Претражи овај блог

среда, 23. мај 2012.

Hemijska analiza pijace vode

HEMIJSKA ANALIZA PIJACE VODE 1. VODA I SASTAV VODE UVOD Voda je jedan od bitnih uslova za opstanak biljaka, čoveka i životinja. Voda pokriva 70,8% ukupne zemljine površine, utiče na sastav vazduha i ulazi u sastav tela svih organizama neophodnih za odvijanje mnogih biohemijskih procesa u telima živih bića.Voda je hemijsko jedinjenje kiseonika i vodonika. Hemijska formula vode je H2O. Voda je supstanca bez mirisa, ukusa i boje. Temperatura mržnjenja vode je 0°C, a temperatura ključanja je 100°C. Čvrsto agregatno stanje se zove led, a gasovito para. 1.1. VRSTE PRIRODNIH VODA Voda se u prirodi ne pojavljuje u hemijski čistom obliku jer absorbuje različite organske i neorganske supstance čija količina znatno varira. Od količine ovih sastojaka zavise i karakteristike vode. Voda se prema svojoj prirodi deli na: 1.1.1. atmosfersku: kiša, sneg, rosa, mraz, magla itd. 1.1.2. površinsku: okeani, mora, reke, jezera, močvare 1.1.3. podzemnu: reke ponornice, izvori itd. 1.2. KLASIFIKACIJA VODE 1.3.1 KLASA I – vode koje se u prirodnom stanju ili posle dezinfekcije, mogu upotrebljavati ili iskorištavati za snabdevanje naselja vodom za piće, u prehrambenoj industriji i za gajenje plemenitih vrsta riba (salmonida). 1.3.2 KLASA II – vode koje su podesne za kupanje, rekreaciju i sportove na vodi, za gajenje manjih plemenitih vrsta riba (ciprinida), kao i vode koje se uz standardne metode obrade (koagulacija, flokulacija i dezinfekcija) mogu upotrebljavati za snabdevanje naselja vodom za piće i u prehrambenoj industriji. 1.3.3 KLASA III – vode koje se mogu upotrebljavati ili iskorištavati za navodnjavanje i u industriji, osim u prehrambenoj. 1.3.4 KLASA IV – vode koje se mogu upotrebljavati ili iskorištavati samo posle posebne obrade. 1.3. KARAKTERISTIKE VODE • struktura i osobine vode • temperatura ključanja • gustina • površinski napon • polarnost • toplotne osobine • gasovi u vodi 1.4. Molekul H2O Voda je tečnost bez mirisa i ukusa koja je prisutna skoro svuda: u okeanima, morima, rekama, jezerima, gasovita u oblacima, zamrznuta u glečerima ili u velikim podzemnim bazenima ispod krečnjačkih stena. Ovu vodu neprestano koristi živi svet koji bez nje ne može da živi. Ljudsko telo čini 72 odsto vode, pri čemu ono stalno unosi i izbacuje nove količine. Voda je presudna za Metabolizam u organizmu, pošto omogućuje varenje i kasnije rastvaranje hrane u ćelijama, ali i čišćenje ćelija od otpada. Smatra se da bi svakog dana u telo trebalo uneti oko osam čaša vode, ali to nije naučno potkrepljeno pošto mnogi ljudi piju znatno manje vode. Kako bi zadovoljila svoje ogromne potrebe za vodom, ljudska civilizacija vodu crpe ispod zemlje, iz reka, ili iz mora, a potom je vodovodima dovodi u gradove, do stanova i česmi. Sva voda, hemijski posmatrana sačinjena je od istog molekula H2O. Ovo nam govori da je voda sastavljena od dva atoma vodonika (Н) i jednog atoma kiseonika (O). Električne karakteristike i prostorni izgled ovog molekula su zaista specifične, pa određuju mnoge od dobro poznatih svojstava vode. 2. HEMIJSKA ANALIZA PIJACE VODE • tvrdoća • alkalitet • pH vrednost • gvožđe • biološka potrošnja kiseonika (BPK) • hemijska potrošnja kiseonika (HPK) • kolorimetrijska refluks metoda 2.1.TVRDOĆA Tvrdoću vode čine isključivo sadržaj rastvorenih soli kalcijuma i magnezijuma u vodi. Tvrdoća voda deli se na: - karbonantnu (KT) - nekarbonantnu (NK) i - ukupnu (UT). Karbonantnu tvrdoću čine hidrogenkarbonati i karbonati kalcijuma i magnezijuma. Nekarbonantnu čine ostale soli Ca i Mg (hloridi, sulfati, nitriti, silikati). Ukupnu tvrdoću čine sve ostale soli Ca i Mg, tako da je jednako zbiru karbonantne i nekarbonantne tvrdoće. Druga podela tvrdoće vode: 1) prolazna 2) stalna 3) ukupna. Prolaznu tvrdoću čine samo hidrogenkarbonati Ca i Mg. Naziv prolazna tvrdoća potiče odatle što se pri dužem zagrevanju vode na 90-95°C termički nestabilan kalcijum i magnezijum hidrogenkarbonati razlažu na teže rastvorene karbonate i bazni karbonat smanjujući i tvrdoću vode. To se vrši po reakcijama: Ca(HCO3)2 = CaCO3 + CO2 + H2O Mg(HCO3)2 = Mg CO3 + CO2 + H2O Mg(HCO3)2 = MgCO3Mg(OH2) + 3CO2 + H2O Stalnu tvrdoću čine karbonati, sulfati, hloridi, nitriti, silikati Ca i Mg. Prema ukupnoj tvrdoći sve prirodne vode se dele na: Veoma ukupne sa tvrdoćom 0 – 70 mg CaCO3/l Meke sa 70-140 mg CaCO3/l Srednje meke sa 140-210 mg CaCO3/l Srednje tvrde sa 210-320 mg CaCO3/l Tvrde sa 320-540 mg CaCO3/l Veoma tvrde preko 540 mg CaCO3/l. 2.2.ALKALITET VODE Potiče od hidroksida, karbonata i bikarbonata alkalnih i zemno-alkalnih metala. Određuje se titracijom uz metil-oranž i fenolftalein. Izražava se brojem ml 0,1M kiseline potrebne za neutralizaciju 1l vode. Alkalitet se određuje titracijom vode, rastvorom hlorovodonične kiseline ili rastvorom sumporne kiseline uz indikatore fenolftalein i metiloranž.Ukupan alkalitet (T alkalitet)čine alkalitet prema fenolftaleinu i alkalitet prema metil-oranžu.Alkalitet prema fenolftaleinu ( p alkalitet) potiče od prisustva hidroksida ili karbonata ili smeše hidroksida i karbonata.Alkalitet prema metiloranžu (m alkalitet) može poticati od karbonata i bikarbonata pojedinačno, ili smeše karbonata i bikarbonata. Istovremeno prisustvo hidroksida i bikarbonata u uzorku nije moguće, jer oni reguju međusobno prema jednačini: HCO3-+OH-CO3-+H2O Određivanje alkaliteta vodeUkupan (T ) alkalitet se određuje titracijom 100,0 mL vode, rastvorom sumporne kiseline,koncentracije 0,05 mol/L, uz indikatore fenolftalein i metiloranž.Za uzorke kod kojih je početni pH>8,3, titracija se izvodi u dva stupnja:I. uz indikator fenolftalein, dok se indikator ne obezboji (p alkalitet );II. uz indikator metiloranž, do prelaska boje indikatora iz žute u narandžastu(malkalitet );Za uzorke kod kojih je početni pH<8,3, titracija se izvodi u samo jednom stupnju, određuje sesamom alkalitet . 2.3.pH VREDNOST pH vrednost uzorka vode je mera koncentracije vodonikovih jona u uzorku. Brojčano, pH vrednost predstavlja negativan dekadni logaritam koncentracije vodonikovih jona –log [H+]. pH skala se kreće u rasponu od 0 do 14. U neutralnoj sredini, pH vrednost je 7. Pri pH=7 kncentracija jona vodonika je 10 puta veća nego pri pH=8. Rastvori čija je pH vrednost ispod 7 su kiseli, dok su rastvori sa pH iznad 7 bazni. U pogledu pH vrednosti voda se može ovako okarakterisati: • 0 – 3 jako kisela • 3 – 5 kisela • 5 – 6 slabo kisela • 6 – 7 nakisela • 7 neutralna • 7 – 8 blago bazična • 8 – 9 slabo bazična • 9 – 10 bazična • 10 – 14 jako bazična 2.3.1.Postupak odredjivanja pH vrednosti Isprati elektrode destilovanom vodom, pokupiti kapljice filter hartijom I uroniti elektrode u uzorak nepoznate pH vrednosti. Pritisnuti funkcijsku tipku za merenje pH vrednosti. Na ekranu ocitati pH vrednost posle merenja, elektrode se izvuku iz uzorka operu destilovanom vodom a kapi vode sa elektroda se pokupe filter hartijom. 2.3.2.Opis pH metra Sastoji se od staklene elektrode I zasicene kalomelove elektrode specijalnog oblika koji se potapa u ispitivani uzorak vode I ocita pH vrednost. 2.4.GVOŽĐE 2.4.1.OPŠTE KARAKTERISTIKE Gvožđe pripada VIIb grupi periodnog sistema i spada u grupu prelaznih metala. Gvožđe je uobičajen metal u Zemljinoj kori i predstavlja četvrti element po rasprostranjenosti. Javlja se u obliku oxida, karbonata, silikata, hlorida, sulfata, sulfida. Soli gvožđa (kao što su hloridi) su visoko rastvorene u vodi, ali Fe(II) se lako oxiduje sa Fe(III), koje gradi nerastvorni hidroxid koji flokuliše, i taloži se, tako da se u sirovoj vodi iz površinskih izvorišta očekuje niska koncentracija gvožđa. Ispiranje soli Fe i industrijskog otpada može biti izvor zagađenja gvožđem. 2.4.2.POREKLO U VODI Gvožđe je dosta rasprostranjeno u zemlji ali zbog slabe rastvorljivosti njegovih oxida, hidroxida i karbonata sadržaji u podzemnim vodama su dosta niski. Maximalne količine gvožđa javljaju se u jako kiselim vodama (pH < 3), koje su karakteristične za zone sulfidnih orudnjenja tako da njegov sadržaj može da dostigne i do 1g/l. Za razliku od oxidacionih sredina, u redukcionim sredinama, sadržaj gvožđa u podzemnim vodama dostiže do desetine mg/l. U prisustvu slobodnog kiseonika Fe2+ je nepostojan i lako prelazi u Fe3+. U većini slučajeva pomenuti procesi se dešavaju uz učešće gvožđevitih bakterija. 2.5.BIOLOŠKA POTROŠNJA KISEONIKA (BPK) BPK je količina kiseonika potrebna da se izvrši biološka desidacija prisutnih biološki razgradivih sastojaka vode. BPK je masena koncentracija rastvorenog kiseonika koji je utrošen za biološku oksidaciju organskih ili neorganskih materija u vodi. BPK se najčešće određuje u toku pet dana na t° 20°C pri čemu se smatra da se tom analizom obuhvata oko 70-80% biorazgradivih materija. BPK se može odrediti na više načina: Metodom razblaženja: uzorcima vode se dodaje tolika količina čiste vode zasićene kiseonikom da se i posle pet dana u njima sa sigurnošću može dokazati prisustvo kiseonika. Manometarskom metodom: uzorak vode u hermetički zatvorenom sudu se nalazi u kontaktu sa odmerenom zapreminom vazduha. Smanjenje pritiska je povezano sa utroškom kiseonika u biohemijskom procesu. Kalometrijskom metodom: kiseonik koji se troši u biohemijskim procesima se proizvodi elektrolitički. Proizvedena količina kiseonika proporcionalna je količini utrošene električne energije. Ocena kvaliteta vode na osnovu vrednosti BPK Veličina BPK koristi se za kvantitativnu karakterizaciju prisustva u vodi mikrobiološki razgradljivog zagađenja. Na osnovu odnosa BPK5/BPKukupno može se dobiti informacija o biološkoj razgradljivosti organskog zagađenja u vodama. Što je ova vrednost bliža jedinici zagađenje je lakše mikrobiološki razgradljivo. Kvalitet površinskih voda prema vrednosti BPK5 se definiše: I klasa < 2 mgO2/l II klasa < 4 mgO2/l III klasa < 7 mgO2/l IV klasa < 20 mgO2/l 2.6.HEMIJSKA POTROŠNJA KISEONIKA (HPK) HPK je količina kiseonika koja je potrebna da se izvrši oksidacija svih oksidobilnih materija hemijskim putem. HPK se može meriti po: 1. otvorenoj titrimetrijskoj refluks metodi 2. zatvorenoj titrimetrijskoj refluks metodi 3. zatvorenoj kolorimetrijskoj refluks metodi Princip prve dve metode je isti. Otpadna voda se kuva sa jakim oxidacionim sredstvom kao što je kalijum dihromat u 50% sumpornoj kiselini i nakon dva sata titracijom sa standardnim rastvorom feroamonijum-sulfata određuje se višak neizreagovanog dihromata. Kod zatvorenog metala u reakcije oksidacije ulaze i eventualno prisutne volatile komponente zbog njihovog dužeg kontakta sa oksidansom, jer se reakcije oksidacije odigravaju u zatvorenom sistemu. Kod trećeg pomenutog metala razlikuje se samo korak određivanja neizreagovanog dihromata, jer se njegova koncentracija određuje spektrofotometrijski, poređenjem sa standardima na 600nm. 2.7.KOLORIMETRIJSKA REFLUKS METODA Metoda se zasniva na merenju optičke propustljivosti uzorka koji sadrži nastali Cr3+ jon ili neizreagovani dihromatni jon. Za ovu metodu postoji oprema koja se lako može izneti na teren u vidu bloka za grejanje, prenosivog spektrofotometra i već pripremljenih reakcionih kireta sa reagensima. Naravno i u tom slučaju je potrebno obezbediti električnu energiju za grejanje grejnog tela jer se reakcija oksidacije odigrava na povišenoj t° (grejno telo mora imati mogućnost postizanja t° do 150±2°C). Metod se sastoji u tome da se u epruvetu doda 2ml uzorka. U epruvetama se nalaze svi potrebni reagensi za određivanje HPK. Zatim se epruveta stavi u reaktor i zagreva 2 sata na 150°C. Nastali Cr3+ ili preostali Cr2O42- jon se određuje spektrofotometrijski ili kolorimetrijski. Najčešće se određuje Cr3+ jon spektrofotometrijski na 620nm. Odnos BPK5/HPK i biorazgradivost organskih materija u vodi Na osnovu vrednosti HPK, BPK5 i BPKukupno može se zaključiti sledeće: •BPKukupno iznosi od 0-93% HPK, a BPK5 od 0-100% BPKukupno •Organske materije u vodi, kod kojih se vrednost za BPKukupno malo razlikuje od vrednosti za HPK ili BPKukupno do BPKukupno su materije koje su lako biološki degradibilne •Materije sa izrazito različitim vrednostima BPK i HPK a naročitoBPK5 i BPKukupno su teško biološki degradibilne. 3.PROVERA TAČNOSTI REZULTATA HEMIJSKE ANALIZE VODE Kontrola kvaliteta rezultata analize za tačno razumevanje analize vode, za pravilnu ocenu i klasifikaciju vode potrebno je dobro poznavanje hemijskih procesa i analitičkih metoda, kao i promena koje su moguće u uzorku i posledica koje one imaju na kvalitet vode. Promene koje se odvijaju utiču na rezultat, a moguće su u svim fazama analize, od uzorkovanja, pripreme uzorka,čuvanja analize I izvođenja analize. Hemijske promene, odnosno reakcije koje se odvijaju u vodi su: •reakcije rastvaranja i taloženja, •oksido-redukcione reakcije, •reakcije jonske izmene, •reakcije neutralizacije, rekacije sorpcije. Dakle, retko kad vodu i sve reakcije koje se dešavaju u njoj možemo posmatrati izolovano od okoline.Provera tačnosti urađene analize izvodi se na osnovu kriterijuma prihvatljivosti kontrole kvaliteta. Za to postoji nekoliko načina. Jedan od njih je:• proračun ukupnih rastvorenih materija za koje rezultat treba da se složi sa sledećim zbirom (mg/L): ukupne rastvorene materije = 0,6 (alkalitet)+Na+K+Ca+Mg+Cl+SO4+SiO3+(NO3-N)+F. Ako je izmerena koncentracija veća od izračunate, može biti da značajan doprinos nekih komponenti nije uzet u obzir pri izračunavanju. Ako je ta razlika veća od 20 % potrebno jeuzeti nove podatke koji se koriste u računu. Drugi postupak provere tačnosti analize vode su:•odnos ukupnih rastvorenih materija (mg/L) i provodljivosti (µS/cm) treba da bude uopsegu od 0,55 do 0,7. Ako to nije slučaj, potrebno je ponoviti merenje. Treći postupak je:•ravnoteža katjona i anjona u vodi.Za svaku vodu važi da je elektroneutralna, pa se može za prirodne vode pisati: 2 [Ca2+]+2 [Mg2+]+[K +]+[Na+]+[NH4+]+[Mg2+]+2[Fe2+]+2[Mn2+]=[Cl-]+[NO3-]+2[SO42-+x[PO43-]pričemu simboli u zagradama predstavljaju molarne koncentracije. Silicijumova kiselina nijeuzeta u obzir u jonskom bilansu, jer je u prirodi nedisosovana. Kod fosforne kiseline u zavisnosti od pH postoji različita zastupljenost pojedinih anjona, pa se u zavisnosti od pH uzima različita vrednost x. Odstupanja do 5 % se tolerišu u računu jonske ravnoteže, a kod slabo mineralizovane vode i do 10 %, a uvek treba voditi računa i o uticaju kompleksnih jedinjenja na jonsku ravnotežu.U tačno urađenoj analizi vode zbir koncentracija anjona jednak je zbiru koncentracija katjona: Σanjona =Σkatjona sa dopuštenim odstupanjem±2 %. Obe sume izražavaju se u meq/L. Prema standardnim metodama za analizu voda i otpadnih voda definisani su kriterijumi prihvatljivosti za razlike koje se dobijaju (%) između zbira anjona i katjona. • relacija između provodljivosti i ukupnih katjona i anjona treba da za izračunate ukupne vrednosti katjona ili anjona (izražene u meq/L) i pomnožena sa 100, budu blizu izmerene vrednosti za provodljivost (izražena u µS/cm). U suprotnom potrebno je ponoviti analizu. • relacija između ukupne tvrdoće i vrednosti za kalcijum i magnezijum. • relacije između različitih formi azota. • relacije između različitih formi fosfora. 4.Zakljucak Kvalitet vode za pice mora odgovarati fizickim, hemijskim I bioloskim standardima. Ona treba da bude bistra, bezbojna, prijatnog ukusa, bez mirisa, ne previse tvrda. Pored toga vazno je da bude zdrava I higijenski ispravna. U prirodi se tesko nalazi voda koja bi mogla da se koristi kao pijaca, zato se zavisno od prisutnih primesa primenjuju razliciti postupci za preciscavanje kao sto su:aeracija, bistrenje, dezinfekcija itd.

Нема коментара:

Постави коментар