Ποιοτικά χαρακτηριστικά και διεργασίες επεξεργασίας νερού

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΥΔΡΑΥΛΙΚΗΣ & ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ Ποιοτικά χαρακτηριστικά και διεργασίες επεξεργασίας νερού Ευθύμιος Νταρακάς Επ. Καθηγητής Θεσσαλονίκη 2010

2 Περιεχόμενα Σελίδα 1. Εισαγωγή Γενικά για το νερό Σύσταση των φυσικών νερών Ρύπανση Μόλυνση των νερών Ρύπανση του νερού με οργανική ύλη Ρύπανση του νερού με θρεπτικά άλατα (Ευτροφισμός) Ρύπανση του νερού με τοξικές ουσίες Θερμική ρύπανση των νερών Τα ποιοτικά χαρακτηριστικά του νερού Γενικά Θερμοκρασία Οξύτητα (ph) Αλκαλικότητα Αγωγιμότητα και αλατότητα Οσμή και γεύση του νερού Χρώμα Θολότητα Στερεές ουσίες Άλατα και σκληρότητα Κατιόντα Ανιόντα Θρεπτικά συστατικά Ιχνοστοιχεία Βαριά μέταλλα Μικροοργανισμοί και παθογένεια του νερού Ποιοτικά χαρακτηριστικά και διεργασίες επεξεργασίας νερού Ευθ. Νταρακάς Τ.Π.Μ. Α.Π.Θ. Σελίδα 1

3 3. Διεργασίες επεξεργασίας νερού Γενικά Προαπολύμανση Κροκκίδωση Συσσωμάτωση Καθίζηση Ιζηματοποίηση Προσρόφηση Ιοντοεναλλαγή Διύλιση Διεργασίες μεμβρανών Αντίστροφη ώσμωση Απολύμανση Χλωρίωση Οζόνωση Απολύμανση με UV Διαχείριση ιλύος σε ΕΕΝ Παράρτημα 83 Ορισμοί & Θεμελιώδεις έννοιες της χημείας 83 Βιβλιογραφία 86 Ποιοτικά χαρακτηριστικά και διεργασίες επεξεργασίας νερού Ευθ. Νταρακάς Τ.Π.Μ. Α.Π.Θ. Σελίδα 2

4 1. Εισαγωγή 1.1 Γενικά για το νερό Το νερό αποτελεί έναν από τους πολυτιμότερους φυσικούς πόρους της γης. Είναι ο σημαντικότερος παράγοντας για την ανάπτυξη, την υγιεινή διαβίωση, την ίδια τη ζωή. Χωρίς νερό η ζωή είναι αδιανόητη. Το μεγαλύτερο ποσοστό των υδατικών αποθεμάτων ανήκει στους ωκεανούς (97%) και μόνο ένα μικρό ποσοστό της τάξης του 3% είναι γλυκό νερό. Από το μικρό αυτό ποσοστό των γλυκών αποθεμάτων το 77% ανήκει στους παγετώνες, το 22% είναι υπόγειο νερό και το υπόλοιπο 1% κατανέμεται στις λίμνες (61%), στους ποταμούς (1%) και στην υγρασία της ατμόσφαιρας και του εδάφους (38%). Είναι προφανές ότι η ποσότητα του καθαρού νερού στη γη είναι πολύ μικρή και η διατήρησή του είναι ζωτικής σημασίας. Ωκεανοί Παγετώνες ΤΑ ΣΥΝΟΛΙΚΑ ΑΠΟΘΕΜΑΤΑ ΝΕΡΟΥ ΣΤΗ ΓΗ (97%) Γλυκό νερό (77%) Υπόγεια νερά Ποταμοί (3%) (22%) (1%) Υπόλοιπο νερό Λίμνες (1%) (61%) Υγρασία ατμόσφαιρας εδάφους (38%) Σχήμα Τα αποθέματα και η κατανομή του νερού στη γη Πέρα από τις λίμνες και τους ποταμούς, ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζουν τα μεταβατικά νερά τα οποία ορίζονται ως «συστήματα επιφανειακών υδάτων πλησίον του στομίου ποταμών τα οποία είναι εν μέρει αλμυρά λόγω της γειτνίασής τους με παράκτια ύδατα αλλά τα οποία επηρεάζονται ουσιαστικά από ρεύματα γλυκού νερού» και τα παράκτια νερά τα οποία ορίζονται ως «επιφανειακά ύδατα που βρίσκονται στην πλευρά της ξηράς μιας γραμμής, κάθε σημείο της οποίας βρίσκεται σε απόσταση ενός ναυτικού μιλίου προς τη θάλασσα από το πλησιέστερο σημείο της γραμμής βάσης από την οποία μετράται το εύρος των χωρικών υδάτων και τα οποία, κατά περίπτωση, εκτείνονται μέχρι του απωτέρου ορίου των μεταβατικών υδάτων» (Οδηγία 2000/60/ΕΚ). Ποιοτικά χαρακτηριστικά και διεργασίες επεξεργασίας νερού Ευθ. Νταρακάς Τ.Π.Μ. Α.Π.Θ. Σελίδα 3

5 Οι κλιματολογικές συνθήκες που επικρατούν στη γη επηρεάζουν και επηρεάζονται από τον υδρολογικό κύκλο (σχήμα 1.1.2), σύμφωνα με τον οποίο το αποθηκευμένο στους πάγους και χιόνια νερό λιώνει με την αύξηση της θερμοκρασίας του πλανήτη, απορρέει και αποθηκεύεται στους επιφανειακούς και τους υπόγειους ταμιευτήρες. Ένα άλλο ποσοστό νερού διηθείται μέσω των διαφόρων πετρωμάτων και καταλήγει πάλι στους ωκεανούς ή στους υπόγειους ταμιευτήρες. Με την εκφόρτιση του υπογείου νερού πληρούνται οι επιφανειακοί ταμιευτήρες (λίμνες και θάλασσες) ενώ ένα άλλο ποσοστό οδηγείται μέσω των ποταμών στους ωκεανούς. Με την εξάτμιση του περιεχομένου των επιφανειακών ταμιευτήρων (ωκεανοί, λίμνες, ποταμοί) το νερό οδηγείται και πάλι στην ατμόσφαιρα όπου συμπυκνώνεται και αποθηκεύεται στα σύννεφα. Από τα σύννεφα με τη μορφή της βροχής κατακρημνίζεται και πάλι στη γη. Σχήμα Ο υδρολογικός κύκλος Είναι προφανές ότι η κακή διαχείριση των υδάτινων αποθεμάτων, η έλλειψη σχεδιασμού, η καταστροφή των δασών, η περιφρόνηση των φυσικών νόμων που διέπουν τον υδρολογικό κύκλο και η μείωση των βροχοπτώσεων λόγω των κλιματικών αλλαγών οδηγούν με ταχείς ρυθμούς στη μείωση των διαθέσιμων υδατικών αποθεμάτων γλυκού νερού, τα οποία ούτως ή άλλως είναι ελάχιστα. Ένα πολύτιμο κοινωνικό αγαθό μετατρέπεται σε απόβλητο. Ποιοτικά χαρακτηριστικά και διεργασίες επεξεργασίας νερού Ευθ. Νταρακάς Τ.Π.Μ. Α.Π.Θ. Σελίδα 4

6 Σήμερα, σύμφωνα με στοιχεία της Παγκόσμιας Οργάνωσης Υγείας και της UNICEF, περισσότερο από 1 δισεκατομμύριο άνθρωποι δεν έχουν καμιά πρόσβαση σε καθαρό πόσιμο νερό, ένας αριθμός που μπορεί να ξεπεράσει τα 3 δισεκατομμύρια σε 20 έτη. Επί πλέον, το 80% του πληθυσμού των αναπτυσσόμενων χωρών υποφέρει από ασθένειες που συνδέονται με το νερό, ενώ 3 εκατομμύρια άνθρωποι πεθαίνουν κάθε χρόνο εξαιτίας της κακής ποιότητας νερού που καταναλώνουν. Οι άνθρωποι που στερούνται πρόσβασης σε βελτιωμένες εγκαταστάσεις υγιεινής υπολογίζονται σε 2,6 δισεκατομμύρια, δηλαδή δύο στους πέντε. Τα δύο δισεκατομμύρια απ αυτούς ζουν σε αγροτικές περιοχές. Το ετήσιο κόστος για την εκπλήρωση των αναπτυξιακών στόχων της χιλιετίας για το νερό και την υγιεινή μέχρι το 2015 υπολογίζεται σε 6 δισεκατομμύρια ευρώ (UNICEF, World Health Report 2005, Water for Life WHO/UNICEF, 2005). Ο στόχος για τη διατήρηση των υδάτινων αποθεμάτων με σκοπό την εξασφάλιση πόσιμου νερού για το σύνολο του πληθυσμού του πλανήτη προϋποθέτει ορθολογική διαχείριση τόσο των υπόγειων όσο και των επιφανειακών νερών. Παρεμβάσεις μπορούν να γίνουν σε πολλά επίπεδα. Ο περιορισμός στην άσκοπη κατανάλωση του νερού, η επεξεργασία και επαναχρησιμοποίηση του, η εξοικονόμηση νερού στη γεωργία και στη βιομηχανία κατέχουν τις πρώτες θέσεις. Η εφαρμογή αντιρρυπαντικών τεχνολογιών στη βιομηχανία, η παραγωγή κατά το δυνατόν λιγότερων αποβλήτων, η σωστή επεξεργασία των αποβλήτων και η επιβολή αυστηρών προδιαγραφών στην εκπομπή ρύπων, θα πρέπει να είναι ο στόχος με σκοπό τη διατήρηση της οικολογικής ισορροπίας και την αποφυγή της ρύπανσης και της μόλυνσης του νερού, του πολύτιμου αυτού αγαθού για την ανάπτυξη, την υγιεινή διαβίωση, την ίδια τη ζωή. 1.2 Σύσταση των φυσικών νερών Στα φυσικά νερά ανήκουν τα επιφανειακά (ποταμοί, λίμνες, λιμνοθάλασσες, θάλασσες) και τα υπόγεια νερά. Τα φυσικά νερά περιέχουν διάφορες ουσίες οι οποίες είναι ή διαλυμένες ή αιωρούνται και οι οποίες προέρχονται από το γήινο υπόβαθρο της περιοχής, από τη γεωργική ή βιομηχανική δραστηριότητα της περιοχής, από την ατμόσφαιρα και τέλος από τους φυτικούς και ζωικούς οργανισμούς του νερού. Πέρα από το υδρογόνο (H), το οξυγόνο (O) και τον άνθρακα (C), τα επικρατέστερα ανόργανα συστατικά των φυσικών νερών είναι τα όξινα ανθρακικά (HCO - 3 ) και τα ανθρακικά (CO - 2 ) ιόντα, το ασβέστιο (Ca), το μαγνήσιο (Mg), το νάτριο (Na), το κάλιο (K), τα Ποιοτικά χαρακτηριστικά και διεργασίες επεξεργασίας νερού Ευθ. Νταρακάς Τ.Π.Μ. Α.Π.Θ. Σελίδα 5

7 θειικά (SO 2-4 ), τα χλωριούχα (Cl - ), τα νιτρικά (NO - 3 ) και τα πυριτικά (SiO 4-4 ). Άλλα ιόντα, όπως αμμωνιακά (NH + 4 ), νιτρώδη (NO - 2 ), φωσφορικά (PO 3-4 ), 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 εφαρμογές του. Τα αμμωνιακά (ΝΗ + 4 ), τα νιτρώδη (ΝΟ - 2 ), τα νιτρικά (ΝΟ - 3 ), τα φωσφορικά ιόντα (PO 3-4 ), το πυρίτιο (Si), τα κατιόντα ασβεστίου (Ca 2+ ), μαγνησίου (Mg 2+ ), καλίου (Κ + ), τα ανιόντα θείου (SO 2-4 ) κ.λ.π. αποτελούν τα βασικά θρεπτικά συστατικά των φυτικών οργανισμών ενός υδάτινου οικοσυστήματος. Τα θρεπτικά αυτά συστατικά θεωρούνται υπεύθυνα για τον «ευτροφισμό» των φυσικών αποδεκτών. Τα κατιόντα των μετάλλων σιδήρου (Fe 2+ ), μαγγανίου (Mn 2+ ), χαλκού (Cu 2+ ), ψευδαργύρου (Zn 2+ ) και κοβαλτίου (Co 2+ ) αποτελούν τα μικροθρεπτικά στοιχεία των φυσικών νερών καθώς είναι απαραίτητα σε μικρές σχετικά συγκεντρώσεις, με εξαίρεση το σίδηρο που απαιτείται σε μεγάλες συγκεντρώσεις από τους οργανισμούς. Το μαγγάνιο (Mn 2+ ) βρίσκεται σε ανιχνεύσιμες ποσότητες σε όλα σχεδόν τα επιφανειακά νερά και χρησιμοποιείται από φυτοπλαγκτονικούς οργανισμούς σε ποσότητα που ποικίλει ανάλογα με το είδος του οργανισμού. Οι συγκεντρώσεις του χαλκού (Cu 2+ ) στο νερό των φυσικών νερών κυμαίνονται από πρακτικά μη ανιχνεύσιμα επίπεδα μέχρι μερικές εκατοντάδες mg/m 3. Το ίδιο ισχύει για τον ψευδάργυρο (Zn 2+ ) και το κοβάλτιο (Co 2+ ). Εκτός από τα παραπάνω, στο νερό είναι δυνατόν να υπάρχει κάθε στοιχείο του περιοδικού πίνακα σε πολύ χαμηλές συγκεντρώσεις (μερικών μg/l). Στην περίπτωση αυτή αναφερόμαστε στα ιχνοστοιχεία, τα οποία είναι απαραίτητα για τη ζωή και συμμετέχουν στις μεταβολικές διεργασίες των οργανισμών. Το επικρατέστερο στοιχείο του θαλασσινού νερού είναι το χλώριο (Cl 2 ), το οποίο βρίσκεται διαλυμένο με τη μορφή ανιόντων (Cl - ). Η συγκέντρωσή του είναι της τάξης των 19 g/kg. Στο θαλασσινό νερό υπάρχουν επίσης ιόντα νατρίου (Na + ) 11 g/kg, μαγνησίου (Mg 2+ ) 1,3 g/kg και θείου με τη μορφή των θειικών (SO 2-4 ) 0,9 g/kg. Οι συγκεντρώσεις των ιόντων του ασβεστίου (Ca 2+ ), του καλίου (Κ + ), των βρωμιούχων (Br - ) και των όξινων ανθρακικών (HCO - 3 ) είναι της τάξης του 0,001%. Τα υπόλοιπα στοιχεία βρίσκονται στο θαλασσινό νερό σε ακόμα χαμηλότερες συγκεντρώσεις. Όπως σε όλα τα φυσικά νερά, έτσι και στο θαλασσινό νερό βρίσκονται διαλυμένα αέρια όπως το οξυγόνο (Ο 2 ) και το διοξείδιο του άνθρακα (CO 2 ). Εκείνο όμως που είναι πολύ σημαντικό για το θαλάσσιο περιβάλλον είναι η σταθερότητα της τιμής του ph του θαλασσινού νερού, το οποίο κυμαίνεται σταθερά από 7,5 8,5 και αυτό οφείλεται στην παρουσία των ανθρακικών ιόντων (CO 2-3 ) τα οποία δρουν ως ρυθμιστικά διαλύματα. Τιμές του ph μικρότερες από 5,0 ή μεγαλύτερες από 9,0 είναι τοξικές για την υδρόβια ζωή. Ποιοτικά χαρακτηριστικά και διεργασίες επεξεργασίας νερού Ευθ. Νταρακάς Τ.Π.Μ. Α.Π.Θ. Σελίδα 6

8 1.3 Ρύπανση μόλυνση των νερών Το νερό ρυπαίνεται από την ανεξέλεγκτη διάθεση ανεπεξέργαστων ή πλημμελώς επεξεργασμένων υγρών αποβλήτων στους φυσικούς αποδέκτες, από τα λιπάσματα, τα φυτοφάρμακα και από πολλές άλλες επικίνδυνες και τοξικές ενώσεις και δραστηριότητες που ασκούνται στο πλανήτη. Τα επιφανειακά νερά είναι περισσότερο ή λιγότερο ευαίσθητα στη ρύπανση από διάφορους ρύπους, ανάλογα με τη δυνατότητα ανανέωσής τους. Οι λίμνες για παράδειγμα έχουν πολύ μικρή δυνατότητα ανανέωσης των νερών τους και είναι πολύ πιο ευαίσθητοι αποδέκτες απ ότι τα ποτάμια και οι θάλασσες. Γενικά το υδάτινο περιβάλλον αντιδρά στη ρύπανση με μια σειρά μηχανισμών που σκοπό έχουν να το επαναφέρουν στην προηγούμενη κατάστασή του. Τα φαινόμενα που λαμβάνουν χώρα στον αυτοκαθαρισμό του νερού είναι στην πραγματικότητα μηχανισμοί ανακύκλωσης της ύλης. Οι μηχανισμοί αυτοί μπορεί να είναι φυσικοί, όπως η διάλυση, η καθίζηση, η προσρόφηση, η απορρόφηση, η ιοντοανταλλαγή, και η διάβρωση. Μπορεί να είναι χημικοί, όπως η οξειδοαναγωγή, η υδρόλυση, η συμπλοκοποίηση, η καταβύθιση, και η συσσωμάτωση. Μπορεί τέλος να είναι βιολογικοί, όπως η βακτηριακή αποσύνθεση των διαλυτών ουσιών, η κατανάλωση από ανώτερους οργανισμούς και η κατανάλωση από φυτικούς και ζωικούς μικροοργανισμούς. Τα υπόγεια νερά είναι πολύ πιο ευαίσθητα στη ρύπανση διότι έχουν περιορισμένη ικανότητα αυτοκαθαρισμού. Η κατάληξη γεωργικών απορροών ή αστικών λυμάτων στον υπόγειο υδροφόρο ορίζοντα έχει ως κύριο αποτέλεσμα την αύξηση των ρύπων, όπως πολύ συχνά συμβαίνει με τα νιτρικά άλατα (NO - 3 ), με αποτέλεσμα τα υπόγεια νερά να καθίστανται επικίνδυνα και τοξικά για τον άνθρωπο και τους ζωικούς οργανισμούς. Ένα αρκετά σοβαρό πρόβλημα υποβάθμισης της ποιότητας των υπόγειων νερών αποτελεί η υφαλμύρωση των παράκτιων υπόγειων νερών, λόγω υπεράντλησης του νερού, κυρίως για γεωργική χρήση. Μια ουσία χαρακτηρίζεται ως ρύπος εφόσον η συγκέντρωσή της στο νερό είναι αρκετά μεγαλύτερη απ αυτήν που συνήθως συναντάται στα φυσικά αποθέματα του γλυκού νερού. Ένας ρύπος χαρακτηρίζεται τοξικός όταν έχει τη δυνατότητα να προκαλέσει σοβαρή βλάβη ή θάνατο σε ανθρώπους ή ζώα. Ρύπανση ονομάζεται η επιβάρυνση του νερού με ύλη ή ενέργεια, η ανεπιθύμητη δηλαδή μεταβολή των ποιοτικών χαρακτηριστικών του νερού (φυσικών, χημικών, ραδιολογικών, Ποιοτικά χαρακτηριστικά και διεργασίες επεξεργασίας νερού Ευθ. Νταρακάς Τ.Π.Μ. Α.Π.Θ. Σελίδα 7

9 βιολογικών - μικροβιολογικών), εξαιτίας κυρίως των ανθρώπινων δραστηριοτήτων, σε βαθμό που μπορεί να δημιουργηθεί κίνδυνος για την υγεία και να υποβαθμιστεί η ποιότητα ζωής του ανθρώπου. Η ρύπανση προκαλεί βλάβη στα φυσικά οικοσυστήματα και παρεμποδίζει τις επιθυμητές χρήσεις των υδατικών πόρων. Μόλυνση ονομάζεται η παρουσία στο νερό παθογόνων μικροοργανισμών ή και μικροοργανισμών δεικτών, που υποδηλώνουν την πιθανότητα παρουσίας παθογόνων, εξαιτίας κυρίως των ανθρώπινων δραστηριοτήτων. Οι ρύποι του νερού διακρίνονται σε: συμβατικούς, μη συμβατικούς, θερμικούς και ρύπους (μολυντές) από μικρόβια. Στους συμβατικούς ρύπους ανήκουν ουσίες που προέρχονται από ανθρωπογενείς δραστηριότητες όπως οργανική ύλη (οργανικές ουσίες), ενώσεις του αζώτου (αμμωνιακά NH + 4, νιτρώδη NO - 2, νιτρικά άλατα NO - 3 ), ενώσεις του φωσφόρου (κυρίως φωσφορικά άλατα PO 3-4 ). Πίνακας Ρύπανση μόλυνση του νερού Ρύπανση (Επιβάρυνση του νερού με ύλη ή ενέργεια) Συμβατικοί ρύποι Οργανική ύλη Μη συμβατικοί ρύποι Βαριά μέταλλα Θερμική ρύπανση Μόλυνση (Επιβάρυνση με παθογόνους μικροοργανισμούς) Μικροοργανισμοί Ιοί Ενώσεις του αζώτου (NH 4 +, NO 2 -, NO 3 - ) Ενώσεις του φωσφόρου (PO 4 3- ) Τοξικές οργανικές ενώσεις Αρσενικό (As) Θειούχα (S 2- ) (Θερμά απόβλητα νερά βιομηχανιών) Βακτήρια Μύκητες Πρωτόζωα Κυανιούχα (CN - ) Ραδιενεργά στοιχεία Έλμινθες Ποιοτικά χαρακτηριστικά και διεργασίες επεξεργασίας νερού Ευθ. Νταρακάς Τ.Π.Μ. Α.Π.Θ. Σελίδα 8

10 Οι ουσίες αυτές προέρχονται τόσο από σημειακές πηγές ρύπανσης, όπως τα αστικά λύματα, τα κτηνοτροφικά απόβλητα, τα βιομηχανικά απόβλητα, όσο και από μη σημειακές πηγές, όπως είναι οι επιφανειακές απορροές από υπερλιπασμένες γεωργικές εκτάσεις. Όταν αυξάνεται η συγκέντρωση των συμβατικών ρύπων στα φυσικά νερά προκαλείται ρύπανση του υδατικού οικοσυστήματος. Στους μη συμβατικούς ρύπους του νερού περιλαμβάνονται τα βαριά μέταλλα (Cd, Cr, Hg, Pb, Ni, Cu, Zn, κ.λ.π.), οι τοξικές οργανικές ενώσεις, δηλαδή διάφορες συνθετικές οργανικές ενώσεις όπως τα παρασιτοκτόνα, τα εντομοκτόνα και τα ζιζανιοκτόνα, οι χλωριωμένοι υδρογονάνθρακες, οι πολυαρωματικοί υδρογονάνθρακες (PAH), τα πολυχλωριωμένα διφαινύλια (PCB), οι διοξίνες, οι οργανοφωσφορικές ενώσεις, τα τριαλογονομένα μεθάνια (ΤΗΜ), κ.ά. ουσίες όπως το αρσενικό (As), τα θειούχα (S 2- ), τα κυανιούχα (CN - ) και τα ραδιενεργά υλικά. Η θερμική ρύπανση του νερού προέρχεται κυρίως από τα θερμά απόβλητα βιομηχανιών και μπορεί να προκαλέσει αύξηση της θερμοκρασίας του νερού ενός φυσικού αποδέκτη δημιουργώντας δυσάρεστες και μη ανεκτές καταστάσεις στα υδατικό οικοσύστημα. Κύρια πηγή επιβάρυνσης των υδάτινων σωμάτων με παθογόνους μικροοργανισμούς, δηλαδή μικροβιακή μόλυνση του νερού, είναι τα αστικά και κτηνοτροφικά απόβλητα με τα περιττώματα ανθρώπων και ζώων που περιέχουν. Οι πιο σημαντικοί παθογόνοι μικροοργανισμοί του νερού είναι τα βακτήρια της χολέρας του τύφου, της δυσεντερίας, (Vibrio cholerae, Salmonella sp, Campylobacter sp, Shigella sp, Staphylococcus aureus) καθώς και διάφοροι ιοί, κυρίως οι ιοί της λοιμώδους ηπατίτιδας και της πολυομυελίτιδας (norovirus hepatitis A, rotavirus, enterovirus) και πρωτόζωα (amoebae Naeglaria fowleri, Entamoeba hystolitica, Giardia lamblia, Cryptosporidium parvum) Ρύπανση του νερού με οργανική ύλη αποξυγόνωση Η ύπαρξη οργανικών συστατικών στα φυσικά νερά υποδηλώνει φυσική αποικοδόμηση υλικών φυτικής και ζωικής προέλευσης αλλά κυρίως ρύπανση από αστική, αγροτική και βιομηχανική δραστηριότητα. Η οργανική ύλη είναι πολύ σημαντικός ρύπος αφού προκαλεί αποξυγόνωση του νερού πράγμα που μπορεί να μειώσει ή ακόμη και να εξαφανίσει τους υδρόβιους οργανισμούς. Είναι γνωστό ότι οι οργανικές ουσίες αποτελούν τη βασική τροφή των ετεροτροφικών χημικοσυνθετικών μικροοργανισμών, οι οποίοι καταναλώνουν το διαλυμένο οξυγόνο για την επιβίωσή τους. Υψηλές συγκεντρώσεις οργανικής ύλης συνεπάγονται μεγαλύτερη μάζα μικροοργανισμών και συνεπώς ταχύτερη κατανάλωση του Ποιοτικά χαρακτηριστικά και διεργασίες επεξεργασίας νερού Ευθ. Νταρακάς Τ.Π.Μ. Α.Π.Θ. Σελίδα 9

11 διαλυμένου οξυγόνου. Αν η ταχύτητα αυτή είναι μεγαλύτερη από την ταχύτητα οξυγόνωσης, προκύπτει μείωση της συγκέντρωσης του διαλυμένου οξυγόνου και αποξυγόνωση του νερού. Αποξυγόνωση του νερού μπορεί να προκληθεί και με τη διαδικασία της νιτροποίησης, σε συνδυασμό με ανεπαρκή αερισμό του νερού. Η οργανική ύλη (οργανικό φορτίο) μετριέται σε όρους Βιοχημικώς Απαιτούμενου Οξυγόνου (Biochemical Oxygen Demand BOD), Χημικώς Απαιτούμενου Οξυγόνου (Chemical Oxygen Demand COD) και Ολικού Οργανικού Άνθρακα (Total Organic Carbon TOC). Ο ολικός οργανικός άνθρακας είναι ένα μέτρο κατάλληλο για μετρήσεις μικρών συγκεντρώσεων οργανικής ύλης που ενδιαφέρουν ιδιαίτερα την παραγωγή πόσιμου νερού. Με τις σύγχρονες αναλυτικές συσκευές ο προσδιορισμός του ολικού οργανικού άνθρακα είναι πολύ απλή διαδικασία. Ένας αυτόματος αναλυτής TOC (Total Organic Carbon) απαιτεί ελάχιστη ποσότητα υγρού δείγματος το οποίο εισάγεται σε ειδική στήλη με καταλύτη όπου καίγεται σε υψηλή θερμοκρασία προς διοξείδιο του άνθρακα (CO 2 ). Τα αποτελέσματα εκφράζονται σε mg/l TOC. Εικόνα Αυτόματος αναλυτής άνθρακα Διαλυμένο οξυγόνο Το νερό όπως όλοι οι διαλύτες έχει την ιδιότητα να διαλύει ατμοσφαιρικά αέρια όπως άζωτο (Ν 2 ), οξυγόνο (Ο 2 ), διοξείδιο του άνθρακα (CO 2 ) και αδρανή αέρια. Ενώ το CO 2 αντιδρά μερικώς με το νερό και σχηματίζει ανθρακικό οξύ (H 2 CO 3 ), το οξυγόνο της ατμόσφαιρας διαλύεται ή διαχέεται φυσικά στο νερό. Άλλος τρόπος εμπλουτισμού των φυσικών νερών σε οξυγόνο είναι η φωτοσυνθετική παραγωγή οξυγόνου από τα ανώτερα υδρόβια φυτά και το φυτοπλαγκτόν. Η διαλυτότητα του οξυγόνου στο νερό εξαρτάται κυρίως από την θερμοκρασία, την αλατότητα και την ατμοσφαιρική πίεση. Στον πίνακα δίνεται η διαλυτότητα του Ποιοτικά χαρακτηριστικά και διεργασίες επεξεργασίας νερού Ευθ. Νταρακάς Τ.Π.Μ. Α.Π.Θ. Σελίδα 10

12 οξυγόνου σε γλυκό και θαλασσινό νερό σε συγκεκριμένες θερμοκρασίες και πιέσεις. Ωστόσο υπάρχουν και άλλοι παράγοντες που επηρεάζουν τη διαλυτότητά του σε μια υδάτινη μάζα όπως κλίμα - μετεωρολογικές συνθήκες στην περιοχή, ρεύματα αέρα κυματισμός, αφθονία οργανισμών (φωτοσυνθετικών αερόβιων), αφθονία ανόργανου και οργανικού υλικού που παράγεται ή εισέρχεται στην υδάτινη μάζα, περιεκτικότητα των εισερχόμενων στην υδάτινη μάζα νερών σε οξυγόνο, σχήμα και μέγεθος της λεκάνης απορροής. Πίνακας Διαλυτότητα του οξυγόνου στο νερό Θερμοκρασία o C Αλατότητα: 0, Πίεση: 760 mm Hg (1 bar) Αλατότητα: 35, Πίεση: 760 mm Hg (1 bar) mg/l ml/l mg/l ml/l Εικόνα Οξυγονόμετρα Η συγκέντρωση του διαλυμένου οξυγόνου στο νερό εκφράζεται σε mg/l διαλυμένου οξυγόνου (D.O.) ή σε ποσοστό (%) κορεσμού. Αύξηση της θερμοκρασίας του νερού συνεπάγεται μείωση της συγκέντρωσης του διαλυμένου οξυγόνου. Καθώς η θερμοκρασία ενός διαλύματος αυξάνεται, το περιεχόμενο Ποιοτικά χαρακτηριστικά και διεργασίες επεξεργασίας νερού Ευθ. Νταρακάς Τ.Π.Μ. Α.Π.Θ. Σελίδα 11

13 αέριο εκδιώκεται μέχρι να συμβεί πλήρης εξαέρωση του διαλύτη στο σημείο βρασμού. Σε σταθερή θερμοκρασία, η πίεση που ασκεί το ατμοσφαιρικό οξυγόνο στην επιφάνεια του νερού ενός υδάτινου οικοσυστήματος είναι ανάλογη της συγκέντρωσης του οξυγόνου στο νερό. Συνεπώς, αύξηση της ατμοσφαιρικής πίεσης αυξάνει τη διαλυτότητα του οξυγόνου στο νερό και αντίστροφα. Η συγκέντρωση του διαλυμένου οξυγόνου στο νερό αποτελεί αναμφισβήτητο δείκτη της κατάστασης και της βιωσιμότητας του υδάτινου οικοσυστήματος. Η ανάπτυξη των περισσότερων μορφών ζωής (ζωικών, φυτικών, μυκήτων, πρωτίστων και βακτηρίων) προϋποθέτει την παρουσία οξυγόνου. Οι καύσεις των οργανικών ουσιών (κυρίως σακχάρων και λιπαρών οξέων), εξασφαλίζουν την απαραίτητη για την επιβίωση, ανάπτυξη και αναπαραγωγή ενέργεια στην πλειονότητα του έμβιου κόσμου και απαιτούν οξυγόνο. Οι υδρόβιοι οργανισμοί χρειάζονται διαφορετικά ποσά διαλυμένου οξυγόνου. Όταν τα επίπεδα του διαλυμένου οξυγόνου βρίσκονται κάτω από 3 mg/l, προκαλούν στρες στους περισσότερους υδρόβιους οργανισμούς, ενώ επίπεδα κάτω από 2 ή 1 mg/l δεν ευνοούν τη ζωή των ψαριών. Επίπεδα 5 ή 6 mg/l είναι συνήθως τα χαμηλότερα όρια για την ανάπτυξη και τις δραστηριότητες των υδρόβιων οργανισμών. Όταν στα φυσικά νερά καταλήξουν οργανικές ύλες, το διαλυμένο οξυγόνο καταναλώνεται λόγω της αερόβιας αναπνοής των μικροοργανισμών που τις αποσυνθέτουν. Τα φυσικά νερά που δέχονται υψηλά φορτία οργανικής ύλης έχουν χαμηλή συγκέντρωση κορεσμού σε οξυγόνο και αυτή γίνεται μικρότερη με την άνοδο της θερμοκρασίας. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η οργανική ύλη αποτελεί πολύ σοβαρό ρύπο για τα νερά. Οι συνέπειες μπορεί να είναι μοιραίες για πολλούς υδρόβιους οργανισμούς, που κινδυνεύουν από ασφυξία Ρύπανση του νερού με θρεπτικά άλατα (Ευτροφισμός) Η ρύπανση των επιφανειακών και υπόγειων υδάτων με αμμωνιακό (Ν-ΝΗ + 4 ) και νιτρικό (Ν- ΝΟ - 3 ) άζωτο αποτελεί συνηθισμένο φαινόμενο. Τέτοιου είδους ρυπαντικά φορτία οφείλονται κυρίως σε ανθρωπογενείς δραστηριότητες και περιέχονται στα αστικά λύματα (περιττώματα, απορρυπαντικά κ.λ.π.), στα κτηνοτροφικά απόβλητα, σε ορισμένα βιομηχανικά απόβλητα και στις γεωργικές απορροές οι οποίες περιέχουν λιπάσματα λόγω αποπλύσεων των καλλιεργούμενων εκτάσεων. Σημειώνεται ότι τα φρέσκα λύματα περιέχουν σημαντικές συγκεντρώσεις αμμωνιακού και οργανικού αζώτου το οποίο αμμωνιοποιείται και τελικά νιτροποιείται. Η ελεύθερη αμμωνία (ΝΗ 3 ) είναι ιδιαίτερα τοξική στα ψάρια και οι υψηλές συγκεντρώσεις των νιτρικών (NO - 3 ) στο πόσιμο νερό μπορούν να Ποιοτικά χαρακτηριστικά και διεργασίες επεξεργασίας νερού Ευθ. Νταρακάς Τ.Π.Μ. Α.Π.Θ. Σελίδα 12

14 προκαλέσουν κυρίως στα παιδιά, τη νιτρική κυάνωση η οποία συνίσταται στη δυσχέρεια ή στην αδυναμία μεταφοράς του οξυγόνου από το αίμα. Τα θρεπτικά άλατα του αζώτου (αμμωνιακά NH + 4, νιτρώδη NO - 2, νιτρικά NO - 3 ) και του φωσφόρου (φωσφορικά PO 3-4 ) έχουν συνεπώς σοβαρές επιπτώσεις στην ποιότητα των νερών των φυσικών αποδεκτών. Ένα πολύ σοβαρό πρόβλημα που δημιουργείται είναι ο ευτροφισμός, η υπερβολική δηλαδή αύξηση της πρωτογενούς παραγωγικότητας της υδάτινης μάζας, με δυσμενή αποτελέσματα στα φυσικοχημικά και βιολογικά χαρακτηριστικά των νερών και της χρήσης τους. Ως πρωτογενής παραγωγικότητα νοείται η φυτική βιομάζα, δηλαδή το φυτοπλαγκτόν, η υδρόβια και υδροχαρής βλάστηση. Βέβαια ο ευτροφισμός μπορεί να οφείλεται και σε φυσικούς παράγοντες, οι οποίοι μπορεί να είναι γεωγραφικοί, γεωμορφολογικοί, κλιματολογικοί, μορφομετρικοί και υδροδυναμικοί. Το φαινόμενο του ευτροφισμού αποτελεί πολύ σοβαρή διαταραχή των υδατικών οικοσυστημάτων με πολλές δυσμενείς συνέπειες όπως η αποξυγόνωση, η μείωση της διαφάνειας και η δυσοσμία του νερού. Τα συμπτώματα, με τα οποία εμφανίζεται ο ευτροφισμός είναι η «άνθηση» του φυτοπλαγκτού, την άνοιξη και το φθινόπωρο, η υπέρμετρη ανάπτυξη υδρόβιων μακρόφυτων, οι χαμηλές τιμές διαλυμένου οξυγόνου τις πρώτες πρωινές ώρες της ημέρας ιδίως 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 στη μεταφορά του νερού, επειδή συχνά δημιουργούνται εμφράξεις στις σωληνώσεις. Η ιχθυοπαραγωγή συχνά αυξάνει, αλλά μειώνεται η ποικιλία των ειδών. Ο ευτροφισμός διαπιστώνεται με φυσικούς, χημικούς και βιολογικούς δείκτες. Στους φυσικούς δείκτες ανήκουν η μείωση του μέσου βάθους του υδάτινου οικοσυστήματος και η μείωση της διαφάνειας του νερού. Στους χημικούς δείκτες ανήκουν το έλλειμμα οξυγόνου στον πυθμένα, ο υπερκορεσμός του οξυγόνου στην επιφάνεια, η αύξηση του ανόργανου αζώτου και του φωσφόρου, η αύξηση του ολικού αζώτου και του φωσφόρου, η αύξηση του λόγου Ν/Ρ, η μεταβολή του ph του νερού κ.λ.π. Στους βιολογικούς δείκτες ανήκουν η μείωση της ποικιλίας των βενθικών και των φυτοπλαγκτονικών ειδών, η αύξηση της πρωτογενούς παραγωγικότητας, η αύξηση της βιομάζας των φυκιών και της χερσαίας βλάστησης, η αύξηση της βακτηριακής πυκνότητας κ.ά. Ποιοτικά χαρακτηριστικά και διεργασίες επεξεργασίας νερού Ευθ. Νταρακάς Τ.Π.Μ. Α.Π.Θ. Σελίδα 13

15 1.3.3 Ρύπανση του νερού με τοξικές ουσίες Το πλήθος των μη συμβατικών ρύπων που μπορούν να καταλήξουν στο νερό είναι πολύ μεγάλο. Οι μεταβολές της οξύτητας του νερού, τα βαριά μέταλλα, οι τοξικές οργανικές ενώσεις, το αρσενικό (As), τα θειούχα (S 2- ), τα κυανιούχα (CN - ) και τα ραδιενεργά στοιχεία αποτελούν μερικούς από τους πιο σημαντικούς και πιο συνήθεις μη συμβατικούς ρύπους του νερού (πίνακας ). Τα οξέα και οι βάσεις που ευθύνονται για τις αλλαγές της οξύτητας (ph) του νερού προέρχονται κατά κανόνα από τη βιομηχανία. Εντούτοις δεν είναι σπάνια η περίπτωση της όξινης βροχής που περιέχει θειικό (H 2 SO 4 ) και νιτρικό οξύ (HNO 3 ) με προέλευση τα οξείδια του θείου και αζώτου της ατμοσφαιρικής ρύπανσης. Η όξινη βροχή έχει γίνει αιτία καταστροφής λιμναίων οικοσυστημάτων. Όλοι σχεδόν οι υδρόβιοι αλλά και οι χερσαίοι οργανισμοί δεν μπορούν να ανεχθούν τιμές ph του νερού κάτω από 6,0 ή πάνω από 8,5. Συνεπώς το ph του νερού πρέπει να είναι ουδέτερο. Πίνακας Οι μη συμβατικοί ρύποι του νερού Οξέα - Βάσεις Ζιζανιοκτόνα Χλωριομένοι HC - ΤΗΜ Διοξίνες Βαριά μέταλλα Παρασιτοκτόνα PCB's Ραδιενεργά στοιχεία Φαινόλες - Χλωροφαινόλες Εντομοκτόνα PHA's As, S 2-, CN - Τα μέταλλα εισέρχονται στα υδάτινα οικοσύστημα τόσο από φυσικές όσο και από τεχνητές (ανθρωπογενείς) πηγές και διαδικασίες. Στις φυσικές πηγές ανήκει η διάβρωση των πετρωμάτων και η ηφαιστειακή δραστηριότητα. Στις ανθρωπογενείς πηγές ανήκει η εξόρυξη ορυκτών και η βιομηχανία, συνήθως τα διυλιστήρια πετρελαίου, η χαλυβουργία, η παραγωγή λιπασμάτων, τα πετροχημικά, η παραγωγή χημικών, χρωμάτων κ.λ.π.). Βαριά μέταλλα χαρακτηρίζονται τα στοιχεία με ειδικό βάρος μεγαλύτερο ή ίσο των 5 g cm -3 όπως ο μόλυβδος (Pb), το κάδμιο (Cd), ο υδράργυρος (Hg) κ.λ.π. Τα μέταλλα αυτά μπορούν να χαρακτηρισθούν ως γενικοί τοξικοί ρύποι με την έννοια ότι βρίσκονται στην ατμόσφαιρα, στο νερό, στο έδαφος και συχνά διακινούνται μεταξύ των μέσων αυτών. Στους μη συμβατικούς ρύπους του νερού περιλαμβάνονται και ελαφρύτερα στοιχεία όπως Ποιοτικά χαρακτηριστικά και διεργασίες επεξεργασίας νερού Ευθ. Νταρακάς Τ.Π.Μ. Α.Π.Θ. Σελίδα 14

16 αργίλιο (Al) και βηρύλλιο (Be) και μεταλλοειδή όπως αρσενικό (As), σελήνιο (Se) και αντιμόνιο (Sb). Ορισμένα από τα μέταλλα, όπως ο σίδηρος (Fe) και το τρισθενές χρώμιο (Cr 3+ ), αποτελούν απαραίτητα ιχνοστοιχεία για τον ανθρώπινο οργανισμό ενώ άλλα, όπως ο υδράργυρος (Hg), το κάδμιο (Cd), ο μόλυβδος (Pb), το νικέλιο (Ni) και το αρσενικό (As), παρουσιάζουν πολύ υψηλή τοξικότητα ακόμη και σε χαμηλές συγκεντρώσεις. Η τοξικότητά τους διαφοροποιείται ανάλογα με το είδος του μετάλλου και τη μορφή με την οποία είναι διαθέσιμα στο περιβάλλον. Το κάδμιο (Cd) που εισέρχεται στα υδάτινα σώματα προέρχεται κυρίως από εργασίες επιμεταλλώσεων. Άλλες δραστηριότητες όπως η παραγωγή μπαταριών και πλαστικών, η εξόρυξη μεταλλευμάτων και η καύση υγρών και στερεών καυσίμων που περιέχουν κάδμιο τροφοδοτούν άμεσα ή έμμεσα τα υδάτινα σώματα με κάδμιο. Σχετικά μικρές τιμές πρόσληψης Cd για μεγάλα χρονικά διαστήματα μπορεί να οδηγήσει σε σημαντικές συγκεντρώσεις καδμίου στα νεφρά λόγω του μεγάλου χρόνου υποδιπλασιασμού του, με αποτέλεσμα σοβαρή ζημιά στη νεφρική λειτουργία. Εξίσου σοβαρή είναι η τοξικότητα του Cd στα ψάρια ενώ η μεγάλη κινητικότητά του δια μέσου της τροφικής αλυσίδας επιβάλλει πάρα πολύ χαμηλές επιτρεπόμενες συγκεντρώσεις σε όλες τις κατηγορίες των νερών, πόσιμων, αρδευτικών και νερών στα οποία διαβιούν ψάρια. Ο μόλυβδος (Pb) εισέρχεται στα υδάτινα σώματα με κατακρήμνιση από την ατμόσφαιρα, με τη διάβρωση εδαφών, την έκπλυση των δρόμων και με ποικιλία βιομηχανικών κυρίως, υγρών αποβλήτων. Είναι το μόνο βαρύ μέταλλο που η συγκέντρωσή του στις θάλασσες έχει αυξηθεί σοβαρά εξαιτίας των ανθρώπινων δραστηριοτήτων. Οι μολυβδοσωλήνες θεωρούνται επίσης τροφοδότες του νερού με μόλυβδο. Ο τετρααιθυλιούχος μόλυβδος (CH 3 CH 2 ) 4 Pb), που υπήρχε στη βενζίνη θεωρείται τοξικότερος και κινητικότερος από το στοιχειακό. Η χρήση της αμόλυβδης βενζίνης από τα καταλυτικά αυτοκίνητα περιόρισε πολύ τις εκπομπές μολύβδου. Ο μόλυβδος προκαλεί βλάβες στον άνθρωπο που εκδηλώνονται στο μυαλό και στο νευρομυϊκό, στο κυκλοφοριακό και στο πεπτικό σύστημα με συμπτώματα την απώλεια όρεξης, την αδυναμία και την απάθεια. Στα παιδιά παρατηρείται μείωση της διανοητικής ικανότητας. Ο υδράργυρος (Hg) χρησιμοποιείται στην παραγωγή χλωρίου και καυστικής σόδας, στη βιομηχανία ηλεκτρολογικού εξοπλισμού, στην παρασκευή χρωμάτων και οδοντιατρικών αμαλγαμάτων, στη χαρτοβιομηχανία, στην παραγωγή γεωργικών μυκητοκτόνων κ.α. Ο ανόργανος Hg είναι τοξικός αλλά όχι τόσο όσο ο οργανικός υδράργυρος. Η κυριότερη αιτία είναι ότι δεν συγκεντρώνεται στους τροφικούς ιστούς. Ιδιαίτερα τοξικός είναι ο οργανικός υδράργυρος, κυρίως με τη μορφή του μεθυλυδραργύρου (CH 3 Hg + ) ο οποίος έχει χρόνο Ποιοτικά χαρακτηριστικά και διεργασίες επεξεργασίας νερού Ευθ. Νταρακάς Τ.Π.Μ. Α.Π.Θ. Σελίδα 15

17 υποδιπλασιασμού 70 ημερών στο ανθρώπινο σώμα και συγκεντρώνεται στους τροφικούς ιστούς των οικοσυστημάτων. Σημειώνεται ότι και ο ανόργανος υδράργυρος των πυθμενικών αποθέσεων των υδάτινων σωμάτων μπορεί να μετατραπεί σε οργανικό με τη βοήθεια των μικροοργανισμών. Μέσω της τροφικής αλυσίδας ο υδράργυρος καταλήγει στα ερυθρά αιμοσφαίρια και στο νευρικό σύστημα και προσβάλλει εκλεκτικά τα νευρικά κύτταρα. Οι τοξικές οργανικές ενώσεις είναι ουσίες οι οποίες έχουν συντεθεί από τον άνθρωπο για διάφορες χρήσεις. Σπουδαιότερες απ αυτές είναι τα παρασιτοκτόνα, τα εντομοκτόνα, τα ζιζανιοκτόνα, τα οποία καταλήγουν στο νερό λόγω της ευρείας χρήσης τους στη γεωργία και στη βιομηχανία, οι διοξίνες, οι οποίες παράγονται εκεί όπου υπάρχουν καύσεις ή διεργασίες με χλώριο, οι υδρογονάνθρακες του πετρελαίου, οι χλωριωμένοι υδρογονάνθρακες, τα πολυχλωριωμένα διφαινύλια (PCB s), οι φαινόλες, οι πολυκυκλικοί αρωματικοί υδρογονάνθρακες (PAH s) και τα τριαλογονομεθάνια (Tri-Halo-Methanes, THM), τα οποία συνήθως σχηματίζονται κατά την προαπολύμανση του νερού, την απολύμανση των υγρών αποβλήτων κ.λ.π. Τα στοιχεία και οι τοξικές αυτές ενώσεις που αναφέρονται παραπάνω, χαρακτηρίζονται από σημαντική βιολογική δράση. Έχουν μεγάλο χρόνο υποδιπλασιασμού και πολλές απ αυτές βιοσυσσωρεύονται προκαλώντας βαριές ασθένειες. Οι περισσότερες απ αυτές είναι καρκινογόνες και τερατογόνες και αποτελούν τεράστιο κίνδυνο για το περιβάλλον. Το τοξικό αποτέλεσμα εξαρτάται από τη συγκέντρωση του στοιχείου ή της ουσίας, τη φύση της και τη χημική σύσταση του περιβάλλοντός της, την παρουσία δηλαδή άλλων χημικών ουσιών στο εσωτερικό του οργανισμού καθώς και από τα γενετικά χαρακτηριστικά, το στάδιο ανάπτυξης και τη φυσιολογία του ατόμου. Ενθαρρυντικό είναι το γεγονός της αντικατάστασης κάποιων χλωριωμένων υδρογονανθράκων όπως του DDT, που χρησιμοποιήθηκαν στη γεωργία, με οργανοφωσφορικά και καρβαμιδικά τα οποία έχουν μεν άμεση τοξικότητα αλλά είναι ασταθή και συνεπώς δεν έχουν κατ αρχήν την τάση να συγκεντρώνονται στην τροφική αλυσίδα και να προκαλούν μακροπρόθεσμες βλάβες στους οργανισμούς. Τα φυτοτοξικά στοιχεία αποτελούν επίσης έναν μη συμβατικό ρύπο του νερού. Προέρχονται κυρίως από τα βιομηχανικά και τα κτηνοτροφικά απόβλητα. Στην κατηγορία αυτή ξεχωρίζουν τα φυτοτοξικά μέταλλα, όπως ο ψευδάργυρος (Zn), ο χαλκός (Cu) και το νικέλιο (Ni). Τα στοιχεία αυτά έχουν ανιχνευτεί στο αρδευτικό νερό και στην ιλύ που χρησιμοποιείται στη γεωργία. Η τοξική τους δράση, όπως και άλλων μετάλλων, εξαρτάται από το ph του νερού και άλλα χαρακτηριστικά του εδάφους. Για pη<6,5 τα περισσότερα Ποιοτικά χαρακτηριστικά και διεργασίες επεξεργασίας νερού Ευθ. Νταρακάς Τ.Π.Μ. Α.Π.Θ. Σελίδα 16

18 μέταλλα είναι διαλυμένα και συνεπώς ευκολότερα προσλήψιμα από τα φυτά. Επίσης και το άζωτο σε υψηλές συγκεντρώσεις μπορεί να είναι φυτοτοξικό για ορισμένες καλλιέργειες όπως τα ζαχαρότευτλα και το βαμβάκι. Επιβλαβείς μπορεί να είναι επίσης οι υψηλές συγκεντρώσεις του βορίου (Β) στο αρδευτικό νερό. Με δεδομένο ότι το βόριο και ιδιαίτερα το άζωτο έχουν σημαντική παρουσία στα αστικά λύματα καθιστούν αναγκαία την προσεκτική εξέτασή τους όταν σχεδιάζεται η χρησιμοποίηση των επεξεργασμένων λυμάτων για άρδευση Θερμική ρύπανση των νερών Θερμική ρύπανση είναι η αύξηση της θερμοκρασίας των υδάτινων σωμάτων εξαιτίας της αποχέτευσης θερμών αποβλήτων, συνήθως νερού ψύξης ενεργειακών σταθμών και άλλων εργοστασίων. Με την άνοδο της θερμοκρασίας, αφ' ενός μειώνεται η διαλυτότητα του οξυγόνου στο νερό, αφ' ετέρου, λόγω αυξημένου ρυθμού μεταβολισμού, αυξάνεται ο ρυθμός κατανάλωσης οξυγόνου από τους ποικιλόθερμους υδρόβιους οργανισμούς. Με τις Οδηγίες της Ε.Ε. έχουν θεσπιστεί κανονισμοί οι οποίοι δεν επιτρέπουν την απόρριψη θερμών αποβλήτων στα γλυκά επιφανειακά νερά προστατεύοντάς τα από την ανύψωση της θερμοκρασίας. Ποιοτικά χαρακτηριστικά και διεργασίες επεξεργασίας νερού Ευθ. Νταρακάς Τ.Π.Μ. Α.Π.Θ. Σελίδα 17

19 2. Τα ποιοτικά χαρακτηριστικά του νερού 2.1 Γενικά Οι θεμελιώδεις γνώσεις των ποιοτικών χαρακτηριστικών του νερού αποτελούν βασική προϋπόθεση για την ορθολογική και ολοκληρωμένη διαχείρισή του. Με βάση τα ποιοτικά του χαρακτηριστικά προσδιορίζεται ο βαθμός, τα στάδια και οι μέθοδοι επεξεργασίας του όταν αυτό προορίζεται για ανθρώπινη κατανάλωση. Το ίδιο ισχύει και για τα υγρά απόβλητα. Με βάση την ποιότητά τους προσδιορίζεται ο τρόπος επεξεργασίας τους για την επίτευξη των στόχων της επεξεργασμένης εκροής, την προστασία της ποιότητας των νερών των φυσικών αποδεκτών και της δημόσιας υγείας. Τα ποιοτικά χαρακτηριστικά του νερού μπορούν να διακριθούν σε φυσικοχημικά, βιοχημικά και μικροβιολογικά. Μπορούν επιπλέον να ταξινομηθούν σε αυτά που σχετίζονται με την ανθρώπινη υγεία ή την αισθητική, ενώ για περισσότερο εξειδικευμένους σκοπούς μπορούν να διαχωριστούν σε πολλές υποομάδες. Στα φυσικοχημικά χαρακτηριστικά ανήκουν η θερμοκρασία, η οξύτητα, η αλκαλικότητα, η αγωγιμότητα, η αλατότητα, η θολότητα, η οσμή, η γεύση, το χρώμα, οι στερεές ουσίες, διάφορα άλατα, η σκληρότητα του νερού, διάφορα κατιόντα όπως αυτά του ασβεστίου (Ca 2+ ), του μαγνησίου (Mg 2+ ), του νατρίου (Na + ) και του καλίου (K + ), διάφορα ανιόντα όπως τα ανθρακικά (CO 3 2- ), τα όξινα ανθρακικά (HCO 3 - ), τα χλωριούχα (Cl - ), τα θειικά (SΟ 4 2- ) και άλλα, τα θρεπτικά συστατικά όπως τα άλατα του αζώτου (αμμωνιακά NH 4 +, νιτρώδη NO 2 -, νιτρικά NO 3 - ), τα άλατα του φωσφόρου (PO 4 3- ), του θείου (S) και του πυριτίου (Si), διάφορα ιχνοστοιχεία και τα βαριά μέταλλα όπως ο μόλυβδος (Pb), ο υδράργυρος (Hg), το κάδμιο (Cd), το χρώμιο (Cr). Στα βιοχημικά χαρακτηριστικά του νερού ανήκει το διαλυμένο οξυγόνο (D.O.), η οργανική ύλη, ουσίες δηλαδή οι οποίες προσδιορίζονται με το βιοχημικά απαιτούμενο οξυγόνο (BOD), το χημικά απαιτούμενο οξυγόνο (COD) και τον ολικό οργανικό άνθρακα (TOC) και στα μικροβιολογικά χαρακτηριστικά ανήκουν οι μικροοργανισμοί, δηλαδή τα βακτήρια, οι ιοί, οι μύκητες, τα φύκια (άλγη), τα πρωτόζωα, οι έλμινθες (σκουλήκια) και τα μαλακόστρακα. Ακολουθούν πίνακες ( ) με τα ποιοτικά χαρακτηριστικά του νερού και τα ανώτατα επιτρεπτά όρια διαφόρων ρυπαντών όπως αυτά ορίζονται από τη νομοθεσία. Ποιοτικά χαρακτηριστικά και διεργασίες επεξεργασίας νερού Ευθ. Νταρακάς Τ.Π.Μ. Α.Π.Θ. Σελίδα 18

20 Πίνακας Τα ποιοτικά χαρακτηριστικά του νερού Ποιοτικά χαρακτηριστικά Παράμετρος Θερμοκρασία Οξύτητα Αλκαλικότητα Αγωγιμότητα Αλατότητα Θολότητα Οσμή Χρώμα Φυσικοχημικά Στερεές ουσίες Άλατα Σκληρότητα Διάφορα κατιόντα (Ca 2+, Mg 2+, Na +, K +, NH + 4 ) Διάφορα ανιόντα (NO - 2, NO - 3, PO 3-4, SΟ 2-4, Cl - ) Θρεπτικά συστατικά (Ν, Ρ, S, Si) Ιχνοστοιχεία / μέταλλα Διαλυμένο οξυγόνο (DO) Βιοχημικά Απαιτούμενο Οξυγόνο (BOD) Βιοχημικά Χημικά Απαιτούμενο Οξυγόνο (COD) Ολικός Οργανικός Άνθρακας (TOC) Ιοί Βακτήρια Μύκητες Μικροβιολογικά Φύκια Πρωτόζωα Έλμινθες Μαλακόστρακα Ποιοτικά χαρακτηριστικά και διεργασίες επεξεργασίας νερού Ευθ. Νταρακάς Τ.Π.Μ. Α.Π.Θ. Σελίδα 19

21 Πίνακας Ανώτατα επιτρεπτά όρια διαφόρων χημικών στοιχείων και ενώσεων στο πόσιμο νερό (WHO, Geneva 1993) Στοιχείο / Ουσία Σύμβολο / Χημικός τύπος Συνήθης περιεκτικότητα σε επιφανειακά και υπόγεια νερά Ανώτατο επιτρεπτό όριο σύμφωνα με την Π.Ο.Υ. Αργίλιο Al 0,2 mg/l Αμμωνία NH 4 + < 0,2 mg/l (μέχρι 0,3 mg/l σε αναερόβιες συνθήκες) Αντιμόνιο Sb < 4 μg/l mg/l Αρσενικό As 0,01 mg/l Αμίαντος - Βάριο Ba 0,3 mg/l Βηρύλλιο Be < 1 μg/l - Βόριο B < 1 mg/l 0,3 mg/l Κάδμιο Cd < 1 μg/l 0,003 mg/l Χλώριο Cl 250 mg/l Χρώμιο Cr +3, Cr +6 < 2 μg/l 0,05 mg/l Χρώμα - <15 mg/l Pt-Co (επιθυμητή τιμή) Χαλκός Cu 2 mg/l Κυανιούχα CN - 0,07 mg/l Διαλ. Οξυγόνο O 2 - Φθόριο F < 1,5 mg/l (μέχρι 10) 1,5 mg/l Σκληρότητα mg/l CaCO 3 - Υδρόθειο H 2 S - Σίδηρος Fe 0,5-50 mg/l - Μόλυβδος Pb 0,01 mg/l Μαγγάνιο Mn 0,5 mg/l Υδράργυρος Hg < 0,5 μg/l 0,001 mg/l Μολυβδαίνιο Mb < 0,01 mg/l 0,07 mg/l Νικέλιο Ni < 0,02 mg/l 0,02 mg/l Νιτρώδη-Νιτρικά NO 2 -, NO 3 - Θολότητα 50 mg/l (ολικό άζωτο) < 5 NTU (επιθυμητή) ph - Σελήνιο Se < < 0,01 mg/l 0,01 mg/l Άργυρος Ag 5 50 μg/l - Νάτριο Na < 20 mg/l 200 mg/l Θειικά SO mg/l Κασσίτερος Sn - TDS - Ουράνιο U 1,4 mg/l Ψευδάργυρος Zn 3 mg/l Ποιοτικά χαρακτηριστικά και διεργασίες επεξεργασίας νερού Ευθ. Νταρακάς Τ.Π.Μ. Α.Π.Θ. Σελίδα 20

22 Πίνακας Ενδεικτικές παράμετροι (Ανώτατα επιτρεπτά όρια στο πόσιμο νερό σύμφωνα με τη νομοθεσία της Ε.Ε.) Παράμετρος Σύμβολο / Χημικός τύπος Ανώτατη παραδεκτή τιμή Αργίλιο Al 0.2 mg/l Αμμωνία NH mg/l Χλωριούχα Cl mg/l Clostridium perfringens (περιλαμβανομένων και σπόρων) Χρώμα Αγωγιμότητα 0/100 ml Αποδεκτό στους καταναλωτές και άνευ ασυνήθους μεταβολής 2500 μs/cm στους 20 o C ph και 9.5 Σίδηρος Fe 0.2 mg/l Μαγγάνιο Mn 0.05 mg/l Οσμή Αποδεκτή στους καταναλωτές και άνευ ασυνήθους μεταβολής Οξειδωσιμότητα 5.0 mg/l O 2 Θειικά 2- SO mg/l Νάτριο Na 200 mg/l Γεύση Αριθμός αποικιών 22 o Coliform bacteria Total organic carbon (TOC) Αποδεκτή στους καταναλωτές και άνευ ασυνήθους μεταβολής Άνευ ασυνήθους μεταβολής 0 / 100 ml Άνευ ασυνήθους μεταβολής Θολότητα NTU Αποδεκτή στους καταναλωτές και άνευ ασυνήθους μεταβολής Τρίτιο Ολική ενδεικτική δόση H Bq/l 0.10 msv/year Πίνακας Σημαντική νομοθεσία για τα ποιοτικά χαρακτηριστικά του νερού «Ποιότητα νερού ανθρώπινης κατανάλωσης σε συμμόρφωση προς την 98/83/ΕΚ του Συμβουλίου της Ευρωπαϊκής Ένωσης της 03/11/1998», ΚΥΑ Υ2/2600/2001, ΦΕΚ 892 τεύχος Β, 11/07/2001 Οδηγία 2000/60/ΕΚ του Ευρωπαϊκού Κοινοβουλίου και του Συμβουλίου της 23/10/2000 για τη θέσπιση πλαισίου κοινοτικής δράσης στον τομέα της πολιτικής των υδάτων (L 327 EL ) «Ποιότητα πόσιμου νερού σε συμμόρφωση προς την 80/778 οδηγία του Συμβουλίου των Ευρωπαϊκών Κοινοτήτων» ΦΕΚ 53 τεύχος Β, 20/02/1986 ΚΥΑ 46399/1352 (ΦΕΚ 438B / ) «Απαιτούμενη ποιότητα των επιφανειακών νερών που προορίζονται για πόσιμα» ΥΔ Γ3α/761/ (ΦΕΚ 189Β /1968) «Περί ποιότητας του πόσιμου νερού», όπως τροποποιήθηκε ΥΜ 5673/ (ΦΕΚ 5Β / ) «Περί απολυμάνσεως του ύδατος των υδρεύσεων» Ποιοτικά χαρακτηριστικά και διεργασίες επεξεργασίας νερού Ευθ. Νταρακάς Τ.Π.Μ. Α.Π.Θ. Σελίδα 21

23 2.2 Θερμοκρασία Η θερμοκρασία είναι η παράμετρος που υπεισέρχεται σε όλες τις φυσικοχημικές και τις βιοχημικές αντιδράσεις. Οι βιοχημικές αντιδράσεις εκτελούνται με ταχύτερο ρυθμό σε υψηλές θερμοκρασίες. Η διάθεση θερμών υγρών αποβλήτων σε φυσικούς αποδέκτες επηρεάζει άμεσα το οικοσύστημα γιατί η διαλυτότητα του οξυγόνου στο νερό εξαρτάται άμεσα από τη θερμοκρασία, είναι λιγότερο διαλυτό στο θερμό απ ότι στο ψυχρό νερό. Εάν αυξηθεί η θερμοκρασία του αποδέκτη μειώνεται το ποσοστό του διαλυμένου οξυγόνου και εκτός αυτού το θερμό νερό σαν ειδικά ελαφρύτερο παραμένει στην επιφάνεια (φαινόμενο αναστροφής), δημιουργώντας ένα θερμότερο στρώμα με μικρότερη ικανότητα διάλυσης του ατμοσφαιρικού οξυγόνου. Τέλος οι υψηλές θερμοκρασίες συντελούν και στην αύξηση του πολλαπλασιασμού των μικροοργανισμών. 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 και πέρα από την αισθητική και γευστική επίδραση, το νερό καθίσταται λιγότερο κατάλληλο για ορισμένες χρήσεις. Έκφραση αποτελεσμάτων: o C Ενδεικτικό επίπεδο για το πόσιμο νερό: 12 Ανώτατη παραδεκτή θερμοκρασία: 25 (ΦΕΚ 53 / , τεύχος Β') 2.3 Οξύτητα (ph) Το καθαρό νερό ιονίζεται σε κατιόντα υδρογόνου (Η + ) και ανιόντα υδροξυλίου (ΟΗ - ) σύμφωνα με την εξίσωση: O H 2 H OH. Ως οξύτητα (ph) ορίζεται «ο αρνητικός δεκαδικός λογάριθμος της συγκέντρωσης των κατιόντων υδρογόνου» ( ph log[ H ]). Η κλίμακα μέτρησης του ph εκτείνεται από 0 ως 14. Η τιμή 7,0 αντιστοιχεί σε ουδέτερα δείγματα (C Η + = 10-7 mole/lit). Τιμές μικρότερες του 7,0 υποδεικνύουν υπεροχή κατιόντων υδρογόνου (Η + ), ενώ τιμές μεγαλύτερες από 7,0 αντιστοιχούν σε αλκαλικά νερά (υπεροχή υδροξυλιόντων, ΟΗ - ). Η ενεργός οξύτητα (ph) του νερού εξαρτάται από τη θερμοκρασία, την αλατότητα (παρουσία ανιόντων θείου, χλωρίου κ.ά., κατιόντων ασβεστίου, μαγνησίου κ.ά.), τις συγκεντρώσεις του διοξειδίου του άνθρακα και του οξυγόνου, καθώς και από τη μεταβολική δραστηριότητα των υδρόβιων οργανισμών (φωτοσύνθεση, αναπνοή) και την αποσύνθεση των οργανικών ουσιών. Η ενεργός οξύτητα επηρεάζει πολλές βιολογικές και χημικές αντιδράσεις και πολλές φορές χρησιμεύει σαν δείκτης ρύπανσης. Το σύνολο των βιοχημικών αντιδράσεων πραγματοποιείται σε ουδέτερο ph. Όξινα ή αλκαλικά Ποιοτικά χαρακτηριστικά και διεργασίες επεξεργασίας νερού Ευθ. Νταρακάς Τ.Π.Μ. Α.Π.Θ. Σελίδα 22

24 περιβάλλοντα δυσχεραίνουν την πορεία των αντιδράσεων ή αναστέλλουν την πραγματοποίησή τους. Τα φυσικά νερά έχουν τιμές ph που κυμαίνονται μεταξύ 4,0 και 9,0, ενώ τιμές 6,5-8,5 είναι στις περισσότερες περιπτώσεις οι καταλληλότερες για τους υδρόβιους οργανισμούς. Οι τιμές ph των εκροών των επεξεργασμένων υγρών αποβλήτων πρέπει να κυμαίνονται από 6,5 8,5 ώστε να μην μεταβάλλονται οι αντίστοιχες τιμές των φυσικών νερών. Η μέτρηση του ph είναι μια από τις σημαντικότερες μετρήσεις κατά την αξιολόγηση της ποιότητας του νερού. Παλαιότερα οι μετρήσεις γίνονταν χρωματομετρικά, δηλαδή με την βοήθεια των δεικτών, (ουσίες που αλλάζουν χρώμα σε διαφορετικές τιμές του ph), σήμερα όμως με την εμφάνιση και ανάπτυξη των ηλεκτροδίων υάλου και διαφόρων ρητινών, το ph μετράται πολύ εύκολα με σύγχρονα αναλογικά ή ψηφιακά πεχάμετρα (εικόνα 2.3.1). Εικόνα ph-μετρο Αντιμετώπιση της οξύτητας του νερού Εξουδετέρωση Έκφραση αποτελεσμάτων: ph Ενδεικτικό επίπεδο για το πόσιμο νερό: 6,5 < ph < 8,5 (ΦΕΚ 53 / , τεύχος Β') - (ΦΕΚ 892 / , τεύχος Β ) 2.4 Αλκαλικότητα Αλκαλικότητα είναι η ικανότητά του νερού να εξουδετερώνει οξέα. Οι κύριες συνιστώσες της είναι τα όξινα ανθρακικά (HCO - 3 ) και τα ανθρακικά (CO 2-3 ) ιόντα που προκύπτουν από τον ιονισμό του διοξειδίου του άνθρακα (CO 2 ) και από τα υδροξύλια (ΟΗ - ). Το διοξείδιο του άνθρακα (CO 2 ) διαλύεται εύκολα στο νερό συμβάλλοντας στη διαμόρφωση ενός περιβάλλοντος κατάλληλου για τη ζωή, δεδομένου ότι συμμετέχει στις διαδικασίες της φωτοσύνθεσης και της αναπνοής και αποτελεί ουσιαστική πηγή άνθρακα, άμεσα ή έμμεσα, Ποιοτικά χαρακτηριστικά και διεργασίες επεξεργασίας νερού Ευθ. Νταρακάς Τ.Π.Μ. Α.Π.Θ. Σελίδα 23

25 για τις ενεργειακές απαιτήσεις των οργανισμών. Αύξηση της συγκέντρωσης του CO 2 στα φυσικά νερά προκαλεί μείωση του ph και αντίστροφα. Τα φυσικά νερά παρουσιάζουν μεγάλη ρυθμιστική ικανότητα, ανθίστανται δηλαδή, μέσω μιας σειράς χημικών αντιδράσεων που συμβαίνουν στο εσωτερικό τους, σε απότομες μεταβολές του ph. Σημαντικές και σχετικά μόνιμες μεταβολές στο ph παρατηρούνται συνήθως κάτω από την επίδραση εξωγενών παραγόντων. Χαμηλές τιμές του ph οφείλονται συχνά στην εισαγωγή οξέων στα φυσικά νερά (όξινη βροχή, αστικά και βιομηχανικά απόβλητα κ.ά.). Αλκαλικές τιμές ph συναντώνται σε περιπτώσεις έντονης φωτοσυνθετικής δραστηριότητας ευτροφισμός, γιατί κατά τη φωτοσύνθεση το φυτοπλαγκτόν μειώνει τη συγκέντρωση του CO 2 του νερού, σε περιπτώσεις ρύπανσης των υδάτινων αποδεκτών με αλκαλικές ουσίες (απορρυπαντικά κ.ά. από αστικά και βιομηχανικά απόβλητα) και σε αυξημένες συγκεντρώσεις νατρίου (Na), καλίου (Κ), ασβεστίου (Ca) και μαγνησίου (Mg). Η αλκαλικότητα εκφράζεται χημικά ως Σ [HCO - 3 ] + 2[CO 2-3 ] + [OH - ] [H + ] meq/l και πρακτικά ως συγκέντρωση (mg/lt) ανθρακικού ασβεστίου (CaCO 3 ) του οποίου το γραμμομόριο είναι 100 gr και το γραμμοϊσοδύναμο 50 gr δεδομένου ότι ιονίζεται στα δισθενή ιόντα ασβεστίου (Ca 2+ ) και ανθρακικά ιόντα (CO 3 2- ). Ισοδύναμη μάζα CaCO 3 = 100mg / mmole 50mg / meq. 2meq / mmole Αλκαλικότητα 3 meq/l εκφράζεται ως 150 mg/l CaCO 3. Αντιμετώπιση της αλκαλικότητας του νερού Εξουδετέρωση 2.5 Αγωγιμότητα και αλατότητα Η ηλεκτρική αγωγιμότητα είναι εξ ορισμού η ικανότητα ενός υλικού να διαρρέεται από ηλεκτρικό ρεύμα και είναι αντιστρόφως ανάλογη της ηλεκτρικής αντίστασης. Η ηλεκτρική αγωγιμότητα του νερού αναφέρεται στην ικανότητά του να μεταφέρει (άγει) ηλεκτρικά φορτία. Η ικανότητα αυτή εξαρτάται από την παρουσία ιόντων (κατ επέκταση των αλάτων), τη συγκέντρωση των ιόντων, την ευκινησία των ιόντων, το σθένος των ιόντων και τη θερμοκρασία του διαλύματος. 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. Οι τιμές της αγωγιμότητας είναι ενδεικτικές για την ποιότητα των φυσικών νερών. Απότομη αύξηση της αγωγιμότητας του νερού ενός φυσικού αποδέκτη αποτελεί ένδειξη ρύπανσης. Ποιοτικά χαρακτηριστικά και διεργασίες επεξεργασίας νερού Ευθ. Νταρακάς Τ.Π.Μ. Α.Π.Θ. Σελίδα 24

26 Απόβλητα και ρύποι που εισέρχονται στους υδάτινους αποδέκτες τροποποιούν την αγωγιμότητα, ειδικότερα αν οι ρύποι περιλαμβάνουν ιόντα όπως ανθρακικά, θειικά, χλωρίου, μαγνησίου, νατρίου, καλίου και φωσφόρου. Η μονάδα μέτρησης της αγωγιμότητας είναι το mho/cm, δηλαδή το αντίστροφο της αντίστασης (ohm) ή το Siemens/cm (S/cm), με υποδιαιρέσεις: το microsiemens/cm (μs/cm) ίσο με 10-6 S/cm και το millisiemens/cm (ms/cm) ίσο με 10-3 S/cm. Συνήθως στα φυσικά γλυκά νερά η αγωγιμότητα κυμαίνεται από μs/cm. Το νερό του δικτύου ύδρευσης της Θεσσαλονίκης έχει αγωγιμότητα περίπου 650 μs/cm. Σε μερικά βιομηχανικά απόβλητα η τιμή της αγωγιμότητας υπερβαίνει τα μs/cm. Εικόνα Αγωγιμόμετρα Με την αγωγιμότητα συνδέεται και η αλατότητα, η οποία εκφράζεται σαν ποσοστό επί τοις χιλίοις (S ). Η αλατότητα είναι η περιεκτικότητα του νερού σε αλάτι (NaCl) και ορίζεται ως η «συνολική ποσότητα των στερεών ουσιών σε γραμμάρια που περιέχονται σε 1 Kg θαλασσινό νερό, όταν όλα τα ανθρακικά (CO 2-3 ) έχουν μετατραπεί σε οξείδια, τα βρωμιούχα (Br - ) και ιωδιούχα (I - ) έχουν αντικατασταθεί από χλωριούχα (Cl - ) ιόντα και έχει οξειδωθεί όλη η οργανική ύλη». Η αλατότητα των θαλασσών κυμαίνεται μεταξύ 32,0 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 του νερού. Αντιμετώπιση της υψηλής αγωγιμότητας του νερού Ιζηματοποίηση, Ιοντοεναλλαγή, Αντίστροφη ώσμωση 2.6 Οσμή και γεύση του νερού Τα δύο αυτά χαρακτηριστικά 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 Ποιοτικά χαρακτηριστικά και διεργασίες επεξεργασίας νερού Ευθ. Νταρακάς Τ.Π.Μ. Α.Π.Θ. Σελίδα 25

27 συνήθως μόνον ποιοτικά σαν έντονες, μέτριες, ασθενείς κ.λ.π. Το προς πόση νερό πρέπει να είναι απαλλαγμένο από κάθε ίχνος δυσάρεστης οσμής ή γεύσης. Τα προβλήματα γεύσης στο νερό οφείλονται στα διαλυμένα άλατα (TDS), καθώς επίσης στην παρουσία κάποιων μετάλλων, όπως είναι ο σίδηρος (Fe), ο χαλκός (Cu), το μαγγάνιο (Mn) και ο ψευδάργυρος (Zn). Τέλος, ουσίες όπως οι φαινόλες και οι χλωροφαινόλες δημιουργούν σοβαρά προβλήματα γεύσης στο νερό ακόμα και σε πολύ χαμηλές συγκεντρώσεις. Τα νερά με σύνολο διαλυμένων αλάτων (TDS) μικρότερο από 1200 mg/l δεν παρουσιάζουν προβλήματα γεύσης και είναι αποδεκτά από τον καταναλωτή, αν και πρέπει να προτιμάται συγκέντρωση TDS μικρότερη από 500 mg/l. Μερικά άλατα, όπως για παράδειγμα το χλωριούχο μαγνήσιο (MgCl 2 ), παρουσιάζουν μεγαλύτερα προβλήματα γεύσης. Αντίθετα η γεύση των θειικών αλάτων του μαγνησίου (MgSO 4 ) και ασβεστίου (CaSO 4 ) είναι λιγότερο δυσάρεστη. Το υπολειμματικό χλώριο των δικτύων ύδρευσης είναι αυτό που αντιλαμβάνεται ο καταναλωτής και το συσχετίζει με την οσμή και τη γεύση του νερού. 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, μιας ουσίας η οποία δημιουργείται στο νερό κατά την χλωρίωση, 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. Τέτοιες ενώσεις είναι το διχλωρομεθάνιο, το χλωροφόρμιο, το τριχλωροαιθυλένιο κ.ά. γνωστά ως χλωριωμένοι υδρογονάνθρακας ή τριαλογονομένα μεθάνια (Tri-Halo-Methanes, THM). 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 κυανοπράσινων φυκιών που ταυτοποιήθηκαν είναι η γεωσμίνη και η μεθυλοϊσοβορνεόλη (ΜΙΒ). Τα συστατικά αυτά είναι ιδιαίτερα δύσοσμα και υπεύθυνα για την οσμή γαιώδους μούχλας που προσδίδουν στο νερό. Αρκετά υπόγεια νερά έχουν δυσάρεστη οσμή αλλά και γεύση που οφείλεται στο περιεχόμενο υδρόθειο (H 2 S). Το υδρόθειο στα υπόγεια νερά προέρχεται συνήθως από την αναγωγή των θειικών αλάτων εξαιτίας αναερόβιων βιολογικών διεργασιών. Η οσμή αλλοιωμένου αυγού μπορεί να ανιχνευθεί σε συγκεντρώσεις μεγαλύτερες από 0.1 mg/l. Το Ποιοτικά χαρακτηριστικά και διεργασίες επεξεργασίας νερού Ευθ. Νταρακάς Τ.Π.Μ. Α.Π.Θ. Σελίδα 26

28 βακτήριο 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. Η οσμή είναι ένα οργανοληπτικό χαρακτηριστικό και γι' αυτό υποκειμενικό, που μπορεί ωστόσο να αποτελέσει κριτήριο για την ταξινόμηση των νερών σε κατηγορίες χρήσεων (πόση, αναψυχή, διαβίωση ψαριών κ.λ.π.). Η οσμή των νερών στους επιφανειακούς ταμιευτήρες μπορεί να οφείλεται σε φυσικά ή ανθρωπογενή αίτια. Όταν επικρατούν αναερόβιες συνθήκες, τα προϊόντα της διάσπασης της οργανικής ύλης είναι το υδρόθειο (H 2 S), η αμμωνία (ΝΗ 3 ), το μεθάνιο (CH 4 ), αέρια δύσοσμα, τοξικά και εκρηκτικά. Η ένταση των οσμών δεν εξαρτάται πάντα από τη συγκέντρωση των ουσιών που την προκαλούν. Αν και το όργανο που χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της οσμής είναι η ανθρώπινη μύτη, υπάρχουν συγκεκριμένες τεχνικές με τις οποίες προσδιορίζεται ποιοτικά και ποσοτικά. Η ποιοτική κατάταξη γίνεται με βάση κατηγορίες αντιπροσωπευτικών ουσιών με χαρακτηριστική οσμή π.χ. τα βιομηχανικά απόβλητα, το χλώριο, τα απόβλητα διυλιστηρίων, το υδρόθειο, η αμμωνία αντιστοιχίζονται στην κατηγορία της οσμής φαρμάκων, φυτά σε αποσύνθεση στην κατηγορία της οσμής μούχλας κ.λ.π. Ποσοτικά η οσμή προσδιορίζεται (βάσει ειδικών εξετάσεων και κάτω από ειδικές συνθήκες) με τη μέθοδο των διαδοχικών αραιώσεων. Το δείγμα αραιώνεται σταδιακά και σαν όριο καταγράφεται αυτό στο οποίο η οσμή είναι ελάχιστα αντιληπτή. Αντιμετώπιση των οσμών και των δυσάρεστων γεύσεων του νερού Οξείδωση, Διήθηση, Προσρόφηση Ενδεικτικό επίπεδο για το πόσιμο νερό: 0 Ανώτατη παραδεκτή συγκέντρωση: 2 μέχρι 12 ο C, 3 μέχρι 25 o C (ΦΕΚ 53 / , τεύχος Β') Έκφραση αποτελεσμάτων: Ποσοστό διαλύσεως Παραμετρική τιμή για το πόσιμο νερό: Αποδεκτή στους καταναλωτές και άνευ ασυνήθους μεταβολής (ΦΕΚ 892 / , τεύχος Β ) 2.7 Χρώμα Το χρώμα που βλέπουμε σε έναν υδάτινο αποδέκτη καθορίζεται από το μήκος κύματος της μονοχρωματικής ακτινοβολίας που προσπίπτει στο νερό, από το είδος των σωματιδίων που αιωρούνται, από το χρώμα του ιζήματος, από την παρουσία ανόργανων ή οργανικών ουσιών, από το είδος των πλαγκτονικών οργανισμών και τη βιολογική τους δραστηριότητα, ακόμη και από το γεωλογικό υπόστρωμα της περιοχής. Όλοι αυτοί οι παράγοντες επηρεάζουν την απορρόφηση του φωτός στο νερό και του προσδίδουν συγκεκριμένο Ποιοτικά χαρακτηριστικά και διεργασίες επεξεργασίας νερού Ευθ. Νταρακάς Τ.Π.Μ. Α.Π.Θ. Σελίδα 27

29 χρώμα που μπορεί να είναι από πράσινο - γαλάζιο έως σκούρο καφετί. Η απορρόφηση του φωτός υπολογίζεται με το συντελεστή απορρόφησης, ο οποίος είναι διαφορετικός για κάθε είδος φυσικού νερού αλλά και για κάθε μήκος κύματος του φωτός. Έτσι οι διαφανείς λίμνες έχουν μικρό συντελεστή απορρόφησης, ενώ οι εύτροφες και θολές μεγάλο. Το χρώμα του νερού ενός φυσικού αποδέκτη μπορεί ν' αλλάζει εποχιακά, όταν εξαιτίας της διάχυσης του ιζήματος κατά τη φθινοπωρινή και εαρινή αναστροφή αναπτύσσεται υπερβολικά το φυτοπλαγκτόν εντείνοντας το πράσινο χρώμα ή με τη μεταφορά φερτών υλών από τη λεκάνη απορροής που προσδίδουν φαιό χρώμα στο νερό. Φυσικά νερά με έντονη βιολογική δραστηριότητα έχουν χρώμα πράσινο, ενώ αυτά με ασθενέστερη βιολογική δραστηριότητα έχουν χρώμα πράσινο - γαλάζιο. Ο χρωματισμός αποτελεί ένδειξη για την παρουσία συγκεκριμένων χημικών ουσιών π.χ. η παρουσία θείου (S) προσδίδει στο νερό κιτρινωπό χρώμα ενώ η παρουσία ανθρακικού ασβεστίου (CaCO 3 ) πράσινο χρώμα. Το χρώμα στο πόσιμο νερό είναι αισθητικά ανεπιθύμητο. Νερό που προορίζεται για ανθρώπινη κατανάλωση και έχει χρώμα πρέπει να εξεταστεί χημικά για να αναζητηθεί η προέλευσή του. Το καθαρό φυσικό νερό είναι διαυγές και άχρωμο σε μικρές μάζες. Όμως η παρουσία ορισμένων μεταλλικών ιόντων, όπως σιδήρου (Fe 2+ ) και μαγγανίου (Mn 2+ ) 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 (Fe), 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 διάλυμα αυτό περιέχει λευκόχρυσο (Pt) και κοβάλτιο (Co). Συγκεκριμένα ένα διάλυμα με αρχική προσθήκη 1,246 g K 2 PtCl 6 και 1,00 g CoCl 2.6H 2 O σε αποσταγμένο νερό, προσθήκη στη συνέχεια 100 ml HCl και τελική αραίωση με αποσταγμένο νερό μέχρι όγκου 1 lt, θεωρείται πρότυπο διάλυμα που έχει τιμή χρώματος 500 μονάδες της κλίμακας Λευκόχρυσου Κοβαλτίου (Pt/Co). Με διαδοχικές αραιώσεις αυτού του προτύπου διαλύματος λαμβάνονται διαλύματα με συγκεκριμένες τιμές χρώματος της κλίμακας Pt/Co. Ποιοτικά χαρακτηριστικά και διεργασίες επεξεργασίας νερού Ευθ. Νταρακάς Τ.Π.Μ. Α.Π.Θ. Σελίδα 28

30 Το δείγμα συγκρίνεται με τα πρότυπα αυτά διαλύματα της κλίμακας Pt/Co και το αποτέλεσμα της παρατήρησης εκφράζεται σε mg/l. Εικόνα Κλίμακα Pt/Co για τον προσδιορισμό του χρώματος Αντιμετώπιση του χρώματος του νερού Οξείδωση, Προσρόφηση, Διήθηση Ενδεικτικό επίπεδο για το πόσιμο νερό: 1 Ανώτατη παραδεκτή συγκέντρωση: 20 (ΦΕΚ 53 / , τεύχος Β') Έκφραση αποτελεσμάτων: mg/l Κλίμακας Pt / Co Παραμετρική τιμή για το πόσιμο νερό: Αποδεκτό για τους καταναλωτές και άνευ ασυνήθους μεταβολής (ΦΕΚ 892 / , τεύχος Β ) 2.8 Θολότητα Με τον όρο θολότητα εννοούμε την απουσία διαύγειας σε ένα υγρό δείγμα. Πιο συγκεκριμένα, θολότητα είναι η αντίσταση του νερού στην διέλευση του φωτός και οφείλεται κυρίως στην ύπαρξη λεπτόκοκκων σωματιδίων ανόργανων και οργανικών υλικών τα οποία αιωρούνται ή βρίσκονται σε κολλοειδή μορφή και είναι διάσπαρτα στην υγρή φάση. Νερό που είναι θολό πρέπει να ελεγχθεί για ρύπανση. Κατανάλωση θολού νερού μπορεί να είναι επικίνδυνη για την υγεία. Η θολότητα είναι η περισσότερο μεταβαλλόμενη παράμετρος ποιότητας του νερού, η οποία καθορίζει συχνά την επιλογή της μεθόδου επεξεργασίας του. Η απολύμανση του πόσιμου νερού δεν είναι αποτελεσματική αν υπάρχει θολότητα, γιατί πολλοί παθογόνοι οργανισμοί εγκλωβίζονται στα σωματίδια που αιωρούνται και προστατεύονται από το απολυμαντικό. Επίσης τα σωματίδια μπορεί να απορροφήσουν επιβλαβείς οργανικές ή ανόργανες ουσίες. Το πόσιμο νερό που φτάνει στον καταναλωτή πρέπει να είναι διαυγές και όχι θολό. Η θολότητα προκαλεί εξασθένηση της έντασης της διερχόμενης φωτεινής ακτινοβολίας λόγω φαινομένων σκέδασης και απορρόφησης και μετριέται σε μονάδες θολότητας (NTU) (Nephelometric Turbidity Units) ή σε mg/l (ppm) Ποιοτικά χαρακτηριστικά και διεργασίες επεξεργασίας νερού Ευθ. Νταρακάς Τ.Π.Μ. Α.Π.Θ. Σελίδα 29

31 διοξειδίου του πυριτίου (SiO 2 ), δηλαδή θολότητα που οφείλεται στην περιεκτικότητα 1 mg SiO 2 σε 1 lt νερού. Η μέτρηση της θολότητας γίνεται με το θολερόμετρο (ή νεφελόμετρο) και βασίζεται στη σύγκριση της έντασης του φωτός που υφίσταται διάχυση περνώντας μέσα από ένα δείγμα νερού (ή αποβλήτων) με την ένταση του φωτός που υφίσταται διάχυση κατά τη διέλευσή του από ένα πρότυπο αιώρημα κάτω από τις ίδιες συνθήκες. Το όργανο διαθέτει μια πηγή φωτός και ένα σύστημα ένδειξης της έντασης του διαχεομένου φωτός σε γωνία 90º ως προς την προσπίπτουσα δέσμη όταν αυτή διέρχεται από το προς εξέταση δείγμα. Σημειώνεται ότι εάν ένα δείγμα περιέχει διαλυμένα υλικά που προσδίδουν χρώμα είναι ενδεχόμενο να προκαλείται απορρόφηση και μείωση της έντασης του σκεδαζόμενου φωτός με επίπτωση στην τιμή της μετρούμενης θολότητας. Εικόνα Θολερόμετρα Αντιμετώπιση της θολότητας του νερού Καθίζηση, Διήθηση Έκφραση αποτελεσμάτων: mg/l SiO 2 Ενδεικτικό επίπεδο για το πόσιμο νερό: 1 Ανώτατη παραδεκτή συγκέντρωση: 10 (ΦΕΚ 53 / , τεύχος Β') Έκφραση αποτελεσμάτων: NTU (Nephelometric Turbidity Units) Παραμετρική τιμή για το πόσιμο νερό: Αποδεκτή στους καταναλωτές και άνευ ασυνήθους μεταβολής, (ΦΕΚ 892 / , τεύχος Β ) 2.9 Στερεές ουσίες Στα φυσικά συστατικά του νερού ανήκουν τα ολικά στερεά (ΤS), τα οποία βρίσκονται αιωρούμενα (ΤSS) ή διαλυμένα (ΤDS) στη μάζα του νερού (σχήμα ). Τα στερεά αποτελούνται από οργανικά (εξαερώσιμα, δηλαδή πτητικά) στερεά (ΤVS) και ανόργανα (αδρανή μη εξαερώσιμα, δηλαδή σταθερά) στερεά (ΤFS). Η αλληλεπίδραση μεταξύ των διαφόρων στερεών απεικονίζονται γραφικά στο σχήμα Ποιοτικά χαρακτηριστικά και διεργασίες επεξεργασίας νερού Ευθ. Νταρακάς Τ.Π.Μ. Α.Π.Θ. Σελίδα 30

32 Οι στερεές ουσίες του νερού ορίζονται ως το υπόλοιπο που παραμένει μετά από εξάτμιση ενός δείγματος νερού στους 105 C. Γενικά οι ουσίες οι οποίες υπάρχουν στο νερό διακρίνονται σε διαλυμένες που δεν φαίνονται, σε κολλοειδείς, οι οποίες επίσης δεν φαίνονται λόγω μεγέθους και σε αδιάλυτες οι οποίες συνήθως φαίνονται δια γυμνού οφθαλμού. Οι αδιάλυτες ουσίες, ανάλογα με το ειδικό τους βάρος είτε θα επιπλέουν είτε θα αιωρούνται είτε θα καθιζάνουν. Τα αιωρούμενα στερεά έχουν μέγεθος μεγαλύτερο από 1 μm και τα διαλυμένα που είναι μικρά μόρια και ιόντα έχουν μέγεθος μικρότερο από 1 nm. Ουσίες στο νερό Διαλυμένες Αδιάλυτες Κολλοειδείς Επιπλέουσες Αιωρούμενες Καθιζάνουσες Σχήμα Ουσίες στο νερό και στα υγρά απόβλητα Ολικά στερεά στο νερό Διαλυμένες & Αδιάλυτες ουσίες TS Διήθηση Φίλτρο Επιπλέοντα, Αιωρούμενα, Καθιζάνοντα (TSS) Διήθημα (TDS) Εξάτμιση 105 o C Εξάτμιση 105 ο C TS Εξάτμιση 105 o C Καύση 550 o C TDS TSS VSS FSS Καύση 550 o C TVS TFS VDS FDS TVS TFS Σχήμα Αλληλεπίδραση των στερεών Ποιοτικά χαρακτηριστικά και διεργασίες επεξεργασίας νερού Ευθ. Νταρακάς Τ.Π.Μ. Α.Π.Θ. Σελίδα 31

33 [TS Total Solids, TSS Total Suspended Solids, TDS Total Dissolved Solids, VSS Volatile Suspended Solids, FSS Fixed Suspended Solids, VDS Volatile Dissolved Solids, FDS Fixed Dissolved Solids, TVS Total Volatile Solids, TFS Total Fixed Solids]. Στο πόσιμο νερού η συγκέντρωση των ΤSS είναι ελάχιστη και κυρίως ενδιαφέρει η συγκέντρωση των κολλοειδών των οποίων η παρουσία αντιπροσωπεύεται από τη θολότητα του νερού. Τα αιωρούμενα στερεά (TSS) 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 (Al), ενώ τα μικροφύκια, τα βακτήρια και άλλοι ανώτεροι μικροοργανισμοί είναι τα κύρια είδη των αδιάλυτων στερεών βιολογικής προέλευσης. Σαν επιπλέοντα ή αιωρούμενα 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 γίνεται στον ειδικά βαθμονομημένο κώνο του Imhoff, στον οποίο υπολογίζεται ο όγκος (ml/l) των ουσιών που καθιζάνει κατά τη διάρκεια συγκεκριμένου χρόνου (π.χ. 30 min.) Άλατα και σκληρότητα Οι σημαντικότεροι παράγοντες που επηρεάζουν τη συγκέντρωση και το είδος των αλάτων που περιέχονται στο νερό είναι το γήινο υπόβαθρο, το ph και η θερμοκρασία. Η χημική σύσταση των φυσικών νερών μπορεί να τροποποιηθεί με τη βοήθεια των βιολογικών μεταβολισμών. Ο υδρολογικός κύκλος επιδρά στην αύξηση ή μείωση της συγκέντρωσης των διαφόρων χημικών στοιχείων. Διάλυση, οξείδωση, αναγωγή, ιοντοεναλλαγή και συμπλοκοποίηση είναι οι κύριες αντιδράσεις που λαμβάνουν χώρα. Τα συνήθη ανόργανα συστατικά των φυσικών νερών είναι το ασβέστιο (Ca), το μαγνήσιο (Mg), το νάτριο (Na), το κάλιο (K), τα όξινα ανθρακικά (HCO - 3 ), τα ανθρακικά (CO 2-3 ), τα χλωριούχα (Cl - ), τα θειικά (SO 2-4 ), τα νιτρικά (NO - 3 ) και τα πυριτικά. Οι συγκεντρώσεις των όξινων ανθρακικών για τα πόσιμα νερά κυμαίνονται από mg/l. Οι συγκεντρώσεις των υπολοίπων στοιχείων κυμαίνονται από mg/l. Άλλα ιόντα, των οποίων οι συγκεντρώσεις κυμαίνονται από 0,01 1 mg/l είναι η αμμωνία (NH 3 ), τα νιτρώδη (NO - 2 ), τα φωσφορικά (PO 3-4 ), ο σίδηρος (Fe), το μαγγάνιο (Mn) και το φθόριο (F). Ανάλογα με το γήινο υπόβαθρο της περιοχής, τη γεωργική και τη βιομηχανική ρύπανση, είναι δυνατόν να υπάρχει στο νερό κάθε στοιχείο του περιοδικού πίνακα σε πολύ χαμηλή συγκέντρωση (μg/l) ως ιχνοστοιχείο. Το νερό της βροχής περιέχει πολύ χαμηλές συγκεντρώσεις αλάτων σε Ποιοτικά χαρακτηριστικά και διεργασίες επεξεργασίας νερού Ευθ. Νταρακάς Τ.Π.Μ. Α.Π.Θ. Σελίδα 32

34 αντίθεση με τα υπόγεια και επιφανειακά νερά τα οποία περιέχουν μεγάλες ποσότητες αλάτων. Η σκληρότητα είναι μια παράμετρος, που εκφράζει την περιεκτικότητα του νερού σε πολυσθενή κατιόντα κυρίως ασβεστίου (Ca 2+ ) και μαγνησίου (Mg 2+ ) και διακρίνεται σε ολική, προσωρινή και μόνιμη. Το σκληρό νερό δεν έχει καλή γεύση, εμποδίζει το καλό βράσιμο των τροφίμων, δεν κάνει αφρό με το σαπούνι και δημιουργεί επικαθήσεις στις σωληνώσεις και στις οικιακές συσκευές. Επίσης, σε ορισμένες βιομηχανίες (βυρσοδεψεία, βαφεία, χημικών και φαρμακευτικών προϊόντων) το σκληρό νερό είναι επιζήμιο στην κατεργασία και στο τελικό προϊόν. Πολύ σοβαρές βιομηχανικές ενοχλήσεις δημιουργεί στους ατμολέβητες αφήνοντας μετά την εξάτμιση σημαντικές ποσότητες στερεών αποθεμάτων (πουρί). 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 (CaCO 3 ) και ανθρακικού μαγνησίου (MgCO 3 ). Εάν συνυπάρχουν και άλλα κατιόντα όπως του στροντίου, του βαρίου, του μαγγανίου, του ψευδαργύρου, του σιδήρου και του αργιλίου, τότε συμπεριλαμβάνονται και αυτά. Η προσωρινή (ανθρακική) σκληρότητα οφείλεται σε όξινα ανθρακικά άλατα του ασβεστίου (Ca(HCO 3 ) 2 ) και μαγνησίου (Mg(HCO 3 ) 2 ). Η σκληρότητα αυτή αφαιρείται με βρασμό του νερού και το μεν CO 2 διαφεύγει, τα δε αδιάλυτα CaCO 3 και MgCO 3 καθιζάνουν σαν ανθρακικά άλατα: Ca ( HCO3 ) 2 CaCO3 CO2 H2O Mg( HCO 3 ) 2 MgCO 3 CO 2 H 2 O Εικόνα Επικαθήσεις αλάτων Ca και Mg σε σωληνώσεις Η μόνιμη (μη ανθρακική) σκληρότητα οφείλεται στα ανθρακικά, θειούχα, χλωριούχα και νιτρικά άλατα του ασβεστίου και του μαγνησίου (CaCO 3, MgCO 3, CaSO 4, MgSO 4, CaCl 2, MgCl 2, Ca(NO 3 ) 2, Mg(NO 3 ) 2 ) και δεν αφαιρείται με βρασμό. Ποιοτικά χαρακτηριστικά και διεργασίες επεξεργασίας νερού Ευθ. Νταρακάς Τ.Π.Μ. Α.Π.Θ. Σελίδα 33

35 Για τον υπολογισμό της σκληρότητας του νερού και την έκφρασή της σε mg/l CaCO 3, το άθροισμα των χιλιοστοϊσοδυνάμων (meq/l) ασβεστίου και μαγνησίου θεωρείται ισοδύναμο χιλιοστοϊσοδυνάμων ανθρακικού ασβεστίου. Δηλαδή meq/l Ca 2+ + meq/l Mg 2+ = meq/l CaCO 3. Για τη μετατροπή των χιλιοστοϊσοδυνάμων (meq) του ανθρακικού ασβεστίου (CaCO 3 ) σε συγκέντρωση ανθρακικού ασβεστίου πολλαπλασιάζουμε τα χιλιοστοϊσοδύναμα επί 50. Δηλαδή meq/l CaCO 3 x 50 = mg/l CaCO 3. «Μαλακά» χαρακτηρίζονται τα νερά με σκληρότητα mg/l ισοδύναμο CaCO 3, «Μέσης σκληρότητας» τα νερά με σκληρότητα mg/l ισοδύναμο CaCO 3, «Σκληρά» τα νερά με σκληρότητα mg/l ισοδύναμο CaCO 3 και «Πολύ σκληρά» τα νερά με σκληρότητα μεγαλύτερη από 300 mg/l ισοδύναμο CaCO 3. Άλλες μονάδες έκφρασης της σκληρότητας είναι ο Γαλλικός ( o F), ο Γερμανικός ( o D) και Αγγλικός ( o E) βαθμός σκληρότητας (πίνακας ). Σύμφωνα με τη νομοθεσία η σκληρότητα του νερού μπορεί να είναι από 10 έως 50 γαλλικούς βαθμούς. Το νερό της Θεσσαλονίκης έχει σκληρότητα περίπου 21 ºF. Νερό με σκληρότητα μέχρι και 500 mg/l ισοδύναμο CaCO 3 μπορεί να χρησιμοποιηθεί για πόσιμο, αλλά οι πιο καλές τιμές είναι μεταξύ 80 και 150 mg/l. Τα πολύ σκληρά νερά υφίστανται αποσκλήρυνση συνήθως με τη μέθοδο της ιοντοεναλλαγής ή αναμιγνύονται με πιο μαλακά νερά. Σκληρότητα Ιόντα αλκαλικών γαιών (1 mmole/l) Ιόντα αλκαλικών γαιών (1 meq/l) Πίνακας Μετατροπές μονάδων σκληρότητας νερού Ιόντα αλκ. γαιών mmole/l Ιόντα αλκ. γαιών meq/l Γερμ. βαθμός o D CaCO 3 mg/l Αγγλ. βαθμός o E Γαλλ. βαθμός o F Γερμ. βαθμός mg/l CaCO Αγγλικός βαθμός Γαλλικός βαθμός Αντιμετώπιση της σκληρότητας του νερού Ιοντοεναλλαγή, Αντίστροφη ώσμωση, Μίξη «μαλακού» με «σκληρό» νερό Ποιοτικά χαρακτηριστικά και διεργασίες επεξεργασίας νερού Ευθ. Νταρακάς Τ.Π.Μ. Α.Π.Θ. Σελίδα 34

36 2.11 Κατιόντα (K +, Na +, Ca 2+, Mg 2+, NH 4 + ) Κάλιο (K) Το κάλιο είναι ένα στοιχείο σε αφθονία στη φύση, βρίσκεται σε όλα τα φυσικά νερά. Σπάνια όμως η περιεκτικότητά του στο πόσιμο νερό φθάνει τα 20 mg/l. Δεν έχουν αναφερθεί αρνητικές επιπτώσεις στην υγεία. Αντιμετώπιση υψηλών συγκεντρώσεων Καλίου στο νερό Ιοντοεναλλαγή, Αντίστροφη ώσμωση Έκφραση αποτελεσμάτων: mg/l K Ενδεικτικό επίπεδο για το πόσιμο νερό: 10 Ανώτατη παραδεκτή συγκέντρωση: 12 (ΦΕΚ 53 / , τεύχος Β') Νάτριο (Na) Είναι βασικό στοιχείο για τον άνθρωπο. Τα άλατά του βρίσκονται σε όλες τις τροφές και το πόσιμο νερό. Λόγω της αφθονίας του στη φύση περιέχεται σε όλα τα φυσικά νερά σε συγκεντρώσεις που κυμαίνονται από mg/l. Στο πόσιμο νερό δεν υπερβαίνει τα 20 mg/l, εκτός των περιπτώσεων που έχει γίνει αποσκλήρυνση με τη μέθοδο της ιοντοεναλλαγής σε νερά με μεγάλη σκληρότητα. Σε συγκεντρώσεις μεγαλύτερες από 200 mg/l επηρεάζει τη γεύση του νερού. Το νάτριο και κυρίως η αναλογία του προς τα άλλα κατιόντα στο νερό, έχει μεγάλη σημασία για τη γεωργία και την ανθρώπινη παθολογία. Η διαπερατότητα του εδάφους επηρεάζεται αρνητικά από μεγάλη αναλογία νατρίου στο νερό. Άτομα που πάσχουν από χρόνιες καρδιακές παθήσεις χρειάζονται νερό με χαμηλή περιεκτικότητα σε νάτριο. Αντιμετώπιση υψηλών συγκεντρώσεων Νατρίου στο νερό Ιοντοεναλλαγή, Αντίστροφη ώσμωση Ενδεικτικό επίπεδο για το πόσιμο νερό: 20 Ανώτατη παραδεκτή συγκέντρωση: 150 (ΦΕΚ 53 / , τεύχος Β') Έκφραση αποτελεσμάτων: mg/l Na Παραμετρική τιμή για το πόσιμο νερό: 200 (ΦΕΚ 892 / , τεύχος Β ) Ποιοτικά χαρακτηριστικά και διεργασίες επεξεργασίας νερού Ευθ. Νταρακάς Τ.Π.Μ. Α.Π.Θ. Σελίδα 35

37 Ασβέστιο (Ca) Υπάρχει σε όλα τα φυσικά νερά και προέρχεται από τα πετρώματα (ασβεστόλιθος, δολομίτης, γύψος) δια μέσου των οποίων διέρχεται το νερό. Η συγκέντρωση ασβεστίου κυμαίνεται από μηδέν μέχρι μερικές εκατοντάδες mg/l ανάλογα με την προέλευση του νερού και συμβάλλει στην ολική σκληρότητά του. Δεν έχει αρνητικές επιπτώσεις στην υγεία. Αντιμετώπιση υψηλών συγκεντρώσεων Ασβεστίου στο νερό Ιζηματοποίηση, Ιοντοεναλλαγή, Αντίστροφη ώσμωση Έκφραση αποτελεσμάτων: mg/l Ca Ενδεικτικό επίπεδο για το πόσιμο νερό: 100 Ανώτατη παραδεκτή συγκέντρωση: Δεν έχει οριστεί (ΦΕΚ 53 / , τεύχος Β') Μαγνήσιο (Mg) Βρίσκεται σε αφθονία στη φύση και είναι από τα πιο συνηθισμένα συστατικά των φυσικών νερών. Τα άλατά του μαζί με του ασβεστίου αποτελούν την ολική σκληρότητα του νερού και όταν θερμανθούν σχηματίζουν επικαθήσεις στις σωληνώσεις και τους λέβητες. Νερά με συγκεντρώσεις μαγνησίου μεγαλύτερες από 125 mg/l μπορεί να έχουν καθαρτικές και διουρητικές ιδιότητες. Αντιμετώπιση υψηλών συγκεντρώσεων Μαγνησίου στο νερό Οξείδωση (με αέρα ή χημικά), Καθίζηση, Διήθηση Έκφραση αποτελεσμάτων: mg/l Mg Ενδεικτικό επίπεδο για το πόσιμο νερό: 30 Ανώτατη παραδεκτή συγκέντρωση: 50 (ΦΕΚ 53 / , τεύχος Β') Αμμωνιακά (NH + 4 ) Τα υπόγεια νερά περιέχουν συνήθως αμμωνία σε χαμηλές συγκεντρώσεις (περίπου 0,2 mg/l). Σε υπόγεια νερά κάτω από εδάφη δασών παρατηρούνται υψηλότερες συγκεντρώσεις. Η αμμωνία δεν επηρεάζει άμεσα την υγεία στις συγκεντρώσεις που ενδέχεται να υπάρχει στο πόσιμο νερό, αποτελεί όμως σημαντικό δείκτη ρύπανσης από κοπρανώδεις ουσίες. Σε συγκεντρώσεις μεγαλύτερες από 0,2 mg/l δημιουργεί προβλήματα Ποιοτικά χαρακτηριστικά και διεργασίες επεξεργασίας νερού Ευθ. Νταρακάς Τ.Π.Μ. Α.Π.Θ. Σελίδα 36

38 οσμής και γεύσης στο νερό και ελαττώνει την αποτελεσματικότητα της απολύμανσης. Επίσης, συμβάλλει στο σχηματισμό νιτρωδών αλάτων στα συστήματα ύδρευσης. Αντιμετώπιση υψηλών συγκεντρώσεων Αμμωνιακών στο νερό Αν τα αμμωνιακά οφείλονται σε μικρόβια αντιμετωπίζονται με εξυγίανση του νερού, δηλαδή με απολύμανση, ενώ αν οφείλονται σε ορυκτά (πολύ σπάνιο) αντιμετωπίζονται με Αντίστροφη ώσμωση Ανώτατη παραδεκτή συγκέντρωση: 0,5 (ΦΕΚ 53 / , τεύχος Β') Έκφραση αποτελεσμάτων: mg/l NH 4 + Παραμετρική τιμή για το πόσιμο νερό: 0,5 (ΦΕΚ 892 / , τεύχος Β ) 2.12 Ανιόντα (Cl -, F -, NO 2 -, NO 3 -, SO 4 2- ) Χλωριούχα (Cl - ) Τα χλωριούχα ιόντα είναι ευρέως διαδεδομένα στη φύση σαν άλατα νατρίου (NaCl), καλίου (KCl), ασβεστίου (CaCl 2 ) και μαγνησίου (MgCl 2 ). Προέρχονται από τη διάβρωση των πετρωμάτων. Είναι πολύ ευδιάλυτα και εισδύουν στο έδαφος ή μεταφέρονται σε κλειστές δεξαμενές και τους ωκεανούς. Μπορεί όμως να προκύψουν και από τη χρήση λιπασμάτων, από λύματα και βιομηχανικά απόβλητα ή διείσδυση θαλασσινού νερού σε παράκτιες περιοχές. Δεν έχουν επιβλαβή επίδραση στον ανθρώπινο οργανισμό, αλλά σε υψηλές συγκεντρώσεις δίνουν στο πόσιμο νερό γλυφή γεύση. Η απότομη αύξηση των χλωριούχων στο νερό, αν δεν οφείλεται στην είσοδο θαλασσινού νερού, δείχνει πιθανή ρύπανση από λύματα και απαιτείται άμεση επιτόπια υγειονομική επιθεώρηση, η οποία πρέπει να επιβεβαιωθεί και με άλλες μετρήσεις (μικροβιολογικές, αμμωνία, νιτρώδη). Αντιμετώπιση υψηλών συγκεντρώσεων Χλωριούχων στο νερό Αντίστροφη ώσμωση, Ιοντοεναλλαγή Ενδεικτικό επίπεδο για το πόσιμο νερό: 25 Ανώτατη παραδεκτή συγκέντρωση: Δεν έχει οριστεί (ΦΕΚ 53 / , τεύχος Β') Έκφραση αποτελεσμάτων: mg/l Cl - Παραμετρική τιμή για το πόσιμο νερό: 250 (ΦΕΚ 892 / , τεύχος Β ) Ποιοτικά χαρακτηριστικά και διεργασίες επεξεργασίας νερού Ευθ. Νταρακάς Τ.Π.Μ. Α.Π.Θ. Σελίδα 37

39 Φθοριούχα (F - ) Το φθόριο υπάρχει στα νερά με τη μορφή φθοριούχων αλάτων, που προέρχονται από ηφαιστειογενή πετρώματα. Συνήθως βρίσκεται στα υπόγεια παρά στα επιφανειακά νερά. Δεν βρίσκεται σε στοιχειακή μορφή στη φύση, επειδή είναι πολύ δραστικό στοιχείο. Είναι βασικό στοιχείο για τον άνθρωπο. Από έρευνες και επιδημιολογικές μελέτες διαπιστώθηκε ότι το φθόριο σε μικρά ποσά στο νερό (μέχρι 1 mg/l) είναι ωφέλιμο, γιατί εμποδίζει τη δημιουργία τερηδόνας στα δόντια, ενώ σε μεγαλύτερες συγκεντρώσεις προκαλεί τη φθορίαση (μαύρες κηλίδες στην αδαμαντίνη των δοντιών) ή και βλάβες στα οστά. Χρησιμοποιείται στην παραγωγή αλουμινίου, σε βιομηχανίες χάλυβα και γυαλιού, στα λιπάσματα και στα κεραμικά. Αντιμετώπιση υψηλών συγκεντρώσεων Φθοριούχων στο νερό Προσρόφηση σε Mg(OH) 2 μετά από χημική ιζηματοποίηση Ανώτατη παραδεκτή συγκέντρωση: ανάλογα με τη θερμοκρασία (ΦΕΚ 53 / , τεύχος Β') Έκφραση αποτελεσμάτων: mg/l F - Παραμετρική τιμή για το πόσιμο νερό: 1,5 (ΦΕΚ 892 / , τεύχος Β ) Νιτρώδη (NO - 2 ) - Νιτρικά (NO - 3 ) Αποτελούν τμήμα του κύκλου του αζώτου στη φύση, επομένως υπάρχουν στα φυσικά νερά, αλλά η συγκέντρωση νιτρικών πρέπει να είναι χαμηλή. Υψηλές συγκεντρώσεις οφείλονται σε λιπάσματα, απορρίμματα και ζωικά ή ανθρώπινα απόβλητα. Υπάρχουν ακόμη και στον αέρα, λόγω της ατμοσφαιρικής ρύπανσης, με αποτέλεσμα να παρασύρονται από τη βροχή ή να αποτίθενται στο έδαφος. Σε αερόβιες συνθήκες τα νιτρικά (NO - 3 ) διεισδύουν στον υδροφόρο ορίζοντα. Τα πόσιμα νερά που περιέχουν μεγάλες ποσότητες νιτρικών αλάτων μπορεί να προκαλέσουν στα παιδιά την ασθένεια μεθαιμογλοβιναιμία, λόγω της αναγωγής τους σε νιτρώδη (ΝΟ - 2 ). Τα νιτρώδη και τα νιτρικά άλατα, στο περιβάλλον του στομάχου, σχηματίζουν νιτροζοενώσεις, που είναι καρκινογόνες. Αντιμετώπιση υψηλών συγκεντρώσεων Νιτρωδών στο νερό Χλωρίωση, Οζόνωση (οξείδωση) Αντιμετώπιση υψηλών συγκεντρώσεων Νιτρικών στο νερό Ιοντοεναλλαγή, Αντίστροφη ώσμωση Ποιοτικά χαρακτηριστικά και διεργασίες επεξεργασίας νερού Ευθ. Νταρακάς Τ.Π.Μ. Α.Π.Θ. Σελίδα 38

40 Έκφραση αποτελεσμάτων: mg/l NO 2 - Ανώτατη παραδεκτή συγκέντρωση: 0,1 (ΦΕΚ 53 / , τεύχος Β') Παραμετρική τιμή για το πόσιμο νερό: 0,5 (ΦΕΚ 892 / , τεύχος Β ) Έκφραση αποτελεσμάτων: mg/l NO 3 - Ανώτατη παραδεκτή συγκέντρωση: 50 (ΦΕΚ 53 / , τεύχος Β') Παραμετρική τιμή για το πόσιμο νερό: 50 (ΦΕΚ 892 / , τεύχος Β ) Θειικά (SO 2-4 ) Κύρια πηγή των θειικών ιόντων (SO 2-4 ) στα φυσικά νερά είναι το νερό της βροχής. Άλλες πιθανές πηγές είναι τα ιζηματογενή πετρώματα που περιέχουν θειικό ασβέστιο ή θειικό πυρίτιο. Σε κλειστές λίμνες όπου υπάρχουν αποθέσεις κρυστάλλων θειικού νατρίου (Na 2 SO 4 ) η συγκέντρωση των θειικών ιόντων μπορεί να φτάνει τα 60 g/lt. Στο υπολίμνιο των περισσότερων λιμνών και κατά τη διάρκεια της θερινής περιόδου η μείωση της συγκέντρωσης του διαλυμένου οξυγόνου προκαλεί μείωση των πληθυσμών των αερόβιων αποικοδομητικών οργανισμών. Στις παραπάνω συνθήκες η ανοργανοποίηση των οργανικών ουσιών με τη συμμετοχή αναερόβιων βακτηρίων δεν οδηγεί στο σχηματισμό νερού (H 2 O) και διοξειδίου του άνθρακα (CO 2 ), αλλά ενώσεων όπως το μεθάνιο (CH 4 ) το υδρόθειο (H 2 S). Οι αυτότροφοι αλλά και πολλοί ετερότροφοι μικροοργανισμοί προσλαμβάνουν θείο από τα θειικά ιόντα (SO 2-4 ) του νερού. Όσον αφορά την κατακόρυφη κατανομή του θείου, παρατηρείται αύξησή της σε συνάρτηση με την αύξηση του βάθους του υδάτινου αποδέκτη. Αντιμετώπιση υψηλών συγκεντρώσεων Θειικών στο νερό Οξείδωση με χλώριο, Ιοντοεναλλαγή, Ιζηματοποίηση, Αντίστροφη ώσμωση Έκφραση αποτελεσμάτων: mg/l SO 4 2- Ενδεικτικό επίπεδο για το πόσιμο νερό: 25 Ανώτατη παραδεκτή συγκέντρωση: 250 (ΦΕΚ 53 / , τεύχος Β') - (ΦΕΚ 892 / , τεύχος Β ) 2.13 Θρεπτικά συστατικά (Ν, P, Si) Άζωτο (Ν) Ο εμπλουτισμός των φυσικών νερών με αζωτούχες ενώσεις προέρχεται από τα ατμοσφαιρικά κατακρημνίσματα, τη δέσμευση του ατμοσφαιρικού αζώτου, τους μηχανισμούς διάβρωσης και απόπλυσης των εδαφών της λεκάνης απορροής, με τα υπόγεια και τα επιφανειακά νερά, τα υγρά απόβλητα που εισρέουν στο οικοσύστημα. Οι συγκεντρώσεις των ενώσεων του αζώτου στα φυσικά νερά ποικίλουν ανάλογα με τις Ποιοτικά χαρακτηριστικά και διεργασίες επεξεργασίας νερού Ευθ. Νταρακάς Τ.Π.Μ. Α.Π.Θ. Σελίδα 39

41 συνθήκες. Οι μέγιστες συγκεντρώσεις κυμαίνονται από 10 ως 1000 μg/l. Οι ρυθμοί παραγωγικότητας και οι παράγοντες που ελέγχουν μέχρι ένα βαθμό τις βακτηριακές δραστηριότητες, επηρεάζουν τη συγκέντρωση των ενώσεων του αζώτου. Κατά τη θερινή στρωμάτωση μιας λίμνης τα νιτρικά μπορεί ακόμα και να εξαφανιστούν στο επιφανειακό στρώμα του νερού, ως αποτέλεσμα της χρησιμοποίησής τους, όπως επίσης και στα βαθύτερα στρώματα, εξαιτίας της χαμηλής συγκέντρωσης οξυγόνου στα στρώματα αυτά. Αρκετές είναι οι ενώσεις του αζώτου που συμπεριλαμβάνονται στα θρεπτικά στοιχεία του φυτοπλαγκτού (νιτρικά, τα πιο εύληπτα από τα φυτά άλατα, νιτρώδη, αμμωνιακά ιόντα). Τα άλατα του αζώτου προέρχονται συνήθως από το ίζημα και απελευθερώνονται ως αμμωνία σε ανοξικές συνθήκες και ως νιτρικά στις περιόδους κυκλοφορίας του νερού, όπου το διαλυμένο οξυγόνο βρίσκεται σε αφθονία. Στον πίνακα παρέχονται χρήσιμες πληροφορίες για όλους τους συμβολισμούς και τις μορφές του αζώτου. Πίνακας Μορφές και συμβολισμοί των διαφόρων μορφών του αζώτου Μορφή του αζώτου Συμβολισμός Περιλαμβάνει τον προσδιορισμό Αμμωνία (αέρια μορφή) ΝΗ 3 ΝΗ 3 Αμμωνιακά ιόντα ΝΗ 4 + ΝΗ 4 + Ολικό αμμωνιακό άζωτο ΤΑΝ ΝΗ 3 + ΝΗ 4 + Νιτρώδη ιόντα - ΝΟ 2 Νιτρικά ιόντα - ΝΟ 3 - ΝΟ 2 - ΝΟ 3 Ολικό ανόργανο άζωτο ΤΙΝ + ΝΗ 3 + ΝΗ 4 + ΝΟ ΝΟ 3 Ολικό άζωτο Kjeldahl ΤΚΝ + Οργανικό Ν + ΝΗ 3 + ΝΗ 4 Οργανικό άζωτο Οργανικό Ν ΤΚΝ (ΝΗ 3 + ΝΗ + 4 ) Ολικό άζωτο ΤΝ + Οργανικό Ν + ΝΗ 3 + ΝΗ 4 + ΝΟ ΝΟ 3 Το οργανικό κλάσμα, το οποίο βρίσκεται στα απόβλητα σε διαλυτή ή σωματιδιακή μορφή, αποτελείται από αμινοξέα, αμινοσακχαρίτες και πρωτεΐνες. Η κατανομή της αμμωνίας και των αμμωνιακών ιόντων εξαρτάται συνήθως από το ph. Σε απόβλητα με χαμηλό ph κυριαρχεί το άζωτο με τη μορφή των αμμωνιακών (NH + 4 ), ενώ σε υψηλότερες τιμές ph κυριαρχεί η αμμωνία (ΝΗ 3 ). Τα νιτρώδη (NO - 2 ) ιόντα αποτελούν ένα δείγμα προϋπάρχουσας ρύπανσης, ενώ σπάνια συναντάται υψηλή συγκέντρωση αυτών των ιόντων στα υγρά απόβλητα. Τα νιτρώδη θεωρούνται σημαντικά για τα υγρά απόβλητα γιατί είναι ιδιαίτερα τοξικά. Συνήθως όμως οξειδώνονται πολύ γρήγορα σε νιτρικά (NO - 3 ) ιόντα. Τα νιτρώδη που βρίσκονται στις εκροές των υγρών αποβλήτων οξειδώνονται από το χλώριο κατά την Ποιοτικά χαρακτηριστικά και διεργασίες επεξεργασίας νερού Ευθ. Νταρακάς Τ.Π.Μ. Α.Π.Θ. Σελίδα 40

42 απολύμανση και αυτό οδηγεί στην αύξηση της δόσης του χλωρίου και επομένως και στο κόστος της απολύμανσης. Η υπερίσχυση των νιτρικών (NO - 3 ) ιόντων, τα οποία αποτελούν τη πιο οξειδωμένη μορφή του αζώτου στα υγρά απόβλητα, υποδηλώνει ότι τα απόβλητα σταθεροποιήθηκαν αναφορικά με τις απαιτήσεις σε οξυγόνο. Φώσφορος (P) Ο φώσφορος αποτελεί συνήθως περιοριστικό παράγοντα της πρωτογενούς παραγωγής και ως εκ τούτου έχει καθοριστική σημασία για την αποκατάσταση της οικολογικής ισορροπίας σε έναν υδάτινο αποδέκτη. Αν και είναι ένα από τα έξι κύρια κυτταρικά στοιχεία (C, H, O, N, P, S) η παρουσία του στο φλοιό της γης είναι σπανιότερη από αυτή των άλλων πέντε 3- στοιχείων. Ο φώσφορος, με τη μορφή φωσφορικών κυρίως ιόντων (ΡΟ 4 και ΗΡΟ 2-4 ) αποτελεί ένα από τα βασικά θρεπτικά συστατικά τόσο των ζωικών όσο και των φυτικών οργανισμών. Οι ενώσεις του φωσφόρου στο νερό διακρίνονται σε οργανικές ή ανόργανες, διαλυμένες ή σωματιδιακές. Φυσικές, χημικές και βιολογικές διεργασίες που συμβαίνουν στο υδάτινο περιβάλλον μεταβάλλουν διαρκώς την αναλογία των παραπάνω μορφών. Η τυπική διαδικασία ανακύκλωσής του στα φυσικά νερά έχει ως εξής: Ο φώσφορος απελευθερώνεται κατά την αποσύνθεση των οργανικών ουσιών και προσλαμβάνεται από το φυτοπλαγκτόν και την υπόλοιπη υδρόβια βλάστηση. Ο θάνατος και η αποικοδόμηση των οργανισμών εμπλουτίζει το νερό με φωσφορικές ενώσεις που καθιζάνουν στον πυθμένα, ενώ παράλληλα συμβαίνει διάχυση του φωσφόρου από το ίζημα στο νερό (εσωτερική τροφοδοσία του νερού σε φώσφορο). Ο φώσφορος, όπως και το άζωτο, είναι βασικό στοιχείο για την ανάπτυξη των φυκιών και η περιεκτικότητά του στα νερά αποτελεί καθοριστικό παράγοντα στον ευτροφισμό των επιφανειακών νερών. Στα περισσότερα φυσικά νερά οι συγκεντρώσεις του ολικού φωσφόρου, δηλαδή το σύνολο του ανόργανου και του οργανικού, του διαλυμένου και του σωματιδιακού φωσφόρου, κυμαίνονται συνήθως μεταξύ 10 και 50 μg/l. Ωστόσο σε μη παραγωγικά, ολιγότροφα νερά η συγκέντρωση του ολικού φωσφόρου μπορεί να είναι μικρότερη από 5 μg/l, ενώ σε πολύ εύτροφες συνθήκες μπορεί να υπερβαίνει τα 100 μg/l. Η μεγαλύτερη ποσότητα ανόργανου φωσφόρου οφείλεται στα αστικά λύματα και προέρχεται από τη διάσπαση των πρωτεϊνών κατά τον μεταβολισμό. Επίσης, υπάρχει σε πολλά απορρυπαντικά και στα φωσφορικά λιπάσματα. Μικρά ποσά φωσφορικών εισέρχονται στα δίκτυα από την επεξεργασία του νερού, όπου χρησιμοποιούνται για να εμποδιστεί η Ποιοτικά χαρακτηριστικά και διεργασίες επεξεργασίας νερού Ευθ. Νταρακάς Τ.Π.Μ. Α.Π.Θ. Σελίδα 41

43 διάβρωση στις σωληνώσεις και οι επικαθήσεις στους λέβητες. Δεν έχουν αναφερθεί επιπτώσεις στην υγεία. Ανάμεσα στους παράγοντες που επηρεάζουν τη συγκέντρωση του φωσφόρου στο νερό είναι η θερμοκρασία, το ph και η συγκέντρωση των νιτρωδών και των νιτρικών ιόντων. Υψηλές θερμοκρασίες αυξάνουν τους ρυθμούς αποικοδόμησης των οργανικών ουσιών και συνεπώς την απελευθέρωση φωσφόρου. Ταυτόχρονα όμως οι υψηλές θερμοκρασίες εντείνουν την πρόσληψη φωσφόρου από τους φωτοσυνθετικούς οργανισμούς. Συνήθως ο ρυθμός της πρώτης διαδικασίας (απελευθέρωση φωσφόρου) είναι μεγαλύτερος από αυτόν της δεύτερης (δέσμευση φωσφόρου), με αποτέλεσμα οι υψηλές θερμοκρασίες να επιφέρουν αύξηση της συγκέντρωσης του φωσφόρου στο νερό. Το ph σχετίζεται με την εσωτερική τροφοδοσία του νερού σε φώσφορο, την επαναιώρηση δηλαδή του φωσφόρου του πυθμένα. Σε υψηλές τιμές ph συμβαίνει ανταλλαγή των ιόντων υδροξυλίου (ΟΗ - ) του νερού με φώσφορο από ενώσεις σιδήρου (Fe) και αργιλίου (Al) του πυθμένα. Συνεπώς, αύξηση του ph επιφέρει αύξηση της συγκέντρωσης του φωσφόρου στο νερό. Ανοξικές συνθήκες ευνοούν τη διάχυση του φωσφόρου από τον πυθμένα στο νερό. Αύξηση της συγκέντρωσης των νιτρωδών και των νιτρικών ιόντων μειώνει το ρυθμό απελευθέρωσης του φωσφόρου από τον πυθμένα και συνεπώς τη συγκέντρωση του φωσφόρου στο νερό εξαιτίας της οξειδωτικής τους δράσης. Παράλληλα, η παρουσία υδρόβιας μακροφυτικής βλάστησης σε μια υδάτινη συλλογή αυξάνει τη συγκέντρωση του φωσφόρου στο νερό. Οι φυτικοί οργανισμοί προσλαμβάνουν φώσφορο κυρίως από το υπόστρωμα, ενώ κατά την ανάπτυξή τους απελευθερώνουν μεγάλα ποσά φωσφόρου στο νερό, διαδικασία που συνεχίζεται και κατά την ξήρανσή τους. Η παραμονή ξηρών φυτικών τμημάτων στο νερό διευκολύνει την αποσύνθεσή τους, εμπλουτίζοντας το νερό με φωσφορικές ενώσεις. Αντιμετώπιση υψηλών συγκεντρώσεων Φωσφορικών στο νερό Ιζηματοποίηση σε μορφή αλάτων Fe ή Al Έκφραση αποτελεσμάτων: μg/l P 2 O 5 Ανώτατη παραδεκτή συγκέντρωση: 5000 (ΦΕΚ 53 / , τεύχος Β') Ποιοτικά χαρακτηριστικά και διεργασίες επεξεργασίας νερού Ευθ. Νταρακάς Τ.Π.Μ. Α.Π.Θ. Σελίδα 42

44 Πυρίτιο (Si) Το πυρίτιο εμφανίζεται συνήθως, ως διαλυτό πυριτικό οξύ (H 2 SiO 3 ) και ως σωματιδιακό πυρίτιο (Si), σε επαρκείς συγκεντρώσεις στα εσωτερικά νερά. Το ορθοπυριτικό οξύ (H 4 SiO 4 ) είναι πιθανόν η μόνη ένωση πυριτίου διαθέσιμη στα διάτομα και σε άλλα πλαγκτικά φύκια. Στην πλειοψηφία των εύκρατων λιμνών η συγκέντρωση του πυριτίου κυμαίνεται μεταξύ 560 και 5600 μg/l. Λίγες είναι οι περιπτώσεις λιμνών στις οποίες το πυρίτιο βρίσκεται σε χαμηλές συγκεντρώσεις σε όλη τη διάρκεια του έτους, ενώ σε αρκετές μπορεί να αποτελέσει περιοριστικό παράγοντα για την ανάπτυξη των διατόμων μόνο για σύντομες χρονικές περιόδους, μετά από τη βιολογική κατανάλωσή του από τους παραπάνω οργανισμούς. Μεγάλες συγκεντρώσεις πυριτίου παρατηρούνται κατά τη χειμερινή περίοδο και στην αρχή της άνοιξης, ενώ σταδιακά μειώνονται εξαιτίας της βιολογικής κατανάλωσής τους κατά την εαρινή και τη θερινή περίοδο. Περιορισμένες συγκεντρώσεις πυριτίου παρατηρούνται στην εύφωτη ζώνη των εύτροφων λιμνών, ενώ στις ολιγότροφες λίμνες παρατηρούνται διαφορές συγκεντρώσεων, ανάμεσα στο υπολίμνιο και στο επιλίμνιο, κατά τη θερμική στρωμάτωση των νερών. Η τροφοδοσία μιας λίμνης σε πυρίτιο μπορεί να είναι εξωτερική (μέσω εισροών) ή εσωτερική (διάθεση πυριτίου από το ίζημα και αποσύνθεση διατόμων). Έκφραση αποτελεσμάτων: mg/l SiO 2 Ανώτατη παραδεκτή συγκέντρωση: Κάθε ουσία που χρησιμοποιείται κατά την επεξεργασία του πόσιμου νερού πρέπει να μην ξαναβρίσκεται μέσα στα νερά που τίθενται στη διάθεση του καταναλωτού σε συγκεντρώσεις ανώτερες από τις ανώτατες παραδεκτές συγκεντρώσεις που αφορούν αυτές τις ουσίες και να μην μπορεί να επιφέρει άμεσα ή έμμεσα, κίνδυνο για τη Δημόσια Υγεία (Άρθρο 6, ΦΕΚ 53 / , τεύχος Β ) Ιχνοστοιχεία Βαριά μέταλλα Τα ιχνοστοιχεία (Fe, Mn, Ca, Mg, K, Na, Zn κ.λ.π.) είναι απαραίτητα για όλα τα έμβια όντα, είναι όμως τοξικά σε μεγαλύτερες συγκεντρώσεις. Πολλά από αυτά χαρακτηρίζονται σαν ρύποι προτεραιότητας. Οι εκροές των εγκαταστάσεων επεξεργασίας υγρών αποβλήτων πρέπει να ελέγχονται για την ύπαρξη μετάλλων, ιδιαίτερα εάν οι εκροές προορίζονται για άρδευση. Σίδηρος (Fe) Υπάρχει κυρίως σε υπόγεια νερά, που διέρχονται από πετρώματα πλούσια σε άλατα σιδήρου. Ο σίδηρος δίνει στο νερό γεύση που είναι ανιχνεύσιμη σε πολύ μικρές Ποιοτικά χαρακτηριστικά και διεργασίες επεξεργασίας νερού Ευθ. Νταρακάς Τ.Π.Μ. Α.Π.Θ. Σελίδα 43

45 συγκεντρώσεις. Προκαλεί προβλήματα στα πλυντήρια και υφαντήρια γιατί δημιουργούνται λεκέδες στα υφάσματα και στους αγωγούς διανομής νερού γιατί ευνοείται η ανάπτυξη βακτηρίων και δημιουργούνται αποθέσεις. Συνεχής κατανάλωση νερού με υψηλές συγκεντρώσεις σιδήρου μπορεί να προκαλέσει βλάβη στους ιστούς όπως αιμοχρωμάτωση. Αντιμετώπιση υψηλών συγκεντρώσεων Σιδήρου στο νερό Οξείδωση (εμφύσηση αέρα ή Ο 2 ) ή με την προσθήκη οξειδωτικού (NaOCl). Ακολουθεί καθίζηση ή διήθηση για απομάκρυνση του αδιάλυτου ιζήματος (Fe(OH) 3 ) Έκφραση αποτελεσμάτων: μg/l Fe Ανώτατη παραδεκτή συγκέντρωση: 200 (ΦΕΚ 53 / , τεύχος Β') Μαγγάνιο (Mn) Δεν έχουν διαπιστωθεί βλαβερές συνέπειες στην υγεία από πόσιμο νερό που περιέχει μαγγάνιο. Θεωρείται από τα λιγότερο τοξικά στοιχεία για τον άνθρωπο. Η απορρόφησή του στον οργανισμό συνδέεται άμεσα με την απορρόφηση του σιδήρου. Υψηλές συγκεντρώσεις στο νερό προκαλούν δυσάρεστη γεύση. Διευκολύνει την ανάπτυξη μικροοργανισμών στα δίκτυα με αποτέλεσμα την αύξηση της θολότητας και τη δημιουργία αποθέσεων και οσμών. Αντιμετώπιση υψηλών συγκεντρώσεων Μαγγανίου στο νερό Οξείδωση (εμφύσηση αέρα ή Ο 2 ) ή με την προσθήκη οξειδωτικού (NaOCl). Ακολουθεί καθίζηση ή διήθηση για απομάκρυνση του αδιάλυτου ιζήματος μαζί με το σίδηρο Έκφραση αποτελεσμάτων: μg/l Fe Ανώτατη παραδεκτή συγκέντρωση: 50 (ΦΕΚ 53 / , τεύχος Β') Αργίλιο (Al) Έρευνες έχουν συνδέσει το αργίλιο με νευροπαθολογικές ασθένειες όπως η νόσος του Alzheimer. Είναι σημαντικό στοιχείο γιατί χρησιμοποιείται ευρύτατα ως κροκιδωτικό στις εγκαταστάσεις παραγωγής πόσιμου νερού. Στις εγκαταστάσεις αυτές πρέπει να εξασφαλίζεται η μη υπέρβαση όχι μόνο των μέγιστων επιτρεπόμενων συγκεντρώσεων 200 μgr/l αλλά και των αυστηρότερων μέγιστων συνιστώμενων τιμών 50 μgr/l. Ποιοτικά χαρακτηριστικά και διεργασίες επεξεργασίας νερού Ευθ. Νταρακάς Τ.Π.Μ. Α.Π.Θ. Σελίδα 44

46 Χαλκός (Cu) Είναι βασικό στοιχείο στον ανθρώπινο μεταβολισμό. Τα άλατα του χαλκού είναι τοξικά στα υδρόβια φυτά και χρησιμοποιούνται (κυρίως ο θειικός χαλκός CuSO 4.5H 2 O) για να ανασταλεί η ανάπτυξη των φυκών. Λόγω της διάβρωσης των χάλκινων σωληνώσεων, σημαντικές ποσότητες χαλκού διαλύονται στο πόσιμο νερό. Αν το νερό μείνει στάσιμο για 12 ώρες στις σωληνώσεις, η συγκέντρωση χαλκού μπορεί να υπερβεί τα 20 mg/l. Γι αυτό το λόγο η υγειονομική διάταξη του 1986 αναφέρει δύο ενδεικτικά επίπεδα: στην έξοδο των εγκαταστάσεων και μετά από ηρεμία 12 ωρών στις σωληνώσεις. Ο χαλκός προσδίδει χρώμα και στυπτική γεύση στο πόσιμο νερό. Αντιμετώπιση υψηλών συγκεντρώσεων Χαλκού στο νερό Ιοντοεναλλαγή, Αντίστροφη ώσμωση Ανώτατη παραδεκτή συγκέντρωση: 3000 (ΦΕΚ 53 / , τεύχος Β') Έκφραση αποτελεσμάτων: μg/l Cu Παραμετρική τιμή για το πόσιμο νερό: 2000 (ΦΕΚ 892 / , τεύχος Β ) Ψευδάργυρος (Zn) Είναι σημαντικό στοιχείο για τον άνθρωπο και τα ζώα. Πηγές ψευδαργύρου στο νερό είναι η διάβρωση των γαλβανισμένων σωλήνων και τα απόβλητα μεταλλείων και επιμεταλλωτηρίων. Συγκεντρώσεις μεγαλύτερες από 5 mg/l προσδίδουν χρώμα και στυπτική γεύση στο πόσιμο νερό. Δεν έχουν παρατηρηθεί αρνητικές επιπτώσεις στην υγεία. Αντιμετώπιση υψηλών συγκεντρώσεων Ψευδαργύρου στο νερό Ιοντοεναλλαγή, Αντίστροφη ώσμωση Έκφραση αποτελεσμάτων: μg/l Zn Ανώτατη παραδεκτή συγκέντρωση: 5000 (ΦΕΚ 53 / , τεύχος Β') Κάδμιο (Cd) Είναι ένα από τα τοξικότερα μέταλλα. Συναντάται στη φύση σε θειούχα ορυκτά με το μόλυβδο και τον ψευδάργυρο. Στα φυσικά νερά βρίσκεται κυρίως στα ιζήματα των βυθών και σε αιωρούμενα σωματίδια. Σε μη ρυπασμένα νερά η συγκέντρωση του καδμίου είναι κάτω από 1 μg/l. Πηγές του καδμίου στο νερό είναι τα βιομηχανικά απόβλητα και η διάβρωση των γαλβανισμένων σωλήνων. Σε συστήματα ύδρευσης που τροφοδοτούνται με Ποιοτικά χαρακτηριστικά και διεργασίες επεξεργασίας νερού Ευθ. Νταρακάς Τ.Π.Μ. Α.Π.Θ. Σελίδα 45

47 μαλακό νερό χαμηλού ph, μπορεί να βρεθούν ψηλές συγκεντρώσεις καδμίου, επειδή αυτά τα νερά είναι πιο διαβρωτικά και η διαλυτότητά του καδμίου στο νερό εξαρτάται από το ph και τη σκληρότητα. Το κάδμιο προσβάλλει το ήπαρ, τα νεφρά, τον σπλήνα και τον θυρεοειδή αδένα, εναποτίθεται στα οστά, όπου αντικαθιστά το ασβέστιο. Αντιμετώπιση υψηλών συγκεντρώσεων Καδμίου στο νερό Καταβύθιση υπό μορφή θειούχων αλάτων, Αντίστροφη ώσμωση Ανώτατη παραδεκτή συγκέντρωση: 5 (ΦΕΚ 53 / , τεύχος Β') Έκφραση αποτελεσμάτων: μg/l Cd Παραμετρική τιμή για το πόσιμο νερό: 5 (ΦΕΚ 892 / , τεύχος Β ) Χρώμιο (Cr) Το χρώμιο (Cr) υπάρχει στη φύση συνήθως με τη μορφή του τρισθενούς κατιόντος (Cr 3+ ). Στο υδάτινο περιβάλλον όμως επικρατεί με την σταθερή μορφή του εξασθενούς ιόντος (Cr 6+ ) και πολύ σπάνια με αυτή του τρισθενούς. Τα άλατα του εξασθενούς χρωμίου είναι ευδιάλυτα ενώ αυτά του τρισθενούς είναι αδιάλυτα και καθιζάνουν. Από την ατμόσφαιρα παρασύρεται με τη βροχή ή εναποτίθεται στο έδαφος ρυπαίνοντας τα επιφανειακά νερά. Η μέση συγκέντρωση χρωμίου στο νερό της βροχής είναι 0,2-1 μg/l, στο θαλασσινό νερό 0,05 μg/l, στα φυσικά νερά 0,5-2 μg/l, ενώ στα υπόγεια νερά είναι πολύ χαμηλή. Οι υψηλότερες συγκεντρώσεις του στα νερά οφείλονται σε ρύπανση από βιομηχανικά απόβλητα. Το χρώμιο χρησιμοποιείται κυρίως στην μεταλλουργία (κράματα - επιμεταλλώσεις), σε συντηρητικά ξυλείας και μη θερμαγωγά τούβλα. Οι ενώσεις χρωμίου έχουν πολύ μικρή διαλυτότητα στο νερό ενώ στο θαλάσσιο περιβάλλον εναποτίθενται συνήθως στο ίζημα. Από το ίζημα δεν επαναδιαλύονται εύκολα. Αντιμετώπιση υψηλών συγκεντρώσεων Χρωμίου στο νερό Ιοντοεναλλαγή, Αντίστροφη ώσμωση Ανώτατη παραδεκτή συγκέντρωση: 50 (ΦΕΚ 53 / , τεύχος Β') Έκφραση αποτελεσμάτων: μg/l Cr Παραμετρική τιμή για το πόσιμο νερό: 50 (ΦΕΚ 892 / , τεύχος Β ) Μόλυβδος (Pb) Ο μόλυβδος είναι ένα μέταλλο που χρησιμοποιείται ευρύτατα και είναι συνεπώς ευρέως διασκορπισμένο στο περιβάλλον. Θεωρείται ένα από τα πιο τοξικά μέταλλα. Η ρύπανση Ποιοτικά χαρακτηριστικά και διεργασίες επεξεργασίας νερού Ευθ. Νταρακάς Τ.Π.Μ. Α.Π.Θ. Σελίδα 46

48 από μόλυβδο προέρχεται κυρίως από βιομηχανική και τεχνολογική χρήση. Χρησιμοποιείται στους συσσωρευτές, σαν προσθετικό (αντικροτικό) στην βενζίνη, στις χημικές βιομηχανίες, στα πυρομαχικά, σε επικαλωδιώσεις, στα χρώματα, κ.λ.π. Ο στοιχειακός μόλυβδος (Pb) δεν δημιουργεί περιβαλλοντικά προβλήματα μέχρι τη στιγμή που διαλύεται και προκύπτει η ιονική του μορφή, δηλαδή δισθενή (Pb 2+ ) ή τετρασθενή ιόντα (Pb 4+ ) τα οποία είναι τοξικά και επικίνδυνα. Για τη διάλυση του στοιχειακού μολύβδου και τη δημιουργία ιόντων απαιτείται όξινο ph. Οι ενώσεις του δισθενούς ιόντος του μολύβδου (Pb 2+ ) είναι ιονικές και πάρα πολύ επικίνδυνες για την υγεία του ανθρώπου ενώ οι περισσότερες ενώσεις του τετρασθενούς μολύβδου (Pb 4+ ) είναι ομοιοπολικά μόρια παρά ιονικές ενώσεις του τύπου Pb 4+ και ίσως λιγότερο επικίνδυνα. Οι σημαντικότερες ομοιοπολικές ενώσεις του μολύβδου είναι αυτές με την μεθυλομάδα Pb(CH 3 ) 4 και την αιθυλομάδα Pb(CH 2 CH 3 ) 4 και χρησιμοποιήθηκαν ευρέως σαν πρόσθετα στη βενζίνη για την αύξηση του αριθμού των οκτανίων. Άλλες μορφές και πηγές μόλυνσης του περιβάλλοντος από το μόλυβδο είναι η χρήση διαφόρων εντομοκτόνων που περιέχουν μόλυβδο αλλά και διάφορες χρωστικές ουσίες οι οποίες επίσης περιέχουν μόλυβδο γιατί δίνουν σταθερά και λαμπερά χρώματα. Οι επιπτώσεις του μολύβδου στην υγεία μελετήθηκαν πριν πολλά χρόνια, γιατί υπήρξαν δηλητηριάσεις από μόλυβδο στο πόσιμο νερό, που προήλθε από διάβρωση των μολύβδινων υδραυλικών εγκαταστάσεων. Αυτό είχε σαν αποτέλεσμα να εγκαταλειφθούν οι μολύβδινοι σωλήνες για το νερό και να απαγορευθεί η χρήση χρωμάτων με βάση το μόλυβδο. Είναι δηλητήριο με συσσωρευτική δράση. Προκαλεί βλάβες στο ήπαρ, τον εγκέφαλο και το νευρικό σύστημα. Αντιμετώπιση υψηλών συγκεντρώσεων Μολύβδου στο νερό Ιζηματοποίηση υπό μορφή υδροξειδίων του Pb, Καταβύθιση υπό μορφή θειούχων αλάτων του Pb, Αντίστροφη ώσμωση Ανώτατη παραδεκτή συγκέντρωση: 10 (ΦΕΚ 53 / , τεύχος Β') Έκφραση αποτελεσμάτων: μg/l Pb Παραμετρική τιμή για το πόσιμο νερό: 10 (ΦΕΚ 892 / , τεύχος Β ) Αρσενικό (As) Οι φυσικές πηγές αρσενικού στο περιβάλλον είναι οι ηφαιστειογενείς δράσεις και η αποσύνθεση της φυτικής οργανικής ύλης. Καταλήγει στους αποδέκτες από τα μεταλλεία, αφού υπάρχει σχεδόν σε όλα τα θειούχα ορυκτά, από τα εντομοκτόνα και από την καύση ορυκτών καυσίμων. Είναι τοξικό και καρκινογόνο στοιχείο. Η τοξικότητα του αρσενικού εξαρτάται από τη χημική και φυσική του μορφή, τη δόση, το χρόνο έκθεσης και τον τρόπο Ποιοτικά χαρακτηριστικά και διεργασίες επεξεργασίας νερού Ευθ. Νταρακάς Τ.Π.Μ. Α.Π.Θ. Σελίδα 47

49 που εισάγεται στον ανθρώπινο οργανισμό. Προκαλεί βλάβες στο γαστρικό, νευρικό και αναπνευστικό σύστημα και διάφορες αλλοιώσεις στο δέρμα. Τα περισσότερα φυσικά νερά περιέχουν αρσενικό σε συγκεντρώσεις πάνω από 5 μg/l. Αντιμετώπιση υψηλών συγκεντρώσεων Αρσενικού στο νερό Χημική οξείδωση ή αναγωγή (ανάλογα με τη μορφή με την οποία υπάρχει στο νερό), Αντίστροφη ώσμωση Ανώτατη παραδεκτή συγκέντρωση: 50 (ΦΕΚ 53 / , τεύχος Β') Έκφραση αποτελεσμάτων: μg/l As Παραμετρική τιμή για το πόσιμο νερό: 10 (ΦΕΚ 892 / , τεύχος Β ) 2.15 Μικροοργανισμοί και παθογένεια του νερού Ο όρος μικροοργανισμός χρησιμοποιείται για μονοκύτταρους οργανισμούς ή πολυκύτταρους με κύτταρα του ίδιου τύπου και λειτουργιών. Στους ανώτερους οργανισμούς (φυτά, ζώα) διαφορετικού τύπου κύτταρα επιτελούν διαφορετικές λειτουργίες. Οι μικροοργανισμοί διακρίνονται σε βακτήρια, μύκητες, φύκια, πρωτόζωα, έλμινθες (σκουλήκια) και μαλακόστρακα. Οι ιοί αποτελούν τη μικρότερη αλλά όχι αυτάρκη βιολογική μονάδα αφού λειτουργούν ως παράσιτα μεγαλύτερων κυττάρων και είναι πολύ δύσκολο να καταταγούν σε μια από τις προαναφερόμενες κατηγορίες. Τα βακτήρια είναι η στοιχειωδέστερη αυτάρκης βιολογική οντότητα. Είναι μονοκύτταροι οργανισμοί με μέγεθος από κλάσμα μέχρι μερικά μm. Τα φύκια και τα πρωτόζωα είναι μονοκύτταροι ή πολυκύτταροι οργανισμοί με μέγεθος πολλαπλάσιο του βακτηρίου και κατά κανόνα με τελειότερη οργάνωση του κυττάρου. Η διαφορά μεταξύ πρωτόζωων και φυκιών βρίσκεται στις πηγές άνθρακα και ενέργειας. Οι μικροοργανισμοί παίζουν πολύ σημαντικό ρόλο στον έλεγχο της ποιότητας του νερού. Είναι υπεύθυνοι για πολλές ασθένειες που μεταδίδονται μέσω των νερών, για την οσμή και τη γεύση του πόσιμου νερού, τη διάβρωση των μετάλλων και του σκυροδέματος καθώς επίσης και για τον ευτροφισμό των υδάτινων οικοσυστημάτων. Η αφομοίωση των ρύπων, κυρίως των οργανικών ουσιών στα υδάτινα οικοσυστήματα, επιτυγχάνεται με βιολογικό αυτοκαθαρισμό του νερού χάρη στους μικροοργανισμούς. Αυτήν ακριβώς την δραστηριότητα των μικροοργανισμών, δηλαδή την αποικοδόμηση των οργανικών ουσιών (ρύπων), εκμεταλλευόμαστε ευρύτατα στην επεξεργασία των υγρών αποβλήτων. Ποιοτικά χαρακτηριστικά και διεργασίες επεξεργασίας νερού Ευθ. Νταρακάς Τ.Π.Μ. Α.Π.Θ. Σελίδα 48

50 Η ταξινόμηση των μικροοργανισμών βασίζεται: στην κυτταρική τους δομή (προκαρυωτικοί, ευακρυωτικοί), τις ανάγκες και τη σχέση τους με το οξυγόνο (αερόβιοι, αναερόβιοι, επαμφοτερίζοντες), το είδος του μεταβολισμού τους, δηλαδή φωτοαυτότροφοι, φωτοετερότροφοι, χημειοαυτότροφοι, χημειοετερότροφοι. Αυτότροφοι ή αυτοτροφικοί είναι οι μικροοργανισμοί οι οποίοι για να παρασκευάσουν κυτταρική ύλη χρησιμοποιούν ανόργανο άνθρακα που βρίσκεται στο νερό με τη μορφή του διοξειδίου του άνθρακα (CO 2 ) και των προϊόντων ιονισμού του. Ετερότροφοι ή ετεροτροφικοί είναι οι μικροοργανισμοί οι οποίοι χρησιμοποιούν άνθρακα ενσωματωμένο σε οργανικές ουσίες (οργανικό άνθρακα). Φωτότροφοι ή φωτοσυνθετικοί είναι οι μικροοργανισμοί για τους οποίους πηγή ενέργειας είναι το ηλιακό φως. Χημειότροφοι ή χημικοσυνθετικοί είναι οι μικροοργανισμοί για τους οποίους πηγή ενέργειας είναι διάφορες χημικές ενώσεις. Αυτοί χρησιμοποιούν ως πηγή ενέργειας την οξείδωση οργανικών ή ανόργανων ουσιών. Βακτήρια Φυτά Μύκητες Φύκια Μικροοργανισμοί Πρωτόζωα Ζώα Έλμινθες Μαλακόστρακα Σχήμα Κατάταξη μικροοργανισμών σε φυτά και ζώα Οι περισσότεροι μικροοργανισμοί είναι είτε αυτότροφοι φωτοσυνθετικοί είτε ετερότροφοι χημικοσυνθετικοί. Στην πρώτη κατηγορία ανήκουν τα φύκια τα οποία με Ποιοτικά χαρακτηριστικά και διεργασίες επεξεργασίας νερού Ευθ. Νταρακάς Τ.Π.Μ. Α.Π.Θ. Σελίδα 49

51 ορατή και κυρίως με μικροσκοπική μορφή αφθονούν στα υδάτινα σώματα και αποτελούν την κύρια παραγωγική ομάδα των υδατικών οικοσυστημάτων. Τα περισσότερα βακτήρια και τα πρωτόζωα ανήκουν στην κατηγορία των ετερότροφων χημικοσυνθετικών οργανισμών. Στην ίδια κατηγορία ανήκουν και οι μύκητες που είναι πολυκύτταρα πρώτιστα με νηματοειδή μορφή. Οι αυτότροφοι χημικοσυνθετικοί μικροοργανισμοί ανήκουν σε μια σχετικά ολιγάριθμη κατηγορία αλλά παίζουν πολύ σπουδαίο ρόλο στην περιβαλλοντική τεχνολογία. Σημαντική είναι τέλος για τη βιοτεχνολογία η κατηγοριοποίηση των μικροοργανισμών με βάση τη θερμοκρασία επιβίωσής τους. Ψυχρόφιλοι θεωρούνται οι μικροοργανισμοί οι οποίοι επιβιώνουν σε θερμοκρασίες μέχρι 20 o C, μεσόφιλοι θεωρούνται οι μικροοργανισμοί οι οποίοι επιβιώνουν σε θερμοκρασίες από o C και θερμόφιλοι θεωρούνται οι μικροοργανισμοί οι οποίοι επιβιώνουν σε θερμοκρασίες από o C. Κατηγοριοποίηση των μικροοργανισμών Με βάση την πηγή άνθρακα Με βάση την πηγή ενέργειας Με βάση τον μεταβολισμό Με βάση την απαίτηση σε οξυγόνο Με βάση τη θερμοκρασία Αυτότροφοι Φωτότροφοι Φωτοαυτότροφοι Αερόβιοι Ψυχρόφιλοι Ετερότροφοι Χημειότροφοι Φωτοετερότροφοι Αναερόβιοι Μεσόφιλοι Χημειοαυτότροφοι Επαμφοτερίζοντες Θερμόφιλοι Χημειοετερότροφοι Σχήμα Ταξινόμηση των μικροοργανισμών Οι παθογόνοι μικροοργανισμοί οι οποίοι βρίσκονται στα υγρά απόβλητα και κατ επέκταση στα επιφανειακά και υπόγεια νερά, προέρχονται από απεκκρίσεις ανθρώπων ή ζώων που έχουν προσβληθεί από μολυσματική ασθένεια ή είναι φορείς αυτής. Η χρήση νερού μολυσμένου με παθογόνους μικροοργανισμούς για ύδρευση, άρδευση, κολύμβηση, οστρακοκαλλιέργεια προκαλεί μετάδοση ασθενειών που είναι δυνατό να πάρουν την Ποιοτικά χαρακτηριστικά και διεργασίες επεξεργασίας νερού Ευθ. Νταρακάς Τ.Π.Μ. Α.Π.Θ. Σελίδα 50