Četrnaesto predavanje Hemija životne sredine I (T. Anđelković) 1
CILJEVI PREDAVANJA ISHODI PREDAVANJA Boja vode Miris i ukus vode Mutnoća Provodljivost vode Temperatura vode ph vrednost Alkalitet Tvrdoća vode Ukupne rastvorljive materije Na kraju predavanja student će biti osposobljen da: objasni organoleptičke karakteristike vode u odreživanju njenog kvaliteta objasni uticaj mutnoće, provodljivosti, ph, alikaliteta, tvrdoće na kvaliett vode. Hemija životne sredine I (T. Anđelković) 2
Metode analiza vode i ocena kvaliteta voda obično se vrši prema propisima koji se nalaze u posebnim priručnicima: kod nas Standardne metode za ispitivanje higijenske ispravnosti vode za piće u svetu prestižna Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater Hemija životne sredine I (T. Anđelković) 3
Boja predstavlja optičko svojstvo vode. Boja vode posledica je apsorpcije i refleksije svetlosti određene talasne dužine, bez skretanja talasnih dužina. Boja joj može biti različita zbog prisutnih primesa (rastvorne soli gvožđa, huminskih i fulvo kiselina). Boja se određuje kolorimetrijski na osnovu platino-kobaltne skale i izražava se u stepenima. Jedan stepen skale odgovara sadržaju 2,49 mg K2[PtCl 6 ] i 2,018 mg CoCl2 6H2O Voda za piće ne sme da ima više od 5 jedinica platino kobaltne skale. Hemija životne sredine I (T. Anđelković) 4
Miris i ukus prirodne vode potiče od rastvorenih soli, gasova i organskih jedinjenja nastalih procesom životne aktivnosti vodenih organizama. Prirodni mirisi (mirisi truleži, plesni) nastaju prilikom razlaganja organskih materija ili usled životne aktivnosti vodenih organizama. Veštački mirisi (miris fenola, itd.) javljaju se prilikom antropogenog zagađenja vode. Ukus vode zavisi od vrste i koncentracije rastvorenih soli: NaCl 500 mg/dm 3 slan ukus MgCl 2 400 mg/dm 3 gorak ukus KCl 700 mg/dm 3 gorak ukus FeSO 4 5 mg/dm 3 gvožđevit ukus MnCl 2 4 mg/dm 3 ukus na blato Hemija životne sredine I (T. Anđelković) 5
Bal Jačina mirisa Opis određivanja 0 Nema Odsustvo mirisa. Ne može da se opazi. 1 Vrlo slaba Miris može da utvrdi posebno osposobljeno lice. 2 Slaba Miris ne skreće pažnju korisnika vode. Ali može da se primeti ako se na njega ukaže. 3 Primetna Miris se lako ustanovi i izaziva kolebanje prema korišćenju vode. 4 Znatna Miris koji se odmah oseti i izaziva pažnju, a vodu čini nepogodnom za piće. 5 Vrlo jaka Miris je toliko jak da čini vodu nepogodnom za piće. Miris se određuje organoleptički na sobnoj T i na 40 C, a defisniše se opisno. Daju se opisne ocene od 0-5. Ukus vode se određuje samo ukoliko se ne sumnja u mikrobiološku i toksikološku ispravnost. Hemija životne sredine I (T. Anđelković) 6
Mutnoća vode potiče od prisutnih koloidnih i suspendovanih - grubodisperznih primesa (prečnika većeg od 100 μm). Mutnoća vode potiče od: Suspendovanih čestica gline, Čestica mulja, Finih, sitnih organskih i neorganskih materija, Rastvorenih, obojenih organskih materija koje potiču iz otpadne vode, Mikroskopski sitnih živih organizama, planktona. Prozračnost vode. Hemija životne sredine I (T. Anđelković) 7
Mutnoća se određuje uporedjivanjem uzorka vode sa standardima silikatne zemlje koji se drže u bocama od bezbojnog stakla. Standard se pravi tako što se litru vode doda 1 g dijatomejske zemlje i takva suspenzija ima mutnoću 1000 stepeni. Bitno je da se pre upoređivanja i uzorak i standard dobro promućkaju. Voda za piće ne sme da ima mutnoću veću od one koju bi prouzrokovalo 10 mg silikatne gline u 1l vode. Mutnoća se meri i poređenjem svetlosnih efekata koji se odvijaju prolaskom svetlosti kroz uzorak i kroz standard. Što je veći intenzitet skretanja svetla, što je veća interferencija, veća je i mutnoća uzorka. Izražava se u nefelometrijskim jedinicama mutnoće, (eng. nephelometric turbidity units (NTU)) Hemija životne sredine I (T. Anđelković) 8
Dozvoljena vrednost turbiditet za pijaću vodu je 1,0 NTU. Standardi turbiditeta od 5, 50, i 500 NTU hidrazinsulfat heksametilentetramin Hemija životne sredine I (T. Anđelković) 9
Terenski turbidimetri Na slici su prikazani terenski turbidimetri, koji se kalibrišu standardima odgovarajuće mutnoće, koje izdaje proizvođač. Hemija životne sredine I (T. Anđelković) 10
Hemija životne sredine I (T. Anđelković) 11
Visoka koncentracija suspendovanih materija smanjuje prodiranje svetlosti kroz vodu, usporava rast makrofita, utiče na život drugih organizama koji koriste makrofite kao hranu. Smanjenjem količine svetlosti u vodi - proces fotosinteze se usporava, količina O2 se smanjuje. Suspendovane čestice apsorbuju toplotu Sunčeve svetlosti i voda se zagreva, količina O2 se smanjuje. Hemija životne sredine I (T. Anđelković) 12
Merenjem mutnoće - određuje se ukupna količina suspendovanih čestica u vodi TSS (total suspended solids). Jedinica: mg suve materije/l. Tri načina određivanja ukupne količine TSS: procenjivanje rasipanja svetlosti o čvrste čestice suspendovane u vodi, poznata količina vode se filtrira i sakupljaju se suspendovane čestice; posle sušenja na 103 C (da bi se uklonila voda) meri se masa čestica, gledanje kroz cev koja na dnu ima crno-beli disk; procenjuje se koliko je vode potrebno da disk nestane iz vidnog polja. Hemija životne sredine I (T. Anđelković) 13
Provodljivost, κ, je električno svojstvo vode. Mera ukupne količine rastvorenih soli ili jona u vodi. Voda i vodeni rastvori u zavisnosti od koncentracije jona mogu da provode struju. Provodljivost vode zavisi od: vrste jona prisutnih u vodi, koncentracije jona, pokretljivosti i naelektrisanja jona, temperature na kojoj se određuje provodljivost. Hemija životne sredine I (T. Anđelković) 14
Faktori koji određuju koncentraciju jona u vodi: Geologija (sastav stena) Vrste padavina Isparavanje Ljudska aktivnost: otpadne vode septičkih i drenažnih sistema, emisija izduvnih gasova, upotreba veštačkih đubriva, kisele kiše. U SI sistemu jedinica za provodljivost je simensim (S). Recipročna veličina je otpornost, R, čija jedinica je om (Ω). Obično se meri specifična provodljivost, κ, koja se izražava u μs/cm. Provodljivost, κ je obrnuto proporcionalna otpornosti, R K = 1/R Hemija životne sredine I (T. Anđelković) 15
Ekstremne ph vrednosti ukazuju na akcidente. Maksimalno dopuštena ph vrednost za vodu Flaširana prirodna voda 6,8 8,5 Prečišćena voda (redovne prilike) 6,8 8,5 Neprečišćena voda (redovne prilike) 6,5 9,0 Vanredne prilike 6,5 9,5 Hemija životne sredine I (T. Anđelković) 16
Fotosintezom se rastvoreni CO2 u vodi iskorišćava. Time se smanjuje kiselost vode, odnosno ph vode raste. Nasuprot fotosintezi, razlaganjem OM stvara se CO2, koji se rastvara u vodi, tako da se ph smanjuje. Zbog toga, ph može biti veća tokom dana i tokom perioda vegetacije, kada je fotosinteza maksimalna. Disanje i razlaganje OM snižava ph. Kao i koncentracija rastvorenog kiseonika, i ph se može menjati sa dubinom u jezeru, usled promene u fotosintezi i drugim hemijskim reakcijama. Tako, postoji tipično sezonsko smanjenje ph u donjim delovima stratifikovanog jezera usled akumuliranja CO2. U tim slojevima nema dovoljno svetla za biljke koje mogu da fiksiraju CO2, a sa druge strane razlaganje OM dovodi do oslobađanja CO2. Na sreću, jezerska voda je kompleksnog sastava; puna je hemijskih komponenti koje mogu da spreče velike promene ph (puferski kapacitet). Zato, prirodne vode imaju opseg ph od 6.5 do 8.5. Hemija životne sredine I (T. Anđelković) 17
Predstavlja kapacitet vode da primi H + jone (neutrališe kiseline). Osnovne komponente koje doprinose alkalitetu vode su hidroksilni, karbonatni i bikarbonatni joni : OH + H + H 2 O CO 2 3 + H + HCO 3 HCO 3 + H + H 2 CO 3 ALKALITET = [OH ] + 2[CO 3 2 ] + [HCO 3 ] - [H + ] Proton akceptori Proton donor Površinske vode sa visokom vrednošću alkaliteta će neutralisati kisele kiše i sprečiti promene ph, koje bi mogle biti pogubne po akvatične organizme. Hemija životne sredine I (T. Anđelković) 18
Alkalitet se izražava u jedinicama: mgcaco3 /L ili mg Ca/L ili μmol H + /L 1 mg CaCO3 = 0.001 g/100g/mol = 10 μmol CaCO3 = 10 μmol CO3 2- = 20 μmol H + Prema tome, alkalitet vode koja sadrži 20 μmol /L proton akceptujućih jonskih vrsta može se izraziti i kao 1 mg/l CaCO3. Alkalitet se meri titracijom uzorka kiselinom. Na ph 8 javlja se z.t.t. za prelazak karbonata u hidrokarbonat plus hidroksida u vodu, čime se dobija karbonatni alkalitet. Ukoliko se titracija nastavi do ph 4.5, hidrokarbonat se dalje protonuje kada se stvara CO2(aq), pri čemu titracija do ove vrednosti daje ukupni alkalitet. Hemija životne sredine I (T. Anđelković) 19
Voda A (ph = 9, nema karbonata) [H3O + ]=10-9 M [OH - ]=10-5 M [HCO3 - ]= [CO3 2- ]= 0 M Voda B (ph = 8.3, sadrži bikarbonat 0.01M) [H3O + ]=10-8.3 M [OH - ]=10-5.7 M [HCO3 - ]= 0.01 M 2 K a2 HCO3 CO3 H O 3 4.7 10 10 11 8.3 0.01 9.410 5 mol/l Alk = [OH ] + 2[CO 3 2 ] + [HCO 3 ] - [H + ] = 10-5 + 0 + 0-10 -9 = 10-5 mol/l = 10μmol/l Alk = [OH ] + 2[CO 3 2 ] + [HCO 3 ] - [H + ] = 10-5.7 + 0.01 + 2 9.4 10-5 - 10-8.3 = 0.01 mol/l = 10 000 μmol/l Hemija životne sredine I (T. Anđelković) 20
Voda B ima nižu ph vrednost od vode A, ali mnogo veći alkalitet. Na osnovu ovog se vidi razlika između ph i alkaliteta. ph predstavlja faktor intenziteta, koji meri koncentraciju baze ili kiseline dostupne za reakciju. A alkalitet predstavlja faktor kapaciteta, koji meri sposobnost vode da zaustavi reakciju sa kiselinom ili bazom. Acidifikacija jezera u njegovom prirodnom okruženju je analogna titraciji u makro razmerama. U zavisnosti od njihovog položaja na titracionoj krivoj, jezera se grupišu u dobro puferovana, prelazna, kisela jezera. Hemija životne sredine I (T. Anđelković) 21
Posmatrajmo četvrtastu kolonu u nekom jezeru sa površinom od 1 dm 2. Vk = 200 dm x 1 dm 2 = 200 dm 3 = 200 L Kolona sadrži 200 L x 25 μmol/l = 5000 μmol/l proton neutralizanata. Zapremina kišnice koja pada na ovu površinu jezera tokom jedne godine biće jednaka prosečnoj godišnjoj količini padavina puta površina: Ova zapremina sadrži 10L x 10-4 mol/l H3O + = 1000 μmol protona. Prema tome, ovaj proračun predvidja da jezero može postati zakiseljeno za oko 5 godina. Pri tome, uzete su sledeće pretpostavke: da u jezero ne dolaze nove vode, niti odlaze postojeće, da ne postoji interakcija sa sedimentima. Godišnje padavine = 1 m Prosečna dubina jezera = 20 m Površina = 1dm 2 Kolona koja predstavlja jedan deo jezera Hemija životne sredine I (T. Anđelković) 22
Tvrda voda je voda koja može da izazove taloženje sapuna, odnosno stvaranje kamena u bojlerima. Te reakcije vode potiču zbog visokog sadržaja Ca i Mg. Tvrde vode ne predstavljaju opasnost po zdravlje ljudi. U industriji su nepoželjne, jer izazivaju veću potrošnju goriva za zagrevanje kotlova u kojima se kuva voda. mg/l CaCO 3 Stepen tvrdoće 0-75 meka voda 75-150 srednje tvrda voda 150-300 tvrda voda 300 i više vrlo tvrda voda Pijaća voda Niša je srednje tvrda voda. Hemija životne sredine I (T. Anđelković) 23
Tvrdoća se deli na: Karbonatnu tvrdoću, potiče od Ca i Mg jona u formi bikarbonata i Nekarbonatnu tvrdoću, potiče od Ca i Mg jona u obliku sulfata, hlorida i nitrata. Kuvanjem vode bikarbonati prelaze u karbonate, koji su nerastvorni, pri čemu iščezava karbonatna tvrdoća, preostaje nekarbonatna (stalna) tvrdoća. Vode se svrstavaju u četiri stepena tvrdoće, ako se stepen tvrdoće izražava u mg/l CaCO 3. Hemija životne sredine I (T. Anđelković) 24
su sve one materije koje ostaju nakon isparavanja vode i sušenja na temperaturi od 103-105 C. One su i organskog i neorganskog porekla. Ima uticaja na upotrebu vode. Vode sa sadržajem ukupnih čvrstih materija ispod 500 mg/l su pogodne za piće. Hemija životne sredine I (T. Anđelković) 25