wersja do nauki, Studia - inżynieria & ochrona środowiska (inż. mgr.), Technologie wody i ścieków, Pliki word

TEMPERATURA

znajomość temp wody jest potrzebna do obliczeń pH, CO2, Temperatura a szczególnie podwyższona temperatura wód jest traktowana jako zanieczyszczenie wód. Temp wód powierzchniowych przyjmuje wartości od 0 do 30kilku , podwyższona temp pogarsza jakość wody i wpływa szkodliwie na biocenozę środowiska, temp jest zmienna, Wody podziemne charakteryzują się stałą temperaturą która wynosi w granicach 8-12 ºC na głębokości około 35 m. Zmienna temp wód podziemnych w zależności od pór roku może świadczyć o kontakcie jej z wodami powierzchniowymi.

Optymalna temp wody do picia to 8-12 ºC, wód powyżej 15 ºC ma mdły smak ze względu na obniżoną rozpuszczalność gazów. Pomiar bezpośrednio w zbiorniku lub w próbce natychmiast po jej pobraniu. Wymaga się termometrów podziałce min od -5 do +50 ºC, i podziałce nie większej niż 0,2 ºC, termometry musza się wykazywać szybkim czasem ustalania temperatury. Jednocześnie z pomiarem temperatury wody, mierzy się temperaturę powietrza na wysokości 1 m nad ziemią. Często wynik podaje się jako ułamek gdzie licznik oznacza temp powietrza, a mianownik temp wody.

Wybrane parametry chemiczne

Tlen rozpuszczony – ma  podstawowe znaczenie dla procesów chemicznych i biochemicznych zachodzących w wodach naturalnych. Jest on niezbędny dla życia ryb i też innych organizmów wodnych. Wszystkie procesy zachodzące w obecności tlenu nazywają się procesami aerobowymi  czyli tlenowymi. W wodach naturalnych występują takie procesy. Procesy te jednak powodują zmniejszenie zawartości tlenu w wyniku rozkładu zanieczyszczeń w przypadku braku tlenu w wodzie ustalają się warunki anaerobowe czyli beztlenowe zachodzą wtedy procesy, w których powstają substancje gnilne.

Rozpuszczalność czystego tlenu w wodzie – w temp. 20 stopni Ci przy ciśnieniu 1 atmosfery wynosi 43,8 mg/dm3 . ponieważ powietrze zawiera tylko 21 % objętości tlenu stad przy kontakcie wody z powietrzem nasycenie tlenem wynosi około 9 mg/dm3

Rozpuszczalność tlenu w wodzie zależy -  od temp. Z jej wzrostem rozpuszczalność tlenu maleje wartości rozpuszczalności tlenu zależnie od temp. – wody są stabilizowane. Rozpuszczalność tlenu w wodzie zmniejsza się wraz z wzrostem zasolenia. Zależność ta praktycznie jest liniowa  do stężenia soli około 35 gramów/dm3 Poprawki ∆c służące do obliczenia rozpuszczonego tlenu w wodzie są również stabilizowane rozpuszczalność tlenu w wodzie w wodzie zasadowej oznaczonej jako x obliczamy ze wzoru

x=Cs-n*∆CS.

Gdzie :

n zawartość soli w wodzie w gramach na dm3 

Cs – stężenie tlenu w wodzie.

Zależność od temp. przy ciśnieniu 1 atmosfery, rozpuszczalność tlenu maleje ze spadkiem ciśnienia. Rozpuszczalność tlenu przy ciśnieniu innym niż 1 atmosfera można obliczyć za pomocą wzoru :

  Gdzie:

P- ciśnienie atmosferyczne w hPa

Pw – ciśnienie pary wodnej w kontakcie z powietrzem

Tlen w wodzie – zużywany jest ciągle w procesach biochemicznych dotyczy to rozkładu substancji organicznych, procesów oddychania organizmów żywych z tego względu w przypadku znanego dopływu zanieczyszczeń organicznych łatwo może dojść do nadmiernej zużycia tlenu i przejścia w warunki beztlenowe zużywany tlen jest uzupełniany stale tlenem doprowadzanym z atmosfery. Im deficyt tlenu rozpuszczonego jest większy tym szybkość przenikania tlenu z powietrza do wody jest większa. Napełnienie zbiorników wodnych zależy od stosunku powierzchni do całej masy wody, jak również od turbulencji warstw powierzchniowych wody. Zjawisko niedotlenienia może wystąpić przy obecności pokrzywy lądowej, jak również przy pokryciu wody warstwą oleju.

Źródłem tlenu – poza natlenianiem powierzchniowym jest również fotosynteza zawartość tlenu rozpuszczonego w wodzie jest wynikiem równowagi między zużyciem tlenu a jego dostarczeniem. Stężenie tlenu w rzekach jest równomierna w całym przekroju na równej głębokości .

W zbiornikach wodnych, jeziorach i głębokich zbiornikach zaporowych występują istotne zmiany stężenia zależne od głębokości. Stężenie tlenu w wodach powierzchniowych jest zwykle mniejsze latem, a większe zimą. Wynika to stąd że przy większej temp. rozpuszczalność tlenu jest mniejsza, a jednocześnie jest większa szybkość procesów biochemicznych zużywających tlen. W większości przypadku zawartość tlenu w wodach powierzchniowych mieści się poniżej 100% nasycenia. Duży deficyt  tlenowy jest szkodliwy dla środowiska wodnego przy zawartości tlenu poniżej 30 %nasycenie poniżej 2, 3 gramów następuje zaburzenie rozwoju wielu organizmów wodnych. Zawartość tlenu wpływa korozyjnie na własności wody w przypadku obecności organizmów dwutlenek węgla zawartość tlenu znacznie przyśpiesza proces korozji. Na ogół jednak w wodzie do picia nie ogranicza się ilości tlenu rozpuszczonego zaleca się aby ona była blisko nasycenia około 9 mg/dm3

Ocenie jakości ścieków, a zwłaszcza ma znaczenie przy ocenie ścieków oczyszczonych metodami biologicznymi. Większe ilości tlenu zawierają ścieki po komorach osady czynnego, po złożach biologicznych. Zawartość tlenu w ściekach może być pomocna przy ocenie rodzaju i charakteru zachodzących w nich procesach.

Do oznaczenia tlenu rozpuszczonego w wodach i ściekach stosowane są metody :

Winklera – może być realizowana przy zastosowaniu różnych modyfikacji : nadmanganianowa, podchlorynowa z zastosowaniem koagulacji z sodami glinowymi modyfikacje z zastosowaniem z zastosowaniem koagulacji z solami glinu lub siarczanem miedziowym i kwasem sulfamidowym.

metoda Winklera jest rodzaju odwróconego miareczkowania jodometrycznego oznaczenia polega na dodaniu do badanej próbki wody lub ścieku roztworu siarczanu manganu dwa a następnie zasadowego roztworu jodku potasu. W tych warunkach  wytrąca się biały osad wodorotlenku manganu 2 który utlenia się pod wpływem obecności próbce tlenu zmieniając swoją barwę na brunatną. Osad roztwarza się kwasem siarkowym i następuje redukcja jonów manganu o wyższej wartości do manganu dwuwartościowego z wydzieleniem jodu w ilości równoważnej do obecnego pierwotnie tlenu. Wydzielony wodny jod oznacza się metodą miareczkowa za pomocą mianowanego roztworu sodowego w obecności skrobi jako wskaźników. Przy oznaczaniu przeszkadzają substancje utleniające jodki wolnego jodu np. wodny chlor, chromiany, chloraminy, żelazo trójwartościowe oraz substancje utleniające się tlenem rozpuszczane w środowisku alkalicznym lub wolnym jodem w środowisku kwaśnym jest np. NO2 , S2 .

Metoda elektrochemiczna – wyposażonego w sondę membranową jest obecnie najbardziej użyteczna. Pozwala  na poznanie zawartości tlenu bezpośrednio w zbiorniku wodnym jest ona odpowiednia dla wód silnie zanieczyszczonych, jak i w przypadku badania toksycznych ścieków. Najważniejszym elementem jest sonda tlenowa. Tlen rozpuszczony dyfunduje przez półprzepuszczalna membranę do roztworu elektronów, a następnie do kolby gdzie ulega koagulacji mierzony prąd jest proporcjonalny do stężenia tlenu rozpuszczonego. Układ pomiarowy wymaga jednak kalibracji nowoczesnym przyrządem podają oprócz stężenia tlenu w mg/dm3 również procent nasycenia z uwzględnieniem poprawek związanych z temp. i stopniem zasolenia.

Biochemiczne zapotrzebowanie tlenu BzT – jest wskaźnikiem określającym ilość tlenu wyrażonych np. mg/dm3 potrzebne do utleniania związków organicznych i niektórych związków nieorganicznych obecnych w wodach, ściekach na drodze biochemicznej w warunkach aerobowych w temp. 20 stopni C . wody i ścieki zawierają różne substancje organiczne których całkowity rozkład może zachodzić czasie od 20 do 100 dni. Stwierdzono, że zużycie tlenu na mineralizacje materii organicznej nie jest równomierna początkowo proces ten przebiega intensywnie a następnie ulega zwolnieniu utlenienie związków organicznych zachodzi w dwóch fazach.

W pierwszej fazie która rozpoczyna się w warunkach doprowadzenia zanieczyszczeń, a kończy po 20 dniach w temp.20 stopni następuje rozkład węglowodorów i tłuszczów.

Druga faza to rozkład związków zawierających azot, rozpoczyna się po około 60do 10 dniach i który po długim czasie. Procesy biochemiczne najintensywniej przebiegają przez pierwsze pięć dni. Dlatego też BzT5 jako pięciodobowe zapotrzebowanie na tlen jest przyjmowane za wskaźnik zanieczyszczeń wody i ścieków substancjami organicznymi – łatwo rozkładającymi się.

Przebieg  reakcji bio utleniania zależy od:

- ilości mikro organizmów zawartych w wodzie

- ich aktywności biologicznej

- temperatury

- pH

- substancji toksycznych

Proces biochemicznego utleniania związków organicznych:

Metody oznaczania BzT5 :

- bezpośredniej

- rozcieńczeń

- monometryczna 

- objętościowa

-elektrolityczna

- DIRECT INPUT              INSTRUMENTALNE

- skróconą

Próbki wody czy ścieków do pomiaru BzT5powinny być pobierane nie wcześniej niż 2 godz. przed oznaczeniem pomiaru. Jeżeli sytuacja tego wymaga i konieczne jest przechowywanie próbek należy zapewnić temp.  między 0 – stopni C niż a 4 godz.

Metoda Bezpośrednia – stosowana do oznaczania dla wód czystych słabo zanieczyszczanych. Charakteryzuje się utlenialnością mniejszą poniżej 6 mg/dm3   . Polega na oznaczeniu stężenia tlenu rozpuszczonego w próbkach na początku i na końcu ..?... dobowego czasu inkubacji. Stosuje się butelki szklane o pojemności 250 – 300 które …?... doszlifowanymi korkami. Butelka po korek nie może być pęcherzyków. Inkubacje prowadzi się bez dostępu świtała. Stężenie określa się za pomocą sondy tlenowej lub Winklera metodą.

Metoda rozcieńczeń – stosuje się dla znaczenia BzT5 w wodach zanieczyszczonych i w ściekach i w zależności od zanieczyszczenia organizmów obecnych w próbce rozcieńczeń ją wodę natleniono z dodatkiem buforu, stopień rozcieńczenia ustala się szacunkowo na podstawie sporządzonej wartości BzT5, a też określa się ChzT. BzT5 (znak przybliżenia) 0,175 ChzT. Zużycie tlenu powinno mieścić się w zależności od 30 – 70 % początkowej wartości pH obojętnie nie mogą występować substancje toksyczne.

Metoda manometryczna – metody respirometryczne umożliwiają bezpośredni pomiar BzT5 i ciągły pomiar ilości tlenu zużywanego przez mikroorganizmy. Urządzenia te stanowią szkło zamknięte zapewniona stała temp. i ruch przy mieszaniu analizowanej próby.

Metoda objętościowa – polega na pomiarze objętości dostarczonego w celu zapewnienia stałego ciśnienia warstwy gazowej pomimo zużywania obecnego w próbce tlenu w procesach biochemicznych.

Metody elektrolityczne – umożliwiają one kontrolę ilości tlenu otrzymywanego przez elektrolizę w celu utrzymania na stałym poziomie jego ciśnienia cząstkowego w postaci gazowej naczynia reakcyjnego.

Metoda DIRECT INPUNT – aparat zasilany czystym tlenem z butli w celu zachowania stałego ciśnienia cząstkowego tlenu.

We wszystkich urządzeniach ważne jest, aby próbka była mieszana a dwutlenek węgla był pochłaniany mogą one współpracować z komputerem. Zakres pomiarowy wynosi od 0,05 do 1 miligrama tlenu.

Metoda B-M  - jest to pomiar BzT5, polega na pomiarze zużycia tlenu w roztworze do którego dopływ ścieków rozcieńczony w wodę bogatą w tlen wartość BzT5 jest obliczana na podstawie objętości ścieków do objętości wody rozcieńczającej. Zakres pomiarowy wynosi od 5 do 5000 mg/dm3  i urządzenia tego typu stosowane są do ciągłej kontroli oczyszczania ścieków.