UNIVERZITA PALACKÉHO V OLOMOUCI

Transkript

1 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: Studijní obor: Vedoucí práce: Eva Pospíšilová Ekochemie RNDr. Robert Prucek, Ph.D. OLOMOUC 2011

2 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

3 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

4 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 Klíčová slova: Voda, znečištění vod, anorganické polutanty Počet stran: 61 Počet příloh: 1 Jazyk: Čeština 0

5 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 Keywords: water, water pollution, inorganic pollutants Number of pages: 61 Number of appendices: 1 Language: Czech 1

6 Obsah Obsah Úvod Teoretická část Vznik a oběh vody v přírodě Rozdělení vody na Zemi Oběh vody v přírodě Druhy vod podle původu a způsobu použití Atmosférické vody Podzemní vody Povrchové vody Fyzikální vlastnosti vody Rozpustnost látek ve vodě Elektrolytická vodivost Oxidačně-redukční potenciál Viskozita vody Povrchové napětí vody Senzorické vlastnosti vody Chemické vlastnosti vody Anorganické látky Kovy Ostatní kovy Nekovy Plyny rozpuštěné ve vodách Organické látky Chemická spotřeba kyslíku Stanovení vybraných anorganických polutantů Amoniakální dusík Dusičnany Dusitany Fosforečnany Experimentální část Použité chemikálie Použité přístroje Příprava alternativních činidel Alternativní činidla pro stanovení fosforečnanů Alternativní činidla pro stanovení amonných iontů Alternativní činidlo pro stanovení dusitanových iontů Alternativní činidla pro stanovení dusičnanových iontů Odběr vzorku Fotometrické stanovení vybraných anorganických iontů Fotometrické stanovení fosforečnanů Fotometrické stanovení amonných iontů Fotometrické stanovení dusitanových iontů Fotometrické stanovení dusičnanových iontů Stanovení chemické spotřeby kyslíku manganistanem draselným - CHSK Mn

7 3.7. Stanovení chemické spotřeby kyslíku dichromanem draselným CHSK Cr modifikovaná semimikrometoda Stanovení konduktivity Stanovení ph Výsledky měření Diskuze Závěr Summary Literatura

8 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

9 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] Rozdělení vody na Zemi Voda zabírá 70,5 % veškerého zemského povrchu, tedy 361 mil. km 2. Největší plochu tvoří oceány a moře: Tichý oceán 180 mil. km 2, Atlantický oceán 93,4 mil. km 2, Indický oceán 75 mil. km 2, Severní ledové moře 13 mil. km 2 atd. Objem vody v mořích tvoří přibližně 1,33 miliard km 3, v jezerech km 3, u řek a nádrží se odhaduje obsah vody na km 3. Další voda je obsažena v atmosféře, odhadem km 3 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

10 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] Druhy vod podle původu a použití: Atmosférické vody Podzemní vody Povrchové vody 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 mg/l, patří sem hlavně sodík, dusík, vápník, chloridy, 6

11 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] 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 mg/l. Díky svému složení a fyzikálním vlastnostem mají účinky prospěšné pro lidské zdraví a využívají se proto k léčebným účelům. 7

12 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 ( mg/l) Středně mineralizované vody ( mg/l) Silně mineralizované vody (nad mg/l) Podle obsahu plynů: Vody uhličité (kyselky) (nad mg/l volného CO 2 ) Vody sirovodíkové (nad 1 mg/l H 2 S + HS - ) Podle biologických a farmakologických ukazatelů: Pro dané ukazatele je určena vždy minimální balneologická koncentrace, např. vody železnaté (nejméně 10 mg/l Fe 2+ ), 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 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 mg/l, z toho je mg/l chloridů a 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 mg/l, stejně tak hořčíku mg/l. 8

13 Chlorido-sodné vody napojeny z plážových písků jsou silně mineralizované a obsah rozpuštěných látek většinou přesahuje hodnotu mg/l, mohou se vyskytnout i prameny nad 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 mg/l až k hodnotám přes 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 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] 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

14 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 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 c i a čtverců nábojových čísel 2 z i všech iontů přítomných v roztoku I = 0,5 c i. z i 10

15 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: kde p A = H A. x A p A = parciální tlak složky A v plynné fázi H A = Henryho konstanta rozpustnosti x A = 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 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] 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 cm 2, vzdálenými od sebe 1 cm a specifická elektrická vodivost (konduktivita) se vyjadřuje v hodnotách siemens na metr (S/m), nebo častěji 11

16 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 - = udává, že v jednom litru neutrální vody je obsaženo 1, g vodíkových a 17, 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 μs/cm, u důlních, minerálních a některých odpadních vod převyšuje mnohdy elektrolytická vodivost 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] 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 mv, naopak u odpadních vod může být hodnota až 500 mv. [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

17 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] 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/m 3 ; 3,48 C 999,97 kg/m 3 ; 20 C 998,2 kg/m 3. 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

18 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 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

19 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 CaCO 3, magnezit MgCO 3, dolomit 15

20 CaCO 3. MgCO 3, méně časté jsou siderit FeCO 3, pyrit FeS 2 a další. Významné jsou také hlinitokřemičitany ortoklas K(AlSi 3 O 8 ), oligoklas Na(AlSi 3 O 8 ), anortit Ca(Al 2 Si 2 O 8 ), 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 nm) a koloidně disperzní soustavy (částice 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

21 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] Anorganické látky kovy nekovy 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 NaAlSi 3 O CO H 2 O = 2 NaHCO H 4 SiO 4 + Al 2 Si 2 O 5 (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 (NaSO 4 ) -, (NaCO 3 ) -. 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

22 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 40 K. [4,6] Vápník Hlavním zdrojem vápníku ve vodách je vápenec, na který působí kyselina uhličitá podle rovnice: CaCO 3 + CO 2 + H 2 O = Ca(HCO 3 ) 2 Vápník se do vod dostává také přímým rozpouštěním sádrovce CaSO 4. 2 H 2 O a výluhem ze zvětralých hlinitokřemičitanů vápenatých, které se rozkládají lépe než alkalické. Rovnicí lez tyto procesy znázornit takto: CaAl 2 Si 2 O H 2 O = Ca(OH) 2 + Al 2 Si 2 O 5 (OH) 4 Ca(OH) CO 2 = Ca(HCO 3 ) 2 Hlavní formou výskytu vápníku ve vodách je ion Ca 2+, v daleko menší míře pak iontové asociáty (CaCO 3 ) 0 aq, (CaHCO 3 ) +, (CaOH) +, (CaSO 4 ) 0 aq. 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: CaCO 3 4, CaSO 4. 2 H 2 O 1, Ca(OH) 2 3, Ca 3 (PO 4 ) 2 1, CaF 2 4, 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

23 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 ). Velmi dobře rozpustné jsou chloridy a sírany hořečnaté, zdrojem hořčíku je tedy i přímé rozpouštění karnalitu (KCl. MgCl 2. 6 H 2 O), kieseritu (MgSO 4. H 2 O), navíc se hořčík může vyluhovat ze zvětralých hlinitokřemičitanů hořečnatých. Hlavní formou výskytu ve vodách je dvojmocný ion Mg 2+. 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 MgCO 3. 3 H 2 O, 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 FeS 2, siderit FeCO 3 a oxidy (hnědel Fe 2 O 3. H 2 O a krevel Fe 2 O 3 ), 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

24 v anaerobním prostředí, pak hydrogenuhličitan zůstává beze změny, v přítomnosti kyslíku se oxiduje; rychlost oxidace je úměrná ph a obsahu kyslíku. FeCO 3 + CO 2 + H 2 O = Fe(HCO 3 ) 2 4 Fe(HCO 3 ) 2 + O H 2 O = 4 Fe(OH) CO 2 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 Fe 2+ na Fe 3+ 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: Fe 2+ nebo (FeOH) +, hydrogenuhličitanové či síraové asociáty (FeHCO 3 ) +, (FeCO 3 ) 0 aq, (FeSO 4 ) 0 aq. Příkladem jsou podzemní vody, nebo spodní vrstvy jezer či nádrží. V aerobním prostředí je železo přítomno v těchto formách: Fe 3+, (FeOH) 2+, (Fe(OH) 4 ) -, (FeSO 4 ) +, (FeHSO 4 ) 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 MnO 2, dialogit MnCO 3 a některé vyšší oxidy. Poměr 20

25 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(H 2 O) 6 ] 2+, dále ve formě asociátů na bázi hydrogenuhličitanů (MnHCO 3 ) +, popřípadě síranů [Mn(H 2 O) 5 SO 4 ] 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 MnCO 3, 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 Al 2 O 3. nh 2 O. Rozpuštěný hliník se ve vodách nachází většinou jen v minimálním množství, pokud je ale prostředí kyselé jeho koncentrace zvyšuje, nejčastěji jako [Al(H 2 O) 6 ] 3+, hydrolýza Al 3+ 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

26 Vzhledem k nízkým koncentracím ve vodách není hliník zdravotně závadný, nepůsobí potíže ani při použití vod v průmyslových výrobách. [4,6] 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 As V, protože trojmocná forma je nestálá velmi - dobře se oxiduje. Ve vodách s neutrální reakcí se vyskytuje jako H 2 AsO 4 a HAsO 2-4. 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

27 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 [CuCO 3 ] 0 aq, [Cu(CO 3 ) 2 ] 2-, hydroxokomplexy [CuOH] +, [Cu(OH) 3 ] - a [Cu(OH) 4 ] 2- a minerály (např. malachit Cu 2 (OH) 2 CO 3 ). 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 [HgCl 2 ] 0, [HgCl 3 ] -, [HgCl 4 ] 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 Pb 2+, případně [PbCO 3 ] 0 aq. 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

28 Zinek Zinek se v přírodních vodách běžně vyskytuje ve formě Zn 2+, [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] Nekovy Fluor Fluor je produktem magmatu a je součástí mnoha minerálů fluorid CaF 2, kryolit Na 3 AlF 6. 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 SiF 2-6, 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] +, [FeCl 2 ] +, 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 mg/l, podle stupně odpaření. Zvláštním případem jsou u nás vody důlní 24

29 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 SO 2-4, 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 SO 2-4, 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 mg/l; mořská voda obsahuje mg SO 4. 25