Βασικές παράμετροι ελέγχου ποιότητας νερού και λυµάτων

Transcript

1 Βασικές παράμετροι ελέγχου ποιότητας νερού και λυµάτων ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΡΟΛΟΓΟΣ.. 2 Σελίδα 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Γενικά Εξοπλισµός και οργάνωση εργαστηρίου ΘΕΜΕΛΙΩΔΕΙΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΤOΝ ΙΔΙΟΤΗΤΩΝ ΤΟΥ ΝΕΡΟΥ Γενικά Η ποιότητα των φυσικών νερών 5 3. ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΩΝ ΠΟΙΟΤΗΤΑΣ ΝΕΡΟΥ ΚΑΙ ΛΥΜΑΤΩΝ Θολότητα Χρώµα Οσµή και γεύση Θερµοκρασία Αγωγιµότητα Αλατότητα Οξύτητα και αλκαλικότητα Διαλυµένο οξυγόνο Χλωριούχα ιόντα Στερεές ουσίες στο νερό Σκληρότητα νερού Μετρήσεις θρεπτικών αλάτων Μετρήσεις µετάλλων ΤΥΠΟΠΟΙΗΜΕΝΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ΟΡΓΑΝΙΚΟΥ ΡΥΠΑΝΤΙΚΟΥ ΦΟΡΤΙΟΥ ΛΥΜΑΤΩΝ Βιοχηµικά απαιτούµενο οξυγόνο (ΒΟD5) Χηµικά απαιτούµενο οξυγόνο (COD) Ολικός οργανικός άνθρακας (TOC) ΜΙΚΡΟΒΙΟΛΟΓΙΚΕΣ ΑΝΑΛΥΣΕΙΣ Γενικά Μέθοδος διηθητικών µεµβρανών (MF) ΚΑΘΙΖΗΣΗ ΔΕΙΚΤΗΣ ΟΓΚΟΥ ΙΛΥΟΣ ΚΡΟΚΙΔΩΣΗ ΙΖΗΜΑΤΟΠΟΙΗΣΗ ΠΡΟΣΡΟΦΗΣΗ ΑΠΟΛΥΜΑΝΣΗ ΝΕΡΟΥ ΛΥΜΑΤΩΝ Μέτρηση υπολειµµατικού χλωρίου ΜΙΚΡΟΣΚΟΠΙΚΗ ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΗ ΜΙΚΡΟΟΡΓΑΝΙΣΜOΝ ΣΕ ΔΕΙΓΜΑ ΕΝΕΡΓΟΥ ΙΛΥΟΣ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ Σελίδα 1 από 37

2 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Ο µηχανικός που ασχολείται µε υδρεύσεις, αποχετεύσεις, επεξεργασία νερού και λυµάτων, διαχείριση υδρολογικών λεκανών, µελέτες περιβαλλοντικών επιπτώσεων κ.λ.π. βρίσκεται πολλές φορές αντιµέτωπος µε προβλήµατα που προκύπτουν από τη διαφορετική σύσταση του νερού ή των αποβλήτων και κατά συνέπεια πρέπει να επιλέξει τις κατάλληλες µεθόδους για τη σωστή διαχείριση και επεξεργασία τους. Η εφαρµογή κατάλληλων µεθόδων και τεχνικοοικονοµικών λύσεων σε ένα σύστηµα επεξεργασίας νερού ή αποβλήτων προϋποθέτει σφαιρική γνώση του αντικειµένου, έτσι ώστε οι περιβαλλοντικοί στόχοι που τίθενται να προωθούν τη βιώσιµη χρήση του νερού µέσα από τη µακροπρόθεσµη προστασία των διαθέσιµων υδατικών πόρων. Οι σηµειώσεις αυτές περιορίζονται σε συγκεκριµένες, βασικές γνώσεις και καλύπτουν τις ανάγκες του µηχανικού. Χωρίς να απαιτούνται ιδιαίτερες γνώσεις χηµείας και µε τη χρήση ελάχιστου εξοπλισµού επιχειρείται µια σχετικά απλή προσέγγιση του αντικειµένου µε βάση τη σχετική νοµοθεσία, τη διεθνή βιβλιογραφία και την εµπειρία του γράφοντα σε θέµατα ελέγχου ποιότητας νερού και αποβλήτων. Ειδικότερα, περιγράφονται µε συντοµία οι ιδιότητες του νερού και κάποιες κλασικές µέθοδοι ανάλυσης των πιο βασικών φυσικοχηµικών και µικροβιολογικών παραµέτρων οι οποίες µπορούν να εφαρµοστούν στην επεξεργασία του νερού και των λυµάτων. Για περαιτέρω εµβάθυνση απαιτούνται ιδιαίτερες γνώσεις χηµείας, ενηµέρωση για την ανάπτυξη νέων αναλυτικών εφαρµογών και συνεργασία µε πιο ειδικούς επιστήµονες. Σελίδα 2 από 37

3 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1.1 Γενικά Οι χηµικές και µικροβιολογικές αναλύσεις στις οποίες υποβάλλεται το νερό ορίζονται από τη σχετική νοµοθεσία. Το ίδιο ισχύει και για τα λύµατα και τα βιοµηχανικά απόβλητα. Τα ποιοτικά χαρακτηριστικά των αποβλήτων µετά την επεξεργασία τους ορίζονται κατά περίπτωση µετά τον χαρακτηρισµό του τελικού τους αποδέκτη. Στο ΦΕΚ 892 τεύχος Β, 11/07/2001 δηµοσιεύτηκε η ΚΥΑ Υ2/2600/2001 η οποία αναφέρεται στην «Ποιότητα του νερού ανθρώπινης κατανάλωσης» σε συµµόρφωση προς την οδηγία 98/83/ΕΚ του Συµβουλίου της Ευρωπαϊκής Ένωσης της 3 ης Νοεµβρίου Η συγκεκριµένη Κοινή Υπουργική Απόφαση έχει στόχο την προστασία της ανθρώπινης υγείας από τις δυσµενείς επιπτώσεις που οφείλονται στη ρύπανση ή στη µόλυνση του νερού ανθρώπινης κατανάλωσης διασφαλίζοντας ότι αυτό είναι υγιεινό και καθαρό. Ως νερό ανθρώπινης κατανάλωσης νοείται: το νερό, είτε στη φυσική του κατάσταση είτε µετά από επεξεργασία, που προορίζεται για πόση, µαγείρεµα, παρασκευή τροφής ή άλλες οικιακές χρήσεις, ανεξάρτητα από την προέλευσή του και από το εάν παρέχεται από δίκτυο διανοµής, από βυτίο, ή σε φιάλες ή δοχεία. το νερό που χρησιµοποιείται στις επιχειρήσεις παραγωγής τροφίµων για την παρασκευή, επεξεργασία, συντήρηση ή εµπορία προϊόντων ή ουσιών, που προορίζονται για ανθρώπινη κατανάλωση. Οι παράµετροι ελέγχου της ποιότητας του νερού (χηµικές, ενδεικτικές και µικροβιολογικές) που ορίζονται στην παραπάνω ΚΥΑ παρατίθενται στον πίνακα Εξοπλισµός και οργάνωση του εργαστηρίου Ένα εργαστήριο που ασχολείται µε ελέγχους ποιότητας νερού και λυµάτων διαθέτει πέρα από τον πάγιο βασικό εξοπλισµό, γυάλινα σκεύη, βασικά όργανα και διάφορες αναλυτικές συσκευές. Υπάρχουν συσκευές οι οποίες είναι φορητές και πολύ εύκολες στη χρήση (ph- µετρα, οξυγονόµετρα, αγωγιµόµετρα κ.λ.π.) και άλλες (φασµατοφωτόµετρα, χρωµατογράφοι, αυτόµατοι αναλυτές άνθρακα και αζώτου κ.λ.π.) οι οποίες απαιτούν θεµελιώδεις γνώσεις αναλυτικής χηµείας, ιδιαίτερα για κάποιον που δεν είναι χηµικός. Πολλές φορές όµως ο Πολιτικός Μηχανικός προΐσταται σε χώρους και εγκαταστάσεις που διαθέτουν χηµικά εργαστήρια και η εκπαίδευση και η εξοικείωσή του µε το χώρο και τα όργανα ενός εργαστηρίου τεχνικής περιβάλλοντος κρίνεται απαραίτητη. Σελίδα 3 από 37

4 Ιδιαίτερη µέριµνα λαµβάνεται στον τρόπο της δειγµατοληψίας, τη µεταφορά και τη συντήρηση των δειγµάτων στο εργαστήριο καθώς επίσης και στην προκατεργασία ορισµένων δειγµάτων πριν από την ανάλυση. Οι περιπτώσεις αυτές ποικίλουν και δεν µπορούν να παρατεθούν εδώ. Ο µηχανικός ο οποίος επιθυµεί να εµβαθύνει στο αντικείµενο µπορεί να ζητήσει τη βοήθεια ενός χηµικού και να ανατρέξει στη βιβλιογραφία και τη σχετική νοµοθεσία. Σε όλα τα χηµικά εργαστήρια τηρούνται κανόνες σύµφωνα µε τα ισχύοντα διεθνή πρότυπα, για την ασφάλεια και την υγεία των εργαζοµένων σε αυτά. Ιδιαίτερη προσοχή δίνεται στον κατάλληλο αερισµό των χώρων, στην πυροπροστασία του εργαστηρίου, στην προστασία των µατιών και του δέρµατος και γενικά σε ότι έχει σχέση µε την υγιεινή εργασίας των εργαζοµένων. Η καλή οργάνωση, η καθαριότητα, η µεθοδικότητα στην εργασία και η ανανέωση του εξοπλισµού συµβάλλουν στην αξιοπιστία των µετρήσεων που διενεργούνται σε ένα εργαστήριο. Πίνακας 1. Παράµετροι ελέγχου ποιότητας νερού ανθρώπινης κατανάλωσης (ΦΕΚ 892 / τεύχος Β ) Σελίδα 4 από 37

5 2. ΘΕΜΕΛΙΩΔΕΙΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΤOΝ ΙΔΙΟΤΗΤΩΝ ΤΟΥ ΝΕΡΟΥ 2.1 Γενικά Το νερό έχει µοναδικές φυσικοχηµικές ιδιότητες και είναι ο καλύτερος διαλύτης. Η µοριακή του δοµή εξηγεί την ικανότητά του να διαλύει µεγάλο αριθµό ενώσεων, την αποτελεσµατικότητά του ως υγρό για εναλλαγή θερµότητας, την υψηλή του πυκνότητα καθώς και την αντίστροφη επίδραση της θερµοκρασίας στο ιξώδες του. Ο δεσµός υδρογόνου είναι υπεύθυνος για τις µοναδικές ιδιότητες του νερού. Συσχετιζόµενο µε άλλες ενώσεις µε παρόµοιο µοριακό βάρος το νερό έχει υψηλότερο σηµείο τήξης και βρασµού, µε αποτέλεσµα να είναι υγρό και όχι αέριο σε συνθήκες περιβάλλοντος. Επίσης, ο δεσµός υδρογόνου εξηγεί τη µεγάλη του ειδική θερµότητα, πυκνότητα, ιξώδες και επιφανειακή τάση. Η πυκνότητά του εξαρτάται από την θερµοκρασία. Σε 0 o C ο πάγος έχει πυκνότητα 0,91671 g/ml, ενώ το νερό στους 0 o C έχει πυκνότητα 0,99867 g/ml. Η µέγιστη πυκνότητα του νερού είναι 1,0000 g/ml στους 3.98 o C. Ο πάγος τήκεται στους 0 o C και σχηµατίζει υγρό νερό. Το υγρό νερό βράζει και µετατρέπεται σε ατµό στους 100 o C σε πίεση 1 atm. Αν το νερό περιέχει διαλυτά συστατικά, η θερµοκρασιακή περιοχή που είναι υγρό επεκτείνεται. Η θερµοκρασία βρασµού αυξάνεται και η θερµοκρασία πήξης ελαττώνεται. Η ειδική θερµότητα του νερού εξαρτάται από την κατάστασή του. Ο πάγος και ο ατµός έχει ειδική θερµότητα 0.5 cal/g ο C και το νερό έχει ειδική θερµότητα 1 cal/g ο C. Η υψηλή ειδική θερµότητα του νερού το καθιστά ιδιαίτερα ελκυστικό µέσο για τη µεταφορά θερµότητας σε βιοµηχανικές διεργασίες. Ο συντελεστής ιξώδους (ν) του νερού µειώνεται καθώς αυξάνεται η θερµοκρασία, ως συνέπεια της µείωσης των ενδοµοριακών έλξεων. Η µείωση του ιξώδους του, καθώς αυξάνεται η θερµοκρασία, επιδρά στις φυσικοχηµικές διεργασίες επεξεργασίας του. 2.2 Η ποιότητα των φυσικών νερών Τα φυσικά νερά περιέχουν διάφορες ουσίες οι οποίες είναι ή διαλυµένες ή αιωρούνται και οι οποίες προέρχονται από τα πετρώµατα του υπεδάφους, τους φυτικούς και ζωικούς οργανισµούς καθώς και την ατµόσφαιρα. Το ποιοτικά χαρακτηριστικά του νερού ταξινοµούνται συνήθως σε φυσικά, χηµικά (ανόργανα και οργανικά) και βιολογικά. Μπορούν επιπλέον να διαχωριστούν σε αυτά που σχετίζονται µε την ανθρώπινη υγεία ή την αισθητική, ενώ για περισσότερο εξειδικευµένους σκοπούς µπορούν να διαχωριστούν σε υποοµάδες. Τα επικρατέστερα ανόργανα συστατικά ενός φυσικού νερού είναι το ασβέστιο (Ca 2+ ), το µαγνήσιο (Mg + ), το νάτριο (Na + ), το κάλιο (K + ), τα όξινα ανθρακικά (HCO 3 ), τα θειικά (SO4 ), τα χλωριούχα (Cl ), τα νιτρικά (NO3 ) και τα πυριτικά (SiO2 ). Άλλα + - ιόντα, όπως αµµωνιακά (NH 4 ), νιτρώδη (NO2 ), φωσφορικά 3- (PO4 ), σίδηρος (Fe), µαγγάνιο (Mn) και φθόριο (F), τα οποία υπάρχουν σε µικρότερες συγκεντρώσεις, είναι σηµαντικά είτε για τη βιολογία του νερού είτε γιατί επηρεάζουν συγκεκριµένες βιοµηχανικές Σελίδα 5 από 37

6 εφαρµογές του. Επίσης, είναι δυνατόν να υπάρχει στο νερό κάθε στοιχείο του περιοδικού πίνακα σε συγκεντρώσεις µερικών µg/l (ιχνοστοιχεία), προερχόµενο είτε από το γήινο υπόβαθρο της περιοχής είτε από γεωργική ή βιοµηχανική χρήση. Τα οργανικά συστατικά στο νερό προέρχονται από τη φυσική αποικοδόµηση υλικών φυτικής και ζωικής προέλευσης ή από βιοµηχανική, αστική και αγροτική ρύπανση. Πολλές φορές τα φυσικά νερά περιέχουν ουσίες προερχόµενες από τις ανθρώπινες δραστηριότητες. Τότε θεωρούµε ότι τα νερά έχουν ρυπανθεί και θα πρέπει να καθοριστεί η χρήση τους ανάλογα µε το βαθµό καθαρότητάς τους. Για το σκοπό αυτό καθορίζονται ορισµένες παράµετροι οι οποίες ελέγχουν την έκταση της ρύπανσης. Με βασικό στόχο την αποφυγή της ρύπανσης, τη διασφάλιση της ανθρώπινης υγείας και τη διατήρηση της οικολογικής ισορροπίας θεσπίσθηκαν νόµοι και προδιαγραφές για την ποιότητα των νερών των φυσικών αποδεκτών. Σελίδα 6 από 37

7 3. ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΩΝ ΠΟΙΟΤΗΤΑΣ ΝΕΡΟΥ ΚΑΙ ΛΥΜΑΤΩΝ 3.1 Θολότητα Σαν θολότητα ορίζεται η αντίσταση του νερού στην διέλευση του φωτός και οφείλεται κυρίως στην ύπαρξη αργίλου σε αιώρηση και άλλων λεπτόκοκκων και κολλοειδών υλών. Η θολότητα µετρείται σε µονάδες θολότητας (NTU) (Nephelometric Turbidity Unit) ή σε mg/l (ppm) διοξειδίου του πυριτίου (SiO2), δηλαδή θολότητα που οφείλεται στην περιεκτικότητα 1 mg πυρόλιθου (SiO2) σε 1 lt νερού. Θολότητα που υπερβαίνει τα 0.5 ppm αρχίζει να γίνεται αντιληπτή µε γυµνό µάτι. Το πρότυπο όργανο µέτρησης της θολότητας είναι το θολερόµετρο, ένα όργανο µε πηγή φωτός η οποία διέρχεται από το προς εξέταση δείγµα και έχει ένα ή περισσότερους φωτοηλεκτρικούς ανιχνευτές, µε σύστηµα ένδειξης της έντασης του διαχεοµένου φωτός σε γωνία 90º ως προς την προσπίπτουσα δέσµη. Τα 10 ppm της κλίµακας SiΟ2 θεωρούνται σαν ανώτατο επιτρεπτό όριο θολότητας, συνιστάται όµως µη υπέρβαση των 5 ppm όταν πρόκειται για πόσιµο νερό. 3.2 Χρώµα Το χρώµα στο νερό είναι αισθητικά ανεπιθύµητο. Το καθαρό φυσικό νερό είναι διαυγές και άχρωµο σε µικρές µάζες. Όµως η παρουσία ορισµένων µεταλλικών ιόντων, όπως σιδήρου (Fe) και µαγγανίου (Mn) που βρίσκονται στη φύση, προσδίδουν στο νερό κάποιο χρώµα. Ακόµα το χρώµα στο φυσικό νερό µπορεί να οφείλεται σε άλλες χηµικές ενώσεις, στο πλαγκτόν και σε βιοµηχανικά απόβλητα (π.χ. απόβλητα βαφείων κ.α.). Πολλές φορές το χρώµα χρησιµεύει και σαν ιχνηλάτης για τον προσδιορισµό του τόπου προέλευσης του νερού και έτσι µπορεί να θεωρηθεί και έµµεσος δείκτης µόλυνσης. Για παράδειγµα το κοκκινωπό χρώµα είναι ενδεικτικό ύπαρξης ενώσεων σιδήρου, ενώ το γαλάζιο οφείλεται σε ύπαρξη χαλκού (Cu) ή των ενώσεών του. Το µελανό χρώµα µπορεί να οφείλεται σε ύπαρξη οργανικών οξέων και τανίνης. Ο προσδιορισµός του χρώµατος στηρίζεται στην οπτική σύγκριση του δείγµατος µε έγχρωµο διάλυµα γνωστής συγκέντρωσης που παρασκευάζεται στο εργαστήριο. Το δείγµα συγκρίνεται µε πρότυπα διαλύµατα της κλίµακας Πλατίνας Κοβαλτίου (Pt/Co) και το αποτέλεσµα της παρατήρησης εκφράζεται σε mg/l. Η ένταση του χρώµατος δεν πρέπει να υπερβαίνει τα 20 ppm και κατά προτίµηση να είναι µικρότερη των 10 ppm της κλίµακας Pt/Co. 3.3 Οσµή και γεύση Τα δύο αυτά χαρακτηριστικά συνδέονται µε το χρώµα και είναι δυνατόν να προέρχονται από διάφορες χηµικές ουσίες, από διαλυµένες ή από εν αιωρήσει οργανικές ουσίες σε αποσύνθεση, ή τέλος από µικροοργανισµούς και από διαλυµένα στο νερό αέρια. Οι ιδιότητες αυτές εκφράζονται συνήθως µόνον ποιοτικά σαν έντονες, µέτριες ασθενείς κ.λ.π. Το προς πόση νερό πρέπει να είναι απαλλαγµένο από κάθε ίχνος δυσάρεστης οσµής ή Σελίδα 7 από 37

8 γεύσης. Τα προβλήµατα γεύσης στο νερό οφείλονται στα διαλυµένα άλατα (Total Dissolved Solids TDS), καθώς επίσης στην παρουσία κάποιων συγκεκριµένων µετάλλων, όπως είναι ο σίδηρος (Fe), ο χαλκός (Cu), το µαγγάνιο (Mn) και o ψευδάργυρος (Zn). Τα νερά µε σύνολο διαλυµένων αλάτων µικρότερο από 1200 mg/l δεν παρουσιάζουν προβλήµατα γεύσης και είναι αποδεκτά από τον καταναλωτή, αν και πρέπει να προτιµάται συγκέντρωση µικρότερη από 500 mg/l. Μερικά άλατα, όπως για παράδειγµα το χλωριούχο µαγνήσιο (MgCl2), παρουσιάζουν µεγαλύτερα προβλήµατα γεύσης. Αντίθετα η γεύση των θειικών αλάτων του µαγνησίου και ασβεστίου είναι λιγότερο δυσάρεστη. Το πιο κοινό παράπονο των καταναλωτών για το νερό των δικτύων ύδρευσης, σε σχέση µε την οσµή και τη γεύση, αφορά τη χλωρίωση. Το όριο γεύσης του χλωρίου σε ουδέτερο ph είναι 0.2 mg/l, το οποίο αυξάνει σε 0.5 mg/l για τιµή ph = 9. Επίσης, το όριο γεύσης της µονοχλωραµίνης εκτιµάται σε 0.48 mg/l. Το µεγαλύτερο όµως πρόβληµα µε τη χλωρίωση του νερού είναι η δηµιουργία οσµής και γεύσης από τις ενώσεις που προκύπτουν κατά την αντίδραση του χλωρίου µε τα οργανικά συστατικά του νερού. Η αποικοδόµηση φυτικών υλικών και τα προϊόντα µεταβολισµού των µικροοργανισµών είναι οι περισσότερο πιθανές αιτίες δηµιουργίας γεύσης και οσµής στα επιφανειακά νερά. Οι µικροοργανισµοί που δηµιουργούν συνήθως τέτοια προβλήµατα είναι τα νηµατοειδή βακτήρια, οι ακτινοµύκητες και τα πράσινο-µπλε φύκια, αν και είναι δυνατή η δηµιουργία τέτοιων προβληµάτων και από άλλους µικροοργανισµούς. Δύο προϊόντα µεταβολισµού των ακτινοµυκήτων και των πράσινο-µπλε φυκιών που ταυτοποιήθηκαν είναι η γεωσµίνη και η µεθυλοϊσοβορνεόλη (ΜΙΒ). Τα συστατικά αυτά είναι ιδιαίτερα δύσοσµα και υπεύθυνα για την πολύ γνωστή οσµή γαιώδους µούχλας που προσδίδουν στο νερό. Αρκετά υπόγεια νερά έχουν δυσάρεστη οσµή αλλά και γεύση που οφείλεται στο περιεχόµενο υδρόθειο (H2S). Το υδρόθειο στα υπόγεια νερά προέρχεται συνήθως από την αναγωγή των θειικών εξαιτίας αναερόβιων βιολογικών διεργασιών. Η οσµή αλλοιωµένου αυγού µπορεί να ανιχνευθεί σε συγκεντρώσεις µεγαλύτερες από 0.1 mg/l. Το βακτηρίδιο που είναι συνήθως υπεύθυνο για την παραγωγή του υδρόθειου είναι το Desulfovibrio desulfuricans. Άλλες θειούχες ενώσεις, που οφείλονται σε µικροβιολογικές δράσεις και δηµιουργούν οσµές και γεύσεις έλους ιχθύος, είναι τα µεθυλοπολυσουλφίδια και η µεθυλοµερκαπτάνη. 3.4 Θερµοκρασία Η µέτρηση της θερµοκρασίας είναι σηµαντικός παράγοντας στη µελέτη ενός υδάτινου συστήµατος. Η αύξηση π.χ. της θερµοκρασίας σε έναν υδάτινο αποδέκτη µειώνει την ποσότητα του διαλυµένου οξυγόνου και αυξάνει την ταχύτητα των χηµικών αντιδράσεων που επιτελούνται εκεί. Ακόµα δηµιουργείται µια όχι φυσική κατάσταση για τη χλωρίδα και τη πανίδα. Η υπέρβαση του ορίου αντοχής των διαφόρων ζωικών και φυτικών οργανισµών οδηγεί στη νέκρωσή τους. Η κυριότερη συνέπεια είναι βέβαια η µείωση του διαλυµένου Σελίδα 8 από 37

9 οξυγόνου. Η µείωση αυτή δεν οφείλεται µόνο στην αύξηση της θερµοκρασίας του υδατικού χώρου αλλά και στο γεγονός ότι το θερµό νερό σαν ειδικά ελαφρύτερο παραµένει στην επιφάνεια δηµιουργώντας ένα στρώµα θερµότερο (φαινόµενο αναστροφής), µε µικρότερη ικανότητα διάλυσης του ατµοσφαιρικού οξυγόνου. Η πλέον επιθυµητή διακύµανση της θερµοκρασίας του νερού που προορίζεται για πόσιµο είναι µεταξύ 5 και 12 ο C. Πάνω από τους 12 ο C το νερό καθίσταται λιγότερο κατάλληλο για ορισµένες χρήσεις. Εκτός από την αισθητική και γευστική επίδραση της θερµοκρασίας στο νερό, η υψηλή θερµοκρασία συντελεί και στην αύξηση του πολλαπλασιασµού των µικροοργανισµών. Οι µετρήσεις της θερµοκρασίας γίνονται µε υδραργυρικά ή ψηφιακά θερµόµετρα. 3.5 Αγωγιµότητα Αγωγιµότητα είναι η αριθµητική έκφραση των ηλεκτρικών φορτίων που φέρει ένα διάλυµα. Η τιµή αυτή εξαρτάται από την ολική συγκέντρωση των ιονιζοµένων ουσιών που είναι διαλυµένες στο νερό και από τη θερµοκρασία στην οποία έγινε η µέτρηση. Το «καθαρό» νερό δεν είναι καλός αγωγός του ηλεκτρισµού. Το αποσταγµένο νερό σε ισορροπία µε το διοξείδιο του άνθρακα του αέρα έχει αγωγιµότητα περίπου µs/cm. Η αγωγιµότητα αυξάνεται, καθώς το νερό διαλύει διάφορα συστατικά, γι αυτό χρησιµοποιείται ως κύρια παράµετρος που εκφράζει τη συνολική περιεκτικότητα αλάτων του νερού. Τα περισσότερα ανόργανα οξέα, βάσεις και άλατα είναι καλοί αγωγοί του ηλεκτρισµού, ενώ αντίθετα τα οργανικά µόρια έχουν πολύ µικρή αγωγιµότητα. Εικόνα 1. Αγωγιµόµετρο Η αγωγιµότητα προσδιορίζεται µε τη µέτρηση της ηλεκτρικής αντίστασης µεταξύ δύο ηλεκτροδίων και σύγκρισή της µε την αντίσταση ενός προτύπου διαλύµατος χλωριούχου καλίου (KCl) στους 25 ο C. Συνήθως η αντιστοιχία µεταξύ περιεκτικότητας σε άλατα και ειδικής αγωγιµότητας είναι 1 mg/l, δηλαδή 0,65 micromhos στους 25 ο C. Με τα υπάρχοντα σήµερα αγωγιµόµετρα (εφοδιασµένα µε κατάλληλα ηλεκτρόδια) η µέτρηση της Σελίδα 9 από 37

10 αγωγιµότητας είναι πολύ απλή και εύκολη. Οι µονάδες µέτρησης εκφράζονται σε µs/cm (S = Siemens). Το νερό του δικτύου ύδρευσης της Θεσσαλονίκης έχει αγωγιµότητα περίπου 600 µs/cm. Η αγωγιµότητα διευκολύνει την εκτίµηση της επίδρασης των διαφόρων ιόντων στις χηµικές ισορροπίες, στο ρυθµό διάβρωσης στα µέταλλα, στην ανάπτυξη των φυτών και ζώων κ.λ.π. Με την αγωγιµότητα ελέγχεται η καθαρότητα του αποσταγµένου ή απιονισµένου νερού (το φρέσκο απιονισμένο έχει ειδική αγωγιµότητα µs/cm ενώ µετά από µερικές εβδοµάδες παραµονής έχει 2-5 µs/cm εξαιτίας της προσρόφησης CO2 από την ατµόσφαιρα). Με την αγωγιµότητα µπορούν να εκτιµηθούν οι ηµερήσιες διακυµάνσεις της συγκέντρωσης των διαλυµένων µεταλλοϊόντων στα απόβλητα και να προσδιοριστεί προσεγγιστικά η ποσότητα των απαιτούµενων χηµικών ουσιών για την εξουδετέρωση ή τη κροκίδωση ορισµένων αποβλήτων. Από την αγωγιµότητα µπορεί τέλος να υπολογισθεί προσεγγιστικά η συγκέντρωση των διαλυµένων (ιονιζοµένων) ουσιών σε ένα δείγµα. 3.6 Αλατότητα Αλατότητα είναι η συνολική ποσότητα των στερεών ουσιών σε γραµµάρια που περιέχονται σε 1 κιλό θαλασσινό νερό, όταν όλα τα ανθρακικά έχουν µετατραπεί σε οξείδια, τα βρωµιούχα και ιωδιούχα έχουν αντικατασταθεί από χλωριούχα ιόντα και έχει οξειδωθεί όλη η οργανική ύλη. Η αλατότητα των θαλασσών κυµαίνεται µεταξύ 32 37,5 µε χαµηλές τιµές στους πόλους της γης και πολύ υψηλές στις τροπικές ζώνες. Αυτό οφείλεται µεταξύ άλλων στις βροχοπτώσεις και στα ποσοστά εξάτµισης. Στην Ερυθρά θάλασσα, όπου έχουµε υψηλά ποσοστά εξάτµισης και χαµηλά ποσοστά βροχόπτωσης, η αλατότητα προσεγγίζει τιµές 43. Η αλατότητα µπορεί να υπολογιστεί χηµικά µε τη βοήθεια της «χλωριότητας» δηλαδή µε το συνολικό ποσό ιόντων χλωρίου, βρωµίου και ιωδίου σε γραµµάρια, που περιέχονται σε 1 κιλό θαλασσινού νερού, µε την υπόθεση ότι το βρώµιο και το ιώδιο έχουν αντικατασταθεί από το χλώριο. Η αλατότητα (S) και η χλωριότητα (Cl) συνδέονται ως εξής: S = 1,80655 x Cl H αλατότητα μετρείται απ ευθείας µε σύγχρονα όργανα, τα γνωστά «σαλινόµετρα αγωγιµόµετρα». 3.7 Οξύτητα και αλκαλικότητα Ο βαθµός οξύτητας (ph) ή αλκαλικότητας (poh) είναι από τα πλέον σηµαντικά χηµικά χαρακτηριστικά του νερού, πρώτον γιατί επηρεάζει πολλές βιολογικές και χηµικές αντιδράσεις και δεύτερον γιατί µπορεί να χρησιµεύσει σαν δείκτης ρύπανσης. Σαν δείκτης των χαρακτηριστικών αυτών χρησιµοποιείται η ποσότητα ιόντων υδρογόνου (Η + ). Το καθαρό νερό είναι ιονισµένο σύµφωνα µε την εξίσωση: H 2 O H + + OH - Το ph ορίζεται σαν «ο αρνητικός δεκαδικός λογάριθµος της συγκέντρωσης των κατιόντων Σελίδα 10 από 37

11 υδρογόνου» (ph= -log[h + ]). Εάν σε ένα υδατικό διάλυµα η συγκέντρωση των ιόντων υδρογόνου είναι µεγαλύτερη από τη συγκέντρωση των ιόντων υδροξυλίου, το διάλυµα είναι όξινο, ενώ, εάν η συγκέντρωση των υδροξυλιόντων είναι µεγαλύτερη από τη συγκέντρωση των ιόντων υδρογόνου, το διάλυµα είναι αλκαλικό. Η κλίµακα του ph εκτείνεται από 0 έως 14. ph = 7 σηµαίνει + ουδέτερο διάλυµα (CΗ = mole/lit.), ph < 7 σηµαίνει όξινο διάλυµα (CΗ < 10-7 mole/lit.) + και ph > 7 σηµαίνει αλκαλικό διάλυµα (CΗ > 10-7 mole/lit). Σηµειώνεται ότι το ph εξαρτάται από την θερµοκρασία. Παλαιότερα οι µετρήσεις γίνονταν µε την βοήθεια των δεικτών, δηλαδή ουσιών που αλλάζουν χρώµα ανάλογα µε το ph του διαλύµατος στο οποίο βρίσκονται, αλλά η µέθοδος δεν είναι ακριβής και ευαίσθητη πέρα από τα προβλήµατα των παρεµποδίσεων. Με την εµφάνιση και ανάπτυξη των ηλεκτροδίων υάλου (glass electrodes) και διαφόρων ρητινών, το ph µετράται µε σύγχρονα αναλογικά ή ψηφιακά ph-µετρα. Εικόνα 2. ph-µετρο 3.8 Διαλυµένο οξυγόνο (Dissolved Oxygen D.O.) Το νερό όπως όλοι οι διαλύτες έχει την ιδιότητα να διαλύει ατµοσφαιρικά αέρια όπως άζωτο, οξυγόνο, διοξείδιο του άνθρακα και αδρανή αέρια. Ενώ το CO2 αντιδρά µερικώς µε το νερό και σχηµατίζει ανθρακικό οξύ (H2CO3), το οξυγόνο διαλύεται φυσικά στο νερό. Η διαλυτότητα του οξυγόνου στο νερό εξαρτάται κυρίως από τη θερµοκρασία και την αλατότητα του νερού. Στον πίνακα 2 παρουσιάζεται η διαλυτότητα του οξυγόνου στο νερό σε κάποιες συγκεκριµένες θερµοκρασίες και στον πίνακα 3 η διαλυτότητά του σε σχέση µε την αλατότητα για τις ίδιες θερµοκρασίες. Το διαλυµένο οξυγόνο στο νερό είναι πολύ σηµαντικός παράγοντας για την επιβίωση των αερόβιων µικροοργανισµών. Έλλειψη οξυγόνου π.χ. στα φυσικά νερά δηµιουργεί ανεπιθύµητες καταστάσεις όπως είναι η ανάπτυξη αναερόβιων µικροοργανισµών των οποίων παράγωγο της εναλλαγής της ύλης είναι το υδρόθειο (H2S) το οποίο είναι δύσοσµο και επικίνδυνο αέριο. Η κλασική µέθοδος µέτρησης του διαλυµένου οξυγόνου στο νερό είναι η µέθοδος Winkler, σύµφωνα µε την οποία το διαλυµένο οξυγόνο δεσµεύεται σε κατάλληλες φιάλες δειγµατοληψίας µε τη βοήθεια ειδικών αντιδραστηρίων (MnCl2.5H2O και KI/KOH), και στη συνέχεια Σελίδα 11 από 37

12 προσδιορίζεται στο εργαστήριο, όπου τιτλοδοτείται µε θειοθειϊκό νάτριο (Na2S2O3.5H2O) χρησιµοποιώντας δείκτη αµύλου. Σήµερα έχουν αναπτυχθεί διάφορα σύγχρονα όργανα µέτρησης του διαλυµένου οξυγόνου τα γνωστά οξυγονόµετρα (αναλογικά ή ψηφιακά) και η µέτρηση καθίσταται πιο εύκολη. Τα αποτελέσµατα εκφράζονται σε mg/l διαλυµένου οξυγόνου ή σε ποσοστό (%) διάλυσης. Πίνακας 2. Διαλυτότητα του οξυγόνου στο νερό (mg/l) σε κανονική πίεση (760 mm Hg) σε σχέση µε τη θερµοκρασία Πίνακας 3. Διαλυτότητα του οξυγόνου στο νερό (mg/l) σε σχέση µε την αλατότητα (διαφορετικές συγκεντρώσεις χλωριούχων ιόντων) σε διαφορετικές θερµοκρασίες 3.9 Χλωριούχα ιόντα (Cl - ) Τα φυσικά νερά, ανάλογα µε την περιοχή που προέρχονται περιέχουν χλωριούχα ιόντα. Τα ιόντα χλωρίου στα διάφορα απόβλητα είναι ιδιαίτερα αυξηµένα διότι το ΝaCl αποτελεί βασικό συστατικό της διατροφής και αποβάλλεται χωρίς αλλοίωση από το πεπτικό σύστηµα. Επίσης, τα περισσότερα βιοµηχανικά απόβλητα περιέχουν µεγάλες συγκεντρώσεις χλωριούχων ιόντων που προέρχονται από διάφορες χηµικές διεργασίες. Μέτρηση των χλωριούχων (Μέθοδος Mohr) Αντιδραστήρια : 1. Διάλυµα θειικού οξέως (0.1 N) : 20 ml πυκνού H2SO4 µεταφέρονται προσεκτικά σε 80 ml αποσταγµένο νερό. 2. Διάλυµα ανθρακικού νατρίου: 10 g άνυδρου Na2CO3 διαλύονται σε αποσταγµένο νερό και το διάλυµα αραιώνεται στα 100 ml. 3. Διάλυµα χρωµικού καλίου: 10 g K2CrO4 διαλύονται σε 100 ml αποσταγµένο νερό. 4. Διάλυµα νιτρικού αργύρου 0.1 N: g AgNO3 διαλύονται σε 1000 ml αποσταγµένο νερό. 5. Διάλυµα νιτρικού αργύρου N: 282 ml διαλύµατος 0.1 N AgNO3 αραιώνονται στα 1000 ml µε αποσταγµένο νερό. Σελίδα 12 από 37

13 6. Διάλυµα νιτρικού αργύρου 0.05 N: g AgNO3 διαλύονται σε 1000 ml αποσταγµένο νερό. Μέτρηση: Σε 100 ml δείγµατος προστίθεται 1 ml διαλύµατος K2CrO4. (Εάν το δείγµα είναι όξινο ή αλκαλικό εξουδετερώνεται µε διάλυµα ανθρακικού νατρίου (Na2CO3) ή αραιό διάλυµα θειικού οξέως (H2SO4) αντίστοιχα). Το δείγµα τιτλοδοτείται µε διάλυµα N νιτρικού αργύρου (AgNO3) µέχρι µετατροπής του χρώµατος από κίτρινο σε κιτρινο-καφέ. Η αντίδραση είναι η εξής: Cl - + AgNO 3 AgCl + NO 3-1 ml 0,0282 N AgNO3 1 mg Cl - 1 meq Cl - 35,46 mg Cl - 1,0 ml 0.05N AgNO3 1,77285 mg Cl - Έκφραση αποτελεσµάτων : mg/l (Cl - ) Στερεές ουσίες στο νερό (TS, TDS, TSS, FS, VS, FSS, VSS) 1 Οι περιεχόµενες στα νερά στερεές ουσίες (συνολικά στερεά TS) ορίζονται σαν συνολικό υπόλειµµα µετά από εξάτµιση στους 105 o C και είναι το άθροισµα των µη πτητικών διαλυµένων και αδιάλυτων ουσιών. Οι µη πτητικές διαλυµένες ουσίες του νερού ορίζονται σαν υπόλειµµα εξάτµισης και διέρχονται από φίλτρο µε διάµετρο πόρων από 0,5 έως 1 µ (ανάλογα µε τις προδιαγραφές). Στο υπόλειµµα εξάτµισης περιέχονται οι διαλυµένες ουσίες (διαλυµένα στερεά ΤDS), και τα κολλοειδή. Από το υπόλειµµα εξάτµισης µπορεί να µετρηθεί και το υπόλειµµα καύσης, το σύνολο δηλαδή των ανόργανων ουσιών. Το υπόλειµµα καύσης ορίζεται σαν το υπόλειµµα που παραµένει όταν το υπόλειµµα εξάτµισης καεί κάτω από ορισµένες συνθήκες (550 o C). Η απώλεια καύσης προκύπτει από τη διαφορά βάρους του υπολείµµατος εξάτµισης και του υπολείµµατος καύσης. Οι αδιάλυτες ουσίες του νερού είναι οι ουσίες οι οποίες συγκρατούνται στο παραπάνω αναφερόµενο φίλτρο και διακρίνονται σε αιωρούµενες, καθιζάνουσες και επιπλέουσες. Στο σχήµα 1 που ακολουθεί παρίσταται ο διαχωρισµός των στερεών ουσιών στο νερό. Αναλυτικότερα, σαν συνολικό υπόλειµµα ορίζεται το υπόλειµµα ενός δείγµατος νερού µετά από εξάτµισή του στους 105 o C και µετριέται σε mg στερεού υπολείµµατος ανά λίτρο δείγµατος. Σαν αδιάλυτες ουσίες (αδιάλυτα στερεά) ορίζονται όσες ουσίες συγκρατούνται µε διήθηση σε ορισµένο φίλτρο (0,5 έως 1µ). 1 Total Solids, Total Dissolved Solids, Total Suspended Solids, Fixed Solids, Volatile Solids, Fixed Suspended Solids, Volatile Suspended Solids Σελίδα 13 από 37

14 Σχήµα 1. Στερεές ουσίες στο νερό Τα αιωρούµενα στερεά είναι το κύριο αίτιο της θολότητας του νερού. Η κύρια πηγή προέλευσής τους είναι η αποσάθρωση των πετρωµάτων και οι βιολογικές διεργασίες. Το κύριο συστατικό των σωµατιδίων που προέρχονται από αποσάθρωση είναι τα ορυκτά του αργίλου, ενώ τα µικροφύκη, τα βακτήρια και άλλοι ανώτεροι µικροοργανισµοί είναι τα κύρια είδη των αδιάλυτων στερεών βιολογικής προέλευσης. Σαν επιπλέοντα στερεά ορίζονται τα σωµατίδια των οποίων το ειδικό βάρος είναι µικρότερο από το ειδικό βάρος του νερού. Τα καθιζάνοντα στερεά είναι οι αδιάλυτες στερεές ουσίες που καθιζάνουν σε συνθήκες ηρεµίας. Η µέτρησή τους στα λύµατα γίνεται σε ειδικά βαθµονοµηµένο κώνο (Imhoff) στον οποίο µετράται ο όγκος των ουσιών που καθιζάνει κατά τη διάρκεια συγκεκριµένου χρόνου (π.χ. 30 min.). Το υπόλειµµα εξάτµισης των 105 o C αποτελείται από στερεές ουσίες (ανόργανες ή οργανικές) σε διαλυµένη ή κολλοειδή µορφή. Οι ουσίες αυτές διέρχονται µέσα από φίλτρο µε διάµετρο πόρων από 0,5 έως 1µ, ανάλογα µε τις προδιαγραφές. Το µέγεθος των διαλυµένων στερεών κυµαίνεται από mm ενώ το µέγεθος των κολλοειδών ουσιών κυµαίνεται από mm. Εικόνα 3. Ηλεκτρονικοί ζυγοί ακριβείας Σελίδα 14 από 37

15 Μετρήσεις (TS, TDS, TSS, FS, VS, FSS, VSS) Ολικά στερεά (Total Solids) (TS) Τα ολικά στερεά είναι όλα τα στερεά που εµπεριέχονται σε ένα δείγµα νερού. Υπολογίζονται µε εξάτµιση γνωστού όγκου δείγµατος νερού (χωρίς φιλτράρισµα) στους 105 o C. Μια κάψα εξάτµισης ζυγίζεται µε ακρίβεια (0.1 mg) σε αναλυτικό ζυγό. Ένας γνωστός όγκος δείγµατος νερού τοποθετείται στην προζυγισµένη κάψα η οποία τοποθετείται στους 105 o C µέχρι να εξατµισθεί πλήρως το νερό. Η κάψα τοποθετείται σε ξηραντήριο µέχρι να κρυώσει και επαναζυγίζεται µε ακρίβεια σε αναλυτικό ζυγό. A= Μικτό βάρος µετά την ξήρανση (mg) (Βάρος ξηρού υπολείµµατος + βάρος κάψας µετά από 24 ώρες στους 105 o C) B= Βάρος κάψας (mg) C= Όγκος δείγµατος (ml) Ολικά διαλυµένα στερεά (Total Dissolved Solids) (TDS) Τα ολικά διαλυµένα στερεά είναι όλα τα στερεά που εµπεριέχονται σε ένα δείγµα νερού τα οποία υπολογίζονται µε εξάτµιση γνωστού όγκου δείγµατος νερού (µετά από διήθηση σε φίλτρο 1.2 mm) στους 105 o C. Μια κάψα εξάτµισης ζυγίζεται µε ακρίβεια (0.1 mg) σε αναλυτικό ζυγό. Ένας γνωστός όγκος δείγµατος νερού τοποθετείται στην προζυγισµένη κάψα η οποία τοποθετείται στους 105 o C µέχρι να εξατµισθεί πλήρως το νερό. Η κάψα τοποθετείται σε ξηραντήριο µέχρι να κρυώσει και επαναζυγίζεται µε ακρίβεια σε αναλυτικό ζυγό. A= Μικτό βάρος µετά τη ξήρανση (mg) (Βάρος ξηρού υπολείµµατος + βάρος κάψας µετά από 24 ώρες στους 105 o C) B= Βάρος κάψας (mg) C= Όγκος δείγµατος (ml) Ολικά αιωρούµενα στερεά (Total Suspended Solids) (TSS) Τα ολικά αιωρούµενα στερεά είναι όλα τα στερεά που παραµένουν σε φίλτρο 1.2 mm µετά από διήθηση γνωστού όγκου δείγµατος νερού. Το φίλτρο ζυγίζεται µε ακρίβεια σε αναλυτικό ζυγό και ένας γνωστός (συγκεκριµένος) όγκος δείγµατος νερού (συνήθως ml) διηθείται από το προζυγισµένο φίλτρο, το οποίο ξηραίνεται στους 105 o C για 24 ώρες. Μετά την πλήρη ξήρανση του φίλτρου και αφού αυτό κρυώσει σε θερµοκρασία δωµατίου (σε ξηραντήριο) ακολουθεί η τελική ζύγιση. Σελίδα 15 από 37

16 A= Μικτό βάρος µετά τη ξήρανση (mg) (Βάρος ξηρού υπολείµµατος + βάρος φίλτρου µετά από 24 ώρες στους 105 o C) B= Βάρος φίλτρου (mg) C= Όγκος δείγµατος (ml) Σταθερό υπόλειµµα (Fixed Solids) (FS) Σταθερό υπόλειµµα είναι ότι αποµένει στην κάψα µετά την καύση ενός δείγµατος νερού στους 550 o C. Εφαρµόζεται για τα ολικά, τα διαλυµένα και τα αιωρούµενα στερεά µε σκοπό τον προσδιορισµό του σταθερού τους υπολείµµατος. Πτητικά στερεά (Volatile Solids) (VS) Πτητικά στερεά είναι ότι αποµακρύνεται µετά τη καύση ενός δείγµατος νερού στους 550 o C. Εφαρµόζεται για τα ολικά, τα διαλυµένα και τα αιωρούµενα στερεά µε σκοπό τον προσδιορισµό των πτητικών τους. Αφού µετρηθούν τα ολικά αιωρούµενα στερεά πραγµατοποιείται καύση του φίλτρου στους 550 o C για 1 ώρα. Το φίλτρο ζυγίζεται µαζί µε το στερεό υπόλειµµα. Αυτό είναι το σταθερό (στερεό) υπόλειµµα καύσης. Η διαφορά µεταξύ των ολικών στερεών και του στερεού υπολείµµατος καύσης είναι τα πτητικά αιωρούµενα στερεά. A= Βάρος του χωνιού + φίλτρο + υπόλειµµα 24 ωρών στους 105 o C (mg) B= Βάρος του χωνιού + φίλτρο + υπόλειµµα 1 ώρας στους 550 o C (mg) C= Όγκος δείγµατος (ml) D= Βάρος του χωνιού + φίλτρο (mg) 3.11 Σκληρότητα του νερού Η σκληρότητα είναι µια παράµετρος, που εκφράζει την περιεκτικότητα του νερού σε πολυσθενή κατιόντα και διακρίνεται σε ολική, προσωρινή και µόνιµη. Η ολική σκληρότητα αναφέρεται στα νερά που κατά κανόνα περιέχουν σηµαντικές ποσότητες κατιόντων ασβεστίου (Ca 2+ ) και µαγνησίου (Mg 2+ ) µε τη µορφή του ανθρακικού ασβεστίου (CaCO3) και ανθρακικού µαγνησίου (MgCO3). Εάν συνυπάρχουν και άλλα κατιόντα όπως του στροντίου, του βαρίου, του µαγγανίου, του Σελίδα 16 από 37

17 ψευδαργύρου, του σιδήρου και του αργιλίου, τότε συµπεριλαµβάνονται και αυτά. Η προσωρινή (ανθρακική) σκληρότητα οφείλεται σε δισσανθρακικά άλατα του ασβεστίου (Ca(HCO3)2) και µαγνησίου (Mg(HCO3)2). Η σκληρότητα αυτή αφαιρείται µε βρασµό του νερού και το µεν διοξείδιο του άνθρακα διαφεύγει, τα δε αδιάλυτα CaCO3 και MgCO3 καθιζάνουν σαν ανθρακικά άλατα: Η µόνιµη (µη ανθρακική) σκληρότητα οφείλεται στα ανθρακικά, θειούχα, χλωριούχα και νιτρικά άλατα του ασβεστίου και του µαγνησίου και δεν αφαιρείται µε βρασµό. Παραδείγµατα τέτοιων αλάτων είναι το CaCO3, MgCO3, CaSO4, MgSO4, CaCl2, MgCl2, Ca(NO3)2, Mg(NO3)2. Η σκληρότητα που εκφράζεται σε Γαλλικούς βαθµούς (ένας βαθµός αντιστοιχεί σε 1mg CaCO3 ανά 100 ml νερού) ή σε Γερµανικούς βαθµούς (ένας βαθµός αντιστοιχεί σε 1mg CaO ανά 100 ml νερού) δείχνει την τάση για σχηµατισµό ανθρακικών και άλλων επικαθήσεων στους σωλήνες των υδραγωγείων, στους λέβητες και στους πύργους ψύξης, την ικανότητα δέσµευσης σαπώνων και χρωµάτων στα βαφεία κ.λ.π. Σύµφωνα µε την Ελληνική νοµοθεσία η σκληρότητα του πόσιµου νερού µπορεί να είναι από 10 έως 50 γαλλικούς βαθµούς. Η σκληρότητα του νερού της Θεσσαλονίκης είναι περίπου 21 ºF (Γαλλικοί βαθµοί). Ένα νερό χαρακτηρίζεται «µαλακό» όταν η σκληρότητά του κυµαίνεται από 7 14 ºF, «σκληρό» µεταξύ 23 και 50 ºF και «πολύ σκληρό» όταν η σκληρότητά του υπερβαίνει τους 50 ºF. Προσδιορισµός ολικής σκληρότητας Αντιδραστήρια 1. Ειδικός δείκτης Merck (σε δισκία) 2. Διάλυµα υδροξειδίου του αµµωνίου (ΝΗ4ΟΗ) 3. Διάλυµα Titriplex A ή Titrplex B (ανάλογα µε τη σκληρότητα του νερού). Μέτρηση Σε 100 ml δείγµατος διαλύεται ένα δισκίο ειδικού δείκτη Merck, 1 ml ΝΗ4ΟΗ και το δείγµα τιτλοδοτείται αµέσως µε διάλυµα Titriplex µέχρι µεταβολής του χρώµατος από κόκκινο µε ενδιάµεση απόχρωση, σε πράσινο. Σε φυσικά νερά χρησιµοποιείται διάλυµα Titriplex A και η καταλληλότερη θερµοκρασία τιτλοδότησης είναι ºC. Σε µαλακά ή αποσκληρυµένα νερά χρησιµοποιείται διάλυµα Titriplex Β. Σελίδα 17 από 37

18 1ml διαλύµατος Titriplex A 5,6 D (Γερµανικοί βαθµοί) (για 100 ml δείγµατος) 1ml διαλύµατος Titriplex B 1,0 D (Γερµανικοί βαθµοί) (για 100 ml δείγµατος) Πίνακας 4. Μετατροπές µονάδων σκληρότητας νερού Προσδιορισµός µόνιµης σκληρότητας. Η µόνιµη ή µη ανθρακική σκληρότητα υπολογίζεται από την διαφορά µεταξύ ολικής και µη µόνιµης (ανθρακικής) σκληρότητας. Προσδιορισµός ανθρακικής (µη µόνιµης) σκληρότητας Αντιδραστήρια 1. HCl 0,1Ν 2. Δείκτης methylorange (πορτοκαλόχρουν του µεθυλίου) Μέτρηση Σε 100 ml δείγµατος προστίθενται 2 σταγόνες δείκτη methylorange και το δείγµα τιτλοδοτείται µε 0,1Ν HCl µέχρι εµφανούς µετατροπής του χρώµατος σε καστανοπράσινο. 1,0 ml διαλύµατος 0,1Ν HCl 2.8 D(για 100 ml δείγµατος) 3.12 Μετρήσεις θρεπτικών αλάτων + - Τα θρεπτικά άλατα είναι κυρίως άλατα του αζώτου (αµµωνιακά ΝΗ4, νιτρώδη ΝΟ2, - 3- νιτρικά ΝΟ3 ) και του φωσφόρου (φωσφορικά PO4 ) και είναι υπεύθυνα για τον «ευτροφισµό» των φυσικών αποδεκτών. Ευτροφισµός είναι ο εµπλουτισµός µιας υδάτινης µάζας µε µεγάλες ποσότητες θρεπτικών αλάτων και µπορεί να οφείλεται σε φυσικούς παράγοντες (γεωγραφικούς, γεωµορφολογικούς, κλιµατολογικούς, µορφοµετρικούς, υδροδυναµικούς) ή σε ανθρωπογενείς επιδράσεις (αστικά λύµατα, κτηνοτροφικά και βιοµηχανικά απόβλητα, αποπλύσεις καλλιεργούµενων εκτάσεων). Η υπέρµετρη αύξηση της πρωτογενούς παραγωγικότητας µιας κλειστής υδάτινης µάζας λόγω ευτροφισµού έχει δυσµενή αποτελέσµατα στα φυσικοχηµικά και βιολογικά χαρακτηριστικά των νερών. Τα κύρια χαρακτηριστικά του ευτροφισµού είναι η άνθηση Σελίδα 18 από 37

19 του φυτοπλαγκτού την άνοιξη και το φθινόπωρο, η υπέρµετρη ανάπτυξη υδρόβιων µακρόφυτων, οι χαµηλές τιµές διαλυµένου οξυγόνου, ιδίως τις πρώτες πρωινές ώρες της ηµέρας τους ζεστούς µήνες του έτους και συχνά η δυσοσµία. Η πυκνότητα του νερού αυξάνει, επηρεάζονται οι χρήσεις του (πόση, αναψυχή κ.λ.π.) ενώ δηµιουργούνται προβλήµατα στην µεταφορά του µέσω σωληνώσεων (συχνές εµφράξεις). Η ιχθυοπαραγωγή συχνά αυξάνει, αλλά µειώνεται η ποικιλία των ειδών. Τα θρεπτικά άλατα µπορούν να µετρηθούν µε διάφορους αυτόµατους αναλυτές, µε εκλεκτικά ηλεκτρόδια και µε διάφορα test kits µε µειωµένη όµως ακρίβεια. Η κλασική µέθοδος µέτρησης είναι η φασµατοφωτοµετρία. Σαν παράδειγµα φασµατοφωτοµετρικής ανάλυσης αναφέρεται η κλασική µέθοδος - µέτρησης των νιτρωδών (ΝΟ2 ) αλάτων σε ένα δείγµα νερού. - Αντιδραστήρια για τη µέτρηση των νιτρωδών (NO2 ) αλάτων 1. Διάλυµα σουλφανιλαµιδίου (αντιδραστήριο Α) : 10 g κρυσταλλικής sulphanilamide (C6H8N2O2S) διαλύονται σε 100 ml πυκνό HCl και περίπου 600 ml αποσταγµένο H2O. (Ελαφρά θέρµανση επιταχύνει τη διάλυση). Μετά την ψύξη το διάλυµα αραιώνεται στο 1 lt µε αποσταγµένο νερό. 2. n-(1-naphthyl)-ethylendiamine dihydrochloride (αντιδραστήριο Β) : 0.5 g αµίνης (C12H16Cl2N2) διαλύονται σε 500 ml αποσταγµένο νερό. Το διάλυµα φυλάσσεται σε σκουρόχρωμη γυάλινη φιάλη στο ψυγείο. (Το διάλυμα πρέπει να ανανεωθεί αν εμφανιστεί καφέ απόχρωση). 3. Standard διάλυμα νιτρωδών: Άνυδρο NaNO2 ξηραίνεται στους 100 οc για 1 ώρα και g διαλύονται σε 1000 ml αποσταγμένο νερό. Το διάλυμα περιέχει 10 μmol/l Ν-ΝΟ2 - και διατηρείται σε σκουρόχρωμη γυάλινη φιάλη με μερικές σταγόνες χλωροφορμίου σαν συντηρητικό. Μέτρηση Σε 50 ml δείγµατος προστίθεται υπό ανάδευση 1 ml από το αντιδραστήριο Α οπότε σχηµατίζονται διαζωνιακά ιόντα και στη συνέχεια προστίθεται υπό ανάδευση 1 ml από το αντιδραστήριο Β. Το τελικό προϊόν της αντίδρασης είναι ένα «αζόχρωµα» µε έντονη ερυθροϊώδη χροιά, που αναπτύσσεται πλήρως σε 10 περίπου λεπτά και µπορεί να µετρηθεί φασµατοφωτοµετρικά στα 542 nm, (µήκος κύµατος όπου η σχηµατιζόµενη - ουσία έχει µέγιστο απορρόφησης). Τα αποτελέσµατα εκφράζονται σε mg/l (NO2 ). Σελίδα 19 από 37

20 Εικόνα 4. Φασµατοφωτόµετρο διπλής δέσµης Με παρόμοιο τρόπο (και τα αντίστοιχα αντιδραστήρια κατά περίπτωση) πραγματοποιούνται οι φασματοφωτομετρικές αναλύσεις και για τα υπόλοιπα θρεπτικά άλατα. Πίνακας 5. Μετατροπές βαρών ενώσεων αζώτου Πίνακας 6. Μετατροπές βαρών ενώσεων φωσφόρου 3.13 Μετρήσεις µετάλλων Ο προσδιορισμός των μετάλλων σε υδατικά δείγματα γίνεται με Φασματοφωτομετρία Ατομικής Απορρόφησης (Atomic Absorption Spectroscopy). Η τεχνική μέτρησης συνίσταται στην αναρρόφηση υγρού δείγματος, το οποίο εισάγεται υπό μορφή νέφους σε φλόγα, όπου εξατμίζεται ο διαλύτης και τα ιόντα του μετάλλου ατομοποιούνται. Όταν η χαρακτηριστική για κάθε μέταλλο ακτινοβολία σταθερής έντασης, που εκπέμπεται από καθοδική λυχνία, διέρχεται από την φλόγα με άτομα μετάλλου, απορροφάται από αυτά και μετράται η μείωσή της, που είναι ανάλογη με την συγκέντρωση των ατόμων. Σελίδα 20 από 37