GOSPODARKA ENERGETYCZNA WODNA I ŚCIEKOWA CZŚĆ TEORETYCZNA
studia zaoczne
___________________________________________________________________________
FIZYCZNE I CHEMICZNE
WAAŚCIWOŚCI WODY
I. STRUKTURA ORAZ PODSTAWOWE WAAŚCIWOŚCI
FIZYCZNE I CHEMICZNE WODY
II. WODA W PRZYRODZIE
" Wody różnego rodzaju pokrywają prawie powierzchni naszego globu, z czego 97%
stanowią morza i oceany, około 2% wody lodowcowe, a resztę wody głębinowe,
jeziora i rzeki oraz woda w atmosferze. Woda znajduje się w stałym obiegu: ziemia
atmosfera ziemia.
" Wody naturalne występujące w przyrodzie dzielimy na 3 rodzaje:
1) opadowe (tworzą się z wody odparowanej w górnych warstwach atmosfery i
spadają z powrotem na ziemię w postaci deszczu, śniegu, gradu; zawierają liczne
substancje rozpuszczone (np. tlen, azot, dwutlenek węgla) i nierozpuszczone (m.in.
pyły, sadze, mikroorganizmy, pyłki roślinne),
2) powierzchniowe (występujące na powierzchni ziemi w postaci wód słodkich lub
słonych),
3) podziemne (zaskórne, gruntowe, wgłębne).
" W przyrodzie woda nigdy nie występuje w stanie czystym. Zawsze jest w większym
lub mniejszym stopniu zanieczyszczona, co wynika ze znacznej rozpuszczalności w
wodzie różnych substancji stałych, ciekłych i gazowych. Często stopień
zanieczyszczenia wód naturalnych powoduje, że nie nadają się one do użytku w stanie
surowym, w związku z czym wymagają odpowiedniego uzdatniania. Polega ono na
usuwaniu z wody niepożądanych składników (szkodliwych i występujących w
nadmiernych ilościach) oraz na dodawaniu do wody pewnych substancji
poprawiających jej jakość. Tym celom służą różne zabiegi mechaniczne, fizyczne
i chemiczne (m.in. stosowanie krat, sit, osadników czy filtrów oraz procesy
koagulacji, odżelazianie, odmanganianie, odkrzemianie, odolejanie, zmiękczanie
i odsalanie wody, odgazowanie wody, dezynfekcja wody).
" Zanieczyszczenia wód naturalnych można podzielić ogólnie na:
- fizyczne,
- chemiczne,
- bakteriologiczne.
Osobny rodzaj stanowią zanieczyszczenia substancjami radioaktywnymi.
" Klasy czystości wód: I (najwyższa), II i III. Wody pozaklasowe.
__________________________________________________________________________________________
KATEDRA TECHNOLOGII FERMENTACJI I MIKROBIOLOGII TECHNICZNEJ
http://www.ar.krakow.pl/tz/ktfimt/
1
GOSPODARKA ENERGETYCZNA WODNA I ŚCIEKOWA CZŚĆ TEORETYCZNA
studia zaoczne
___________________________________________________________________________
" Przeznaczenie wody:
A woda przeznaczona do picia i potrzeb gospodarczych
B woda przemysłowa (woda stosowana dla celów energetycznych, woda
technologiczna, woda chłodnicza)
" Za dobrą wodę do picia uważa się taką wodę, która odpowiada podstawowym
wymaganiom sanitarno-epidemiologicznym, streszczonym w następujących punktach:
a) woda powinna być klarowna, bezbarwna, bezwonna i orzezwiająca w smaku,
b) nie powinna zawierać bakterii chorobotwórczych, pasożytów zwierzęcych oraz ich
larw i jaj ani związków trujących, nadmiernych ilości związków wapnia, magnezu,
żelaza i manganu,
c) nie może zawierać składników lub domieszek szkodliwych dla zdrowia i ujemnie
wpływających na jej walory smakowe,
d) musi być stale chroniona i zabezpieczana przed zanieczyszczeniem,
e) woda przeznaczona do picia powinna zawierać w odpowiedniej ilości te składniki,
które są dla organizmu ludzkiego potrzebne, a których woda jest głównym zródłem
(np. jod, fluor).
Szczegółowe warunki organoleptyczne i fizyczno-chemiczne, którym powinna odpowiadać
woda do picia i potrzeb gospodarczych określa Rozporządzenie Ministra Zdrowia i Opieki
Społecznej z dnia 19 listopada 2002 r.
" O przydatności wody do danego celu sądzi się na podstawie oceny rodzaju i stężenia
zawartych w niej substancji. Badania wody mają charakter fizyczno-chemiczny oraz
biologiczny. Zakres badań natomiast zależy od przeznaczenia wody. Ponadto, badając
wodę zupełnie nieznaną określa się wszystkie jej składniki, mogące mieć wpływ na jej
jakość, natomiast w badaniach kontrolnych w znanej wodzie oznacza się tylko te
składniki, które mogą ulec zmianom.
" W praktyce sanitarno-higienicznej rozróżnia się następujące zakresy badania fizyko-
chemicznego:
BADANIE SANITARNE SKRÓCONE ma na celu ustalenie czy woda nie wykazuje cech
zanieczyszczenia pod względem fizycznym (temperatura, mętność, barwa, zapach) i
chemicznym (pH, amoniak, azotany (V), azotany (III), chlorki, mangan, żelazo ogólne,
zasadowość, utlenialność, twardość ogólną i niewęglanową).
BADANIE SANITARNE ROZSZERZONE ma na celu ustalenie przydatności wody do
picia i potrzeb niektórych przemysłów, obejmuje wszystkie analizy wykonywane w badaniu
sanitarnym skróconym plus oznaczenie suchej pozostałości, pozostałości po prażeniu oraz
siarczanów (VI).
BADANIE SANITARNE PEANE ma na celu określenie ogólnego składu fizyczno-
chemicznego wody i ustalenie jej przydatności do celów wodociągowych. Obejmują badanie
rozszerzone oraz dodatkowe oznaczenia (fluor, siarkowodór, wolny i agresywny dwutlenek
węgla, sód, potas, cynk, miedz, glin, arsen, selen, chrom, kadm, ołów, cyjanki, fosforany,
rozpuszczony tlen, ChZT, BZT, azot albuminowy, substancje powierzchniowo czynne,
substancje z wyciągu chloroformowego, fenol, wielopierścieniowe węglowodory
aromatyczne, poziom radioaktywności).
__________________________________________________________________________________________
KATEDRA TECHNOLOGII FERMENTACJI I MIKROBIOLOGII TECHNICZNEJ
http://www.ar.krakow.pl/tz/ktfimt/
2
GOSPODARKA ENERGETYCZNA WODNA I ŚCIEKOWA CZŚĆ TEORETYCZNA
studia zaoczne
___________________________________________________________________________
III. WSKAyNIKI JAKOŚCI WODY
1. Barwa
Barwa jest właściwością optyczną wody, polegającą na pochłanianiu części
widma promieniowania widzialnego przez substancje rozpuszczone, koloidalne
oraz cząstki zawiesin obecne w wodzie lub ściekach.
" Barwa może być spowodowana przez wiele czynników, takich jak:
a) rodzaj roślinności i produkty jej rozkładu,
b) związki humusowe,
c) plankton,
d) jony metali (np. żelaza, manganu),
e) dopływ ścieków z zakładów przemysłowych (np. farbiarni, galwanizerni, zakładów
papierniczo-celulozowych itp.).
" Wody naturalne mają barwę żółtozieloną (barwa naturalna). Barwa wód
wypływających z terenów bagnistych, leśnych czy torfowisk, bogatych w związki
humusowe, jest żółtobrązowa.
Barwa rzeczywista wody to barwa wody klarownej po usunięciu mętności.
Barwa pozorna wody jest wywołana przez zawiesiny i substancje rozpuszczone w
wodzie.
Barwa specyficzna to barwa niektórych wód odbiegająca od naturalnej i wywołana
zanieczyszczeniem przez niektóre ścieki przemysłowe.
" Jednostka barwy
Zabarwienie, jakie w 1dm3 wody destylowanej wywoła 1 mg platyny rozpuszczonej w
postaci heksachloroplatynianiu IV potasu /chloroplatynianu potasu/ (K2PtCl6) z
dodatkiem 0,5mg kobaltu w postaci chlorku kobaltu II (CoCl2 6H2O).
2. Mętność
Mętność jest to właściwość optyczna, polegająca na rozproszeniu i adsorbowaniu
części widma promieniowania widzialnego przez cząstki stale obecne w wodzie
lub ściekach.
" Mętność mogą powodować:
wytrącające się związki żelaza, manganu i glinu,
kwasy humusowe,
plankton,
cząstki skał i gleb,
__________________________________________________________________________________________
KATEDRA TECHNOLOGII FERMENTACJI I MIKROBIOLOGII TECHNICZNEJ
http://www.ar.krakow.pl/tz/ktfimt/
3
GOSPODARKA ENERGETYCZNA WODNA I ŚCIEKOWA CZŚĆ TEORETYCZNA
studia zaoczne
___________________________________________________________________________
osady denne,
zawiesiny odprowadzane do wód ze ściekami,
nadmiar koagulantów.
Wody mętne nie nadają się do picia i potrzeb gospodarczych.
" Jednostka porównawcza mętności
Mętność, jaką wywołuje 1 mg krzemionki, w postaci zawiesiny wzorcowej, dodany do 1
dm3 wody destylowanej.
Dopuszczalna mętność wody do picia wynosi 5 mg/dm3. Dla śródlądowych wód
powierzchniowych dopuszczalne stężenie cząstek zawiesin wynosi: w klasie I 20
mg/dm3, w klasie II 30 mg/dm3, a w III 50 mg/dm3.
" W przypadku głębokich zbiorników wodnych, gdzie od intensywności
naświetlania zależą procesy zachodzące w wodzie, zamiast pomiaru mętności
dokonuje się pomiaru przezroczystości wody.
Przezroczystość [odwrotność mętności] jest to właściwość optyczna, polegająca
na przepuszczaniu światła, oznaczana jako wysokość słupa wody lub ścieków w
cm, przez który można odczytać druk wzorcowy lub podziałkę na płytce
wzorcowej.
3. Napięcie powierzchniowe
Woda charakteryzuje się dużym napięciem powierzchniowym, co odgrywa ważną rolę w
poruszaniu się owadów i organizmów po powierzchni wody. Woda w kapilarach wznosi się
lub przepływa przez materiały porowate, czego przykładem jest ruch wody w glebie i adhezja
(przyleganie). Niektóre substancje, gromadząc się na powierzchni wody, zmniejszają jej
napięcie powierzchniowe. Substancje o takich właściwościach nazywamy powierzchniowo
czynnymi. Należą do nich środki myjące i piorące, białko, związki humusowe i inne.
4. Konduktancja
Konduktancję roztworów elektrolitów (zwaną też konduktancją
elektrolityczną lub przewodnością elektrolityczną) G, definiuje się jako
odwrotność rezystancji R.
1
G =
R
" Jednostką konduktancji jest simens (S). 1S = 1&! -1.
O wartości konduktancji danego roztworu decyduje liczba wolnych kationów i anionów
obecnych w tym roztworze.
__________________________________________________________________________________________
KATEDRA TECHNOLOGII FERMENTACJI I MIKROBIOLOGII TECHNICZNEJ
http://www.ar.krakow.pl/tz/ktfimt/
4
GOSPODARKA ENERGETYCZNA WODNA I ŚCIEKOWA CZŚĆ TEORETYCZNA
studia zaoczne
___________________________________________________________________________
Konduktywność elektrolityczna (przewodność właściwa elektrolitu)
definiowana jest jako odwrotność rezystancji właściwej .
1
=
" Jednostką konduktywności jest Sm-1 lub Scm-1.
Woda absolutnie czysta jest słabym przewodnikiem elektrycznym. Jej konduktywność
elektrolityczna jest bardzo mała i w temperaturze 18C wynosi 4,4110-6 Sm-1. Istnieje
ścisła zależność między konduktywnością elektrolityczną a zawartością jonów w wodzie.
Jony te pochodzą głównie substancji nieorganicznych rozpuszczonych w wodzie,
pochłoniętych gazów (CO2, SO2, NH3) oraz w mniejszym stopniu z substancji
organicznych, które słabo dysocjują. Wynik pomiaru konduktancji wody jest więc miarą
zawartości rozpuszczalnych nieorganicznych substancji naturalnych i nieorganicznych
zanieczyszczeń.
Dopuszczalna konduktywność elektrolityczna wody do picia wynosi 2500 Scm-1.
5. Zapach
" Zapach wody jest powodowany obecnością w niej:
gazów (np. siarkowodoru),
produktów rozkładu ciał organicznych (zwierzęcych i roślinnych),
mikroorganizmów i organizmów wodnych (np. ryb, roślin wodnych),
niektórych substancji organicznych i nieorganicznych wprowadzanych do
wody razem ze ściekami.
Zapach wody pitnej zależy w dużym stopniu od technologii jej uzdatniania, np. woda po
chlorowaniu ma charakterystyczny zapach chloru.
TAB. 1. CHARAKTERYSTYKA ZAPACHÓW
Grupa Symbol Pochodzenie Rodzaj zapachu
zapachów
Roślinny R Obecność substancji organicznych np. kwiatowy, trawiasty,
nie będących w stanie rozkładu aromatyczny, ziemisty
Gnilny G Obecność substancji organicznych np. siarkowodoru, stęchły,
w stanie rozkładu gnilnego fekalny, pleśni
Specyficzny S Obecność substancji nie np. nafty, smoły, benzyny,
występujących normalnie w fenolu, chloru
wodach naturalnych
__________________________________________________________________________________________
KATEDRA TECHNOLOGII FERMENTACJI I MIKROBIOLOGII TECHNICZNEJ
http://www.ar.krakow.pl/tz/ktfimt/
5
GOSPODARKA ENERGETYCZNA WODNA I ŚCIEKOWA CZŚĆ TEORETYCZNA
studia zaoczne
___________________________________________________________________________
TAB. 2. SKALA INTENSYWNOŚCI ZAPACHÓW
Intensywność Wyczuwalność zapachu Określenie zapachu
0 brak zapachu -
1 zapach bardzo słaby trudno wyczuwalny
2 zapach słaby wyczuwalny
3 zapach wyrazny dyskwalifikuje wodę do picia
4 zapach silny dyskwalifikuje wodę do picia
i potrzeb gospodarczych
5 zapach bardzo silny dyskwalifikuje całkowicie
użytkowanie wody
Zapach można oznaczać na zimno - z (20C) lub na gorąco - g (w temperaturze około 60C).
Zapach gnilny świadczy o zanieczyszczeniu wody i nawet woda z1G (o bardzo słabym
zapachu gnilnym oznaczanym na zimno) nie nadaje się do picia. Woda czerpana z
wodociągów może zaliczać się tylko do grupy zapachów roślinnych i nie może przekraczać
3-ego stopnia w skali intensywności zapachu. Dla wód powierzchniowych dopuszczalne
normy dla zapachów wynoszą: klasa czystości I 3R, klasa II naturalny, klasa czystości III
najwyżej słabo specyficzny. Woda używana w przemyśle spożywczym i farmaceutycznym
musi być bezwonna (intensywność 0).
6. Odczyn (pH)
Odczyn roztworów wodnych można liczbowo przedstawiać za pomocą stężenia jonów
wodorowych.
Cząsteczka wody dysocjuje zgodnie z równaniem:
_
H2O + H2O H3O+ + OH
Stan równowagi można przedstawić za pomocą wzoru:
[HO]+[OH- ]
3
K =
[HO]2
2
K stała dysocjacji wody.
[H3O+] stężenie jonów hydroniowych
_
[OH ] stężenie jonów wodorotlenkowych
[H2O] stężenie wody
Stopień dysocjacji wody chemicznie czystej wynosi 1,62810-9. Oznacza to, że na 614,25
milionów cząsteczek wody tylko jedna ulega dysocjacji.
Iloczyn jonowy wody w temperaturze 24C wynosi:
1
Kw = [H+]"[OH-] = = 10"10-14(mol / dm3)2
,
1014
__________________________________________________________________________________________
KATEDRA TECHNOLOGII FERMENTACJI I MIKROBIOLOGII TECHNICZNEJ
http://www.ar.krakow.pl/tz/ktfimt/
6
GOSPODARKA ENERGETYCZNA WODNA I ŚCIEKOWA CZŚĆ TEORETYCZNA
studia zaoczne
___________________________________________________________________________
Stężenie jonów wodorowych H+ (w rzeczywistości hydroniowych H3O+) i jonów
_
wodorotlenkowych OH w chemicznie czystej wodzie jest jednakowe i wynosi:
_
[H+] = [OH ] = 1,0 10-7 mol/dm3
Ponieważ pH = -log [H+] to powyższa wartość odpowiada na skali wartości pH = 7.
Oznacza to, że odczyn takiej wody jest obojętny. Zmiana pH na mniejsze od 7 oznacza
zmianę odczynu na kwaśny, zaś pH >7 wskazuje na odczyn zasadowy.
" Odczyn wód naturalnych waha się w granicach pH 4-9 i zależy od wielu
czynników:
- zawartości węglanów, wodorowęglanów i dwutlenku węgla (wody węglanowe są
zasadowe, ubogie w węglany kwaśne);
- charakteru podłoża glebowego, które może zawierać związki o charakterze kwaśnym
lub zasadowym;
- zanieczyszczeń ściekami;
- opadów atmosferycznych, które mogą powodować wzrost ilości słabych i mocnych
kwasów w wodach.
Woda deszczowa ma odczyn kwaśny (pH około 5,7) spowodowany obecnością w atmosferze
gazów, które rozpuszczają się do kwasów: H2SO4, H2SO3, HNO3, HNO2.
Kwaśne deszcze spotykane głównie na terenach silnie uprzemysłowionych zawierają
dodatkowo tlenek siarki (IV), siarkowodór, tlenki azotu.
Dopuszczalne wartości pH wynoszą w wodzie do picia 6,5-8,5, w wodach powierzchniowych
klasy I: 6,5-8,0, klasy II: 6,5-9,0 i klasy III: 6,0-9,0.
" Metody oznaczania pH
Najczęściej pH oznacza się 2 metodami:
a) potencjometryczną (elektrometryczną) polega na pomiarze siły elektromotorycznej
zestawionego ogniwa, które składa się z elektrody roboczej (pomiarowej, wskaznikowej)
zanurzonej do badanego roztworu i elektrody pomocniczej (porównawczej).
Urządzenie zwane pH-metrem pozwala na w pełni automatyczny odczyt wartości pH
badanego roztworu.
b) kolorymetryczną polega na porównaniu badanego roztworu, do którego jest dodany
odpowiedni wskaznik, ze skalą wzorców o znanym pH i z tym samym wskaznikiem. W
metodzie tej stosuje się różne wskazniki, z których każdy charakteryzuje się innym zakresem
zmiany barwy.
TAB. 3.
Wskaznik Zakres pH Barwa
Błękit tymolowy 1,2 2,8 czerwona zółta
Błękit bromofenolowy 3,0 4,6 żółta niebieska
Zieleń bromokrezolowa 3,8 5,4 żółta niebieska
Czerwień metylowa 4,6 6,0 czerwona żółta
Błękit bromotymolowy 6,0 7,6 żółta zielona niebieska
Czerwień krezolowa 7,6 8,2 pomarańczowa czerwona
Błękit tymolowy 8,0 9,4 żółta niebieska
Fenoloftaleina 8,3 10,5 bezbarwna czerwona
__________________________________________________________________________________________
KATEDRA TECHNOLOGII FERMENTACJI I MIKROBIOLOGII TECHNICZNEJ
http://www.ar.krakow.pl/tz/ktfimt/
7
GOSPODARKA ENERGETYCZNA WODNA I ŚCIEKOWA CZŚĆ TEORETYCZNA
studia zaoczne
___________________________________________________________________________
Uniwersalny wskaznik Yamady:
Błękit tymolowy (5,0 mg) + czerwień metylowa (12,5 mg) + błękit bromotymolowy (60,0
mg) + fenoloftaleina (100,0 mg) rozpuścić w 100 ml 95% etanolu i dodać 0,05 M NaOH, aż
do wystąpienia barwy zielonej. Skala orientacyjna zmiany barw wskaznika Yamady:
pH Barwa
4 czerwona
5 pomarańczowa
6 żółta
7 zielona
8 niebieska
9 indygo
10 fioletowa
7. Zasadowość
Zasadowość jest to zdolność wody do zobojętniania mocnych kwasów
mineralnych wobec umownych wskazników.
" Właściwość tę nadają wodzie obecne w niej węglany, wodorowęglany i wodorotlenki
oraz występujące w mniejszych stężeniach krzemiany, borany, fosforany, amoniak,
zasadowe związki organiczne, sole hydrolizujące z odczynem zasadowym. Różnica
pomiędzy zasadowością a twardością ogólną nazywa się zasadowością alkaliczną i
spowodowana jest przez kwaśne węglany lub węglany potasowe i sodowe.
" Zasadowość nie ma znaczenia z punktu widzenia sanitarnego, natomiast ma istotne
znaczenie przy ocenie wody do celów gospodarczych i przemysłowych. Rozróżnia się
zasadowość mineralną i ogólną:
Zasadowość mineralna jest ilościowym wskaznikiem zawartości jonów
wodorotlenkowych i węglanowych, oznaczanym przez miareczkowanie próbki
mocnym kwasem do pH = 8,3 wobec fenoloftaleiny lub potencjometrycznie.
Zasadowość ogólna jest ilościowym wskaznikiem zawartości jonów węglanowych,
wodorowęglanowych, wodorotlenkowych i innych anionów pochodzących z
dysocjacji soli słabych kwasów i mocnych zasad, oznaczanym przez
miareczkowanie próbki mocnym kwasem do pH = 4,5, wobec oranżu metylowego
lub potencjometrycznie.
8. Kwasowość
Kwasowość wody to zdolność wody do zobojętniania dodawanych do niej mocnych
zasad wobec umownych wskazników.
" Kwasowość wody może być wywołana obecnością: rozpuszczonego dwutlenku węgla,
słabych kwasów organicznych (kwasów humusowych), soli, które ulegają w wodzie
__________________________________________________________________________________________
KATEDRA TECHNOLOGII FERMENTACJI I MIKROBIOLOGII TECHNICZNEJ
http://www.ar.krakow.pl/tz/ktfimt/
8
GOSPODARKA ENERGETYCZNA WODNA I ŚCIEKOWA CZŚĆ TEORETYCZNA
studia zaoczne
___________________________________________________________________________
hydrolizie niektórych odczynem kwasowym (np. soli żelaza lub glinu), substancji
dodawanych w procesie uzdatniania wody, a także zanieczyszczeń ściekowych.
Rozróżnia się kwasowość mineralną i ogólną:
Kwasowość mineralna jest to ilościowy wskaznik zawartości mocnych kwasów,
oznaczany przez miareczkowanie próbki mocną zasadą do pH = 4,5 wobec oranżu
metylowego lub potencjometrycznie.
Kwasowość ogólna jest ilościowym wskaznikiem zawartości mocnych kwasów i
soli mocnych kwasów i słabych zasad, oznaczanym przez miareczkowanie próbki
mocną zasadą do pH = 8,3, wobec fenoloftaleiny lub potencjometrycznie.
" Wody naturalne w zależności od swego odczynu, mogą jednocześnie wykazywać zasadowość
i kwasowość (rys poniżej). Dotyczy to głównie wód o wysokiej twardości węglanowej i
dużym stężeniu CO2. Kwasowość tych wód powodowana jest wyłącznie przez kwas
węglowy. Kwasowość wody do picia ma znaczenie bezpośrednie w przypadkach kwasowości
wywołanej przez kwasy mineralne lub produkty hydrolizy soli (i taka kwasowość w wodzie
do picia nie jest dopuszczalna) lub znaczenie pośrednie, gdyż zawarte w wodzie kwasy mogą
rozpuszczać metale szkodliwe dla zdrowia i nadawać wodzie cechy niepożądane (np.
rozpuszczają rury żelazne, zbiorniki). Z tych też powodów kwasowość nie jest pożądana w
wodach do celów przemysłowych (powoduje korozję rur, zbiorników i innych urządzeń).
Rys. 1. Zakres występowania kwasowości i zasadowości w wodach naturalnych
w zależności od pH
zasadowość ogólna
zasadowość
mineralna
pH
4,5 8,3
kwasowość
mineralna
kwasowość ogólna
__________________________________________________________________________________________
KATEDRA TECHNOLOGII FERMENTACJI I MIKROBIOLOGII TECHNICZNEJ
http://www.ar.krakow.pl/tz/ktfimt/
9
GOSPODARKA ENERGETYCZNA WODNA I ŚCIEKOWA CZŚĆ TEORETYCZNA
studia zaoczne
___________________________________________________________________________
OZNACZANIE TWARDOŚCI WODY
SPOSOBEM WARTHA - PFEIFERA
RODZAJE TWARDOŚCI WODY
Twardość wody jest jej właściwością wynikającą z obecności rozpuszczonych w niej
związków, głównie wapnia i magnezu. Pierwotnie definiowana jako właściwość polegająca
na zużywaniu pewnych ilości mydła bez wytworzenia piany podczas wstrząsania próbki wody
z mydłem. Jest to spowodowane obecnością jonów wapnia i magnezu, rzadziej żelaza,
manganu, cynku oraz innych wielowartościowych kationów, które z mydłem dodawanym do
wody tworzą nierozpuszczalne mydła wapienne, magnezowe i inne. Piana zaczyna się
wytwarzać wówczas, gdy nastąpi ich całkowite strącenie.
Mydło jest mieszaniną soli sodowych lub potasowych wyższych kwasów tłuszczowych,
głównie stearynowego, które reaguje z jonami wapnia (magnezu) wg równania reakcji:
_
2+
Ca + 2 C17H35COO Ca(C17H35COO)2
stearynian wapnia
Rozróżnia się następujące rodzaje twardości wody:
" Twardość ogólna odpowiada całkowitej zawartości jonów wapnia i magnezu oraz
innych jonów metali powodujących twardość wody.
" Twardość węglanowa odpowiada zawartości wodorowęglanów wapnia i magnezu,
zwana niekiedy niezupełnie ściśle twardością przemijającą, ponieważ podczas
gotowania wody zanika (wytrącają się osady węglanów i wodorotlenków wapnia,
magnezu, manganu i żelaza, tworząc tzw. kamień kotłowy powodujący straty ciepła i
większe zużycie paliwa podczas ogrzewania wody).
Ca(HCO3)2 CaCO3 ! + H2O + CO2 ę!
Mg(HCO3)2 MgCO3 ! + H2O + CO2 ę!
MgCO3 + H2O Mg(OH)2 ! + CO2 ę!
" Twardość niewęglanowa stanowi różnicę między twardością ogólną a twardością
węglanową i określa zawartość chlorków, siarczanów, azotanów i innych
rozpuszczalnych soli, głównie wapnia i magnezu.
Twog. = Twnwęg. + Twwęg.
Ponieważ twardość wody naturalnej zależy przede wszystkim od zawartości jonów Ca2+
i Mg2+ to często stosowany jest podział na twardość wapniową i twardość magnezową.
__________________________________________________________________________________________
KATEDRA TECHNOLOGII FERMENTACJI I MIKROBIOLOGII TECHNICZNEJ
http://www.ar.krakow.pl/tz/ktfimt/
10
GOSPODARKA ENERGETYCZNA WODNA I ŚCIEKOWA CZŚĆ TEORETYCZNA
studia zaoczne
___________________________________________________________________________
Twardość ogólna Twog
symbol rodzaj twardości twardość węglanowa twardość niewęglanowa
Tw Ca wapniowa Ca(HCO3)2 CaSO4
Ca(OH)2 CaCl2
CaCO3 Ca(NO3)2
Tw Mg magnezowa Mg(HCO3)2 MgSO4
Mg(OH)2 MgCl2
MgCO3 Mg(NO3)2
JEDNOSTKI TWARDOŚCI WODY I WSPÓACZYNNIKI
PRZELICZENIOWE
Twardość wody podaje się w milimolach jonów wapnia i magnezu w 1 dm3 wody lub w
stopniach twardości (niemieckich, francuskich i innych).
1 mmol jest równy 5,61on lub 10oF
Dawniej stosowano jednostkę mval (miligramorównoważnik) jonów wapnia lub jonów
magnezu w 1 dm3 wody;
1 mval = 20,04 mg Ca2+ (lub 12,16 mg Mg2+) w 1 dm3.
TAB.1. JEDNOSTKI TWARDOŚCI WODY I WSPÓACZYNNIKI PRZELICZENIOWE
Jednostka mmol " dm-3 mg (CaCO3) dm-3 niemiecka (n) francuska (F)
1 100,08 5,61 10,00
mmol " dm-3
0,01 1 0,056 0,10
mg (CaCO3) " dm-3
niemiecka (n) 0,178 17,84 1 1,784
francuska (F) 0,10 10,00 0,560 1
gdzie:
1 stopień niemiecki (1on) = 10 mg CaO (lub 7,19 mg MgO) w 1 dm3 wody,
1 stopień francuski (1oF) = 10 mg CaCO3 w 1 dm3 wody,
1 mmol = 40,08 mg Ca2+ (lub 24,32 mg Mg2+) w 1 dm3 wody,
1n = 0,356 mval/dm3.
__________________________________________________________________________________________
KATEDRA TECHNOLOGII FERMENTACJI I MIKROBIOLOGII TECHNICZNEJ
http://www.ar.krakow.pl/tz/ktfimt/
11
GOSPODARKA ENERGETYCZNA WODNA I ŚCIEKOWA CZŚĆ TEORETYCZNA
studia zaoczne
___________________________________________________________________________
SKALA TWARDOŚCI WODY
Wodę pod względem stopnia twardości można podzielić na różne kategorie, podane w
tabeli 2.
TAB. 2. OKREŚLENIE SKALI TWARDOŚCI WODY
TWARDOŚĆ OGÓLNA
mmol dm-3 n stopień niemiecki skala twardości
0 0,89 0 5 bardzo miękka
0,89 1,78 5 10 miękka
1,78 2,68 10 15 o średniej twardości
2,68 3,57 15 20 o znacznej twardości
3,57 5,35 20 30 twarda
powyżej 5,35 powyżej 30 bardzo twarda
Wody twardej nie powinno się używać w gospodarstwach domowych i przemyśle z
następujących powodów:
" wzrasta zużycie mydła i środków piorących;
" przy częstym myciu powoduje podrażnienie skóry;
" powstaje kamień kotłowy, który utrudnia wymianę ciepła;
" wywołuje korozję w wymiennikach ciepła (gł. chlorek magnezu) wskutek
hydrolizy soli magnezu i wzrostu stężenia jonów H+ zgodnie z równaniem reakcji:
+
Mg2+ + 2 H2O Mg(OH)2 + 2 H
Dopuszczalna twardość wody do picia nie powinna przekraczać 500 mg/dm3 CaCO3 (5
mmol/dm3), natomiast twardość wody dla wód w poszczególnych klasach czystości
powinna wynosić (w mmol/dm3): w klasie I 3,50; klasie II 5,50; w klasie III 7,00.
OZNACZANIE TWARDOŚCI WODY
Twardość ogólną wody oznacza się metodą wagową lub metodami miareczkowymi.
a) Metoda wagowa polega na oddzielnym wagowym oznaczeniu zawartości
wapnia i magnezu. Po zsumowaniu zawartości tych składników otrzymuje się
twardość ogólną wody.
Metody miareczkowe:
b) metoda palmitynianowa (Blachera) jest obecnie rzadko stosowana.
Czynnikiem miareczkującym w tej metodzie jest alkoholowy roztwór
palmitynianu potasu. Oznaczenie polega na strąceniu trudno rozpuszczalnego
osadu palmitynianu wapnia i magnezu:
_
Ca2+ + 2 C15H31COO (C15H31COO)2Ca !
Po ilościowym związaniu jonów wapnia i magnezu nadmiar palmitynianu
potasu ulega hydrolizie,
__________________________________________________________________________________________
KATEDRA TECHNOLOGII FERMENTACJI I MIKROBIOLOGII TECHNICZNEJ
http://www.ar.krakow.pl/tz/ktfimt/
12
GOSPODARKA ENERGETYCZNA WODNA I ŚCIEKOWA CZŚĆ TEORETYCZNA
studia zaoczne
___________________________________________________________________________
_
C15H31COOK + H2O C15H31COOH + K+ + OH
zmieniając odczyn wody na zasadowy, co w obecności fenoloftaleiny
powoduje zabarwienie na różowo.
c) metoda mydlana (Clarka) polega na określeniu ilości mianowanego
alkoholowego roztworu mydła potasowego, potrzebnego do ilościowego
związania jonów Ca2+ i Mg2+ w postaci trudno rozpuszczalnych osadów
mydła:
_
Ca2+ + 2 RCOO (RCOO)2Ca!
Po strąceniu jonów Ca2+ i Mg2+ nadmiar wprowadzonego do wody mydła
powoduje po wstrząśnięciu powstanie trwałej piany.
d) metoda Wartha Pfeifera. Oznaczenie tą metodą składa się z dwóch etapów.
Najpierw oznacza się twardość węglanową przez odmiareczkowanie
mianowanym roztworem HCl w obecności oranżu metylowego
wodorowęglanów wapnia i magnezu:
Ca(HCO3)2 + 2 HCl CaCl2 + 2 H2O + 2 CO2
Mg(HCO3)2 + 2 HCl MgCl2 + 2 H2O + 2 CO2
Następnie strąca się jony Ca2+ i Mg2+ ściśle określoną ilością mieszaniny
Pfeifera zawierającej wodorotlenek i węglan sodu:
Ca2+ + Na2CO3 CaCO3! + 2 Na+
Mg2+ + 2NaOH Mg(OH)2! + 2 Na+
Nadmiar mieszaniny Pfeifera odmiareczkowuje się mianowanym roztworem
kwasu solnego.
e) metoda wersenianowa - oznacza się łącznie zawartość jonów Ca2+ i Mg2+
przez miareczkowanie próbki wody wersenianem disodowym (EDTA), przy
pH około 9 10. EDTA jest solą dwusodową kwasu
etylenodiaminotetraoctowego, która dysocjuje zgodnie z równaniem reakcji:
2-
Na2H2Y 2Na+ + H2Y
2-
Jon dwuwodorowersenianowy (H2Y ) tworzy kompleksy prawie z wszystkimi
kationami metali (poza litowcami), a ich trwałość zależy od rodzaju metalu i
pH środowiska. Podczas oznaczania twardości wody powstają kompleksy
wszystkich obecnych w wodzie kationów metali. Przeszkadzające kationy
metali maskuje się przez dodanie odpowiednich odczynników, takich jak:
Na2S, który wiąże jony Cd2+, Ni2+, Zn2+, Co2+, Mn2+, Pb2+, Cu2+, Al3+, Fe3+
oraz chlorowodorku hydroksyloaminy, maskującego jony Cu2+, Fe3+ i Al3+.
Powstające w metodzie wersenianowej kompleksy Ca2+ i Mg2+ są bezbarwne.
Do wyznaczenia punktu końcowego miareczkowania używa się czerni
eriochromowej (T), która dysocjuje trójstopniowo i w zależności od pH
środowiska przyjmuje różną barwę. Przy pH około 10, anion HT2- ma barwę
__________________________________________________________________________________________
KATEDRA TECHNOLOGII FERMENTACJI I MIKROBIOLOGII TECHNICZNEJ
http://www.ar.krakow.pl/tz/ktfimt/
13
GOSPODARKA ENERGETYCZNA WODNA I ŚCIEKOWA CZŚĆ TEORETYCZNA
studia zaoczne
___________________________________________________________________________
niebieską, natomiast z kationem magnezu tworzy kompleks o barwie
intensywnie czerwonej, zgodnie z równaniem reakcji:
_
Mg2+ + HT2- MgT + H+ (1)
Powstały kompleks jest słabszy niż kompleks jonów magnezu z wersenianem,
toteż po dodaniu wersenianu zachodzi reakcja:
_
MgT + H2Y2- MgY2- + HT2- + H+ (2)
czerwony niebieski
Zarówno wersenian, jak i kompleks wersenianu z jonami magnezu, reagują z
jonami Ca2+ zgodnie z równaniami reakcji (3) i (4):
Ca2+ + H2Y2- CaY2- + 2H+ (3)
Ca2+ + MgY2- CaY2- + Mg2+ (4)
Uwolnione jony Mg2+ reagująze wskaznikiem (reakcja 1). Po związaniu
wszystkich jonów Ca2+ wersenian wiąże najpierw wolne jony Mg2+, a
następnie związane ze wskaznikiem (reakcja 2). Podczas przebiegu ostatniej
reakcji zachodzi zmiana barwy z czerwonej na niebieską.
__________________________________________________________________________________________
KATEDRA TECHNOLOGII FERMENTACJI I MIKROBIOLOGII TECHNICZNEJ
http://www.ar.krakow.pl/tz/ktfimt/
14
GOSPODARKA ENERGETYCZNA WODNA I ŚCIEKOWA CZŚĆ TEORETYCZNA
studia zaoczne
___________________________________________________________________________
OZNACZANIE TLENU ROZPUSZCZONEGO W
WODZIE
Tlen rozpuszczony w wodzie pochodzi głównie z powietrza oraz w pewnych przypadkach z
procesów fotosyntezy. Tlen występuje prawie zawsze w wodach stykających się bezpośrednio
z atmosferą, a więc wodach powierzchniowych i płytkich wodach podziemnych.
" Tlen rozpuszczony jest niezbędny do życia wodnych organizmów żywych. Ma
podstawowe znaczenie dla wszelkich procesów chemicznych i biochemicznych
zachodzących w wodach naturalnych. Procesy zachodzące z udziałem tlenu zwane są
procesami aerobowymi. Procesy aerobowe prowadzą do zmniejszenia
zanieczyszczeń w wodach naturalnych. W wodach powierzchniowych,
zanieczyszczonych substancjami organicznymi, rozpuszczony tlen zużywany jest w
procesach biochemicznego rozkładu tych związków.
" Zawartość tlenu w wodzie ulega zmianom. W wodach powierzchniowych stężenie
tlenu jest zwykle niższe latem niż zimą. W wyższej temperaturze zmniejsza się
rozpuszczalność tlenu i zwiększa szybkość procesów biochemicznych zużywających
tlen. Zużywany w procesach biochemicznych tlen jest uzupełniany tlenem z atmosfery
i tlenem z procesu fotosyntezy.
" Zawartość tlenu rozpuszczonego w wodzie jest jednym z najważniejszych
wskazników jakości wody. W przypadku obecnego w wodzie agresywnego
dwutlenku węgla duża zawartość tlenu przyspiesza proces korozji. Dlatego wody
zawierające rozpuszczony tlen i agresywny dwutlenek węgla, przeznaczone do
zasilania kotłów parowych, poddaje się odgazowaniu.
" Zawartość rozpuszczonego w wodzie tlenu podaje się w mg dm-3 lub w procentach
nasycenia wody tlenem. W określonych warunkach temperatury pod ciśnieniem
atmosferycznym może rozpuścić się w wodzie określona ilość miligramów tlenu w
litrze wody. Ilość ta daje nasycenie pełne, czyli 100%.
" Zawartość tlenu w procentach nasycenia (x) oblicza się wg wzoru:
a a "1013
x = "100% lub x = "100%
b b" B
gdzie:
a oznaczona zawartość tlenu rozpuszczonego w wodzie, w mg dm-3;
b ilość tlenu (w mg) potrzebna do nasycenia 1 dm3 wody destylowanej o temperaturze
badanej wody, stykającej się z powietrzem przy ciśnieniu 1013 hPa (wartość odczytana z
tabeli 1);
B ciśnienie w czasie pobrania próbki, w hPa.
__________________________________________________________________________________________
KATEDRA TECHNOLOGII FERMENTACJI I MIKROBIOLOGII TECHNICZNEJ
http://www.ar.krakow.pl/tz/ktfimt/
15
GOSPODARKA ENERGETYCZNA WODNA I ŚCIEKOWA CZŚĆ TEORETYCZNA
studia zaoczne
___________________________________________________________________________
TAB. 1. ROZPUSZCZALNOŚĆ TLENU W WODZIE W ZALEŻNOŚCI OD TEMPERATURY PRZY CIŚNIENIU 1013 hPa.
Temperatura Rozpuszczalność Temperatura Rozpuszczalność
C tlenu [mg dm-3] C tlenu [mg dm-3]
0 14,64 18 9,46
1 14,22 19 9,27
2 13,82 20 9,08
3 13,44 21 8,90
4 13,09 22 8,73
5 12,74 23 8,57
6 12,42 24 8,41
7 12,11 25 8,25
8 11,81 26 8,11
9 11,53 27 7,96
10 11,26 28 7,82
11 11,01 29 7,69
12 10,77 30 7,56
13 10,53 31 7,43
14 10,30 32 7,30
15 10,08 33 7,18
16 9,86 34 7,07
17 9,66 35 6,95
" Procent nasycenia wody tlenem jest ważnym wskaznikiem zanieczyszczenia wód.
W wodach powierzchniowych czystych procent nasycenia wody tlenem wynosi około
100%, w wodach o wyraznym zanieczyszczeniu spada nawet do 40% nasycenia. Duży
deficyt tlenowy jest szkodliwy dla środowiska wodnego. Spadek zawartości tlenu
poniżej 30% nasycenia (2-3 mg dm-3) powoduje zaburzenie rozwoju wielu
organizmów (gł. ryb), a poniżej 20% życie biologiczne prawie zanika. Przy
całkowitym braku tlenu (warunki anaerobowe), w wyniku zachodzących procesów
gnilnych, wody mają nieprzyjemny zapach.
" W wodach powierzchniowych stojących zawartość tlenu uwarunkowana jest nie tylko
czystością wody, ale też jej naturalnym uwarstwieniem. Rozróżnia się 3 wyrazne
warstwy w jeziorach w okresie stagnacji letniej i zimowej:
- Warstwa I: zwana nadskokową (epilimnion), najczęściej do głębokości około
2m, znajduje się w stanie stałej cyrkulacji i zawartość tlenu w niej jest
uwarunkowana przede wszystkim czystością wody.
- Warstwa II: zwana skokową (metalimnion), znajduje się pod nadskokową i ma
grubość około 1m. Warstwa ta jest uboga w tlen nawet w wodach bardzo
czystych.
- Warstwa III: tzw. podskokowa (hypolimnion), nieruchoma, bardzo uboga w
tlen lub nie zawierająca go wcale.
" W okresie wiosennym i jesiennym następuje w jeziorze cyrkulacja na skutek zmian
temperatury. Woda w całym zbiorniku ulega wymieszaniu, wskutek czego ogólna
__________________________________________________________________________________________
KATEDRA TECHNOLOGII FERMENTACJI I MIKROBIOLOGII TECHNICZNEJ
http://www.ar.krakow.pl/tz/ktfimt/
16
GOSPODARKA ENERGETYCZNA WODNA I ŚCIEKOWA CZŚĆ TEORETYCZNA
studia zaoczne
___________________________________________________________________________
zawartość tlenu spada poniżej stopnia nasycenia odpowiadającego danej wodzie w
warstwie powierzchniowej. Okoliczności te należy uwzględnić przy badaniu wód
powierzchniowych. Na skutek intensywnej fotosyntezy (w dzień) zawartość tlenu
może znacznie przekraczać 100% nasycenia, natomiast w nocy przy intensywnym
oddychaniu organizmów może znacznie spadać poniżej 100%.
" W wodach powierzchniowych dopuszczalne minimalne stężenie tlenu rozpuszczonego
wynosi: w klasie I 6 (mg (O2) dm-3), w klasie II 5 i w trzeciej 4. W wodzie
przeznaczonej do picia zaleca się by zawartość tlenu rozpuszczonego była bliska
100% nasycenia (ok. 12 mg (O2) dm-3).
METODY OZNACZANIA TLENU ROZPUSZCZONEGO W WODZIE
Do oznaczania tlenu rozpuszczonego w wodzie i ściekach można stosować następujące
metody:
1) Metoda Winklera do oznaczania zawartości tlenu, gdy jego stężenie wynosi 0,5
mg dm-3 i powyżej;
2) metoda Winklera w modyfikacjach azydkowej, manganianowej, podchlorynowej
i różnicowej;
3) metoda Winklera z zastosowaniem miareczkowania biamperometrycznego;
4) metoda elektrochemiczna z membranowym czujnikiem tlenowym;
5) metoda Leithego.
__________________________________________________________________________________________
KATEDRA TECHNOLOGII FERMENTACJI I MIKROBIOLOGII TECHNICZNEJ
http://www.ar.krakow.pl/tz/ktfimt/
17
GOSPODARKA ENERGETYCZNA WODNA I ŚCIEKOWA CZŚĆ TEORETYCZNA
studia zaoczne
___________________________________________________________________________
CHEMICZNE I BIOCHEMICZNE
ZAPOTRZEBOWANIE NA TLEN
CHEMICZNE ZAPOTRZEBOWANIE NA TLEN
" Chemiczne zapotrzebowanie na tlen (ChZT) jest pojęciem umownym i oznacza
ilość tlenu (w mg/dm3) pobranego z utleniacza (w warunkach umownych) na
utlenienie obecnych w wodzie związków organicznych i niektórych związków
nieorganicznych (np. soli żelaza (II), siarkowodoru, siarczków, azotanów (III)).
Oznaczenie ChZT musi być wykonywane w ściśle określonych warunkach, ponieważ stopień
utlenienia związków organicznych zależy od:
Rodzaju utleniacza;
Temperatury;
Czasu reakcji utleniania.
W zależności od zastosowanego środka utleniającego, rozróżnia się:
1. Zapotrzebowanie na tlen nadmanganianowe (manganianowe (VII)).
2. Zapotrzebowanie na tlen dwuchromianowe (dwuchromianowe (VI)).
" Oznaczanie chemicznego zapotrzebowania na tlen z zastosowaniem KMnO4 jako
utleniacza przyjęto nazywać utlenialnością, natomiast metodę z zastosowaniem
K2Cr2O7 chemicznym zapotrzebowaniem na tlen (ChZT).
" Substancje organiczne występujące w wodach naturalnych utleniane są za pomocą
manganianu (VII) średnio w 60%. Utlenialność daje więc tylko przybliżone pojęcie
o związkach organicznych zawartych w wodzie.
" Najniższą utlenialność wykazują wody artezyjskie (ok. 2 mg (O2)/dm3) i czyste wody
powierzchniowe (ok. 4 mg (O2)/dm3). Dla wód pochodzenia bagiennego utlenialność
może dochodzić do 400 mg (O2)/dm3. Podwyższona utlenialność wody wskazuje na
jej zanieczyszczenia i może być powodowana zarówno przez substancje organiczne
zawarte w wodzie, jak i przez dopływ ścieków.
Przepisy sanitarne zalecają, aby w wodach do picia i na potrzeby gospodarcze
utlenialność wynosiła nie więcej niż 3 mg (O2)/dm3.
Dokładniejsze wyniki można uzyskać przez zastosowanie jako utleniacza K2Cr2O7. Metoda
dwuchromianowa (ChZT) daje bardzo wysoki stopień utleniania związków organicznych,
dochodzący nawet do 100%.
ChZT ma duże znaczenie między innymi dla szybkiej kontroli pracy oczyszczalni ścieków
czy też określenia ilości związków organicznych zawartych w ściekach i odprowadzanych do
wód powierzchniowych.
__________________________________________________________________________________________
KATEDRA TECHNOLOGII FERMENTACJI I MIKROBIOLOGII TECHNICZNEJ
http://www.ar.krakow.pl/tz/ktfimt/
18
GOSPODARKA ENERGETYCZNA WODNA I ŚCIEKOWA CZŚĆ TEORETYCZNA
studia zaoczne
___________________________________________________________________________
BIOCHEMICZNE ZAPOTRZEBOWANIE NA TLEN (BZT)
" Biochemiczne zapotrzebowanie na tlen jest pojęciem umownym i określa ilość
tlenu wyrażoną w mg w 1 dm3 wody, potrzebną do utlenienia biochemicznego
związków organicznych w badanej wodzie lub ściekach w warunkach
aerobowych.
Związki organiczne zawarte w wodach naturalnych ulegają rozkładowi wskutek działania
bakterii i innych drobnoustrojów. Proces biochemicznego utleniania związków organicznych
można w uproszczony sposób przedstawić następującym równaniem:
bakterie
związki organiczne + O2 CO2 + H2O
Innym przebiegającym w wodzie, procesem biochemicznym jest proces nitryfikacji
związków azotowych.
bakterie bakterie
_ _
NH3 NO2 NO3
tlen tlen
Przebieg reakcji bioutleniania zależy od:
" Ilości mikroorganizmów zawartych w wodzie,
" Ich aktywności biologicznej,
" Temperatury,
" pH,
" Substancji toksycznych.
Dla wód powierzchniowych, biochemiczne zapotrzebowanie na tlen w ciągu 5 dni wynosi
około 68% całkowitego biochemicznego zapotrzebowania na tlen (BZT5). W praktyce ten
pięciodobowy okres inkubacji przyjęto za wystarczający do oceny stopnia zanieczyszczenia
wody naturalnej lub ścieków związkami organicznymi.
Oznaczenie BZT wykonuje się w celu:
" Dokonania oceny zanieczyszczenia wody substancjami organicznymi,
" Ustalenia wymaganego stopnia oczyszczenia ścieków wprowadzanych do wód
powierzchniowych,
" Oceny sanitarnej zbiorników wodnych ich zdolności do samooczyszczania.
Proces biochemicznego utleniania związków organicznych można podzielić na dwie fazy. W
pierwszej fazie utlenianiu ulegają związki organiczne nietrwałe, łatwo ulegające utlenianiu
i rozkładowi, jak np. białka, cukry, pektyny i inne. W drugiej fazie zachodzi głównie
utlenianie amoniaku do azotanów pod wpływem bakterii nitryfikacyjnych.
__________________________________________________________________________________________
KATEDRA TECHNOLOGII FERMENTACJI I MIKROBIOLOGII TECHNICZNEJ
http://www.ar.krakow.pl/tz/ktfimt/
19
GOSPODARKA ENERGETYCZNA WODNA I ŚCIEKOWA CZŚĆ TEORETYCZNA
studia zaoczne
___________________________________________________________________________
Oznaczanie BZT, ze względu na procesy biochemiczne stale przebiegające w pobranej próbce
wody, należy przeprowadzić jak najszybciej po pobraniu próbki nie pózniej niż po upływie
2 godzin lub utrwalić próbkę. W oznaczeniu przeszkadzają substancje toksyczne, działające
hamująco na aktywność biochemiczną mikroorganizmów.
Oznaczenie polega na określeniu ilości tlenu zużywanej do utleniania substancji organicznych
w badanej próbce w ciągu n dób inkubacji w temperaturze 20oC. Ilość tę w przeliczeniu na
1 dm3 wody, oblicza się jako różnicę zawartości tlenu przed i po inkubacji próbki. Oznaczenie
BZT5 wykonuje się po 5 dobach inkubacji.
Wody silnie zanieczyszczone lub ścieki rozcieńcza się wodą specjalnie przygotowaną, która
stanowi zródło tlenu.
__________________________________________________________________________________________
KATEDRA TECHNOLOGII FERMENTACJI I MIKROBIOLOGII TECHNICZNEJ
http://www.ar.krakow.pl/tz/ktfimt/
20
GOSPODARKA ENERGETYCZNA WODNA I ŚCIEKOWA CZŚĆ TEORETYCZNA
studia zaoczne
___________________________________________________________________________
OZNACZANIE CHLORKÓW METOD
MIARECZKOW MOHRA
Chlor wolny (Cl2) w warunkach naturalnych nie występuje. Może przedostawać się do wód
wraz ze ściekami, które poddano chlorowaniu chlorem lub jego związkami. Chlor
dodawany do wody (podczas jej uzdatniania) reaguje z wodą zgodnie z równaniem reakcji:
_
Cl2 + H2O H+ + Cl + HOCl
Chlor obecny w wodzie jest toksyczny dla organizmów żywych.
" Jon chlorkowy jest szeroko rozpowszechniony w przyrodzie, głównie jako sól
sodowa. Zawartość chlorków w skałach jest jednak mała ze względu na ich dużą
rozpuszczalność w wodzie. Największe ilości chlorków występują w złożach
powstałych po odparowaniu mórz. Są to: halit (sól kamienna) NaCl, sylwit KCl,
bischolit MgCl2 " 6H2O, karnalit KMgCl3 " 6H2O.
" Wszystkie wody naturalne zawierają mniejsze lub większe ilości chlorków. Mogą one
pochodzić z gruntu, oceanów tj. wędrują do atmosfery i wraz z deszczem wracają na
powierzchnię Ziemi, pokładów naturalnych soli oraz zanieczyszczeń ściekami, wodami
kopalnianymi lub różnymi odpadkami pochodzenia zwierzęcego. Chlorki pochodzące z
gruntu nie zanieczyszczonego lub pokładów soli, a których ilość w wodzie jest dla
danego terenu i pokładu wodonośnego stała, nazywamy chlorkami normalnymi.
" Chlorki powszechnie występują w roślinach i zwierzętach. Są one niezbędne dla
organizmu człowieka, nadają wodzie słony smak, którego natężenie jest zależne od
składu wody. W niektórych wodach słony smak wyczuwa się już przy stężeniu ok. 200
mg/dm3. Natomiast w przypadku gdy woda zawiera duże ilości wapnia i magnezu smak
słony nie jest wyczuwalny nawet przy stężeniach powyżej 1 g/dm3. W stężeniach ok. 50
mg/dm3 są niepożądane dla osób chorych na serce, powyżej 250 mg/dm3 chlorki są
szkodliwe dla roślin, w dużych stężeniach mogą powodować korozję części
metalowych.
Dopuszczalne stężenia chlorków w wodzie do picia wynosi 250 mg/dm3 jeśli są pochodzenia
naturalnego. Chlorki z zanieczyszczeń czynią wodę nieprzydatną do picia.
Wartość zalecana wynosi 25 mg/dm3 Cl.
Przy ocenie zawartości chlorków w wodzie istotne jest ustalenie ich pochodzenia, to znaczy
czy są one pochodzenia naturalnego, czy też ich obecność jest wynikiem zanieczyszczenia
wody. W tym ostatnim przypadku jonom chlorkowym często towarzyszą znaczne ilości
związków azotowych.
__________________________________________________________________________________________
KATEDRA TECHNOLOGII FERMENTACJI I MIKROBIOLOGII TECHNICZNEJ
http://www.ar.krakow.pl/tz/ktfimt/
21
GOSPODARKA ENERGETYCZNA WODNA I ŚCIEKOWA CZŚĆ TEORETYCZNA
studia zaoczne
___________________________________________________________________________
METODY OZNACZANIA CHLORKÓW
metoda argentometrycznego miareczkowania (metoda Mohra)
Chlorki miareczkuje się mianowanym roztworem azotanu srebra AgNO3 wobec
chromianu potasowego K2CrO4 jako wskaznika w środowisku o pH 6,5-10. W roztworze
obojętnym lub słabo zasadowym (pH 6,5 10,0) azotan srebrowy strąca najpierw biały
osad chlorku srebrowego i po całkowitym strąceniu jonów chlorkowych jon srebrowy Ag+
reaguje z chromianem potasowym, wytrącając czerwonobrunatny osad chromianu
srebrowego:
_
Ag+ + Cl AgCl !
osad biały
_
Ag+ + CrO4 2 AgCrO4 !
osad czerwony
(roztwór ma zabarwienie brunatne)
Zmiana zabarwienia z białego na żółtobrunatne świadczy o całkowitym zmiareczkowaniu
jonów chlorkowych.
W oznaczeniu przeszkadzają: barwa roztworu powyżej 30 mg (Pt)/dm3, mętność powyżej
_ _
20 mg/dm3, żelazo, siarczki, siarczany (IV), siarkowodór, fosforany oraz jony Br , I ,
_
CN .
metoda merkurymetrycznego miareczkowania
Chlorki miareczkuje się mianowanym roztworem Hg(NO3) 2 wobec difenylokarbazonu
_
jako wskaznika, w środowisku o pH 2,3-2,8. Jony Cl reagują z jonami Hg2+, tworząc
słabo zdysjocjowany HgCl2. Dodany wskaznik difenylokarbazon tworzy z nadmiarem
2+
jonów Hg związek kompleksowy o fioletowym zabarwieniu.
metoda potencjometryczna z użyciem elektrody jonoselektywnej
metoda turbidymetryczna
Ocena zmętnienia spowodowanego wytrąceniem się koloidalnego osadu AgCl w wyniku
_
reakcji AgNO3 jonami Cl .
__________________________________________________________________________________________
KATEDRA TECHNOLOGII FERMENTACJI I MIKROBIOLOGII TECHNICZNEJ
http://www.ar.krakow.pl/tz/ktfimt/
22
GOSPODARKA ENERGETYCZNA WODNA I ŚCIEKOWA CZŚĆ TEORETYCZNA
studia zaoczne
___________________________________________________________________________
CYNK
" Cynk należy do tych mikroelementów, których występowanie w glebie nie zawsze
powoduje pojawienie się ich w wodach naturalnych. Jony cynku są silnie sorbowane i
zatrzymywane przez glebę. W częstych wypadkach cynk może pochodzić z gruntu w
pobliżu pokładów rud cynkowych lub innych złóż bogatych w związki cynku. W
wodach powierzchniowych cynk może być pochodzenia wtórnego na skutek
zanieczyszczenia ściekami i pyłami przemysłowymi. W wodach ujętych do celów
przemysłowych, dla zasilania wodociągów itp., cynk prawie zawsze jest obecny,
szczególnie jeżeli do ujmowania, przesyłania i przechowywania wody używa się rur,
urządzeń cynkowych lub ocynkowanych.
" Cynk dość łatwo rozpuszcza się w wodach zawierających agresywny dwutlenek
węgla, zwłaszcza w obecności znacznych ilości chlorków. Zawartość cynku w wodach
stykających się z materiałami zawierającymi cynk może przekroczyć znacznie
dopuszczalne granice i dochodzić nawet do 50 mg Zn /dm3.
Jakkolwiek cynk należy do mikroelementów potrzebnych dla rozwoju organizmu, jego
obecność w wodzie do picia nie jest pożądana ze względu na metaliczny smak i mętnienie
wody podczas gotowania.
Ponadto cynk w wodzie w ilościach ponad 15 mg/dm3 może wywołać zaburzenia w
przewodzie pokarmowym. Cynk, przy stężeniu 0,1 mg/dm3, jest toksyczny dla ryb, a w
szczególności narybku.
Dopuszczalne zawartości cynku w wodach w mg/dm3 są następujące:
- w wodzie do picia 5,0;
- w wodach powierzchniowych: w klasie I 0,01, II 0,1 i III 0,2.
METODY OZNACZANIA CYNKU
Do oznaczania cynku można stosować 2 metody kolorymetryczne, w zależności od ilości
zawartego cynku:
a) ditizonową, przy zawartości cynku w wodzie mniejszej od 1mg Zn/dm3;
b) z fioletem krystalicznym, przy zawartości cynku w wodzie powyżej 1mg Zn/dm3.
__________________________________________________________________________________________
KATEDRA TECHNOLOGII FERMENTACJI I MIKROBIOLOGII TECHNICZNEJ
http://www.ar.krakow.pl/tz/ktfimt/
23
GOSPODARKA ENERGETYCZNA WODNA I ŚCIEKOWA CZŚĆ TEORETYCZNA
studia zaoczne
___________________________________________________________________________
ŻELAZO
" Żelazo występuje głównie w postaci rud (hematyt, magnetyt, piryt), a w wolnej postaci
jedynie w niewielkich ilościach w meteorytach.
" yródłem związków żelaza w wodach naturalnych mogą być:
- gleba i skały, z których te związki są wymywane;
- zanieczyszczenia, głównie ściekami przemysłowymi z kopalni, galwanizerni,
zakładów metalurgicznych, farbiarskich;
- korozja rur i zbiorników żelaznych i stalowych, z którymi woda miała kontakt.
" W wodzie naturalnej żelazo występuje w związkach na II i III stopniu
utlenienia w formie rozpuszczonej, koloidalnej i zawiesin. Związki żelaza (II) stanowią
najczęściej rozpuszczony kwaśny węglan żelaza (II) lub siarczan (VI) żelaza (II) (w
wodach z torfowisk). Ten kwaśny dwuwęglan żelazawy utrzymuje się w wodzie w postaci
rozpuszczonej dzięki obecności wolnego CO2 i braku powietrza. W obecności tlenu
dwuwęglan żelaza (II) ulega hydrolizie z jednoczesnym utlenieniem żelaza i
wydzieleniem CO2:
2 Fe(HCO3) 2 + H2O + O2 2 Fe(OH) 3 ! + 4CO2
" Związki żelaza (III) łatwo wytrącają się w wodzie, powodując stopniowe zmętnienie
i brunatnienie wód zawierających znaczne ilości związków żelaza. W wodach
zawierających dużo związków organicznych, a szczególnie związków humusowych,
proces ten zachodzi częściowo, gdyż związki te mogą odgrywać rolę koloidów
ochronnych zapobiegających wytrącaniu się Fe(OH) 3, ponadto w takich wodach żelazo
znajduje się głównie w postaci znacznie trwalszego siarczanu żelaza (II).
" W organizmie ludzkim znajduje się w ilościach 3,5 4,5 g. Jest składnikiem
hemoglobiny, mioglobiny i wielu enzymów. Żelazo jest niezbędne dla organizmu jako
składnik krwiotwórczy oraz do transportu i magazynowania tlenu. Przy długotrwałym
niskim spożyciu żelaza rozwija się niedokrwistość (anemia), objawiająca się zmianami w
śluzówce (biegunki, zanik śluzówki żołądka, zmiany zapalne) oraz niedotlenieniem
tkanek, co powoduje obniżenie zdolności psychofizycznych, szybsze męczenie się
organizmu, zakłócenia snu, osłabienie odporności organizmu, a u kobiet w ciąży może
prowadzić do poronień, przedwczesnego porodu lub wad rozwojowych płodu. Efektem
nadmiernego spożycia żelaza może być zmniejszenie wchłaniania innych składników
mineralnych (cynku, miedzi), zwiększone ryzyko wystąpienia infekcji, nadmierne
gromadzenie żelaza w tkankach i ich uszkodzenie (np. trzustki cukrzyca) oraz
zwiększenia wystąpienia chorób nowotworowych. Jednak przypadki nadmiernego
spożycia żelaza są znacznie rzadsze niż przypadki jego niedoboru i zwykle są
spowodowane przedawkowaniem preparatów witaminowych zawierających żelazo.
" Dopuszczalne stężenia żelaza w wodzie (mg/dm3) wynoszą:
- wody powierzchniowe klasa I 1,0;
- wody powierzchniowe klasa II 1,5;
- wody powierzchniowe klasa III 2,0;
__________________________________________________________________________________________
KATEDRA TECHNOLOGII FERMENTACJI I MIKROBIOLOGII TECHNICZNEJ
http://www.ar.krakow.pl/tz/ktfimt/
24
GOSPODARKA ENERGETYCZNA WODNA I ŚCIEKOWA CZŚĆ TEORETYCZNA
studia zaoczne
___________________________________________________________________________
- woda do picia 0,2.
Duża zawartość żelaza w wodzie wywołuje jej mętność, brunatną barwę i pogarsza walory
smakowe. Powoduje też brudzenie tkanin podczas prania z użyciem takiej wody. Wody o
dużej zawartości żelaza mają na ogół odczyn kwasowy, są toksyczne dla ryb i sprzyjają
rozwojowi bakterii żelazistych (może powodować zatykanie urządzeń wodociągowych)
oraz wywołują zaburzenia wzrostu u roślin.
METODY OZNACZANIA ŻELAZA
Istniejące metody oznaczania żelaza w wodzie nie dają możliwości ilościowego
określenia wszystkich postaci żelaza, w jakich występuje ono w przyrodzie. Obecnie
znane metody analityczne pozwalają na określenie jedynie ogólnej zawartości żelaza w
wodzie, występującego w postaci dwuwartościowego lub trójwartościowego żelaza. Do
oznaczania ogólnej zawartości żelaza stosuje się metody:
a) wagową polega na utlenianiu soli żelaza (II) do soli żelaza (III), które z
nieznacznym nadmiarem roztworu amoniaku wytrącają się w postaci wodorotlenku
żelaza (III) Fe(OH)3. Wodorotlenek ten odsączony i wyprażony przechodzi w tlenek
żelaza (III) Fe2O3, z którego po zważeniu oblicza się zawartość żelaza. W oznaczeniu
przeszkadzają sole glinowe, fosforowe i krzemiany.
b) wersenianową polega na kompleksometrycznym miareczkowaniu żelaza roztworem
EDTA, przy pH około 2, wobec kwasu sulfosalicylowego. W tej metodzie
wykorzystuje się większą trwałość bezbarwnego kompleksu żelaza z wersenianem w
porównaniu z trwałością jego kompleksu z kwasem sulfosalicylowym o zabarwieniu
czerwonym. W punkcie końcowym miareczkowania następuje zmiana barwy z
czerwonej na słomkowożółtą. Metoda ta stosowana może być przy zawartości żelaza
większej niż 10 mg/dm3.
c) kolorymetryczną z tiocyjanianem polega na utlenieniu jonów Fe2+ do Fe3+ i reakcji
_
barwnej jonów Fe3+ z jonami tiocyjanianowymi (SCN ). Intensywność
krwistoczerwonego zabarwienia jest proporcjonalna do zawartości żelaza i oznaczana
jest wizualnie lub spektrofotometrycznie. Metodę tę stosuje się przy stężeniach od 0,1
do 2,0 mg (Fe)/dm3.
d) kolorymetryczną z fenantroliną polega na redukcji jonów Fe3+ do Fe2+ za pomocą
hydroksylaminy i przeprowadzeniu reakcji barwnej z fenantroliną. Jony Fe2+ tworzą z
tym związkiem pomarańczowy kompleks. Intensywność zabarwienia jest
proporcjonalna do stężenia żelaza w próbce i oznaczana jest wizualnie lub
spektrofotometrycznie.
e) polarograficzną Pomiar wykonuje się w roztworze buforu amonowego z dodatkiem
kwasu sulfosalicylowego. Potencjał półfali dla żelaza wynosi 1,45 V.
f) absorbcyjnej spektrometrii atomowej (ASA) Pomiaru absorbancji dokonuje się
przy długości fali 248,3 nm.
Do oznaczania żelaza (II) stosuje się metodę kolorymetryczną.
__________________________________________________________________________________________
KATEDRA TECHNOLOGII FERMENTACJI I MIKROBIOLOGII TECHNICZNEJ
http://www.ar.krakow.pl/tz/ktfimt/
25
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
wlasciwosci fizyczne i chemiczne wodywlasciwosci fizyczne i chemiczne wodyWłaściwości fizyczne zwykłej i ciężkiej wodyFIZYCZNY i chemiczne SPOSÓB USUWANIA TWARDOŚCILECZNICZE WŁAŚCIWOŚCI WODY UTLENIONEJLecznicze właściwości wody utlenionejNienormalne właściwości wodyCwiczenie 5 Wlasciwosci enzymow ich chemiczna i fizyczna dezaktywacjaPodstawowe właściwości fizyczne, mechaniczne i chemiczne materiałów budowlanychZmienianie właściwości chemicznych wodyWŁAŚCIWOŚCI CHEMICZNE METALIBiochemia(ŻCz)Ćw5 Właściwości fizyko chemiczne mono oligo i polisacharydówcw2 3 wlasciwosc fizycznewięcej podobnych podstron