RODZAJE WÓD I ICH CHARAKTERYSTYKA

Wody występujące w przyrodzie to wody:

1) opadowe - deszcz, śnieg, grad i rosa. Ich skład zależy od czystości atmosfery i jest zmienny. W czasie opadania woda rozpuszcza w sobie duże ilości gazów(np. O₂, N₂, CO₂,SO₂) oraz małe ilości związków nieorganicznych, głównie siarczanów, chlorków, azotanów (sodu, amonu, wapnia i magnezu). W wodzie opadowej występują również w postaci nie rozpuszczonej sole wapnia i magzezu, sadze, pyły z gleby, mikroorganizmy, gazy przemysłowe i produkty ich reakcji z wodą, których charakter zależy od stopnia uprzemysłowienia [1].

2) powierzchniowe śródlądowe (płynące i stojące)- rzeki, jeziora, stawy, zbiorniki wodne, zbiorniki retencyjne. To wody opadowe spływające po powierzchni ziemi, gromadzone w naturalnych zagłębieniach terenu, tworzące zbiorniki wodne. Ich skład zależy od wielu czynników i zarówno pod względem jakościowym i ilościowym jest znacznie bogatszy w porównaniu z wodami opadowymi, gdyż wody te spływając po powierzchni ziemi rozpuszczają wiele związków nieorganicznych i przez to wzbogacają swój skład chemiczny. Na terenach rolniczych wody powierzchniowe mogą być w znacznym stopniu zanieczyszczone produktami rozkładu nawozów sztucznych czy środków ochrony roślin. Głównym jednak źródłem zanieczyszczenia wód powierzchniowych są ścieki miejskie i przemysłowe, które oczyszczone w stopniu niewystarczającym (lub nie oczyszczone) są wprowadzane do zbiorników wodnych [1].

3) morskie - morza, oceany. Cechą charakterystyczną wód morskich jest ich zasolenie. Wody Bałtyku zawierają ok. 6 g soli/dm³.

4) podziemne: płytkie i głębokie. Są to wody powstające z wód opadowych podczas ich przesiąkania w głąb gleby oraz z wód powierzchniowych podczas infiltracji. Wody te po przejściu przez warstwy materiału przepuszczalnego dochodzą do warstwy nieprzepuszczalnej gruntu i wypełniają znajdujące się tam wolne przestrzenie, tworząc warstwę wodonośną. Ponadto podczas przesiąkania następuje częściowe mechaniczne oczyszczanie wód, głównie z substancji tworzących z wodą zawiesiny. Warstwy nieprzepuszczalne stanowią naturalną ochronę wód przed ich zanieczyszczeniem. Wody podziemne są pozbawione niektórych zanieczyszczeń, które posiadają wody powierzchniowe, ale zawierają w swym składzie o wiele więcej kationów i anionów powstałych z rozpuszczania niektórych soli w czasie migracji wody przez poszczególne warstwy gruntu.

Wody powierzchniowe i podziemne mogą być zanieczyszczone wskutek działalności człowieka, jednak wody podziemne na ogół są znacznie mniej narażone na zanieczyszczenia antropogeniczne.

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

Tabela 1. Charakterystyka wód naturalnych [2]

Lp.	Parametr	Jednostka	Wody powierzchniowe	Wody podziemne
1	Temperatura	^0C	Zmienna w ciągu roku od 0 do 25	Stała w ciągu roku od 4 do 6
2	Barwa	mg Pt/l	od 20 do 200	od 5 do 10
3	Mętność	mg SiO2/l	do 50	poniżej 1
4	pH		od 6,5 do 8,5	od 6 do 8
5	Tlen rozpuszczony	mg O2/l	poniżej 5	nie występuje
6	Żelazo	mg Fe/l	śladowy	do 50
7	Mangan	mg Mn/l	do 0,3	do 2
8	Dwutlenek węgla	mg CO2/l	śladowy	powyżej 100

 Źródło: opracowanie na postawie [2]

Na powyższym przykładzie widać jak znaczne są różnice w składzie wód powierzchniowych i podziemnych.

Do głównych czynników kształtujących skład wód powierzchniowych należą [3]:

• Budowa geologiczna zlewni i wielkość kompleksu sorpcyjnego gleb,

• Topografia zlewni,

• Procesy wietrzenia i rozpuszczania minerałów budujących zlewnię,

• Procesy fizyczne (sedymentacja, sorpcja) i chemiczne (hydroliza oraz reakcje: redoks, strącania i kompleksowania) zachodzące w środowisku wodnym,

• Prędkość i natężenie przepływu wody decydujące o wielkości wymiany między substancjami występującymi w wodzie i zdeponowanymi na dnie rzek oraz zbiorników,

• Wielkość powierzchni kontaktu wody z powietrzem atmosferycznym,

• Mieszanie się wód o różnym składzie,

• Rodzaje organizmów wodnych i aktywność przemian biologicznych,

• Warunki atmosferyczne (temperatura, wysokość opadów atmosferycznych),

• Sposób i stopień zagospodarowania zlewni – decydujące o ilości i rodzaju zanieczyszczeń,

• Rodzaje obiektów hydrotechnicznych i stopień regulacji rzek,

• Sposób użytkowania wód,

• Głębokość zbiorników wód i ich lokalizacja w stosunku do źródeł emisji zanieczyszczeń.

Natomiast skład wód podziemnych zależy przede wszystkim od [2]:

• Charakterystyki geologiczna warstwy wodonośnej,

• Głębokości występowania wód,

• Ciśnienia,

• Temperatury,

• Wielkości powierzchni i czasu styku wody z materią skalną,

• Genezy wód,

• Długości warstwy wodonośnej,

• Związek z powierzchnią ziemi i wodami powierzchniowymi, w tym sposób zagospodarowania terenów na powierzchni i wód powierzchniowych wpływają pośrednio na zanieczyszczenie wód podziemnych.

Wody słodkie (powierzchniowe śródlądowe i podziemne płytsze) zawierają ilości soli rzadko przekraczające 1,0 g/dm³. W wodach słodkich dominują sole wapnia i magnezu, głównie ich wodorowęglany, a siarczany i chlorki występują w mniejszych ilościach. Sole sodu, potasu i innych metali w wodach słodkich obecnie są zwykle w mniejszych ilościach niż sole wapnia. Wody morskie są najbogatsze w sole sodowe i magnezowe przy czym 77,75 % ogólnej zawartości soli stanowi chlorek sodu, 10,87 %- chlorek magnezu, 4,73 % - siarczan magnezu, 3,6 % - siarczan wapnia, 2,46% - siarczan potasu, a resztę pozostałe sole metali występujących w skorupie ziemskiej. Rodzaj soli w wodach podziemnych zależy od skał, z którymi kontaktuje się woda, a do makroskładników nalezą wodorowęglany, siarczany, chlorki, wapń, magnez, sód i potas [3].

W przypadku wód powierzchniowych, w przeciwieństwie do podziemnych istotną rolę w poziomie zanieczyszczenia odgrywa aktywność mikrobiologiczna, głównie glonów, oraz procesy wymiany materii między woda a osadem dennym. W wodach zasobnych w związki biogenne, głównie w wodach stojących (jeziora), wraz z wiekiem tych akwenów stwierdza się naturalne pogorszenie jakości wody jako wynik intensywnej produkcji biologicznej. Eutrofizację wód i jej skutki najczęściej stwierdza się w jeziorach oraz w sztucznych zbiornikach zaporowych, a sporadyczni w wodach płynących ze znaczną szybkością [3]. Eutrofizację powodują związki biogenne (głównie związki azotowe i fosforowe). Związki azotowe dostają się do wód powierzchniowych wraz ze ściekami miejskimi i przemysłowymi, a także wraz ze spływami powierzchniowymi i opadami atmosferycznymi. Azot w wodach powierzchniowych występuje jako: azot organiczny, azot amonowy, azotany III, azotany V, azot gazowy, mocznik) Fosforany mogą występować w wodach powierzchniowych w wyniku wietrzenia i rozpuszczania minerałów fosforanowych, erozji gleby, dopływu ścieków komunalnych i przemysłowych, spływów powierzchniowych i opadów atmosferycznych oraz stosowania w rolnictwie nawozów fosforowych [4].

Skład wód podziemnych zależy od rodzaju i budowy skał, z którymi się kontaktują, stopnia ich zwietrzenia i uziarnienia, prędkości ruchu wody podziemnej oraz stopnia kontaktu z wodami powierzchniowymi i opadowymi [3].

W odróżnieniu od wód powierzchniowych, wody podziemne charakteryzują się raczej stałym składem fizyczno-chemicznym, a ich skład kształtują procesy hydrogeochemiczne, jakkolwiek wpływ mają również procesy fizyczne i biologiczne (głównie biochemiczne). Do procesów tych należą [3]:

- utlenianie i redukcja,

- rozpuszczanie (ługowanie) i strącanie,

- hydratacją i hydroliza,

- wietrzenie,

- sorpcja, desorpcja, wymiana jonowa i procesy membranowe,

- migracją (dyspersja),

- procesy biochemiczne.

Wody podziemne są zawsze w mniejszym lub w większym stopniu nasycone gazami tworząc układ równowagi wodno-gazowej. Gazy występujące w wodach można podzielić na [3]:

- występujące powszechnie (N₂, O₂, CO₂ i CH₄),

- występujące mniej powszechnie i najczęściej w małych ilościach (H₂, H₂S, He, Ar, ciężkie węglowodory),

- występujące lokalnie (NH₄, SO₂, HCl, HF i in.).

Poziom mineralizacji wód podziemnych jest większy niż powierzchniowych i zwiększa się wraz z głębokością warstwy wodonośnej. Do anionów dominujących należą: wodorowęglany, siarczany i chlorki, zaś do powszechni występującymi kationami są: wapń, magnez, sód, potas, żelazo i mangan [3].

Obecność związków żelaza w wodach podziemnych jest powszechna. Występuje ono najczęściej w postaci wodorowęglanu lub siarczanu żelazawego. Obecność żelaza w wodzie jest skutkiem wietrzenia zasadowych skał magmowych i osadowych zasobnych w pierwotne minerały zawierające żelazo, a także utleniania i hydrolizy skał siarczkowych. Chemizm związków żelaza jest wyjątkowo wrażliwy na zmiany pH [3].

Mangan w wodzie podziemnej występuje zazwyczaj z żelazem lecz w znacznie mniejszych ilościach. Mangan w wodzie występuje najczęściej w postaci Mn⁺² i w tej formie migruje. Źródłem manganu są procesy wietrzenia i ługowania skał magmowych i osadowych. Zawartość manganu wzrasta wraz z mineralizacją wody [3].

Poziom zanieczyszczenia wód powierzchniowych koreluje za sposobem zagospodarowania zlewni, stopniem degradacji środowiska oraz warunkami atmosferycznymi panującymi w danym regionie. W wodach powierzchniowych, poza substancjami obecnymi w wodach podziemnych, występują zanieczyszczenia stanowiące poważny problem z uwagi na fakt, iż wiele z nich należy do substancji uciążliwych, a często i toksycznych [3].

Do wskaźników fizycznych należą: barwa, mętność, smak, zapach i temperatura.

Istotnym wskaźnikiem składu chemicznego jest stężenie jonów wodorowych wyrażonych jako odczyn wody. Na ogół w wodach powierzchniowych odczyn zmienia się w zakresie pH: od 6,5 do 8,5 [3].

Substancje rozpuszczone w wodach powierzchniowych określają stopień mineralizacji wody i są sumą kationów i anionów obecnych w wodzie. Do podstawowych składników wód należą kationy: Ca²⁺, Na⁺, Mg²⁺ i aniony: HCO₃^-, SO₄^2-, Cl^- oraz krzemionka. Miarą zawartości anionów jest przewodność elektrolityczna wody. Jej pomiar może służyć do przybliżonego określenia siły jonowej, zasolenia wody, suchej pozostałości i zawartości substancji rozpuszczonych [3].

Miarą zawartości jonów wapnia i magnezu (kationów podstawowych) jest twardość wody. Poza wymienionymi jonami powodują ją także jony: żelaza, glinu, manganu oraz kationy metali ciężkich [3].

[1] - A. Persona, Chemia analityczna dla studentów kierunku ochrona środowiska, Tom 1, Wydawnictwo Uniwersytetu Marii Curie-Skłodowskiej, Lublin 1995

[2] - http://levis.sggw.waw.pl/~ozw1/zintegrowgospwod/ZintergrowanagospwodREW20/jakoscwod/1woda/1.htm

[3]- A.L. Kowal, Oczyszczanie wody, Warszawa 1996

[4] - J.R. Dojlido, Chemia wód powierzchniowych, Wydawnictwo Ekonomia i Środowisko, Białystok 1995

---