UNIVERZITA PALACKÉHO V OLOMOUCI

UNIVERZITA PALACKÉHO V OLOMOUCI

Přírodovědecká fakulta Katedra fyzikální chemie

Sledování vlivu ročního období na znečištění povrchových vod v řece Moravě a Dřevnici BAKALÁŘSKÁ PRÁCE

Autor práce:

Eva Pospíšilová

Studijní obor:

Ekochemie

Vedoucí práce:

RNDr. Robert Prucek, Ph.D.

OLOMOUC 2011

Prohlášení Prohlašuji, že jsem tuto práci vypracovala samostatně. Veškeré literární prameny a informace, které jsem v práci využila, jsou v seznamu použité literatury. Souhlasím s tím, že práce je prezenčně zpřístupněna v knihovně Katedry fyzikální chemie, Přírodovědecké fakulty, Univerzity Palackého v Olomouci. V…………dne……………….. …………………….. Podpis

Poděkování Děkuji svému vedoucímu bakalářské práce RNDr. Robertu Pruckovi, PhD. za jeho cenné rady, čas, ochotu a obětavost, které mi během mé práce věnoval.

………………….. Podpis

Bibliografická identifikace: Jméno a příjmení autora:

Eva Pospíšilová

Název práce:

Sledování vlivu ročního období na znečištění povrchových vod v řece Moravě a Dřevnici

Typ práce:

Bakalářská

Pracoviště:

Katedra fyzikální chemie

Vedoucí práce:

RNDr. Robert Prucek, Ph.D.

Rok obhajoby práce:

2011

Abstrakt:

Voda je nenahraditelnou surovinou pro všechny organismy na Zemi. Její zásoby na planetě jsou omezené a proto je nutné vodu po použití vrátit do přírody v co možná nejčistším stavu a sledovat její kvalitu. V této práci jsem sledovala vliv ročního období na znečištění povrchových vod řek Moravy a Dřevnice na jejich soutoku. Fotometricky jsem stanovovala koncentrace amonných, dusitanových, dusičnanových a fosforečnanových iontů, při každém odběru jsem měřila konduktivitu, pH a teplotu vody. Jednou měsíčně jsem stanovila chemickou spotřebu kyslíku dichromanovou a manganistanovou metodou.. Na závěr jsem podle naměřených hodnot zařadila obě řeky podle stupně znečištění do tříd jakosti vod, podle ČSN 757221.

Klíčová slova:

Voda, znečištění vod, anorganické polutanty

Počet stran:

61

Počet příloh:

1

Jazyk:

Čeština

0

Bibliographical identification: Autor’s first name and surname:

Eva Pospíšilová

Title:

Monitoring of the Surface Water Pollution of the Rivers Morava and Dřevnice in Accordance with Season

Type of thesis:

Bachelor

Department:

Department of Physical Chemistry

Supervisit:

RNDr. Robert Prucek, Ph.D.

The year of presentation:

2011

Abstract:

Water is necessary for every organism on the Earth. As a limited source has to be used carefully, every contamination can be a big problem. Therefore is very important to clean used water and check its quality. In this work I was monitoring the level of pollution in the river Morava and Dřevnice during one year. I determined concentrations of nitrites, nitrates, ammonia and phosphates. I was also measuring conductivity, pH level and temperature of the water each time. Once a month I determined chemical oxygen demand by dichromate and permanganate method. At the end I classified both rivers by their level of pollution by the ČSN 757221..

Keywords:

water, water pollution, inorganic pollutants

Number of pages:

61

Number of appendices:

1

Language:

Czech

1

Obsah Obsah ........................................................................................................................................1 1. Úvod ...................................................................................................................................3 2. Teoretická část....................................................................................................................4 2.1. Vznik a oběh vody v přírodě .....................................................................................4 2.1.1. Rozdělení vody na Zemi...................................................................................4 2.2. Oběh vody v přírodě ..................................................................................................4 2.2.1. Druhy vod podle původu a způsobu použití.....................................................5 2.2.1.1. Atmosférické vody ..................................................................................5 2.2.1.2. Podzemní vody ........................................................................................6 2.2.1.3. Povrchové vody .......................................................................................8 2.3. Fyzikální vlastnosti vody...........................................................................................9 2.3.1. Rozpustnost látek ve vodě ................................................................................9 2.3.2. Elektrolytická vodivost.....................................................................................10 2.3.3. Oxidačně-redukční potenciál............................................................................11 2.3.4. Viskozita vody..................................................................................................11 2.3.5. Povrchové napětí vody .....................................................................................12 2.4. Senzorické vlastnosti vody ........................................................................................12 2.5. Chemické vlastnosti vody..........................................................................................14 2.5.1. Anorganické látky ............................................................................................16 2.5.1.1. Kovy ........................................................................................................16 2.5.1.2. Ostatní kovy.............................................................................................21 2.5.1.3. Nekovy ....................................................................................................23 2.5.1.4. Plyny rozpuštěné ve vodách ....................................................................30 2.5.2. Organické látky.................................................................................................31 2.5.2.1. Chemická spotřeba kyslíku......................................................................32 2.6. Stanovení vybraných anorganických polutantů.........................................................34 2.6.1. Amoniakální dusík............................................................................................34 2.6.2. Dusičnany .........................................................................................................35 2.6.3. Dusitany............................................................................................................36 2.6.4. Fosforečnany ....................................................................................................37 3. Experimentální část ............................................................................................................39 3.1. Použité chemikálie.....................................................................................................39 3.2. Použité přístroje.........................................................................................................39 3.3. Příprava alternativních činidel...................................................................................39 3.3.1. Alternativní činidla pro stanovení fosforečnanů ..............................................40 3.3.2. Alternativní činidla pro stanovení amonných iontů .........................................40 3.3.3. Alternativní činidlo pro stanovení dusitanových iontů.....................................41 3.3.4. Alternativní činidla pro stanovení dusičnanových iontů ..................................42 3.4. Odběr vzorku .............................................................................................................43 3.5. Fotometrické stanovení vybraných anorganických iontů..........................................44 3.5.1. Fotometrické stanovení fosforečnanů...............................................................44 3.5.2. Fotometrické stanovení amonných iontů..........................................................44 3.5.3. Fotometrické stanovení dusitanových iontů .....................................................44 3.5.4. Fotometrické stanovení dusičnanových iontů ..................................................45 3.6. Stanovení chemické spotřeby kyslíku manganistanem draselným - CHSKMn ..........45 2

4. 5. 6. 7.

3.7. Stanovení chemické spotřeby kyslíku dichromanem draselným – CHSKCr modifikovaná semimikrometoda.................................................................................46 3.8. Stanovení konduktivity..............................................................................................46 3.9. Stanovení pH .............................................................................................................47 Výsledky měření.................................................................................................................48 4.1. Diskuze ......................................................................................................................55 Závěr...................................................................................................................................58 Summary.............................................................................................................................59 Literatura ............................................................................................................................60

3

1 Úvod Voda je spojena s počátkem existence veškerého života na Zemi a zůstala jeho nedílnou součástí. Zdůrazňovat její význam pro organismy, jejich biologické pochody a potřeby je asi zbytečné, bez vody není život. Jako látka, která nás obklopuje v oceánech a mořích se zdá voda jako relativně dostupná, bohužel neustále se zvyšující potřeba lidí využívat vodu v průmyslu a zemědělství ukazuje, jak snadno se může stát nedostatkovou a jak těžké je napravit škody způsobené plýtváním. Člověk si vodu nemůže ‘‘vyrobit‘‘ a je tak zcela odkázán na množství, které je mu na planetě k dispozici, pokud vodu znečistí, je nemožné její další využití pro něj samotného i jiné organismy. Z těchto důvodů je kontrola kvality vody nezbytná, stejně jako její přečištění po použití člověkem a zpětný návrat do přirozeného koloběhu. Účelem této práce bylo shromáždit data o znečištění řek Dřevnice a Moravy v závislosti na ročním období. Měření byla prováděna v pravidelných intervalech po dobu jednoho roku, aby byla zajištěna kontinuita výsledků a alespoň minimální reprezentativnost. Stanovovány byly koncentrace vybraných anorganických polutantů a celkového obsahu oxidovatelných složek CHSK, dále byly měřeny fyzikálně chemické ukazatele: teplota, pH a vodivost. Odběrová místa byla vybrána tři, a to tak, aby bylo možno sledovat rozdíl ve složení řeky Moravy, jejího přítoku řeky Dřevnice a výsledného smísení obou řek. Na řece Dřevnici, těsně před místem soutoku, je umístěna čistírna odpadních vod se zaměřením na odstranění dusíkatých látek a fosforu. Vliv činnosti této čistírny na složení vody za soutokem řek je mimo jiné předmětem kapitol Diskuze a také Závěru celé práce.

4

2 Teoretická část 2.1 Vznik a oběh vody v přírodě Voda má prvořadý význam pro vznik veškerého života na Zemi. V době, kdy docházelo k tvorbě zeměkoule jako součásti vesmírné hmoty nastala syntéza vodíku a kyslíku a vzniklé vodní páry postupně kondenzovaly při ochlazování zemského povrchu a tzv. dešťové spady ‘‘horký déšť‘‘ významně přispívaly k průběhu základních fyzikálněchemických pochodů na povrchu země. Voda začala vyplňovat četné prohlubeniny, pronikala do trhlin a tak se začaly vytvářet oblasti podzemních vod, místy komunikující s povrchovými vodami. Postupně se vytvářel vyrovnaný, kvantitativně stabilní systém, který po četných geografických přeměnách povrchu země zaznamenal určitou lokální stabilizaci. Množství veškeré vody na zemi i v atmosféře zůstává tedy konstantní a celou soustavu nazýváme hydrosférou. [1,2]

2.1.1 Rozdělení vody na Zemi Voda zabírá 70,5 % veškerého zemského povrchu, tedy 361 mil. km2. Největší plochu tvoří oceány a moře: Tichý oceán 180 mil. km2, Atlantický oceán 93,4 mil. km2, Indický oceán 75 mil. km2, Severní ledové moře 13 mil. km2 atd. Objem vody v mořích tvoří přibližně 1,33 miliard km3, v jezerech 750 000 km3, u řek a nádrží se odhaduje obsah vody na 1 200 km3. Další voda je obsažena v atmosféře, odhadem 12 500 km3 a vysoké koncentrace nacházíme i v půdě, rostlinách a živých organismech, potravinách a také materiálech. [1,2]

2.2 Oběh vody v přírodě Veškeré životní procesy na Zemi jsou závislé na přirozeném oběhu vody v přírodě. Voda, která se vypařuje vlivem tepla z oceánů, moří a pevnin je ve formě vodních par unášena vzdušnými proudy, ve vyšších vrstvách atmosféry dochází ke kondenzaci těchto par a ty pak v podobě srážek dopadají opět na hladiny oceánů a na pevninu. Následně se voda částečně vsakuje, tím doplňuje zásoby podzemních vod, zachytává se na vegetaci a gravitačně stéká, přičemž tvoří různé stružky, které se spojují do potoků a ty vtékají do řek. Povrchové 5

toky a částečně i podzemní vody odtékají do moří a tím se koloběh uzavírá – jedná se o tzv. velký oběh vody, který popisuje výměnu vody mezi oceány a pevninou. Malý oběh vody oproti tomu probíhá lokálně nad plochami oceánů a moří. Některé oblasti pevnin s rozsáhlými plochami vegetace mají samostatný oběh, který je podporován zvýšeným vypařováním vody z vegetace a tím vzniká místní cirkulace. Na koloběhu vody v přírodě se z celkového objemu vody podílí pouze asi 0,4 ‰. Celkový výpar na zemském povrchu se rovná množství srážek, které na něj dopadly, čímž dochází k zachování kvantitativních poměrů a to je jeden ze zákonů hydrosféry. [1,2]

2.2.1 Druhy vod podle původu a použití: •

Atmosférické vody

•

Podzemní vody

•

Povrchové vody

2.2.1.1 Atmosférické vody Chemické složení atmosférických vod odpovídá skladbě ovzduší, ve kterém jsou přítomny kromě základních složek vzduchu také cizí látky plynné, kapalné i tuhé. Kondenzací vodních par a následnou mokrou depozicí se atmosférické vody dostávají na zemský povrch. Patří sem i rosa, která vzniká kondenzací přímo na povrchu. Mezi nejčastější látky, které znečišťují atmosféru a tím i atmosférické vody patří oxid siřičitý, který vzniká při spalování tuhých paliv. Dále pak oxidy dusíku, které se do ovzduší dostávají

především

z výfukových

plynů

motorových

vozidel,

ale

vznikají

také

z atmosférického dusíku při elektrickém výboji. Oxid uhličitý jako přirozená složka vzduchu, která je zastoupena v koncentraci do 0,03 objemových procent, má velký vliv na skladbu atmosférických vod. Kromě výše uvedených se vyskytují také těkavé organické sloučeniny ale i amoniak. Zvláštní skupinou znečišťujících látek v ovzduší jsou aerosoly. Jedná se o kapalné a tuhé látky – kapičky vody s různým chemickým složením, prach, rostlinné a živočišné zbytky, mikroorganismy apod. V závislosti na podmínkách dané lokality vznikají aerosoly s určitou chemickou strukturou. Obsah rozpuštěných anorganických látek v atmosférických vodách může místy dosahovat rozmezí 10 – 100 mg/l, patří sem hlavně sodík, dusík, vápník, chloridy, 6

sírany a nepatrný podíl hydrogenuhličitanů. Běžné je pH 5 – 6, ale může být i nižší a to hlavně v průmyslových oblastech. V některých oblastech může minerální skladba atmosférických vod určovat složení povrchových vod, většinou ale dochází pří kontaktu s povrchem a podložím k ustálení chemických i fyzikálních vlastností. [4,7]

2.2.1.2 Podzemní vody Podzemními vodami jsou veškeré vody, které se nachází pod zemským povrchem a to bez rozdílu skupenství. Vznik vysvětlují dvě teorie, první teorie popisuje infiltraci atmosférických vod povrchovými vrstvami, druhá hovoří o kondenzaci vodních par z ovzduší v půdě. Pro první teorii je důležitá schopnost hornin propouštět vodu, z toho důvodu dělíme horniny na propustné (štěrky, písky, pórovité vyvřeliny), polopropustné (hlinitopísčité půdy, rašelina, spraš) a nepropustné (žula, čedič, břidlice). Horniny a zeminy tedy ovlivňují výskyt, chemické složení i pohyb podzemních vod v dané lokalitě. Podle vzniku rozdělujeme spodní vody na vadózní, to jsou vody, které jsou původem z povrchu země, a juvenilní vody, které vznikají kondenzací vodních par z magmatu. Další dělení se provádí na základě různých ukazatelů jako je teplota, obsah rozpuštěných látek, poměry v zastoupení iontů, obsah plynů a další. V zásadě však můžeme vyčlenit dva druhy a to vody prosté a minerální. Prosté podzemní vody mají obsah minerálních rozpuštěných látek nebo oxidu uhličitého nižší než 1000 mg/l. S těmito vodami se setkáváme při zemních pracích, například při vrtání studní. Mezi kationy zde převládá vápník, hořčík, sodík, mezi aniony to jsou hydrogenuhličitany, chloridy a sírany. Hodnota pH je většinou v rozmezí 6 – 7. Tyto vody jsou důležité pro zásobování obyvatelstva a průmyslu, proto zde přihlížíme k následujícím upravárenským kritériím: rozpuštěné látky, pH, neutralizační kapacita, železo, mangan, fluoridy, fosforečnany, dusitany, dusičnany, amoniak, chemická spotřeba kyslíku a specifické organické látky. U minerálních podzemních vod je koncentrace rozpuštěných anorganických látek nebo oxidu uhličitého větší než 1 000 mg/l. Díky svému složení a fyzikálním vlastnostem mají účinky prospěšné pro lidské zdraví a využívají se proto k léčebným účelům.

7

Dělení minerálních vod podle hydrochemických ukazatelům: Prosté minerální vody

(1 000 mg/l tvoří neznatelný přechod mezi prostými spodními a minerálními vodami)

Slabě mineralizované vody

(1 000 – 5 000 mg/l)

Středně mineralizované vody

(5 000 – 15 000 mg/l)

Silně mineralizované vody

(nad 15 000 mg/l)

Podle obsahu plynů: Vody uhličité (kyselky)

(nad 1 000 mg/l volného CO2)

Vody sirovodíkové

(nad 1 mg/l H2S + HS-)

Podle biologických a farmakologických ukazatelů: Pro dané ukazatele je určena vždy minimální balneologická koncentrace, např. vody železnaté (nejméně 10 mg/l Fe2+), jodidové (min. 5 mg/l I-), arsenové (0,7 mg/l As) atd. Názvy minerálních vod se tvoří podle převládajícího iontu a to tak, že se jako první uvádí název převládajícího anionu a jako druhý převládajícího kationu. Pokud voda obsahuje zároveň oxid uhličitý v koncentraci nad 1 000 mg/l pak se uvádí na konci názvu ‘‘kyselka‘‘. Příklady některých názvů vod: chlorido-sodná, sírano-vápenatá, hydrogenuhličitano-chloridová sodná kyselka. Zvláštní skupinou mezi podzemními vodami jsou vody důlní. Jedná se o vody, které vyvěrají pod povrchem země v místech důlní činnosti, oblasti rudných, hnědouhelných a černouhelných dolů a oblasti s rozsáhlým zastoupením vod rozdílných fyzikálních a chemických vlastností. Zdrojem těchto vod jsou detritové soustavy, které vyplňují hluboká údolí karbonských pohoří. Podle skladby detritu (jemná i hrubší drť z pískových zrnek, štěrku a břidlic stmelena vápencem) je určováno chemické složení vod. Většinou se jedná o silně mineralizované vody s převládajícím obsahem sodíkových iontů, dále o vody chloridového typu, jodidového, bromidového ale i hydrogenuhličitanového typu. Základní rozdělení důlních vod podle chemického složení: Chlorido-sodné vody detritového původu mají obsah rozpuštěných látek průměrně 30 000 mg/l, z toho je 17 000 mg/l chloridů a 8 000 mg/l sodíku. Dále obsahují jodidy (20 mg/l), bromidy (100 a více mg/l). Aniony obsahující kyslík jsou pouze v nízkých koncentracích, obsah vápníku bývá okolo 1 000 mg/l, stejně tak hořčíku 1 000 mg/l. 8

Chlorido-sodné vody napojeny z plážových písků jsou silně mineralizované a obsah rozpuštěných látek většinou přesahuje hodnotu 30 000 mg/l, mohou se vyskytnout i prameny nad 60 000 mg/l, kde NaCl tvoří 70 – 80%. Obsah bromidů u těchto vod je v desítkách mg/l, jodidů pak v jednotkách a zastoupení vápníku a hořčíku je přibližně stejné jako u předchozí skupiny. Hydrogenuhličitano-sodné

vody

mají

velmi

rozdílnou

mineralizaci.

Koncentrace

hydrogenuhlíčatů se pohybuje od 1 000 mg/l až k hodnotám přes 6 000 mg/l, podle lokality. Volný oxid uhličitý bývá ve stovkách mg/l a sodík v tisících mg/l. Vody s nižším obsahem minerálních látek se složením podobají povrchovým nebo prostým podzemním vodám, průsakem se však postupně obohacují o chloridy, hydrogenuhličitany, sodík, vápník a hořčík. Obsah rozpuštěných látek v těchto vodách pak bývá 200 – 2 000 mg/l. Při důlní činnosti většinou dochází ke smísení různých druhů vod, a to jak podpovrchových tak povrchových, proto v jedné lokalitě lze najít vody s velmi odlišným chemickým složením. K balneologickým (lázeňským) účelů se používají vysoce mineralizované vody, které svým složením připomínají vody mořské, obsahují však navíc jodidy a bromidy a jsou označovány jako jodobromové vody. Další skupinou takto využívaných vodo jsou i hydrogenuhličitanosodné vody. Nizkosalinní vody se po úpravě využívají jako provozní vody v průmyslu. [3,4,7]

2.2.1.3 Povrchové vody Povrchovými vodami jsou všechny vody, které se vyskytují na zemském povrchu. Dělíme je na vody mořské a kontinentální, kam patří vody tekoucí (stružky, potoky, řeky) a vody stojaté (jezera, rybníky, přehradní nádrže). Zdrojem kontinentálních povrchových vod jsou atmosférické nebo podzemní vody, které podle reliéfu podloží vyvěrají na povrch. Na zdroji závisí chemické složení, pokud jsou zdrojem atmosférické vody pak je obsah rozpuštěných látek poměrně nízký, naopak pokud jsou zdrojem podzemní vody obsah rozpuštěných anorganických a organických látek vzrůstá a to podle složení nadložních a podložních vrstev. Obsah rozpuštěných a nerozpuštěných látek u vodních toků se směrem k ústí většinou zvyšuje vlivem přítoků, splachů, odpadních vod apod. Koncentrace veškerých rozpuštěných látek je u povrchových vod v desítkách až stovkách mg/l, nerozpuštěných látek pak v jednotkách výjimečně v desítkách mg/l. Z kovů zde převládá vápník a hořčík, následuje sodík a draslík, z nekovů převládají hydrogenuhličitany, 9

dále chloridy, sírany a dusičnany. Obsah rozpuštěného kyslíku závisí na teplotě, obsahu odbouratelných organických látek, hydraulických podmínkách a intenzitě fotosyntézy. Koncentrace oxidu uhličitého bývá pouze v desetinách mg/l. Mořská voda má vysoký obsah NaCl, hořčíku, vápníku a některých dalších složek. Značný obsah iontů Na+ a Cl- se přikládá vlivům, které se uplatňovaly při vzniku moří. Vzhledem k vysokým koncentracím se většina iontů nachází ve formě svých asociálů. Průměrný obsah rozpuštěných látek v některých mořích je následující: Atlantský oceán 36 g/l, Tichý oceán 35 g/l, Indický oceán 34 g/l, Středozemní moře 38 g/l, Severní moře 32 g/l, Baltské moře 20 g/l, Černé moře 17 g/l, Mrtvé moře max. 280 g/l. [3,4,10]

2.3 Fyzikální vlastnosti vody 2.3.1 Rozpustnost látek ve vodě Jednou z důležitých vlastností vody je schopnost převedení tuhých, kapalných i plynných látek do roztoku. Rychlost rozpouštění tuhých látek je ovlivňována hlavně teplotou, charakterem rozpouštěné látky a dalšími fyzikálními vlivy. U elektrolytů hraje velkou roli polarita molekul vody a vysoká permitivita, dochází k rozštěpení na elektricky nabité částice, poutané k řetězcům vodních molekul – dochází k elektrolytické disociaci, která je popsána Guldberg – Waagovým zákonem a vystihuje vliv koncentrace na rychlost chemických reakcí. Velmi dobře disociovány jsou silné elektrolyty, oproti tomu slabé elektrolyty jsou ve vodě pouze zčásti štěpeny v ionty. Mezi ionty a neiontovou formou se ustavuje rovnováha, vyjádřená podílem, v němž čitatel je dán součinem molárních koncentrací iontových forem a jmenovatel molární koncentrací nedisociovaných molekul. V praktických podmínkách však musíme při výpočtech chemických rovnováh dosadit místo molárních koncentrací jednotlivých složek jejich aktivity, které odpovídají molárním koncentracím pouze u velmi zředěných roztoků. Aktivita se vyjádří jako součin molární koncentrace a aktivitního koeficientu, závislého na iontové síle. V praxi se používá hlavně iontové síly roztoku, která je definována jako poloviční součet součinu molárních koncentrací ci a čtverců nábojových čísel zi všech iontů přítomných v roztoku – I = 0,5 ∑ ci . zi2

10

Povrchové vody a prosté podzemní vody jsou velmi zředěnými roztoky s iontovou sílou 0,002 – 0,02, minerální vody 0,02 – 0,2, některé salinní důlní vody 0,4 – 0,6 a mořská voda 0,6 – 0,7 mol/l. Kapaliny anorganického původu jsou většinou velmi dobře rozpustné (kyseliny, zásady) a totéž platí i o velkém množství organických kapalin (př. alkoholy, glycerin aj.). Plyny jsou ve vodních roztocích rozpustné v množství, které je úměrné parciálnímu tlaku plynu nad roztokem, což je vyjádření Henryova zákona, platného v daném případě pro nízké tlaky a rozpustnosti malých koncentrací sloučenin: pA = HA . xA kde pA = parciální tlak složky A v plynné fázi HA = Henryho konstanta rozpustnosti xA = molární koncentrace v kapalné fázi Se stoupající teplotou a vzrůstajícím obsahem rozpuštěných látek klesá rozpustnost plynu v kapalině. Samotné rozpouštění plynu v kapalině probíhá poměrně zvolna, což je způsobeno pomalou difúzí. Velký význam pro hydrochemii a hydrometrii má rozpustnost kyslíku ze vzduchu. Při atmosférickém tlaku 0,1 MPa a teplotě 10°C činí rozpustnost kyslíku v destilované vodě 11,3 mg/l, zatímco při 20°C je to 9,02 mg/l. Ve vodě s obsahem chloridů 5 000 mg/l činí rozpustnost kyslíku ze vzduchu při 10°C 10,5 mg/l. Ve vodách, kde při dané teplotě nedosahuje koncentrace kyslíku stupně nasycení, mluvíme o kyslíkovém deficitu, v opačném případě o přesycení. Nejčastěji se s tímto jevem setkáváme na úsecích toků s turbulentním prouděním nebo při intenzivní fotosyntetické asimilaci. [4,6]

2.3.2 Elektrolytická vodivost Voda, která neobsahuje rozpuštěné plyny ani žádný elektrolyt je velmi špatným vodičem elektrického proudu. Elektrická vodivost se v hydrochemii používá k hodnocení obsahu anorganických sloučenin, protože je úměrná koncentraci elektrolytů. Závisí na celkové koncentraci a pohyblivosti iontů, teplotě a řadě dalších fyzikálních vlivů. Je vyjádřena převrácenou hodnotou odporu, kterou klade vrstva vody procházejícímu elektrickému proudu. Pro praktické účely se měří tzv. specifický odpor mezi dvěma platinovými elektrodami o ploše 1 cm2, vzdálenými od sebe 1 cm a specifická elektrická vodivost (konduktivita) se vyjadřuje v hodnotách siemens na metr (S/m), nebo častěji 11

v podílové hodnotě μS/cm, což lépe vystihuje podstatu analytického stanovení. Nejčistější voda je jen nepatrně disociována, iontový součin při 25°C, daný vztahem H+ . OH- = 1 . 10-14 udává, že v jednom litru neutrální vody je obsaženo 1,008 . 10-7 g vodíkových a 17, 008 . 10-7 g hydroxylových iontů. Elektrolytická vodivost této vody je při 25°C 0,055 μS/cm a při 18°C 0,038 μS/cm. V destilované vodě se uplatňují vlivy rozpuštěných plynů a proto jsou hodnoty v rozmezí 0,3 – 3 μS/cm, u povrchových a prostých podzemních vod pak 50 – 500 μS/cm, u důlních, minerálních a některých odpadních vod převyšuje mnohdy elektrolytická vodivost 10 000 μS/cm. Při vysokých koncentracích elektrolytů se nepříznivě uplatňují vlivy intermolekulárních vazebních sil a rovněž vysokomolekulární organické látky, které způsobují retardaci přenosu elektrického proudu a údaje nejsou zcela adekvátní skutečné hodnotě přítomného elektrolytu. Vtah mezi elektrolytickou vodivostí a koncentrací elektrolytů lze vyjádřit takto: C=f.χ kde C = koncentrace elektrolytů v mg/l χ = elektrolytická vodivost v μS/cm f = empirický faktor (hodnoty se pohybují podle charakteru elektrolytu v rozmezí 0,55 – 0,9 , průměrná hodnota u vod bývá 0,7) [4,5]

2.3.3 Oxidačně – redukční potenciál Některé z iontů se mohou ve vodách vyskytovat v různých oxidačních stupních. Hodnota potenciálu měřeného v systému platinová a srovnávací kalomelová elektroda je těmito formami ovlivňována a sloučí k výpočtu jejich poměrového zastoupení u daného prvku. Oxidačně-redukční potenciál je vyjadřován v milivoltech. Ve velmi čistých povrchových vodách se hodnoty oxidačně-redukčního potenciálu pohybují v rozmezí 200 – 400 mV, naopak u odpadních vod může být hodnota až – 500 mV. [4]

2.3.4 Viskozita vody Viskozita vody je velmi důležitá pro hydraulické chování vody. Jedná se o odpor kapaliny, nebo také vnitřní tření v kapalině. Vrstvy v kapalině se pohybují různou rychlostí, 12

rychlejší vrstvy se snaží urychlit ty pomalejší a naopak. Viskozita je charakterizována koeficientem dynamické viskozity, který vyjadřuje sílu, určující rozdíl rychlosti mezi vrstvami kapaliny. Jednotkou je pascal sekunda (Pa.s). Jedná se o dynamickou viskozitu laminární proudící kapaliny, v níž při gradientu rychlosti 1 za sekundu napříč proudu vzniká tečné napětí 1 Pa. Důsledkem viskozity je asi 100x větší vnitřní tření ve vodě než ve vzduchu, vodní organismy proto musí pro svou pohyb vydávat značné množství energie. Viskozita ovlivňuje rychlost pohybu tuhých částic suspendovaných ve vodě. Měří se objem kapaliny, který proteče kapilární trubicí při dané teplotě a tlaku za jednotku času. Při teplotě 10°C je hodnota viskozity 1,310 m Pa.s a při 20°C 1,009 m Pa.s. Viskosita je důležitá při procesech úpravy vod, má vliv na výběr způsobu filtrace a na sedimentaci nerozpuštěných částic. [4,6]

2.3.5 Povrchové napětí Povrchové napětí je definováno jako síla, působící kolmo k jednotce délky v povrchu kapaliny. Jednotkou je newton na metr (N/m), jde o povrchové napětí kapaliny, v jejímž rovinném povrchu působí kolmo v libovolném řezu na 1 metr síla 1 newtonu. Důsledkem povrchového napětí je tvorba kapek vody a udržení jemných částic na hladině, ale také kapilární jevy (vzlínání vody v kapilárách půdy a hornin) a smáčecí schopnost. [4]

2.4 Senzorické vlastnosti vody Jedná se o všechny fyzikální vlastnosti vod, které můžeme vnímat smysly.

Teplota Teplota je jednou ze základních fyzikálních vlastností, která ovlivňuje celou řadu dalších charakteristik vody. Závislost hustoty na teplotě je následující: 0°C – 999,84 kg/m3; 3,48°C – 999,97 kg/m3; 20°C – 998,2 kg/m3. Hmotnostní vrstvení v hlubokých nádržích, poměr proudění či změny jakosti vod jsou také důsledkem vlivu teploty na hustotu vody. Na teplotě závisí také viskozita, která má při 25°C poloviční hodnotu než při 0°C. Další ovlivněnou veličinou je povrchové napětí a elektrická vodivost, která se mění asi o 2% při vzrůstu či poklesu teploty o 1°C. [3,4] 13

Barva Barva vody je ovlivněna obsahem rozpuštěných a nerozpuštěných látek a také hodnotou pH. Některé znečišťující látky (jílovité suspenze, fytoplankton apod.) mohou ovlivnit přirozenou barvu vody a proto je nutné vždy odlišit barvu zdánlivou a skutečnou. Látky huminové povahy způsobují žlutozelené až žlutohnědé zabarvení vody. V přírodě se posuzuje taky barva celých vodních celků, jako jsou přehrady, jezera, řeky a moře. Zde záleží na schopnosti pohlcovat světlo, hloubce, chemickém složení, na geologickém podloží a okolních atmosférických podmínkách. Hluboká jezera a moře s čistou vodou se jeví jako modrá v důsledku pohlcení paprsků s delší vlnovou délkou, oproti tomu u řek s čistou vodou převládá nazelenalé zabarvení. [4]

Průhlednost Průhlednost je ovlivněná zabarvením a obsahem nerozpuštěných látek. Teplejší a zakalená voda absorbuje světelné paprsky více než voda studená a čistá. Výsledky testů průhlednosti v jedné lokalitě se liší v závislosti na ročním období a meteorologické situaci. Průhlednost u čistých jezer bývá 10 – 20 m. [4]

Zákal Zákal způsobují nerozpuštěné anorganické a organické látky. Jsou to zejména jíly, kyselina křemičitá, hydroxidy některých kovů, organické koloidy, bakterie a plankton. Zákal je příčinnou nežádoucího vzhledu a je jedním z nepříznivých faktorů, které ovlivňují hodnocení senzorických vlastností pitných vod. Pro vyjádření zákalu se používají formazinové jednotky (ZF), ve velmi čirých vodách je zákal v jednotkách ZF, u vod s mechanickým znečištěním může dosáhnout i desítek ZF. [4]

Pach Těkavé látky, které se do přírodních vod dostávají přirozenou cestou z povrchových a podložních vrstev, způsobují charakteristický pach dané vody. Dalším zdrojem pachu jsou biologické pochody ve vodách i v sedimentech (přítomnost sirovodíku, amoniaku, indolu, skatolu a dalších, hnilobný pach atd.). Významný vliv mají řasy, které dodávají vodě velmi specifický pach, několik příkladů: 14

pach po rybách

Uroglenopsia, Dinobryon

pach po okurkách

Synura

pach po fialkch

Mallomonas

Jiné charakteristické pachy způsobuje přítomnost plísní a aktinomycet, nebo organických sloučenin, které se do vod dostaly z odpadních vod (ligniny, fenoly). [4]

Chuť Chuť přírodních vod je ovlivňována anorganickými látkami, které se uvolňují z podloží. Nejvíce ovlivňují chuť hydrogenuhličitany, oxid uhličitý, chloridy, vápník, hořčík, železo a mangan. Pozitivní vliv na chuť mají hydrogenuhličitany, oxid uhličitý a vyšší mineralizace dané vody. Posuzování chuti je důležité u pitných vod před úpravou ale i po ní, optimální pH je 6 – 7. [4]

2.5 Chemické vlastnosti vody Chemická analýza je základní ukazatel při posuzování jakosti vod. Přírodní vody obsahují velké množství látek, které se do nich dostávají především přirozenou cestou – kondenzací vodních par v ovzduší. Při tvorbě malých kapiček se ve vodě rozpouštějí plyny přítomné v atmosféře, množství rozpuštěného plynu přitom závisí na jeho koncentraci, tlaku a teplotě. Rozpustnost plynů za stejných podmínek je různá, například při nižších teplotách se nejvíce rozpouští oxid uhličitý, avšak v reálných podmínkách bude množství rozpuštěné v atmosférických vodách záviset na obsahu plynu v ovzduší. Protože atmosféra obsahuje nejvíce dusíku (78,09 objemových procent), bude i v atmosférických vodách více dusíku, než lépe rozpustného oxidu uhličitého, který je zastoupen pouze 0,03 objemovými procenty. Vlivem antropogenní činnosti se do atmosféry dostávají i sloučeniny síry, amoniak a ty se pak stanou součástí srážek. Po dopadu na zemský povrch se voda vsakuje do půdy, která obsahuje větší či menší množství humusu, ten je tvořen rostlinnými zbytky a při jejich konečném rozpadu zůstává oxid uhličitý. V anaerobním prostředí vzniká sirovodík a oba tyto plyny se tak stávají přirozenou součástí vod. Chemické složení vod ovlivňuje také velké množství nerostů, které se nacházejí v podložních a nadložních vrstvách. Nejvýznamnější jsou vápenec CaCO3, magnezit MgCO3, dolomit 15

CaCO3 . MgCO3, méně časté jsou siderit FeCO3, pyrit FeS2 a další. Významné jsou také hlinitokřemičitany – ortoklas K(AlSi3O8), oligoklas Na(AlSi3O8), anortit Ca(Al2Si2O8), které zvětrávají a tak vytvářejí základ půd a zemin. Za zmínku stojí také hydratované formy oxidu křemičitého, sloučeniny manganu a dalších kovů. Jednotlivé složky se do přírodních vod dostávají těmito způsoby: •

přímé rozpouštění jedná se hlavně o chloridy, sírany alkalických kovů a sírany alkalických zemin z minerálů, v malém množství o uhličitany vápníku a hořčíku, sloučeniny železa a manganu

•

chemické působení oxid uhličitý převádí uhličitany Ca, Mg, Fe, Mn a další na snadno rozpustné hydrogenuhličitany,

které

vznikají

také

působením

oxidu

uhličitého

na

hlinitokřemičitany. Jednoduché iontové formy vznikají hydratací a hydrolýzou, například při rozkladu hlinitokřemičitanů vznikají hydroxidy kovů a jejich další reakcí s oxidem uhličitým vznikají hydrogenuhličitany. Působením kyslíku a vody dochází k oxidaci sulfidických rud až na sírany. •

modifikující přeměny půdní koloidy jako jsou jíly, látky huminové povahy a některé minerály napomáhají výměně iontů mezi látkami rozpuštěnými ve vodě. Jedná se většinou o výměnu vícemocných iontů za sodík. Jinou modifikující přeměnou je biochemické působení, které začíná ve vrchních provzdušněných vrstvách, kde probíhá rozklad organických látek případně až na oxid uhličitý a nitrifikace. Ve spodních vrstvách, bez přístupu kyslíku probíhají redukční procesy a to hlavně redukce síranů a dusičnanů.

Vedle rozpuštěných plynných a tuhých látek obsahují vody také látky nerozpuštěné, které mají různou velikost i tvar. Tyto látky rozptýlené ve vodě tvoří disperze, které se dělí podle velikosti na makrodisperzní soustavy (částice o rozměru nad 1 000 nm) a koloidně disperzní soustavy (částice 1 – 1 000 nm). U přírodních vod jsou tyto koloidní soustavy významnější protože zde bývají přítomny polysacharidy, bílkoviny, jílovité a písčité hmoty, oxidy železa a manganu. Dále sem patří látky huminové povahy, které jsou výluhem z tlejících rostlinných zbytků (dřevo, listí).

16

Běžnou součástí prakticky všech druhů vod jsou kovy, nekovy a organické látky. Pro přehlednost bude uvedeno členění na anorganické látky (kovy a nekovy) a látky organické. [3,4,6]

2.5.1 Anorganické látky •

kovy

•

nekovy

2.5.1.1 Kovy Sodík a draslík Oba kovy jsou v zemské kůře zastoupeny téměř ve stejném poměru. Do vod se dostávají výluhem ze zvětralých hlinitokřemičitanů (oligoklas, ortoklas) podle následující rovnice: 2 NaAlSi3O8 + 2 CO2 + 11 H2O = 2 NaHCO3 + 4 H4SiO4 + Al2Si2O5(OH)4 Soli jako jsou sírany a chloridy se rozpouští přímo. Na jílovitých soustavách dochází k tzv. půdní výměně iontů Ca za Na. Výskyt sodíku a draslíku ve vodách je prakticky výhradně ve formě jednoduchých kationů Na+ a K+, v důlních vodách však v důsledku vysokého obsahu solí dochází k tvorbě iontových asociátů – (NaSO4)-, (NaCO3)-. Zastoupení obou kovů v atmosférických vodách je v poměru Na:K asi 2:1, u povrchových vod je to pak 10:1 až 20:1. Ačkoli je tedy obsah sodíku a draslíku stejný, ve vodách se jejich poměr výrazně liší, vysvětlením je důležitá funkce draslíku pro rostliny (výživa), které ho odčerpávají z vod a je také více sorbován minerály. Obsah sodíku se v toku postupně zvyšuje v důsledku zvýšené salinity odpadních vod, protože sodík ani draslík nejsou čistírnami odpadních vod odstraňovány. U pramenů bývá koncentrace sodíku v jednotkách až desítkách mg/l. Vyšší koncentrace bývají v oblastech s důlními vodami s převládajícím obsahem chloridu nebo hydrogenuhličitanu sodného, které složením odpovídají vodám minerálním. Sodík je důležitou součástí vod především pro svou významnou roli v základních životních pochodech organismů, kde je využíván k udržení buněčné izotonie. Hydrogenuhličitanové sodné vody se zase používají v lázeňských terapiích k léčbě poruch žlučníku a žaludku. 17

Draslík má svůj význam jako biogenní prvek pro rostliny i živé organismy, ve vodách se také podílí na radioaktivitě, protože obsahuje asi 0,01 % izotopu 40K. [4,6]

Vápník Hlavním zdrojem vápníku ve vodách je vápenec, na který působí kyselina uhličitá podle rovnice: CaCO3 + CO2 + H2O = Ca(HCO3)2 Vápník se do vod dostává také přímým rozpouštěním sádrovce CaSO4 . 2 H2O a výluhem ze zvětralých hlinitokřemičitanů vápenatých, které se rozkládají lépe než alkalické. Rovnicí lez tyto procesy znázornit takto: CaAl2Si2O8 + 3 H2O = Ca(OH)2 + Al2Si2O5(OH)4 Ca(OH)2 + 2 CO2 = Ca(HCO3)2 Hlavní formou výskytu vápníku ve vodách je ion Ca2+, v daleko menší míře pak iontové asociáty (CaCO3)0aq, (CaHCO3)+, (CaOH)+, (CaSO4)0aq. V běžných přírodních vodách na tyto asociáty připadá pouze asi 5 % z celkového obsahu vápenatých a hořečnatých solí, v minerálních vodách je ovšem jejich zastoupení daleko větší. Vápník bývá ve vodách ve větším množství než ostatní kovy, jeho koncentrace dosahuje desítek mg/l a je limitována rozpustností vápenatých solí ve vodě, především ale koncentrací oxidu uhličitého, jak vyplývá z výše uvedené rovnice. Součiny rozpustnosti vybraných vápenatých sloučenin ve vodě při 25°C: CaCO3

4,8 . 10-8

CaSO4 . 2 H2O

1,3 . 10-4

Ca(OH)2

3,1 . 10-5

Ca3(PO4)2

1,8 . 10-25

CaF2

4,0 . 10-11

Z těchto údajů vyplývá, že se ve vodě bez přítomnosti oxidu uhličitého rozpustí pouze 15 mg/l vápence a 2050 mg/l síranu vápenatého, velmi rozpustné jsou dusičnany a chloridy vápenaté. Vápník a hydrogenuhličitany mají příznivý vliv na chuť vody, pokud je jejich obsah nízký, pak se chuť jeví jako mdlá. Dále má vápník rovněž příznivý vliv na fyziologii organismu.

18

Pro úpravy vod mají velký význam málo rozpustné soli, uhličitany, fluoridy a fosforečnany, které se využívají k odstranění vápníku před použitím v tepelných procesech. Při varu dochází k vypuzení oxidu uhličitého a hydrogenuhličitany tak přechází na nerozpustný uhličitan vápenatý, který se usazuje v potrubí, na stěnách nádob a působí problémy při údržbě. [4,6]

Hořčík Do přírodních vod se dostává podobným způsobem jako vápník, rozpustnost uhličitanu hořečnatého je však výrazně vyšší než vápenatého (iontový součin 1 . 10-5). Velmi dobře rozpustné jsou chloridy a sírany hořečnaté, zdrojem hořčíku je tedy i přímé rozpouštění karnalitu (KCl . MgCl2 . 6 H2O), kieseritu (MgSO4 . H2O), navíc se hořčík může vyluhovat ze zvětralých hlinitokřemičitanů hořečnatých. Hlavní formou výskytu ve vodách je dvojmocný ion Mg2+. Při vyšší koncentracích hydrogenuhličitanů a síranů tvoří hořčík příslušné iontové asociáty, díky sklonu tvořit komplexní sloučeniny. Ačkoli jsou chloridy a sírany hořečnaté velmi dobře rozpustné, obsah hořčíku v přírodních vodách je méně než vápníku. Příčinnou je nižší obsah hořčíku v zemské kůře, který je asi 2 %, zatímco vápníku 3,5 %. Vliv na obsah hořčíku ve vodách má, podobně jako u draslíku, sorpce a iontová výměna při styku vody s některými minerály a jílovitými substancemi, zanedbatelné není ani odčerpávání rostlinami. Koncentrace hořčíku se pohybuje v jednotkách až desítkách mg/l, poměr Ca:Mg bývá 4:2 až 2:1, u mořských a minerálních vod tomu může být i naopak. V kyselé oblasti pH se hořčík vylučuje jako MgCO3 . 3 H2O, v alkalické jako málo rozpustný Mg(OH)2. Hořčík má významnou funkci při tvorbě chlorofylu Pokud obsah hořčíku ve vodě překročí 250 mg/l, pak mají tyto vody nahořklou chuť, větší množství síranu hořečnatého má laxativní účinky. [4,6]

Železo Hlavní formou výskytu železa jsou rudy, jako pyrit FeS2, siderit FeCO3 a oxidy (hnědel

Fe2O3 . H2O a krevel Fe2O3), dále se železo nachází v hlinitokřemičitanech.

Působením oxidu uhličitého, rozpuštěného ve vodě, dochází k rozpouštění uhličitanu železnatého za vzniku hydrogenuhličitanu železnatého. Pokud se proces odehrává 19

v anaerobním prostředí, pak hydrogenuhličitan zůstává beze změny, v přítomnosti kyslíku se oxiduje; rychlost oxidace je úměrná pH a obsahu kyslíku. FeCO3 + CO2 + H2O = Fe(HCO3)2 4 Fe(HCO3)2 + O2 + 2 H2O = 4 Fe(OH)3 + 8 CO2 Pokud prostředí neobsahuje kyslík a obsahuje přebytek oxidu uhličitého, pak probíhá reakce opačným směrem. Železo se do vod dostává také ze sulfidů, které se oxidují na sírany, ty se pak velmi dobře rozpouští a za přístupu kyslíku se oxidují Fe2+ na Fe3+ a hydrolyzuje. Forma, ve které se bude železo vyskytovat je závislá především na podmínkách chemických reakcí, tedy hlavně na pH, přítomnosti kyslíku a komplexotvorných sloučenin. Pokud se v prostředí nebude vyskytovat kyslík, pak budou formy železa následující: Fe2+ nebo (FeOH)+, hydrogenuhličitanové či síraové asociáty – (FeHCO3)+, (FeCO3)0aq, (FeSO4)0aq. Příkladem jsou podzemní vody, nebo spodní vrstvy jezer či nádrží. V aerobním prostředí je železo přítomno v těchto formách: Fe3+, (FeOH)2+, (Fe(OH)4)-, (FeSO4)+, (FeHSO4)2+. Dvojmocné a trojmocné železo vytváří komplexní sloučeniny koloidní povahy s huminovými látkami, voda má pak nažloutlou až nahnědlou barvu. Obsah železa v povrchových vodách je v setinách až desetinách mg/l, nejčastěji však kolem 0,5 mg/l, u vod rašelinových oblastí a z okolí některých hnědouhelných či rudných dolů dosahuje koncentrace železa jednotek mg/l. Obsah železa je vyjádřen jako suma všech přítomných forem. Z hygienického hlediska není železo ve vodě příliš významné, zato nepříznivě ovlivňuje senzorické vlastnosti vod: barvu, zákal a zejména chuť, která je svíravá při obsahu již 0,5 mg/l. Takováto voda se nehodí pro používání v domácnostech a potravinářství. Velkým problémem při zásobování pitnou či užitkovou vodou působí železité bakterie, které se mohou rozvíjet i při nízkých koncentracích. Tyto bakterie se nejdříve ukládají v potrubí, kde způsobují až jeho ucpání, a po odumření jsou příčinnou nepříjemného zápachu. Další problém způsobuje železo ve vodách používaných v textilním a papírenském průmyslu, kde nepříznivě ovlivňuje procesy výroby. Z tohoto důvodu je pro některé výroby stanovena max. koncentrace 0,05 mg/l, pro pitnou vodu pak 0,3 mg/l. [4,6]

Mangan Výskyt manganu v zemské kůře je především ve formě minerálů, které doprovázejí železné rudy. Nejčastěji jde o burel MnO2, dialogit MnCO3 a některé vyšší oxidy. Poměr 20

Fe:Mg je asi 50:1. Do vod se dostává nejčastěji dostává přímým výluhem z výše uvedených minerálů, z půdy, sedimentů a odumřelých částí rostlin (dřevo obsahuje 0,5 – 5,0 g Mn/kg). Nejčastěji se ve vodě vyskytuje ve dvojmocné formě jako hexaakvamanganatý komplex [Mn(H2O)6]2+, dále ve formě asociátů na bázi hydrogenuhličitanů (MnHCO3)+, popřípadě síranů [Mn(H2O)5SO4]0. Mangan se také váže na huminové sloučeniny za vzniku stabilních komplexů. Manganaté ionty jsou odolnější vůči oxidaci kyslíkem rozpuštěným ve vodě než ionty železnaté, to má význam zejména při redukci trojmocného a čtyřmocného manganu, který se tak uvolňuje ze sedimentů. Podobně jako u železa i u manganu se vyskytují manganové bakterie, které biochemicky oxidují mangan a mohou být příčinnou zanášení potrubí. Koncentrace, při kterých dochází k bujení těchto bakterií jsou okolo 0,05 mg/l. V přírodních vodách je mangan přítomen v nízkých koncentracích vzhledem k nízké rozpustnosti MnCO3, Mn(OH)2 a vyšších hydratovaných oxidů. U povrchových a prostých podzemních vod bývá koncentrace v desetinách mg/l. Ke zvýšení obsahu manganu může dojít u podzemních vod v lokalitách, kde poklesne hladina a dochází tak k pronikání vzdušného kyslíku, ten oxiduje sulfidy na sírany a ty se pak snadno rozpouští. V minerálních vodách je obsah manganu desetiny až setiny mg/l, zatímco v mořské vodě pouze mikrogramy. Z fyziologického hlediska je mangan důležitým prvkem pro živočichy i rostliny, koncentrace, ve kterých se nachází ve vodách nejsou nijak škodlivé. Nepříznivý vliv má však na senzorické vlastnosti vody, při koncentracích nad 0,1 mg/l ovlivňuje chuť, při praní prádla způsobuje žloutnutí a skvrny. V průmyslu je největším problémem rychlý rozvoj manganových bakterií, proto je považován za škodlivější než železo a jeho koncentrace v užitkových vodách, používaných v potravinářském a textilním průmyslu, nesmí překročit 0,05 mg/l. [4,6]

Hliník Hliník se v zemské kůře nachází ve formě hlinitokřemičitanů, do vod přechází jen velmi malé množství v koloidní podobě hydratovaného oxidu hlinitého Al2O3 . nH2O. Rozpuštěný hliník se ve vodách nachází většinou jen v minimálním množství, pokud je ale prostředí kyselé jeho koncentrace zvyšuje, nejčastěji jako [Al(H2O)6]3+, hydrolýza Al3+ probíhá postupně až na negativně nabitý ion (Al(OH)4)-. Obsah ve vodách s neutrální reakcí je většinou desítky mikrogramů rozpuštěného Al, veškerého Al pak v desítkách mg/l.

21

Vzhledem k nízkým koncentracím ve vodách není hliník zdravotně závadný, nepůsobí potíže ani při použití vod v průmyslových výrobách. [4,6]

2.5.1.2 Ostatní kovy Jedná se o kovy, které jsou v povrchových vodách obsaženy ve velmi nízkých koncentracích, vyšší obsah je způsoben kontaminací například odpadními vodami z těžby, úpravy a zpracování rud, z hutních závodů, válcoven, povrchových úprav kovů apod. Nárazovým zdrojem jsou postřikové látky, které se do vod dostávají z vegetace při deštích. Nízké koncentrace mnoha kovů jsou nezbytné pro životní pochody živočichů a rostlin, vyšší obsahy však bývají toxické, to se projevuje inhibujícím účinkem na činnost enzymů, jater a ledvin. Nejčastější jsou stanovení těchto kovů: Ag, As, Ba, Cd, Cr, Cu, Hg, Ni, Pb, Se, V. [3,6] •

Arsen Nejrozšířenější formou arsenu je AsV, protože trojmocná forma je nestálá velmi

dobře se oxiduje. Ve vodách s neutrální reakcí se vyskytuje jako H2AsO4- a HAsO42-. Koncentrace v přírodních vodách bývá v jednotkách až desítkách μg/l, v arsenových minerálních vodách pak více než 0,7 mg/l. Arsen se snadno akumuluje v organismech a jeho sloučeniny

jsou

jedovaté,

protože

inhibují

biochemickou

oxidaci,

je

podezřelý

z karcinogenity. [6] •

Kadmium Kadmium nebývá součastní přírodních vod, je to velmi nebezpečný kov pro lidský

organismus, protože se snadno ukládá a zesiluje toxické účinky některých kovů. Způsobuje anemii, přispívá k dekalcifikaci kostní tkáně a také inhibuje proces fosforylace. Z těchto důvodů koncentrace kadmia ve vodě nesmí překročit 10 μg/l. [6] •

Chrom Zdrojem chrómu v přírodních vodách jsou odpadní vody, zejména kožedělného a

textilního průmyslu a z povrchových úpraven kovů. Nejčastěji se vyskytuje v trojmocné formě v komplexních sloučeninách, v aerobním prostředí však dochází k jeho oxidaci na šestimocnou formu, ta má daleko vyšší toxické účinky a šestimocný chrom je prokázanou

22

karcinogenní látkou. Dále ovlivňuje již od 3 mg/l barvu vody a má vliv na metabolické pochody. [6] •

Měď Sloučeniny mědi jsou součástí zemské kůry, odkud se měď v nepatrném množství

dostává do vod. Jedná se hlavně o hydrogenuhličitanové komplexy [CuCO3]0aq, [Cu(CO3)2]2-, hydroxokomplexy [CuOH]+, [Cu(OH)3]- a [Cu(OH)4]2- a minerály (např. malachit Cu2(OH)2CO3). Dalšími sloučeninami jsou komplexy, které tvoří s organickými látkami, především huminovými. Obsah mědi v povrchových a podzemních vodách je většinou v jednotkách až desítkách mikrogramů, v oblastech rudných nalezišť pak až v desítkám mg/l. Koncentrace nad 1 mg/l má vliv na chuť vody, jinak není měď pro lidský organismus nebezpečná, protože se neukládá v tkáních jako jiné těžké kovy. Naopak pro nižší i vyšší orgasmy ve vodách je velmi toxická, to se využívá v praxi proti nežádoucímu rozvoji řas ve vodních nádržích. [6] •

Rtuť Rtuť je velmi toxickým těžkým kovem, její sloučeniny se do vod dostávají zejména

únikem z chemického průmyslu. V rozpuštěné formě se jedná o chlorokomplexy [HgCl2]0, [HgCl3]-, [HgCl4]2- a také se váže na některé organické látky. V pitné vodě nesmí koncentrace překročit 0,001 mg/l, protože rtuť se velice snadno ukládá v živých organismech – z anorganických sloučenin se ve vodě vytvářejí biologickými procesy organické vazby, které se akumulují v rybách, vodní flóře a sedimentech. Chronická otrava se u člověka projevuje depresí, třesem, návaly. Akutní otrava způsobuje nebezpečné postižení centrální nervové soustavy, zažívacího traktu a ledvin. [6] •

Olovo V minulosti se olovo dostávalo do vod z ploch, které byly zasaženy výfukovými

plyny motorových vozidel s obsahem rozkladných produktů tetraetylolova. Hlavní formou výskytu je jednoduchý kation Pb2+, případně [PbCO3]0aq. Stejně jako rtuť se olovo akumuluje v živých organismech, nejčastěji v játrech a ledvinách. Působí chronické otravy, které se projevují střevními a žaludečními obtížemi, bolestmi v kloubech apod., účinky mohou být i dlouhodobé a léčba je velmi obtížná. [6] 23

•

Zinek Zinek se v přírodních vodách běžně vyskytuje ve formě Zn2+, [Zn(OH)]+, [Zn(OH)3]-

nebo hydrogenuhličitanových a síranových asociátů v koncentracích do 200 μg/l. V pitných vodách vedených pozinkovaným potrubím je koncentrace zinku v jednotkách mg/l. Z hygienického hlediska je zinek považován za málo závadný, v koncentracích nad 10 mg/l se projevuje svíravou chutí vody. Akutní otravu může způsobit větší množství chloridu zinečnatého (požití, vdechnutí), otrava se projevuje nevolností a vysokou horečkou. Daleko citlivější jsou vodní organismy, které mohou být poškozeny již při nízkých koncentracích, z tohoto důvodu je povolený obsah zinku v tocích nižší, než v pitné vodě. [6]

2.5.1.3 Nekovy •

Fluor Fluor je produktem magmatu a je součástí mnoha minerálů – fluorid CaF2, kryolit

Na3AlF6. Do vody se dostává přímým vyluhováním z výše uvedených minerálů nebo výměnnými reakcemi za hydroxidy. Nejčastěji se vyskytuje ve formě jednoduchého anionu F, nebo v menším míře jako fluorokřemičitan SiF62-, či v komplexních sloučeninách s kovy. Koncentrace fluoru ve vodách se pohybuje v setinách až desetinách mg/l, pouze ojediněle přesahuje 1 mg/l. Významný je zejména ze stomatologického hlediska, při nedostatku fluoru vznikají zubní kazy, naopak při přebytku se na zubech vytvářejí skvrny jako projev dentální fluorózy. Za optimální se považují koncentrace 1 – 1,5 mg/l F, proto je do pitných vod fluor dávkován. [6] •

Chlor Sloučeniny chloru jsou obsaženy v horninách a půdách především jako chloridy, a do

vod se dostávají přímým vyluhováním. Volný chlor se ve vodách vyskytuje pouze po jejich dezinfekci, tedy hlavně v pitné vodě. Nejčastěji se vodách vyskytuje jako volný ion Cl-, v menší míře pak tvoří komplexní ionty [FeCl]+, [FeCl2]+, apod. Chloridy tvoří spolu se sírany a hydrogenuhličitany základní aniontovou skladbu téměř všech vod. Koncentrace Cl- se liší podle druhu vod, v běžných povrchových vodách jsou to jednotky až desítky mg/l, v minerálních vodách stovky i tisíce mg/l. U mořských vod se koncentrace liší – oceány a Středozemní moře průměrně 19 mg/l, Mrtvé moře 88 – 127 mg/l, podle stupně odpaření. Zvláštním případem jsou u nás vody důlní 24

vody Ostravska, kde vyvěrají prameny s obsahem chloridů stejným jako ve Středozemním moři, v některých lokalitách dokonce i vyšším. Chloridy jsou hygienicky nezávadné, běžná denní spotřeba člověka je 10 až 15 g. Pouze při vyšším obsahu se nepříznivě projevují při hypertenzích, chorobách ledvin a zažívacího traktu. [4,6] •

Brom a jod Koncentrace bromidů a jodidů je řádově nižší než chloridů, které doprovází. Do vod

se dostávají z minerálů, ale také z odumřelých rostlin a řas, které v naplaveninách podléhají postupné mineralizaci. Hlavní formou výskytu jsou jednoduché ionty. Obsah bromidů je vyšší než jodidů, v přírodních vodách se jedná o jednotky, méně často i desítky μg/l, v mořské vodě pak asi 60 mg/l Br- a méně než 1 mg/l I-. Stejně jako u chloridů se na Ostravsku vyskytují důlní vody s vysokým obsahem těchto prvků – více než 100 mg/l Br- a nad 20 mg/l I-. Jodidy jsou významné pro svůj příznivý vliv na činnost žláz s vnitřní sekrecí, osvědčují se i při léčbě některých forem TBC. Denní spotřeba člověka je asi 0,1 mg I. Vody s obsahem jodu se používají také v lázeňských procedurách při léčbě kloubových postiženích. [3,4] •

Sloučeniny síry Oběh síry v přírodě je založen na biochemické oxidaci sirovodíku a jeho iontových

forem a také na biochemické redukci síranů. Ve vodách se síra může vyskytovat v různých formách jako sirovodík, elementární síra, siřičitany či sírany, které jsou nejvýznamnější a nalezneme je všech vodách. Nejčastěji se síra dostává do vod ze sádrovce, dále oxidací sulfidických rud a z části také z organických látek s obsahem síry (bílkoviny a některé aminokyseliny), které se rozkládají a uvolněné formy síry se postupně oxidují na sírany. Ve vodách se tedy nejčastěji vyskytují jednoduché ionty SO42-, síra může tvořit v menší míře i iontové asociáty s některými kationy (Ca, Mg, Fe, Mn). Síra je stabilním prvkem, v anaerobním prostředí však dochází i biochemické redukci na sirovodík. Sírany tvoří jednu ze základních složek aniontového složení vod. Koncentrace v povrchových vodách je v jednotkách až desítkách mg/l SO42-, v podzemních vodách pak může dosáhnout i stovek mg/l. Obsah síranů v minerálních vodách je mnohem vyšší – například Šaratice obsahuje 8000 mg/l, Zaječická minerálka až 24 000 mg/l; mořská voda obsahuje 2000 – 3000 mg SO4. 25

Vzhledem k tomu, že původ síranů je většinou anorganický nejsou indikátorem znečištění vod. Při koncentracích nad 250 mg/l ovlivňují senzorické vlastnosti vod a ve spojení s některými vícemocnými kationy pak způsobují hořkou chuť vody a střevní potíže. Při stavbě přehrad se předem zkoumá obsah síranů, protože reagují s Ca2+, uvolněným při hydrataci cementu, za vzniku síranu vápenatého, který se rozpíná a rozrušuje tak strukturu betonu. Další sloučeninou síry jsou siřičitany, které se však v přírodních vodách téměř nevyskytují, již v atmosféře se totiž oxidují právě na sírany. Zdrojem siřičitanů bývají odpadní vody z výroby sulfitové celulózy. [4,6] •

Sloučeniny dusíku

Dusík je velmi významný biogenní prvek, který se formě svých sloučenin nachází ve téměř ve všech typech vod. Dusičnany Dusičnany jsou produktem rozkladu a mineralizace organických látek a najdeme je ve všech vodách. V minerálech se vyskytují jen ojediněle. Jiným zdrojem jsou oxidy dusíku, které vznikají při elektrických výbojích v atmosféře oxidací elementárního dusíku. Dusičnany se nezadržují v půdě a proto se velmi snadno dostávají do průsakových vod, kde se vyskytují jako jednoduchý ion NO3-. Obsah dusičnanů v atmosférických vodách je proměnlivý, v období bouřky se maxima pohybují i v jednotkách g/l, v povrchových a prostých podzemních vodách jde většinou o jednotky mg/l. V některých oblastech lze ve spodních vodách naměřit desítky i stovky mg/l, zatímco v minerálních vodách je dusičnanů minimum. Výskyt dusičnanů je ovlivněn klimatickým a půdním charakterem oblasti. Pokud jde o lokalitu s borovými lesy, akátovými porosty, kde se v povrchových vrstvách vyskytují bakterie se schopností fixace elementárního dusíku, a kmeny nitrifikačních bakterií, pak bude obsah dusičnanů vyšší. V prostředí s přístupem kyslíku jsou dusičnany stále, zato v anaerobním prostředí jsou biochemicky redukovány na dusitany, elementární dusík a případně až na amoniak. Pro technologie zabývající se odstraňováním dusíku z odpadních vod, je důležitá právě redukce anorganicky vázaného dusíku na dusík elementární. Dusičnany mohou mít nepřímý vliv na organismus. V zažívacím traktu se při vysokých koncentracích redukují na toxičtější dusitany a ty následně reagují s hemoglobinem za vzniku 26

methemoglobinu – ten má výrazně nižší schopnost přenášet kyslík. Nebezpečný je vznik methemoglobinu zejména u kojenců, protože jejich krev obsahuje snadno oxidovatelný fetální hemoglobin. Kojenci nemají ještě vyvinut enzymový systém, katalyzující redukci methemoglobinu

na

hemoglobin,

dochází

tak

k vážným

poruchám

způsobeným

nedostatečným transportem kyslíku, vzniká cyanóza, která se projevuje promodráním kůže (modrání kojenců), tachykardie, křeče a průjmy. Proto je norma pro pitnou vodu určenou kojencům přísnější a povoluje max. 15 mg/l dusičnanů, zatímco pro ostatní pitnou vodu je to max. 50 mg/l. [3,6] Dusitany Dusitany

nejsou

obsaženy

v minerálech,

vznikají

biochemickou

oxidací

amoniakálního dusíku, nebo redukcí dusičnanů. Do atmosférických vod se dostávají oxidací elementárního dusíku elektrickými výboji při bouřkách. Jednoduchý ion NO2-, který se vyskytuje ve vodách je nestálý a velmi snadno se biochemicky či chemicky oxiduje nebo redukuje. Obsah dusitanů v tocích s čistou vodou je v setinách mg/l, koncentrace vyšší než 1 mg/l ve spodních vodách jsou ukazatelem na fekální znečištění těchto vod. [6] Amoniakální dusík Amoniakální dusík ve vodách je původem hlavně z rozkladu organických dusíkatých látek rostlinného a živočišného původu, redukcí dusičnanů a dusitanů sirovodíkem nebo solemi dvojmocného železa. V podzemních vodách jde o amoniakální dusík minerálního původu, který vzniká působením par z magmatu na nitridy kovů. Do atmosférických vod se dostává průmyslovými exhalacemi a to zejména při tepelné karbonizaci uhlí, zdrojem je i rostlinná výroba – výrazné hnojení polí. Hlavní formy výskytu jsou dvě – nedisociovaný amoniak jako hydrát NH3 . H2O nebo kation NH4+. Obě formy se vyskytují vedle sebe a jejich poměr je funkcí pH. Kation NH4+ převládá v kyselé oblasti pH, v zásadité oblasti naopak převládá NH3 . H2O. Ve vodách s vyšším obsahem kovových iontů dochází k tvorbě komplexních vazeb. V přírodních vodách je pouze stopové množství amoniakálního dusíku, koncentrace nad 0,1 mg/l jsou podezřelé a podněcují k pátrání po zdroji. Většinou jsou příčinnou znečištění odpadní živočišné produkty (např. močůvka obsahuje 1000 – 7500 mg/l amoniakálního dusíku). Jinak je tomu v oblastech s rašeliništi, zde je příčinou zvýšené koncentrace rozklad 27

dusíkatých látek z rostlinné hmoty nebo biologická redukce dusičnanů, nejedná se tedy o fekální znečištění. V přítomnosti kyslíku se amoniakální dusík snadno oxiduje na vyšší oxidační stupně, proto je ve vodách nestálý. Významně se podílí na tvorbě biomasy, ale ve formě NH3 . H2O je značně toxický na rybí osádku vzhledem ke značné biologické aktivitě. [6] •

Sloučeniny fosforu Fosfor se do vod dostává především z minerálů (apatit 3 Ca3(PO4)2 . Ca(FCl);

fosforit 3 Ca3(PO4)2 . Ca(OH)2; kaolinit Si2O5Al2(OH)4PO4 a další), dále z organické odumřelé hmoty, která je obsažena v půdách a sedimentech. Zdrojem jsou také fosforečná hnojiva ze zemědělsky obdělávaných půd. Fosfor se vyskytuje nejčastěji anorganicky vázaný v iontech ortofoforečnanů (PO4)3-, (HPO4)2-, (H2PO4)-, nebo také v asociátech s kovy, dále v polyfosforečnanech s řetězovitou nebo cyklickou strukturou. Významnou vlastností fosforečnanů je schopnost tvořit rozpustné komplexní sloučeniny s kovy, tak brání vzniku nerozpustných sloučenin, které by mohly působit potíže u technologických procesů. Ve vodě se fosforečnany snadno sorbují na hlinitokřemičitany a koloidní částice hydratovaných oxidů železa, hliníku a manganu. Organicky vázaný fosfor se vyskytuje ve spojení s hexózami (glukózo-6-fosfát, fruktózo-6fosfát), lipidy (cholin, lecitin), případně jako koenzymy (ATP). Obsah fosforečnanů ve vodách bývá nízký díky malé rozpustnosti sloučenin tvořených s kovy (např. Ca(PO4)3(OH), Mg3(PO4)2, Fe(PO4), Fe3(PO4)2), dále je fosfor odčerpáván rostlinami a také se sloučeniny fosforu sorbují v půdách a na horninách. V podzemních vodách je proto jen stopové množství sloučenin fosforu, v povrchových vodách se obsah zvyšuje v důsledku zemědělské činnosti a postupným rozkladem biomasy, nacházíme zde koncentrace v setinách max. desetinách mg/l. V nádržích či jezerech, které nejsou zasaženy odtoky z hnojených polí a splaškovými vodami jsou koncentrace v tisícinách až setinách mg/l. U řek se obsah fosforu směrem k ústí zvyšuje, je to dáno průmyslovými a splaškovými vodami, které se do řek vlévají, koncentrace pak může dosahovat hodnot i přes 1 mg/l (PO4)3-. Vyšší koncentrace fosforečnanů způsobují eutrofizaci vod, tj. značný přísun živin a tím bujení vodní flóry. [3,4,6]

28

•

Křemík Křemík je hned po kyslíku nejrozšířenějším prvkem v přírodě a to jako součást

mnoha minerálů – živce, slídy, pyroxeny apod. Do vod se dostává působením oxidu uhličitého a vody na hlinitokřemičitany podle rovnice uvedené u sodíku a draslíku. Ve vodách se nachází hlavně jako neiontová forma kyseliny ortokřemičité Si(OH)4, nebo iontová forma (HSiO3)-. Při vyšším pH se pak vyskytují i iontové hydroxokomplexy typu [SiO2(OH)2]2-, [Si(OH)5]-, [Si(OH)6]2-. Další komplexní sloučeniny mohou vznikat s kovy (mangan, železo). Křemík je ve vodách přítomen v nedisociované či koloidní formě a neovlivňuje tak pH a acidobazické poměry. Obsah v podzemních a povrchových vodách bývá v desetinách až jednotkách mg/l SiO2, u minerálních vod jsou koncentrace vyšší. Z hygienického hlediska nejsou sloučeniny křemíku nijak závadné, naopak jsou nezbytné pro některé mikroorganismy (rozsivky), problém však způsobují v průmyslových vodách, zejména v textilkách, pivovarech a elektrárnách (vznik tvrdých inkrustací na lopatkách turbín). [6] •

Oxid uhličitý a jeho iontové formy Oxid uhličitý je v atmosféře zastoupen 0,03 objemovými procenty, při 10°C se

v čisté vodě rozpustí asi 0,7 mg/l CO2. Do přírodních vod se dostává různými cestami, které dělíme do dvou skupin - vadózní a juvenilní. Vadózního původu je oxid uhličitý, který se dostává do vod rozpouštěním oxidu uhličitého v atmosférických vodách, které se následně obohacují o další oxid uhličitý prosakováním povrchovými vrstvami, které obsahují uhličitanové minerály. Dále sem patří také oxid uhličitý jako produkt biochemických oxidací organických látek, a řadíme sem i hydrogenuhličitany přecházející do vod působením CO2 a vody na uhličitanové minerály. Juvenilního původu je oxid uhličitý pocházející z plynných výronů magmatu během ochlazování. Vlivem vysokých teplot v zemi dochází také k rozkladu uhličitanových minerálů. Z toho vyplývá, že v podzemních vodách bývá obsah CO2 vyšší, než ve vodách povrchových. Nejčastější formou výskytu ve vodách je volně hydratovaný CO2(aq), pouze 1% reaguje s vodou za vzniku kyseliny uhličité, která disociuje ve dvou stupních: CO2 + H2O = H2CO3

H2CO3 = H+ + HCO3-

29

HCO3- = H+ + CO32-

Součtem všech tří forem – volného, hydrogenuhličitanového a uhličitanového – se označuje jako veškerý oxid uhličitý. Zastoupení těchto forem je závislé na pH, pokud je menší než 4,5 ionty HCO3- se prakticky nevyskytují a převládá volný CO2, při pH 8,3 převládá forma HCO3a nad pH 10,5 převládají ionty CO32-. Oxid uhličitý je součástí všech přírodních vod, jejichž pH nepřekračuje hodnotu 8,3. Koncentrace je proměnlivá, protože část uniká do atmosféry, část reaguje s některými minerály a další se spotřebovává při fotosyntéze. Obsah rozpuštěného volného CO2 v tekoucích povrchových vodách je obvykle v jednotkách mg/l, pouze ojediněle nad 10 mg/l, ve stojatých vodách dochází k rozdělení koncentrace podle vrstev – ve spodních vrstvách je obsah vyšší, zatímco v horních naopak nízký. Může docházet i k úplnému spotřebování oxidu uhličitého důsledkem silné fotosyntetické asimilace v horních vrstvách nádrží, to způsobí vzestup pH nad 8,3 a tak se začne vytvářet nerozpustný uhličitan vápenatý. [4,6] Hydrogenuhličitany Jedná se o běžnou součást přírodních vod. Koncentrace v povrchových vodách se pohybuje v desítkách až stovkách mg/l, v minerálních vodách v tisících mg/l a v atmosférických vodách v jednotkách mg/l. Nízké obsahy jsou v mořských vodách – pouhých 150 mg. [4] Uhličitany V povrchových a podzemních vodách se většinou nevyskytují, pouze při fotosyntetické asimilaci. U užitkových a provozních vod je jejich výskyt důsledkem změkčovacích a odkyselovacích procesů. Oxid uhličitý má výrazně příznivé účinky na senzorické vlastnosti vod. Voda je osvěžující a chutná, vysoké koncentrace mohou zastírat nežádoucí chutě, které jsou způsobeny ostatními prvky. Pozitivní vlastnosti mají také hydrogenuhličitany, jinak je oxid uhličitý ve vodách hygienicky nevýznamný, pozornost zaslouží jeho agresivita vůči některým materiálům, což souvisí s rovnováhou jednotlivých forem výskytu ve vodách. [4]

30

2.5.1.4 Plyny rozpuštěné ve vodách Nejvýznamnějšími plyny, které se ve vodách rozpouští jsou ty, které jsou obsaženy v atmosféře – dusík, kyslík, oxid uhličitý, vodík a inertní plyny. Další plyny se do vod dostávají později, jsou to hlavně methan, radon, oxid siřičitý, sirovodík a další. V chemii vody mají největší význam oxid uhličitý (o kterém bylo pojednáno v předchozí kapitole) a kyslík. [4,6] •

Kyslík Kyslík se dostává do atmosférických vod difuzí vzdušného kyslíku, do povrchových

vod při fotosyntetické asimilaci vodních rostlin a při některých chemických procesech v povrchových vrstvách. V čisté destilované vodě se za tlaku 101 kPa a teplotě 20°C rozpustí asi 9,02 mg O2, se vzrůstající teplotou obsah rozpuštěného kyslíku klesá, s klesající naopak stoupá. Pro danou teplotu se jedná o stupeň nasycení, který se vyjadřuje v procentech vzhledem k teoretické rozpustnosti. Obsah kyslíku v povrchových vodách se pohybuje v jednotkách mg/l, procento nasycení pak závisí na průběhu denních teplot a také na intenzitě fotosyntézy. Obvyklé je 95% nasycení, může být ale i vyšší než 100%, například u jezů a peřejí, kde dochází k intenzivnímu provzdušňování vody. Přítomnost kyslíku ve vodách je existenční podmínkou pro život všech vyšších organismů. Limitní obsah kyslíku pro většinu druhů ryb je 3 – 4 mg, kaprovité ryby však snášejí pokles i na 2 mg/l. Bez kyslíku nastávají ve vodě anaerobní procesy – mikroorganismy získávají kyslík pro biochemické oxidace tím, že redukují anorganické kyslíkaté sloučeniny, a poté začínají redukovat organické látky za vzniku páchnoucích produktů. Pro posouzení čistoty toku je obsah kyslíku jedním z hlavních ukazatelů, spolu s dalšími ukazateli organického znečištění umožňuje rychlé zhodnocení biologické a chemické stability vody. Kyslík je také nezbytný pro aerobní pochody při samočištění povrchových vod a biologické čištění odpadních vod. V technologických postupech je kyslík problematický kvůli svému agresivnímu působení na kovy (kyslíková koroze), především spolu s oxidem uhličitým. [4,6]

31

•

Dusík Do atmosférických vod se dostává přímým rozpouštěním ze vzduchu, do ostatních

vod pak při průsaku půdou jako produkt denitrifikačních procesů. Koncentrace dusíku ve vodách je vyšší než kyslíku ačkoli je méně rozpustný, je to dáno jeho vyšším parciálním tlakem v atmosféře. Dusík je chemicky poměrně odolný, působením mikroorganismů však může docházet k biochemickým přeměnám na organicky vázaný dusík. V elementární formě nemá dusík hygienický ani technologický význam a ve vodách se proto nestanovuje, na rozdíl od dusičnanů, dusitanů a amoniakálního dusíku jak bylo uvedeno v předchozí kapitole. [6] •

Methan

Methan je převážně biochemického původu a nachází se v některých podzemních vodách. Bývá produktem methanových bakterií v oblastech s ropnými ložisky. [4]

2.5.2 Organické látky Organické látky jsou součástí všech druhů vod. V podzemních a pramenitých vodách je jejich obsah velmi nízký, protože se sem dostávají pouze výluhem z humusu. Naopak u bažin s mechovými porosty jsou koncentrace velmi vysoké, je to dáno původem z odumřelých rostlinných organismů, které podléhají pozvolnému mikrobiálnímu rozkladu. Dalším zdrojem jsou produkty životních pochodů rostlin a živočichů. Většinou se jedná o těžko biologicky odbouratelné látky, které vznikají oxidační kondenzací jednoduchých (aromatických) jader – tzv. polyfenolovou kondenzací (lignin, celulóza). Výsledkem jsou polyfenolové kondenzáty, které vznikají spojením aromátů kyslíkovými, karboxylovými a dalšími můstky. Takto vzniklé kondenzáty nazýváme huminové látky a ty dále dělíme podle fyzikálních a chemických vlastností na frakce kyseliny hymatomelanové a na humusové kyseliny. Humusové kyseliny se dále dělí na huminové kyseliny a fulvokyseliny. Huminové kyseliny se chovají jako slabě koloidní roztoky, které v alkalickém prostředí přechází v roztoky pravé. Jsou slabě disociovány, mají tmavě hnědé zabarvení a způsobují kyselou reakci vody.

32

Fulvokyseliny mají oproti huminovým kyselinám nižší molekulovou hmotnost, jsou světlejší (žlutá až světle hnědá), lépe se ve vodě rozpouští a mají kyselejší charakter. Snadno se vyluhují z půdního humusu a rašelin. Dokáži tvořit komplexní sloučeniny s kovy. Soli těchto kyselin se nazývají humáty. Obsah huminových látek ve vodách je v desetinách až jednotkách mg/l, podle druhu lokality, vyšší koncentrace (až desítky mg/l) jsou v rašelinných oblastech jako například v Jeseníkách či na Šumavě. Díky tomu jsou pak vody zabarvené, reagují kysele a mají zvýšenou hodnotu CHSK a naopak sníženou hodnotu BSK5, dále obsahují železo, amoniak a mangan. Huminové látky způsobují svíravou chuť vody a proto jsou nežádoucí v pitné vodě. Při zpracování dřeva na celulózu se do povrchových toků dostávají látky ligninové povahy, jejich chemickou strukturu tvoří fenylpropanová jednotka. Ligninové látky jsou velmi odolné proti biologickému rozkladu a tak zatěžují dlouhé úseky toků a nelze je odstranit ani biologickým čištěním. Dalším zdrojem organických látek jsou odpadní vody, které obsahují mimo jiné fenoly, benzenové polykondenzáty, tenzidy, ropné podíly aj., to je pak příčinnou problémů při využívání takto znečištěné vody v průmyslu, nebo při její úpravě na vodu pitnou. [4,5,6]

2.5.2.1 Chemická spotřeba kyslíku Chemická spotřeba kyslíku je jednou z metod posouzení čistoty vod, a to jak odpadních tak povrchových, či pitných. Principem je oxidace organických látek ve vzorku vody vybraným oxidačním činidlem za přesně stanovených podmínek. Spotřeba oxidačního činidla pak udává koncentraci organických látek a tím i míru znečištění daného vzorku. Nejpoužívanějšími oxidačními činidly jsou manganistan draselný (CHSKMn) a dichroman draselný (CHSKCr). •

Oxidace manganistanem draselným (CHSKMn) Podle autora také Kubelova metoda, která je sumárním stanovením organických látek ve vodách, avšak nedá se použít pro vody odpadní. Princip stanovení: Organické látky obsažené ve vzorku vody jsou oxidovány manganistanem draselným v prostředí kyseliny sírové při desetiminutovém varu. Oxidace probíhá za přebytku manganistanu draselného. Množství nutné pro oxidaci organických látek se zjistí 33

odměrným manganometrickým stanovením. Po deseti minutách varu se do roztoku přidá známé množství standardního roztoku kyseliny šťavelové, která se pak zpětně titruje manganistanem draselným. Oxidace organických látek: MnO4- + 5 e- + 8 H+ ↔ Mn2+ + 4 H2O Zpětná titrace kyseliny šťavelové manganistanem draselným: 2 MnO4- + 5 (C2O4)2- + 16 H+ ↔ 2 Mn2+ + 10 CO2 + 8 H2O Jestliže vzorek nejdříve zředíme, pak je tato metoda vhodná pro stanovení chemické spotřeby kyslíku vod s hodnotou ≥ 100 mg/l. Bez předchozího ředění vzorku pouze pro vody s hodnotou ≤ 10 mg/l. [5,6,19] •

Oxidace dichromanem draselným (CHSKCr) Opět se jedná o sumární stanovení organických látek ve vzorku vody, tentokrát je oxidačním činidlem dichroman draselný a oxidace probíhá při vyšší teplotě (148 ± 3 °C) po dobu dvou hodin v silně kyselém prostředí kyseliny sírové. Dále se přidává síran rtuťnatý, který maskuje chloridy, ty by jinak oxidovaly na Cl2 a způsobovaly pozitivní chybu. Oxidaci samotnou pak katalyzují ionty Ag+ a dichromové ionty jsou redukovány na chromité, přebytek dichromanu se po ukončení reakce stanoví titrací odměrným roztokem síranu diamono-železnatého na indikátor feroin. Oxidace organických láte: (Cr2O7)-2 + 6 e- + 14 H+ → 2 Cr3+ + 7 H2O

Titrace odměrným roztokem síranu diamono-železnatého (Cr2O7)-2 + 6 Fe2+- + 14 H+ → 2 Cr3+ 6 Fe3+- + 7 H2O Pokud není vzorek příliš znečištěný (odpadní vody) lze použít spektrofotometrické stanovení nezreagovaného dichromanu, které se provádí při těchto vlnových délkách: 430 nm (absorpční maximum dichromanu, doplňkovou barvou je žlutá) a 605 nm (absorpční maximum chromitých iontů, doplňkovou barvou je zelenomodrá); podle ISO 15705:2003-01. Volba vlnové délky je jedním z faktorů, které ovlivňují citlivost této metody. [5,6,20]

34

2.6 Stanovení vybraných anorganických polutantů 2.6.1 Amoniakální dusík Stanovení amoniakálního dusíku patří mezi základní chemické ukazatele při rozborech vod. Toto stanovení se provádí jak u vod povrchových, kde slouží k hodnocení jejich kvality, tak u vod odpadních, které jsou vypouštěny do vod povrchových. Výsledkem je hmotnostní koncentrace amoniakálního dusíku N-(NH3 + NH4+) nebo také jen Namon v jednotkách mg/l. Nejběžněji se amoniakální dusík stanovuje spektrofotometrickými metodami, z nichž nejstarší je Nesslerova metoda. Principem je reakce Nesslerova činidla (tetrajodortuťnatan draselný popř. sodný) s amoniakem a alkalickými kovy, za vzniku tzv. Millonovy báze (oxidimerkuriaminjodidu). Spektrofotomericky se pak stanovuje intenzita žlutohnědé barvy vzniklé Millonovy báze. Výhodou metody je její časová a pracovní nenáročnost, avšak nevýhodou je rušivý vliv hmuminových látek, které v alkalickém prostředí, ve kterém reakce probíhá, vykazují absorbanci při stejné vlnové délce jako Millonova báze. Ani používání sloučeniny s obsahem rtuti, není příliš výhodné, protože tak vzniká toxický odpad, který je nutno likvidovat speciálním postupem. Výhodnější jsou proto metody,

které

ke

stanovení

amoniakálního

dusíku

využívají

reakcí

s produkty

indolfenolového typu (viz. obr. č. 1). Za zmínku stojí nová modifikace indolfenolové metody, která používá místo chlornanu a fenolu (nestabilní, obtížně standardizované) daleko stabilnější látky, navíc dostupné v čistém stavu – dichlorisokyanuratan sodný a salicylan. Tato modifikace, stejně jako ostatní spktrofotometrické a jiné metody (potenciometrické, neutralizační atd.) jsou uvedeny v ČSN. [5,15,16,17]

35

+

HO

H2N

Cl

Cl

+

NH3

HO

-

O

O O

H2N

O

-

OCl-

+

Cl

-

OH

N

O

Cl

O

O O O

-

O

+

N

O

-

O

-

-HCl

OH

O

N

Cl

O O

-

OH

Obr. č. 1: Spektrofotometrické stanovení amoniakálního dusíku indofenolovou metodou

2.6.2 Dusičnany Dusičnany jsou velmi významnou sloučeninou, obsaženou ve všech typech vod jak bylo uvedeno výše. Proto i jejich stanovení je nedílnou součástí všech rozborů vod. Stejně jako u amoniakálního dusíku jsou nejpoužívanějšími metodami ty spektrofotometrické. Stanovení může probíhat jako přímé, zde se stanovuje obsah dusičnanů, nebo nepřímé, kde jsou dusičnany nejdříve převedeny na jinou látku (nejčastěji dusitany, ale i amoniakální dusík) a ta je pak stanovována. Pro přímé absorpční spektrofotometrické stanovení se využívá vlastnost kyseliny dusičné nitrovat některé aromatické sloučeniny za vzniku barevných nitroderivátů. Pro vznik kyseliny dusičné je nutné kyselé prostředí, které zprostředkuje kyselina sírová. Při nepřímých stanoveních je nutná nejdříve redukce dusičnanů. Pokud se dusičnany redukují na dusitany, pak reakce probíhá v alkalickém prostředí a redukčním činidlem je nejčastěji zinek, hydrazin či kadmium. Redukce dusičnanů až na amoniakální dusík vyžaduje silnější redukční činidlo, tím je například Devarova slitina. Samotná spektrofotometrická stanovení jsou prováděna jak ve viditelné, tak v ultrafialové oblasti spektra. Absorbance se ultrafialové oblasti spektra měří při vlnové délce 220 nm, toto stanovení je vhodné pro pitné vody, obecně pro málo znečištěné vody, ve kterých lze bez 36

objemových úprav vzorku stanovit koncentraci dusičnanů v rozmezí 0,5 – 25 mg/l. K čiření vzorku slouží pro tuto metodu suspenze hydroxidu hlinitého a standardní zásobní roztok dusičnanu draselného. Poté se vzorek odpipetuje do zkumavky, doplní se destilovanou vodou na 10 ml a s přídavkem suspenze hydroxidu hlinitého se po dobu 10ti minut odstřeďuje při frekvenci 35 s-1. Čirý roztok je pak připravený ke změření absorbance při 220 nm. Spektrofotometrickou metodou uvedenou v ČSN je reakce kyseliny sulfosalicylové s dusičnany a následnou alkalizací za vzniku žluté sloučeniny. Aby toto stanovení nerušily dusitany přidává se do roztoku azid sodný, dále se přidává EDTANa2 (disodná sůl kyseliny ethylendiaminotetraoctové), která reaguje s vápenatými a hořečnatými ionty a tak zabraňuje jejich reakci s hydroxidem. [5,11,14] NO2

COOH

OH

COOH

+

HNO3

H2SO 4

OH

COOH

OH NO2

NO −2 + NH +4

N2 + H2O

Obr. č. 2: Reakční schéma spektrofotometrického stanovení dusičnanů s kyselinou salicylovou

2.6.3 Dusitany Spektrofotmetrické metody stanovení dusitanů využívají azobarviv, která vznikají reakcí diazoniových solí s jiným arylaminem. Diazonová sůl je produktem diazotace aromatické látky kyselinou dusitou. Nejstarší metoda stanovení dusitanů je z roku 1889 (Griess-Ilosvayova metoda), jejím principem je diazotace kyseliny sulfanilové, vzniklá diazoniová sůl je kopulována s αnaftylaminem. Tyto reakce probíhají v prostředí kyseliny octové a bylo zjištěno, že jejich

37

průběh je silně ovlivněn jak druhem použité kyseliny, pH prostředí tak i reakční dobou. Proto vzniklo několik modifikací této metody, které odstraňují tyto nedostatky. V roce 1966 byl α-naftylamin zařazen do Harlowa kódu (seznamu karcinogenních látek) a to způsobilo výrazné omezení jeho používání, na řadu se tak dostaly metody, které využívají jiné arylaminy pro stanovení dusitanů. Příkladem takové metody je stanovení dusitanů pomocí Cléve-kyseliny

(1-naftylamin-7-sulfonová

kyselina)

a

N-(1-naftyl)-ethylendiamin-

dihydrochloridu (NED-dihydrochlorid), tato metoda je zároveň nejpoužívanější metodou stanovení dusitanů ve vodách vůbec. K samotné diazotaci může být použita jak kyselina sulfanilová tak její amid. V ČSN je pro stanovení dusitanů uvedena molekulární absorpční spektrofotometrická metoda. Kyselina fosforečná vytváří prostředí (pH = 1,9), ve kterém reagují dusitany s amidem kyseliny sulfanilové a vzniká diazoniová sůl, reakcí této soli s NED-dihydrochloridem vzniká růžové zabarvení, následné spektrofotometrické stanovení se provádí při vlnové délce 540 nm. [5,13] +

H2NO2S

+

NH3

+

H2NO2S

N

H2NO2S

N

HNO2

+

N

+

H2NO2S

+

N

NH2 -CH2CH2-NH3

N

NH2-CH2CH2-NH2

+

+

2 Cl

N

-

-H+

2 HCl

Obr. č. 3: Spektrofotometrické stanovení s amidem kyseliny sulfanilové a N-(1-naftyl)ethylendiamin-dihydrochloridem (NED-dihydrochloridem).

2.6.4 Fosforečnany Stanovení je založeno na převedení všech forem fosforu na orthofosofrečnany. V případě polyfosforečnanů se jedná o hydrolýzu v kyselém prostředí, organicky vázaný fosfor se oxiduje peroxosíranem nebo mineralizuje kyselinou dusičnou a sírovou. Vzniklé 38

orthofosforečnany

se

stanovují

spektrofotometricky,

tato

metoda

využívá

reakce

s molybdenanem amonným v prostředí kyseliny sírové za katalytického účinku antimonitých iontů. Nejdříve vzniká žlutý heterokomplex polykyseliny molybdátofosforečné, ten se redukuje kyselinou askorbovou za vzniku fosfomolybdenové modři, která se stanoví spektrofotometricky při vlnové délce 690 nm. PO43- + (NH4)2MoO4 → H4P(Mo12O40) → fosfomolybdenová modř Tato metoda je vhodhá pro vzorky vody s koncentrací rozpuštěných anorganických orthofosforečnanů nad 0,05 mg/l, při použití extrakce do butanolu se dá použít i pro vzorky s koncentrací nad 0,005 mg/l. Metoda je také uvedena v ČSN, kde jsou uvedeny i další metody pro stanovení orthofosforečnanů, orthofosforečnanů po extrakci rozpouštědlem, hydrolyzovatelných fosforečnanů a orthofosforečnanů i celkového fosforu po rozkladu. [5,18]

39

3 Experimentální část 3.1 Použité chemikálie Kyselina sírová (p. a., Penta, ČR); molybdenan amonný (p. a., Penta, ČR); kyselina askorbová (p. a., TAMDA, ČR); vinan antimonylo-draselný (p. a., Penta, ČR); dihydrogenfosforečnan draselný (p. a., Lachema, ČR); síran sodný (p. a., Lachema, ČR); zinek (p. a., Lachema, ČR); dusičnan draselný (p. a., Lachema, ČR); dusitan sodný (p. a., Lachema, ČR); amid kyseliny sulfanilové (p. a., Lachema, ČR); NED dihydrochlorid (p. a., LACHEMA, ČR); kyselina fosforečná (p. a., Lachema, ČR); salicylan sodný (p. a., LACH – NER, ČR); dihydrát citronan sodný (p. a., LACH – NER, ČR); nitroprussid sodný (p. a., Penta, ČR); hydroxid sodný (p. a., LACH – NER, ČR); dihydrát dichlorisokyanuratan sodný (p. a., Fluka, ČR); chlorid amonný (p. a, Lachema, ČR); Set reagentů ECO Visocolor: Phosphate-1 , Phosphate-2, Nitrit(e) - 1, Nitrit(e) – 2, Nitrat(e) – 1, Nitrat(e) – 2, Ammonium – 1, Ammonium – 2; manganistan draselný (Lachema, ČR); dichroman draselný (Lachema, ČR); šťavelan sodný (Lachema, ČR)

3.2 Použité přístroje •

pH-kombinovaná elektroda s vestavěným teplotním čidlem SenTix 41

•

Standardní vodivostní měřící cela TetraCon® 325

•

WTW Multi 340i

•

Jednopaprskový digitální fotometr PF-11 firmy Macherey-Nagel s vlnovou délkou

vymezitelnou pomocí 6 barevných filtrů v rozmezí 380 – 720 nm. •

Fotometr Lovibond

•

Mineralizační box Lovibond

3.3 Příprava alternativních činidel Při přípravě alternativních činidel k sadě reagentů ECO Visocolor byly také připraveny zásobní roztoky standardů, ty sloužily k ověření přesnosti stanovení pomocí připravených činidel. Postup stanovení je shodný s kapitolou Fotometrické stanovení vybraných anorganických iontů. [21]

40

3.3.1 Alternativní činidla pro stanovení fosforečnanů Příprava použitých roztoků Dihydrogenfosforečnan draselný, zásobní roztok standardu (c = 0,005268 mol/l) Dihydrgenfosforečnan draselný bylo potřeba před začátkem přípravy roztoku 2 hodiny vysušit při 105°C. Ve 100 ml odměrné baňce vylo rozpuštěno v destilované vodě 0,0717g dihydrogenfosforečnanu draselného a doplněno po rysku. Ředění zásobního roztoku -

1 ml roztoku do 250 ml odměrné baňky

-

koncentrace PO43- - 2 mg/l

Kyselina sírová o koncentraci 9 mol/l V kádince k 75 ml destilované vody za stálého míchání a chlazení bylo přidáno 75 ml koncentrované kyseliny sírové (ρ = 1,84 g/l) Molybdenan amonný V kádince bylo do 25 ml destilované vody přidáno 3,25 g molybdenanu amonného. Vinan antimonylo-draselný V kádince bylo do 25 ml destilované vody přidáno 0,0875 g vinanu antimonylo-draselného. Směsný roztok Do kádinky k 150 ml kyseliny sírové bylo přidáno za stálého míchání 25 ml molybdenanu amonného a poté 25 ml roztoku vinanu antimonylo-draselného. Roztok je potřeba uchovávat v tmavé láhvi a chladu. Roztok je stálý asi 2 měsíce.

3.3.2 Alternativní činidla pro stanovení amonných iontů Příprava použitých roztoků Chlorid amonný, standardní zásobní roztok (c = 0,0713 mol/l) Chlorid amonný bylo potřeba před začátkem přípravy roztoku vysušit alespoň 2 hodiny při teplotě 105°C. Poté bylo v odměrné baňce o objemu 1000 ml v destilované vodě rozpuštěno 41

3,819 g chloridu amonného a doplněno po rysku. Roztok se uchovává v uzavřené tmavé skelněné láhvi a v chladu, kde je stálý alespoň měsíc. Ředění zásobního roztoku -

1 ml zásobního roztoku do 100 ml odměrné baňky (první ředění)

-

10 ml roztoku vzniklého prvním ředěním do 100 ml odměrné baňky

-

koncentrace NH4+ - 1,29 mg/l

Destilovaná voda bez obsahu amoniakálního dusíku Destilovaná voda snadno absorbuje amoniak z ovzduší laboratoře. Proto bylo nutné pro přípravu všech činidel a k ředění roztoku používat čerstvě destilovanou vodu. Alternanativní činidlo nahrazující činidlo Amonium-1 z komerční sady chemikálií ECO Visocolor Alternativní činidlo bylo připraveno rozpuštěním 10 g salicylanu, 10 g citronanu, 2,5 g NaOH v 50 ml destilované vody. Alternanativní činidlo nahrazující činidlo Amonium-2 z komerční sady chemikálií ECO Visocolor Alternativní

činidlo

bylo

připraveno

smícháním

0,1

g

nitropurssidu,

0,2

g

dichlorisokyanuratanu a 10 g citronanu a vše bylo rozetřeno v třecí misce.

3.3.3 Alternativní činidlo pro stanovení dusitanových iontů Příprava použitých roztoků Dusitan sodný, zásobní roztok standardu (c = 0,007130 mol/l) Dusitan sodný bylo potřeba před začátkem přípravy roztoku 30 minut vysušit při 105°C. V 250 ml odměrné baňce bylo rozpuštěno v destilované vodě 0,123 g dusitanu sodného a doplněno po rysku. Roztok se uchovává v uzavřené hnědé skleněné láhvi v chladu. Ředění zásobního roztoku -

1 ml zásobního roztoku do 250 ml odměrné baňky

-

koncentrace NO2- – 1,31 mg/l

42

Vybarvovací činidlo Do 100 ml odměrné baňky s destilovanou vodou bylo napipetováno 10 ml H3PO4, přidáno 4 g amidu kyseliny sulfanilové, 0,2 g NED dihydrochloridu a doplněno po rysku destilovanou vodou.

3.3.4 Alternativní činidla pro stanovení dusičnanových iontů Příprava použitých roztoků Dusičnan draselný, zásobní roztok standardu (c = 0,004871 mol/l) V 250 ml odměrné baňce bylo rozpuštěno v destilované vodě 0,123 g dusičnanu draselného a doplněno po rysku destilovanou vodou. Ředění zásobního roztoku -

5 ml zásobního roztoku do 100 ml odměrné baňky

-

koncentrace NO3- - 15,1 mg/l

Vybarvovací činidlo (5x koncentrovanější) Do 100 ml odměrné baňky s destilovanou vodou bylo nepipetováno 40 ml H3PO4, přidáno 4 g amidu kyseliny sulfanilové, 0,2 g NED dyhydrochloridu a doplněno destilovanou vodou po rysku. Vybarvovací činidlo je koncentrovanější, protože pracujeme s vyššími koncentracemi, než byly koncentrace dusitanů. Redukční činidlo Pro redukci dusičnanů na dusitany byl použit práškový zinek. Při redukci zinkem vzniká příliš mnoho vodíku, který po delší době způsobuje chyby v měření. Proto je potřeba zinek zředit s inertní látkou, aby se zamezilo usazování přebytečného zinku v roztoku. Zinek byl naředěn síranem sodným v poměru 1:200. Směs byla dokonale homogenizována v třecí misce.

43

3.4 Odběr vzorku Odběr vzorků probíhal od 4.4. 2010 do 11.4. 2011, vždy po dvou týdnech pro stanovení amoniakálního dusíku, dusičnanů, dusitanů a fosforečnanů. Jednou měsíčně byly odebrány vzorky pro stanovení CHSKMn a CHSKCr v laboratoři. Přímo na místě odběru byla změřena teplota vody, konduktivita a pH. Odběr byl proveden pomocí teleskopické odběrové tyče s nádobou, aby složení vzorku nebylo ovlivněno naplaveninami u břehů. Stanovení iontů bylo provedeno vždy do několika hodin po odběru, hodnota CHSK pak do 24 hodin po odběru vzorku, který byl mezitím uchováván v PET lahvi v lednici. První odběrové místo (bod A viz. obr. č. 4) bylo několik set metrů za Otrokovicemi ve směru na Bělov, souřadnice GPS: 49°13'7.832"N, 17°30'7.296"E. Druhé odběrové místo (bod B viz. obr. č. 4) bylo asi 50 m za Otrokovickou Besedou, souřadnice GPS: 49°12'22.696"N, 17°32'8.445"E. Třetí odběrové místo (bod C viz. obr. č. 4) bylo v obci Napajedla asi 100 m od mostu na Svatoplukově ulici, souřadnice GPS: 49°10'16.019"N, 17°30'33.996"E.

Obr. č. 4: Odběrová místa.

44

3.5 Fotometrické stanovení vybraných anorganických iontů Ke stanovení byl použit digitální jednopaprskový fotometr PF-11 od firmy Macherey-Nagel s vlnovou délkou vymezitelnou pomcí 6 barevných filtrů v rozmezí 380 – 720 nm. Místo příslušných sad reagentů od firmy Visocolor byla použita činidla připravená v laboratoři.

3.5.1 Fotometrické stanovení fosforečnanů Kyveta byla naplněna po rysku vzorkem vody. Poté byla přidána malá lžička kyseliny askorbové, která nahrazuje reagent Phosphate 1, roztok byl promíchán, poté bylo přidáno 10 kapek směsného roztoku, který nahrazuje reagent Phosphate-2. Roztok reagoval 30 minut. Na fotometru PF-11 Visocolor zapnutém do módu Visocolor byla nastavena pomocí tlačítka metoda V Phosphate DEV s rozsahem 0,2 – 5 mg/l PO43- a filtr na polohu 6. Poté byl vložen slepý vzorek (destilovaná voda) a fotometr byl nakalibrován tlačítkem Null Zero na nulovou hodnotu a nakonec bylo provedeno měření vlastního vzorku tlačítkem M.

3.5.2 Fotometrické stanovení amonných iontů Kyveta byla naplněna po rysku vzorkem vody. Poté bylo přidáno 10 kapek roztoku 10g salicylanu, 10 citronanu a 2,5 g NaOH v 50 ml destilované vody, který nahradil ragent Amonium-1 a jedna velká lžička směsi 0,1 g nitroprussidu, 0,2 g dichlorisokyanuratanu a 10 g citronanu rozetřené v třecí misce, která nahradila reagent Amonium-2. Roztok byl promíchán a reagoval 10 minut. Na fotometru PF-11 Visocolor zapnutém do módu Visocolor byla nastavena pomocí daného tlačítka metoda Amonium DEV s měřícím rozsahem 0,1 – 2,0 mg/l NH4+ a filtr na polohu 6. Poté byl vložen slepý vzorek (destilovaná voda), fotometr byl nakalibrován tlačítkem Null Zero na nulovou hodnotu a nakonec bylo provedeno měření vlastního vzorku tlačítkem M.

3.5.3 Fotometrické stanovení dusitanových iontů Kyveta byla naplněna vzorkem vody. Poté bylo přidáno 10 kapek jediného vybarvovacího činidla, které nahradilo reagenty Nitrite-1 a Nitrite-2. Roztok reagoval 15 minut. Na fotometru PF-11 Visocolor zapnutém do módu Visocolor byla nastavena pomocí daného tlačítka metoda V Nitrite 0,05 – 2,00 mg/l NO2- a filtr na polohu 4. Poté byl vložen slepý vzorek (destilovaná 45

voda) a fotometr byl nakalibrován tlačítkem Null Zero na nulovou hodnotu. Měření vlastního vzorku bylo provedeno tlačítkem M.

3.5.4 Fotometrické stanovení dusičnanových iontů Kyveta byla naplněna po rysku vzorkem vody. Poté bylo přidáno 10 kapek vybarvovacího činidla, které nahradilo reagent Nitrate-1 a jedna malá lžička redukčního činidla, které nahradilo reagent Nitrate-2. Vše bylo důkladně promícháno. Roztok reagoval 10 minut. Na fotometru PF-11 Visocolor zapnutém do módu Visocolor byla nastavena pomocí daného tlačítka metoda V Nitrate 50 s rozsahem 1 – 40 mg/l NO3- a filtr na polohu 4. Poté byl vzložen slepý vzorek (destilovaná voda), přístroj byl nakalibrován tlačítkem Null Zero na nulovou hodnotu a poté bylo provedeno měření vlastního vzorku tlačítkem M.

3.6 Stanovení chemické spotřeby kyslíku manganistanem draselným CHSKMn Do varné baňky s plochým dnem byly vloženy porcelánové střepy a pomocí odměrného válce bylo odměřeno 100 vzorku. Poté bylo přidáno 5 ml roztoku kyseliny sírové zředěné v poměru 1:2, a 20 ml odměrného roztoku manganistanu draselného c = 0,002 mol/l, vše bylo promícháno. Na hrdlo baňky se vloží hodinové sklo, baňka se umístí na vařič a směs se zahřívá tak, aby bylo do pěti minut dosaženo varu, ten se udržuje dalších 10 minut. K horkému roztoku se ihned přidá 20 ml roztoku kyseliny šťavelové c = 0,005 mol/l. Odbarvený roztok se za horka titruje odměrným roztokem manganistanu draselného c = 0,002 mol/l do stabilního slabě růžového zabarvení. Odměrný roztok manganistanu draselného je standardizován titrací s odměrným roztokem kyseliny šťavelové. Ke vzorku v němž byla určena spotřeba na slepý pokus se přidá znovu 20 ml odměrného roztoku kyseliny šťavelové a po zahřátí k varu se provede titrace odměrným roztokem KMnO4. [5]

46

Hodnotu CHSKMn vypočteme podle vztahu:

CHSK Mn

f t ⋅ c( KMnO 4 ) ⋅ (Vt + Vx − Vs ) ⋅ M (O) ⋅ 10 3 = Vv

Kde: ft

faktor titrace, ft = 2,5

M(O)

molární hmotnost kyslíku M(O) = 16 g·l-1

Vv

použitý objem vzorku vody VV = 100 ml

Vx

použitý manganistan Vx = 20 ml

Vt

spotřeba manganistanu při stanovení

Vs

průměrná spotřeba manganistanu při slepém stanovení

3.7 Stanovení chemické spotřeby kyslíku dichromanem draselným CHSKCr – modifikovaná semimikrometoda Do zkumavky se šroubovým uzávěrem a označením rozsahu 0 – 150 mg/l byly odpipetovány 2 ml vzorku, zkumavka se uzavře a obsah se důkladně promíchá. Do druhé zkumavky se odpipetují 2 ml destilované vody, tato zkumavka slouží jako slepý vzorek. Poté byly obě zkumavky vloženy do mineralizačního boxu Lovibond, zde se zahřívají dvě hodiny při teplotě 150 °C. Po vychladnutí přibližně na 60 °C se na fotometru Lovibond změří hodnota CHSK. Nejprve se nastaví nulová hodnota pomocí slepého vzorku, a poté je provedeno měření samotné. Fotometr Lovibond pracuje při dvou vlnových délkch (podle ISO 15705:2003-01): 430 nm a 605 nm.

3.8 Stanovení konduktivity Stanovení konduktivity bylo prováděno vždy při odběru a to pomocí standardní vodivostní cely Tetragon 325 přístroje WTW MULTI 340i. Nejdříve byla provedena kalibrace cely pomocí 0,1 M roztoku KCl, před každým měřím pak byla cela opláchnuta destilovanou vodou.

47

3.9 Stanovení pH Stanovení pH bylo provedeno pomocí pH-kombinované elektrody s vestavěným teplotním čidlem Sentic 41 přístroje WTW Multi 340i. Přístroj byl nakalibrován pomocí roztoků standardních kalibračních pufrů o pH 4 a 7. Před každým měřením byla elektroda důkladně opláchnuta destilovanou vodou a osušena. Korekce na teplotu nebyla nutná, protože zobrazovaná hodnota na přístroji, byla vztažena k dané teplotě. Membrána elektrody byla mimo měření uchovávána pod 3 M roztokem KCl.

48

4 Výsledky měření Tabulka č. 1: Naměřené hodnoty stanovení vybraných anorganických iontů v rozmezí 4.4. 2010 až 11.4. 2011

datum PO43 -

4.4. 17.4. 1.5. 15.5. 29.5. 14.6. 12.7. 28.7. 13.8. 26.8. 13.9. 4.10. 22.10. 6.11. 20.11. 10.12. 27.12. 10.1. 26.1. 11.2. 24.2. 13.3. 28.3. 11.4.

n.d. n.d. 0,2 0,3 0,8 0,6 n.d. 0,3 0,4 0,2 0,2 1,6 1,5 1,4 1 1 0,7 1,2 1,2 0,8 1,1 0.9 1 1

Morava před st. 3 NH4 - PO4 NO NO + 2 3 n.d. n.d. 0,1 0,2 0,3 0,2 n.d. n.d. n.d. n.d. 0,1 n.d. n.d. n.d. 0,2 0,1 n.d. 0,3 0,2 0,1 0,3 0,2 n.d. 0,2

0,16 0,14 0,19 0,26 0,18 0,34 0,18 0,17 0,18 0,26 0,13 0,12 0,16 0,14 0,17 0,12 0,11 0,18 0,12 0,12 0,18 0,15 0,13 0,2

12 19 10 14 15 14 8 9 11 14 10 7 6 11 9 6 7 11 14 10 13 9 6 9

0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 5 0,8 0,5 0,4 0,5 0,7 1,5 1,4 1,4 1 1,3 0,9 1,1 0,9 1,1 1,3 0,9 1,2 1,2

Dřevnice Morava za st. 3 NH4 PO4 NH4 NO2- NO3NO2- NO3+ + 0,2 0,5 0,2 0,1 0,9 2 0,8 0,2 0 0,3 0,1 0,1 0,4 0,1 0,8 0,5 0,2 0,2 0,2 0,3 0,2 0,1 0,3 0,2

49

0,37 0,21 0,34 0,19 0,34 1,35 1,29 0,51 0,31 0,61 0,25 0,18 0,23 0,29 0,38 0,11 0,17 0,15 0,16 0,13 0,14 0,21 0,29 0,45

19 22 27 15 14 40 40 33 14 33 15 12 8 12 11 7 7 11 7 13 15 11 10 13

n.d. n.d. 0,3 0,4 0,2 1,3 n.d. n.d. n.d. 0,3 n.d. 1,4 1,2 1,2 1,1 1,2 0,9 0,9 1,1 1,6 1,2 0,9 1 1,2

n.d. 0,2 0,2 0,1 0,1 0,6 n.d. 0,1 n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. 0,2 0,3 n.d. 0,3 0,2 0,1 0,4 0,3 0,2 0,3

0,09 0,23 0,18 0,23 0,19 0,49 0,18 0,2 0,21 0,25 0,15 0,13 0,14 0,14 0,16 0,13 0,12 0,15 0,13 0,13 0,15 0,14 0,18 0,22

22 25 10 18 15 13 7 11 9 9 10 8 6 7 9 9 9 7 14 8 14 10 8 6

Tabulka č. 2: Naměřené hodnoty teploty vody (°C), konduktivity (μS/cm) a pH Datum 4.4. 2010 17.4. 2010 1.5. 2010 15.5. 2010 29.5. 2010 14.6. 2010 12.7. 2010 28.7. 2010 13.8. 2010 26.8. 2010 13.9. 2010 4.10. 2010 22.10. 2010 6.11. 2010 20.11. 2010 10.12. 2010 27.12. 2010 10.1. 2011 26.1. 2011 11.2. 2011 24.2. 2011 13.3. 2011 28.3. 2011 11.4. 2011

Morava před st. teplota kond. pH 7,4 338 7,5 9,1 337 7,8 16,4 459 7,8 11,6 391 7,6 14 433 7,6 17,5 505 7,6 22,7 578 7,8 18,8 439 7,7 21,5 585 8,0 20,2 608 8,1 15,9 468 7,6 10,9 425 7,5 7,8 587 7,7 10,5 618 7,7 7,9 483 7,6 2,1 382 7,7 0,6 363 7,7 2,9 438 7,7 1,4 486 7,6 2,6 513 7,6 0 600 7,6 5,5 612 7,6 8,5 501 7,6 11,7 500 7,5

teplota 10,6 9,4 17,1 11 14,1 16,5 22,1 18,4 23,2 19 16,8 12,4 7,6 11,4 8,6 3,3 1,3 3,9 1,8 3 1,1 6,6 8,8 10,7

50

Dřevnice kond. 763 569 726 448 594 581 788 738 798 790 725 690 787 688 593 508 566 508 564 800 694 788 730 808

pH 8,1 8,4 8,3 8,0 7,9 7,8 7,6 7,9 8,0 7,9 8,1 8,0 8,0 8,0 7,8 7,9 7,9 7,8 7,9 7,8 7,9 8,0 8,0 7,8

Morava za st. teplota kond. 7,7 348 8,8 359 15,2 484 11,5 398 13,9 441 17,6 504 22,2 572 17,8 445 20,8 609 20,3 626 16,1 481 10,9 438 7,7 594 10,3 639 8,2 489 2,3 390 0,7 377 2,8 464 1,3 501 2,4 535 0 620 5,3 635 8 514 10,6 519

pH 7,8 7,8 7,7 7,7 7,6 7,8 8,1 7,7 7,9 8,0 7,8 7,6 7,7 7,8 7,7 7,7 7,8 7,7 7,7 7,6 7,6 7,7 7,7 7,5

Tabulka č. 3: Naměřené hodnoty CHSKMn a CHSKCr v jednotkách mg/l O2 Datum 7.4. 2010 10.5. 2010 11.6. 2010 16.7. 2010 11.8. 2010 8.9. 2010 18.10. 2010 22.11. 2010 20.12. 2010 27.1. 2011 23.2. 2011 31.3. 2011

Morava před soutokem CHSKMn CHSKCr 5,9 19 9,4 19 6,3 9 7,0 10 7,6 14 7,2 23 6,5 7 5,9 6 5,8 9 5,4 23 5,0 17 5,9 19

Dřevnice CHSKMn 5,8 14,5 7,1 8,1 8,9 7,0 6,6 6,3 6,2 6,3 5,5 6,4

fosforečnany (mg/l)

6

CHSKCr 20 15 21 14 9 18 8 7 9 18 13 13

Morava za soutokem CHSKMn 5,0 14,7 7,4 8,4 8,0 7,6 5,8 5,5 5,4 5,9 4,6 7,3

CHSKCr 22 17 25 18 10 8 7 6 9 18 16 20

Morava před st.

5

Dřevnice Morava za st.

4 3 2 1 0 11 3. .0 28 1 1 2. .0 24 1 1 1. .0 26 0 1 2. .1 27 0 1 1. .1 20 0 1 0. .1 22 0 1 9. .0 13 0 1 8. .0 13 0 1 7. .0 12 0 1 5. .0 29 0 1 5. .0 01 0 1 4. .0 04

Datum

Graf č. 1: Závislost koncentrace fosforečnanových iontů na ročním období

51

amonné ionty (mg/l)

2,5

Morava před st. Dřevnice

2

Morava za st.

1,5 1 0,5 0 2 2 2 2 2 2 1 1 1 2 0 04 .04 1.05 9.05 2.07 3.08 3.09 2.10 0.11 7.12 6.01 4.02 8.03 .10 .10 .10 .10 .10 .10 .10 .10 .10 .11 .11 .11

Datum

Graf č. 2: Závislost koncentrace amonných iontů na ročním období

1,6

Morava před st.

dusitany (mg/l)

1,4

Dřevnice

1,2

Morava za st.

1 0,8 0,6 0,4 0,2 0

28 3 .0

2 .0

1 .1

1 .1

1 .1

52

1 .0

0 .1

Graf č. 3: Závislost koncentrace dusitanových iontů na ročním období

24

26

2 .1

0 .1

0 .1

0 .1

0 .1

1 .1

0 .1

9 .0

27

20

22

13

8 .0

0 .1

0 .1

0 .1

0 .1

7 .0

5 .0

5 .0

4 .0

13

12

29

01

04

Datum

dusičnany (mg/l)

45 40 35 30 25 20 15 10 5 0

Morava před st. Dřevnice Morava za st.

2 2 2 2 2 2 1 1 1 2 0 04 .0 1.0 9.0 2.0 3.0 3.0 2.1 0.1 7.1 6.0 4.0 8.0 3 1 2 2 0 1 9 7 8 5 5 4. 10 .10 .10 .10 .10 .10 .10 .10 .10 .11 .11 .11

Datum

Konduktivita (μS/cm)

Graf č. 4: Závislost koncentrace dusičnanových iontů na ročním období

900 800 700 600 500 400 300 200 100 0

Morava před st. Dřevnice Morava za st.

11 3. .0 28 1 1 2. .0 24 1 1 1. .0 26 0 1 2. .1 27 0 1 1. .1 20 0 1 0. .1 22 0 1 9. .0 13 0 1 8. .0 13 0 1 7. .0 12 0 1 5. .0 29 0 1 5. .0 01 0 1 4. .0 04 Datum

Graf č. 5: Závislost konduktivity na ročním období

53

11 3. .0 28 1 1 2. .0 24 1 1 1. .0 26 0 1 2. .1 27 0 1 1. .1 20 0 1 0. .1 22 0 1 9. .0 13 0 1 8. .0 13 0 1 7. .0 12 0 1 5. .0 29 0 1 5. .0 01 0 1 4. .0 04

pH

Morava za st.

15

10 teplota (°C)

Morava před st.

25

Dřevnice

20

5

0

Datum

Graf č. 6: Závislost teploty vody na ročním období

Morava před st.

8,5

Dřevnice

Morava za st.

8

7,5

7

11 3. .0 28 11 2. .0 24 11 1. .0 26 10 2. .1 27 10 1. .1 20 10 0. .1 22 0 9.1 .0 13 0 8.1 .0 13 10 7. .0 12 10 5. .0 29 10 5. .0 01 10 4. .0 04

Datum

Graf č. 7: Závislost pH vody na ročním období

54

16 Morava před st.

CHSK-Mn (mg/l)

14

Dřevnice Morava za st.

12 10 8 6 4 2 0

11 3. .0 31 11 2. .0 23 11 1. .0 27 10 2. .1 20 10 1. .1 22 10 0. .1 18 10 9. .0 08 10 8. .0 11 10 7. .0 16 10 6. .0 11 10 5. .0 10 10 4. .0 07 Datum

Graf č. 8: Naměřené hodnoty CHSKMn v průběhu roku

30

CHSK-Cr (mg/l)

25 20 15 10 Morava před st.

5

Dřevnice Morava za st.

0

31

23

27

20

3 .0

2 .0

1 .0

2 .1

1 .1

0 .1

9 .0

8 .0

7 .0

6 .0

5 .0

4 .0

1 .1

1 .1

1 .1

0 .1

0 .1

0 .1

0 .1

0 .1

0 .1

0 .1

0 .1

0 .1

Graf č. 9: Naměřené hodnoty CHSKCr v průběhu roku

55

22

18

08

11

16

11

10

07

Datum

4.1 Diskuze Naměřené hodnoty vybraných anorganických polutantů, byly uvedeny v tabulce č. 1 a dále zpracovány do grafů č. 1 – 4. Z grafu č. 1 je patrné, že v řece Dřevnici byl ve sledovaném období vyšší obsah fosforečnanů, než v řece Moravě. Po vydatných deštích (14.6. 2010) došlo k vymývání půdy a v řece Dřevnici byla naměřena maximální hodnota koncentrace fosforečnanů, díky činnosti čistírny odpadních vod došlo pouze k mírnému zvýšení koncentrace těchto iontů za soutokem obou řek. V průběhu roku je koncentrace fosforečnanů ovlivňována hnojením zemědělské půdy. Na podzim je prováděna hluboká orba (20 – 30 cm) a zapravování hnojiv do půdy. To je pravděpodobně důvodem zvýšení koncentrace fosforečnanů od 4.10. (graf č. 1). Následně dochází k částečnému vymývání těchto hnojiv vyšším množstvím srážek, nejen v tomto ročním období, ale i v zimě, jelikož půda promrzá pouze do hloubky asi 15 cm. Toto může být důvodem zvýšené koncentrace fosforečnanů i přes zimní měsíce. Obsah amonných iontů je v řece Moravě velmi nízký (graf č. 2), vyšší koncentrace byly naměřeny na jaře a na podzim, kdy dochází k tání a také jsou četnější srážky. Oproti tomu řeka Dřevnice má vyšší hodnoty po celý rok, nejvyšší pak po vydatných deštích (14.6. 2010). Zdrojem amonných iontů ve vodách jsou splachy z půd a také atmosférické srážky. Koncentrace těchto iontů za soutokem obou řek je poměrně stabilní a také výrazně nižší než v řece Dřevnici, to je způsobeno odstraňováním dusíkatých látek čistírnou odpadních vod. Graf č. 3 vypovídá o změnách koncentrace dusitanových iontů v průběhu roku. Dusitany se do vod dostávají mimo jiné atmosférickými srážkami a splachy ze zemědělsky obdělávaných půd, následnou oxidací přechází větší množství na dusičnany. Vyšší koncentrace dusitanů pak odpovídá období s vyšším počtem srážek, jaro a podzim. V řece Dřevnici je koncentrace dusitanů vyšší než v řece Moravě, nejvyšší obsah dusitanů byl naměřen opět po přívalových deštích (14.6. 2010). Z grafu je patrné, že ačkoli koncentrace v řece Dřevnici je celoročně poměrně vysoká a po vydatných srážkách dosahuje maximálních hodnot, naopak hodnoty za soutokem obou řek zůstávají po celý rok stabilní a nízké vlivem odstraňování dusíkatých látek čistírnou odpadních vod. Posledním stanovovaným anorganickým polutantem jsou dusičnany (graf č. 4). Do vod se dostávají vymýváním z půdy, kde jsou součástí dusíkatých hnojiv, jejich koncentrace je tak z velké části ovlivněna zemědělskou činností a četností srážek. Z grafu je patrná zvýšená koncentrace na jaře, kdy probíhá hnojení právě dusíkatými hnojivy a také je v tomto ročním 56

období více srážek. Obsah dusičnanů v řece Dřevnici dosáhl maxima po vydatných deštích, ale stejně jako tomu bylo u dusitanů, koncentrace za soutokem řek zůstává po celý rok poměrně stabilní vlivem činnosti čistírny odpadních vod. Dále byly měřeny fyzikálně-chemické ukazatele: konduktivita (graf č. 5), teplota (graf č. 6) a pH (graf č. 7). Konduktivita závisí na teplotě vody a obsahu iontů. Řeka Dřevnice má po celý rok výrazně vyšší hodnoty konduktivity než řeka Morava, to je způsobeno vyššími obsahy stanovovaných iontů, jak bylo uvedeno výše. Zároveň má řeka Dřevnice po celý rok vyšší teplotu, protože objem vody, který v Dřevnici teče je mnohem menší, než v Moravě a proto se rychleji prohřeje, což také mírně zvyšuje hodnotu konduktivity. Hodnota pH je v řece Dřevnici celoročně vyšší než v řece Moravě, můžeme tak předpokládat větší obsah bazických látek. Výkyvy v hodnotách pH způsobily vydatné deště a jarní tání. Obsah organických látek byl stanoven pomocí chemické spotřeby kyslíku, obecně jsou vyšší hodnoty získané pomocí CHSKCr, protože metoda oxiduje organické látky do vyššího stupně. Hodnoty CHSKMn uvedené v grafu č. 8 jsou bez větších výkyvů, výjimkou je druhá hodnota – v období odběru vzorku bylo krátce po vydatných deštích a ve vodě tak bylo velké množství organických látek. Graf č. 9 ukazuje výsledky CHSKCr, výkyvy hodnot jsou způsobeny složením organických látek, které se mění s ročním obdobím, ale také v závislosti na srážkách. Tabulka č. 4: Klasifikace jakosti povrchových vod podle ČSN 757221 Měrná jednotka

I. třída: neznečištěná voda

II. třída: mírně znečištěná voda

III. třída: znečištěná voda

IV. třída: silně znečištěná voda

V. třída: velmi silně znečištěná voda

CHSKMn

mg/l

<6

<9

< 14

< 20

≥ 20

CHSKCr

mg/l

< 15

< 25

< 45

< 60

≥ 60

mg/l

< 0,3

< 0,7

<2

<4

≥4

mg/l

<3

<6

< 10

< 13

≥ 13

mg/l

< 0,05

< 0,15

< 0,4

<1

≥1

mS/m

< 40

< 70

< 110

< 160

≥ 160

Amoniakální dusík Dusičnanový dusík Celkový fosfor Konduktivita

57

Tabulka č. 5a: Průměrné hodnoty ukazatelů a zařazení do tříd podle ČSN 757221 Amoniakální dusík (mg/l)

třída

Dusičnanový dusík (mg/l)

třída

Morava před st.

0,1

I.

10,58

IV.

Dřevnice

0,37

II.

17,04

V.

Morava za st.

0,15

I.

11

IV.

Tabulka č. 5b: Průměrné hodnoty ukazatelů a zařazení do tříd podle ČSN 757221 Celkový fosfor (mg/l)

třída

Konduktivita mS/m

třída

Morava před st.

1

V.

48,5

II.

Dřevnice

1,05

V.

68,7

II.

Morava za st.

0,75

IV.

49,9

II.

Tabulka č. 5c: Průměrné hodnoty ukazatelů a zařazení do tříd podle ČSN 757221 CHSKMn (mg/l)

třída

CHSKCr (mg/l)

třída

Morava před st.

6,5

II.

15

II.

Dřevnice

7,4

II.

14

I.

Morava za st.

7,1

II.

15

II.

58

5 Závěr V bakalářské práci jsem se zaměřila na sledování kvality vody na soutoku řek Dřevnice a Moravy v průběhu roku 2010 až 2011. Odběr vody jsem prováděla na třech místech, tak abych mohla provést srovnání její kvality před soutokem a za ním. Na místě jsem při odběru změřila teplotu vody, konduktivitu a pH. Následně jsem fotometricky stanovila koncentrace fosforečnanových, dusitanových, dusičnanových a amonných iontů. Toto fotometrické stanovení jsem provedla s činidly předem připravenými v laboratoři, která nahrazovala komerční sadu reagentů. Alternativní činidla nebyla stálá po celou dobu měření a tak jsem jejich přípravu několikrát opakovala, aby byly zajištěny správné výsledky. Jednou za měsíc jsem odebrala vzorek vody pro stanovení chemické spotřeby kyslíku (dichromanovou i manganistanovou metodou), které jsem provedla vždy následující den v laboratoři. Naměřené hodnoty jsem zpracovala do tabulek a grafů. Z průměrných hodnot konduktivity, CHSKMn, CHSKCr, koncentrace celkového fosforu, amonných a dusičnanových iontů a na základě ČSN 75 7221 – Klasifikace jakosti povrchových vod jsem obě řeky zařadila do jakostních tříd. Při klasifikaci jakosti povrchových vod se vždy řídíme ukazatelem, který nejvíce znečišťuje vodu. Řeka Dřevnice patří do V. třídy – velmi silně znečištěná voda, kvůli vysokým hodnotám celkového fosforu a dusičnanových iontů. Tyto látky jsou částečně odstraněny čistírnou odpadních vod, která je umístěna na řece Dřevnici před soutokem obou řek. Řeka Morava za soutokem se pak vzhledem ke snížení obsahu celkového fosforu a dusičnanových iontů řadí do IV. jakostní třídy – silně znečištěná voda.

59

6 Summary This work is focused on monitoring of the surface water pollution of the river Morava and Dřevnice in accordance with season. The measurements had been performed through one year – from 4th of April 2010 till 11th of April 2011. The places for taking samples were chosen the way to be able to compare the level of pollution in river Dřevnice, Morava and after the confluence. The samples were taken in regular intervals of two weeks. The determination of ammonium ions, nitrites, nitrates and phosphates was done each time as well as the measurements of pH level, temperature of water and conductivity. Every month were taken samples for determination of chemical oxygen demand (COD) that was determined next day in laboratory (by the bichromate and permanganate method). Collected data are presented in the form of tables and graphs. The results prove that the pollution level in river Dřevnice is much higher than in river Morava. All concentrations of determined ions were higher in river Dřevnice, but the concentration of nitrates, nitrites and phosphates in river Morava was kept stable because of the water cleaning station placed on river Dřevnice. The conductivity of water in river Dřevnice was much higher too, that was caused by the high level of ions in the water. The level of concentration of inorganic ions that were measured depends on current season. Over the beginning of the year when it rains much more often the nitrate and nitrite level of pollution was higher than during the summer. The chemical oxygen demand determined by permanganate method was nearly stable over whole year, but the more sensitive bichromate method was random. It was caused by the concentration of organic pollution in the water that is changeable over whole year. At the end of this work I classified both rivers by pollution level of specific pollutants. The high level of nitrates and phosphorus caused that river Dřevnice belongs to the last class, which means very strongly polluted water. The river Morava can be classified twice, once before the confluence and then after where both rivers are mixed. The measurements show that river Morava has a high phosphorus level before mixing with river Dřevnice and because of this it belongs to the last class no. V. However the water-cleaning station effects the final concentration of phosphorus in river Morava and this concentration is lower. Therefore is river Morava after confluence classified as strongly polluted water and belongs to class IV, that’s still better than class V. 60

7 Literatura 1. NETOPIL,

Rostislav.

Přehled

hydrologie

pevnin.

Praha:

Státní

pedagogické

nakladatelství, 1965. 2. NETOPIL, Rostislav. Základy hydrologie povrchových a podpovrchových vod. Praha: Státní pedagogické nakladatelství, 1970. 3. ŽÁČEK, Ladislav. Hydrochemie. Brno: VUTIUM, 1998 4. MRKVA, Miroslav, MAYER, Vilém. Vlastnosti a analýza vod. Ostrava: Vysoká škola báňská, 1982. 5. LISCHKE, Peter, HORÁKOVÁ, Marta, GRÜNWALD, Alexandr. Chemické a fyzikální metody analýzy vod. Praha: Státní nakladatelství technické literatury, 1989. 6. PITTER, Pavel. Hydrochemie. Vydavatelství VŠCHT Praha, 2009. 7. KALIČINSKÁ, Jitka. Monitorování životního prostředí. Ostrava: Pavel Klouda, 2006 8. KRAJČA, J. a kol. Vzorkování přírodních vod. Nakladatelství technické literatury, 1983. 9. POPL, Milan, FÄHNRICH, Jan. Analytická chemie životního prostředí. Praha: Vydavatelství VŠCHT, 1999 10. ZELINKA, M., MARVAN, P., KUBÍČEK, F. Hodnocení čistoty povrchových vod, Opava 1959. 11. HORÁKOVÁ, Marta a kol. Analytika vody. Praha: Vysoká škola chemicko-technologická v Praze, 2000 12. RICHTER, Miroslav. Technologie ochrany životního prostřed, 1. část, Ochrana čistoty vody. Ústí nad Labem: Fakulta životního prostředí UJEP Ústí nad Labem, 2005 13. ČSN

EN

26777

(75 7452)

–

Stanovení

dusitanů.

Molekulární

absorpční

spektrofotometrická metoda, 1995-09-01 14. ČSN ISO 7890-3 (75 7453) Stanovení dusičnanů – Část 3: Spektrometrická metoda s kyselinou sulfosalicylovou, 01.1995 15. ČSN ISO 6778 (757450) Stanovení amonných iontů. Potenciometrická metoda, 1994-0601 16. ČSN ISO 5664 (757449) Stanovení amonných iontů. Odměrná metoda po destilaci, 199406-01 17. ČSN ISO 7150-1 (757451) Stanovení amonných iontů. Část 1: Manuální spektrometrická metoda, 1994-06-01 2007-05-01 61

18. ČSN EN ISO 6878 (757465) Jakost vod. Stanovení fosforu - Spektrofotometrická metoda s molybdenanem amonným, 2005-02-01 19. ČSN EN ISO 8467 (757519) Jakost vod - Stanovení chemické spotřeby kyslíku manganistanem (CHSKMn) 2006-11-01 20. TNV 75 7520 Jakost vod - Stanovení chemické spotřeby kyslíku dichromanem CHSKCr 21. BROGOWSKI, Jakub. Bakalářská práce: Kolorimetrické stanovení iontů ve vodách. Olomouc: Přírodovědecká fakulta UP, 2009 22. ČNS 757221 Jakost vod – klasifikace jakosti povrchových vod

62