ΡΥΠΑΝΣΗ ΥΔΑΤΩΝ ΚΑΙ ΕΔΑΦΟΥΣ

Παρουσίαση με θέμα: "ΡΥΠΑΝΣΗ ΥΔΑΤΩΝ ΚΑΙ ΕΔΑΦΟΥΣ"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 ΡΥΠΑΝΣΗ ΥΔΑΤΩΝ ΚΑΙ ΕΔΑΦΟΥΣ
Διονύσιος Κουλουγλιώτης Χειμερινό Εξάμηνο Τεχνολογίες Αποκατάστασης εδαφών και υπογείων υδάτων από επικίνδυνους ρύπους (Γιδαράκος-Αϊβαλιώτη, ΖΥΓΟΣ, 2005) Υλικά και Περιβάλλον (Δεληγιαννάκης Ιωάννης, 2011) Έλεγχος Ρύπανσης Περιβάλλοντος (Κουϊμτζής, κ.α., University Studio Press, 2004) Περιβαλλοντική Χημεία (Ibanez et al. 2007) 1

2 1. Γενικά Στοιχεία Κύριος παράγοντας συντήρησης και ανάπτυξης της ζωής. Περιεκτικότητα σε άλατα: Γλυκό όταν περιέχει λιγότερο από 1g αλάτων/l και αλμυρό όταν περιέχει περισσότερο από 1g αλάτων/l. Από το συνολικό απόθεμα νερού στον πλανήτη, περίπου το 97.3% βρίσκεται στους ωκεανούς. Το υπόλοιπο ~2.7% βρίσκεται στους παγετώνες (2.1%), στα υπόγεια νερά (0.6%) στις λίμνες, τα ποτάμια και τα ρεύματα (0.015%) και στην ατμόσφαιρα (0.009%). Υπάρχει μία συνεχής αλληλεπίδραση μεταξύ των ωκεανών, των ηπείρων και της ατμόσφαιρας όπου αποθηκεύονται μεγάλες ποσότητες νερού. Η αλληλεπίδραση αυτή παριστάνεται με τον κύκλο του νερού στη φύση 2

3 Κύκλος του νερού στη φύση
Συνεχής ανεφοδιασμός άμεσα διαθέσιμου γλυκού νερού σε υγρή μορφή από τη βροχή ή το χιόνι. Οι πιο σημαντικές διαδρομές: βροχόπτωση(~ κυβικά χιλιόμετρα ετησίως), εξάτμιση, μεταφορά ατμού. 3

4 1. Γενικά Στοιχεία (συνέχεια)
Το μόριο του νερού διαθέτει φυσικοχημικές ιδιότητες που το καθιστούν μοναδικό σε σχέση με άλλες χημικές ενώσεις και ουσιαστικό συστατικό για τη ζωή στον πλανήτη. Πολλές από αυτές σχετίζονται με την ικανότητα του να σχηματίζει δεσμούς υδρογόνου. Μεγάλη θερμοχωρητικότητα Διαπερατότητα του στο ορατό φως και στο εγγύς υπεριώδες (επιτρέπει τη φωτοσύνθεση σε μεγάλα βάθη) Η επιφανειακή τάση που είναι μεγαλύτερη όλων των υγρών Η πολύ μικρή ηλεκτρολυτική διάσταση Η υψηλή διηλεκτρική σταθερά Η συμπεριφορά του κατά τη πήξη (μέγιστη πυκνότητα στους 4οC) Η διαλυτική του ικανότητα. Η μεγάλη διαλυτική ικανότητα του νερού επιτρέπει δυστυχώς και την εύκολη ρύπανσή του. 4

5 1. Γενικά Στοιχεία (συνέχεια)
Θα ασχοληθούμε με τα επιφανειακά και υπόγεια νερά και τη ρύπανσή τους. Επιφανειακά νερά: Νερά των ποταμών, των λιμνών και των θαλασσών. Ρυπαίνονται κυρίως από τα παραδοσιακά οργανικά απόβλητα (ανθρώπινα, ζωικά κλπ) και από τα βιομηχανικά απόβλητα. Ρύποι μπορούν να εισέλθουν είτε μέσω σημειακών πηγών (πχ χωματερές, ΧΥΤΑ, εργοστάσια) είτε μέσω μη-σημειακών πηγών (π.χ. φυτοφάρμακα και λιπάσματα στο νερό των απορροών). Υπόγεια νερά: Νερά των πηγαδιών, των πηγών και γενικότερα τα νερά που είναι αποταμιευμένα στο υπέδαφος. Περιέχουν διάφορα άλατα, τα οποία εξαρτώνται από την ορυκτολογική σύσταση των πετρωμάτων μέσα από τα οποία το ατμοσφαιρικό και το επιφανειακό νερό διηθείται και αποταμιεύεται στους υπόγειους ταμιευτήρες. Ρυπαίνονται από τους ρύπους που διαχέονται μέσω του εδάφους. Μέτωπο ρύπανσης μεταφέρεται με υδροδυναμικές διεργασίες (πχ μετατόπιση και διάχυση). 5

6 1. Γενικά Στοιχεία (συνέχεια)
Τι είναι Ρύπος: Μία ουσία παρούσα σε μεγαλύτερη από τη φυσιολογική συγκέντρωση ως αποτέλεσμα της ανθρώπινης δραστηριότητας και η οποία έχει μία σαφώς αρνητική/καταστρεπτική επίδραση επάνω στο περιβάλλον ως σύνολο ή σε κάποια σημαντική του συνιστώσα. «Η συγκέντρωση ορίζει το ρύπο». Παράδειγμα: το φωσφορικό άλας στο απόβλητο νερό σε εγκαταστάσεις επεξεργασίας λυμάτων. Η ίδια χημική ουσία είναι και βασικό συστατικό των φωσφορικών λιπασμάτων που ένας αγρότης αγοράζει σε πολύ υψηλές τιμές. Σε πρώτη προσέγγιση, η χρήση της ουσίας στο λίπασμα δεν την καθιστά ρυπογόνο. Καθορισμός τοξικότητας μίας χημικής ουσίας: Συχνά αμφισβητούμενο ζήτημα μεταξύ των επιστημόνων. Η τυποποιημένη μέθοδος για τον έλεγχο της τοξικότητας μίας ουσίας είναι η εκτέλεση προκαθορισμένων βιολογικών αναλύσεων σε σχετικά υψηλή δόση (κατά πολύ υψηλότερη από τα την συνήθη συγκέντρωση της ουσίας στο περιβάλλον) ώστε να παραχθούν τα αναμενόμενα δυσμενή αποτελέσματα στα πειραματόζωα. Στη συνέχεια, χρήση προβλεπτικών μοντέλων για αναγωγή στις χαμηλότερες δόσεις στις οποίες συνήθως εκτίθεται ο μέσος άνθρωπος. Η εγκυρότητα αυτής της αναγωγής στον άνθρωπο με βάση τα δεδομένα από τα πειραματόζωα είναι υπό αμφισβήτηση. Όμοια αμφισβήτηση στα συμπεράσματα από τις επιδημιολογικές μελέτες. Συχνές διαφωνίες μεταξύ των ίδιων των εμπειρογνωμόνων καθώς και μεταξύ των εμπειρογνωμόνων και της κοινής γνώμης σχετικά με την σοβαρότητα των κινδύνων από τα επιβλαβή απόβλητα σε σχέση με άλλα περιβαλλοντικά προβλήματα. 6

7 2. Ποιότητα των υδάτων Ο όρος «ποιότητα του νερού» δεν συνιστά από μόνος του ένα συγκεκριμένο σύνολο χαρακτηριστικών του νερού. Πρέπει να μελετάται και να προσδιορίζεται σε σχέση με τα οικοσυστήματα και τις διαφορετικές χρήσεις του νερού. Χημική σύσταση (διαλυμένα και αιωρούμενα συστατικά) Ενεργειακή κατάσταση (θερμότητα - ραδιενεργός ακτινοβολία) Παρουσία βιολογικών υλικών (μικροοργανισμοί). Παράμετροι ποιότητας του νερού: Ουσίες, ομάδες ουσιών, χαρακτηριστικά του νερού (φυσικά, χημικά και βιολογικά). Ο χαρακτηρισμός του νερού σε καλής ή κακής ποιότητας γίνεται σε σχέση με τις τιμές των παραμέτρων αυτών και τη χρήση του νερού. Οι διάφορες χρήσεις του νερού επηρεάζουν σημαντικά την ποιότητα του νερού του τελικού αποδέκτη. Αστική χρήση: διαδικασίες διάθεσης λυμάτων και επιφανειακή απορροή που ακολουθεί τις βροχές και καταιγίδες. Γεωργική χρήση: νερό στράγγισης των αρδευτικών εκτάσεων, με τα αγροχημικά και με τα εκπλύματα των στερεών αποβλήτων των γεωργικών εκμεταλλεύσεων. Επίσης η χρήση του νερού επηρεάζει σημαντικά την απαιτούμενη διαθέσιμη ποιότητα. Αστική χρήση: απαιτήσεις καλής ποιότητας (ιδιαίτερα για πόσιμο) Δημόσιες χρήσεις, το πότισμα ζώων και η άρδευση έχουν ορισμένες απαιτήσεις ποιότητας νερού. Αναψυχή (αθλητικές δραστηριότητες που απαιτούν επαφή του σώματος με το νερό ή και απλά η αισθητική απόλαυση). Υδροχαρής ζωή (πχ. ψάρια, υδροχαρή φυτά, ενδιαιτήματα των υγροτόπων, υδατοκαλλιέργειες) εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την ποιότητα του νερού. Υπάρχουν χρήσεις που δεν εξαρτώνται από την ποιότητα του νερού, όπως είναι η χρήση του νερού για την παραγωγή ενέργειας, η ναυσιπλοΐα και ορισμένα αγωνίσματα όπως η ιστιοπλοΐα.

8 2.1 Παράμετροι οργανοληπτικού ελέγχου
Αναφέρονται στη γενική εμφάνιση του νερού. Υποκειμενική – Αντικειμενική αξιολόγηση 2.1.1 Οσμή Υποκειμενική παράμετρος. Δύσοσμες ουσίες καθιστούν το νερό ακατάλληλο για πόση. Επίσης η δυσοσμία είναι μία παράμετρος η οποία ελέγχεται στα υγρά απόβλητα προκειμένου να δοθεί άδεια για τη διάθεσή τους. Κατά κανόνα οι οσμές απομακρύνονται όταν το νερό περάσει από στήλη ενεργού άνθρακα.[1] [1] Ο ενεργός (ή ενεργοποιημένος) άνθρακας είναι ένα προϊόν που λαμβάνεται από μία ποικίλα ανθρακούχα υλικά όπως το ξύλο, η τύρφη και ο λιγνίτης. Κοκκώδης ενεργοποιημένος άνθρακας (Granular Activated Carbon, GAC σωματίδια διαμέτρου 0,1 – 1 mm). Προσρόφηση χημικών ουσιών επάνω στα σωματίδια GAC. Η συσσώρευση ουσιών επάνω στο στρώμα GAC απαιτεί την περιοδική αναγέννηση του άνθρακα (συνήθως με θέρμανση στους 950οC σε ρεύμα αέρα έτσι ώστε όλες οι συσσωρευμένες οργανικές ουσίες να καούν). Phenol value: βασική παράμετρος για τον καθορισμό της προσροφητικής ικανότητας του GAC. Είναι η ποσότητα GAC (σε mg ανά λίτρο διαλύματος) η οποία απαιτείται για να μειώσει κατά 90% τη συγκέντρωση φαινολών ενός διαλύματος με αρχική συγκέντρωση φαινολών ίση με 100 ppm (0.01g/l). Μεγάλες τιμές phenol value για ένα φίλτρο GAC υποδηλώνουν μείωση της προσροφητικής του ικανότητας. Ο ενεργοποιημένος άνθρακας είναι ένα ευρέως χρησιμοποιούμενο προσροφητικό υλικό για τον καθαρισμό ρυπασμένων υδάτων κυρίως από μέταλλα.

9 2.1 Παράμετροι οργανοληπτικού ελέγχου
2.1.2 Γεύση Ιδιαίτερος ρόλος για πόσιμο νερό. Ιχθυοκαλλιέργεια όπου η δυσάρεστη γεύση μπορεί να μεταφερθεί στη σάρκα των ψαριών. Η γεύση αποδίδεται σε διάφορα άλατα όπως το MgSO4. Απομάκρυνση ευθυνόμενων οργανικών ενώσεων με φίλτρο ενεργού άνθρακα. Ιδιαίτερη προσοχή χρειάζεται όταν η δυσάρεστη γεύση σχετίζεται με τη διαδικασία της χλωρίωσης αφού μπορεί να συνεπάγεται ρύπανση από οργανοχλωριωμένες ενώσεις, οι οποίες κατά κανόνα είναι ιδιαίτερα τοξικές. 2.1.3 Χρώμα Στα επιφανειακά νερά οφείλεται κατά κανόνα στα χουμικά οξέα, στο πλαγκτό και την τύρφη. Στα υπόγεια νερά οφείλεται κατά κανόνα την παρουσία δισθενούς Fe2+ και Mn2+. Φαινομενικό χρώμα - Χρώμα: Πριν και μετά την απομάκρυνση των αιωρούμενων σωματιδίων με διήθηση. Η ένταση και η χροιά του χρώματος επηρεάζεται σημαντικά από το pH. Πειραματική μέτρηση με διάφορες μεθόδους (συγκριτική οπτική μέθοδος, φασματοφωτομετρική μέθοδος κα). Η παρουσία χρώματος στα επιφανειακά ή υπόγεια νερά μπορεί να αποτελεί ένδειξη ρύπανσης (σε συνδυασμό με το pH και τα δεδομένα για τα απόβλητα της περιοχής).

10 2.1 Παράμετροι οργανοληπτικού ελέγχου
2.1.4 Θολερότητα (έλλειψη διαύγειας) Βασική παράμετρος της ποιότητας και του βαθμού ρύπανσης του νερού. Οφείλεται στην παρουσία αιωρούμενων σωματιδίων μέσα στο νερό: οργανικές ή ανόργανες ενώσεις, φυτικοί ή ζωικοί μικροοργανισμοί πχ σωματίδια ιλύος, υδροξείδια Fe και Al, SiO2, πλαγκτόν κ.α. Ποσοτικός προσδιορισμός: αύξηση της σκέδασης του φωτός από τα αιωρούμενα σωματίδια. Υψηλή θολερότητα σε νερά λιμνών (ή θαλασσών) αποτελεί ένδειξη αυξημένου ευτροφισμού. Επίσης αυξημένη θολερότητα οδηγεί σε μείωση της φωτοσυνθετικής λειτουργίας (λόγω περιορισμένης διείσδυσης του φωτός). 2.1.5 Στερεά (Ολικά – Ολικά Αιωρούμενα – Ολικά διαλυμένα – Καθιζάνοντα) Τα ολικά στερεά (TS: Total Solids): σύνολο των στερεών ουσιών που υπάρχουν στο νερό (ολικά αιωρούμενα, ολικά διαλυμένα, καθιζάνοντα). Ολικά αιωρούμενα στερεά (TSS: Total Suspended Solids): στερεά συστατικά μίας μάζας νερού (ανόργανα ή οργανικά) τα οποία αιωρούνται μέσα σε αυτό και έχουν διάμετρο ≥ 0.45 μm. Παραμένουν ως υπόλειμμα μέσα στο φίλτρο μεμβράνης με διάμετρο πόρων 0.45 μm αφού πρώτα το δείγμα υποστεί διήθηση μέσα από αυτό. Τιμή TSS καθοριστική για έλεγχο απόδοσης των μονάδων επεξεργασίας αστικών λυμάτων (βιολογικοί καθαρισμοί) και βιομηχανικών υγρών αποβλήτων. Ανώτατες επιτρεπτές τιμές TSS (mg στερεών/l δείγματος) για το επεξεργασμένο υγρό απόβλητο. Ολικά διαλυμένα στερεά (TDS: Total Dissolved Solids): στερεά συστατικά μίας μάζας νερού με διάμετρο < 0.45 μm και τα οποία βρίσκονται μέσα στο διήθημα με το φίλτρο με την αντίστοιχη τιμή αποκοπής. Οφείλονται κυρίως στην παρουσία ευδιάλυτων ανόργανων αλάτων όπως χλωριούχα, θειικά, νιτρικά, νιτρώδη, αμμωνιακά κλπ. Η τιμή TDS είναι σημαντική για την αξιολόγηση της ποιότητας του πόσιμου νερού (ανώτατο επιτρεπτό όριο 1500 mg/l). Καθιζάνοντα στερεά (settleable solids): τα στερεά συστατικά τα οποία δεν μπορούν ούτε να διαλυθούν (αδιάλυτα) ούτε και να μείνουν σε αιώρηση μέσα σε μία μάζα νερού η οποία παραμένει ακίνητη και αναγκαστικά κατακάθονται (καθιζάνουν). Σχηματίζουν πυθμενική ιλύ (λάσπη) που μπορεί να δημιουργήσει αρνητικές επιπτώσεις σε ασπόνδυλους πληθυσμούς και να φράξει πυθμενικά στρώματα χαλικιού όπου τα ψάρια αποθέτουν τα αυγά τους. Σημαντική παράμετρος αξιολόγησης των δεξαμενών καθίζησης στα συστήματα επεξεργασίας αποβλήτων.

11 2.2 Παράμετροι φυσικοχημικού ελέγχου
2.2.1 Θερμοκρασία Βασικός ρόλος σε όλα τα είδη χημικών αντιδράσεων και στα διάφορα φυσικά φαινόμενα. Στις θάλασσες και τις λίμνες η μεταβολή της θερμοκρασίας του νερού με το βάθος επιδρά στη δημιουργία ρευμάτων, στην οξυγόνωση του νερού, στην παραγωγή πλαγκτού κ.α. Για τα υγρά απόβλητα, η νομοθεσία προβλέπει συγκεκριμένη επιτρεπόμενη περιοχή θερμοκρασιών καθώς είτε οι πολύ χαμηλές είτε οι πολύ υψηλές θερμοκρασίες (θερμική αλλοίωση) δημιουργούν προβλήματα στους υδρόβιους οργανισμούς που διαβιούν μέσα στους υδάτινους αποδέκτες. 2.2.2 Αγωγιμότητα Εκφράζει την ευκολία με την οποία το ηλεκτρικό ρεύμα διέρχεται μέσα από έναν αγωγό. Πολύ χρήσιμη παράμετρος για την ποιότητά του και σχετίζεται με τον βαθμό ρύπανσης. Εξαρτάται από τη θερμοκρασία (αυξάνει με αυτήν) και για αυτό πάντοτε μετριέται μαζί και η θερμοκρασία του νερού και γίνεται αναγωγή της τιμής της αγωγιμότητας σε θερμοκρασία 20οC με κατάλληλους συντελεστές διόρθωσης. Οι χημικές ουσίες που συμβάλλουν στην αγωγιμότητα του νερού είναι κυρίως τα ιόντα και τα διαλυμένα άλατα. Στην πράξη μετράται η λεγόμενη ειδική αγωγιμότητα (λ) και οι τυπικές μονάδες μέτρησης είναι ohm-1.cm-1 (ή mhos.cm-1 ή Siemens/cm (S/cm)). Σχετικά με τη ρύπανση των υδάτων, η τιμή της ειδικής αγωγιμότητας μας πληροφορεί σχετικά με: α) Την επιβάρυνση της βροχής με διάφορα ιόντα. Καθαρές βροχές έχουν τιμές ειδικής αγωγιμότητας της τάξεως των 20 – 50 μS/cm. Αντίθετα ρυπασμένες βροχές εμφανίζουν ιδιαίτερα αυξημένες τιμές ειδικής αγωγιμότητα (μέχρι και 500 μS/cm). β) Την ποσότητα διαλυμένων αλάτων σε ένα δείγμα νερού. [Συνολικά διαλυμένα άλατα (mg/l)= ( )*λ (μS/cm)].

12 2.2 Παράμετροι φυσικοχημικού ελέγχου
2.2.3 Ενεργός Οξύτητα – Οξύτητα Ενεργός οξύτητα: η τιμή του pH. Αποτελεί μία σημαντική παράμετρο ελέγχου ποιότητας των νερών και των υγρών αποβλήτων. Το pH της καθαρής βροχής και του αποσταγμένου νερού είναι ελαφρά όξινο με τιμή ≈ 5.65 λόγω της απορρόφησης CO2 από την ατμόσφαιρα. Τα φυσικά νερά έχουν τιμές pH μεταξύ 4-9. Το νερό της θάλασσας είναι ελαφρά αλκαλικό (pH ≈ 7.5). Αλκαλικό pH έχουν επίσης και τα νερά ποταμών/λιμνών με λεκάνες απορροής από ασβεστούχα και ανθρακικά άλατα. Αντίθετα, φυσικά νερά προερχόμενα από πυριτικά πετρώματα έχουν ελαφρά όξινο pH. Η νομοθεσία προβλέπει ορισμένη επιτρεπόμενη τιμή pH για τα υγρά απόβλητα πριν τη διάθεσή τους (συνήθως μεταξύ 6.5 και 8.5). Οξύτητα του νερού: η ικανότητά του να εξουδετερώνει ορισμένη ποσότητα ιόντων OH-. Η οξύτητα των υδάτων οφείλεται στα παρακάτω: α) Διαλυμένο (CO2 με τη μορφή Η2CO3, HCO3-) β) Οργανικά/ανόργανα οξέα ασθενή ή ισχυρά π.χ. H2S, H2SO4, HCl, CH3COOH, λιπαρά οξέα, χουμικά οξέα. γ) Μεταλλικά ιόντα πχ. Fe3+, Al3+. Προσδιορίζεται ογκομετρικά με μία ισχυρή βάση όπως το NaOH και εκφράζεται σε μονάδες mg CaCO3/l δείγματος. Συνήθως μετράται η λεγόμενη οξύτητα φαινολοφθαλεΐνης (ή ολική οξύτητα) που αντιστοιχεί στην ποσότητα της ισχυρής βάσης που απαιτείται να προστεθεί στο δείγμα του νερού μέχρις ότου αλλάξει χρώμα το χρώμα του δείκτη φαινολαφθαλεΐνη (σε pH 8.3). Μεγάλες τιμές ολικής οξύτητας προσδίδουν στα νερά διαβρωτικές τάσεις. Επίσης μπορεί να μετρηθεί και η οξύτητα ηλιανθίνης, όπου χρησιμοποιείται ο δείκτης ηλιανθίνης ο οποίος αλλάζει χρώμα σε pH 3.7. Τα φυσικά νερά δεν έχουν κατά κανόνα οξύτητα ηλιανθίνης. Όταν για ένα δείγμα μετρηθεί οξύτητα ηλιανθίνης αυτό αποτελεί ένδειξη ρύπανσης.

13 2.2 Παράμετροι φυσικοχημικού ελέγχου
2.2.4 Αλκαλικότητα Η ικανότητα του Η2Ο να δρα ως δέκτης πρωτονίων (Η+) ή διαφορετικά η ικανότητά του να εξουδετερώνει μία ορισμένη ποσότητα υδρογονοκατιόντων. Η αλκαλικότητα οφείλεται στα παρακάτω: α) Διαλυμένο CO2 (μορφές HCO3-, CO32-). β) Οργανικές/ανόργανες βάσεις που μπορεί να είναι ισχυρές ή ασθενείς (πχ NaOH, NH3, αμίνες) γ) Άλλα ιόντα που δρουν ως δέκτες πρωτονίων (πχ PO43-). Σε αναλογία με την οξύτητα, η αλκαλικότητα προσδιορίζεται ογκομετρικά με ένα ισχυρό οξύ (πχ H2SO4) και εκφράζεται σε μονάδες mg CaCO3/l. Μπορούν να μετρηθούν δύο ειδών αλκαλικότητες: α) Η ολική αλκαλικότητα που αντιστοιχεί στην ποσότητα του ισχυρού οξέος που απαιτείται να προστεθεί στο δείγμα του νερού μέχρις ότου αλλάξει χρώμα είτε ο δείκτης πράσινο της βρωμοκρεσόλης (pH 4.5) είτε ο δείκτης ηλιανθίνη (pH 3.7). β) Η αλκαλικότητα φαινολοφθαλεΐνης που αντιστοιχεί στην ποσότητα του ισχυρού οξέος που απαιτείται για την εξουδετέρωσή της μέχρις ότου αλλάξει χρώμα ο δείκτης φαινολοφθαλεΐνη (pH 8.3). Oφείλεται στην παρουσία ιόντων CO32- και ισχυρών βάσεων και στα φυσικά νερά είναι κατά κανόνα πολύ μικρή ή μηδενική. Αν η τιμή της είναι αυξημένη, αποτελεί ένδειξη ρύπανσης των νερών.

14 2.2 Παράμετροι φυσικοχημικού ελέγχου
2.2.5 Σκληρότητα Η ιδιότητα των κατιόντων του νερού να σχηματίζουν δυσδιάλυτα άλατα με τον σάπωνα. Κατιόντα ασβεστίου (Ca2+) και μαγνησίου (Mg2+) και δευτερευόντως αυτά του σιδήρου (Fe2+), μαγγανίου (Mn2+), βαρίου (Ba2+) και στροντίου (Sr2+). To Ca είναι από τα πλέον άφθονα στοιχεία των υδάτινων οικοσυστημάτων και αποτελεί σημαντική παράμετρο των γεωχημικών διεργασιών. Διάφορα ορυκτά που συνεισφέρουν Ca2+ στα φυσικά ύδατα είναι τα παρακάτω: CaSO4 2H2O (γύψος), CaSO4 (ανυδρίτης), CaMg(CO3)2 (δολομίτης), CaCO3 σε μορφές αραγωνίτη και καλσίτη. Η σκληρότητα του νερού εκφράζεται σε μονάδες mg CaCO3 /l (ή ppm), ανεξάρτητα από το αν οφείλεται μόνο στο ασβέστιο ή και σε άλλα κατιόντα και σχετίζεται με την παρουσία των ανθρακικών ιόντων HCO3- και CO32- Ca2++2HCO3- → CaCO3(s)+CO2(aq)+Η2Ο (2.1) Η σκληρότητα του νερού είναι μία παράμετρος που καθορίζει σε μεγάλο βαθμό τις διάφορες χρήσεις του. Για πόσιμο νερό το ανώτατο επιτρεπτό όριο σκληρότητας είναι 50 mg CaCO3 /l. Όσο μεγαλύτερη η σκληρότητα του νερού τόσο μεγαλύτερη είναι η απόθεση αδιάλυτων ανθρακικών αλάτων στο δίκτυο διανομής.

15 2.2 Παράμετροι φυσικοχημικού ελέγχου
2.2.6 Δείκτης κορεσμού CaCO3 Ενώ όταν το νερό είναι σκληρό έχει την τάση να δημιουργεί δυσδιάλυτα άλατα και στη συνέχεια να τα αποθέτει στους σωλήνες ή τις δεξαμενές όπου αποθηκεύεται, υπάρχει και η αντίθετη περίπτωση το νερό να εμφανίζει διαβρωτικές τάσεις δηλ. να έχει την τάση να διαλύει άλατα. Έτσι αν το νερό περιέχει υψηλή ποσότητα διαλυμένου CO2, μπορεί να συμβεί η αντίθετη αντίδραση από την (2.1), δηλαδή να επέρχεται διάλυση του ορυκτού CaCO3 σύμφωνα με την αντίδραση: CaCO3(s)+CO2(aq)+Η2Ο → Ca2++2HCO3- (2.2) Η λήψη CO2 από την ατμόσφαιρα δεν επαρκεί για την παραπάνω αντίδραση, σημαντική ποσότητα CO2 προέρχεται από την παραγωγή CO2 μέσω της μικροβιακής δραστηριότητας. Συνήθης δείκτης για την εκτίμηση της διαβρωτικής ή αποθετικής τάσης των νερών είναι ο δείκτης κορεσμού (Saturation Index, SI) του Langlies, που δίνεται από τη σχέση: SI = pH – pHs (2.3) όπου pH είναι το μετρούμενο pH του νερού και pHs είναι το pH στο οποίο το νερό είναι κορεσμένο με CaCO3. Το pHs ονομάζεται pH ισορροπίας ή κορεσμού. Για τον υπολογισμό του χρειάζεται να γνωρίζουμε την συγκέντρωση ιόντων Ca2+ , την αλκαλικότητα και τα ολικά διαλυμένα στερεά στο νερό. Αν SI > 0 τότε το νερό είναι υπέρκορο σε CaCO3 και έχει τάση για απόθεση αλάτων. Αν αντίθετα SI < 0 τότε το νερό έχει διαβρωτικές τάσεις. Παράδειγμα: Αμιαντοσωλήνες στο δίκτυο διανομής νερού. Αν το νερό είναι διαβρωτικό (δηλ. SI < 0) τότε υπάρχει τάση για διάλυση του αμιάντου και κατά συνέπεια για επιβάρυνση του νερού με ίνες αμιάντου. Αν αντίθετα το νερό είναι αποθετικό (δηλ. SI > 0) τότε δεν υπάρχει κίνδυνος επιβάρυνσης του νερού.

16 2.2 Παράμετροι φυσικοχημικού ελέγχου
2.2.7 Χλωριούχα Τα χλωριούχα (Cl-) είναι ένα από τα κυριότερα ανόργανα συστατικά των νερών. Μερικές χαρακτηριστικές συγκεντρώσεις σε διάφορους τύπους νερού είναι οι παρακάτω (σε ppm): Θαλασσινό νερό: Νερά ποταμών: 120 Μεταλλικά νερά: >100 Όριο για τη γεύση αλμυρού: 250 Όριο πόσιμου νερού: 600 Κρυσταλλικά πετρώματα: <10 (υπόγεια νερά) Ιζηματογενείς περιοχές: (υπόγεια νερά) Η συγκέντρωση χλωριούχων στα αστικά λύματα και στα διασταλάζοντα υγρά των αστικών αποβλήτων είναι σχετικά μεγάλη, πράγμα που οφείλεται στο ότι το χλωριούχο νάτριο είναι από τα βασικά συστατικά της διατροφής μας. Υψηλές συγκεντρώσεις χλωριούχων παρατηρούνται και στα βιομηχανικά απόβλητα (Καύση πλαστικών και θερμοηλεκτρικά εργοστάσια) Αυξημένες συγκεντρώσεις χλωριούχων στα υπόγεια νερά είναι σοβαρή ένδειξη ρύπανσής τους από τους χώρους εναπόθεσης αστικών και βιομηχανικών αποβλήτων. Πόσιμο νερό, η ενδεικτική προτεινόμενη συγκέντρωση είναι 25 ppm. Ανώτατη συγκέντρωση είναι τα 250 ppm (μετά γίνεται γλυφό και έχει συσχετιστεί με καρδιαγγειακά προβλήματα)

17 2.2 Παράμετροι φυσικοχημικού ελέγχου
2.2.8 Θειούχα-Θειϊκά-Θειώδη ιόντα Τα θειούχα ιόντα (S2-, HS-) μπορεί να βρεθούν ιδίως στα νερά των πηγαδιών και στα επιφανειακά νερά των λιμνών και σε πολύ μικρότερες συγκεντρώσεις στα νερά της ύδρευσης. Αναερόβια δράση διαφόρων βακτηρίων. Υγρά απόβλητα διαφόρων βιομηχανιών (πχ διυλιστηρίων, χαρτοποιίας, βυρσοδεψίων) καθώς και στα αστικά απόβλητα. Τα θειϊκά ιόντα (SO43-) είναι συνήθη στα φυσικά νερά και μάλιστα σε συγκεντρώσεις από μερικά ppm έως και χιλιάδες ppm. Τα άλατα MgSO4 και Na2SO4 έχουν υπακτική δράση και για αυτό το νερό της ύδρευσης δεν πρέπει να περιέχει θειϊκά ιόντα σε συγκεντρώσεις μεγαλύτερες από 250 ppm. Επίσης η παρουσία θειϊκού ασβεστίου στα νερά σχετίζεται με την μόνιμη σκληρότητα του νερού. Τα θειώδη ιόντα (SO32-) είναι συνήθη στα βιομηχανικά απόβλητα. Χρήση για αποφυγή διάβρωσης μεταλλικών μερών από το διαλυμένο οξυγόνο στο νερό. Παρουσία θειωδών σε ένα δείγμα νερού αποτελεί σοβαρή ένδειξη ρύπανσής του από υγρά βιομηχανικά απόβλητα. 2.2.9 Βόριο Απαραίτητο ιχνοστοιχείο αλλά σε συγκεντρώσεις 1-2 ppm στα αρδευτικά νερά, μπορεί να αποβεί τοξικό για ορισμένα φυτά. Στο πόσιμο νερό όχι πάνω από 0.1 ppm (100 ppb). Κατακρατείται ελάχιστα στα συστήματα βιολογικού καθαρισμού των λυμάτων. Καταλήγει εύκολα στα επιφανειακά νερά όπου η παρουσία του μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως δείκτης ανθρωπογενούς ρύπανσής τους.

18 2.2 Παράμετροι φυσικοχημικού ελέγχου
Κυανιούχα (CN-) Από τις πιο επικίνδυνες ομάδες ενώσεων αλλά παρ’όλα αυτά περιέχονται στα απόβλητα διαφόρων βιομηχανικών μονάδων. Μετατρέπονται σε υδροκυάνιο (HCN) σε όξινο περιβάλλον. Κυανιούχες ενώσεις χρησιμοποιούνται στην εξόρυξη μεταλλευμάτων ψευδαργύρου, χρυσού και αργύρου, σε διεργασίες επιμεταλλώσεων, καθαρισμού και θερμικής επεξεργασίας μετάλλων. Τα κυανιούχα ιόντα είναι εντούτοις αποικοδομήσιμα από τον ανθρώπινο οργανισμό όταν είναι παρόντα σε μικρές συγκεντρώσεις (από το ένζυμο ροδονάση στο ήπαρ). Ανώτατα επιτρεπτά όρια για τα κυανιούχα (0.05 ppm για το πόσιμο νερό, 0.1 ppm για την ιχθυοκαλλιέργεια και 0.2 ppm για τα επιφανειακά νερά). Γενικά η παρουσία CN- στα φυσικά νερά οφείλεται σε ρύπανσή τους από απόβλητα συγκεκριμένων τύπων βιομηχανιών. Βρωμιούχα – Βρωμικά Τα βρωμιούχα ιόντα (Br-) στα νερά που προορίζονται για πόσιμα είναι παρόντα σε πολύ μικρές συγκεντρώσεις (μερικά ppb). Στα υπόγεια νερά που βρίσκονται κοντά σε παραθαλάσσιες περιοχές, είναι δυνατόν να ανιχνευθούν υψηλές συγκεντρώσεις βρωμιούχων λόγω διείσδυσης του θαλασσινού νερού στον υδροφόρο ορίζοντα. Τα βρωμικά (BrO3-) ιόντα είναι ισχυρά οξειδωτικά και πιθανά καρκινογόνα. Παράγονται από την οξείδωση των βρωμιούχων ιόντων κατά την επεξεργασία του νερού με όζον για απολυμαντικούς σκοπούς. Ανώτατη επιτρεπτή συγκέντρωση στο πόσιμο νερό: 10 ppb.

19 2.2 Παράμετροι οργανικής ρύπανσης
Αναφέρονται στην εκτίμηση της ποιότητας του νερού ανάλογα με την παρουσία σε αυτό διαφόρων οργανικών ενώσεων (το λεγόμενο οργανικό φορτίο). Οι οργανικές ενώσεις, χωρίς να είναι κατά κανόνα τοξικές, μπορεί να αποβούν μοιραίες για τους υδρόβιους οργανισμούς γιατί δεσμεύουν το διαλυμένο οξυγόνο δημιουργώντας ανοξικές συνθήκες. Διαλυμένο οξυγόνο, Βιοχημικά απαιτούμενο οξυγόνο, Χημικά απαιτούμενο οξυγόνο, Ολικός οργανικός άνθρακας. 2.3.1 Διαλυμένο οξυγόνο Η παρουσία του διαλυμένου οξυγόνου (Disssolved Oxygen, DO) στο νερό οφείλεται κυρίως στην διάλυση του ατμοσφαιρικού οξυγόνου και επιπλέον στην παραγωγή οξυγόνου μέσω της φωτοσυνθετικής δραστηριότητας των φυκών κατά τη διάρκεια των φωτεινών αντιδράσεων της φωτοσύνθεσης (δηλ. κατά τη διάρκεια της μέρας). Η διαλυτότητα των αερίων στο νερό υπολογίζεται με τη βοήθεια του νόμου του Henry: Η συγκέντρωση του διαλυμένου αερίου σε ένα υγρό είναι ανάλογη της μερικής πίεσης του αερίου όταν αυτό βρίσκεται σε επαφή με την επιφάνεια του υγρού. [O2(aq)] = KH. P (2.4) όπου KH η σταθερά του Henry και P είναι η μερική πίεση του οξυγόνου στην ατμόσφαιρα. Η τιμή της σταθεράς Henry είναι αντιστρόφως ανάλογη από τη θερμοκρασία. Για το Ο2, η τιμή της είναι KH = 1.3*10-3 mol/l.atm στους 25οC. Η διαλυτότητα του οξυγόνου ελαττώνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας. Για παράδειγμα στους 0οC ισούται με 14.7 ppm ενώ στους 35oC είναι 7.03 ppm.

20 2.2 Παράμετροι οργανικής ρύπανσης
Εκτός από την θερμοκρασία και την μερική πίεση του οξυγόνου στην ατμόσφαιρα, η διαλυτότητα του οξυγόνου στο νερό εξαρτάται και από την συγκέντρωση των διαλυμένων αλάτων στο νερό και συγκεκριμένα αντιστρόφως ανάλογα με αυτήν όπως φαίνεται από το παρακάτω Σχήμα

21 2.2 Παράμετροι οργανικής ρύπανσης
Η διαλυτότητα του οξυγόνου σε φυσικά καθαρά νερά (σε 25οC, P = 1 atm, σχεδόν μηδενική αλατότητα) είναι 8.32 ppm (mg/l νερού). Η συγκέντρωση του διαλυμένου οξυγόνου στο νερό είναι μικρή σε σχέση με αυτή άλλων χημικών ουσιών. Έτσι αν συμβαίνουν διεργασίες που το καταναλώνουν όπως η αποσύνθεση της οργανικής ύλης, έχουμε δραστική μείωση της συγκέντρωσης του οξυγόνου. Η κατανάλωση οξυγόνου κατά την αποσύνθεση οργανικής ύλης (CH2O) μπορεί να αποδοθεί σχηματικά από την παρακάτω χημική εξίσωση: CH2O + O2 → CO2 + H2O (2.5) Συνολικά η τιμή του διαλυμένου οξυγόνου είναι μία ιδιαίτερα σημαντική παράμετρος ελέγχου ποιότητας των νερών καθώς και του βαθμού οργανικής ρύπανσης των αποβλήτων και των μονάδων επεξεργασίας τους. Είναι μία μέτρηση πεδίου, δηλαδή πρέπει να προσδιορίζεται τη στιγμή της δειγματοληψίας για να έχει πρακτική διαγνωστική αξία καθώς με το πέρασμα του χρόνου αναπτύσσονται μια σειρά βιολογικών δράσεων οι οποίες καταναλώνουν το οξυγόνο. Χαμηλές τιμές DO υποδεικνύουν ρύπανση νερών με βιοαποικοδομήσιμες οργανικές ενώσεις. Όταν η συγκέντρωσή του πέσει κάτω από τα 4 ppm οι συνθήκες για τους υδρόβιους οργανισμούς αρχίζουν να γίνονται ανοξικές (κατώτατο όριο επιβίωσης τα 2 ppm).