ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΚΑΒΑΛΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ & Φ.ΑΕΡΙΟΥ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ

Transcript

1 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΚΑΒΑΛΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ & Φ.ΑΕΡΙΟΥ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΘΕΜΑ; ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΕΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΩΝ ΓΕΩΦΥΣΙΚΩΝ ΚΑΤΑΓΡΑΦΩΝ ΣΕ ΥΔΡΟΓΕΩΤΡΗΣΕΙΣ ΔΕΔΟΥΣΗΣ ΕΜΜΑΝΟΥΗΛ Α.Ε.Μ ΚΑΛΕΝΤΕΡΙΔΗΣ ΙΩΑΝΝΗΣ Α.Ε.Μ ΕΠΙΒ.ΛΕΠΟΝΤΕΣ Κ.4ΘΗΓΗΤΕΣ: Κ.Π.ΛΠΑΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΟΥ Λρ. Ε.Κ.ΚΑΡΓΙΩΤΜΣ ΚΑΒΑΑΑ ΑΠΡΕλΙΟΣ 2005

2 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ To νερό και η σημασία του 1) ΠΟΙΟΤΗΤΑ ΝΕΡΟΥ- ΑΓΩΓΙΜΟΤΗΤΑ- ΣΥΣΤΑΤΙΚΑ 1. ΠΟΙΟΤΗΤΑ ΥΠΟΓΕΙΟΥ ΝΕΡΟΥ Κριτήρια ποιότητας Από το υπόγειο στο βρόχινο νερό Παράγοντες που ελέγχουν την ποιότητα του νερού Υδροχημικά χαρακτηριστικά του υπόγειου νερού Η αλατότητα και οι πηγές της ρη και Eh Δειγματοληψία υπόγειου νερού Εκτέλεση των χημικών αναλύσεων Παρουσίαση των ποιοτικών χαρακτηριστικών του υπόγειου νερού Παρουσίαση αποτελεσμάτων των χημικών αναλύσεων 27 2 ΡΥΠΑΝΣΗ ΥΠΟΓΕΙΟΥ ΝΕΡΟΥ, ΠΡΟΛΗΨΗ, ΑΠΟΡΡΥΠΑΝΣΗ 2.1 Πηγές ρύπανσης Υδροχημική συμπεριφορά ρυπαντών Αζωτο Ιχνοστοιχεία Μέταλλα Αμέταλλα Οργανικές ενώσεις Αστικές πηγές και αιτίες ρύπανσης Λύματα και απόβλητα Ο ρόλος μερικών στοιχείων και ενώσεων στο σύστημα «ακόρεστηκορεσμένη» ζώνη Ο ρόλος του οξυγόνου Ο ρόλος των νιτρικών Ο ρόλος του σιδήρου Η μεθανογένεση στους υδροφόρους Αύξηση της αλατότητας του υπόγειου νερού λόγου ανάμειξης του με νερό διαφορετικής σύνθεσης Αλμυρό νερό Συγκέντρωση αλάτων λόγω εξάτμισης Ανάμιξη νερών διαφορετικής σύνθεσης Επιπτώσεις στις υδρογεωτρήσεις Χρήση υδροχημικών παραμετρικών δεικτών ποιότητας Η συγκέντρωση χλωρίου ως δείκτης εμπλουτισμού του υδροφόρου. 56

3 2.7. Όξινο νερό Προσαρμογή των χημικών και φυσικών χαρακτηριστικών του υπόγειου νερού στο περιβάλλον του 57 3 ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ-ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ ΓΕΩΦΥΣΙΚΩΝ ΚΑΤΑΓΡΑΦΩΝ Παράδειγμα 1 59 Παράδειγμα 2 61 Παράδειγμα 3 65 Παράδειγμα 4 71 Βιβλιογραφία

4 T o ν ε ρ ό κ α ι η σ η μ α σ ία το υ Το νερό βασικό αγαθό για τον άνθρωπο, αποτελεί σήμερα κυρίαρχο πρόβλημα των κοινωνιών. Το νερό είναι το πολυτιμότερο αγαθό γιατί αποτελεί τη βάση της ζωής και της σύγχρονης τεχνολογικής ανάπτυξης. Μόνο όταν είναι καθαρά τα ποτάμια, οι λίμνες, οι θάλασσες και τα υπόγεια νερά μπορούν να εξασφαλισθούν οι απαραίτητες ποσότητες για τις ανάγκες της ύδρευσης, της άρδευσης, καθώς και το απαραίτητο νερό για την βιομηχανική χρήση. Μέχρι πρόσφατα αντιμετωπιζόταν ως αγαθό χωρίς ιδιαίτερη αξία, λόγο της αφθονίας του. Σήμερα ζούμε την εποχή όπου το «γλυκό» νερό περνά στην κατηγορία των ουσιών σε ανεπάρκεια όχι μόνο στην Ελλάδα αλλά και διεθνώς. Επομένως οι οικονομική και προγραμματισμένη εκμετάλλευση των πολύτιμων υδατικών πόρων αποτελεί πλέον ζωτική ανάγκη. Η διατάραξη της ισορροπίας μεταξύ περιβάλλοντος-ανάπτυξης έχει σαν αποτέλεσμα την υποβάθμιση των επιφανειακών και υπόγειων νερών. Έτσι η μόλυνση του περιβάλλοντος με την τεχνολογική εξέλιξη παίρνει εκρηκτικές διαστάσεις και είναι ανάγκη άμεσα να εξασφαλισθούν και να διαφυλαχτούν από την ρύπανση και την μόλυνση οι απαραίτητες ποσότητες, καλής ποιότητας, νερού για τον άνθρωπο. ΧΡΗΣΕΙΣ ΤΟΥ ΝΕΡΟΥ Το νερό χρησιμοποιείται γενικά στην: Γεωργία ( άρδευση) Αγροτική κατανάλωση Κτηνοτροφία Οικιακή κατανάλωση Βιομηχανία

5 ΚΕΦΑΛΑΙΟ V ΠΟΙΟΤΗΤΑ ΝΕΡΟΥ - ΑΓΩΓΙΜΟΤΗΤΑ -ΣΥΣΤΑΤΙΚΑ 1. ΠΟΙΟΤΗΤΑ ΤΟΥ ΥΠΟΓΕΙΟΥ ΝΕΡΟΥ 1.1 ΚΡΙΤΗΡΙΑ ΠΟΙΟΤΗΤΑΣ Μπροστά στο δίλημμα των τελευταίων δεκαετιών "περισσότερο νερό χειρότερης ποιότητας ή λιγότερο νερό καλύτερης ποιότητας;" έχει γίνει πλέον κοινώς αποδεκτό, ότι η ποιότητα του υπόγειου νερού είναι εξίσου σημαντικός παράγοντας με την ποσότητα του. Όλα τα υπόγεια νερά περιέχουν διαλυμένα άλατα, που τα έχουν πάρει κατά την διαδρομή τους μέσα από τα πετρώματα. Εξάλλου, οι ποιοτικές απαιτήσεις των διαφόρων καταναλωτών νερού ποικίλουν σημαντικά. Για την δημιουργία κριτηρίων ποιότητας του νερού, πρέπει να καθορίζονται με αξιοπιστία οι περιεκτικότητές του σε χημικά, βιολογικά, φυσικά και ραδιενεργά συστατικά και να καθιερώνονται σταθερότυπα για την παρουσίαση και σύγκριση των αποτελεσμάτων των χημικών αναλύσεων. Η παρουσία εξάλλου αερίων, διαλυμένων στο νερό, είναι επικίνδυνη εάν δεν αναγνωρισθεί έγκαιρα. Γενικά οι ιδιότητες που μπορούν να κάνουν το νερό τελείως ακατάλληλο για κάποια συγκεκριμένη χρήση, π.χ. ύδρευση, μπορεί να μην επηρεάζει την καταλληλότητα του για άλλες χρήσεις, π.χ. βιομηχανική κ.λ.π. Τα κριτήρια ποιότητας καθορίζονται, κατά συνέπεια, ανάλογα με την χρήση για την οποία προορίζεται το υπόγειο νερό. Τα πιο συνηθισμένα κριτήρια είναι: Φυσικά χαρακτηριστικά - Θολότητα - Σύνολο διαλυμένων (TDS) και αιωρουμένων (TSS) στερεών - Οσμή - Θερμοκρασία - Χρώμα Χημικά χαρακτηριστικά - Ανόργανα συστατικά - Κύρια ιόντα:( Ca^^,Mg^^,Na*,K^,HCO'3,SO^'4 NO's.CL ) - Δευτερεύοντα ιόντα;( AL^", ΝΗ%, As", Ba^", ΒΟ^'4. Β^', Cu^", Fe^", Fe^", Μη^", HSO'4, HSO's, C O \ F, OH', H2P0'4, PO%, S^, SO^'a) - Ανόργανα σε μη ιοντική μορφή: Si02 - Ανόργανα εισαγόμενα αττό τον άνθρωπο: ( As^", Ba^", Cd^", Cr ", Pb'", Hg'", Se, Ag'", Zn'") - Θρεπτικά εισαγόμενα από τον άνθρωπο: ( Ενώσεις αζώτου και φωσφόρου). - Ραδιενεργά - ph, Eh, σκληρότητα, ηλεκτρική αγωγιμότητα και αλκαλικότητα - Φυσικές οργανικές ενώσεις: { πρωτεΐνες, υδρογονάνθρακες, λιπίδια)

6 - Συνθετικές οργανικές ενώσεις: ( εττιφανειοδραστικά, φυτοφάρμακα, διαλυτικά, χλωριωμένοι υδρογονάνθρακες κ.λ.π.). Η μέτρηση των οργανικών ενώσεων γίνεται με τον εργαστηριακό προσδιορισμό COD (χημικά απαιτούμενο οξυγόνο) TOC (ολικός οργανικός άνθρακας ) TOD (ολικά απαιτούμενο οξυγόνο) BOD (βιοχημικά απαιτούμενο οξυγόνο). - Αέρια: ( Νζ, Οζ, COz, HzS, ΝΗ3, CH4, κ.α.). Βιολογικά χαρακτηριστικά: ( βακτήρια, ιοί. μύκητες, φύκι, πρωτόζωα, σκώληκες, τροχόζωα κ.α.). 1.2 ΑΠΟ ΤΟ ΒΡΟΧΙΝΟ ΣΤΟ ΥΠΟΓΕΙΟ ΝΕΡΟ Η σύνθεση του βρόχινου νερού καθορίζεται από την προέλευση των υδρατμών και από τα ιόντα που προσλαμβάνονται ή χάνονται από το νερό κατά την μεταφορά τους στην ατμόσφαιρα. Κοντά στην ακτή το βρόχινο νερό μοιάζει με αραιωμένο θαλασσινό νερό. Καθώς η απόσταση από την ακτή αυξάνει, η συγκέντρωση ιόντων που προέρχονται άμεσα από το θαλασσινό νερό μειώνεται. Κατά τον Ridder στην Ολλανδική ακτή η συγκέντρωση χλωριόντων στο βρόχινο νερό είναι υψηλή (περίπου 30mg/lt) ενώ μειώνεται εκθετικά με την απόσταση από την ακτή, φτάνοντας στα 1-2mg/lt σε απόσταση χλμ. (βλ. εξίσωση 1.1 και πίνακα 1.1). Η εικόνα που είναι αντιπροσωπευτική, δοθέντος ότι κατά τις ξερές περιόδους όταν ο " δειγματολήπτης είναι συνεχώς ανοικτός, μαζί με το βρόχινο νερό συλλέγονται και αερολύματα αλλά και ακαθαρσίες από πτηνά (Galloway-Likens, 1978 ). Η δειγματοληψία του βρόχινου νερού θα πρέπει να γίνεται μόνο κατά την διάρκεια της βροχόπτωσης. Πίνακας 1.1. Συγκέντρωση ορισμένων συστατικών στο βρόχινο νερό σε σχέση με την απόσταση από την θάλασσα σε mg/lt (UNESCO 1975). Συστατικό (1) (2) (3) (4) (5) (6) Ca 1, ,74 1,80 1,56 1,91 Mg , ,37 0,27 0,22 Na 18,45 2,36 0,74 0,36 0,19 0,16 κ 0,78 0,37 0,33 0,26 0,76 0,38 NHg 0,39 0,79 0,80 0,70 0, Cl 37,60 4,52 2,00 0,88 0,65 0,28 NO3 1,64 1,59 2,12 1,73 0,80 1,28 (1) Westerland 0.2km από την ακτή, (2) Schlesswing 50km από την ακτή, (3) Braunschweig 450km από την ακτή, (4) Augustenberg 800km από την ακτή, (5) Hohenspeissenberg 900km από την ακτή, (6) Retz 1200km από την ακτή. Η θάλασσα αποτελεί την πηγή του 30% τουλάχιστον των βροχοπτώσεων στις ηπειρωτικές περιοχές. Πειραματικές έρευνες έχουν δείξει ότι τα υγρά 5

7 σταγονίδια, που παράγονται όταν οι φυσαλίδες διασπώνται στην επιφάνεια της θάλασσας, προκαλούν την δημιουργία θαλάσσιων αερολυμάτων, λόγω εξάτμισης του νερού από τα σταγονίδια διαφόρων διαμέτρων, ( το μεγαλύτερο μέγεθος ξεπερνά τα 10 μικρά) τα οποία διατηρούν χημική σύνθεση παρόμοια με το θαλασσινό νερό. Στα μικρότερα σωματίδια λαμβάνει χώρα εξάτμιση του χλωρίου, κυρίως με την μορφή του HCI, με αποτέλεσμα την εξάντληση του ΟΓ σε σχέση με το μέχρι ποσοστού 40% ( Muller 1990 ). Παρά ταύτα όμως, σύμφωνα με την σχέση Na/CI, η χημική σύσταση του βρόχινου νερού στις παράκτιες περιοχές είναι παρόμοια με εκείνη του θαλασσινού λόγω δημιουργίας HCI. Όμως στις βιομηχανικές περιοχές υπάρχουν πρόσθετες πηγές ΌΓ (καύση πλαστικών απορριμμάτων, θερμοηλεκτρικά εργοστάσια, εξάτμιση αλμυρού νερού που χρησιμοποιείται στη βιομηχανία για ψύξη). Όσον αφορά στις πηγές Na" στα αερολύματα, πέραν από το NaCI του θαλασσινού νερού, θα πρέπει να προστεθεί και η σκόνη των περιοχών με ξηρά κλίματα ή των θερινών βροχοπτώσεων στον Ελληνικό χώρο που προέρχονται από υδρατμούς που συγκεντρώνονται στην Β. Αφρική. Η μείωση ή αύξηση ιόντων στσ βρόχινο νερό αντανακλάται στην μεταβολή του λόγου της ιοντικής συγκέντρωσης του βρόχινου προς το θαλασσινό νερό, η οποία εκφράζεται από τον συντελεστή κλασματοποίησης ( fractionation factor), "F. ΌΙ συντελεστές κλασματοποίησης του νατρίου για τα πιο συνηθισμένα ιόντα στα θαλάσσια αερσλύματα έχουν όπως στον πίνακα 1.2. Πίνακας 1.2. Το εύρος των συντελεστών κλασματοποίησης των ιόντων θαλασσινού νερού στα θαλάσσια "αερολύματα { Apello- Postma 1994). ^Na Mg2+ Ca2+ κ+ Sr+ Cl- SO ' Br- Οργανικό Αζωτο Μεγίστη ,22 1,05 0,89 1,0? τιμή Ελάχιστη τιμή 0,98 0,97 0,97 0,84 0, ' Ό συντελεστής κλασματοποίησης π.χ. του Br σε σχέση με το Na" (pna) δίνεται από τη σχέση: Ρν3= (Br/Na) βροχής (Br/Na) θαλάσσης όπου οι συγκεντρώσεις Br' και Na^^ δίνονται σε mmol/lt ή mg/lt. Η απουσία εκτεταμένης κλασματοποίησης των πισ σημαντικών ιόντων (πίνακας 1.2.) οδηγεί στο συμπέρασμα ότι το βρόχινο νερό θαλάσσιας προέλευσης βασικά είναι αραιωμένο θαλασσινό νερό. Όμως, κατά τη μεταφορά του πάνω από τη στεριά, οι αέριες μάζες και τα σύννεφα προσλαμβάνουν σκόνη και αέρια που προέρχονται από τη στεριά και είναι φυσική ή βιομηχανικής προέλευσης, με αποτέλεσμα τη μεταβσλή της σύστασης του βρόχινου νερού (πίνακες 1.1 και 1.5 ). Αν ληφθεί υπόψη ότι η συγκέντρωση Na" στο θαλασσινό νερό ανέρχεται κατά μέσο όρο σε 485mmol/l και η συγκέντρωση ΌΓ, που ως γνωστόν

8 παρουσιάζει ελάχιστη κλασματοποίηση, 566mmol/l, ο λόγος Na/CI στο θαλασσινό νερό είναι Αν π.χ οι ιοντικές συγκεντρώσεις του βρόχινου νερού μετατραπούν σε μπιοι/ι και του θαλασσινού νερού σε πιπιοι/ι, είναι δυνατή η εκτίμηση της ποσότητας του Na* που έχει θαλάσσια προέλευση, με την εξής διαδικασία (Apello-Postma, 1994):Αν π.χ. το νερό της βροχής περιέχει 11μπιοΙ/Ι CI',η ποσότητα του Na" που προσλαμβάνεται από το θαλασσινό νερό ανέρχεται σε 0,86*11=9μπιοΙ.Επειδή η συγκέντρωση Na* στο βρόχινο νερό της περιοχής ανέρχεται σε 13 μπιοι/ι, η διαφορά 13-9=4μπιοΙ/Ι Na " είναι χερσαίας προέλευσης. Με την ίδια διαδικασία υπολογίζεται η ποσότητα της ιοντικής συγκέντρωσης χερσαίας προέλευσης στο βρόχινο νερό και για τα Κ* Ca^", ΝΗ%, SO%, ΝΟ'3, HCO'a. Στις περιοχές με έντονη βιομηχανική δραστηριότητα οι ισχυρές εκπομπές αέριων ΝΟχ και SO2 έχουν ως αποτέλεσμα τον εμπλουτισμό, λόγω οξείδωσης τους στην ατμόσφαιρα και μετατροπής τους σε ΗΝΟ3 και H2SO4, του βρόχινου νερού σε ΝΟ'3 και S0 ^4.Ta πιο πάνω οξέα κατεβάζουν το ph του βρόχινου νερού και το μετατρέπουν σε όξινη βροχή.από την άλλη μεριά, η έντονη γεωργική δραστηριότητα με την ανεξέλεγκτη χρήση λιπασμάτων, έχει ως συνέπεια την παραγωγή βάσης της μορφής ΝΗ4ΟΗ, η οποία εξατμιζόμενη αποτελεί πηγή εμπλουτισμού του βρόχινου νερού σε ΝΗ4 που από 0,002 μπορεί να ξεπεράσει τα 128μπιοΙ/Ι. ΑλΛά φυσική βάση υπάρχει επίσης στη σκόνη. Ο ασβεστίτης που αφθονεί στα εδάφη, μεταφερόμενος ως σκόνη στην ατμόσφαιρα συντελεί στην υψηλή περιεκτικότητα της "ηπειρωτικής βροχής σε Μόνο τοπικά όμως αυξημένες εκπομπές ασβεστίτη, π.χ από εργοστάσια τσιμέντου στα οποία χρησιμοποιείται ως πρώτη ύλη μαργαϊκο υλικό από ανοικτούς δανειοθαλάμους, προκαλούν αλλαγές του ph του βρόχινου νερού. Στην περίπτωση που δεν επαρκεί η ποσότητα του CaC03, συνήθως προερχόμενου από τη σκόνη και ΝΗ4ΟΗ προερχόμενου από εξάτμιση από κοπριές, για την εξουδετέρωση των πλεονασματικών SO^'4 και ΝΟ'3 βιομηχανικής προέλευσης που απαντούν ως θειικό και νιτρικό οξέα, οι εναπομένουσες ποσότητες των ποιο πάνω οξέων με τη μορφή καθορίζουν το ρη του βρόχινου νερού. Αντίθετα τα ανιόντα ΟΓ και μέρος των SO^'4 ωκεάνιας προέλευσης εξουδετερώνονται από τα κατιόντα Na" και Mg^* επίσης ωκεάνιας προέλευσης. Η γρήγορη μεταφορά διά της ατμόσφαιρας και τροπόσφαιρας σωματιδίων ή αερίων, έχει ως συνέπεια τη μεταφορά των ρύπων μακράν του τόπου παραγωγής τους. Έχει αναφερθεί (Newell, 1971), ότι τα ποιο πάνω σωματίδια και αέρια διανύουν την απόσταση ΗΠΑ- Ευρώπη σε τέσσερις μόνο μέρες. Κατά τους Apello-Postma(1994), από τους τόνους οξειδίων του αζώτου που εκπέμπονται στην Ολλανδία, μόνο οι τόνοι αποτίθενται σε αυτήν. Από την υπόλοιπη ποσότητα, τόνοι αποτίθενται στη θάλασσα και τόνοι σε άλλες χώρες, ενώ "εισάγονται από άλλες χώρες τόνοι. Η "ξηρά απόθεση" ατμοσφαιρικών "κατάλοιπων" κατά τις ξηρές περιόδους περιλαμβάνουν τόσο την απόθεση των αερολυμάτων, όσο και των ατμοσφαιρικών αερίων με τη διαδικασία της προσρόφησης. Η ξηρά αυτή απόθεση περιλαμβάνει Cd,Cu,Pb,Zn καθώς επίσης και ΝΟχ και 5 θ 2-.Επείδη η αέρια προσρόφηση είναι σημαντική για τα ποιο πάνω οξείδια, η ξηρά απόθεση

9 είναι μεγαλύτερη στις περιοχές που καλύπτοντα από κωνοφόρα από εκείνες οι οποίες καλύπτονται από φυλλοβόλα δέντρα(ρο\λ/θιιθτ, 1980). Η ξηρά απόθεση d σε pg/m^s μπορεί να εκτιμηθεί από τη σχέση (Eriksson, 1959); d=0,001v dc ( 1.1 ) όπου Vd η ταχύτητα ξηράς απόθεσης σε cm/sec και C η συγκέντρωση του κατάλοιπου σε mg/m^. Η τιμή Vd είναι συνάρτηση της διαμέτρου των σωματιδίων των αερολυμάτων, σύμφωνα με τον νόμο του Stokes, εφόσον δεν υπερβαίνει την τιμή των 100 mm. Η διάμετρος των σωματιδίων αλατιού, σκόνης, καττνού και κ.λ.π είναι πάνω από lopm. Αντίθετα, η διάμετρος των σωματιδίων των οξειδίων και του CI κυμαίνεται από 0,1-10pm. Τα σωματίδια μικρής διαμέτρου μεταφέρονται σε μεγάλες αποστάσεις ( συχνά > lookm ) με ταχύτητες που ξεπερνούν τα 0,2-2 cm/sec. Οι Apello-Postma ( 1994 ), εκτιμούν ότι με vd=1cm/sec και Cd= 5pg/m^, τιμή που έχει παρατηρηθεί στα 600m υπεράνω της Μαύρης Θάλασσας, η ξηρά απόθεση Ol d ανέρχεται σε 1580mg/m^ yr, δηλαδή σε 2,0mg/l στα 800mm βροχής το χρόνο. Η επίδραση της χημικής σύστασης του βρόχινου νερού, της απόθεσης αλάτων " εν ξηρώ, της εποχικής διακύμανσης της κατείσδυσης, της ξηρασίας κ.λ.π. στο χημισμό των υπόγειων νερών είναι πιο ορατή στην ακόρεστη ζώνη και ιδιαίτερα όταν τα πετρώματα δεν περιέχουν ισχυρώς αντιδρώντα ορυκτά όπως τα ανθρακικά. Μεγάλες διακυμάνσεις της συγκέντρωσης TDS οφείλονται κυρίως στις μεταβολές της συγκέντρωσης Na και CI, θαλάσσιας προέλευσης, ιδιαίτερα στις παράκτιες περιοχές. Στις περιοχές αυτές εκτιμάται ( Apello-Postman 1994 ) ότι ο μέσος ετήσιος ρυθμός μεταφοράς θαλασσινού νερού μέσα από την ακόρεστη ζώνη ανέρχεται σε 5m. Κατά τις βροχοπτώσεις, αρχίζει η καείσδυση και ταυτόχρονα η απόπλυση των αλάτων που επετέθησαν κατά την προηγηθείσα ξηρά περίοδο, καθώς και η μεταφορά τους στην κορεσμένη ζώνη. Κατά την υγρά εξάλλου περίοδο, ιδιαίτερα στον Ελληνικό χώρο, οι καταιγίδες που ως επί τον πλείστον προέρχονται από τις θαλάσσιες περιοχές, αποθέτουν μεγάλες ποσότητες χλωριούχου νατρίου. 1.3 ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΠΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥΝ ΤΗΝ ΠΟΙΟΤΗΤΑ ΤΟΥ ΥΠΟΓΕΙΟΥ ΝΕΡΟΥ Ο χημισμός των υπόγειων νερών ελέγχεται από πληθώρα παραγόντων, οι κυριότεροι από τους οποίους είναι: Εξάτμιση-Εξατμισοδιαττνοή; οδηγούν σε αύξηση των ιοντικών συγκεντρώσεων αναλογικά προς την ποσότητα του νερού που εξατμίζεται. Η περίσσεια της βροχόπτωσης μπορεί να υπολογιστεί με βάση την συγκέντρωση του Cr δοθέντος ότι τα ΟΓ δεν επηρεάζονται από άλλους παράγοντες ή διαδικασίες. Εκλεκτική πρόσληψη ιόντων από τα χλωρίδια; τα οποία αποθηκεύονται στη βιομάζα. Έχει αναφερθεί ( Likenset et al,1977 ), οτι η χλωρίδα στην περιοχή

10 του Hubbard Brook προσλαμβάνει ετησίως 64kgK/ha ενώ το επιφανειακό νερό στο υδρόρευμα περιέχει μόνο 1,9kgK/ha. Ο Ρ συμμετέχει ενεργά στις διαδικασίες της εκαεκτικής πρόσληψης σε αντίθεση με το Mg και S. Η χλωρίδα προσροφά επιπλέον αέρια από την ατμόσφαιρα όπως SO2, ΝΗ3, ΝΟ2 τα οποία ενσωματώνονται στα φυτά ενώ το πλεόνασμα απομακρύνεται με την βροχή. Αποσύνθεση οργανικής ύλης: είναι η αντίθετη προς την προηγούμενη διαδικασία. Τα φυτά εκδηλώνουν εποχικές μεταβολές στην πρόσληψη και απελευθέρωση ιόντων ενώ τα νεαρά φυτά ενσωματώνουν περισσότερα στοιχεία από τα ώριμα και γερασμένα. Η αποσύνθεση οργανικής ύλης είναι μια οξειδωτική αντίδραση που μπορεί να λάβει χώρα στο έδαφος αλλά και μέσα στους υδροφόρους ( π.χ. τύρφη, λιγνίτης κ.λ.π. σχηματικά ): CH2O+O2 ^ H2O+CO2 ( 1.2) Η αποσύνθεση οργανικής ύλης στον υδροφόρο μπορεί να διεγείρει σημαντικές αντιδράσεις, όπως η αναγωγή των οξειδίων του Fe, των θειικών και των νιτρικών, ή ο σχηματισμός μεθανίου. Επιπρόσθετα, η παραγωγή CO2 μπορεί να επηρεάσει σημαντικά αντιδράσεις στις οποίες συμμετέχουν ανθρακικά ορυκτά. Αποσάθρωση-Διάλυση ανθρακικών, πυριτικών και εβαπορίτων (πίνακας 7.3). Το υπόγειο νερό των ανθρακικών πετρωμάτων (ασβεστόλιθοι -μάργες) είναι πλούσιο σε Ca^" και HCOa', των εβαπορίτων σε 804^' και Ca^*, των υπερβασικών πετρωμάτων,που περιέχουν υψηλά ποσοστά ολιβίνη και πυροξένων, σε Mg^ ^, των δολομιτών σε Ca^ " και Mg^ " σε περίπου ίσες ποσότητες. Η σχέση ανάμεσα στον τύπο (χημισμό) του νερού και τον τύπου του πετρώματος από το οποίο διέρχεται είναι εμφανείς στα διαγράμματα Pipper. Η υψηλή περιεκτικότητα του υπόγειου νερού σε Na ", Κ", και ΟΓ υποδηλώνουν την προέλευση του από γρανίτες ή μαγματίτες.στα πετρώματα που κυριαρχεί ο δυσδιάλυτος χαλαζίας η σύνθεση του υπόγειου νερού είναι παρόμοια με του βρόχινου. Η συγκέντρωση χλωριόντων στις δασικές περιοχές είναι αρκετά υψηλότερη από όσο στις χέρσους. Ο παράγων όμως που καθορίζει κατά κύριο λόγο το χημισμό του υπόγειου νερού είναι η διάλυση των ορυκτολογικών συστατικών των πετρωμάτων αλλά και οι αλληλεπιδράσεις νερού και πετρωμάτων.

11 Πίνακας 1.3.Συνήθεις ιοντικές συγκεντρώσεις σε μη ρυπασμένο νερό και η πηγή προέλευσης (Apello - Postma, 1994). Άστριοι, Ορυκτό αλάτι. Ζεόλιθοι, Ατμόσφαιρα Άστριοί, Μαρμαρυγίες Ανθρακικά, Γύψος, Αστριοι. Πυρόξενο Αμφίβολοι Ορυκτά αλόη, Ατμόσφαιρα Ανθρακικά, Οργανική ύλη Ατμόσφαιρα, Οργανική ύλη Ατμόσφαιρα, Γ ύψος, Σουλφίδια Πυριτικά, ΣιδερίτΕς, Υδροξείδια, Σουλφίδια Οργανική ύλη, φωσφορικά Εδώ οι παράγοντες που ελέγχουν την ποιότητα του υπόγειου νερού είναι ο χημισμός του βρόχινου και η εξατμισοδιαττνοή. Το TDS στο νερό των ασβεστόλιθων, των ηφαιστιτών και των αμμοχάλικων είναι ανεξάρτητο της απορροής λόγω της ταχύτατης διάλυσης των ορυκτολογικών τους συστατικών. Στη περίπτωση αυτή, ο "χρόνος παραμονής του νερού στο υδροφόρο στρώμα δεν παίζει σημαντικό ρόλο. Η συγκεντρώσεις εδώ αντιπροσωπεύουν τη διαλυτότητα των ορυκτολογικών συστατικών. Αντίθετα, ο χημισμός του νερού των γρανιτικών και ψαμμιτικών πετρωμάτων εξαρτάται από το " χρόνο παραμονής " και την απορροή. Δηλαδή ο ρυθμός διάλυσης των ορυκτολογικών συστατικών του γρανίτη ( άστριοι, μαρμαρυγίες και χαλαζίας ) είναι της ίδιας τάξης με τον " χρόνο παραμονής " του νερού ( πολύ αργή κινητική διαλυτότητα"). Απόθεση ορυκτών: Η αποσάθρωση των πυριτικών ορυκτών οδηγεί στη δημιουργία δευτερογενών αργιλικών ορυκτών ( αργιλοπυριτικά ορυκτά με ή χωρίς κατιόντα ). Καθώς η διεργασία της αποσάθρωσης προχωρεί, τα αργιλικά ορυκτά αρχικά χάνουν τα κατιόντα, ακολούθως το Si μέχρις ότου παραμείνουν τα αδιάλυτα υδροξείδια του ΑΙ. Αν στο μητρικό πέτρωμα υπάρχει δισθενής Fe τότε δημιουργούνται οξείδια του Fe. Στα ξερά κλίματα η εξάτμιση οδηγεί στη δημιουργία της ακολουθίας ασβεστίτη, γύψου και χλωριούχου νατρίου. Αντιδράσεις ιοντικής ανταλλαγής : Ανάμεσα σε διαλυμένα κατιόντα και του " συμπλέγματος-ανταλλάκτη " ( διείσδυση θάλασσας, επέκταση θυσάνου ρύπανσης, κατείσδυση όξινης βροχής ). Ανταλλάκτες είναι τα αργιλικά, τα αποσαθρωμένα ορυκτά και η οργανική ύλη. Το " σύμπλεγμα-ανταλλάκτης " μπορεί να περιέχει κατιόντα τριακόσιες φορές περισσότερα από την υγρή φάση. Ανάμιξη διαφορετικών νερών : Στις πηγές ή στις ζώνες διήθησης. Η διασπορά μπορεί να προκαλέσει ανάμιξη ρυπασμένου νερού με καθαρό νερό. Ανθρωπογενείς δραστηριότητες : Χρήση NaCI και απορρυπαντικών, χρήση λιπασμάτων, βελτιωτικών εδάφους και φυτοφαρμάκων αλλά και διαρροές από σκουπιδότοπους. Η επίδραση των γεωργικών δραστηριοτήτων προκαλεί μεταβολές του υπόγειου νερού κατά την κατακόρυφο. Υψηλές συγκεντρώσεις ΝΟ3' στο πάνω τμήμα των υδρογεωτρήσεων οφείλονται στην 10

12 έντονη λίπανση με λιπάσματα και κοπριά ανάντη της υδρογεώτρησης. Στον πίνακα 1.4 δίνεται ένα οδηγός όσον αφορά τις κυριότερες διαδικασίες που καθορίζουν την κατανομή των διαφόρων στοιχείων στο νερό. Πίνακας 1.4. Οι κυριότερες διαδικασίες αύξησης ή μείωσης της ιοντικής συγκέντρωσης στο νερό ( Apello-Postma 1994 ) Κινητική αποσάθρωσης πυριτικών εξστμσοδιαπνοή Διάλυση-Οξείδωση Διαλυτότητα αργιλικών ορυκτών Διαλυτότητα ασβεστπη Αποσύνθεση οργανικής ύλης Απομάκρυνση με αναγωγή Διάλυοη-προσρόφηση Διαλυτότητα χαλκιδόνιου-πυριτόλιθων 1.4. ΥΔΡΟΧΗΜΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΟΥ ΥΠΟΓΕΙΟΥ ΝΕΡΟΥ Η αλατότητα και οι πηγές της Όλα τα υπόγεια νερά περιέχουν διαλυμένα άλατα που η συγκέντρωσή τους κυμαίνεται από 25oig/l ή και λιγότερο ακόμη στις πηγές μέσα σε πυριτικά πετρώματα μέχρι πάνω από mg/l σε υπεράλμυρα νερά («σαλαμούρες»). Το είδος και η συγκέντρωση των διαλυμένων αλάτων εξαρτάται από τη φύση των πετρωμάτων-μέσω των οποίων κινείται το υπόγειο νερό-την ταχύτητα ροής.κ.λ.π. Κατά κανόνα τα υπόγεια νερά παρουσιάζουν υψηλότερη συγκέντρωση διαλυμένων αλάτων από τα επιφανειακά νερά, γιατί τα πρώτα βρίσκονται για μεγαλύτερο χρόνο σε επαφή με ευδιάλυτα υλικά στα γεωλογικά στρώματα. Τα ευδιάλυτα αυτά άλατα προέρχονται κυρίως από την διάλυση υλικών των πετρωμάτων. Η οξυανθρακική ρίζα, που είναι συνήθως το επικρατέστερο ανιόν στα υπόγεια νερά, προέρχεται από διοξείδιο του άνθρακα που ελευθερώνεται κατά την οργανική αποσύνθεση στο έδαφος. Οι τιμές της αλατότητας είναι μεγαλύτερες εκεί που η κίνηση του νερού είναι μικρότερη. Έτσι η αλατότητα γενικά αυξάνει με το βάθος. Μια συνηθισμένη γεωχημική ακολουθία στα υπόγεια νερά, είναι εκείνη κατά την οποία

13 κοντά στην επιφάνεια απαντούν δισανθρακικά νερά για να μεταπέσουν σε χλωριούχα νερά στους βαθύτερους σχηματισμούς. Το νερό της βροχής, που φτάνει στην επιφάνεια του εδάφους, περιέχει πολύ μικρές ποσότητες διαλυμένων αλάτων ( πίνακας 1.5 ). Όταν φτάσει στην επιφάνεια, το νερό αντιδρά με τα ορυκτά του εδάφους και των πετρωμάτων με τα οποία έρχεται σε επαφή. Η ποσότητα και ο τύπος των ορυκτών υλικών που διαλύονται εξαρτώνται από την χημική σύσταση και την δομή των πετρωμάτων, από το ρη και το δυναμικό οξειδοαναγωγής Eh του νερού ( Back-Hansa 1965 ). Πίνακας 1.5. Σύσταση του νερού της βροχής και του χιονιού σε mg/l Το διαλυμένο διοξείδιο του άνθρακα που προέρχεται τόσο από την ατμόσφαιρα όσο και από οργανικές διασπάσεις στο έδαφος, αυξάνει τη διαλυτική ικανότητα του νερού καθώς το τελευταίο κινείται στο υπέδαφος ( Hem 1970). Το υπόγειο νερό εμπλουτίζεται σε άλατα, τα οποία προέρχονται από τα διαλυτά συστατικά των πετρωμάτων μέσα από τα οποία κινείται. Το πλεόνασμα του αρδευτικού νερού που εισέρχεται στον υδροφόρο συχνά προσθέτει συμπληρωματικές ποσότητες από άλατα. Το νερό που περνά από την ζώνη των ριζών σε καλλιεργούμενες περιοχές, περιέχει συνήθως πολύ μεγαλύτερες συγκεντρώσεις αλάτων από το αρχικό νερό. Η αύξηση αυτή των αλάτων προέρχεται κατά κύριο λόγο από την διαδικασία της εξατμισοδιαττνοής, η οποία προκαλεί συμπύκνωση των διαλυμένων στο νερό αλάτων. Επιπρόσθετα, διαλυτά υλικά του εδάφους, λιπάσματα και εκλεκτική απορρόφηση ορισμένων αλάτων από τα φυτά, μεταβάλλουν την συγκέντρωση αλάτων των διηθούμενων νερών.

14 Οι παράγοντες που ελέγχουν την αύξηση αυτή των αλάτων στο υπόγειο νερό είναι η υδραυλική αγωγιμότητα του εδάφους, η δυνατότητα στράγγισης του αρδευτικού, η ποσότητα του χρησιμοποιούμενου νερού, το κλίμα και το είδος της καλλιέργιας. Ψηλές αλατότητες συναντώνται σε εδάφη και υδροφόρους των ξηρών γενικά κλιμάτων, όπου η έκπλυση από την βροχή είναι ασήμαντη ώστε να προκαλέσει διάλυση των άλλων αλάτων. Περιοχές με κακή στράγγιση, ιδιαίτερα λεκάνες που έχουν εσωτερική στράγγιση, συχνά παρουσιάζουν υψηλές συγκεντρώσεις. Επίσης μερικές περιοχές περιέχουν υπολείμματα ιζηματογενών αποθέσεων σε αλμυρά νερά οι οποίες είναι γνωστές σαν «badlands» δηλαδή πρόκειται για υποβαθμισμένα ( άγονα ) εδάφη. Σε αυτά η έλλειψη παραγωγικότητας οφείλεται και στην περίσσεια αλάτων στο έδαφος και στο νερό. Στις περιοχές που μεγάλες ποσότητες επιφανειακού νερού εμπλουτίζουν τα υδροφόρα στρώματα, η ποιότητα του νερού τους επηρεάζεται σημαντικά από την ποιότητα των νερών που το εμπλουτίζουν. Τοπικά η απορρόφηση αερίων μαγματικής προέλευσης εμπλουτίζει με διαλυμένα «μεταλλικά» συστατικά το υπόγειο νερό ( π.χ. θερμομεταλλικές πηγές ). Το απολιθωμένο νερό συνήθως είναι πλούσιο σε μεταλλικά συστατικά μια και το νερό αυτό προέρχεται από το αρχικά εγκλωβισμένο στα ιζηματογενή στρώματα από την εποχή της απόθεσης των τελευταίων αν και η χημική του σύσταση έχει αλλάξει σε σχέση με την αρχική, με διάφορες χημικές και φυσικές διεργασίες που έχουν λάβει χώρα. 'Το υπόγειο νερό που περνά μέσα από μαγματικά πετρώματα, διαλύει μόνο μικρές ποσότητες ορυκτών, λόγου του χαμηλού βαθμού διαλυτότητας αυτών των πετρωμάτων. Το διηθούμενο νερό της βροχής περιέχει οξείδιο του άνθρακα που προέρχεται από την ατμόσφαιρα, το οποίο αυξάνει την διαλυτική ενέργεια του νερού. Τα πυριτικά άλατα των εκρηξιγενών πετρωμάτων προσθέτουν στο νερό διοξείδιο του πυριτίου. Τα ιζηματογενή πετρώματα είναι πιο διαλυτά από τα μαγματικά πετρώματα. Σημαντικές πηγές ορυκτών ουσιών, στα ιζηματογενή πετρώματα, είναι οι αστρίοι, οι διάφορες μορφές του ανθρακικού ασβεστίου και οι «εβαπόριτες» ( γύψος-ανυδρίτης ). Λόγω της υψηλής διαλυτότητας τους, σε συνδυασμό με την αφθονία τους στο στερεό φλοιό της γης, τα ιζηματογενή πετρώματα συνεισφέρουν, αυτά κατά κύριο λόγο, στον εμπλουτισμό των υπόγειων νερών σε διαλυμένα άλατα. Κατά κανόνα τα κατιόντα που προέρχονται από ιζηματογενή πετρώματα είναι το ασβέστιο και το νάτριο, ενώ τα συνηθέστερα ανιόντα είναι η δισανθρακική ρίζα και η θειική ρίζα. Στις συνηθισμένες περιπτώσεις, τα χλωριόντα απαντούν σε μικρές ποσότητες. Οι πιο σημαντικές πηγές χλωριούχων αλάτων είναι τα λύματα, το απολιθωμένο νερό και το θαλασσινό που συχνά μολύνει τους παράκτιους υδροφόρους. Καμιά φορά η νιτρική ρίζα είναι ένα σημαντικό φυσικό συστατικό, όμως οι υψηλές συγκεντρώσεις της συχνά αποτελούν δείκτη κάποιας ρύπανσης. Στις ασβεστολιθικές περιοχές τα επικρατούντα ιόντα είναι η δισανθρακική ρίζα και το ασβέστιο.

15 Ό ι Davis-De Wiest 1966 ανάλογα με την ττοσότητα με την οττοία βρίσκονται τα διαλυμένα στερεά στο πόσιμο νερό ( τυπική συγκέντρωση ), τα διέκριναν σε: Κύρια συστατικά ( mg/l ) : νάτριο, ασβέστιο, μαγνήσιο, δισανθρακική ρίζα, θειική ρίζα, χλωριόντα και κάλιο. Δευτερεύοντα συστατικά ( mg/l ) ; σίδηρος, στρόντιο, κάλιο, ανθρακική ρίζα, νιτρική ρίζα, φθόριο, βόριο, μεταπυριτικό οξύ. Ολιγοσυστατικά ( m g/l): αντιμόνιο, αργίλιο, αρσενικό, βάριο, βρώμιο, κάδμιο, χρώμιο, κοβάλτιο, χαλκός, γερμάνιο, ιώδιο, μόλυβδος, λίθιο, μαγγάνιο, μολυβδένιο, νικέλιο, φωσφορική ρίζα, ρουβίδιο, σελήνιο, τιτάνιο, ουράνιο, βανάδιο και ψευδάργυρος. Ιχνοσυστατικά ( < mg/l ) : βυρίλλιο, βισμούθιο, καίσιο, γάλλιο, χρυσός, ίνδιο, λανθάνιο, σκάνδιο, νιόβιο, λευκόχρυσος, ράδιο, ρουθίνιο, άργυρος, θάλλιο, βολφράμιο, κασσίτερος, υτέρβιο, ύτριο, ζιρκόνιο. Στον πίνακα 1.6 συνοψίζονται οι φυσικές πηγές και οι φυσικές συγκεντρώσεις των κυριότερων χημικών συστατικών του υπόγειου νερού, μαζί με την επίδραση των συστατικών αυτών πάνω στις χρήσεις του ( Todd 1980, Durfer-Baker 1964). Ο Hem (1970 ) κάνει μια πολύ πιο εκτεταμένη αναφορά των διάφορων χημικών συστατικών του υπόγειου νερού. Μια σημαντική πηγή αλατότητας των υπόγειων νερών στις παράκτιες περιοχές είναι τα αερομεταφερόμενα άλατα, που προέρχονται από την διεπιφάνεια αέρα-νερού πάνω από την θάλασσα είτε με καθίζηση είτε με πτώση απουσία υγρασίας. Έχει υπολογιστεί ότι οι παράκτιες περιοχές η κατά την πιο πάνω διαδικασία απόθεση χλωρίου κυμαίνεται από 4-20Κρ/εκτάριο τον χρόνο. Η απόθεση μειώνεται από την ενδοχώρα, εκθετικά με την απόσταση από την θάλασσα. Μετρήσεις του Ισραήλ έδωσαν τη σχέση ( Todd 1980 ): I Ν=110β- ^^^^ I Όπου ; Ν η ποσότητα χλωρίου που αποτίθεται το χρόνο σε kg/ εκτάριο και d η απόσταση από την θάλασσα σε km. Στις ξηρές περιοχές, όπου η επιφανειακή απορροή είναι μικρή και η εξατμισοδιαττνοή μεγάλη, η αερομεταφερόμενη απόθεση αλάτων γίνεται ακόμη πιο σημαντική.

16

17 Ανθρακική ρίζα (COg) Δισανθρακική ρίζα (HCOg) ση. Γενικά <10 στο υπόγειο νερό Κατά τη θέρμανση η δι- Νατριούχα νερά μπορεί να περιέχουν μέχρι 50 mg/l ται σε ατμό, διοξείδιο του σανθρακική ρίζα διασπά- Ασβεστόλιθοι άνθρακα και ανθρακική Δομολάες ρίζα. Η τελευταία, σε Συνήθως <500. Στα οξυανθρα- συνδυασμό με τις αλκαλικές γαίες - ιδιαίτερα κικά νερά μπορεί να ξεπεράσει τα Ca και Mg - σχηματίζει κρούστα, η οποία επιβραδύνει τη μετάδοση της θερμότητας μέσω των τοιχωμάτων των σωληνώσεων και εμποδίζει τη ροή του νερού στις σωληνώσεις. Νερό πλούσιο σε δισανθρακική ρίζα και με μεγάλη αλκαλικότητα είναι ακατάλληλο για πολλές βιομηχανικές χρήσεις. Ηφαιστειακά και Αδιάλυτο σε ρη 9,0. Επικίνδυνο στα μάτια, σε ψη μαγματικά πετρώματα, πλούσια σε λή συγκέντρωση. αργιλοπυριτικά ορυκτά. Πυριτικά πετρώματα, πλούσια σε άστριους. Αιωρούμενη άργιλος Ωφέλιμη στον άνθρωπο ιλύς κ.λπ. όταν δεν ξεπερνά τα 5 mg/l Οξείδωση των σουλ- Γενικά <300, εκτός από Σε συνδυασμό με το φιδίων: γύψος, ανυ- υδρογεωτρήσεις που επηρεάζονται από τα όξινα στα. Συγκέντρωση μεγα ασβέστιο αφήνει κρού δρίτης απόβλητα μεταλλείων. Σε λύτερη από 250 mg/l κάνει τη χρήση του νερού μερικές «σαλαμούρες» φτά- προβ^μαηκή για πόση και για μερικές βιομηχανικές χρήσεις. Ανεπιθύμητη σας βιομηχανίες γάλακτος, πάγου και ζάχαρης. Όταν η συγκέντρωση φθάνει τα 500 mg/l το νερό αποκτά πικρή γεύση και όταν ξεπεράσει τα 1000 mg/l μπορεί να έχει καθαρτικές ιδιότητες (<παιρλονέρια»). Ιζηματογενή πετρώματα, κυρίως «εβαπορίτες» ριοχές, ενώ σπς ξηρές περιοχές περάσειτα 100 mg/l, το Συνήθως <10 σπς υγρές πε Όταν η συγκέντρωση ξεδευτερεύουσα πηγή τα ξεπερνά τα Στο θαλασσινό νερό περιέχεται σε ποσόση. Πολύ υψηλότερες νερό παίρνει αλμυρή γεύ μαγματικά πετρώματα τητα mg/l. Στις συγκεντρώσεις προκα- «σαλαμούρες» φτάνει τα λούν βλάβες στη φυσιολογία του οργανισμού mg/l Ανεπιθύμητο ίαπό τις βιο-

18 μηχανίες γάλακτος, ζάχαρης και παγοποιίας. Διαβρωτικό. Η βιομηχανία τροφίμων απαιτεί συνήθως <250 mg/l. Μερικές βιομηχανίες, π.χ. υφαντουργικές, χαρτιού και συνθεπκού ελαστικού, απαιτούν <100 mg/l. Νπρική ρίζα (NOj) Διαλυμένα στερεά (T.D.S) Αμφίβολοι {κεροστίλ- η) απσπτης, φθορίτης μαρμαρυγίες. Ατμόσφαιρα, λαχανικά υπολείμματα χλωρίδας ζωικά περιττώματα Τα ορυκτά συσταπκά που είναι διαλυμένα στο νερό Συνήθως 0-4. Γενικά <10. Στις «σαλαμούρες» η συγκέντρωση μπορεί να φθάσει τα Συνήθως , Γενικά <5000. Μερικές «σαλαμούρες» περιέχουν μέχρι Διαβρωτικό και ταξικό. Συγκέντρωση ανάμεσα στα 0,6 και 1,17 mg/l στο πόσιμο νερό ωφελεί στην οδοντοφυΐα και αντοχή των δοντιών των παιδιών. Συγκέντρωση >1,5 mg/l δημιουργεί σε θερμές περιοχές κηλίδες στο σμάλτο των δονπών των παιδιών, ενώ συγκέντρωση >6,0 mg/l προκαλεί παραμόρφωση των δονπών. Καρκινογόνα (;;). Περιεκπκότητα >100 m^l δίνει πικρή γεύση και δημιουργεί διαταραχές στη φυσιολογία του οργανισμού. Νερό από ρηχά πηγάδια, με περιεκπκόητα >45 mg/l, έχει αναφερθεί σπ προκαλεί μεθαιμοσφαιριναιμία στα βρέφη. Ανεπιθύμητη στις βαφές και τις ζυμώσεις. Μικρές ποσότητες αυξάνουν την αντοχή των χαλύβδινων λέβητων ψηλής πίεσης. Συγκέντρωση >500 mg/l είναι ανεπιθύμητη για πόση και πολλές βιομηχανικές χρήσεις. Συγκέντρωση <300 mg/l είναι επιθυμηπί στη βαφή των υφασμάτων και την παραγωγή πλαστικών, χαρτομάζας και συνθετικών υφασμάτων. Προκαλούν άφρισμα στους λέβητες η μέγιστη εππ-ρεπόμενη συγκέντρωση ελαττώνεται με την αύξηση της πίεσης λειτουργίας των λέβητων. Βλαβερό στον άνθρωπο, πάνω από 1000 mg/l.

19 ph και Eh ph Ως γνωστόν το νερό υφίσταται διάσταση σε δύο ιοντικά είδη; I ΗζΟ ο Η^ + ΟΗ- I (1.3) Η σταθερά ισορροπίας της εξίσωσης αυτής είναι: I Κ= [Η1 [ΟΗ1 / [Η2θ] Η τιμή της πιο πάνω σταθεράς ισορροπίας εξαρτάται από τη θερμοκρασία. Στους 25 C είναι 10'^^ Το νερό που είναι "ουδέτερο έχει ίσο αριθμό και ΟΗ'. Εάν ο αριθμός των Η " ή των ΟΗ' είναι μεγαλύτερος, τότε το νερό είναι αντιστοίχως "όξινο ή "βασικό. Ως γνωστόν το μέτρο του αριθμού των (πρωτόνια) που υπάρχουν σε ένα υδατικό διάλυμα είναι το ρη, δηλαδή ο αρνητικός δεκαδικός λογάριθμος της συγκέντρωσης των ιόντων υδρογόνου και κυμαίνεται από 0(πολύ όξινο) μέχρι 14(πολύ βασικό). Στους 25 C,pH=7, ως γνωστόν.σημαίνει ότι το υδατικό διάλυμα είναι ουδέτερο. Η μέτρηση του ρη συνήθως γίνεται με ηλεκτρόδια και "πεχάμετρα. Θα πρέπει να μετριέται στο ύπαιθρο και υπό συνθήκες που να αποκλείουν την ανταλλαγή των αερίων του διαλύματος με τον ατμοσφαιρικό αέρα. Επισημαίνεται ότι το ρη διαλύματος είναι ιδιαίτερα ευαίσθητο στη συγκέντρωση του διαλυμένου CO2. Eh Σε μερικές χημικές αντιδράσεις, τα στοιχεία που συμμετέχουν σε αυτές αλλάζουν το σθένος τους με τη πρόσληψη ή την απώλεια ηλεκτρόνιων.όταν προσληφθεί ένα ηλεκτρόνιο τότε προκαλείται απώλεια ενός θετικού σθένους και το αποτέλεσμα είναι η αναγωγή του στοιχείου. Το αντίθετο συμβαίνει εάν χάσει το στοιχείο ένα ηλεκτρόνιο, οπότε το αποτέλεσμα είναι η οξείδωση του στοιχείου. Αυτή η κατά περίπτωση οξείδωση ή αναγωγή του στοιχείου αναφέρεται ως " οξειδο-αναγωγή ("redox ) και οι χημικές αντιδράσεις ως "αντιδράσεις "οξειδο-αναγωγής. Οι αντιδράσεις αυτές συχνά λαμβάνουν χώρα με κατάλυση. Ως "καταλύτες που διευκολύνουν δηλαδή τις αντιδράσεις αλλά δε συμμετέχουν σε αυτές, συχνά συμπεριφέρονται οι μικροοργανισμοί οι οποίοι σχηματίζουν ένα λεπτό "βιολογικό υμένιο στη στερεά φάση των υδροφόρων. Τα μικρόβια αυτά προσλαμβάνουν ενέργια με την οξείδωση οργανικών ενώσεων ή υδρογόνου ή με την αναγωγή των ανόργανων μορφών των Fe, N,S. Για να λάβουν χώρα οι αντιδράσεις αυτές κάτω από "βιολογική κατάλυση.απαιτείται η παρουσία "Δέκτη ηλεκτρόνιων. Σε αερόβιες συνθήκες παίζουν τα ΝΟβ', S04^' και το CO2, όπως π.χ. Fe^ +2e <->Fe όπου το ιόν του δισθενούς σιδήρου μετατρέπεται (ανάγεται)σε μεταλλικό ιόν. Πηγή όμως των ηλεκτρόνιων είναι είτε το ηλεκτρικό ρεύμα είτε μια ταυτόχρονη αντίδραση κατά την οποία ένα άλλο στοιχείο οξειδώνεται και απελευθερώνει τον απαραίτητο αριθμό ηλεκτρόνιων. Η πιο πάνω αντίδραση λοιπόν είναι η μισή (ημι-αντίδραση)από την ολοκληρωμένη αντίδραση οξειδοαναγωγής που οδηγεί στη δημιουργία μεταλλικού σιδήρου. I

20 To σταθερό ηλεκτρικό φορτίο της ττιο πάνω μισής αντίδρασης είναι το ηλεκτρικό δυναμικό (voltage) που παριστάνεται με τη "ροή ηλεκτρονίων όταν η αντίδραση βρίσκεται σε ισορροπία. Κάτω από σταθερές συνθήκες θερμοκρασίας 25 C και πίεσης ίσης με μια ατμόσφαιρα, το σταθερό δυναμικό παριστάνεται ως Ε, σε volts, και είναι γνωστό ως "πρότυπο ή "κανονικό δυναμικό, έχει δε αρνητική τιμή όταν αντιπροσωπεύει αναγωγικές συνθήκες και θετική τιμή όταν αντιπροσωπεύει οξειδωτικές συνθήκες. Το "πρότυπο δυναμικό για την αναγωγή του σε αέριο υδρογόνο είναι 0. I 2Η ^+2θ<-> αέριο I (1.5) Η οξείδωση του δισθενούς σε τρισθενή σίδηρο γίνεται με την απώλεια ενός ηλεκτρονίου κατά την αντίδραση [ F ^ ( 16) Οι οξειδωαναγωγικές αντιδράσεις γίνονται μεταξύ στοιχείων που απαντούν κάτω από διαφορετικά σθένη.έτσι π.χ. τα "μέταλλα μπορούν να απαντούν σε μεταλλική κατάσταση με σθένος "μηδέν καθώς και σε τουλάχιστον μία ακόμη κατάσταση σθένους. Τα πιο συνηθισμένα στο περιβάλλον στοιχεία που απαντούν σε διαφορετικό σθένος και οι ενώσεις που μπορούν να δώσουν φαίνονται στο πίνακα 1.7 που ακολουθεί. Πίνακας 1.7. Μερικά στοιχεία που μπορούν να απαντούν σε περισσότερες της μιας καταστάσεις οξείδωσης (Fetter, 1992) Στοιχείο Σθένος Ένωση ή άλλη μορφή Άνθρακας -4/0/-4 H^S, S. PbS/SjOl /SjOiVSO^ Χρώμιο + 6/ +3 CrOi, Cr^Of/Cfi^Cr (OH)3 Χαλκός + 1/+2 CuCI / CuS Υδράργυρος + 1/+2 HgjClj /HgS Σίδηρος +2/+3 Fe2*, FeS / Fe3\ Fe (0 H>3 Άζωτο + 5/+3/0/-3 NO3/ NOj,' Ν(αέριο) / NH^ / NH3 (αέριο) Οξυγόνο 0 / (αέριο)/hjoj/hjo,02- Θείο -2/f2/+5/+6 HjS, S2-, PbS / SsOf- / SjOi / SO, Προκειμένου να λάβει χώρα αντίδραση οξείδωσης ή αναγωγής θα πρέπει ένα στοιχείο να αναχθεί ενώ ένα άλλο να οξειδωθεί. Έτσι π.χ. η πλήρης αντίδραση οξείδωσης του δισθενούς σιδήρου σε τρισθενή είναι. I 4Fe^^ +0? + <-> 2Η?0 + 4Fe^^ I (1.7) στην οποία συνυπάρχουν δύο "ημι - αντιδράσεις

21 I 4Fe^" <-> 4Fe^'' + 4e (οξείδωση) I O2+ 4H* + 4e <-> 2H2O (αναγωγή) 1 ( 1. 8) (1.9) Κάθε υδατικό διάλυμα έχει κάποιο "Δυναμικό Οξείδωσης το οποίο παριστάνεται με το σύμβολο Eh.Το δυναμικό αυτό μπορεί να υπολογιστεί από την εξίσωση του (Nearst), σύμφωνα με την οποία: Eh= E -{(RT/NF))Ln [προϊόντα]/[αντιδρώντα1 (1.10) Όπου: Eh: το δυναμικό οξείδωσης του υδατικού διαλύματος σε volts Ε το πρότυπο δυναμικό των αντιδράσεων σε volts R: η σταθερά των αερίων Τ: η θερμοκρασία σε kellvin F: η σταθερά Faraday η: ο αριθμός των ηλεκτρονίων στη "ημι -αντίδραση [ ]:οι ενεργότητες των προϊόντων και των αντιδρώντων. Το πρότυπο δυναμικό κάθε αντίδρασης μπορεί να υπολογιστεί από τη σχέση: I E = -AG /nf ( 1.11) Όπου: AG είναι η ελεύθερη ενέργεια Gibbs της αντίδρασης η οποία κάτω από σταθερές συνθήκες θερμοκρασίας και πίεσης μπορεί να υπολογιστεί με την βοήθεια της σταθερός ισορροπίας Κ της αντίδρασης από τη σχέση: I LogK = -AG 71,364 ( 1.12) Το οξειδοαναγωγικό δυναμικό υδατικού διαλύματος μετριέται με ειδικά ηλεκτρόδια σε volts σε σχέση με το δυναμικό του υδρογόνου που είναι "μηδέν. Εάν η τιμή είναι θετική τότε το δυναμικό είναι οξειδωτικό και αν είναι αρνητική το δυναμικό είναι αναγωγικό. Σχέση Ph και Eh Από τα προαναφερθέντα προκύπτει ότι το ρη δείχνει τον αριθμό των πρωτονίων και το Eh τον αριθμό των ηλεκτρονίων που υπάρχουν σε ένα υδατικό διάλυμα. Τα δυο μεγέθη συνδέονται μεταξύ τους με την εξίσωση του Nearst, από την οποία προκύπτει ότι: I Eh = Ε - ((0,0592 / η ) (log [A f / [B f) ) - 0,0592 m/n ph Όπου n 0 αριθμός των ηλεκτρονίων που αποδεσμεύονται, A και Β αντιστοίχως τα αντιδρώντα και τα προϊόντα της αντίδρασης,α και b τα moles των ιόντων υδρογόνου. Η σχέση Eh-ph είναι ιδιαίτερα χρήσιμη όταν χρησιμοποιείται με τη μορφή διαγράμματος Eh-Ph(εικ.1.1). Εάν ένα διάλυμα περιέχει διάφορα ιόντα, τα οποία μπορούν να αντιδράσουν ώστε να δημιουργήσουν διάφορα προϊόντα

22 ή να πάρουν διαφορετικά σθένη, το σταθερό προϊόν ή σθένος σε δοσμένη συγκέντρωση των αντιδρώντων θα είναι συνάρτηση του Ph και Eh του διαλύματος. Σε μερικές περιοχές του πεδίου Eh-Ph το νερό θα οξειδωθεί σε 02 και σε άλλες περιοχές θα αναχθεί σε Η2 (εικ,1.1 ). 1.5 ΔΕΙΓΜΑΤΟΛΗΨΙΑ ΥΠΟΓΕΙΟΥ ΝΕΡΟΥ Αντιπροσωπευτική δειγματοληψία του υπόγειου νερού πρέπει να γίνεται κατά βάθος,ακόμα και αν ο υδροφόρος είναι ενιαίος χωρίς λιθοσφαιρικές μεταβολές κατά την κατακόρυφο. Έχει μεγάλη σημασία αν η δειγματοληψία περιλαμβάνει την οξειδωτική (οξική) ή αναγωγική (ανοξική) ζώνη με συγκέντρωση Fe^". Αν το δείγμα αντιπροσωπεύει μίγμα νερού από τις δύο ζώνες το Ο2 θα αντιδράσει με τον Fe^ " με αποτέλεσμα να αλλοιωθούν οι συγκεντρώσεις του Ο2 του δισθενούς σιδήρου αλλά ακόμη και του ρη και της αλκαλικότητας. Είναι αυτονόητο το κατόπιν αυτού ότι η χημική ανάλυση που θα προκύψει από αυτό το δείγμα δε θα αντανακλά την ποιότητα του υπόγειου νερού. Εικ Διάγραμμα Eh-pH που δείχνει τα πεδία σταθερότητας του υπόγειου νερού. Όταν ο υδροφόρος είναι μεν ενιαίος αλλά ανισότροπος, τότε στο δείγμα συμμετέχουν περισσότερο τα τμήματα του υδροφόρου με το μεγαλύτερο Τ. Στη περίπτωση επάλληλων υδροφόρων στρωμάτων στα οποία έχει τοποθετηθεί φιλτροσωλήνας χωρίς ενδιάμεση απομόνωση, το δείγμα που παίρνεται αντιπροσωπεύει μίγμα των νερών των διαφόρων στρωμάτων. Η

23 συμμετοχή στο δείγμα κάθε υδροφόρου στρώματος είναι ανάλογη της μεταβιβαστικοτητάς του. Πρέπει να σημειωθεί ότι και στις τρεις πιο πάνω περιπτώσεις η ανάμιξη διαφορετικών νερών μπορεί να προκαλέσει χημικές αντιδράσεις κατά τη διάρκεια της δειγματοληψίας. Έτσι, αν π.χ. γίνεται ανάμιξη νερών που προέρχονται τόσο από την οξική όσο και από την ανοξική ζώνη, τότε το περιεχόμενο στο νερό Ο2 αντιδρά με το περιεχόμενο, με αποτέλεσμα να αλλοιώνονται οι συγκεντρώσεις στο λαμβανόμενο δείγμα τόσο των Ο2 και Fe^*, όσο και των ρη και αλκαλικότητας, σύμφωνα με την αντίδραση: I 2 Fe^^ + V2 Ο2 + 3Η2Ο ->2FeOOH+4H~ ( 1.12) Συνεπώς η ανάλυση που θα προκύψει δε θα είναι αντιπροσωπευτική του υπόγειου νερού από το οποίο προέρχεται. Για τους λόγους αυτούς θα πρέπει να γίνεται δειγματοληψία κατά βάθος, προκειμένου να εξασφαλιστεί αξιοπιστία όσον αφορά στο χημισμό του υπόγειου νερού. Αυτή η κατά βάθος δειγματοληψία μπορεί να γίνει (εικ.1.2) μέσω πολλαπλών πιεζόμετρων διαφορετικού βάθους ή πολλαπλών πιεζομετρικών σωλήνων στην ίδια υδρογεώτρηση με ενδιάμεση μόνωση, ή διογκούμενων παρεμβυσμάτων που τοποθετούνται στην ίδια γεώτρηση ενώ στην περίπτωση πολύ ρηχών υδροφόρων μπορεί να χρησιμοποιηθούν και χειροκίνητοι δειγματολήπτες εδάφους (Auger). Όταν για την κατασκευή της υδρογεώτρησης χρησιμοποιείται πολτός με μπετονίτη, συχνά λαμβάνει χώρα ιοντική ανταλλαγή ανάμεσα στο νερό και την άργιλο. Ο χρόνος που πρέπει να μεσολαβήσει μέχρι να αρθεί το αποτέλεσμα αυτό και να καταστεί αντιπροσωπευτική η δειγματοληψία συχνά φτάνει τους δυο με τρεις μήνες. Το νερό της δειγματοληψίας εξάλλου πρέπει να είναι φρέσκο" δηλαδή να προέρχεται μετά από άντληση της υδρογεώτρησης για ικανοποιητικό χρόνο, ώστε να έχει ανανεωθεί. Εκτιμάται ότι για αντιπροσωπευτική δειγματοληψία θα πρέπει να έχει αντληθεί το τετραπλάσιο του όγκου του νερού που περιέχεται στη υδρογεώτρηση (Appelo-Postma,1994) ενώ άλλοι ερευνητές αναφέρουν ότι ο όγκος αυτός πρέπει να φτάνει το δεκαπλάσιο του όγκου της υδρογεώτρησης. Η άντληση του νερού για την ανανέωση του θα πρέπει να γίνεται ακριβώς κάτω από την διεπιφάνεια νερού-αέρα. Η μέτρηση του ρη ή της ηλεκτρικής αγωγιμότητας του νερού αποτελεί τον ασφαλέστερο δείκτη της επιτευχθείσας ανανέωσης του νερού της γεώτρησης. Η χρήση αντλιών κενού αν και συνιστάται για την άντληση από μικρό βάθος (<9μ.) σε περίπτωση που το υπόγειο νερό περιέχει αέρια προκαλεί απώλεια μεγάλου μέρους από αυτά, με αποτέλεσμα να αλλοιώνεται το ρη, η συγκέντρωση διαλυμένων αερίων και τα πτητικά οργανικά. Τα δείγματα νερού για τις χημικές αναλύσεις πρέπει να τοποθετούνται σε μπουκάλια από γυαλί Pyrex ή σε παγούρια από πολυαιθυλένιο. Η απαιτούμενη ποσότητα νερού είνακγια την ανάλυση τύπου I (πίνακας 1.15)0,5 I, ενώ για τους τύπους II καιι III απαιτείται αντίστοιχα ποσότητα 1 και 2-5 I (UNESCO, 1972).Το μπουκάλι ή το παγούρι το οποίο θα χρησιμοποιηθεί για δειγματοληψία, πρέπει να ξεπλένεται καλά, με το ίδιο το νερό που θα αναλυθεί, πριν γίνει η 22

24 δειγματοληψία. Όταν πορθεί το δείγμα, το δοχείο πρέπει να σφραγιστεί καλά και να αποθηκευτεί σε δροσερό μέρος, μέχρι να μεταφερθεί στο εργαστήριο για ανάλυση. Για κάθε δείγμα πρέπει να συμπληρώνεται ένα έντυπο, που θα περιέχει τα εξής στοιχεία. ιότρητα Ι^μήμστα χ νχ νχ χ χ χ (a) X V X 'V X 'X 'X X (b) - Μ Φιλτροσωλήνας Χ ' χ ν χ χ χ (C) Εικ Τρεις δυνατοί τρόποι δειγματοληψίας υπόγειου νερού από διαφορετικά βάθη: (a) με πολλαπλά πιεζόμετρα, (b) με πολλαπλούς πιεζομετρικούς σωλήνες στην ίδια γεώτρηση και (ο) με απομόνωση των υδροφόρων στη γεώτρηση με διογκούμενα παρεμβύσματα (Appelo- Postma, 1994, με τροποποιήσεις) α) Θέση του σημείου δειγματοληψίας, β) Βάθος δειγματοληψίας (στη περίπτωση υδρογεώτρησης). γ) Διαμέτρους σωληνώσεων (στην περίπτωση υδρογεώτρησης). δ) Ημερομηνία. ε) Θερμοκρασία νερού (κατά τη δειγματοληψία), στ) Θερμοκρασία αέρα (κατά τη δειγματοληψία), ζ) Γεύση, χρώμα, θαλερότητα του δείγματος. η) Συνθήκες λειτουργίας (της υδρογεώτρησης) πριν τη δειγματοληψία Αν πρόκειται για δειγματοληψία από πηγή θα πρέπει να σημειώνονται εκτός από τα (α), (β), (ε), (στ) και (ζ) και: θ) Ο μηχανισμός λειτουργίας και το είδος της πηγής, μαζί με μια γεωλογική τομή στη θέση αναβλύσεως. ι) Η παροχή της πηγής, τη στιγμή της δειγματοληψίας(μετά από μέτρηση ή μετά από εκτίμηση). ια) Τυχόν ύπαρξη υδρομάστευσης και αποτελεσματικότητάς Προκειμένου για μικροβιολογική και ραδιολογική ανάλυση, απαιτσύνται ειδική δειγματοληψία και διατήρηση του δείγματος. Τα αποτελέσματα της χημικής ανάλυσης είναι τόσο πιο αντιπροσωπευτικά, όσο μικρότερός είναι ο χρόνος που μεσολαβεί ανάμεσα στη δειγματοληψία και την εκτέλεση της χημικής ανάλυσης. Επιβάλλεται, πάντως η άμεση μέτρηση στο πεδίο τη στιγμή της δειγματοληψίας, του ρη,της αλκαλικότητας και των διαλυμένων αερίων. Η

25 αποθήκευση των δειγμάτων, πριν την ανάλυση, μπορεί επίσης να επιδράσει πάνω στα αποτελέσματα έτσι ορισμένα κατιόντα, όπως Fe,Cu,Mn,AL,Cr και Ζη υπόκεινται σε απώλειες λόγο προσρόφησης ή ανταλλαγής ιόντων με τα τοιχώματα των γυάλινων μπουκαλιών. Στη περίπτωση των στρωσιγενών υδροφόρων, είναι δυνατόν η ποιότητα του νερού των μεμονωμένων στρωμάτων να είναι τελείως διαφορετική, από το μέσο δείγμα του συνόλου του υδροφόρου ή και το αντίθετο. Για τις περιπτώσεις αυτές, θα πρέπει να χρησιμοποιούνται ειδικοί δειγματολήπτες. Γενικότερα κατά τη δειγματοληψία του υπόγειου νερού, πρέπει να επιδιώκεται ώστε να ικανοποιούνται οι πιο κάτω προϋποθέσεις. -Τα δείγματα να παίρνονται εποχικά από τα σημεία νερού «μάρτυρες»(σημεία αναφοράς), όταν πρόκειται για αναλύσεις του τύπου II (πίνακας 1.15). -Στη περίπτωση των ισοζυγιών νερών, η δειγματοληψία να γίνεται σε μηνιαία βάση, κατά τα δυο πρώτα χρόνια. -Στις αναλύσεις του τύπου I (πίνακας 1.15) τα δείγματα παίρνουν το στάδιο της κατασκευής των γεωτρήσεων. -Ο όγκος των δειγμάτων νερού για τον προσδιορισμό Μο, Ζη ή Cu να είναι τουλάχιστον 0,3-0,5 I ενώ για τον προσδιορισμό του Pb 0,8-1 I (φασματικές αναλύσεις). - Όταν γίνεται δειγματοληψία από μια ομάδα σημείων νερού, η άντληση και η δειγματοληψία να αρχίζει από το ποιο ρηχό σημείο. -Η δειγματοληψία να γίνεται στο βάθος των υδροφόρών στρωμάτων, με δειγματολήπτες βάθους(δειγματολήπτες γεωτρήσεων). -Όταν παίρνεται το δείγμα θα πρέπει με την βοήθεια σωληνίσκου-που φτάνει στον πυθμένα του παγουριού ή δοχείου στο οποίο θα αποθηκευτεί το νερό -να περάσει από το δοχείο αποθήκευσης τόσο νερό, ώστε αυτό να ανανεωθεί δύο ή τρεις φορές. Η προϋπόθεση αυτή είναι απαραίτητη όταν πρόκειται να προσδιοριστούν αέρια (π.χ. ελεύθερο CO2 κ.λπ.). -Το δείγμα να στέλνεται στο χημείο και αναλύεται όσο γίνεται γρηγορότερα, ώστε να προληφθεί η σημαντική καθίζηση ορισμένων συστατικών (Ca ^*, Mg^"", Fe"", Fe"^"). Η προσθήκη οξέως στο δείγμα σταμάτα την ανάπτυξη βακτηρίων και τις οξειδωτικές αντιδράσεις ενώ παραλαμβάνει την προσρόφηση η την καθίζηση των κατιόντων. 1.6 Η ΕΚΤΕΛΕΣΗ ΤΩΝ ΧΗΜΙΚΩΝ ΑΝΑΛΥΣΕΩΝ Κατά κανόνα οι χημικές αναλύσεις γίνονται σύμφωνα με προκαθορισμένες πρότυπες μεθόδους οι οποίες συνήθως περιγράφονται σε εγχειρίδια όπως το "Standard methods for examination of water and wastewater (1989). Στον πίνακα 1.8 δίνονται οι ποιο συνηθισμένες παράμετροι που χρησιμοποιούνται στα υδροχημεία. Όταν το δείγμα νερού φτάσει στην επιφάνεια, εκτίθεται σε διαφορετικές φυσικοχημικές συνθήκες από εκείνες του υδροφόρου, με αποτέλεσμα να αλλοιώνεται η χημική του σύσταση (π.χ οξείδωση Fe^ " και H2S που ενδημούν 24

26 σε αναγωγικά νερά, απελευθέρωση CO2 που συνεπάγεται μεταβολές του ph, της αλκαλικότητας και του TIC που μπορεί να συνεπάγονται καθίζηση των ανθρακικών κ.λπ.). Για την πρόληψη των μεταβολών αυτών πρέπει να λαμβάνονται τα κατάλληλα μέτρα όπως συντήρηση και οι επιτόττου μετρήσεις. Πίνακας 1.8. Οι πιο συνηθισμένες παράμετροι που χρησιμοποιούνται στην υδροχημεία. Παράμετρος Σκληρόττττα Παροδική σκληρότητα Μόνιμη σκληρότητα Χρώμα Δυναμικό οξειδοαναγωγής (Eh) Ενεργότητα ηλεκτρονίων (pe) Αλκαλικότητα (Aik) Οξύτητα TIC TOC COD Περιγραφή Άθροισμα των ιόντων που μπορούν να αποτεθούν από το νερό ως σκληρό ίζημα. Άθροισμα Ca^+ και Mg2+, καμιά φορά και Fe^^. Εκφράζεται σε πιοη/ι ή mgcacog/l ή σε βαθμούς σκληρότητας. 100 oigcacos/l = 1 oimolca^+/l ~ 2 meq Ca^ *^/!. To μέρος εκείνο της συγκέντρωσης Ca^"^ και Mg^+ τα οποία είναι ενωμένα με HCO3 (σε πιβς/ι) και μπορούν έτσι να αποτεθούν ως ανθρακικό ίζημα. Το μέρος εκείνο της συγκέντρωσης Ca ^ και Mg^+ (σε meq/l) που περισσεύει σε σχέση με τα HCO3. Μετριέται σε σύγκριση με διάλυμα Co και Pt. Εκφράζεται σε Volts και μετριέται με πρότυπο ηλεκτρόδιο R. Eh εκφρασμένο ως -log(e') (e ). Αποτελεί την «ενεργότητα των ηλεκτρονίων» pe=eh/0,059 σε 25 C. Ικανότητα εξουδετέρωσης οξέων. Μετριέται με τιτλοδότηση με οξύ μέχρι ρη περίπου 4,5. Στις πλείστες των περιπτώσεων είναι ίση με τις συγκεντρώσεις nrihcoj + 2πΐοο - (mmol/l). Ικανότητα εξουδετέρωσης βάσεων. Μετριέται με τττλοδότηση μέχρι ρη περίπου 8,3. Στις περισσότερες περιπτώσεις είναι ίση με τη συγκέντρωση H2CO3. Ολικός ανόργανος άνθρακας. Ολικός οργανικός άνθρακας. Χημική απαίτηση οξυγόνου. Μετριέται ως χημική αναγω\ή διαλύματος υπερμαγγανικού ή διχρωμικού Κ και εκφράζεται σε ισοδύναμα οξυγό- BOD Βιοχημική (βιολογική) απαίτηση οξυγόνου. Στον πίνακα 1.9. περιγράφονται οι πιο συνηθισμένες τεχνικές συνάρτησης. Η συντήρηση στις περισσότερες περιπτώσεις γίνεται με προσθήκη στο δείγμα οξέως μέχρι το ρη του δείγματος να γίνει μικρότερο του 2.Για την όξυνση 100 ml δείγματος και την ουδετεροποίηση της αλκαλικότητας επαρκούν 0,7 ml ΗΝΟ3 65%.Η όξυνση διακόπτει την ανάπτυξη των περισσότερων βακτηρίων και μπλοκάρει τις οξειδωτικές αντιδράσεις ενώ προλαμβάνει την 25

27 προσρόφηση ή καθίζηση κατιόντων. Πριν την οξύνιση το δείγμα νερού πρέπει να φιλτραριστεί ώστε να απομακρυνθούν τα αιωρούμενα στερεά τα οποία θα μπορούσαν να διαλυθούν με την προσθήκη οξέος. Το φιλτράρισμα με πίεση γίνεται με χρησιμοποίηση αδρανούς αερίου, δοθέντος ότι η εφαρμογή διήθησης σε κενό μπορεί να προκαλέσει απελευθέρωση σημαντικής ποσότητας αερίων. Η συνθήκη τεχνικής συνιστάται στη διήθηση του δείγματος σε φίλτρα μεμβράνης 0,45 μιπ ή ακόμα καλύτερα 0,1 μπι ώστε να συγκρατηθούν και λεπτομερώς διεσπαρμένα οξείδια και υδροξείδια του Fe και ΑΙ.Το μεγαλύτερο εν τούτοις πρόβλημα είναι η μέτρηση του ακριβούς ρη του δείγματος. Τούτο πετυχαίνεται μόνο με χρήση υποβρυχίων πεχάμετρων και επιτόπια μέτρηση. Πίνακας 1.9. Συντήρηση των χημικών συστατικών στα δείγματα υπόγειου νερού Συστατικό ή ΠοράμΕτρος Τεχνική Συντήρησης / 1 Οξύνιση μέχρι ρη<2. σε πολυαιθυλένιο. Οξύνιση μέχρι ρη<2, σε γυαλί. Δεν είναι απαραίτητη. Επιτόπου πτλοδστηση. ρη, π, EC KC Εππ-όπου μέτρηση. Ακρίβεια των χημικών αναλύσεων Η ακρίβεια των χημικών αναλύσεων είναι συνάρτηση δύο ειδών σφαλμάτων : των στατιστικών σφαλμάτων που οφείλονται σε τυχαίες διακυμάνσεις της αναλυτικής διαδικασίας, και των συστηματικών που Οφείλονται σε συστηματικές αποκλίσεις της αναλυτικής διαδικασίας, λόγω ελαττωματικής εκτέλεσης ή παρεμβολών κατά την ανάλυση. Τα συστηματικά σφάλματα μπορεί να εντοπισθούν με τον υπολογισμό της Ήλεκτρο-ουδετερότητας(ΕΙβοίΓθ Neutrality) Ε.Ν (%) η οποία είναι; Ε.Ν (%) = {άθροισμα κατιόντων + άθροισμα ανιόντων) (άθροισμα κατιόντων - άθροισμα ανιόντων} * 100 (1.13) όπου τα κατιόντα και ανιόντα εκφράζονται σε meq/l. Στο άθροισμα των κατιόντων περιλαμβάνονται τα Να"", Κ^, Mg^ " και Ca^ " και στο άθροισμα των ανιόντων τα CL', HCOs', S04^', και ΝΟβ'.Κατά περίπτωση μπορεί να προστεθούν και οι ή ΝΗα*,(αναγωγικά νερά) ή Η", και α Ρ* (όξινα νερά).η Ε.Ν δεν πρέπει να ξεπερνά το 5%.