ĆWICZENIE Nr 3

Temat: Oznaczanie fizycznych wskaźników jakości wody (barwa, mętność, zapach, pH, przewodność)

1. MĘTNOŚĆ
    Mętność wód naturalnych uwarunkowana jest obecnością różnych nierozpuszczalnych związków pochodzenia mineralnego i organicznego. Mogą ją powodować: glina, iły, wytrącające się związki glinu, manganu, żelaza, kwasy humusowe, plankton, wyższe organizmy i in. Na szczególną uwagę zasługuje mętność wód głębinowych, która pojawia się po pewnym czasie od poboru. Dotyczy to szczególnie jonów magnezu, manganu, wapnia i żelaza. Wody zawierające te jony, które związane są najczęściej w postaci kwaśnych węglanów, pod wpływem ulatniania się dwutlenku węgla, wykrystalizowują, powodując mętność, np.:

Mg(HCO₃)₂ → Mg(OH)₂ + 2CO₂
            Ca(HCO₃)₂ → CaCO₃  + H₂O + 2CO₂

Wytrącanie związków żelaza polega na jednoczesnym utlenianiu żelaza dwuwartościowego do trójwartościowego:

                                                4Fe(HCO₃)₂ + 2H₂O +O₂ → 4Fe(OH)₃ + 8CO₂
    Mętność wody może stanowić wskaźnik zanieczyszczenia i znacznie wpływa na jej wygląd i apetyczność. Mętność wywołana przez związki organiczne jest z higienicznego punktu widzenia znacznie bardziej niebezpieczna, ponieważ może ona stanowić dodatkowe, a nieraz dominujące źródło skażenia bakteriologicznego. Określając stopień mętności należy więc ustalić, jakiego rodzaju zawiesina ją wywołuje (np. butwienie roślin, wody ściekowe, itp.). Jako jednostkę mętności przyjęto mętność wywołaną przez 1 mg SiO2 w postaci zawiesiny wzorcowej dodanej do 1dm3 wody destylowanej. Mętność wody można oznaczać następującymi metodami:
 - wizualną turbidymetryczną,
 - nefelometryczną, fotometryczną,
 - turbidymetryczną.
Najczęściej stosowana jest metoda wizualna. Polega ona na porównywaniu natężenia światła przechodzącego przez próbkę badanej wody i przez odpowiednie wzorce. W zależności od stopnia mętności stosuje się 2 metody: 
1) dla oznaczenia mętności w granicach 0 - 5 mgSiO₂/dm³,
2) dla oznaczenia mętności w granicach 5 - 50 mgSiO₂/dm³.

Wyposażenie stanowiska dla oznaczania mętności w granicach 0 - 5 mgSiO₂/dm³:
    - mętnościomierz Baylisa,
    - cylinder szklany z płaskim dnem szlifowanym, o średnicy wewnętrznej 20mm i wysokości 750mm,
    - cylindry na wzorce i na badaną próbkę wody.

    Odczynniki:
    - podstawowy roztwór wzorcowy o mętności 500 utrwalony 1g chlorku rtęciowego HgCl₂
    - woda destylowana

Wyposażenie stanowiska dla oznaczania mętności w granicach 5 - 50 mgSiO₂/dm³:

- jednolite butelki o pojemności 1dm³ z bezbarwnego szkła,
- podstawowy roztwór wzorcowy o mętności 500 mgSiO₂/dm³,
- skala wzorców roboczych 5-50 mg SiO₂/dm³.

Wykonanie oznaczenia:

    Cylinder szklany napełniamy badaną wodą i odstawiamy na kilka minut do czasu wydzielenia się pęcherzyków powietrza. Porównujemy badaną próbkę z przygotowanymi uprzednio wzorcami. Porównanie przeprowadzamy na tle światła, trzymając badaną próbkę i wzorzec na wysokości oczu. Jeżeli mętność badanej próbki jest większa od wzorca o najwyższej mętności, należy ją rozcieńczyć i oznaczenie powtórzyć. Do rozcieńczenia używamy wody destylowanej albo dokładnie przesączonej wody badanej. Rozcieńczamy odlewając połowę badanej wody i uzupełniając ubytek wodą destylowaną.

Wyniki badania mętności / przezroczystości podajemy w jednostkach mg SiO₂/dm³.
                                                                                                                                                                       
2. BARWA
   Barwę wody może powodować wiele substancji organicznych i nieorganicznych oraz organizmy, np.: plankton, roślinność, związki koloidalne, związki humusowe, jony metali (głównie żelaza i manganu) oraz różne inne zanieczyszczenia, wprowadzane ze ściekami przemysłowymi. Wody naturalne całkowicie bezbarwne są rzadkością, najczęściej mają barwę żółto-zieloną, o różnej intensywności i odcieniach.
    Rozróżnia się barwę rzeczywistą (woda absolutnie klarowna) i pozorną (woda zawierająca wszystkie zanieczyszczenia).
    Barwę pozorną określa się bez uprzedniego sączenia lub odwirowywania, natomiast rzeczywistą po uprzednim dokładnym usunięciu wszystkich zawiesin.
    Istnieje jednocześnie pojęcie barwy specyficznej, spowodowanej barwą ścieków przemysłowych. W takim przypadku nie można określać barwy ogólnie przyjętymi metodami, lecz opisowo, np. bardzo jasnoniebieska, bladoróżowa., itp.
    Barwę rzeczywistą naturalnych wód określa się w stopniach, przy czym za jednostkę przyjęto takie zabarwienie, jakie wywoła w 1 dm³ wody destylowanej 1 mg Pt, rozpuszczonej w postaci chloroplatynianu potasowego K₂PtCl₆  z dodatkiem 0,5 mg Co w postaci chlorku kobaltawego CoCl₂*H₂O. Wody spotykane w przyrodzie mają najczęściej zabarwienie w granicach 
5 - 30 mg Pt/dm³. Jednocześnie spotyka się wody o większym stopniu zabarwienia. Najczęściej pochodzą one z terenów bagiennych, leśnych, torfowiskowych. Zawierają wtedy znaczne ilości substancji organicznych pochodzenia roślinnego (głównie związki humusowe), a barwę od jasnożółtej do koloru mocnej herbaty.

Sposoby oznaczania:

Barwę wody można oznaczyć:
- według skali platynowo-kobaltawej,
- według skali dwuchromianowo-kobaltawej,
- metodą opisową w przypadku wystąpienia barwy specyficznej.

Zasada oznaczania według skali dwuchromianowo-kobaltawej:
    Metoda polega na porównywaniu barwy wody z uprzednio przygotowaną skalą wzorców.

Wyposażenie stanowiska:
- cylindry Nesslera o pojemności 100 cm³
- komparator do cylindrów Nesslera.

Odczynniki:
 - roztwór wzorcowy (podstawowy) o barwie 500 mg Pt/dm³; trwałość roztworu wzorcowego wynosi zwykle około 1 roku.
- robocza skala wzorców barwy, którą uzyskuje się następująco:

Odmierzona    ilość   roztworu wzorcowego   [cm^3]	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	12	14	16
Barwa  [mg Pt/dm^3]	0	5	10	15	20	25	30	35	40	45	50	60	70	80

Odmierzoną ilość roztworu wzorcowego dopełniamy w cylindrach Nesslera do 100 cm³.

Wykonanie oznaczenia:

Do cylindra Nesslera wlewamy 100 cm³ badanej klarownej wody. Jeśli woda jest mało klarowna i zawiera zawiesiny, przesączamy wodę przez sączek. Wstawiamy do komparatora i przez porównanie dobieramy ze skali wzorzec odpowiadający barwie badanej próbki. Porównywania dokonujemy patrząc osiowo na słup badanej wody i wzorców nad białym tłem. W przypadku, gdy barwa wody nie mieści się w podstawowej skali, stosujemy kolejne rozcieńczenia, odlewając 50 cm³ i uzupełniając do 100cm³ wodą destylowaną.

Obliczenia:

Barwę wody X obliczany według wzoru:

                                                       
            

w którym: a - odczytana ze skali wzorców barwa próbki, mg Pt/dm³
                V - objętość wody zużytej do badania, cm³

Roztwór wzorcowy sporządzono z dwuchromianu potasowego K₂PtCl₆  oraz krystalicznego siarczanu kobaltawego 
CoSO₄ ^.7H₂O rozpuszczonego w wodzie destylowanej.

3. ODCZYN pH WODY
    Czysta woda ulega dysocjacji w bardzo nieznacznym stopniu, co zachodzi według reakcji: 
                                                H₂O ® H⁺+OH^- 
Zgodnie z prawem działania mas, stała dysocjacji wody wynosi:
                                                   
Stężenie molowe wody w 1dm³ jest stałe i w temperaturze +25^oC wynosi:

 

K_w - iloczyn jonowy wody, stały w danej temperaturze - w 25^oC wynosi:
Uwzględniając aktywność jonów, iloczyn jonowy wody można przedstawić wzorem:
                                                   

                                                   

                                                   

gdzie : f_H+, f_OH^- - współczynniki aktywności jonowej. 
Zgodnie z zasadą Arrheniusa, stopień dysocjacji wody jest bardzo mały. Woda jest związkiem obojętnym, to znaczy
                                    [OH^-]=[H⁺]
                                                 K_w=[OH^-]^.[H⁺]=[H⁺]²=1^.10^-14 mol²/(dm³)²

stąd stężenie jonów wodorowych [H⁺] w temperaturze +25^oC wynosi 1^.10^-7 mol/dm³. Dla uproszczenia obliczeń i uniknięcia wysokich wykładników Sőrensen w 1909 roku wprowadził pojęcie pH:
                                         

- jeżeli  [H⁺]=[OH^-] to odczyn jest obojętny (pH = 7 )
- jeżeli [H⁺]>[OH^-], to odczyn jest kwaśny (pH < 7)
- jeżeli [H⁺]<[OH^-], to odczyn jest zasadowy (pH > 7).

4. ZAPACH
    Zapach wody powodują różne związki, najczęściej pochodzenia organicznego i gazy rozpuszczone w wodzie. W wodach zeutrofizowanych zapach wody jest skutkiem zakwitu glonów. Mogą go również powodować produkty mineralizacji osadów dennych i innych procesów biochemicznych oraz wprowadzone do wody zanieczyszczenia charakteryzujące się zapachem specyficznym. Wody naturalne nie zanieczyszczone charakteryzują się zapachem roślinnym

 Z książki: "Ekoinżynieria. Podstawy procesów naprawczych w środowisku"
 obowiązuje znajomość tematyki zawartej w podrozdziale 2.2 i 2.3.

---