6970


1. Rola wody w tworzeniu klimatu ziemskiego.

Klimat i pogodę na Ziemi kształtują trzy podstawowe procesy klimatotwórcze: obieg ciepła, obieg wody i krążenie powietrza, a także czynniki geograficzne: układ lądów i oceanów, wysokość n.p.m. i odległość od morza (oceanu). Klimat to przebieg zjawisk pogodowych na danym obszarze w okresie wieloletnim (ok. 30 lat).

Następuje cyrkulacja pary wodnej, pochodzącej z wyparowywania powierzchni Ziemi. Kiedy warunki atmosferyczne umożliwiają unoszenie się ciepłego i wilgotnego powietrza, następuje kondensacja (sublimacja lub skraplanie) pary. Wskutek tego, powstają chmury i woda spada na powierzchnię jako opad atmosferyczny. Większość wody transportowana jest na niższe wysokości przez systemy rzeczne, przeważnie powracając do oceanów lub osiadając w jeziorach. Ten cykl hydrologiczny to kluczowy mechanizm zapewniający życie na lądzie oraz główny czynnik erozji powierzchni. Ilość opadów waha się w poszczególnych rejonach, od poniżej milimetra na rok do kilku metrów na rok. Jest to uwarunkowane cyrkulacją atmosferyczną, cechami topograficznymi i temperaturą.

2. Ziemski cykl hydrologiczny.

Naturalny obieg wody na Ziemi. Obejmuje on procesy zachodzące zarówno w atmosferze takie jak: parowanie, kondensacja, opady, transport wilgoci; biosferze: pobieranie wody i jej oddawanie w procesie oddychania czyli transpiracji, jak i w litosferze: wsiąkanie, spływ podziemny i powierzchniowy. W cyklu hydrologicznym wyróżnia się obieg duży i mały.

Tylko część wody na kuli ziemskiej podlega cyklowi hydrologicznemu. Znaczne jej ilości są okresowo (w skali procesów geologicznych) wyłączone z obiegu (retencja). Do wody wyłączonej z obiegu zalicza się:

3. Zasoby wodne Polski.

Woda na Ziemi występuje w postaci:

Woda ta znajduje się w ciągłym ruchu. W ciągu roku:

Ilość wody znajdującej się w powierzchniowej warstwie Ziemi poza wodą zawartą w skałach szacuje się następująco:

Rodzaj

Procent wód bez oceanicznych

Objętość w km3

Lodowce i lód polarny

75

29x106

Wody gruntowe

24.6

4.2x106

Jeziora

0.3

12x104

Wilgoć w glebie

0.06

24x103

Wilgoć atmosferyczna

0.035

13x103

Rzeki

0.03

12x103

Suma wód nieoceanicznych

100

39x106

Oceany

135x107

Najwięcej wody gromadzą oceany (97,2%), jest to jednak woda słona. Woda słodka, niezbędna do życia dla człowieka i większości organizmów lądowych stanowi zaledwie 2,5% objętości hydrosfery, obliczanej na około 1,4 mld km3. Większość (około 80%) wody słodkiej jest uwięziona w lodowcach lub pod powierzchnią Ziemi, jako wody podziemne. Najłatwiej dostępnym źródłem wody słodkiej są rzeki i jeziora.

4. Budowa cząsteczki wody, moment dipolowy, wiązania wodorowe.

Budowa cząsteczki wody:

W cząsteczce wody następuje przesunięcie elektronów w stronę atomu tlenu. Powoduje to, że atom tlenu ma pewien ładunek ujemny, a atomy wodoru odpowiadający mu ładunek dodatni. Ujemny ładunek atomu tlenu przyciąga dodatnio naładowane atomy wodoru sąsiedniej cząsteczki i pomiędzy nimi powstaje tak zwane wiązanie wodorowe. Mówimy, że cząstka wody jest polarna, czyli tworzy dipol.

0x01 graphic

Moment dipolowy:

Moment dipol występuje w cząsteczkach w przypadku nierównomiernego rozmieszczenia ładunku dodatniego i ujemnego w cząsteczkach. Są to tzw. cząsteczki polarne czyli biegunowe. Wielkość momentu dipolowego określa iloczyn ładunku i odległości między biegunami w cząsteczce dwubiegunowej:

m=e*l

gdzie: m - moment dipolowy
e - wielkość ładunku
l - odległość między biegunami dipolu

Wartość momentu dipolowego cząsteczek stanowi ważną informację o ich strukturze np.: moment dipolowy wody stanowi jeden z dowodów jej kątowej struktury, natomiast zerowy moment CO2 świadczy, że cząsteczka ma budowę liniową. Wartość momentu dipolowego pozwala w prosty sposób oszacować w jakim stopniu wiązanie łączące dwa atomy jest wiązaniem jonowym.

Wiązania wodorowe:

wiązanie wytworzone pomiędzy atomem wodoru, połączonym kowalencyjnie z atomem X, a atomem Y, posiadającym swobodną parę elektronów i należącym zazwyczaj do innej cząsteczki. Oba atomy, X i Y, muszą odznaczać się dużą elektroujemnością (np. X=O, N, C, Y=O, N, F).
Energia wiązań wodorowych jest na ogół wyższa od energii oddziaływań van der Waalsa, lecz jednocześnie kilkakrotnie niższa od energii typowych wiązań kowalencyjnych. Obecność wiązań wodorowych modyfikuje własności fizykochemiczne substancji - wzrastają np. temperatury topnienia i wrzenia, rośnie przenikalność elektryczna.
Przykłady substancji, w których występują wiązania wodorowe: woda (ciecz, lód), kwasy karboksylowe, KHF2, ciekły NH3, białka.

Jakkolwiek wszystkie wiązania wodorowe są znacznie słabsze od wiązań kowalencyjnych dzieli się je na słabe, silne i bardzo silne. Granica między słabszymi i silniejszymi wiązaniami wodorowymi jest dość umowna. Na ogół przyjmuje się, że silnie wiązanie wodorowe to takie, które posiada energię powyżej 4 kcal/mol, zaś pozostałe są słabe. Najsilniejsze znane wiązania wodorowe posiadają energię zbliżoną do słabszych wiązań kowalencyjnych - rzędu 40 kcal/mol. Bardzo silne wiązania wodorowe tworzą się pomiędzy niezwykle aktywnymi donorami i akceptorami, często tworząc wewnątrzmolekularne wiązania wodorowe. Istnieje również podział na wiązania wodorowe konwencjonalne i niekonwencjonalne. Jeszcze inny podział związany jest z strukturą wiązań wodorowych. Według niego wyróżniamy wiązania dwucentrowe (liniowe), trzycentrowe (dwuakceptorowe), czterocentrowe, zwane również chylatowymi.

5. Stany skupienia wody, struktura wody ciekłej, pary, lodu.

Woda występuje najczęściej w postaci cieczy, jednak może być ona również ciałem stałym (lód lub snieg), a także gazem (para wodna).Prawie wszystkie substancje mogą przechodzić z jednego stanu skupienia w inny.Rozróżnia się następujące przejścia fazowe wody :

* ze stanu stałego⇒ w ciekły - topnienie
* ze stanu ciekłego⇒ w stały - krzepnięcie
* ze stanu ciekłego⇒ w gazowy - parowanie
* ze stanu gazowego⇒ w ciekły - skraplanie
* ze stanu stałego⇒ w gazowy - sublimacja
* ze stanu gazowego⇒ w stały - resublimacja

Struktura wody w fazie ciekłej jest czymś pośrednim pomiędzy strukturą lodu i pary wodnej. W temperaturach bliskich temperatury wrzenia cząsteczki wody zachowują się podobnie do cząsteczek pary wodnej; ich ruchy są bezwładne. W temperaturach zbliżonych do temperatury krzepnięcia poszczególne cząsteczki gromadzą się w zbiory (asocjaty) przyjmując strukturę zbliżoną do struktury lodu. Jednak w każdej temperaturze (pomiędzy tkrzepnięcia a twrzenia) oddziaływania międzycząsteczkowe są słabsze niż w ciele stałym, lecz silniejsze niż w gazie.

Cząsteczki wody w fazie stałej zajmują określone pozycje w strukturze krystalicznej. Ich ruchy ograniczają się do drgań wokół pewnych położeń równowagi.

6. Wykres fazowy wody, zjawiska związane z przejściami fazowymi.

Dla różnych faz pozostających w stanie równowagi - zależność składu danej fazy od składu innej fazy; wykres taki zawiera informację na temat obszarów współistnienia, gdzie istnieją jednocześnie różne fazy.

Przykłady wykresów fazowych:

- krzywe składu pary i cieczy dla ustalonej temperatury

- krzywe składu pary i cieczy dla ustalonego ciśnienia

0x01 graphic

Zielona linia przedstawia krzywą topnienia, niebieska krzywą parowania a czerwona krzywą sublimacji.

7. Właściwości fizyczne wody: stała dielektryczna, gęstość, ciepło właściwe, przewodnictwo cieplne, napięcie powierzchniowe, konduktywność, absorpcja promieniowania świetlnego.

Stała dielektryczna - wielkość fizyczna, oznaczana grecką literą ε (epsilon), charakteryzująca właściwości elektryczne środowiska. Dla substancji izotropowych jest to wielkość skalarna, równa stosunkowi indukcji pola elektrycznego do natężenia tego pola:

0x01 graphic

W ciałach anizotropowych przenikalność jest tensorem drugiego rzędu (drugiej rangi).

Wymiarem przenikalności elektrycznej w układzie SI jest F·m-1 (farad na metr).

Stała dielektryczna wody jest zależna od temperatury i wynosi 87,9 w temperaturze 00C, a w temperaturze 250C ma wartość 78,4.

Gęstość (masa właściwa) - masa jednostki objętości, dla substancji jednorodnych określana jako stosunek masy m do objętości V:

0x01 graphic

Dla substancji niejednorodnych zależy od punktu substancji i określana wówczas jako granica stosunku masy do objętości, gdy objętość obejmuje coraz mniejsze objętości obejmujące punkt:

0x01 graphic

gdzie m oznacza masę ciała (jako funkcję objętości), zaś V jego objętość.

Jednostki gęstości: kilogram na metr sześcienny - kg/m³ (w SI), kg/l, g/cm³ (CGS).

Gęstość jest cechą charakterystyczną substancji, a w określonych warunkach standardowych stanowi jedną z najważniejszych cech substancji - służy do obliczania masy i ciężaru określonej objętości substancji. Dla substancji jednorodnej zachodzi

0x01 graphic
,

a dla ciał niejednorodnych

0x01 graphic
.

Areometry wypełnione cieczą o znanej gęstości mogą służyć do wyznaczania gęstości innych cieczy.

Gęstość większości substancji zmniejsza się wraz ze wzrostem temperatury (jednym z wyjątków jest woda w temperaturze poniżej 4°C). Zjawisko to wynika z rozszerzalności cieplnej ciał. Podczas przemian fazowych gęstość zmienia się skokowo (w temperaturze przemiany), podczas krzepnięcia zazwyczaj wzrasta (najbardziej znanymi wyjątkami są woda, żeliwo, a z pierwiastków bizmut, gal i german).

Ciepło właściwe - energia podnosząca temperaturę ciała o jednostkowej masie o jednostkę temperatury.

W układzie SI ciepło właściwe podaje się w dżulach na kilogram razy kelwin

0x01 graphic

Ciepło właściwe jest to wielkość, która charakteryzuje każdą substancję pod względem energetycznym.

Ciepło właściwe ciał stałych i cieczy jest niezmienną cechą zależną tylko od struktury chemicznej tych ciał i nie zależy od ich kształtu i rozmiarów. Ciepło właściwe większości substancji zmienia się jednak nieznacznie ze zmianami temperatury nawet w obrębie jednego stanu skupienia.

Przewodność cieplna, inaczej współczynnik przewodnictwa ciepła, określa zdolność substancji do przewodzenia ciepła. W tych samych warunkach więcej ciepła przepłynie przez substancję o większym współczynniku przewodności cieplnej. Dla ciała o kształcie prostopadłościanu (np.pręta) przewodzącego ciepło w warunkach stanu stabilnego ilość przekazanego ciepła jest zależna od substancji, proporcjonalna do przekroju ciała, różnicy temperatur oraz czasu przepływu ciepła:

0x01 graphic

Z powyższego wynika:

0x01 graphic

Gdzie:

k - współczynnik przewodnictwa cieplnego,

ΔQ - ilość ciepła przepływającego przez ciało,

Δt - czas przepływu,

L - długość ciała (pręta),

S - pole przekroju poprzecznego ciała (pręta),

ΔT - różnica temperatur w kierunku przewodzenia ciepła.

Jednostką współczynnika przewodzenia ciepła w układzie SI - J/(m s K) = W m-1 K-1 (wat na metr kelwin).

Przewodność cieplna jest wielkością charakterystyczną substancji w danym stanie skupienia i jego fazie. Dla substancji niejednorodnych jest zależna od ich budowy, porowatości itp. Dla małych zakresów temperatur w technice przyjmuje się, że przewodność cieplna nie zależy od temperatury. W rzeczywistości przewodność cieplna zależy od temperatury. Substancjami najlepiej przewodzącymi ciepło są metale, najsłabiej gazy.

Napięcie powierzchniowe - zjawisko fizyczne występujące na styku powierzchni cieczy z ciałem stałym, gazowym lub inną cieczą. Polega na powstawaniu dodatkowych sił działających na powierzchnię cieczy w sposób kurczący ją (dla powierzchni wypukłej przyciągający do wnętrza cieczy, dla wklęsłej odwrotnie). Zjawisko to ma swoje źródło w siłach przyciągania pomiędzy molekułami cieczy. Występuje ono zawsze na granicy faz termodynamicznych, dlatego zwane jest też napięciem międzyfazowym.

Efektem napięcia powierzchniowego jest np. utrudnione zanurzanie w cieczy ciał niepodatnych na zwilżanie tą cieczą (znika ono w momencie całkowitego zanurzenia takiego ciała). Innym zjawiskiem związanym z napięciem powierzchniowym jest podnoszenie się (np. woda) lub opadanie (np. rtęć) cieczy w wąskich rurkach, tzw. kapilarach - zjawisko to należy do zjawisk kapilarnych.

Wysokie napięcie powierzchniowe na granicy faz A i B oznacza, że siły spójności (kohezji) wewnątrz faz A-A i B-B są większe niż siły przylegania (adhezji) na granicy faz A-B.

Konduktywność (przewodnictwo właściwe, przewodność elektryczna właściwa) to miara zdolności materiału do przewodzenia prądu elektrycznego.

Przewodnictwo właściwe jest zazwyczaj oznaczane σ (mała grecka litera sigma).

Odwrotnością przewodnictwa właściwego jest opór właściwy.

Przewodnictwo właściwe materiału wyznaczyć można znając wymiary geometryczne i przewodnictwo elektryczne jednorodnego bloku danego materiału:

0x01 graphic
,

gdzie: G - przewodnictwo elektryczne, S - pole przekroju poprzecznego elementu, l - długość bloku.

Jednostką przewodnictwa właściwego w układzie SI jest simens na metr (1 S/m)

0x01 graphic

woda morska 5

woda pitna 0,05

czysta woda 5·10-6

Absorpcja promieniowania, pochłanianie energii fal (elektromagnetycznych, akustycznych, promieniowania korpuskularnego) w układach materialnych. Dla różnych rodzajów promieniowania mechanizm absorpcji jest odmienny. W wielu przypadkach absorpcja ma charakter rezonansowy.

8. Gęstość wody i zjawiska z nią związane.

Gęstość wody

Gęstość to parametr, który charakteryzuje "upakowanie" materii w danym ciele. Definiujemy ją jako stosunek masy ciała do zajmowanej przez nie objętości w określonej temperaturze. Ciała stałe mają większą gęstość niż ciecze i gazy. Wraz ze wzrostem temperatury gęstość zazwyczaj maleje. Czysta woda jest wyjątkiem od tej reguły. To jedyna substancja, która osiąga najwyższą gęstość w postaci cieczy. Woda ma bowiem największą gęstość przy temperaturze 4°C. Wiązania wodorowe pomiędzy cząsteczkami wody sprawiają, że lód ma bardzo trwałą, uporządkowaną strukturę. W niskich temperaturach woda ma większą gęstość niż lód i dlatego lód pływa w wodzie.  

Dodanie soli do wody powoduje wzrost jej gęstości. Ponadto uniemożliwia tworzenie się wiązań wodorowych. Oznacza to, że woda morska, w przeciwieństwie do czystej wody, nie osiąga największej gęstości w temperaturze 4°C, lecz gdy zamienia się w lód. Oznacza to także, że woda morska zamarza w temperaturze poniżej 0°C. Wykorzystujemy to zimą sypiąc sól na drogi aby zapobiec ich oblodzeniu.

Gęstość wody jest związana ze zmianami temperatury.

Gęstość zwiększa się podczas oziębienia do temp. Około 277,14 K. W tej temperaturze gęstość wody jest największa i wynosi 0,999972+/- 0,000002 kg * m3.Dalsze oziębienie powoduje, że gęstość wody maleje w sposób ciągły; w temperaturze 273,16K, podczas krzepnięcia gęstość zmniejsza się w sposób nieciągły do wartości gęstości lodu.

Zwiększenie gęstości wody podczas topnienia lodu jest wynikiem szybkiego rozpadu jego przestrzennej budowy na mniejsze asocjaty, w których około 85% wiązań wodorowych między cząsteczkami H2O zostaje jeszcze zachowanych w wodzie po stopieniu lodu. Stopniowy rozpad tych luźnych struktur i asocjatów uwarunkowanych wiązaniami wodorowymi powoduje, że gęstość ciekłej wody podczas ogrzewania jej od temperatury topnienia do 277,14K wzrasta, aby następnie ze wzrostem temperatury według ogólnych zasad dylatacji- maleć.

Zjawiska związane z gęstością wody

Cyrkulacja wody

W okresie zimy pod wodą istnieje możliwość życia organizmów. Ochładzająca się jesienią woda opada na dno, wypierając cieplejsze warstwy ku górze, Az temperatura w całym zbiorniku osiągnie 277,14K. Wtedy ruch spowodowany zmianą temperatury ustaje.

Kolejnym etapem jest przewodnictwo cieplne i konwekcja , aż górna warstwa zamarza i tworzy taflę lodu na powierzchni gdyż jego gęstość jest mniejsza niż gęstość wody. Utrudnia to w jeszcze większym stopniu wyśmiane cieplną. W głębokich jeziorach i stawach następuje sezonowa cyrkulacja wody. W krajach umiarkowanych tworzą się warstwy wody o różnej temperaturze. Latem wyższa temperatura panuje przy tafli, natomiast zima obserwujemy odwrócone „uwarstwienie” (stratyfikację) i najniższa temperatura jest pod lodem.

Tylko dwa razy w roku kiedy w górnych warstwach zachodzi nagrzewanie się albo oziębianie, następuje wyrównanie się temperatur całej masy wody, spowodowane całkowitym jej wymieszaniem. Ma to ogromne znaczenie w natlenianiu wody jezior.

10. PROCES WZBOGACANIA WÓD W SKŁADNIKI MINERALNE: SKŁAD CHEMICZNY I STRUKTURA MINARAŁÓW, SKŁAD FIZYCZNO - CHEMICZNY GLEBY, PROCESY WIETRZENIA.

  1. Procesy wietrzenia:

Wietrzenie - procesem rozpadu i rozkładu skały, którego wynikiem jest zwietrzelina.Jest związany z ruchami powietrza, wód, lodowców, z życiem organicznym i działalnością człowieka, a także z działalnością energii słonecznej. W wyniku wietrzenia dochodzi do rozluźnienia materiału skalnego i w efekcie jego rozdrobnienia.
Tempo wietrzenia zależy od:

Wyróżnia się kilka rodzajów wietrzenia:

Mechaniczne wietrzenie (fizyczne) - polega na rozdrabnianiu skały bez zmiany jej składu chemicznego.
Zachodzi pod wpływem:
- nierównomiernego rozszerzania się i kurczenia się minerałów podczas nagrzewania bądź oziębiania skały. Jest to tzw. wietrzenie insolacyjne, będące efektem różnych współczynników rozszerzalności termicznej minerałów, lub wietrzenie eksfoliacyjne, w przypadku skał jednorodnych, gdzie warstwa przypowierzchniowa nagrzewa się szybciej i dochodzi do jej łuszczenia równolegle do powierzchni;
- wody, a szczególnie wilgoci, która wnika w mikroskopowe zluźnienia między kryształami, a następnie bardzo duża cieplna rozszerzalność wody powoduje rozsypywanie się skały na bloki, gruz i ziarna.
- soli, zwłaszcza w klimacie suchym, gdzie parująca woda osadza w szczelinach skalnych sole i tlenki metali, które krystalizując, rozsadzają skały. Proces ten nazywany jest eskudacją.
- mechanicznej działalności roślin (rozrastające się korzenie) i zwierząt (kretów, gryzoni i zwierząt kopytnych).
Wietrzenie chemiczne - polega na zmianie składu mineralnego skały, czyli doprowadza do jej rozkładu, czyli:
- rozpuszczenia (solucji), czyli rozpuszczaniu minerałów pod wpływem wody.
- utlenienia (oksydacji
- uwodnienia (hydratacji), łączenia się niektórych minerałów z wodą.
- uwęglanowienia (karbonatyzacji), polegającego na rozpuszczaniu i wypieraniu przez wodę zawierającą dwutlenek węgla węglanów wapnia, magnezu i żelaza, a także rozkładaniu krzemianów i glinokrzemianów, i przechodzeniu ich w węglany.
 Wietrzenie biologiczne - polega na mechanicznym i chemicznym niszczeniu skał, ponieważ wzrost korzeni powoduje rozszerzanie się szczelin skalnych i pękanie skał, a substancje chemiczne i kwasy organiczne wydzielane przez rośliny, rozpuszczają i rozkładają skały. Również podziemne zwierzęta ryjące przyczyniają się do tego typu wietrzenia. Najszybciej porastają skały glony i porosty, które jako pierwsze wzmagają proces wietrzenia biologicznego.

.

  1. Skład fizyczno - chemiczny gleby.

98% składu chemicznego gleby to:

Pozostałe 2 % to:

Skład mechaniczny gleby, skład fizyczny gleby - wyrażona w procentach wagowych zawartość poszczególnych ugrupowań elementarnych cząstek glebowych, określonych na podstawie ich średnic (frakcji granulometrycznych): frakcje grubsze (∅>1 mm), zwane szkieletem glebowym, frakcje drobne (∅<1 mm), czyli części ziemiste.
Na podstawie udziału poszczególnych frakcji wyróżnia się grupy mechaniczne gleb: utwory kamieniste, żwiry, piaski, gliny, utwory pyłowe i iły.

 

  1. Skład chemiczny i struktura minerałów.

12. Wodne układy dyspersyjne

Układem dyspersyjnym nazywamy mieszaninę jednorodną lub niejednorodną składająca się z fazy rozproszonej (rozdrobionej) i rozpraszającej, czyli ośrodka dyspersyjnego. Roztwory właściwe są więc układami molekularno- dyspersyjnymi, w których substancja rozproszona w ośrodku dyspersyjnym wykazuje rozdrobnienie molekularne. Poszczególne cząstki bądź jony fazy rozproszonej są od siebie oddzielone za pomocą ośrodka dyspersyjnego. Zależnie od wielkości rozdrobnienia cząstej fazy rozproszonej w cieczy układy dyspersyjne dzielimy na:


Roztwór właściwy - zwany też roztworem rzeczywistym to układ, w którym cząstki substancji rozproszonej mają rozmiary mniejsze od 1 nm (nanometr- 10-9 m)

Pojęcie to zostało wprowadzone aby rozróżnić "prawdziwe" roztwory od roztworów koloidalnych takich jak zoli, emulsji, pian itp). Jeśli w roztworze nie występują cząstki większe niż 1 nm to zazwyczaj świadczy to o tym, że mają one rozmiary zbliżone do pojedynczych cząsteczek danego związku chemicznego.

Definicja ta jest poprawna dla związków chemicznych o niezbyt wysokiej masie cząsteczkowej. W przypadku polimerów, mówimy o występowaniu roztworów właściwych w przypadku gdy w mieszaninie pojedyncze cząsteczki polimeru są od siebie dobrze odseparowane tworząc tzw. kłębki statystyczne. Przy bardzo dużej masie cząsteczkowej kłębki te mogą mieć znacznie większe niż 10-9m rozmiary


Roztwory można podzielić ze względu na ich stan skupienia:

Wszystkie gazy mieszają się bez ograniczeń ilościowych. Zjawisko to wynika z tego, że odległości między cząsteczkami gazów są duże a oddziaływania międzycząsteczkowe bardzo słabe. Przy dużych ciśnieniach, w gazie mogą rozpuszczać się ciecze i ciała stałe, które przy małych ciśnieniach nie parują, przy szczególnie dużych ciśnieniach roztwory w gazach przybierają właściwości zbliżone do roztworów ciekłych - są to tzw. roztwory nadkrytyczne.

Ciecze nie mieszają się wcale (np. olej i woda), lub jeśli mieszają się, to bez ograniczeń (np. woda i alkohol etylowy) lub w pewnym zakresie. Mieszaniny trzech lub więcej cieczy tworzą często złożone układy fazowe, w których, zależnie od stężenia poszczególnych składników występują momenty, gdy istnieje roztwór jednorodny, gdy powstają dwie fazy, składające się z dwóch różnych roztworów, lub wszystkie trzy składniki całkowicie się rozdzielają. Zachowanie tego typu układów jest często przedstawiane w formie tzw. trójkąta stężeń Gibbsa.

Ich powstawanie jest wynikiem możliwości penetracji ciała stałego przez cząsteczki cieczy oraz powstające w trakcie tego procesu oddziaływania między nimi. Reguły, wg których można w miarę łatwo przewidzieć jaki związek chemiczny rozpuści się w jakim rozpuszczalniku, są opisane w haśle rozpuszczalnik.

Roztwory ciekłe ciał stałych posiadają własność nasycania się, dlatego (w zależności od nasycenia roztworu) rozróżniamy:


Układ koloidalny (koloid, układ koloidowy, roztwór koloidalny) - niejednorodna mieszanina, zwykle dwufazowa, tworząca układ dwóch substancji, w którym jedna z substancji jest rozproszona w drugiej. Rozdrobnienie (czyli dyspersja) substancji rozproszonej jest tak duże, że fizycznie mieszanina sprawia wrażenie substancji jednorodnej, jednak nie jest to wymieszanie na poziomie pojedynczych cząsteczek


Rodzaje układów koloidalnych

Wyróżnia się następujące rodzaje układów koloidalnych:

Ośrodek rozpraszający

Substancja rozpraszana

Rodzaj

Przykład

Gaz

Gaz

Gaz

Powietrze - jeden gaz w innych gazach

Ciecz

aerozol ciekły

mgła

Ciało stałe

aerozol stały

dym

Ciecz

Gaz

piana

piana mydlana

Ciecz

emulsja

lakier do paznokci, mleko, majonez

Ciało stałe

zol, zawiesina koloidalna (suspensja), roztwór koloidalny

Ag kol w H2O

Ciało stałe

Gaz

piana stała

pumeks, styropian

Ciecz

emulsja stała

opal

Ciało stałe

zol stały (pirozol)

szkło rubinowe

Ciało stałe i ciecz przenikające się wzajemnie to żel.

Nie występują układy koloidalne, w których gaz rozproszony jest w gazie (gazy tworzą wyłącznie roztwory rzeczywiste). Ponadto większość układów koloidalnych nazywana jest zolami, przy czym pojęcie zolu jest niejednoznaczne. Podobnie niejednoznaczne jest pojęcie aerozolu.

Układy koloidalne z fazą ciągłą w postaci gazu to gazozole, natomiast z fazą ciągłą w postaci cieczy to liozole.


METODY OTRZYMYWANIA KOLOIDÓW

W celu uzyskania rozdrobnienia koloidalnego stosowane są dwa rodzaje metod:

Metody dyspersyjne, polegające na rozdrabnianiu cząstek o wymiarach większych od 500nm aż do uzyskania wymiarów charakterystycznych dla roztworów koloidalnych. Należą tu głównie: rozdrabnianie mechaniczne (rozcieranie), metoda Brediga, polegająca na rozpyleniu głównie czystych metali w łuku Volty, peptyzacja (polega na działaniu roztworem odpowiedniego elektrolitu na świeżo wytrącony trudno rozpuszczalny osad), rozpylanie za pomocą ultradźwięków, rozpylanie katodowe, termiczne itd.

Metody kondensacyjne, polegające na łączeniu cząsteczek lub jonów w większe zespoły aż do osiągnięcia rozdrobnienia koloidalnego. Najważniejsze z tego typu metod to zmniejszenie rozpuszczalności, redukcja, czasem utlenienie, hydroliza, polimeryzacja, metoda zarodnikowa i inne.

METODY OCZYSZCZANIA KOLOIDÓW

Oczyszczanie koloidów od domieszek substancji tworzących roztwory rzeczywiste (ciała krystaliczne i elektrolity) ma duże znaczenie w zapewnieniu trwałości zolu. Do najczęściej stosowanych do tego celu metod należą: dializa, elektroliza, ultrafiltracja, elektrodekantacja i adsorpcja wymienna na jonitach. Jedną z łatwiejszych metod jest dializa. W celu przeprowadzenia dializy woreczek z błony półprzepuszczalnej (kolodium, celofan lub naturalna błona zwierzęca) napełniamy czystym rozpuszczalnikiem (najczęściej wodą) i umieszczamy w naczyniu z zolem. Substancje o rozdrobnieniu cząsteczkowym przechodzą przez membranę do wewnętrznej cieczy i mogą być w ten sposób usunięte z koloidu. Zmieniając stale ciecz wewnętrzną możemy koloid doprowadzić do żądanej czystości. Tak działające urządzenie do doczyszczania koloidów zwane jest dializatorem. Elektrodializa jest połączeniem dializy z elektrolizą a jej przewaga nad dializą polega głównie na większej szybkości oczyszczania (dializę należy prowadzić co najmniej przez kilkanaście dni, podczas gdy elektrodializa już po upływie 2-3 dni daje czysty zol).

WŁAŚCIWOŚCI UKŁADÓW KOLOIDALNYCH

Właściwości mechaniczne

Jedną z najbardziej charakterystycznych cech układów koloidalnych są ruchy Browna. Zjawisko polega na ciągłych chaotycznych ruchach postępowych, obrotowych i drgających, fazy rozproszonej w ośrodku ciekłym lub gazowym. Ruchy Browna można zaobserwować przypatrując się np. cząstkom kurzu oświetlonym cienką wiązką światła w zaciemnionym pomieszczeniu.

Właściwości optyczne

Jedną z najbardziej charakterystycznych cech układów koloidalnych jest efekt Tyndalla. Polega on na tym, że jeżeli przez roztwór koloidalny przepuszczamy wiązkę światła, to wskutek uginania się promieni na cząstkach fazy rozproszonej, mniejszych od długości fali, światło staje się widoczne w postaci smugi świetlnej. Intensywność tego efektu jest tym większa im większa jest różnica między współczynnikami załamania fazy rozproszonej i ośrodka dyspersyjnego. Efekt Tyndalla został wykorzystany w konstrukcji ultramikroskopu, który ma duże zastosowanie w różnorodnych badaniach koloidów, np. liczenie cząsteczek, obserwacja ruchów Browna, pomiar szybkości koagulacji i inne. Kształty geometryczne cząstek fazy rozproszonej o wymiarach odpowiadających rozdrobnieniom koloidalnym możemy obserwować jedynie w mikroskopie elektronowym.

Absorpcja światła. Niektóre układy koloidalne mają silniejszą absorpcję aniżeli rozproszenie światła. Pomiar absorpcji światła jest jedną z metod badania układów koloidalnych, pozwala on na oznaczanie stężenia fazy rozproszonej i na śledzenie przebiegu koagulacji. Barwa układów koloidalnych uwarunkowana jest zarówno przez absorpcję, jak i przez rozproszenie światła. Zależy ona od wielkości, kształtu i stopnia agregacji cząstek fazy rozproszonej. W świetle rozproszonym może być ona inna niż w świetle przechodzącym. Ten sam układ koloidalny może mieć różną barwę w zależności od stopnia rozproszenia.

Właściwości elektryczne. Na skutek adsorpcji jonów elektrolitu z roztworu na powierzchni cząstki koloidalnej powstaje ładunek elektryczny. W wyniku tej adsorpcji tworzy się podwójna warstwa elektryczna złożona z powłoki wewnętrznej, czyli adsorpcyjnej, przylegającej mocno do powierzchni zewnętrznej, będącej warstwą jonów przeciwnego znaku. Zależnie od tego jakie jony są adsorbowane na powierzchni, cząstka może być naładowana albo ujemnie albo dodatnio. Jednak znak ładunku elektrycznego nie jest ich cechą charakterystyczną. Ta sama bowiem cząstka koloidalna może mieć ładunek dodatni lub ujemny, zależnie od środowiska. Na przykład koloidalny jodek srebra AgJ w roztworze zawierającym jony srebra jest naładowany dodatnio, w roztworze zaś zawierającym jony jodkowe ujemne


Zawiesina - układ niejednorodny, dwufazowy, w postaci cząstek jednego ciała rozproszonych (faza rozproszona) w drugim ciele (faza rozpraszająca), np. cząstek ciała stałego w gazie lub cząstek cieczy w cieczy. Jeżeli cząstki te są dostatecznie małe, mowa jest o układzie koloidalnym. Gęstość fazy rozproszonej w zawiesinach jest na ogół większa niż gęstość fazy rozpraszającej i z tego powodu rozproszone cząstki fazy stałej mają tendencję do sedymentacji (opadania)

Sedymentacja zawiesin w wodzie- proces opadania i odkładania się cząsteczek zanieczyszczeń w wodach m.in w ściekach. W wyniku sedymentacji następuje całkowite rozdzielenie faz lub (w przypadku cząstek niewielkich) wytwarza się stan równowagi zwany równowagą sedymentacyjną. Poziom zanieczyszczeń zmniejsza się w wyniku opadania zawiesin na dno zbiornika. Proces ten występuje najczęściej w zbiornikach wód stojących lub o słabym przepływie wody.

13. Kształtowanie się składu wód od opadowych do podziemnych.

Wody opadowe- atmosferyczne

Powstają w wyniku skraplania się pary wodnej i opadają na ziemię w postaci deszczu, śniegu, gradu itp. Charakter i skład wód opadowych zależy od czystości atmosfery, tj. od rodzaju i ilości domieszek naturalnych oraz zanieczyszczeń przemysłowych zawartych w powietrzu. Skład chemiczny wód opadowych zależy również od wielkości opadów, kierunku wiatru, wysokości chmur i rodzaju opadów. Wody atmosferyczne zawierają znaczne ilości rozpuszczonych gazów, przede wszystkim tlenu, azotu, dwutlenku węgla. Występują w nich także w małych ilościach gazy szlachetne, amoniak, tlenki azotu (z utlenienia azotu podczas wyładowań elektrycznych w atmosferze), rozpuszczone sole (np. chlorek sodu), nierozpuszczalne sole wapnia, magnezu, związki krzemu oraz domieszki mechaniczne (pył mineralny i organiczny, sadza, cząstki roślinne, mikroorganizmy, a wśród nich bakterie chorobotwóórcze itp.). W rejonach zaludnionych i uprzemysłowionych o zanieczyszczonym powietrzu atmosferycznym wody opadowe mogą zawierać domieszki zanieczyszczeń powietrza np. różne odpady produkcyjne, produkty niezupełnego spalania węgla i innych paliw, gazy przemysłowe: CO2, NH3, H2S, tlenki azotu i siarki, metale ciężkie, różne tlenki: As2O3, P2O5, Fe2O3, PbO, ZnO. W wyniku chemizacji rolnictwa w wodach pojawiły się substancje owadobójcze, chwastobójcze i grzybobójcze. Mogą zawierać także pierwiastki radioaktywne pochodzące z wybuchów nuklearnych i termojądrowych. Najczystsze wody opadowe występują w obszarach lesistych i wysokogórskich, najbardziej zanieczyszczone w rejonach uprzemysłowionych i na obszarach suchych. Skład wody atmosferycznej ulega radykalnej zmianie po zetknięciu się jej z powierzchnią ziemi.

Wody podziemne

Powstają wskutek wsiąkania (infiltracji) części wód opadowych i powierzchniowych. Dodatkowym (znikomym) źródłem jest skraplanie się pary wodnej w glebie i kondensacja pary wodnej z magmy. Wody z powierzchni ziemi - opadowe i powierzchniowe- ługują z górnych warstw gleby (która jest naturalnym odbiornikiem wszelkich opadów i nieczystości) różne substancje nieorganiczne (mineralne) i organiczne oraz mikroorganizmy. Z tego powodu skład fizyczno-chemiczny i bakteriologiczny wód spływających po powierzchni gleby jest bardzo zmienny i zależy od wielu czynników, m. in. od czasu kontaktu z glebą, rodzaju gleby, pory roku, ilości i rodzaju wód opadowych, zagospodarowania zlewni, ukształtowania i pokrycia terenu itp. Wody przenikające do ziemi ulegają samooczyszczaniu. W czasie filtracji do gleby i głębszych warstw gruntu woda uwalnia się od zanieczyszczeń mechanicznych oraz pozbywa się koloidalnych i rozpuszczonych substancji organicznych w wyniku zachodzących procesów biochemicznych i sorpcji. Wody opadowe przenikają przez glebę i wyługowują z niej pewna ilość substancji humusowych. Prędkość filtracji w glebie jest bardzo mała, wobec czego procesy samooczyszczania i sorpcji biologicznej zachodzą niemal całkowicie. Dlatego woda podziemna z większych głębokości jest praktycznie pozbawiona substancji organicznych, tlenu rozpuszczonego i mikroorganizmów. Obok wspomnianych wcześniej procesów zachodzi rozpuszczanie różnych składników gleby, gruntu i skał, czemu sprzyja obecność w wodzie rozpuszczonych gazów, np. CO2, NH3.Gleba zawiera wiele soli łatwo rozpuszczalnych, które rozpuszczają się w wodzie w czasie jej filtracji przez glebę. W ten sposób do wód podziemnych dostają się chlorki, siarczany i azotany ( z gleby nawożonej nawozami azotowymi i z procesów biochemicznych), jak również małe ilości fluorków, bromków, jodków, fosforanów i innych związków.

Pod wpływem CO2 woda rozpuszcza minerały proste z których powstają wodorowęglany. W wyniku tych reakcji do wód podziemnych dostają się jony HCO3-, Ca2+, Mg2+ itp. Rozpuszczony w wodzie CO2 ma również zdolność do rozpuszczania siarczków. Wody podziemne zawierające siarkowodór mogą rozpuszczać tlenki żelaza, z których powstają siarczki. Utlenianie siarczków prowadzi do powstania siarczanów. Natomiast siarczany pod działaniem organicznych substancji redukujących w warunkach beztlenowych przechodzą w węglany i wodorowęglany i powstaje siarkowodór. Przenikając przez grunt woda rozkłada hydrolitycznie również krzemiany, glinokrzemiany i żelazokrzemiany, a związki krzemu, glinu i żelaza przechodzą do wody w postaci rozpuszczonej lub koloidalnej. Skład i jakość wód podziemnych zależą od takich czynników, jak: ilość i rodzaj składników wód opadowych i powierzchniowych, które przenikają w głąb ziemi, zanieczyszczenia powierzchni ziemi i górnych warstw gleby oraz właściwości fizyczne, chemiczne i biologiczne samej warstwy gruntu, przez która przesiąka woda. Skład chemiczny wód podziemnych nie jest zatem stały, lecz ulega ciągłym zmianom. Zawierają one znaczne ilości CO2 , związków żelaza i manganu. Im głębiej przenika woda, tym jej skład jest bardziej ustalony. Wody podziemne w głębszych warstwach wodonośnych są pozbawione tlenu rozpuszczonego, zawierają niewielkie ilości substancji organicznych, a stopień zasolenia zwiększa się na ogół wraz ze zwiększeniem głębokości zalegania warstwy wodonośnej.

Wody mineralne

Wody lecznicze, które zawierają składniki mineralne i gazowe w niemal stałych stężeniach. Właściwości balneologiczne nadają wodom zawarte w nich składniki jonowe, gazowe, radoczynne i podwyższona temperatura. Należą do nich: dwutlenek węgla, siarkowodór, lit stront, żelazo, fluorki, brom, jod, arsen, bor, bar. Wody mineralne zawierają gazy, np. CO2, H2S, CH4, N2, nie tylko rozpuszczone, lecz również w postaci bardzo drobnych zawiesin oraz wydzielające się w postaci baniek. Obecność wolnego gazu wskazuje na nasycenie wody danym gazem. Największe znaczenie w wodach leczniczych mają dwutlenek węgla i siarkowodór. Dwutlenek węgla jest bardzo dobrze rozpuszczalny w wodzie, a związki węgla występują w dużych ilościach w skorupie ziemskiej, stąd jego zawartość w wodach może być duża. Siarkowodór pochodzi zazwyczaj z redukcji siarczanów, bądź też działalności wulkanicznej. Wody mineralne dzieli się na:

- szczawy alkaliczne, ziemne, żelazisto-ziemne, zawierają bezwodnik kwasu węglowego, sód, wapń, magnez i żelazo.

-solanki- zawierają przede wszystkim jony sodu i chloru

-siarczanowe- zawierają chlorek sodu, siarczany wapnia, magnezu, sodu i siarkowodór.

-siarczkowe- związki siarczków

-ciepliczne

-radonowe

Wody powierzchniowe

Powstają wskutek spływania wód opadowych, podziemnych (źródłowych) i gruntowych do naturalnych i sztucznych zagłębień terenowych. Dzielą się na wody płynące (cieki), do których zaliczamy potoki strumyki i rzeki, oraz wody stojące, jak stawy, jeziora, sztuczne zbiorniki wodne (zaporowe).

Wody rzeczne (cieki)

Skład wód rzecznych jest bardzo zmienny i zależy od wielu czynników: ilości i jakości wód zasilających, klimatu, pory roku, ilości opadów, rodzaju gleby, procesów życiowych organizmów wodnych, ścieków bytowo-gospodarczych odprowadzanych bez wystarczającego oczyszczenia... Nie nadają się do bezpośredniego spożycia w stanie surowym. Skład fizyczno-chemiczny i bakteriologiczny jest różny na całej ich długości, a niekiedy i szerokości. Zmianę składu wody powoduje różny sposób zasilania rzek na poszczególnych odcinkach, składu wód dopływów i procesy jakie przebiegają w korycie rzeki.

W wodach rzecznych występują azotany pochodzące z opadów atmosferycznych, spływów z pastwisk i pól nawożonych związkami azotowymi, czy zanieczyszczeń ściekami z miast. Zawartość azotanów, a także fosforanów w wodzie rzecznej jest mniejsza w okresie letnim, gdyż są one zużywane przez rośliny wodne. Zawartość związków żelaza zmienia się w zależności od sposobu zasilania wody rzecznej. Stężenie żelaza zwiększa się w okresie zimowym, gdy rzeka jest pokryta lodem i zasilana wodami gruntowymi, jak również na wiosnę, gdy rzeki są zasilane wodami pochodzenia błotnego. W lecie zawartość żelaza jest mniejsza, gdyż wyższa temperatura wody, dobre wymieszanie i napowietrzenie sprzyjają utlenianiu żelaza dwuwartościowego do trójwartościowego i wytrącaniu się z roztworu trudno rozpuszczalnego wodorotlenku. Zawartość gazów rozpuszczonych zależy od zmian warunków fizycznych zachodzących w ciągu roku, a zatem od temperatury, intensywności fotosyntezy, sposobu zasilania wody rzecznej oraz ciśnienia cząstkowego danego gazu podczas występowania pokrywy lodowej. Zawartość CO2 w wodzie zmienia się w przeciwieństwie do zmian zawartości tlenu: w zimie największe stężenie CO2 i zmniejsza się ono w miarę wzrostu temperatury i rozwojem roślinności. W walce z zanieczyszczeniem wód rzecznych pomocna jest naturalna zdolność do samooczyszczania. Procesy te polegają na utlenianiu tlenem rozpuszczonym w wodzie substancji organicznych na produkty nieorganiczne.

Wody jeziorne

Jeziora są przeważnie zasilane wodami rzecznymi, a skład wody w jeziorze różni się znacznie od składu zasilającej je rzeki. Przyczyną tych różnic jest wolniejszy przepływ wody w jeziorze niż w rzece. Powoduje to znacznie intensywny proces odparowania i wzrost mineralizacji wody jeziornej, wytrącanie osadów i dłuższy kontakt wody z osadami dennymi, co sprzyja wymianie jonowej. Z tego powodu skład wody jest zmienny na różnych głębokościach. Dotyczy to zarówno stężenia jonów jak i gazów rozpuszczonych (tlen, azot, dwutlenek węgla, a także pH). Jeziora dzieli się na słodkowodne (przeważają jony wapnia i wodorowęglanowe) oraz słone (jony siarczanowe, chlorkowe oraz sodu). Mniejsze zmiany składu wody zachodzą w jeziorach dużych i mniejszy jest także wpływ, jaki na skład wody wywierają dopływające rzeki. W przypadku nadmiaru odżywczych substancji nieorganicznych, azotu i fosforu może nastąpić eutrofizacja.

Woda morska

Stanowi 95% wszystkich wód na globie ziemskim. Cechą charakterystyczną jest zawartość chlorków, sodu, magnezu. W wodach rzecznych przeważają natomiast jony wapnia, wodorowęglanowe i siarczanowe. Wody morskiej ubywa stale w skutek parowania, a przybywa z rzek. Na skutek tych procesów następuje zagęszczanie wody gęstość wody morskiej wynosi 1,024 kg*m-3, a temperatura na głębokości 3000m jest stała (273-276K). Odczyn wody morskiej jest lekko alkaliczny, pH wynosi 8-8,3. Woda morska odznacza się charakterystycznymi stosunkami stężeń poszczególnych składników. Wyraża się je za pomocą współczynników, np. chlorobromowy wynosi ok. 300. Zawartość związków azotowych jest zmienna i zależy od procesów nitryfikacji i denitryfikacji. Ze wzrostem głębokości ubywa azotu azotanowego, co wiąże się z obumieraniem planktonu.

Woda do picia

Musi spełniać podstawowe warunki sanitarno-epidemiologiczne:

-powinna być klarowna, bezwonna, bezbarwna i o orzeźwiającym smaku;

-nie powinna zawierać składników trujących, ani tez nadmiernych ilości związków żelaza, magnezu, wapnia i manganu;

-nie powinna zawierać bakterii chorobotwórczych, pasożytów zwierzęcych ani ich larw i jaj.

Pożądane jest aby woda miała niską temperaturę (280-285K) i zawierała odpowiednie składniki potrzebne organizmowi ludzkiemu, takie jak jod i fluor.

14. Klasyfikacja wód naturalnych według stopnia mineralizacji

Klasyfikacja wód naturalnych uwzględniająca stopień mineralizacji została zawarta w tabelce. Granicę wód słodkich ustalono na stężenie wyczuwalne smakiem, tj. 1 kg*m-3. W wodach morskich stopień mineralizacji nie przekracza 50 kg*m-3. Wyższe stopnie zasolenia są charakterystyczne dla słonych jezior i wód podziemnych silnie zmineralizowanych. Klasyfikacja wód według stopnia mineralizacji pozwala tylko na bardzo ogólny podział i nie uwzględnia zawartości jonów ani gazów.

Klasa wód

Zawartość suchej

pozostałości,kg*m-3

Uwagi

Słodkie

Słabo zmineralizowane

Średnio zmineralizowane

Zmineralizowane

Solanki

do 1

1-3

3-10

10-50

Powyżej 50

pitne solanki

wody o zasoleniu morskim

wody o zasoleniu większym niż morskie

Klasyfikacja wód według składu chemicznego

Wody te są w małym stopniu zmineralizowane i wykazują nadmiar jonów HCO3- w odniesieniu do ogólnej liczby jonów metali ziem alkalicznych. W drugim typie [HCO3-] < [Ca2+]+[Mg2+]<[HCO3-] + [SO42-] .Należą tu wody podziemne, jak również wody rzeczne i jeziorne o małej mineralizacji. W trzecim typie [HCO3-] + [SO42-] <[Ca2+]+[Mg2+], czyli inaczej [Cl-] > [Na+]. Zaliczamy tu wody silnie zmineralizowane, wody oceanów i mórz oraz wody podziemne. Wody czwartego typu nie zawierają jonów HCO3-. Są one kwaśne i mogą należeć tylko do klasy siarczanowej i chlorkowej, w grupach Ca2+ i Mg2+, w których nie ma pierwszego typu.

Tego rodzaju klasyfikacja wód naturalnych, która opiera się na ich składzie chemicznym, umożliwia ustalenie pochodzenia wody i wyrobienie sobie poglądu na procesy wywołujące widoczna zmianę składu wody. Klasyfikacja Alekina obejmuje wszystkie wody naturalne o mineralizacji wynoszącej do 50 kg*m-3 i wody morskie.

stężenie jonow
wodorowych[mol/l]  

  pH  

  przykład

 

odczyn kwasowy

10-0

0

10-1

1

  soki trawienne

10-2

2

  sok cytrynowy

10-3

3

  ocet winny

10-4

4

  kwaśna gleba

10-5

5

  lizozomy

10-6

6

  cytoplazma skurczonych mięśni

 

odczyn obojętny

10-7

7

  czysta woda i cytoplazma

 

odczyn zasadowy

10-8

8

  woda morska

10-9

9

  zasadowa gleba

10-10

10

  jeziora o odczynie zasadowym

10-11

11

  woda amoniakalna

10-12

12

  

10-13

13

  

10-14

14

  

22. Zanieczyszczenia wód ściekami miejskimi i przemysłowymi:

Zanieczyszczenia wód ogólnie - niekorzystne zmiany właściwości fizycznych, chemicznych i bakteriologicznych wody spowodowane wprowadzaniem w nadmiarze substancji nieorganicznych (stałych, płynnych, gazowych), organicznych, radioaktywnych czy wreszcie ciepła, które ograniczają lub uniemożliwiają wykorzystywanie wody do picia i celów gospodarczych.

ścieki odprowadzane w zorganizowany sposób systemami kanalizacyjnymi, pochodzące głównie z zakładów przemysłowych i z aglomeracji miejskich są to punktowe źródła zanieczyszczeń.

Ścieki (wody zwrotne) z systemów kanalizacyjnych (przemysłowych i komunalnych) - Stanowią główne źródło zanieczyszczeń wód, zwłaszcza powierzchniowych. Należą do nich ścieki:

Bytowo-gospodarcze, tj. wody zużyte do celów higienicznych i gospodarczych, w gospodarstwach domowych, zakładach pracy i zakładach użyteczności publicznej. Charakteryzują się one na ogół stałym składem wynikającym z powtarzalności zabiegów higienicznych i czynności związanych z prowadzeniem gospodarstw domowych.

Przemysłowe, tj. wody zużyte w zakładach produkcyjnych i usługowych w wyniku procesów technologicznych. Ich skład zależy od rodzaju przemysłu, materiałów stosowanych w produkcji oraz w technologii. Ten rodzaj ścieków oznacza się na ogół większym stężeniem i wyższym stopniem zanieczyszczenia od ścieków bytowo-gospodarczych.

Opadowe z terenów skanalizowanych, tj. głównie wody deszczowe i roztopowe oraz wody zużyte na polewanie ulic i placów. Ścieki te cechuje znacznie mniejsze zanieczyszczenie i niewielkie stężenie, szczególnie po pewnym czasie trwania deszczu lub roztopów.

Wody filtracyjne (gruntowe) przedostające się do kanalizacji przez nieszczelności i pęknięcia przewodów kanalizacyjnych. Odznaczają się zwykle niewielkim zanieczyszczeniem.

Podział na przemysłowe i miejskie:

Przemysłowe

Zanieczyszczenia przemysłowe tworzą głównie ścieki przemysłowe, które są odprowadzane do rzek, jezior, pobliskich strumieni. Zanieczyszczenia te powstają na skutek wydobywania oraz uszlachetniania surowców, ale także podczas mycia i oczyszczania półproduktów oraz końcowych produktów, podczas chłodzenia urządzeń, podczas transportu hydraulicznego, w czasie filtracji, flotacji, destylacji oraz podczas innych metod produkcyjnych. Główne zanieczyszczenia ścieków przemysłowych to: sole ciężkich metali, chlorki, związki wapnia oraz azotu, zasady mineralne, kwasy mineralne, szkodliwe związki organiczne (składniki ropy naftowej, fenole, substancje barwnikowe), cyjanki, wody chłodnicze w podwyższonej temperaturze. Gdy przenikną do organizmów zwierząt, mogą spowodować problemy z wątrobą, układem pokarmowym, oraz układem krwionośnym.

ścieki przemysłowe - zawierają najczęściej rozmaite związki chemiczne, będące ubocznym produktem procesów technologicznych stosowanych w zakładach przemysłowych. Problem ścieków występuje szczególnie w koksowniach, zakładach petrochemicznych, garbarniach, celulozowniach, mleczarniach i cukrowniach. Ich nieoczyszczone ścieki stanowią duże zagrożenie dla odbiorników naturalnych. Na ogół nie stanowią zagrożenia sanitarno-epidemiologicznego, gdyż nie zawierają bakterii chorobotwórczych. Wyjątkiem są ścieki z zakładów przemysłu spożywczego, garbarni i zakładów utylizacji odpadów. Mogą one zawierać chorobotwórcze drobnoustroje w różnych postaciach (wegetatywnej i zarodnikowej) i jako takie powinny być poddawane procesom dezynfekcji.

Miejskie:

Rodzaje ścieków miejskich:

- bytowo-gospodarcze

- fekalia

- przemysłu miejskiego

- opadowe

- infiltracyjne, drenażowe (przypadkowe)

- nielegalne zrzuty ścieków.

Ten typ zanieczyszczeń tworzony jest przez ścieki miejskie, które powstają w wyniku działalności gospodarczej i bytowej człowieka. Są to przede wszystkim odpady gospodarcze, wydaliny fizjologiczne zwierząt i ludzi, szpitalne odpady oraz odpady z zakładów przemysłowych łaźni oraz pralni.

Główne składniki ścieków komunalnych to zanieczyszczenia pochodzenia organicznego. Wraz z fekaliami do ścieków bytowych są odprowadzane odpady kuchenne, detergenty, papier. Środki piorące zawierają znaczne ilości fosforanów, które mogą spowodować niekorzystny rozwój glonów. Ścieki te zawierają także chorobotwórcze drobnoustroje, które mogą wywoływać takie choroby jak: cholera, choroba Heinego Mediny, tyfus, dur brzuszny. Są dużym zagrożeniem higienicznym. W skład ścieków komunalnych mogą także wchodzić metale ciężkie, gdy przenikną do organizmów zwierząt, mogą spowodować uszkodzenia wątroby, układu nerwowego, naczyń krwionośnych, kości oraz serca.

ścieki komunalne - są mieszaniną ścieków bytowo-gospodarczych i przemysłowych oraz wód opadowych. BZT5 tych ścieków wynosi od 200 do 300 mg tlenu/litr.

Ścieki miejskie są mieszaniną wód zużytych w gospodarstwach

domowych, w drobnych zakładach przemysłowych, w zakładach usług

komunalnych z wodami infiltrującymi do kanalizacji przez nieszczelności

sieci. W kanalizacji ogólnospławnej ścieki miejskie zawierają także wody

opadowe.

Stopień oczyszczania ścieków przemysłowych i komunalnych w 2003 roku:

Na 2,2 km3/rok ścieków wymagających oczyszczenia oczyszczone zostały 2 km3 ścieki oczyszczone, z czego:

0,6 km3/rok - ścieki oczyszczone procesami fizycznymi

0,2 km3/rok - ścieki oczyszczone procesami chemicznymi

0,6 km3/rok - ścieki oczyszczone procesami biologicznymi

0,6 km3/rok - oczyszczanie z podwyższonym usuwaniem biogenów

23. Zanieczyszczenie wód ropą naftowa i jej pochodnymi

Ropa naftowa jest skomplikowaną mieszaniną węglowodorów o różnej budowie i

wielkości cząsteczek pochodzenia naturalnego. Składa się przede wszystkim z

prostołańcuchowych węglowodorów alifatycznych. Chemiczny skład ropy naftowej zależy od jej pochodzenia.

Węglowodory tworzące ropę naftową mając charakter niepolarny rozpuszczają się w

wodzie w bardzo niewielkim stopniu.

Czas tworzenia się ropy naftowej to ok. 60 milionów lat.

Z ropy naftowej produkuje się w procesie rafinacji inne substancje:

Ropa naftowa do środowiska, w tym także do wód dostaje się w wyniku wydobycia jej, gospodarki człowieka oraz różnego rodzaju katastrof takich jak wyciek z tankowców.

Mimo iż te ostatnie są najbardziej znane i rozgłaszane przez media stanowią bardzo małą część zanieczyszczenia.

Ropa naftowa jako substancja nierozpuszczalna, lżejsza od wody pływa po jej powierzchni. Każdorazowo wyciek ropy naftowej związany jest ze skażeniem części wybrzeża oraz zagłady ryb i ptaków morskich. Frakcje lżejsze, lotne stosunkowo szybko wyparowuje do atmosfery (jedynie ok. 5-10% ropy naftowej zawiera frakcje lotne), natomiast pozostałość po pewnym czasie przylepi się do planktonu występującego w morzach i oceanach opadając na dno jako nierozpuszczalny związek i zostanie tam związana. Każdorazowo wyciek ropy naftowej związany jest ze skażeniem części.

Podczas spalania ropy naftowej powstają między innymi: dwutlenek węgla, woda, węglowodory łańcuchowe, wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne. Te ostatnie szczególnie mają negatywne znaczenie dla środowiska i organizmów żywych. Powodują skażenie środowiska i mają silne właściwości kancerogenne.

Podczas spalania ropy naftowej wydzielają się związki zwane pristanami, które występują w roślinach. Jest to dowód, że ropa naftowa powstała z przekształcenia się organizmów żywych na przełomie kilku tysięcy lat.

Pochodne ropy naftowej wprowadzane są do środowiska przede wszystkim podczas wykorzystania gospodarczego przez człowieka. Ich działanie jest podobne do samej ropy naftowej. Wraz ze wzrostem masy cząsteczkowej pochodnej zmniejsza się jej lotność oraz zwiększa niekorzystne oddziaływanie na środowisko.

24.

Środki powierzchniowo czynne (SPC) to związki, które charakteryzują się występowaniem w ich cząsteczkach części hydrofilowej i hydrofobowej. Związki te mają charakter amfifilowy, związany z jednoczesną, niepełną rozpuszczalnością związku w dwóch różnych rozpuszczalnikach. SPC posiadają zdolność do obniżania napięcia powierzchniowego cieczy, dzięki czemu ułatwiają zwilżanie powierzchni ciał stałych przez te ciecze. Również umożliwiają mieszanie dwóch niemieszających się ze sobą cieczy, np: wody i oleju, w wyniku czego zostaje wytworzony układ koloidowy o nazwie emulsja Wyróżnia się dwa główne typy emulsji: olej/woda i woda/olej.

Środki powierzchniowo czynne można podzielić na grupy w zależności od ich zastosowania:
- emulgatory - dodatki utrwalające emulsje
- środki zwilżające
- środki pianotwórcze - dodatki utrwalające pianę
- detergenty - środki czyszczące

Właściwości związków powierzchniowo czynnych wykorzystywane są przede wszystkim w procesie usuwania brudu (szampony, proszki do prania, płyny do mycia naczyń, mydła).

Środki ochrony roślin

Pestycydy i herbicydy

Naturalne lub syntetyczne substancje stosowane do zwalczania różnego rodzaju szkodników, głównie w rolnictwie, higienie wentylacyjnej (zwalczanie owadów i gryzoni)

Pestycydy dzieli się na:

Źródło pestycydów w wodzie

Pestycydy organiczne:

Pestycydy powinny:

Herbicydy - chemiczne środki służące do selektywnego niszczenia chwastów w uprawach. Ich stosowanie stanowi uzupełnienie mechanicznych zabiegów pielęgnacyjnych.

Herbicydy dzielą się na:

doglebowe

pogłówne

Fenole

Mogą być związkami syntetycznymi lub też pochodzenia naturalnego. Fenole są naturalnymi produktami przemiany materii u zwierząt, powstają w procesie rozkładu białek Ilości są znikome. Stosowane na szeroką skale w przemyśle chemicznym, a także jako środowisko dezynfekcyjne. Są toksyczne w stosunku do organizmów wodnych, łatwo ulęgają biodegradacji jeżeli ich stężenie nie zabije mikroorganizmów. Łatwo reagują ze związkami nieorganicznymi. Pochodzą głównie ze ścieków przemysłowych.

Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA)

WWA - związki mające co najmniej dwa pierścienie aromatyczne z 2 atomami węgla wspólnymi dla obu pierścieni. Powstają podczas przeróbki (niepełnego spalania) paliw głównie węgla i ropy naftowej. Zaliczane są do związków syntetycznych choć pewne organizmy potrafią syntezować WWA - znikome ilości. Najważniejszymi źródłami WWA, które zanieczyszczają wody naturalne są:

Liczne WWA są w większym lub mniejszym stopniu rakotwórcze.

Zawartość WWA - ścieki ok. 1000mg/dm3

- wody powierzchniowe czyste 50 - 250 mg/dm3

Chlorowane związki organiczne

Łatwo rozpuszczalne chlorowane związki organiczne należą do najtrudniej usuwanych zanieczyszczeń. Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne , jako związki hydrofobowe i trudno rozpuszczalne mogą być usuwane w pewnych ilościach, zależnych od stężenia WWA w wodzie powierzchniowej. Skuteczność infiltracji w usuwaniu substancji powierzchniowo czynnych, pestycydów i chlorowanych związków organicznych jest odwrotnie proporcjonalna do poziomu zanieczyszczenia wody powierzchniowej oraz środowiska glebowo skalnego, w którym przebiega proces.


25. Uboczne produkty dezynfekcji

Dezynfekcja wody metodami chemicznymi polega na dawkowaniu do niej silnych utleniaczy, takich jak chlor, podchloryn sodu, dwutlenek chloru, chloraminy, ozon, brom i jod. Środki chemiczne stosowane do dezynfekcji mają silne właściwości dezynfekcyjne oraz utleniające, dlatego podczas dezynfekcji wód zawierających subst. organiczne i nieorganiczne równolegle przebiegają procesy niszczenia mikroorganizmów patogennych oraz przemiany związków org. i nieorg. Większość produktów utleniania nieorganicznych składników wody najczęściej nie pogarsza jakości zdrowotnej wody, natomiast bardzo dużo produktów reakcji zw. org. z dezynfektantami ma właściwości toksyczne, mutagenne i teratogenne.Do oznaczania związków ubocznych stosuje się metody chromatograficzne.

CHLOROWANIE. Powstające produkty uboczne: trihalometany, kwasy halogenooctowe, halogenoketony, halogenonitryle, trichlorobenzeny, trichlorofenole, hydroksyfurany

Powstające halogenowe związki organiczne można podzielić na lotne (np. dichlorometan, chloroform, dichlorobromometan, bromoform, tetrachlorometan) i nielotne (np. haloketony, haloacetonitryle, halopochodne kwasów karboksylowych - najczęściej kw.octowego, haloaldehydy, ftalany, aminy). Do zw. o bardzo dużej toksyczności należy 3-chloro-4(dichlorometylo)-5-hydroksy- 2(5H0-furanon, zwany MX.

W celu obniżenia stężenia ubocznych produktów chlorowania stosuje się:

- inne utleniacze, takie jak ozon dwutlenek chloru,

- usuwanie z wody substancji organicznych (prekursorów) przed procesem utleniania,

- modyfikowanie procesu chlorowania przez dodatek amoniaku (chloraminowanie),

- adsorbowanie powstałych halogenów na filtrach węglowych.


Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
07 Stany nieustalone RL i RCid 6970 ppt
6970
6970
6970
6970
6970
6970

więcej podobnych podstron