Gazy rozpuszczone .

Gazy rozpuszczone w wodach naturalnych:

Należą tu przede wszystkim : CO2, O2, N2, H2S,CH4, SO2, H2, Rn, i inne

Mogą być pochodzenia :

• atmosferycznego : CO₂. O₂, N₂, SO₂, inne

• chemicznego : CO₂, H₂S, H₂,N₂,CH₄, SO₂, inne

• biochemicznego : CH₄, H₂, CO₂, N₂, H₂S, i te pochodzące z rozkładu substancji organicznych w warunkach aerobowych i anaerobowych

• Radioaktywnego : Rn, He, T

Znaczenie :

geologiczne : zmieniają właściwości wody

lecznicze : oddziałują na organizm ludzki

techniczne : działanie agresywne na materiały budowlane.

Tlen Rozpuszczony :

W wodzie pochodzi z atmosfery i niekiedy z fotosyntezy roślin wodnych. Zatem znajduje się w wodzach naturalnych mających styczność z atmosferą (opadowe, powierzchniowe, płytkie wody podziemne). Zużywany jest na oddychanie organizmów wodnych, utlenianie substancji nieorganicznych, procesy rozkładu biochemicznego substancji organicznych. W czystych wodach powierzchniowych zawartość zwykle odp 100%. Stopień nasycenia liczy się ze wzoru:

x= ( C1* 1013,25*100)/ C2*p

W tych wodach gdzie zanieczyszczenie jest organiczne O₂ zużywa się na procesy biochemiczne (rozkład tych substancji) więc jego zawartość może się zmniejszać poniżej 100% nasycenia. Im większe tego typu zanieczyszczenie tym większe jest BZT a zawartość tlenu mniejsza. Zmniejszenie jego zawartości poniżej 40% wywołuje zaburzenia w biocenozie. A kiedy zmniejszy się do zera przeważają procesy anaerobowe. Taki deficyt może być powodowany : odprowadzaniem nadmiernej ilości zanieczyszczeń organicznych do wody, odprowadzaniem ścieków o wysokiej temp. Wzrost temperatury powoduje zmniejszenie ilości O₂ rozpuszczonego w wodzie. W głębokich wodach występuję 3 okresy stagnacji (okres letni i zimowy):

1. epilimnion (warstwa nadskokowa, głębokość 2-3 m, stała cyrkulacja i kontakt z atmosferą, zawartość tlenu zależna od czystości wody)

2. Metalimnion( termoklina)(warstwa skokowa, grubość 1m, pod warstwą naskokową, niewiele O2 rozpuszczonego)

3. Hypolimnion ( warstwa podskokowa, pod termokliną, sięga dna jeziora, pozbawiona tlenu lub zawiera jego niewielkie ilości)

Okres wiosenny i jesienny ; występuje cyrkulacja na skutek zmian temp, cała woda miesza się, O2 wyrównuje się, W płytkich wodach stojących powierzchniowych, przy silnym nasłonecznieniu, dochodzi do przesycenia wody tlenem. Dzieje się tak przez intensywną fotosyntezę roślin wodnych.

Intensywniej przebiega im woda jest bardziej nasłoneczniona. Obserwuje się więc dobowe i sezonowe zmiany zawartości tlenu. Jego zawartość oznacza się w wodach powierzchniowych oraz tych w których tlen rozp jest niepożądanym składnikiem. Działanie agresywnego CO₂ i O₂ rozp :

1. 2H⁺ + Fe = H₂ + Fe ²⁺

2. H₂ + 0,5 O₂ = H₂O

3. Są to reakcje powodujące korozję przewodów i urządzeń metalowych .

Dwutlenek węgla :

Jest niemal we wszystkich wodach naturalnych. Pochodzi z atmosfery, tlenowe beztlenowe procesy rozkładu zw org. , procesy geochemiczne i metavioiczner org żywych. CO₂ jest pochłaniany z atmosfery wtedy, gdy jego zawartość w wodzie jest mniejsza niż jego rozpuszczalność. Powietrze atmosferyczne zawiera 0,03 % CO₂, ciśnienie 3,040 hPa. Dla tych warunków w CO₂ w wodzie wynosi ok 0,7 g/m-3. W wodach jeziornych i rzecznych ta zawartość jest na ogół większa więc nie pochłaniają go z atmosfery. Na ogół wydzielają one go do atmosfery. Na odwrót jest w wodach opadowych i morzach i oceanach. Najmniej CO₂ mają wody płytkie stojące., dobrze nasłonecznione i nagrzane. Fotosynteza zachodząca w tych wodach powoduje często wyczerpanie CO₂ i zwiEksza zasadowość wody pH=>8,3. Wody rzeczne i jeziorne = 10-20 g*m-3 CO2, wody podziemne = 20-40 g*m-3 CO₂. Najwięcej mają go wody mineralne.

CO₂ może występować też w postaci rozpuszczonych cząstek CO₂, 1% z nich tworzy kwas węglowy w reakcji z wodą. Kwas węglowy dysocjuje na :

1.CO₂(g) + H₂O =H₂CO₃

2.H₂CO₃ = H⁺ + HCO3-

3.HCO3- = H+ + jon CO3 2-

Równowaga między CO2 i jego jonami zależy od pH. Całkowita zawartość co2 w wodzie to suma jego zawartości w różnych postaciach.

CO2 ogólny dzieli się na : Wolny CO2 ( on dzieli się na agresywny CO2 i na Przynależny co2) oraz na związany CO2 ( dzieli się na związany CO2 =CO3 2- i na półzwiązany CO2 =HCO3-) .

CO2 powoduje korozję i stwarza problemy gospodarcze i techniczne. Higieniczny pkt widzenia = nie ma większego znaczenia jego zawartość w wodzie. Jest niekiedy wskaźnikiem stopnia zanieczyszczenia wody powierzchniowej substancjami organicznymi. Jest ważnym czynnikiem w migracji węgla w przyrodzie.

Siarkowodór:

Może być pochodzenia mineralnego, organicznego lub biologicznego.

Mineralne pochodzenie – wody podziemne w obecności CO2 i związków żelaza na skutek rozkładu siarczków metali :

1. FeS2 + C2CO2 + 2H2O = Fe(HCO3)2 +H2S +S

2.FeS + 2CO2 + 2H2O = Fe(HCO3)2 +H2S

Pochodzenia organicznego : beztlenowy rozkłąd związków organicznych zawierających siarkę.

Pochodzenia biologicznego : z siarczanó na skutek ich redukcji przez bakterie siarkowe:

3 n CaSO4 + CnH2n = 3 nCaS + nCO2 +nH2O

CaS + CO2 +H2O = CaCO3 + H2S

MeSO4 + CH4 =MeCO3 + H2S+H2O

Wody roponośne mają mało siarczanów ale więcej siarkowodoru i siarczków. Redukcja siarczanów zachodzi też w głębokich warstwach jezior, mórz i oceanów. Źródłem siarkowodoru jest też wulkan, niektóre ścieki przemysłowe.

Siarkowodór dysocjuje na :

H2S = H+ + HS-

HS- = H+ + jon S2-

W pH <5 jony HS- nie występują, siarkowodór jest jako gaz rozpuszczony, w pH = 7 są jony HS-, w wodzie o pH 5<pH<7 nie ma H2S ani jonów HS-; gdy pH > 9 H2S nie bierze się pod uwagę. Jony S2- są tylko w wodzie pH >10 .

W środowisku tlenowym H2S i siarczki utleniają się do siarki lub siarczanów:

H2S + 0.5 O2 = H2O + S

H2S +2O2 = H2SO4

Siarkowodó łatwo ulatnia się z wody do atmosfery. W wodzie gdzie jest tlen rozpuszczony , siarkowodór nie występuje bądź jest jego śladowa ilość. Jeśli woda zawiera siarkowodór to jest zanieczyszczona substancjami grganicznymi i brak jest tlenu. W wodach powierzchniowych, zbiornikach wodnych i powierzchniowych występuje na dużych głębokościach. Dużo go posiadają wody z kololic warstw roponośnych. Jego obecność daje nieprezyjemny zapach i smak. Nadaje on wodzie cechy korozyjne. Agresywne działanie ma woda zawierająca 1 g H2S w 1m3. Powoduje on rozwój bakterii siarkowych. Redukują one siarczany.

Inne gazy w wodach naturalnych :

ponadto zawierają N2, CH4, NH3, SO2, H2, CO, He, Ar, Ne, Rn i inne. Pochodzą w wodzie z atmosfery, procesów chemicznych i biochemicznych, Azot : z atmosfery i denitryfikacji azotynów i azotanów. Wodór metan i amoniak i tlenek węgla – procesy chemiczne i biochemiczne. Gazy szl;achetne – wody opadowe i powierzchniowe, podziemne. Azot argon neon hel – wody mineralne z głębokich źródeł. Wody mają różnorodny skłąd gazowy. Zależny od środowiska z którego pochodzi. Wody lodowcowe – H2S i metan. Wody morskie – deficyt tlenu. Przesycenie CO2, zawartość siarkowodoru i metanu (przez brak całkowitej cyrkulacji ). Wody opadowe i powierzchniowe – tlen, CO2, azot. Azotu jest więcej niż tlenu. Z powodu większego ciśnienia cząstkowego azotu niż tlenu. W wodach podziemnych tlen maleje wraz zgłębokością, wody wgłębne nie mają tlenu ale za to mają H2S, metan, CO2, N2, H2, Rn i inne.