Tvorba chemismu podzemní vody - cvut.cz

Tvorba chemismu podzemní vody

Přírodní vody

klima Infiltrované vody Hydrogeologické poměry

složení horniny

propustnost

Doba interakce

Atmosférické v.

Povrchové v.

Biochemické faktory

Geografické p.

Klima - srážky

kapalné

Déšť mrholení mlha rosa

tuhé

sníh kroupy námraza jinovatka

Klima - srážky

Srážková výška (mm)1 mm srážek = 1 litr vody

spadlé na plochu 1 m²(……m³ na km ²)(……m³ na km ²)

Ø srážkový úhrn za rok je v ČR cca 700 mm

Trvání dešt ěIntenzita dešt ě – (podíl úhrnu a trvání)

Přívalový déšť

Geneze složení srážek

Vymývání aerosolů a ostatních látek

v oblaku pod oblakem

Suchá a mokrá depoziceSuchá a mokrá depozice

Znečišťující látky plynné, kapalné a tuhé (aerosoly )

Přírodní – antropogenníSloučeniny síry, dusíku, uhlíku, chloridy

Chemické složení atmosférických vod (v hmotnostních koncentracích)

kationty

NH4+ Ca Mg K Na

anionty

SO4²¯NO3¯

PO4³¯

pokles

Cl¯

Chemické složení atmosférických vod

Celková mineralizace nízkázávisí na lokalitě, intenzitě a trvání deště

podkorunové srážky - vliv suché depozicepodkorunové srážky - vliv suché depozice

nízké pH a NK ( neutraliza ční kapacita )jsou hlavní p říčinou acidifikace

povrchových vod

Chemické složení povrchových vod

mořské - kontinentálnísložení je ovlivněno :

geologickou skladbou územísložením dnových sedimentůsložením dnových sedimentůhydrologicko-klimatickými poměrypůdně-botanickými poměrypříronem podzemních vodantropogenní činností

Chemické složení tekoucích povrchových vod

• základní kvalitativní složení se příliš neliší od podzemních vod (p.v.) v území

• Celková mineralizace 100-500 mg/l• rozdíly jsou v poměrném zastoupení jednotlivých

složeksložek• chemická rozmanitost je menší než u p.v.• nejčastější hydrochemický typ HCO3 – Ca, • (SO 4-Ca)• oproti p.v. mají vyšší obsah rozpuštěného

kyslíku,NL,sloučenin N a P, organ. látek• oproti p.v. mají nižší obsah CO2, Fe,Mn a Σ M

Chemické složení tekoucích povrchových vod

• hodnota pH neutrální – slabě alkalická• chem. složení se mění s délkou toku• časové zm ěny ch.složení v daném

profilu jsou větší než u p.v.profilu jsou větší než u p.v.• krátkodobé změny v ch.složení –

(průtokem)• dlouhodobé změny v ch. složení -

antropogenní

chem. složení se m ění s délkou toku

znečišťování povrchových vod

povrchové vody : zdrojem pitné a užitkové vodyrekreační využitíchov rybrecipientem odpadních (splaškových a průmyslových odpadních) voda průmyslových odpadních) vod

kontaminanty : působící toxickyovliv ňující kyslík. bilanci tokuzpůsobující organoleptické závadyinertní látky

Odpadní vody, které mohou nep říznivě ovlivnit vlastnosti povrch. vod

- v. silně kyselé nebo silně alkalické- v. s velkou koncentrací anorganických solí- v. s velkou koncentrací NL- vody s látkami ovlivňující přestup O2 do vody

( )- vody s látkami ovlivňující přestup O do vody

(tenzidy, uhlovodíky)- vody s velkým obsahem biologicky snadno

rozložitelných látek nebo anorganických látek spotřebovávajících kyslík(Fe" )

- v. s organ. látkami ovlivňujícími organoleptické vlastnosti vody

Odpadní vody, které mohou nep říznivě ovlivnit vlastnosti povrch. vod

- v. s toxickými látkami pro vodní organismy ( některé kovy, kyanidy, pesticidy.

- v. s patogenními zárodky (léčebny,koželužny)

- v. s větším obsahem nutrientů (P,N =eutrofizace )- v. s větším obsahem nutrientů (P,N =eutrofizace )- v. oteplené

hodnocení jakosti podle ukazatelů :

v závislosti na způsobu využití sledovaných povrchových vod a na předpokládaném znečištění

nejdůležit ější jsou ukazatele kyslíkového režimu

BSK5, CHSKCr, TOC, rozpuštěný kyslík, sulfidická síra, které zásadně ovlivňují samočisticí schopnost toku

5 tříd jakosti tekoucí povrchové vody

Hydrogeologické pom ěry – interakce mezi podzemní vodou a horninou

• význam chemického zv ětrávání zvláště živců a ostatních horninotvorných minerálů

= uvolnění kationtů alkalických kovů, křemíku, hydrogenuhličitanů

hydrolýzahydrolýzarozpouštění

oxidace-redukceiontová výměna

membránová filtrace sorpce

• k dosažení dynamické chemické rovnováhy

• mezi p.v. –horninou – p. atmosféroukterou porušuje proudění p.vodykterou porušuje proudění p.vody

změna hydrochemického typu vodyv horizontálním i vertikálním směru :

HCO3-Ca-Mg →HCO3-Na →SO4-Ca →Cl-Na

Chemické složení podzemních vod

• pH 5,5 – 7,5• celková mineralizace ve stovkách mg/l• vyšší koncentrace volného CO2 a jeho

iontových foremiontových forem• poměrné zastoupení kationtů: Ca-Mg-Na-K

• poměrné zastoupení aniontů: hydrogenuhličitany-sírany-chloridy –(dusičnany)

• stálá teplota (podle hloubky oběhu)

anomálie v chemismu p.v.

přírodního původu antropogenní(hydrochemická prospekce)(hydrochemická prospekce)důlní vody (§40 odst.1 horního zákona 44/1988 Sb.)

jsou všechny podzemní, povrchové a srážkové vody, které vnikly do hlubin. nebo povrch. důl.prostorů, a to až do jejich spojení s jinými povrchovými nebo podzemními vodami

Pitná voda (zákon 258/2000Sb. o ochran ě veřejného zdraví)

§3(1) Pitnou vodou je zdravotně nezávadná voda, která ani při trvalém požívání nevyvolá onemocnění nebo poruchy zdraví fyzických osob a jejich potomstva,

přítomností mikroorganismůlátekláteknebo svými jinými vlastnostmia jejíž smyslově postižitelné vlastnosti a jakost nebrání

jejímu požívání a užívání pro hygienické potřeby fyzických osob

Pitná voda musí vyhovovat mikrobiologickým, biologickým, chemickým, fyzikálním a radiologickým požadavkům

Stanovení jakosti pitné vody

(ČSN 75 7111, Vyhl.MZdr. 376/2000Sb.)vyhláška č.252/2004 Sb. MZdr.

stanoví hygienické limity jakosti pitné vody mikrobiol.,biolog.,fyzikál.,chemických a organoleptických ukazatelů

včetně vody pitné balené a teplé vodyrozsah a četnost kontroly dodržení jakosti

a požadavky na metody kontroly jakosti

zásobování pitnou vodou už takto nedefinuje(veřejné - individuální ( do10m³ /den nebo 50 osob)

mezní hodnota MHhodnota organoleptického ukazatele jakosti, jejich

přirozených součástí nebo provozních parametrů, jejíž překročení nepředstavuje akutní zdravotní riziko

nejvyšší mezní hodnota NMHnejvyšší mezní hodnota NMHhodnota zdravotně závažného ukazatele jakosti, v důsledku jejíhož překročení je vyloučeno použití vody jako pitné, neurčí-li orgán ochrany veřejného zdraví na

základě zákona 252/2004 jinak

úplný rozbor - krácený rozbor

Vápník a ho řčík

• Ca 30 mg/l MH Mg 10 mg/l MH• 40 - 80 mg/l DH 30 mg/l DH

Ca + Mg 0,9 – 5 mmol/l DHCa + Mg 2 - 3,5 mmol/l DH (zdravotní hledisko)

hmotnostní pom ěr Ca : Mg 4:1 - 2:1 4:1 - 2:1

Ca - lepší chu ťové vlastnostiinkrustace Ca > Mg

Mg působí agresivn ě na betonCa-HCO3-CO2 význam p ři posuzování agresivních nebo

inkrusta čních ú činkůAntropogenní zdroj –průmyslové odpadní vody z provozů,kde se

kyseliny neutralizují vápnemminerální vody s Na (HCO3) pro žaludeční choroby

„TVRDOST“ VODY

• … zelenina při vaření ve vodě s velkým obsahem Ca, Mg zůstává dlouho tvrdá…

• HCO-3 - Přechodná tvrdost

• sírany, chloridy a jiné silné kyseliny - Trvalá• sírany, chloridy a jiné silné kyseliny - Trvalá• Celková

• 1 mmol/l = 5,6 oN

se již nepoužívá

sodík a draslík

Na 200 mg/l MH(mg/l) Na : K 10:1 i více

nejsou hygienicky významnévýznam pro genezi vody

Na – voda pro závlahu (zasolení půd)Na – voda pro závlahu (zasolení půd)K – slabou radioaktivitu - β aktivitu

Antropogenní zdroj Na některé průmyslové odpadní vody (pov), výroba a aplikace hnojiv,solení silnic

Antropogenní zdroj K – škrobárny, pov – louhy Na+K živočišné výkaly

(člověk 5 g Na a 2,2 g K za den)

lithium Li – rubidium Rb – cesium Cs

doprovázejí Na,Knejsou limitovány v požadavcích na pitnou vodu

nízké koncentrace v p.v. (setiny-tisíciny mg/l)Li – kumulace v rostlinách (DH pro závlahu)

stroncium Sr, baryum Bastroncium Sr, baryum Baběžné v p.v. v nízkých koncentracích

Sr > Ba minerál. voda Vincentka 3,7 mg/l Sr, Poděbradka 4,9 mg/lSr

Ba toxické 0,7 mg/l NMH ? byl návrhAntropogenní zdroj Ba – výroba keramiky, skla,papíru,televizní

obrazovky,některé fungicidy,aditiva do paliv,používá se při čištění odpadních vod s obsahem Ra

hliník Al

Al 0,2 mg/l MHkoncentrace v setinách – desetinách mg/l

neurotoxicita , fytotoxicita

kyselé srážky zvyšují migraci Al v půděkyselé srážky zvyšují migraci Al v půdě

antropogenní zdroj : výroba papíru, kůže, barviva, povrchová úprava hliníku a jeho slitin

železo Fe

Fe 0,2 mg/l MHformy výskytu Fe závisí hodnotě pH,

oxidačně-redukčním potenciálu,komplexotvorných látkách ve vodě

oxidační stupeň II a IIIobvykle setiny – desetiny mg/l

v kyselých vodách vícezměna organoleptických vlastnostípodporují rozvoj železitých bakterií

důlní vody –oxidace sulfidů – nárůst Fe

mangan Mn

Mn 0,05 mg/l MHdo 0,2 mg/l způsobené geolog.prostř.

formy výskytu Mn závisí hodnotě pH,oxidačně-redukčním potenciálu,

komplexotvorných látkách ve voděkomplexotvorných látkách ve voděoxidační stupeň II , III a IV

Mn < Fevýrazná změna organoleptických vlastností

stopové – těžké ? – toxické ? kovy

původz horninového prostředí

podzemní vody – důlní vody – minerální vodyz průmyslového znečištění,z potrubíz průmyslového znečištění,z potrubí

adsorbce v sedimentech,čistírenských kalechremobilizace při poklesu pH

jednoduché iontové formy zpravidla více toxické než anorganické a organické komplexy

Hygienická závadnost kov ů a polokov ů

• toxické kovy a polokovy :Hg,Cd,Pb,As, Se, Be,V, Ni, Ba, Ag a Zn

karcinogenní a teratogenní účinky:As,Cd,Cr VI, Ni, BeAs,Cd,Cr VI, Ni, Bechronická toxicita

Hg,Cd,Pb,Asorganoleptické vlastnosti (chuť)

Fe, Mn, Cu, Zn

• Hg 0,001 mg/l NMH • Cd 0,005 mg/l NMH• Pb 0,001 mg/l NMH• As 0,01 mg/l NMH• Cu 1,0 mg/l NMH• Se 0,01 mg/l NMH• Be 0,002 mg/l NMH• Ni 0,02 mg/l NMH• Ag 0,05 mg/l NMH• Sb 0,005 mg/l NMH• B 1,0 mg/l NMH• Cr 0,05 mg/l NMH• Se 0,01 mg/l NMH

Sloučeniny chloru - chloridy

100 mg/l MH(250 mg/l geolog. původu)

jednotky – desítky mg/l

Jsou ve vodě chemicky a biochemicky stabilníJsou ve vodě chemicky a biochemicky stabilníDobrá rozpustnost Cl – nárůst s celkovou mineralizací na

úkor SO4 a HCO3

Antropogenní zdroj : splaškové vody(člověk cca 9 g Cl za den), živočišná výroba, solení silnic,z výroby organ. látek

Sloučeniny bromu a jodu

Bromidy a jodidy doprovázejí ve vodě chloridy V podzemní vodě (jednotky µg/l)

Koncentrace v pitné vodě není limitována, doporučováno svět. zdr. org. 0,025 mg/l

Minerální vody, mořská vodaMinerální vody, mořská voda

bromičnany 0,01 mg/l NMH při ozonizaci vody

Sloučeniny síry

Nejčastěji jako H2S sulfan a SO4 síranyBiochemické přeměny (redukce-oxidace)

Sulfan je důkazem redukčních pochodů,způsobuje korozi betonového zdiva kanalizačních stok

Sírany patří mezi hlavní anionty p.v 250 mg/l MH

při vyšším obsahu působí agresivnědominují v důlních vodách

sloučeniny dusíku

amoniakální dusík NH4, 0,5 mg/l MHdusitanový dusík 0,5 mg/l NMH NO2

dusičnanový dusík 50 mg/l NMH NO3

kyanidy CN celk. 0,05 mg/l NMHpatří spolu s fosorem mezi nejdůležitější makrobiogenní

prvky a do skupiny nutrientůprvky a do skupiny nutrientůvznikají ve vodách při biologických procesech

rozkladem organických dusíkatých látek rostlinného i živočišného původu

VE VODÁCH JSOU MÁLO STABILNÍsplaškové vody – specifická produkce celkového dusíku

12 g/l na obyvatele za den