Instrukcja laboratorium z ochrony środowiska

Ochrona wód

Temat ćwiczenia. Oznaczanie wybranych wskaźników zanieczyszczenia wód

Cel ćwiczenia

Ćwiczenie ma za zadanie zapoznanie się z wybranymi metodami określania wskaźników fizykochemicznych wód oraz wymagań, jakie muszą spełniać wody przeznaczone do spożycia przez ludzi. Na podstawie obowiązujących norm i przeprowadzonych analiz studenci mają możliwość porównania stężeń oznaczanych wskaźników w wodach powierzchniowych i wodach wodociągowych.

Wprowadzenie teoretyczne

Polska należy do krajów ubogich w wodę. Działalność człowieka prowadzi do zmian chemizmu zarówno wód podziemnych, jak i powierzchniowych. Ponadto często dochodzi do zaburzeń przepływu wody, a co za tym idzie, do zmian w ekosystemach wodnych. Do głównych źródeł zanieczyszczeń wód należą m.in.:

- zrzuty ścieków komunalnych i przemysłowych nieoczyszczonych w wystarczającym stopniu,

- dzikie zrzuty ścieków,

- nadmierne nawożenie pól,

- nieszczelne szamba,

- dzikie i niezabezpieczone składowiska odpadów,

- zanieczyszczone opady atmosferyczne (kwaśne deszcze),

- substancje toksyczne przedostające się do gruntu w wyniku awarii przemysłowych.

Wyróżniamy 5 klas czystości wód powierzchniowych:

Klasa I są to wody bardzo dobrej jakości, spełniają wymagania określone dla wód powierzchniowych wykorzystywanych do zaopatrzenia ludności w wodę przeznaczoną do spożycia. Wymagają jedynie prostego uzdatniania fizycznego i dezynfekcji. Wartości wskaźników jakości wody nie wskazują na żadne oddziaływanie antropogeniczne.

Klasa II to wody dobrej jakości, w odniesieniu do większości wskaźników spełniają wymagania określone dla wód powierzchniowych wykorzystywanych do zaopatrzenia ludności w wodę przeznaczoną do spożycia. Wymagają typowego uzdatniania fizycznego i chemicznego oraz dezynfekcji. Wartości biologicznych wskaźników jakości wody wskazują na niewielki wpływ oddziaływania czynników antropogenicznych.

Klasa III to wody zadowalającej jakości w przypadku wykorzystania ich do zaopatrzenia ludności w wodę do picia. Wymagają typowego uzdatniania fizycznego i chemicznego oraz dezynfekcji. Wartości biologicznych wskaźników jakości wody wskazują na umiarkowany wpływ oddziaływania czynników antropogenicznych.

Klasa IV są to wody o niezadowalającej jakości. W przypadku wykorzystania ich do zaopatrzenia ludności w wodę do picia wymagają skomplikowanych, wysoko sprawnych metod uzdatniania fizycznego i chemicznego oraz dezynfekcji. Na skutek oddziaływań antropogenicznych w ekosystemach wodnych występują zmiany jakościowe i ilościowe.

Klasa V to wody o złej jakości. Nie spełniają wymagań i nie mogą być wykorzystywane do zaopatrzenia ludności w wodę do picia. Na skutek oddziaływań antropogenicznych w ekosystemach wodnych występuje częściowy zanik populacji biologicznych.

W celu zaopatrzenia ludności w wodę do picia można ujmować zarówno wody podziemne jak i powierzchniowe. Dla zapewnienia wysokiej jakości ujmowanej wody ustanawia się strefy ochronne ujęć wody. W strefie ochronnej wyróżnia się teren ochrony bezpośredniej i teren ochrony pośredniej. Jeżeli warunki hydrogeologiczne, hydrologiczne i geomorfologiczne sprzyjają ochronie jakości wody dopuszcza się ustanowienie strefy ochronnej obejmującej jednie teren ochrony bezpośredniej.

Teren ochrony bezpośredniej powinien zostać ogrodzony i wyłączony z użytkowania innego niż ujmowanie wody. Na terenie ochrony pośredniej mogą obowiązywać pewne zakazy i ograniczenia odnośnie użytkowania tego terenu, np.:

• wprowadzania ścieków do wód lub do ziemi,

• rolniczego wykorzystania ścieków,

• stosowania nawozów i środków ochrony roślin,

• budowy autostrad, dróg oraz torów kolejowych,

• wykonywania robót melioracyjnych oraz wykopów ziemnych,

• lokalizowania zakładów przemysłowych oraz ferm chowu lub hodowli zwierząt,

• lokalizowania magazynów produktów ropopochodnych,

• lokalizowania składowisk odpadów,

• mycia pojazdów mechanicznych,

• urządzania parkingów, obozowisk oraz kąpielisk,

• lokalizowania cmentarzy oraz grzebania zwłok zwierzęcych.

W wyniku działalności człowieka do wód dostają się różne zanieczyszczenia. Źródłami zanieczyszczenia wód jonami azotanowymi mogą być procesy rozkładu materii organicznej, spływy z pól uprawnych nawożonych nawozami azotowymi i obornikiem, ścieki komunalne i przemysłowe. Jony chlorkowe mogą pochodzić z procesów ługowania naturalnych pokładów soli, przemian metabolicznych organizmów żywych, ścieków przemysłowych i komunalnych. Wysokie stężenia chlorków występują również w wodach kopalnianych. Fosforany mogą dostawać się do wód wraz ze spływami z terenów rolniczych nawożonych nawozami fosforowymi. Jony te znajdują się także w ściekach przemysłowych i komunalnych. Wysokie stężenie fosforanów w ściekach komunalnych jest wynikiem stosowania dużych ilości syntetycznych środków piorących. Wysokie stężenia fosforanów i azotanów w wodach powierzchniowych przyczyniają się do eutrofizacji tych wód. Zanieczyszczeniem często spotykanym w wodach są także jony siarczanowe. Dostają się one do wód wraz ze ściekami przemysłowymi z zakładów chemicznych, garbarni, koksowni oraz wodami odprowadzanymi z terenów kopalni siarki. Jony te znajdują się również w ściekach komunalnych.

Wśród zanieczyszczeń przedostających się do wód znajdują się również metale ciężkie takie jak ołów, rtęć, kadm, chrom. Źródłem tych zanieczyszczeń są ścieki przemysłowe, odcieki ze składowisk odpadów i hałd hutniczych, pestycydy. Kadm może pojawić się w odach pitnych w przypadku stosowania rur galwanizowanych. Metale ciężkie mają zdolność kumulowania się w osadach dennych, skąd są uwalniane w przypadku obniżenia pH wody. Obecność w wodzie metali ciężkich powoduje zachwianie równowagi biologicznej ekosystemu. Są one bardzo toksyczne, mają działanie rakotwórcze, mogą powodować trwałe uszkodzenia różnych narządów wewnętrznych (np. nerek, mózgu).

Do wód mogą dostawać się również metale ciężkie takie jak kadm, ołów, rtęć. Obecność kadmu w wodach powierzchniowych może być wynikiem zrzutu ścieków przemysłowych z kopalń i hut. Kadm może występować w wodzie do picia jeżeli stosowane są rury galwanizowane. Jest to pierwiastek silnie toksyczny, kumuluje się w organizmach żywych, ma działanie rakotwórcze. Ze ściekami z zakładów chemicznych, kopalń i zakładów przeróbczych może dostawać się do wód ołów. Podwyższone stężenia ołowiu występują w pobliżu dróg. Rozpuszczalne formy ołowiu są bardzo toksyczne.

Aby zapobiec zanieczyszczeniu wody należy skutecznie oczyszczać ścieki zarówno komunalne jak i przemysłowe. Wyróżniamy trzy rodzaje metod oczyszczani ścieków:

1. Metody mechaniczne - mają na celu usunięcie z wody wszystkich zanieczyszczeń stałych. Stosowane są tutaj procesy takie jak cedzenie na sitach i kratach, sedymentacja w piaskownikach i osadnikach. Podczas oczyszczania mechanicznego z powierzchni ścieków zgarniane są tłuszcze.

2. Metody chemiczne - polegają na wytrąceniu niektórych związków rozpuszczonych w ściekach oraz neutralizacji związków toksycznych.

3. Metody biologiczne - wykorzystywane są w nich mikroorganizmy powodujące mineralizację zanieczyszczeń organicznych. Mikroorganizmy te występują najczęściej w postaci osadu czynnego. Po zakończeniu procesu oczyszczania biologicznego osad czynny oddzielny jest od ścieków w osadnikach wtórnych. Ponieważ podczas trwania procesu mikroorganizmy namnażają się, po jego zakończeniu część osadu (osad nadmierny) jest oddzielana i kompostowana.

Należy pamiętać, że na jakość wód wpływają również zanieczyszczenia emitowane do atmosfery (dostają się do wód wraz wodami opadowymi) oraz zanieczyszczenia gleby (dostają się do wód wraz ze spływami powierzchniowymi lub infiltrują do wód podziemnych).

Warunki bezpieczeństwa podczas ćwiczenia

Należy unikać kontaktu odczynników ze skórą i oczami. Po zakończeniu pomiarów należy dokładnie umyć ręce wodą z mydłem.

Wyposażenie stanowiska

1. fartuch ochronny

2. stół z blatem pokrytym blachą lub płytą laminatu

3. próbki wody powierzchniowej i wody wodociągowej

4. woda destylowana

5. fotometr Slandi LF 205

6. odczynniki chemiczne do oznaczania azotanów

7. próbówki pomiarowe - 2 sztuki

8. strzykawka jednorazowa

9. miernik pH

10. Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 29 marca 2007 r. w sprawie jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi (Dz.U. 2007 nr 61 poz. 417).

Przebieg ćwiczenia

1. student wkłada fartuch ochronny;

2. student dokonuje pomiaru pH w wybranych dwóch próbkach wody zgodnie z instrukcją:

1. przy pomocy przycisków wybrać parametr pomiarowy pH

2. zanurzyć elektrodę pomiarową w próbce badanej wody, wartość pH pojawi się na wyświetlaczu

3. po zakończeniu pomiaru przepłukać elektrodę wodą destylowaną;

3. student dokonuje pomiaru azotanów w wybranych dwóch próbkach wody zgodnie z instrukcją:

1. dwie próbówki pomiarowe napełnić roztworem badanym w ilości po 5 ml

2. włączyć fotometr i przy pomocy strzałek na klawiaturze ustawić wskazanie „Azotany B”

3. wyzerować fotometr, wykorzystując jedną z próbówek pomiarowych

4. do drugiej próbówki dodać jedną płaską łyżeczkę odczynnika „1”, zamknąć próbówkę i mieszać przez 30 sekund

5. otworzyć próbówkę, dodać jedną płaską łyżeczkę odczynnika „2”, zamknąć próbówkę i mieszać przez 30 sekund

6. umieścić próbówkę w gnieździe pomiarowym fotometru, założyć kołpak, nacisnąć przycisk „mg/l” - fotometr rozpocznie odliczanie czasu 5 minut, po upływie którego na wyświetlaczu pojawi się wynik

7. po wykonaniu oznaczeniu próbówki należy umyć wodą destylowaną;

4. student dokonuje pomiaru chlorków w wybranych próbkach wody zgodnie z instrukcją:

1. dwie próbówki pomiarowe napełnić roztworem badanym w ilości po 5 ml

2. włączyć fotometr i przy pomocy strzałek na klawiaturze ustawić wskazanie „Chlorki”

3. wyzerować fotometr, wykorzystując jedną z próbówek pomiarowych

4. do drugiej próbówki dodać 6 kropli odczynnika „1”, zamknąć próbówkę i zamieszać

5. otworzyć próbówkę, dodać 6 kropli odczynnika „2”, zamknąć próbówkę i zamieszać

6. umieścić próbówkę w gnieździe pomiarowym fotometru, założyć kołpak, nacisnąć przycisk „mg/l” na wyświetlaczu pojawi się wynik

7. po wykonaniu oznaczeniu próbówki należy umyć wodą destylowaną;

5. wyniki oznaczeń student zestawia w odpowiedniej tabeli

Lp	Nazwa wskaźnika	Stężenie wskaźnika [mg/l]		Dopuszczalna wartość wskaźnika w wodzie do picia zgodnie z Rozporządzeniem
					Próbka 1	Próbka 2
1.	pH
2.	azotany
3.	chlorki

6. student porównuje otrzymane wyniki pomiarów i wyciąga wnioski z przeprowadzonego badania (Czy wody powierzchniowe spełniają wymagania stawiane wodom przeznaczonym do spożycia przez ludzi w zakresie oznaczanych wskaźników? Jakie jest stężenie oznaczanych substancji w wodzie wodociągowej w odniesieniu do wymagań stawianych tym wodom w Rozporządzeniu?).

Literatura

Dojlido J.: Chemia wód powierzchniowych, Wydawnictwo Ekonomia i Środowisko, Białystok 1995.

Macioszczyk A., Dobrzyński D.: Hydrogeochemia strefy aktywnej wymiany wód podziemnych, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2002.

Ustawa Prawo wodne z dnia 18 lipca 2001 r. z późniejszymi zmianami (Dz.U. 2001 nr 115 poz. 1229)

Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 29 marca 2007 r. w sprawie jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi (Dz.U. 2007 nr 61 poz. 417).

Wzór sprawozdania z ćwiczenia

Nazwisko i imię, wydział, rok akademicki, data wykonania ćwiczenia

Temat ćwiczenia

Spis użytych urządzeń, aparatury, mierników

Cel ćwiczenia

Krótkie wprowadzenie teoretyczne

Nazwa czynności (pomiarów)

Tabele z wynikami, wykresy.

Dyskusja wyników pomiarów

Wnioski, uwagi

podpis własnoręczny

Uwaga

Sprawozdanie z laboratorium należy oddać na następnych zajęciach. W przeciwnym przypadku student nie zostanie przyjęty na ćwiczenia.

---