Caracteristicile apei naturale

Caracteristicile apei naturale

Impuritatile ocazional intalnite in apa pot fi impartite in trei grupe, in functie de gradul de dispersie:

particule grosiere cu dimensiuni mai mari de 100 x 10^-9 m;

particule coloidale cu dimensiuni cuprinse intre (1 si 100) x 10^-9 m;

particule moleculare cu dimensiuni mai mici de 1 x 10^-9 m .

Particule grosiere si coloidale formeaza cu apa un sistem eterogen, iar particulele moleculare dispersate in solutie formeaza un sistem omogen. Nu exista o limita clara intre cele doua categori.

Materiile grosiere dispersate care produc turbiditatea apei constau din nisip, argila si alte particule de origine minerala si organica, antrenate din sol de catre apa in timpul ploilor puternice, topirii zapezii sau revarsarii raurilor. Apa naturala este inca transparenta atunci cand concentratia materiei grosiere dispersate este mai mica decat 5 mg/l. Aceste particule pot sedimenta daca densitatea lor este mai mare decat densitatea apei.

Particulele coloidale din apa sunt formate din compusi ai siliciului, aluminiului, fierului si din substante organice rezultate din descompunerea organismelor vegetale si animale. Ele nu sedimenteaza nici chiar dupa perioade mari de timp.

Particulele cu dimensiuni mai mici de 10 μm au o viteza de sedimentare sub 0,01 cm/s si la o slaba amestecare sau la fluxuri convective aceste particule vor fi uniform distribuite prin volumul total de apa.

Particulele sedimentabile sunt compuse din nucleul mineral si un strat organic, adica reprezinta un complex organo-mineral. Continutul componentei organice in aceste particule depinde de provenienta lor si variaza intre limitele 0-100%. Drept nuclee de “condensare” pentru substantele organice, insolubile in apele naturale, sunt particulele de SiO2 si CaCO3.

Pe linga particulele solide si bulele de gaz, apele naturale contin o multime de

microorganisme care formeaza o faza aparte a biocenozei si se afla intr-un echilibru dinamic cu mediul exterior.

Astfel, apa reprezinta un sistem heterogen multifazic de tip deschis care face schimb de substante si energie cu mediile invecinate (bazine acvatice, atmosfera, depuneri de fund) si cu componenta biologica.

Solutiile de saruri, acizi si baze constituie sistemele dispersate molecular. Cei mai intalniti ioni din apa sunt: Ca²⁺; Mg²⁺; Na⁺; Cl^-; SO₄^2-. Alti ioni se gasesc in apa naturala doar ca urme , desi ei influienteaza adesea proprietatile apei si transformarile suferite de acesta la temperaturi ridicate: in boilere, in timpul operatiei de racire in procesele tehnologice ale diferitelor industriei.

Ionii de calciu sunt cei mai des intalniti si in concentratii mari, in apa care nu contine cantitati mari de saruri (ape slab mineralizate), sursa de baza fiind calcarul, care este format din carbonati de calciu si este solubil sub influienta  dioxidului de carbon din apa. Continutul relativ de ioni de calciu scade cu cresterea gradului de mineralizare. Pe de alta parte, concentratia de carbonat si sulfat de calciu creste datorita evaporarii, iar in faza solida precipita si iese din solutie. Datorita solubilitatii mai mari a sulfatului de magneziu, apa naturala poate contine cantitati mai mari de ioni de magneziu, care pot ajunge la cateva grame pe litru in apele puternic mineralizate.

In apele naturale, dintre metalele alcaline, sodiul este cel mai intalnit. Concentratia ionilor de sodiu creste cu cresterea continutului mineral al apei.

Ionii de clor sunt prezenti in toate apele naturale, continutul lor variind intr-un domeniu larg. Similar, ionii de Na⁺ si Cl^- sunt caracteristici apelor cu un continut mai mare de saruri.

Ionii sulfat sunt foarte raspanditi, concentratia lor fiind mult mai mare in apele de adancime decat in cele de suprafata. Sursa de baza este reprezentata de catre gips (CaSO₄ x 2H₂O).

Ionii de hidrogen (H⁺) si ionii hidroxil (OH^-) sunt prezenti in apa ca rezultat al disocierii apei, in primul rand, dar si ca rezultat al disocierii acizilor sau bazelor. In apa chimic pura, concentratia acestor ioni este egala cu 10^-7 g/l si caracterizeaza reactia neutra a lichidului. Reactia unei solutii se exprima mult mai convenabil prin indicatorii pH si pOH, fiecare reprezentand logaritmul negativ al concentratiei ionilor H⁺ si OH^-. In mediu neutru pH =7 = pOH ; in mediu acid este caracterizat de inegalitatea pH < 7 < pOH, in timp ce un mediu bazic de pH>7>pOH.

In apele naturale ionii bicarbonat si in unele cazuri carbonat se gasesc suplimentar pe langa CO₂ gazos dizolvat si molecule nedisociate de H₂CO₃.

Compusii cu azot se gasesc in apele naturale sub forma de ioni de amoniu (NH₄⁺), ioni nitrat si nitrit, principalele surse fiind produsele rezultate din procesele de descompunere a materiei organice de natura vegetala sau animala.

Compusii fierului se gasesc in apele naturale sub forma de ioni bi- sau tri-valenti, sub forma de solutii reale, forma coloidala sau in suspensie. Apa subterana contine in special Fe(HCO₃)₂ care este usor hidrolizata si oxidata in prezenta oxigenului din apa. In apa de suprafata ionii de fier se gasesc sub forma  de compusi organici complecsi sau Fe(OH)₃.

Compusii cu siliciu sunt prezenti in apa sub diferite forme cu grade de dispersie diferite. Anhidrida silicica se combina cu cantitati diferite de apa formand acizi variati cu formula generala mSiO₂ x nH₂O. Continutul de compusi cu siliciu in apele de suprafata si in cele subterane , exprimat sub forma de SiO₃^2-, este de obicei de 0,6 – 40 mg/l, atingand 65 mg/l doar in cazuri exceptionale. O parte a compusilor cu siliciu, cuprinsa intre 3 si 15 % din continutul total, se gaseste sub forma coloidala ca particule de acid polisilicic. In apa naturala pot fi intalniti uneori cationii Al³⁺, Mn²⁺ si foarte rar K⁺.

Cele mai raspandite gaze din apa sunt azotul, oxigenul si dioxidul de carbon. Solubilitatea acestora depinde de temperatura si de presiunea partiala a gazului in spatiul de deasupra apei. Sursa de oxigen pentru apa naturala este atmosfera, din care oxigenul difuzeaza in apa prin suprafata de contact, urmand apoi a fi folosit in diferite procese de oxidare. Dioxidul de carbon din apa provine din procesele de oxidare a materiei organice. In apele adanci, cantitati mai mari de CO₂ pot proveni din reactiile chimice legate de schimbarea continutului mineral. Continutul de CO₂ poate fi redus fie prin degajarea sa in atmosfera fie prin formarea de carbonati de calciu si magneziu cu piatra de var si cu dolomitul.