Fizykochemiczna analiza wody
Zakres badania wody ustala się w zależności od jej przeznaczenia. Pozwala on określić jakość wody oraz dobór odpowiednich urządzeń i filtrów uzdatniających. Rozróżnia się trzy podstawowe zakresy badania wody: skrócony, rozszerzony i pełny.
Dla rutynowej kontroli jakości wody do picia i potrzeb gospodarstwa domowego wykonuje się badania skrócone. Badania skrócone obejmują takie oznaczenia jak: temperatura, mętność, barwa, zapach, odczyn(ph), twardość, zasadowość, żelazo ogólne, mangan, chlorki, amoniak, azotany(III), azotany(V), utlenialność, siarkowodór i pozwalają na odpowiednie dobranie systemów uzdatniających wodę. Badania rozszerzone obejmują dodatkowo takie oznaczenia jak: sucha pozostałość, pozostałość po prażeniu, straty po prażeniu, siarczany(VI), azot albuminowy. Badania pełne obejmują dodatkowo takie oznaczenia jak: fluor, sód, potas, cynk, miedź, glin, ołów, arsen, selen, chrom(V), kadm, cyjanki, fenol, substancje powierzchniowo czynne, substancje z wyciągu chloroformowego, węglowodory aromatyczne, krzemionka, poziom radioaktywności, BZT, rozpuszczony tlen, dwutlenek węgla wolny i agresywny, fosforany. Krótka charakterystyka wybranych wskaźników jakości wody. Temperatura wód naturalnych zależy od: ich pochodzenia, strefy klimatycznej, pory roku, od dopływu ścieków przemysłowych i miejskich.
Temperatura wody ma duży wpływ na współistnienie organizmów wodnych oraz przebieg procesów fizycznych, chemicznych i biologicznych zachodzących w wodach. Wzrost temperatury powoduje zmniejszenie ilości rozpuszczonego tlenu, zwiększenie biologicznego zapotrzebowania na tlen, przyspieszenie procesu nitryfikacji oraz utleniania amoniaku do azotanów (III) i (V), co w efekcie prowadzi do deficytu tlenowego w wodzie. Natomiast podwyższenie temperatury o 10 °C powoduje blisko dwukrotne przyspieszenie reakcji chemicznych i biologicznych zachodzących w wodzie. Podwyższona temperatura zwiększa również toksyczność wielu substancji. Podwyższenie temperatury wód podziemnych może świadczyć o kontakcie z zanieczyszczonymi wodami powierzchniowymi.
Dopuszczalna temperatura wód powierzchniowych w Polsce wynosi 22 °C dla klasy czystości I oraz 26 °C dla klas czystości II i III.
Mętność jest to właściwość optyczna, polegająca na rozproszeniu i absorbowaniu części widma promieniowania widzialnego przez cząstki stałe obecne w wodzie lub ściekach. Mętność wody uwarunkowana jest obecnością nie rozpuszczonych w niej cząstek pochodzenia nieorganicznego i organicznego, które rozpraszają i absorbują promienie świetlne. Mętność mogą powodować wytrącające się związki żelaza, manganu i glinu, kwasy humusowe,plankton,cząstki skał i gleb,osady denne,
zawiesiny odprowadzane do wód ze ściekami.
Pomiar mętności daje ogólne pojęcie o stopniu zanieczyszczenia wody. Oznaczanie mętności jest niezbędne przy ocenie wody do picia oraz wody do celów gospodarczych i przemysłowych. Mętność wody wpływa przede wszystkim na jej wygląd i smak. Wody mętne nie nadają się do picia i celów gospodarczych.
Barwa jest właściwością optyczną polegającą na pochłanianiu części widma promieniowania widzialnego przez substancje rozpuszczone, koloidalne oraz cząstki zawiesin obecne w wodzie lub ściekach. Barwa wody odzwierciedlać zawarte w niej różne rodzaje roślinności i produkty jej rozkładu, związki humusowe, plankton, jony metali.
Przyczyną barwy wody może być również dopływ ścieków z zakładów przemysłowych. Wody naturalne mają barwę żółtozieloną potocznie nazywaną barwą naturalną. Barwa wód wypływających z terenów bagnistych, leśnych czy torfowisk, bogatych w związki humusowe, jest żółtobrązowa.
Barwa wody nie ma większego znaczenia higienicznego, jeżeli jest pochodzenia naturalnego. Inne odcienie barwy wody niż żółtozielony, może świadczyć o jej zanieczyszczeniu. Odczyn (pH)
Odczyn wód naturalnych waha się w granicach pH 4 - 9 i zależy między innymi od zawartości węglanów, wodorowęglanów i dwutlenku węgla, 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 kwasowy, spowodowany obecnością, nawet w czystej atmosferze, dwutlenku węgla oraz kwasu węglowego. Istotny wpływ na pH wody deszczowej mają wprowadzane do atmosfery, w wyniku spalania paliw, tlenki siarki, tlenki azotu. Gazy te, reagując z wodą tworzą kwasy. Opady kwaśne obejmują swym zasięgiem tereny uprzemysłowione, ale mogą także być przenoszone, zgodnie z kierunkiem wiatru, na inne obszary.
Odczyn wody ma duże znaczenie dla organizmów żywych i przebiegu procesów biochemicznych oraz przemysłowego użytkowania wody. W wodach zbyt kwaśnych lub zbyt zasadowych zamiera życie biologiczne. Niskie pH wody przyspiesza wymywanie metali ciężkich z osadów dennych. Wody o odczynie kwaśnym mają właściwości korozyjne.
Twardość wody jest jej właściwością wynikającą z obecności rozpuszczonych w niej związków, głównie wapnia i magnezu. Pierwotnie twardość wody była definiowana jako właściwość wody polegająca na zużywaniu pewnej ilości mydła bez wytwarzania piany podczas wstrząsania próbki wody z mydłem. Wody twardej nie powinno się używać w gospodarstwach domowych i przemyśle ponieważ: powoduje ona wzrost zużycie mydła i środków piorących, przy częstym myciu powoduje podrażnienie skóry, powoduje powstanie kamienia kotłowego, który utrudnia wymianę ciepła,
wywołuje korozje w wymiennikach ciepła wskutek hydrolizy soli magnezu i wzrostu stężenia jonów wodorowych. Chlorki
Dobra rozpuszczalność soli kwasu solnego, zwanych chlorkami oraz ich powszechne występowanie w przyrodzie powoduje, że jon chlorkowy występuje we wszystkich wodach naturalnych. Niewielkie ilości jonów chlorkowych znajdują się w wodach górskich i wodach opadowych. Chlorki mogą przenikać do wód naturalnych z gleby, z pokładów naturalnych soli, ze ścieków, z odpadków pochodzenia zwierzęcego.
Przy ocenie zawartości chlorków w wodzie istotne jest ustalenie ich pochodzenia, czy są one pochodzenia naturalnego, czy tez ich obecność jest wynikiem zanieczyszczenia wody. W tym ostatnim przypadku jonom chlorkowym towarzyszą znaczne ilości związków azotowych. Słony smak wody zależy od rodzaju soli występujących w wodzie. Smak ten jest spowodowany obecnością w wodzie chlorku sodu.
Wysokie stężenie jonów chlorkowych zwiększa korozyjność wody. Stężenie chlorków powyżej 250 mg*dm-3 jest szkodliwe dla roślin. Według wymagań sanitarno-epidemiologicznych, zawartość chlorków w wodzie do picia nie powinna przekraczać 250 mg*dm-3, jeżeli są to chlorki pochodzenia naturalnego. Chlorki innego pochodzenia czynią wodę nieprzydatną do picia. Azotany(III) i azotany(V)
Azotany(III) mogą być pochodzenia organicznego lub nieorganicznego. Są one produktem przejściowym w cyklu azotowym zachodzącym w wodach naturalnych.
Azotany(III) są nietrwałe i łatwo przechodzą w amoniak lub azotany(V). Wskazane jest aby stężenie azotanów(III) w wodzie nie było większe niż l mg*dm-3.
Azotany(V) występują we wszystkich rodzajach wód. Azotany(V) do wód naturalnych dostają się ze ścieków komunalnych i przemysłowych, z pól nawożonych nawozami azotanowymi, a także z rozkładu organicznych związków azotowych. Azotany występujące w wodach powierzchniowych przyspieszają eutrofizację, co powoduje zmniejszenie wydajności procesów uzdatniania wody oraz pogarsza jej smak i zapach.
Obecność w wodzie naturalnej amoniaku, przy braku azotanów(III) wskazuje na świeże zanieczyszczenie wody ściekami zawierającymi azot.
Jeżeli w wodzie jednocześnie znajduje się amoniak i jony azotanowe(III) może to świadczyć o zanieczyszczeniu istniejącym od pewnego czasu.
Natomiast obecność azotanów(V), przy braku amoniaku i azotanów(ni), świadczy o tym, że zanieczyszczenie wody nastąpiło dawno i w tym czasie zaszedł proces samooczyszczenia wody.
Siarkowodór i siarczki mogą być pochodzenia nieorganicznego i występować w postaci rozpuszczonego siarkowodoru, rozpuszczalnych siarczków lub pochodzenia organicznego jako wynik rozkładu biochemicznego białek roślinnych i zwierzęcych w warunkach beztlenowych. Siarczki mogą również powstawać na skutek redukcji siarczanów(VI) przez bakterie siarkowe.
Siarkowodór występujący w wodzie nawet w małych stężeniach nadaje wodzie wyczuwalny, nieprzyjemny zapach. Obecność siarkowodoru w wodzie niekorzystnie wpływa na jej smak i właściwości korozyjne. Woda przeznaczona do picia nie może zawierać siarkowodoru, bez względu na jego pochodzenie organiczne czy też nieorganiczne.