Zawiesiny stałe

Składnikami zawiesin są przede wszystkim: koloidy, zanieczyszczenia muliste oraz pochodzący z rurociągów brud. Pochodzenie koloidów może być zarówno nieorganiczne jak i organiczne, koloidy zaś nie będąc ani roztworem rzeczywistym ani zawiesiną są przyczyną mętności wody. Aby określić stopień koloidalnego zanieczyszczenia wyznacza się tzw. indeks blokowania FI (ang. - fouling index) lub też korzysta z metod turbidymetrycznnych. Podczas badania FI mierzy się szybkość z jaką następuje blokowanie filtra standardowego. Metoda turbidymetryczna polega na pomiarze natężenia światła rozproszonego na cząstkach zawiesin. Ponieważ natężenie światła rozproszonego zależy od stężenia zawiesin można w ten sposób wyznaczyć ich stężenie w badanej wodzie. Ze względu na swoje rozmiary zawiesiny mogą przeszkadzać w analizie badanej próbki wody np. przez zablokowanie kolumn analitycznych, zatykanie porów membrany podczas przeprowadzania odwróconej osmozy. Obecność zawiesin może również mieć wpływ na pracę czujników oraz zaworów. W celu wyeliminowania zawiesin stosuje się filtry o różnej średnicy porów. Dla wyeliminowania większych cząstek wystarczy filtr o średnicy porów 10 - 20 mikrometrów. Aby usunąć mniejsze cząstki stosuje się ultrafiltrację lub też odwróconą osmozę.

Rozpuszczalne związki nieorganiczne

Do rozpuszczalnych związków nieorganicznych należą m. in. sole odpowiadające za twardość wody. Są to głównie sole wapnia i magnezu. Twardość przemijająca wywołana jest obecnością wodorowęglanów, natomiast twardość nieprzemijająca wywołana jest obecnością siarczanów i chlorków tychże metali. W wodzie znajduje się również dwutlenek węgla, który może reagować z wodą w wyniku czego powstaje kwas węglowy. W wodzie znajdują się również kationy sodu, glinu, żelaza (II) i żelaza (III), oraz aniony krzemianowe, fosforanowe i azotanowe.

Wskaźnikiem całkowitej zawartości zw. nieorganicznych w wodzie jest TDS (ang. total dissolved solids). TDS wyznacza się poprzez odparowanie próbki wody a następnie wygrzewanie powstałego osadu w temperaturze 180°C. Osad ten stanowią głownie zw. nieorganiczne takie jak sole, koloidy oraz nielotne zw. organiczne stabilne w temperaturze 180°C. Jednostką TDS jest ppm (ang. part per milion) a jego wartość można obliczyć dzieląc masę (wyrażoną w mg) osadu pozostałego po wygrzewaniu przez objętość próbki wody (wyrażoną w litrach). Jest to tzw. metoda bezpośrednia wyznaczania TDS. TDS można też szacować mnożąc przewodnictwo właściwe (wyrażone w μS/cm) badanej wody przez współczynnik 0,7.

Przewodnictwo elektryczne

Przewodnictwo właściwe jest to odwrotność oporu właściwego. Jego wartość najczęściej wyraża się w μS/cm (mikrosiemens/cm) lub S/m. Znając wartość oporu właściwego (rezystywności właściwej) można obliczyć wartość przewodnictwa. Jeśli opór jest wyrażony w MΩ·cm (megaohm·cm) to wartość przewodnictwa wyrażona w μS/cm równa jest odwrotności oporu. Przykładowo jeśli rezystywność wynosi 10 MΩ·cm to wartość przewodnictwa wynosi 0,1 μS/cm.

Wartość przewodnictwa właściwego wody zależy od temperatury, pH, stężenia i rodzaju jonów w niej obecnych. Wraz ze wzrostem temperatury przewodnictwo rośnie. Jeśli np. zwiększymy temperaturę wody o 1°C to przewodnictwo wzrośnie o 2% w wodzie wodociągowej i aż o 6% w wodzie ultra czystej.

Wartość pH wpływa w bardzo dużym stopniu na przewodnictwo, gdyż zależy od stężenia jonów wodorotlenkowych (OH-) i oksoniowych (H3O+). Obecność obu rodzajów jonów w czystej chemicznie wodzie powoduje że jej przewodność jest stosunkowo duża (0,055 μS/cm przy stężeniu obu jonów równym 10-7mol/dm3). Dlatego też przy pomiarach przewodnictwa zawsze mierzy się też pH.

Jeśli w wodzie oprócz jonów wodorotlenkowych i oksoniowych znajdą się jeszcze jakieś jony to przewodnictwo będzie większe niż w przypadku chemicznie czystej wody. Przykładowo wartość przewodnictwa dla 5% roztworu chlorku sodu wynosi 6,7·108 μS/cm a dla roztworu 25% 21,4·108 μS/cm.

Pomiary przewodnictwa najczęściej dokonuje się "on-line", co ma szczególne znaczenie dla wody o przewodności mniejszej niż 2 μS/cm (woda ultra-słodka). Dzieje się tak dlatego że bardzo czysta woda jest dobrym absorbentem zanieczyszczeń, a więc wartości przewodnictwa zmierzone na miejscu i w laboratorium mogą się diametralnie różnić. Ponieważ przewodnictwo zależy od temperatury, współczesne konduktometry mają możliwość standaryzacji wyników pomiaru do temperatury 250C. Dopiero takie wyniki można ze sobą porównywać przy określaniu jakości wody.

Zanieczyszczenia śladowe

Rezystywność jest doskonałym wskaźnikiem tzw. jakości jonowej wody czystej, jednak nie jest wystarczająca w zastosowaniach krytycznych. Jeśli zachodzi potrzeba, aby poziom zanieczyszczeń mierzyć w miliardowych lub niższych częściach zastosowanie znajdują następujące techniki analityczne:

  • chromatografia jonowa;
  • plazmowa spektrometria masowa ze sprzężeniem indukcyjnym;
  • spektrofotometria absorpcji atomowej w piecu grafitowym.

pH

Jeśli woda jest bardzo czysta, pomiar jej pH jest niezmiernie trudny. Dzieje się tak ponieważ posiada ona niską kondukcję powodującą niestabilność pomiaru pH-metrem. Wpływ mają również zanieczyszczenia, które ultra-czysta woda bardzo szybko łapie i które wpływają na jej pH. Do pomiaru takiej wody stosuje się specjalnie zaprojektowane pH- metry.

Dużym ułatwieniem jest to, że pH leży w danych granicach dla określonego przewodnictwa. Przykładowo, jeśli rezystywność jest równa 10 MWcm, to wartość pH musi zawierać się pomiędzy 6,6 i 7,6. dzieje się tak, ponieważ na pH oraz rezystywność wpływa stężenie jonów H+ w wodzie.

pH takiej wysoce czystej wody spada niekiedy do 4,5, ponieważ absorbuje ona dwutlenek węgla (CO2) z atmosfery. Nie oznacza to jednak, że woda ta jest bardzo zanieczyszczona. Zaledwie kilka ppm dwutlenku węgla powoduje obniżenie pH.

Rozpuszczone związki organiczne

Źródłem zanieczyszczenia typu organicznego jest rozkład roślinności. Najczęściej są nimi kwasy huminowe oraz fulwowe. Źródłem tego rodzaju zanieczyszczeń jest również człowiek. Rolnictwo, przemysł papierniczy, ścieki komunalne oraz przemysłowe to wszystko jest źródłem detergentów, olei, rozpuszczalników, tłuszczów, a także pozostałości po pestycydach oraz herbicydach.

Często związki zawarte w wodzie są wyługowane ze zbiorników lub rurociągów, albo pochodzą ze środków czyszczących.

Oczyszczalnie ścieków muszą być starannie przygotowane. Nie tylko mają za zadanie oczyszczać brudną wodą, ale także zapobiegać dostawania się zanieczyszczeń z samego systemu oczyszczania. Musimy pamiętać o tym, że sam system oczyszczania tę może stanowić źródło zanieczyszczeń.

Woda, w której zawarte są związki organiczne ma barwę żółto-brązową. Mogą one blokować tzw. żywice jonowymienne, a także zanieczyszczać wodę dopiero wyprodukowaną. Stopień w jakim woda została zanieczyszczona zw. Organicznymi mierzy się przy pomocy specjalnego testu absorpcji tlenu (OA - oxygen absorbed), w którym stosuje się r-r nadmanganianu potasu; można stosować również ChZT, czyli chemiczne zapotrzebowanie na tlen.

Aktualnie często stosuje się analizatory całkowitego węgla organicznego (TOC - total organic carbon). Są one bardzo czułe przy wykrywaniu minimalnych zawartości związków organicznych. Mierzy się nimi całkowity utlenialny węgiel organiczny (TOOC), który jest obecny w badanej próbce, co świadczy o zawartości związków organicznych.

Woda, w której zawartość TOC jest poniżej 10ppm (czyli jest niska) nadaje się do badań takimi technikami jak:

  • HPLC;
  • kultury tkankowe;
  • analiza fluoroscencyjna.

Gdy używamy technik detekcji UV, koniecznie woda musi w małym stopniu absorbować promienie UV (mniej od 0,0001 jednostek absorpcji dla długości fali równej 254 nm).

Mikroorganizmy

W wodach powierzchniowych żyje szereg mikroorganizmów takich jak: bakterie, pierwotniaki, ameby, wrotki, algi czy okrzemki. Jednak woda w laboratoriach jest uzdatniona, a zatem prawie pozbawiona mikroorganizmów. Pitna woda, którą stosuje się w laboratoriach, zawiera około jedną kolonię bakterii na mililitr. Głównie nad bakteriami prowadzi się badania. Tak mała ich ilość w wodzie pitnej jest wynikiem dezynfekcji przy użyciu "końcowej" ilości chloru, bądź też innego środka do dezynfekcji. Jeśli usuniemy te środki z wody, bakterie znowu mają szansę rozwoju.

Do zadań tzw. systemu wody ultra-czystej, z zakresu mikrobiologii zaliczamy:

  • usunięcie bakterii z wody zasilającej;
  • zapobieganie ponownemu przedostaniu się bakterii do systemu;
  • uniemożliwienie rozwoju bakteriom;
  • zagwarantowanie braku obecności bakterii w wyprodukowanej partii wody.

Bakterie to organizmy jednokomórkowe. Ich liczba rośnie wykładniczo. Dobre warunki dla ich rozwoju stwarza praktycznie każde środowisko. Przetrwają wszędzie, nawet w rozpuszczonych zw. nieorganicznych i organicznych.

Często zdarza się, że bakterie dostają się do systemów oczyszczania z wód je zasilających lub z miejsca poboru wody już oczyszczonej. Dzieje się tak w systemach wadliwych.

W samym systemie bakterie są zdolne do przyklejania się zbiorników magazynowych, czy też wkładów dejonizacyjnych. Dzieje się tak ponieważ mają one zdolność do wydzielania lepkiej substancji o polimerycznej budowie.

Wykrycie oraz liczenie bakterii odbywa się na drodze filtracji próbki wody (filtr 0,45 mikronowy), a następnie hodowli tych bakterii na specjalnej pożywce. Bakterie można zabić środkami dezynfekującymi (nadtlenkiem wodoru, wodorosiarczynem, podchlorynem). Wraz z bakteriami należy usuwać również ich wydzieliny i lipopolisacharydy komórkowe.

Pyrogeny - nazwa ta oznacza dosłownie "wywołujące gorączkę". Są to części bakteryjnej błony komórkowej. Jeśli wstrzykniemy wodę, która zawiera pyrogeny jakiemuś ssakowi następuje wzrost jego temperatury ciała. Pyrogeny negatywnie wpływają także na badania nad kulturami tkankowymi.

Pyrogeny wykrywa się wstrzykując wodę królikom, a następnie monitorując ich temperaturę ciała. Można je wykrywać również przy pomocy testu LAL (Limulus Amoebocyte Lysate). Jest bardzo czuły i wykrywa minimalne poziomy endotoksyn.

Rozpuszczone gazy

Tlen (O2) i dwutlenek węgla (CO2) to dwa, najczęściej spotykane gazy wód naturalnych. CO2 usuwa się przy pomocy żywic jonowymiennych. O2 również usuwa się tymi żywicami jednak w formie siarczanowej. Zawartość rozpuszczonego O2 w wodzie można monitorować elektrodami, które są selektywne dla tlenu.

Woda surowa

Jest to surowiec, który w przeciwieństwie do innych ma zmienną jakość. Jest ona inna w różnych regionach geograficznych, a także zależy od pór roku. Woda z naturalnych źródeł zazwyczaj jest miękka i ma niskie TDS, natomiast jest obficie zanieczyszczona zw. organicznymi (najbardziej koloidami). Natomiast woda ze podziemna ma wysokie TDS, jest twarda i ma mało zanieczyszczeń organicznych.

Wahania jakości najlepiej zaobserwować w wodach typu powierzchniowego. Jesienią, a także zimą, gnijące liście i inna roślinność są źródłem materii organicznej, która zasila wody powierzchniowe. Szczyt zanieczyszczeń organicznych przypada na styczeń oraz luty, a minimum notuje się na przełomie lipca i sierpnia.