wapniowa).

• Metoda przedstawienia składu chemicznego wód podziemnych wg wzoru Kurłowa:

$$M^{0,492} = \frac{\text{HCO}_{3}^{70}\text{SO}_{4}^{23}\text{Cl}^{5}}{{(\text{Na} + K)}^{70}\text{Ca}^{27}\text{Mg}^{1}}$$

• Mineralizacja:

M =133,5 mg/dm³ + 358,68 mg/dm³ = 492,18 mg/dm³ ≈ 0,492 g/dm³

0,492 g/dm³ ∈ M [g/dm³] 0-1

Mineralizacja równa jest 0,492 g/dm³. Na podstawie tabeli „Ocena mineralizacji wody M” można stwierdzić, że ww. wartość zawiera się w zakresie 0-1[g/dm³], więc badana woda jest słodka.

• Twardość wody:

Z obliczeń wartość twardości ogólnej równa jest 1,93 mval/dm³. Na podstawie tabeli „Ocena twardości wody” można odczytać, że badana woda należy do średnio twardych.

• Wartość pH wody:

Na podstawie tabeli „Ocena wartości pH wody” odczytano, że wartość pH = 8 badanej wody wskazuje na odczyn słabo zasadowy.

• Wymagania fizykochemiczne, jakim powinna odpowiadać woda przeznaczona do spożycia przez człowieka:

Właściwości fizykochemiczne	Dopuszczalne zakresy wartości	Badana woda
pH	6,5 – 9,5	8
zawartość chlorków	250 [ mg/l ]	14,2
zawartość siarczanów	250 [ mg/l ]	100,4

Woda nadaje się do spożycia.

Graficzne przedstawienie danych:

Wykres Wostroknutowa [mval / dm³]

Zawartość jonów w [%mval / dm³]

Wnioski

Na podstawie przeprowadzonych obliczeń stwierdza się, że analizowane pomiary wody zostały wykonane z należytą dokładnością. Ponadto uzyskane wyniki świadczą o tym, że analizowana woda jest:

• węglanowo – siarczanowo – sodowo – wapniowa,

• słodka,

• średnio twarda,

• słabo zasadowa,

• nadaje się do spożycia przez ludzi.