PARAMETRI KVALITETA OTPADNIH VODA -METODE ODRE IVANJA(Interni materijal) SADRŽAJ ORGANSKIH MATERIJA Pri utvr ivanju stepena zaga enosti otpadnih voda, posebna pažnja se posve uje ukupnom sadržaju organskih materija, prije svega onih, koje se brzo mikrobiološki razgra uju. Ukupni sadržaj organskih materija se može odrediti: 1. preko potrošnje oksidacionog sredstva (npr. kiseonika, kalijumdihromata): - Biohemijska potrošnja kiseonika, BPK (BOD – Biochemical Oxigen Demand), - Hemijska potrošnja kiseonika, HPK (COD – Chemical Oxigen Demand), 2. direktnim mjerenjem organskog ugljenika: - Ukupni organski ugljenik, UOU (TOC - Total Organic Carbon) (Tako e se odre uju: ukupna ulja i masti, ugljovodonici porijeklom iz nafte, površinski aktivne materije, tanin i lignin, ukupna organohalogena jedinjenja) Za odre ivanje organskih materija u vodi oksidometrijski, veoma dugo se koristi i utrošak oksidacionog sredstva, koji služi kao mjera sadržaja organskih materija. Najstarija metoda je utrošak KMnO4, iako oksidacija ne te e kvantitativno, posebno kod vješta kih organskih materija (tako e mogu se oksidovati i neke neorganske materije kao Fe2+, H2S, sulfiti, nitriti). Isti slu aj je i sa Nahipohloritom. Prakti no potpuna oksidacija skoro svih organskih materija rastvorenih u vodi, a tako e i mnogih nerastvorenih dešava se primjenom kalijumdihromata u jako kiseloj sredini u prisustvu Ag-sulfata kao katalizatora i Hg(II)sulfata za maskiranje hloridnog jona. Iz potrošnje dihromata izra unava se potreba kiseonika za oksidaciju organskih materija do CO2 i H2O. Azot pri tim oksidacijama prelazi u amonijumsulfat. Ve ina gore navedenih metoda ne pokazuju da li su prisutne organske materije mikrobiološki degradabilne u prirodnim uslovima, emu jedino služi BPK metoda. Biohemijska potrošnja kiseonika (BPK) BPK je koli ina kiseonika koja je potrebna mikroorganizmima uzorka vode (ili zasijanoj mikroflori) da u aerobnim uslovima na temperaturi od 20 0C, u odre enom vremenu inkubacije, oksiduju organske materije u vodi. Analiti ki, BPK je masena koncentracija rastvorenog O2, koja je pod odre enim uslovima utrošena za biološku (biohemijsku) oksidaciju organskih i dijela neorganskih materija u vodi. Standardna metoda definiše vrijeme inkubacije od 5 dana, ime se odre uje tzv. BPK5. Odre ivanjem BPK, odre uje se zaga enost otpadnih voda i provjerava efikasnost postrojenja za pre iš avanje. U svijetu je prihva eno da se naj eš e odre uje BPK5, tj. potrošnja O2 za 5 dana, iako u tom periodu nisu sve organske materije oksidovane. Smetnje koje se mogu javiti pri odre ivanju BPK: - pojava nitrifikacije: otklanja se dodatkom u vodu etilen- ili alil-tiokarbamida - nitriti: otklanjaju se razaranjem, dodatkom sulfaminske kiseline ili Na-azida - prisustvo toksi nih komponenti: otklanja se adaptacijom m.o. i razblaženjem Postoje tri metode koje se koriste za odre ivanje BPK5: • metoda razblaženja, • manometrijska metoda, • kulometrijska metoda. 1. Metoda razblaženja Uzorcima vode se dodaje tolika koli ina iste vode zasi ene sa O2 i sa hranljivim solima da se i nakon 5 dana u njima može sa sigurnoš u dokazati kiseonik Winkler metodom. Voda zasi ena kiseonikom na 200C sadrži 9.2 mg O2/L rastvorenog kiseonika. Pošto se za oksidaciju organskih supstanci u zaga enoj vodi potroši u toku 5 dana više od ove koli ine kiseonika, uzorak se mora razblažiti potrebnom koli inom destilovane vode koja je prethodno zasi ena kiseonikom i kojoj su dodane hranljive soli (dodaje se fosfatni pufer, rastvori MgSO4, CaCl2 i FeCl3). Ako otpadna voda sadrži malo mikroorganizama zbog hlorisanja, visoke temperature ili nepovoljne pH- vrijednosti, ona se mora nakon prethodne pripreme zasijati sa: mikroorganizmima iz kanalskog sadržaja; ili mikroorganizmima adaptiranim na sastav analizirane vode; ili nizvodno iz rijeke gdje se ulijevaju otpadne vode (ovdje su mikroorganizmi ve adaptirani zbog dugotrajne izloženosti istih toksi nim materijama) Dodaje se 1-2 mL materijala za zasijavanje. Prethodna priprema vode: - otpadne vode koje sadrže kiseline ili baze prethodno se neutrališu na pH 7; - ako je otpadna voda obra ivana hlorom, potrebno je višak hlora ukloniti npr. Na-sulfitom; - ako voda sadrži suspendovane estice potrebno ju je prethodno homogenizovati; - ako voda sadrži nitrite nakon tretmana, razaraju se sulfaminskom kiselinom. Razblaživanje se orjentaciono odre uje na osnovu utroška KMnO4 (permanganatnog broja).Poželjno je postaviti više razblaženja za istu otpadnu vodu. Tabela 1. Stepen razblaženja analizirane otpadne vode preko permanganatnog broja Permanganatni broj (mg KMnO4/L) do 15 15-40 40-60 60-120 120-240 240-360 O ekivana vrijednost BPK5 (mgO2/L) do 10 10-30 20-50 40-100 80-200 160-300 Zapremina otp. vode razblažene vodom za razblaženje do 1000 mL 250 i 150 100 i 75 50 i 40 30 i 20 15 i 10 10 Provjera ta nosti razblaživanja: - na kraju perioda inkubacije koncentracioja kiseonika u vodi mora biti najmanje 3 mg/L; - potrošnja kiseonika za sve vrijeme inkubacije mora tako e biti najmanje 3 mg/L. Odre ivanje: Otpadna voda prethodno pripremljena i razblažena, oprezno se unosi u Winkler boce, koje se zatvore bez mjehuri a i zajedno sa kontrolnim bocama (voda za razblaženje) stavljaju u inkubator na 20 0C u periodu od 5 dana. Nakon toga se odredi sadržaj kiseonika: - Winkler jodometrijskom metodom, elektrohemijskom metodom Odre ivanje U nemogu nosti pripreme vode za razrje enje aeracijom i zasijavanjem destilovane vode, ista se priprema od vode recipijenta (u našem slu aju - rijeka Vrbas), koja je bogata kiseonikom i koja sadrži dovoljnu koli inu mikroorganizama. Na 1L vode za razrje enje, doda se 1 mg/L rastvora amonijumfosfata ( = 10 mg/L). Razblaženje se vrši u menzuri od 1000 mL, u koju se do polovine doda voda za razblaženje, zatim uzorak, pa se vodom za razblaženje dopuni do 1000 mL. Ovako pripremljen uzorak se naspe u dvije Winkler boce, gdje se u jednoj kiseonik odre uje odmah, a u drugoj nakon 5 dana inkubacije na 200C. BPK5 se odre uje po izrazu: BPK5 (mg O2/L) = [(C1-C2)- Vt-Ve (C3-C4)] Vt Vt Ve Gdje je C1= konc. rastvorenog O2 u razrje enom uzorku odmah [mg O2/L] C2 = konc. rastvorenog O2 u razrje enom uzorku nakon 5 dana[mg O2/L] C3= konc. rastvorenog O2 u vodi za razrje enje odmah [mg O2/L] C4= konc. rastvorenog O2 u vodi za razrje enje nakon 5 dana [mg O2/L] Ve = zapremina uzorka otpadne vode u mL Vt = ukupna zapremina smjese (otpadna voda + voda za razrje enje) [mL] Tabela 2. Unošenje eksperimentalno dobijenih podataka Probe O2 odmah voda za razrje enje I razrje enje II razrje enje III razrje enje V boce (mL) Na2S2O3 (mL) mg O2/L O2 nakon 5 dana V boce (mL) Na2S2O3 (mL) mg O2/L BPK5(mgO2/L) Winkler metoda za odre ivanje rastvorenog kiseonika Princip metode je u sljede em: rastvoreni kiseonik oksidiše u alkalnoj sredini mangan(II)-hidroksid u mangan(IV)-hidroksid. Kada se rastvor zakiseli u prisustvu kalijum-jodida, osloba a se elementarni jod u koli ini ekvivalentnoj kiseoniku. On se zatim titrira rastvorom natrijumtiosulfata u prisustvu škroba kao indikatora. Reakcije se mogu predstaviti sljede im jedna inama: MnCl2 + 2KOH = Mn(OH)2 + 2KCl 2Mn(OH)2 + O2 = 2MnO(OH)2 MnO(OH)2 + 2KJ + 4HCl = MnCl2 + 2KCl + J2 + 3H2O J2 + 2Na2S2O3 = 2NaJ + Na2S4O6 Odre ivanje Winkler boca se polako napuni uzorkom vode i pažljivo zatvori da ne ostanu mjehuri i zraka. Zatim se u bocu otpipetira najprije 1mL rastvora MnCl2 i dalje 2mL alkalnog rastvora (NaOH+KJ). Pipete je potrebno uroniti do dna boce. Boca se zatvori (pri emu se ne pazi na prelijevanje uzorka vode), a potom se promu ka i ostavi na tamno dok se sav talog ne slegne na dno. Nakon toga u bocu se pipetom doda 3mL konc. HCl , brzo zatvori i mu ka do potpunog rastvaranja taloga. Potom se iz boce otpipetira 100mL rastvora u Erlenmajer tikvicu od 300mL i titrira standardnim rastvorom Na2S2O3 (c = 0,01mol/L) uz škrob kao indikator, do nestanka plave boje. Prora un: Rastvoreni O2 (mg/L) = mL x c x 8 x 1000 100-Vr c = 0,01 x F(Na2S2O3) Vr – zapremina dodanih reagensa prera unatih na 100mL uzorka Elektrohemijska metoda odre ivanja rastvorenog kiseonika se provodi pomo u kiseonikosjetljive membranske elektrode polarografskog ili galvanskog tipa. Primjena membranskih elektroda je prikladna metoda za terensko odre ivanje rastvorenog kiseonika, za jako zaga ene i obojene vode. Metoda je posebno pogodna za vode koje sadrže željezo i supstance koje vezuju jod, pošto iste mogu da smetaju kod primjene jodometrijske Winkler metode. Kiseonik-osjetljiva membranska elektroda predstavlja sistem od dvije vrste metalne elektrode, koje su u kontaktu sa pomo nim elektrolitom, odvojenim od uzorka selektivnom membranom. Membrana je napravljena od polietilena ili flourokarbona (teflon) i prakti no je nepropustljiva za vodu i jonske materije, ali je propustljiva za molekule kiseonika i izvjestan broj drugih gasova. Dok je kod elektroda galvanskog tipa elektrodna reakcija spontana, kod elektroda polarografskog tipa potrebno je indikatorsku elektrodu priklju iti na izvor struje da bi se polarizovala. Usljed razlike potencijala izme u elektroda, izazvane galvanskim procesom ili spoljašnim naponom (polarografski sistem), kiseonik koji prolazi kroz membranu redukuje se na katodi, dok joni metala prelaze u rastvor na anodi. Difuziona struja koja se stvara, direktno je proporcionalna brzini transporta kiseonika kroz membranu i sloj elektrolita, a stoga i parcijalnom pritisku kiseonika u uzorku na datoj temperaturi, odnosno koncentraciji molekulskog kiseonika. Kod membranske elektrode polarografskog tipa, katoda je od Au, anoda od Ag, a pomo ni elektrolit je KCl. Na katodi dolazi do reakcije: O2 + 4H2O + 4e → 4OH- , a na anodi 4Ag+ + 4Cl- → 4AgCl + 4e Nedostaci metode razblaženja Razblaženjem otpadne vode raste BPK kod voda koje sadrže jedinjenja koja inhibiraju rast m.o. 2. Manometrijska metoda Prati se smanjenje pritiska u zatvorenom sudu, koje je povezano sa utroškom O2 iz gasne faze za biohemijski proces razgradnje organskih materija u izmjerenoj zapremini otpadne vode. Mikroorganizmi troše kiseonik za oksidaciju organskih materija i nastaje CO2, koji se apsorbuje u NaOH stvaraju i vakuum koji se instrumentalno o itava kao mg BPK5 (mgO2/L). Gasometrijske metode mjere promjenu koncentracije gasa u skladu sa zakonom o idealnom gasu pv=nRT. Može se mjeriti: - promjena pritiska pri konstantnoj zapremini ili - promjena zapremine pri konstantnom pritisku Rezultati odre ivanja BPK metodom razblaživanja i manometrijskom metodom za prirodne i otpadne vode, koje sadrže lako biološki razgradljiva zaga enja su prili no podudarni. Me utim, kod analiza industrijskih otpadnih voda mogu se dobiti odstupanja, jer metodom razblaženja se razblažuju toksi ne komponente ili inhibitori mikrobiološkog rasta, usljed ega se dobije BPK vrijednost, koja je viša od stvarne. Osnovne prednosti manometrijske metode su: • jednostavnost analize, smanjenje troškova analize, • mogu nost pra enja brzine potrošnje kiseonika, • lakše je detektovanje prisustva toksi nih komponenata (jer nema razblaženja), • eliminiše se ometanje odre ivanja O2, kao što je formiranje mulja na elektrodi, • lakše upravljanje biološkim procesima pre iš avanja otpadnih voda. Odre ivanje Gradske otpadne vode uglavnom ne sadrže toksi ne supstance; imaju dovoljno hranjivih soli i odgovaraju ih mikroorganizama, tako da nije potrebno razblaživanje uzorka. (Za uzorke koji su zaga eni posebnim toksi nim materijama potrebna je prethodna priprema uzorka prema uputstvima.) Odredi se odgovaraju a zapremina uzorka vode (na osnovu o ekivane vrijednosti preko HPK) i shodno zapremini, izabere se faktor iz tabele priložene uz uputstvo za upotrebu OxiTop sistema. Zapremina uzorka, mL Mjerne granice, mg/L 432 365 250 164 97 43.5 22.7 0 - 40 0 - 80 0 - 200 0 - 400 0 - 800 0 - 2000 0 - 4000 Faktor (samo za OxiTop) 1 2 5 10 20 50 100 NTH 600, kapi 9 7 5 3 2 1 1 Mjerenje Ispere se mjerna boca uzorkom i potpuno isprazni. Ta no se odmjeri odabrana koli ina dobro homogenizovanog uzorka (temperatura uzorka 15-20 0C) pomo u menzure ili priloženih odmjernih tikvica sa prelijevanjem. Stavi se magnet u bocu, a gumeni dio na grlo boce u koji se pincetom unesu 2 granule NaOH. Dobro se zavrne OxiTop na bocu i po inje mjerenje istovremenim pritiskanjem S i M (dvije sekunde) dok display ne pokaže 00. Boca se postavi na mješalicu i u inkubatoru drži 5 dana na 20 0C, uz kontinuirani miješanje. Nakon što je temperatura mjerenja dostignuta (najranije nakon 1 sat, a najkasnije nakon 3 sata), OxiTop automatski po inje mjerenje potrošnje kiseonika i pohranjuje jednu vrijednost na 24 sata u toku 5 dana. Da bi se o itala trenutna vrijednost, potrebno je pritisnuti M jednu sekundu, a za o itavanje pohranjenih vrijednosti nakon 5 dana pritisnuti S (1 s) dok se ne vidi vrijednost na display-u, pa opet pritisnuti S da se o ita sljede a vrijednost, itd. Dobijene vrijednosti pretvoriti u BPK5 (mg O2/L) tako što se o itana vrijednost pomnoži sa faktorom iz priložene tabele. BPK5 (mg O2/L) = F x o itana vrijednost Za uzorke koji su zaga eni toksi nim materijama potrebna je prethodna priprema uzorka prema uputstvu. 3. Kulometrijska metoda Kiseonik koji se utroši na oksidaciju organske materije u uzorku vode, nadokna uje se elektrolizom. Koli ina potrošenog kiseonika je proporcionalna koli ini kiseonika proizvedenog elektrolizom, tj. koli ini utrošene struje. Ocjena kvaliteta površinske vode na osnovu BPK5 I klasa < 2 mg/L II klasa < 4 mg/L III klasa < 7 mg/L IV klasa < 20 mg/L. Hemijska potrošnja kiseonika (HPK) HPK je koli ina O2 ekvivalentna potrošenom dihromatu za oksidaciju organskih materija i oksidabilnog dijela neorganskih materija u odre enoj zapremini površinske ili otpadne vode koja se ispituje HPK se može smatrati kao aproksimativna mjera teoretske potrošnje kiseonika, tj. kao koli ina O2 koja se potroši pri potpunoj oksidaciji organskih komponenti u neorganske proizvode. Zna aj vrijednosti HPK zavisi od sastava vode; za gradske otpadne vode je HPK realna mjera teoretske potrošnje kiseonika jer se veliki broj prisutnih jedinjenja oksidiše (90-100%), dok za vode one iš ene materijama koje se teško oksidišu pod datim uslovima, HPK vrijednost je nepouzdana mjera teoretske potrošnje kiseonika. Metode za odre ivanje HPK: 1. 2. 3. Otvorena titrimetrijska refluks metoda Zatvorena titrimetrijska refluks metoda Zatvorena spektrofotometrijska refluks metoda Princip za 1. i 2. metodu je isti: otpadna voda se refluksira sa jakim oksidacionim sredstvom K2Cr2O7 u 50%-tnoj H2SO4 i nakon 2 sata, titracijom sa standardnim rastvorom feroamonijumsulfata se odre uje višak neizreagovanog dihromata. Kod 2. metode u reakciju oksidacije ulaze i eventualno prisutne isparljive komponente. Kod 3. metode se razlikuje samo korak odre ivanja neizreagovanog dihromata (ili pak nastalog Cr3+ jona) ija se koncentracija odre uje spektrofotometrijski. Dihromat se redukuje prema jedna ini: Cr2O72- + 14 H+ + 6e 2 Cr3+ + 7 H2O. Kao katalizator se koristi Ag2SO4, za oksidaciju teško oksidabilnih jedinjenja. Dodatak HgSO4 spre ava oksidaciju hloridnog jona u hlor. 1. Otvorena titrimetrijska refluks metoda Dio uzorka vode se refluksira na 1480C u prisustvu HgSO4, sa poznatom koli inom K2Cr2O7 i katalizatorom Ag2SO4 u jakoj H2SO4 u toku odre enog perioda u kome se dio dihromata redukuje prisutnim oksidabilnim materijama. Preostali dihromat se nakon hla enja titriše amonijumferosulfatom uz feroin kao indikator. Paralelno se uradi slijepa proba, u kojoj je uzorak ispitivane vode zamijenjen destilovanom vodom. Izra unava se HPK vrijednost iz koli ine redukovanog dihromata (1 mol dihromata je ekvivalentan 1.5 mola kiseonika). Prora un: HPK (mg/L)= (a-b)M x 8000 v gdje su: a i b - zapremine utrošenog feroamonijum-sulfata za titraciju slijepe probe i probe sa uzorkom, mL, M - molaritet feroamonijum-sulfata, V - zapremina uzorka korištena u probi, mL. Smetnje pri odre ivanju HPK su: - neki neorganski joni se tako e mogu oksidovati, kao nitriti, sulfidi, sulfiti, Fe2+ ne oksiduju se sva organska zaga enja potpuno. Postupak Prenese se 20 mL uzorka vode (razblaženog po potrebi) u reakcioni balon od 250 mL i doda 10 mL rastvora kalijum-dihromata (c = 0,04167mol/L). Doda se nekoliko kuglica i dobro promiješa. Oprezno se doda 30 mL srebrosulfat/sumporne kiseline (10 g Ag2SO4 u 35 mL vode se doda u 965 mL konc. H2SO4) i balon se odmah poveže sa povratnim hladilom. Za 10 minuta reakciona mješavina se dovede do klju anja i klju anje nastavi narednih 110 minuta, na temperaturi od 148 0C. Kondenzator se oprezno spere sa malo vode, balon se ukloni i razblaži dest. vodom do 75 mL, a potom ohladi na sobnu temperaturu.Višak dihromata se titriše feroamonijum-sulfatom (Morovom soli) (c = 0,25 mol/L), uz 1-2 kapi feroina kao indikatora. Promjena boje e biti oštra, mijenjaju i se od plavo-zelene u crveno-sme u nijansu. Ako se rastvor po dodatku indikatora odmah oboji u crveno-sme u nijansu, potrebno je ponoviti analizu sa manjim alikvotom uzorka. Paralelno se uradi slijepa proba, u kojoj se uzorak vode zamijeni sa 20 mL destilovane vode. 2. Zatvorena spektrofotometrijska refluks metoda Princip Metoda se zasniva na mjerenju opti ke propustljivosti uzorka, koji sadrži nastali Cr3+ jon ili neizreagovani dihromatni jon. Naj eš e se odre uje nastali Cr3+, spektrofotometrijski na 620nm. Odre ivanje Blago promu kati sadržaj kivete (kiveta sadrži 2 mL konc. H2SO4 + Ag2SO4 i 0.8 mL 1N K2Cr2O7), pažljivo dodati 2 mL uzorka (ili odgovaraju i alikvot), zatvoriti reakcionu kivetu i snažno promu kati, pri emu treba biti oprezan jer sadržaj ubrzo postane vrlo vru . Zagrijavati reakcionu kivetu u termoreaktoru 2 sata na 1480C, nakon ega se kiveta izvadi iz termoreaktora i ostavi da se ohladi. Nakon 10 minuta hla enja ponovo blago promu kati kivetu i ostaviti da se polako hladi do sobne temperature. Nakon hla enja staviti kivetu na pravilan na in u spektrofotometar i o itati vrijednost za HPK (mg O2/L) po odgovaraju oj metodi shodno priloženom uputstvu. Ako se BPK5 i HPK jako razlikuju, tj. BPK5/HPK teži nuli, to zna i da je teško mikrobiološki razgradljivo zaga enje otpadnih voda, a ako taj odnos teži 1 onda se radi o lako mikrobiološki razgradljivom zaga enju. Odre ivanje ukupnog sadržaja organskih materija (Utrošak KMnO4) Ukupne organske materije u vodi odre uju se oksidacijom pomo u KMnO4 u jako kiseloj sredini.Sadržaj ukupnih organskih materija izražava se kao mg KMnO4 koji se utroše za oksidaciju istih, prisutnih u jednom litru vode. Odre ivanje U potpuno istu Erlenmajer tikvicu od 500 mL otpipetira se 100 mL bistrog uzorka vode (ili odgovaraju i alikvot), doda 5mL rstvora H2SO4 (1:3) i zagrije do vrenja. Potom se odmah doda 15 mL standardnog rastvora KMnO4 (c = 0,002 mol/L) i kuha ta no 10 minuta. Proba mora tokom cijelog vremena kuhanja ostati intenzivno ljubi asta, jer u protivnom je dodana nedovoljna koli ina KMnO4, pa treba izvršiti razrje enje uzorka. Nakon 10 minuta kuhanja, u vreli uzorak vode, iz birete se doda 15 mL standardnog rastvora H2C2O4 (c = 0,005 mol/L). Nakon nekoliko sekundi proba e se obezbojiti i tada se titrira rastvorom KMnO4 (c = 0,002 mol/L) do slabo ljubi aste boje. Prora un: Org. materije (mgKMnO4/L) = mL x c x158,03 c = 0,002 x F KMnO4 Ukupna suva materija Ukupna suva materija predstavlja ukupan sadržaj vrste materije u uzorku vode, bilo da je prisutna u suspendovanom, koloidnom ili rastvorenom obliku. Definiše se kao ostatak nakon sušenja uzorka na 103 – 105 0C. Ukupna suva materija ima svoje frakcije: suspendovane materije, tložive materije, gubitak žarenjem i žareni ostatak Suspendovane materije se odre uju tako da se odre ena zapremina uzorka vode filtrira kroz membranu odre enog poroziteta (d = 0,45 m). Ostatak na membrani (filter papiru) se suši na 103105 0C do konstantne mase. Taložive materije po Imhoff-u Taložive materije su estice u suspenziji, koje e se istaložiti pod dejstvom sile gravitacije u toku odre enog vremenskog perioda. Odre uju se u taložnicima po Imhoff-u. Postupak U taložnik po Imhoff-u nasuti 1000 mL uzorka vode i ostaviti da se taloži 30 minuta. O itati nakon 30 minuta: V taloga = mL taloga / 1000 mL uzorka Žareni ostatak i gubitak žarenjem Žareni ostatak predstavlja ukupnu vrstu materiju nakon spaljivanja u mufolnoj pe i u toku odre enog vremena (1 sat) na temperaturi 550±50 0C. Gubitak mase nakon spaljivanja predstavlja gubitak žarenjem i uslovno se može re i da ini organsku frakciju ukupne suve mase. Mutno a vode (Turbiditet) Mutno u vode ine suspendovane i koloidne estice, poput gline, mulja, fino dispergovanih organskih i neorganskih materija, emulgovanih materija, planktona i drugih mikroskopskih organizama. Mjerenje turbiditeta nije vezano samo za odre ivanje sitnih estica u vodi, ve i za injenicu da ove estice štite patogene organizme od dejstava dezinfekcije, posebno ako su organske prirode. Turbiditet izražava osobinu suspendovanih i koloidnih estica da rasipaju i apsorbuju svjetlost. Postoje dvije metode za mjerenje mutno e: turbidimetrijska i nefelometrijska Turbidimetrijsko odre ivanje mutno e sa silikatnom zemljom zasniva se na upore ivanju uzorka vode sa serijom standarnih suspenzija silikatne zemlje, koje se drže u bocama od bezbojnog stakla. Upore ivanje se vrši bez upotrebe opti kih instrumenata. Jedinica za iskazivanje mutno e, mjerene ovom metodom, je mgSiO2/L. Nefelometrijska metoda se zasniva na efektu disperzije svjetlosti, koja nastaje pri prolasku svjetlosti kroz uzorak koji sadrži estice u koloidnom, suspendovanom i emulgovanom obliku. Ja ina dispergovane svjetlosti upravo je proporcionalna mutno i vode. Mjerenje se vrši tubidimetrom, upore uju i ja inu dispergovane svjetlosti pri prolasku kroz uzorak, sa ja inom dispergovane svjetlosti pri prolasku kroz standardnu suspenziju. Kao standardna suspenzija koristi se formazinov polimer, a koncentracija osnovne suspenzije je 40 NTU. Mutno a se izražava u nefelometrijskim jedinicama NTU (Nephelometric Turbidity Unit). 1 NTU = 0,13 mgSiO2/L Turbidimetar : Instrument radi tako što se snop zraka infracrvene svjetlosti propušta kroz kivetu sa uzorkom. Izvor svjetlosti je “high emission infrared LED” sa maksimalnom talasnom dužinom 890 nm, koja minimizira interferencije kod obojenih uzoraka. Senzor se nalazi pod uglom od 900 u odnosu na smjer svjetlosti i detektuje koli inu svjetlosti dispergovane od strane nerastvorenih estica u uzorku. Mikroprocesor te vrijednosti konvertuje u FTU jedinice. 1 FTU (Formazine Turbidity Unit) = 1 NTU (Nephelometric Turbidity Unit) Elektri na provodljivost vode Mjerenje provodljivosti se vrši da bi se odredio stepen mineralizacije vode i odredila rezidua filtracije (ukupne rastvorljive materije u uzorku vode). Provodljivost se numeri ki izražava kao sposobnost vode da provodi struju, Sposobnost zavisi od prisutnih jona, njihove koncentracije, pokretljivosti, valentnosti i temperature sistema. Internacionalni sistem jedinica (SI sistem) preporu uje jedinicu za merenje provodljivosti mS/m, pri emu je 1 mS/m = 10 S/cm. Odre ivanje provodljivosti (mjeri se konduktometrom) je pogodna metoda za brzu detekciju mineralnog sadržaja u uzorku vode. Rastvori ve ine neorganskih kiselina, baza i soli su relativno dobri provodnici, nasuprot organskim molekulama, koje slabo disosuju u vodi, odnosno slabo ili nikako ne provode struju. Kalibracija instrumenta se vrši prethodnim mjerenjem provodljivosti standardnog rastvora KCl (c = 0,01mol/L), koji na 25 0C pokazuje provodljivost od 1413 S/cm. Elektoda instrumenta se uva i ispire u destilovanoj vodi. Prije upotrebe elektroda se kalibriše tako što se uroni u ve pomenuti standardni rastvor , izmjeri se temperatura uzorka i o ita provodljivost. Nakon toga se pristupa mjerenju provodljivosti u uzorku vode. Koagulacija i flokulacija Supstance koje ine mutno u vode tj. suspendovane estice i koloidno dispergovana jedinjenja, poput Si-dioksida, glinastih supstanci, organskih boja, proteinskih supstanci itd., su u vodi na pH = 7 naj eš e naelektrisane negativno. Ako se u vodu unesu supstance sa pozitivno naelektrisanim centrima, koji na sebe elektrostatski privla e negativno naelektrisane estice iz vode, nastaju krupne pahuljice – flokule, koje se tada mogu mnogo brže istaložiti od prvobitno prisutnih estica u vodi. Pored toga, zbog me usobne neutralizacije naelektrisanja, dolazi i do kontrakcije novonastalih pahuljica uz gubitak njihovog hidratacionog omota a (gustina im se pove ava), što tako e pogoduje njihovom bržem taloženju. Ova pojava predstavlja koagulaciju suspendovanih i koloidno dispergovanih sastojaka vode. Koagulacija je neutralizacija naelekrisanja koloidnih estica pomo u suprotno naelektrisanih centara, koje izaziva njihovo ukrupnjavanje i pove anje gustine zbog kontrakcije. Flokulacija je vezivanje makromolekula flokulacionog sredstva sa ve im brojem estica, tj. vezivanje pojedina nih estica koje imaju ve i broj naelektrisanih centara sa više suprotno naelektrisanih mjesta flokulacionog sredstva, putem tzv. molekulskog premoštavanja. Nema oštre granice izme u ova dva pojma, pa se me u njima ne pravi razlika u tehnologiji vode, a esto ih nazivaju i primarna i sekundarna flokulacija. Sredstva za bistrenje flokulacijom: 1. rastvori hemijskih jedinjenja koja u reakcijama sa vodom i sa u njoj prisutnim jedinjenjima daju nerastvorne taloge (jedinjenja Al i Fe) 2. nerastvorne supstance, koje nakon suspendovanja u vodi bubre , daju i flokule sa ve im brojem + ili - -vnih centara., tzv. polielektroliti Al2(SO4)3 i FeCl3 naj eš e djeluju tako što u vodi grade flokule Al(OH)3 i Fe(OH)3. Molekulski gledano, u centru tetraedra se nalaze negativno naelektrisani Al i Fe, jer privla e elektronske parove iz kovalentne veze -O-H, pa na -OH grupama postoji višak pozitivnog naelektrisanja. Ovo pozitivno naelektrisanje omogu ava elektrostatsko privla enje izme u flokula Al(OH)3 i Fe(OH)3 i negativno naelektrisanih estica iz vode, što izaziva njihovu koagulaciju, odnosno flokulaciju, a zatim i lakše taloženje. Al-sulfat je najjeftiniji i naj eš e se upotrebljava za koagulaciju. U vodi hidrolizuje po jedna ini: Al2(SO4)3 + 6 H2O ↔ 2 Al(OH)3 + 3 H2SO4 Pošto se tokom hidrolize osloba a i H2SO4, rastvor je kiseo. Al(OH)3 se ponaša amfoterno, tj. gradi stabilan talog samo u granicama pH = 5.5-7. Na pH = 4.5 on se rastvara daju i Al3+ u ravnoteži sa odgovaraju im anionima, dok se na pH=7-8 tako e rastvara daju i aluminatne (AlO2-) jone, u ravnoteži sa odgovaraju im katjonima. Dakle, prilikom rastvaranja u istoj vodi, ravnoteža se pomjera ulijevo, tj. Al-sulfat gradi bistar rastvor koji reaguje izrazito kiselo. Me utim, voda u pravilu, sadrži bikarbonate (Ca, Mg i Na) koji vezuju H+ jone nastale disocijacijom H2SO4, oslobo ene hidrolizom Al-sulfata: HCO3- + H+ → H2CO3 (H2O + CO2↑), tako da se pH održava u granicama oko neutralnog. Stoga je mogu e taloženje stabilnih flokula Al(OH)3. Ako voda ne sadrži dovoljan alkalitet, onda se dodaju bikarbonati, karbonati ili hidroksidi, radi ostvarivanja gornje reakcije. Pomo na sredstva (polielektroliti), koje nakon suspendovanja u vodi bubre imaju u svojoj strukturi na bo nim lancima, veliki broj naelektrisanih mjesta. Mogu biti: - sintetski ili prirodni - mineralni ili organski - katjonski (sa + naelektrisanjem), anjonski (sa – naelektrisanjem) ili nejonski (podjednaki broj + i – naelektrisanja) A-110 je sintetski polimer na bazi poliakrilamida, koji jako bubri. Koristi se kao pomo no sredstvo za flokulaciju, odnosno kao sekundarni flokulant. Flokulacija koloidno dispergovanih estica u vodi JAR-testom Kao uzorak se može koristi otpadna voda ili površinska voda. Ogled se izvodi na ure aju za flokulaciju (Jar-testeru). Uslovi flokulacije: • koagulant: Al2(SO4)3; 1% -tni rastvor • flokulant: polielektrolit A-110, 0.1%-tni rastvor • radna temperatura = 15 – 20 0C Tabela 3. Podaci za Jar test mg Al2(SO4)3 /L mg Al2(SO4)3 /500 mL mL Al2(SO4)3 / 500 mL mg A110/L mg A-110/500 mL mL A-110/500 mL pH Turbiditet, FTU - 1 2 10 5 0.5 2 1 1 20 10 1 2 1 1 3 4 30 15 1.5 2 1 1 5 40 20 2 2 1 1 6 50 25 2.5 2 1 1 Brzo miješanje: 2 min, 200 ob/min Lagano miješanje: 5 min, 90 ob/min Završno miješanje: 10 min, 30 ob/min Tokom testa flokulacije vizuelno se prati efekat flokulacije: brzina formiranja flokula, veli ina flokula i brzina taloženja. Nakon miješanja, probe ostaviti da se talože 30 minuta, a potom izmjeriti turbiditet i pH-vrijednost. Optimalna koli ina flokulacionog sredstva je ona najmanja koli ina kod koje su utvr eni najbolji efekti flokulacije. Najbolje efekte flokulacije je pokazala proba br. ...
© Copyright 2024 Paperzz
