Kémiai értelemben vett összetételő, csak hidrogént és oxigént tartalmazó tiszta víz (H2O) a természetben nem létezik. Az ivóvíz és az iparban használt víz igen híg oldatoknak, vagy szuszpenzióknak tekinthető. Az ivóvizek különféle gázokat és sókat tartalmaznak oldott állapotban, míg az iparban használt vizek gyakran oldhatatlan szilárd részecskéket is tartalmaznak szuszpenzió alakjában.
76 A víz a vele érintkező levegőből, ill. a különböző gázokból az anyagi minőség, a hőmérséklet és a nyomás függvényében különböző mennyiséget képes oldani. A vízben oldott levegő összetétele 36% O2 és 64 % N2, tehát oxigénben a levegőben lévő O2/N2
viszonyhoz (21/78) képest dúsul. Néhány gáz vízben való oldhatóságát a 4-1. táblázat mutatja.
4-1. táblázat Néhány gáz vízben való oldhatósága
Ha a vízben nem lennének élőlények, a légköri oxigén parciális nyomásától (azaz nagyjából mennyiségétől) és a víz hőmérsékletétől függő mértékben oldódna a vízben.
Hideg vízben több, melegben kevesebb oxigén oldódik, a telítettség nagyjából 100%
lenne. A vízben oldott oxigén hatására a növényzetből származó hulladék anyagok oxidálódnak, miközben szén-dioxid képződik. Az algák és hínárok oxigént juttatnak a vízbe, mert a fotoszintézis során a víz oxigénjét felszabadítják. (Fotoszintézis: a növények napfényben szén-dioxidot lélegeznek be és oxigént lélegeznek ki. Éjszaka azonban, vagy fény hiányában a növények is oxigént lélegeznek be és szén-dioxidot bocsátanak ki).
Oxigént lélegzik sok baktérium, minden vízi állat az apró rákoktól a halakig, és persze a növények is. Ha túl sok alga vagy hínár terem a vízben, délutánra lényegesen 100% fölé nőhet az oxigén telítettség a gyors fotoszintézis miatt, éjszaka viszont nagyon lecsökken
77 az intenzív légzés miatt. Ha 2 mg/l alá csökken az oxigén koncentrációja, a halak akár el is pusztulhatnak.
Fehérje típusú anyagok bomlása útján kén-hidrogén és ammónia képződik. Ezek a gázok szintén oldódnak vízben. A szén-dioxid jelentősen növeli a víz karbonát oldó hatását; a tiszta vízben gyakorlatilag oldhatatlan kalcium-, magnézium-karbonát hidrogén-karbonátok (savanyú hidrogén-karbonátok) képződése közben oldódik (4-1- és 4-2 reakciók):
A kálcium-karbonát - víz - szén-dioxid egyensúlyi rendszernek óriási szerepe van a természetben lejátszódó mész-szénsav egyensúly lefolyásában (4.3. ábra).
4.3. ábra: A természetes vizekben lejátszódó mész-szénsav egyensúly
Ahogy azt már említettük a kálcium-karbonát vízben rosszul oldódó só, a természetben kalcit és aragonit kristály formájában fordul elő, a mészkő és a márvány fő komponense.
101.3 kPa nyomáson és 298 K hőmérsékleten vízben való oldhatósági szorzata nagyon kicsi, 4.8*10-9. A szén-dioxid parciális nyomása a tiszta levegőben 30 Pa és vízben jól oldódik szénsav keletkezése közben. A keletkezett szénsav gyenge sav, és a
78 körülmények függvényében hidrogén-karbonát (bikarbonát)- és/vagy karbonát ionokat hoz létre (4.4. ábra).
4.4. ábra: A mész – szénsavegyensúly pH függése
A szénsav tartalmú vizes oldat a sziklák kálcium-karbonát, magnézium-karbonát és vegyes (kálcium-magnézium-karbonát) tartalmát hidrogén-karbonátok keletkezése közben feloldja. A fenti egyensúly fenntartásához szükséges CO2 az ún. járulékos, vagy tartozékos szén-dioxid. Az egyensúlyinál több CO2 az ún. agresszív szén-dioxid. A járulékos és az agresszív CO2 együttes mennyisége a szabad CO2. A hidrogén-karbonátba beépült CO2 az ún. kötött CO2. Az agresszív CO2 nem csak a karbonátos kőzetekre fejt ki oldó hatást, hanem a szilikátos kőzetek is elmállanak, miközben SiO2 és agyag keletkezik. A vízben oldott gázok közül az oxigén és a szén-dioxid a vas korróziója szempontjából igen káros. A vízben oldott szabad szénsav hatására fém-szulfidokból hidrogén-szulfid keletkezik (4-3 reakció):
A víz körforgása során (4.5. ábra) a lehulló csapadék a talajból tehát ásványi anyagokat old ki. A talaj változó ásványi-anyag tartalma, és az oldódási idő határozza meg, hogy helyenként a víz mennyi és milyen anyagokat tartalmaz. Azonban amilyen
79 könnyen oldódnak ezek az ásványok, olyan könnyen ki is tudnak válni a vízből, kemény rétegben lerakódva a csaptelepen, vízcsövekben, és mindenhol ahol víz folyik át. Ezt a lerakódott kemény réteget vízkőnek nevezzük.
4.5. ábra: A víz körforgása
A vízkőképződés ugyan egy természetes folyamat, de miért káros a vízkő (4.6. ábra)?
- A lerakódás mértéke a hőmérséklet növekedésével folyamatosan nő, emiatt a vízmelegítőkben, kazánokban, mosógépekben a lerakódás vastagabb lesz. A lerakódó vízkő a csővezetékekben csökkenti annak keresztmetszetét, ezáltal csak kevesebb víz tud átfolyni. Az évek során a kisebb átmérőjű csövek teljesen el is tömődhetnek. A lakóházak csővezetékének cseréje elég munkaigényes és a költsége sem alacsony.
- A vízkő a víznél sokkal rosszabb hővezető, ami a fűtőszálaknál okoz gondot.
Romlik a hő átvitel, romlik a fűtőteljesítmény, vagy drasztikusan megnő az elektromos fogyasztás. Így nem csak a fűtőszál cseréjével kell számolni, hanem az időközben felmerülő plusz költségekkel is.
- A mosás kemény víznél több mosóport és adagoló szereket igényel. Mosás után a ruhák is keményebbek lesznek.
80 - A csaptelepeken lerakódó vízkő nem csak esztétikailag okoz gondot. A tisztítása sem egyszerű. A vízkő nehezen oldódik, és savas vegyszereket igényel, ami a csapok szépségén is sokat ronthat, hiszen erősen maró hatásúak. A vegyszerek használata a környezetet is nagymértékben szennyezi.
4.6. ábra: Vízkőlerakódás hétköznapban használatos tárgyak felületén A vízben oldott egyéb anyagok:
A vízben oldott egyéb anyagok:
A vízben oldott egyéb anyagok:
A vízben oldott egyéb anyagok:
- Fe2+, Mn2+: A talajban átszivárgó víz annak vas- és mangántartalmát is oldatba viheti leggyakrabban hidrogén-karbonát, esetleg szulfát formájában, de oldólag hat rájuk a vízbe kerülő huminsav is. A vas(II)-hidrogén-karbonát csak oxigénmentes vízben állandó, oxigén hatására vas-oxid-hidroxid válik ki belőle (4-4 reakció):
- NH4+, NO2-, NO3-: Jelenlétük a víz szennyezettségére utal. Ezek vagy emberi és állati anyagcsere termékek lebomlása révén kerülnek a talajon keresztül a vízbe, vagy a talajba juttatott műtrágyák kimosódásából származnak.
- Metán: A mélyfúrású (300-350 m) kutakból származó víz gyakran erősen szennyezett metánnal. Tartalma elérheti az 500-600 l/m3-t is.
81 - A víz szerves anyagokat is tartalmazhat oldott állapotban. Bár a növényi- és állati eredetű szerves anyagok kevéssé oldódnak vízben, humuszsavak alakjában való jelenlétük sok gondot okoz a vízelőkészítésben.
- A települések, és az ipari üzemek szennyvizei által mérgező anyagok is kerülhetnek a vízbe (ólom, cink, réz, higany, arzén, cián, savak, lúgok, stb.), amelyek jelentősen megváltoztatják a víz pH-ját, oxigéntartalmát, biológiai- és bakteriológiai tulajdonságait.
A legfontosabb természetben található vízforrások jellemzőit A legfontosabb természetben található vízforrások jellemzőit A legfontosabb természetben található vízforrások jellemzőit
A legfontosabb természetben található vízforrások jellemzőit az alábbiakban foglaljuk össze:
- Légköri víz Légköri víz Légköri víz Légköri víz (eső, harmat, köd, dér, hó, pára, stb.): a legtisztább természetes víz, de kémiai értelemben ez sem tiszta, a levegőben lévő gáznemű (O2, N2, CO2, SO2, NH3, stb.) és lebegő szilárd anyagok (korom, szervetlen sók, organikus anyagok) szennyezik. A lehulló csapadék vagy felszíni vizekbe vagy ismét a légkörbe jut, vagy beszivárog a talajba.
- Talajvíz: Talajvíz: Talajvíz: Talajvíz: Közvetlenül old alkáli- és alkáliföldfém-kloridokat, -szulfátokat, kisebb mennyiségben - nitrátokat, -nitriteket. Legnagyobb jelentőségű a talajból felvett CO2, mert ennek hatására a víz a talaj egyes anyagait kémiai folyamatban oldható vegyületekké alakítja. A vas- és mangán vegyületeket szén-dioxid jelenlétében hidrogén-karbonát formájában oldja a víz.
- Felszíni vizek:Felszíni vizek:Felszíni vizek:Felszíni vizek: patakok, folyók, csatornák, tavak vizei. A felszíni vizekbe vezetik a gyárak és lakott területek szennyvizeit. Összetételüket a bennük élő szervezetek is
82 befolyásolják. Amikor a talajvíz a felszínre kerül, megváltozik a benne oldott gázok mennyisége (CO2-tartalom csökken, O2-tartalom nő). Az oldott oxigénnek nagy szerepe van a vízben élő növények és állatok oxigén ellátásában.
A természetes vizekben leggyakrabban előforduló anyagok:
- gázneműek: CO2, O2, N2
- kationok: Ca2+, Mg2+, Na+, Al3+, Fe2+,Mn2+, NH4+
- anionok: Cl-, SO42-, HCO3-, SiO32-, NO3-, NO2-
A felszíni vizek jellemző kémiai összetételét, és koncentráció tartományát a 4-2.
táblázat mutatja be.
4-2. táblázat: A felszíni vizek jellemző összetétele
A 4-3. . . . táblázat adataiból nagyon jól látható, hogy a tengervíz sótartalma nagyságrendekkel nagyobb, annak sótalanításához külön technológiai megoldások bevezetésére van szükség.
4-3. táblázat: Esővíz, folyóvíz, tengervíz jellemző összetétele
83 - Ásványvíz: olyan természetes eredető víz, amelynek kémiai összetétele, fizikai tulajdonsága a szokásostól eltérı; az összes oldott sótartalma legalább 1 g/dm3, vagy egy-egy vegyületbıl egy megállapított határértéknél nagyobb mennyiséget tartalmaz; hımérséklete a környezet évi középhımérsékleténél magasabb (termálvíz). Gyógyvíznek azt az ásványvizet nevezzük, amelynek valamely gyógyhatása van. A természetes ásványvizekben elıforduló összetevıket, valamint az azokra vonatkozó határértékeket a 4-4. táblázat tartalmazza.
4-4. táblázat: A természetes ásványvizekben előforduló összetevők és azok határértékei Forrás: 65/2004. (IV. 27.) FVM-ESzCsM-GKM együttes rendelet a természetes ásványvíz,
a forrásvíz, az ivóvíz, az ásványi anyaggal dúsított ivóvíz és az ízesített víz palackozásának és forgalomba hozatalának szabályairól.
A kereskedelemben is kapható természetes ásványvizeket –a teljesség igénye nélkül- az alábbiak szerint csoportosíthatjuk:
- csekély ásványianyag-tartalmú ásványvíz: az ásványi-anyag szárazanyag-tartalma kevesebb, mint 500 mg/l.
- nagyon csekély ásványianyag-tartalmú ásványvíz: az ásványi-anyag szárazanyag-tartalma kevesebb, mint 50 mg/l.
- ásványi anyagban gazdag ásványvíz: az ásványi-anyag szárazanyag-tartalma több mint 1500 mg/l.
- hidrogén-karbonát tartalmú ásványvíz: hidrogén-karbonát tartalma több mint 600 mg/l.
- szulfát-tartalmú ásványvíz: szulfáttartalma több mint 200 mg/l.
- klorid-tartalmú ásványvíz: klorid tartalma több mint 200 mg/l.
- kalcium-tartalmú ásványvíz: kalcium tartalma több mint 150 mg/l.
- magnézium-tartalmú ásványvíz: magnézium tartalma több mint 50 mg/l.
84 - fluorid-tartalmú ásványvíz: fluorid tartalma több mint 1 mg/l.
- vastartalmú ásványvíz: a kétértékő vastartalma több mint 1 mg/l.
- savas ásványvíz: szabad szén-dioxid-tartalma több mint 250 mg/l.
- nátrium-tartalmú ásványvíz: nátrium tartalma több mint 200 mg/l.
- nátrium-szegény diétához alkalmas ásványvíz: nátrium tartalma kevesebb, mint 20 mg/l.