BADANIE FIZYCZNE WODY

Oznaczanie temperatury (PN-77/C-04584).

Temperatura wód naturalnych może wahać się od 273 K do temperatury wrzenia. Z tego punktu widzenia są one dzielone na 6 klas od bardzo zimnej (273-7K) do wrzącej (>373K). Temperatura wód powierzchniowych, zaskórnych i infiltracyjnych, w zależności od pory roku waha się od 273-298K, jest ona także zmienna w zależności np. od głębokości zbiornika (najgłębsze warstwy mają temperaturę 277K, zbliżoną do temperatury największej gęstości wody). Wody podziemne wykazują większą stałość temperatury. Ma ona znaczny wpływ na proces samooczyszczania biologicznego wód naturalnych, proces ten ulega spowolnieniu w temperaturach niskich, zgodnie z regułą van’t Hoffa.

Temperatura wody do picia powinna wynosić 280-285K. Powyżej 288K woda jest niesmaczna, mdła i nie zaspakaja pragnienia, zaś <278K może działać szkodliwie. Równocześnie z oznaczeniem temperatury wody oznacza się temperaturę powietrza.

Wykonanie ćwiczenia. Zanurzyć termometr w kolbie z badaną wodą . Po około 1-3 min., nie wyjmując termometru z wody, odczytać wartość zmierzonej temperatury. Dokonać również pomiaru temperatury powietrza.

Podawanie wyników badań . Wynik oznaczeń podaje się w postaci ułamka, którego licznik wyraża temperaturę powietrza a mianownik temperaturę wody.

Oznaczanie barwy (PN-74/C-04558).

Barwa wody ma szczególne znaczenie przy zaopatrywaniu ludzi w wodę do picia, na potrzeby niektórych gałęzi przemysłu jak i wykorzystaniu jej do celów rekreakcyjnych.

Woda chemicznie czysta w małej objętości jest bezbarwna, w grubej warstwie ma odcień niebieskawy. Naturalna barwa wody, jej odcień i intensywność pochodzi i zależy zazwyczaj od substancji humusowych. Skala barw wody jest bardzo szeroka, od zabarwienia lekko żółtego do barwy brązowej. Wody podziemne odznaczają się małą skalą barwy naturalnej (5-20 gPt/m³), barwa wód powierzchniowych jest zmienna w szerokich granicach (np. powodowana ściekami przemysłowymi z produkcji barwników, farb i przemysłu tekstylnego, produkcji celulozy). Ścieki przemysłowe nadają wodzie barwę specyficzną. Wartości stężeń progowych dla niektórych barwników wynoszą:

Erytrozyna	0,045 g/m^3
Eozyna	0,025 g/m^3
Błękit metylenowy	0,025 g/m^3
Safranina T	0,013 g/m^3
Oranż metylowy	0,04 g/m^3
dinitrobenzen	0,5 g/m^3

Wody powierzchniowe mogą zawierać cząstki koloidalne, pochodzące z produktów rozpadu roślin oraz zawiesiny, gliny, iły i inne cząstki wyługowane z gleby. Zabarwienie wód powierzchniowych może być także spowodowane rozwojem mikroorganizmów (tzw.„zakwit”). Drobne zawiesiny – np. kłaczki strąconego Fe(OH)₃, również nadają wodzie dodatkowe zabarwienie. To zabarwienie, pochodzące od substancji zawieszonej, dające się łatwo usunąć przez filtrację nazywamy barwą pozorną. Barwa rzeczywista wody pochodzi od substancji rozpuszczalnych. Dlatego barwę wody oznacza się na próbie klarownej, pozbawionej zawiesin, po odsączeniu lub odwirowaniu zanieczyszczeń.

Rodzaje metod badań.

Do oznaczenia barwy stosuje się:

• metodę porównawczą – z wykorzystaniem skali wzorcowych roztworów platynowo-kobaltowych lub dwuchromianowo-kobaltowych. Ma ona zastosowanie przy badaniu wód naturalnych o barwie identycznej lub bardzo zbliżonej do barwy roztworów wzorcowych

• metodę opisową, charakteryzującą jakościowo rodzaj zabarwienia i ilościowo jego intensywność przez oznaczenie liczby progowej barwy. Metodę tę stosuje się przy badaniu wód o zabarwieniu odbiegającym od barwy roztworów wzorcowych wykorzystywanych w metodzie porównawczej oraz przy badaniu ścieków.

Dopuszczalna barwa wody do picia wynosi 15 mgPt/dm³. Zabarwienie wody nie świadczy o jej szkodliwości, może powodować natomiast pogorszenie smaku.

Skala barw: jednostką barwy jest zabarwienie jakie nadaje 1mgPt zawartej w chloroplatynianie potasowym K₂PtCl₆ rozpuszczonym w 1 dm³ wody destylowanej z dodatkiem 0.5mg chlorku kobaltowego CoCl₂×6H₂O.

Wykonanie ćwiczenia: odmierzyć do cylindra Nesslera 100cm³ badanej wody i oznaczyć barwę, porównując ją ze skalą wzorców, patrząc przez słup cieczy z góry na dół na białe tło. Jeśli intensywność barwy nie mieści się w zakresie skali, pomiar wykonać na próbce rozcieńczonej wodą destylowaną, uwzględniając ten fakt w obliczeniach.

Mętność (PN-79/C-04583).

Powodowana jest ona obecnością zawiesin oraz koloidów. W wodach powierzchniowych pochodzi od nierozpuszczonych substancji nieorganicznych i organicznych jak np. cząstki piasku, gliny, iły, cząstki osadów dennych, zawierających znaczne ilości wodorowęglanów wapnia, manganu lub żelaza. Mętność jest cechą wyrażającą optyczne właściwości zawiesin, polegającą na rozpraszaniu światła. Nie wykazuje ona korelacji z oznaczeniem grawimetrycznym.

Mętność wód podziemnych może pojawiać się dopiero po pewnym czasie np. w wyniku kontaktu z powietrzem. Reakcje wytrącania się węglanu wapniowego i wodorotlenku żelazowego (III) biegną zgodnie ze schematem:

Ca(HCO₃)₂ → CaCO₃ + CO₂↑ + H₂O

2 Fe(HCO₃)₂ + H₂O + ½ O₂ → 2 Fe(OH)₃ + 4 CO₂↑

Powierzchniowe wody płynące najczęściej są mętne, gdyż zawierają rozdrobnione substancje organiczne pochodzenia roślinnego, zwierzęcego, substancje humusowe, plankton, wyższe drobnoustroje, cząstki gliny, piasku, iłu, wytrącone związki żelaza, manganu, wapnia. Mętność wody jest cechą fizyczną, wpływającą przede wszystkim na wygląd i apetyczność wody. Woda mętna nie nadaje się do picia i na potrzeby gospodarcze, szczególnie gdy mętność jest pochodzenia organicznego, świadcząca o zanieczyszczeniu ściekami. Dopuszczalne zmętnienie wód użytkowych nie może przekraczać 1mg SiO₂/dm³. Jako jednostkę mętności przyjmuje się mętność takiej wody, która zawiera 1mg/dm³ SiO₂ o wymiarze SiO₂ ok. 100µm (koloid) lub kaolinu, lub koloidalny wzorzec formazynowy otrzymywany przez zmieszanie

1g (NH₂)₂ × H₂SO₄ w 100cm³ wody destylowanej

10g (CH₂)₆N₄ (urotropina) w 100cm³ wody destylowanej

Pobiera się po 10cm³ takich roztworów do kolby poj. 200cm³, miesza, pozostawia na 24 godz. i uzupełnia wodą destylowaną. Wzorzec taki ma mętność 400mg/dm³.

Wykonanie ćwiczenia wizualną metodą turbidymetryczną: badaną próbkę dokładnie wymieszać i wlać do kolby miarowej poj. 200cm³, następnie porównać ją z przygotowanymi wzorcami mętności. Porównanie przeprowadzić na tle okna, trzymając kolby na wysokości oczu. Należy pamiętać o dobrym wymieszaniu wzorców oraz wody badanej. Jeśli mętność jest większa niż skala wzorców, próbkę rozcieńczyć wodą destylowaną , uwzględniając ten fakt przy obliczaniu wyników oznaczenia.

Zapach (PN-72/C-04557).

Zapach należy do czynników organoleptycznych, którego ocena zależy od indywidualnych odczuć człowieka – jego powonienia. Aby wyeliminować błędy należy oceniać zapach wody przez zespół trzyosobowy.

Woda chemicznie czysta jest bezwonna. Zapach wód naturalnych może być spowodowany przez występujące w nich różne wonne substancje, przeważnie pochodzenia organicznego, ale także nieorganicznego np. siarkowodór i fosforowodór, związki lotne, produkty rozkładu substancji organicznych, wyższe drobnoustroje. Może także pochodzić od zanieczyszczeń ściekami bytowo-gospodarczymi lub przemysłowymi. Naturalne zapachy wód powierzchniowych są powodowane przez glony (wydzielające olejki eteryczne, szczególnie intensywne w czasie zakwitów), pleśnie, grzyby wodne i pierwotniaki. Wpływ na zapach mają także osady denne oraz procesy fizykochemiczne i biologiczne, zachodzące w tym środowisku. Wody podziemne w większości przypadków są bezwonne.

Siarkowodór w wodach podziemnych jest produktem rozkładu siarczków metali lub redukcji biochemicznej siarczanów.

FeS + 2CO₂ + 2H₂O → H₂S + Fe(HCO₃)₂

MeSO₄ + CH₄ → MeCO₃ + H₂S + H₂O

H₂S pojawia się także w wyniku anaerobowego rozkładu białek jak cystyna i cysteina.

Cystyna	Cysteina

Stężenie siarkowodoru w atmosferze równe jest zeru, gdyż szybko wydziela się do atmosfery lub utlenia np. pod wpływem tlenu rozpuszczonego w wodzie.

H₂S + 1/2O₂ → H₂O + S

Rozróżnia się trzy zasadnicze grupy zapachów:

• zapach roślinny (R), spowodowany obecnością substancji organicznych, nie będących w stanie rozkładu i nie nadających wodzie cech przykrych. Do takich zapachów należy zapach ziemi, siana, trawy, torfu, mchu i kwiatów.

• zapach gnilny (G) jest wywoływany obecnością ciał organicznych w stanie rozkładu gnilnego i nadający wodzie nieprzyjemną woń, np. zapach siarkowodoru, stęchlizny, pleśni, fekaliów.

• zapach specyficzny (S) jest to zapach nienaturalny, powodowany obecnością ciał nie występujących w wodach naturalnych np. chlor, fenol, benzen, denaturat, smoła nafta. W badaniach zapachu, w nawiasie podaje się bliższe określenie zapachu np.S(chlor)

Zapach roślinny i gnilny są zapachami pochodzenia naturalnego.

Oprócz rozpoznania zapachu wody należy zwrócić uwagę na jego intensywność.

Rozróżniamy 5 stopni natężeń zapachu:

Natężenie	Wyczuwalność zapachu	Określenie zapachu
0	brak	---
1	bardzo słaby	trudno wyczuwalny
2	słaby	łatwo wyczuwalny
3	wyraźny	dyskwalifikuje wodę do picia
4	silny	dyskwalifikuje wodę do picia i na potrzeby gospodarcze
5	bardzo silny	dyskwalifikuje zupełnie użytkowanie wody

Zapach jest bardzo czułym i ważnym wskaźnikiem obecności niektórych związków i oceny jakości wody do picia na potrzeby gospodarcze i przemysłu spożywczego. Zapach wody oznacza się na zimno (z) w temperaturze pokojowej (20±1°C) i na gorąco (g) w temp. 60±1°C. Oznaczenie należy wykonywać na miejscu pobrania próby lub jak najszybciej po pobraniu. Zapachy G i S dyskwalifikują wodę do picia. Woda do picia powinna mieć zapach akceptowalny.

Wykonanie ćwiczenia:

(oznaczenie na zimno) – odmierzyć do kolby stożkowej 100cm³ badanej wody, dokładnie wymieszać i wąchać przy wylocie kolby. Określić rodzaj zapachu i jego intensywność w skali 6-stopniowej;

(oznaczenie na gorąco) – odmierzyć do kolby stożkowej 100cm³ badanej wody, przykryć szkiełkiem zegarkowym i podgrzać na łaźni wodnej do temp.60°C. Po zdjęciu z łaźni wymieszać zawartość kolby i natychmiast oznaczyć rodzaj i intensywność zapachu.

Smak (PN-72/C-04557).

Smak jest również wskaźnikiem organoleptycznym i jest określany wyjątkowo rzadko ze względu na możliwość zakażenia się wykonujących tego rodzaju badania chorobami przenoszonymi przez wodę. Smak wód naturalnych zależy od temperatury wody, ilości i rodzaju gazów rozpuszczonych w wodzie oraz jej składu chemicznego. Rozróżnia się smaki wody: gorzki, słodki i kwaśny. Inne wrażenia smakowe uważa się za posmak wody. Woda do picia powinna być bez smaku.

Przewodnictwo właściwe (konduktancja elektrolitów). (PN-77/C-04542)

Przewodność elektrolityczna właściwa roztworu wodnego jest to zdolność do przewodzenia prądu elektrycznego (inaczej zwana konduktywnością elektrolityczną roztworu). Prąd elektryczny jest przenoszony w roztworze w wyniku ruchu jonów -im większe stężenie jonów tym wyższa jest jego przewodność . Chemicznie czysta woda jest złym przewodnikiem elektryczności, co wynika z bardzo małego stopnia dysocjacji czystej wody na kation wodorowy (w rzeczywistości występuje one w wodzie jako jon hydroniowy H₃O⁺) i anion wodorotlenowy:

H₂O H⁺ + OH^-

Przewodność właściwa czystej wody wynosi 0.038µS/cm w 18°C.

W wodach naturalnych jony przewodzące prąd pochodzą głównie z dysocjacji związków nieorganicznych. Związki organiczne występujące w wodzie nie ulegają dysocjacji lub ulegają dysocjacji w małym stopniu. Oznacza to, że pomiar przewodności świadczy o mineralnym zanieczyszczeniu wody. Przewodność wynikająca z zawartości zanieczyszczeń organicznych jest zwykle nieznaczna. Z wielkości przewodnictwa właściwego wody można w przybliżeniu określić zasolenie, suchą pozostałość i zawartość substancji rozpuszczonych.

Przewodność (konduktancja) jest odwrotnością oporu (rezystywności) elektrycznego słupa cieczy, zawartego pomiędzy elektrodami o powierzchni 1cm² i odległości między nimi 1m.

κ- konduktywność elektryczna [Ω^-1m^-1], ρ - rezystywność [Ωm].

Z wielkości przewodnictwa właściwego wody można w przybliżeniu określić: zasolenie, suchą pozostałość, zawartość substancji rozpuszczonych.

-zasolenie: mg NaCl/dm³ = fκ

κ - przewodność właściwa µS/cm

f – współczynnik przeliczeniowy:

f₁ = 0,52 dla stężeń 0-10 mg NaCl/dm³

f₂ = 0,55 dla stężeń powyżej 10 mg NaCl/dm³

-sucha pozostałość: mg/dm³ = fκ

f = współczynnik przeliczeniowy 0,55-0,9 należy wyznaczyć go doświadczalnie dla danej wody

-substancje rozpuszczone: mg/dm³ = fκ

f = współczynnik przeliczeniowy 0,55-0,75 należy wyznaczyć go doświadczalnie dla danej wody

Przewodność właściwa wynosi dla:

-świeżo destylowanej wody 0,5-2 µS/cm

-wód powierzchniowych przeciętnie 50-1000 µS/cm

-ścieków może to być kilka tysięcy µS/cm

Konduktancja zależy od temperatury i z każdą zmianą o 1°C zmienia się o 2%. Badania wykonuje się najczęściej w temperaturze 293K (20°C), dla innych temperatur stosuje się wzór korekcyjny:

κ_T = κ₂₉₃ [1 + α (T – 293)]

gdzie: κ_T, κ₂₉₃ konduktywność w temp. T i 293K, T – temperatura w skali bezwzględnej, α - współczynnik określany doświadczalnie

Dopuszczalna wartość przewodności w wodzie do picia w temp. 20^oC wynosi 2500 mS/cm.

Gwałtowne zmiany konduktywności wody świadczą o przedostaniu się do niej związków nieorganicznych (elektrolitów). Substancje powierzchniowo – czynne (tłuszcze, oleje, smoły) powodują zafałszowanie wyników wskutek zanieczyszczenia elektrod aparatu pomiarowego.

Metody oznaczeń. Mierzona przewodność właściwa jest przewodnością słupa cieczy o grubości 1cm i przekroju 1cm². Jednostką miary jest simens S, który jest odwrotnością oma Ω. W badaniach wody przewodność właściwą wyraża się w µS/cm. pomiar polega na zanurzeniu do wody elektrod, przyłączeni odpowiedniego napięcia i pomiarze oporności roztworu. Do pomiaru stosuje się konduktometry.

Wykonanie ćwiczenie: oznaczenie przewodnictwa dokonujemy na konduktometrze (mierniku przewodności) wyposażonym w czujnik zanurzeniowy. Czujnik, przepłukany wodą destylowaną zanurzamy w badanej próbce i odczytujemy wartość przewodności w temperaturze 20°C (293K), postępując zgodnie z instrukcją obsługi miernika.