CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 H 2 CO 3 H + + HCO 3 HCO 3 H + + CO 3

Transcript

1 Reacţii de oxidoreducere se petrec cu modificarea valenţei unor elemente, dintre care importante cantitativ sunt C, S, Fe, O. Procesele de oxidoreducere au loc în timpul interacţiunilor chimice de la interfeţele apă-atmosferă şi apă-litosferă. Capacitatea de tamponare a apelor naturale Apele naturale au o capacitate semnificativă de a-şi menţine ph-ul constant, adică au putere de tamponare mare. Puterea de tamponare a apelor naturale este determinată de CO 2 din atmosferă, de ionii HCO 3 - şi CO 3 2- dizolvaţi în apă, de CaCO 3 şi alte minerale. Echilibrul dioxidului de carbon şi carbonaţilor în apele naturale În apele naturale CO 2 poate exista în stare liberă sau combinat. Starea sa este dependentă de ph şi prezenţa altor elemente minerale. Cantitatea de CO 2 liber dizolvată în apele naturale este proporţională cu presiunea parţială a CO 2 din aerul atmosferic. În urma reacţiei cu apa, CO 2 formează acidul carbonic care disociază în două trepte în funcţie de ph-ul apei: CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 H 2 CO 3 H + + HCO 3 - HCO 3 - H + + CO 3 2-

2 Ionii carbonat acid şi carbonat reacţionează cu ionii metalici prezenţi în ape, în special Ca 2+ şi Mg 2+, formând sărurile corespunzătoare. Carbonatul de calciu, insolubil în apă, este în echilibru cu ionii săi din soluţie: CaCO 3 Ca 2+ + CO 2-3 Carbonatul de calciu se poate solubiliza în prezenţa dioxidului de carbon: CaCO 3 + CO 2 + H 2 O Ca(HCO 3 ) 2 Carbonatul acid de calciu rezultat este disociat existând în soluţie în echilibru cu ionii săi: Ca(HCO 3 ) 2 Ca HCO 3-2HCO 3 - CO H 2 CO 3 Carbonatul şi carbonatul acid de calciu hidrolizează în apă: 2CaCO 3 + 2H 2 O Ca(OH) 2 + Ca(HCO 3 ) 2 Ca(HCO 3 ) 2 + 2H 2 O Ca(OH) 2 + 2H 2 CO 3 CO 2 se află, prin urmare, în apă sub următoarele forme: CO 2 agresiv, fracţiunea de dioxid de carbon aflat în apă în stare moleculară. Această formă de dioxid de carbon reacţionează cu carbonatul de calciu solid şi îl dizolvă. CO 2 echilibrat, fracţiunea de dioxid de carbon din acidul carbonic necesară pentru a împiedica disocierea carbonaţilor acizi şi transformarea acestora în carbonaţi neutri. CO 2 semicombinat, fracţiunea de dioxid de carbon legată în carbonaţi acizi disociabili. CO 2 combinat, fracţiunea de dioxid de carbon care se găseşte în carbonaţi. Concentraţia diferitelor forme de CO 2 din apă are influenţă directă asupra ph-ului apelor.

3 Interacţiuni apă - biocenoze acvatice Compoziţia chimică a apelor naturale este influenţată de biocenozele din ecosistemele terestre şi acvatice. La nivelul biocenozelor au loc 3 procese importante: fotosinteza; respiraţia; putrezirea. Produşii acestor procese precum şi substanţele dizolvate prin solubilizarea şi descompunerea mineralelor sunt transportate spre oceane. Într-un sistem acvatic viteza de producere a biomasei prin fotosinteză trebuie să fie într-un echilibru stabil cu viteza de mineralizare a materiei organice prin respiraţie. În caz contrar, dacă: intensitatea procesului de fotosinteză intensitatea procesului de respiraţie se produce o supraîncărcare cu materie organică (alge) care sunt consumatoare de oxigen; intensitatea procesului de fotosinteză intensitatea procesului de respiraţie concentraţia oxigenului dizolvat diminuează, condiţiile devenind anaerobe.

4 Sedimentele reprezintă adevărate rezervoare pentru nutrienţi. La nivelul sedimentelor au loc reacţii biochimice care conduc la transformarea substratului organic (CH 2 O): consum de oxigen în faza de respiraţie: denitrificare: reducerea azotaţilor: resolubilizarea manganului prin reacţie de reducere: procese fermentative: resolubilizarea fierului prin reacţie de reducere (din oxihidroxid de fier): reducerea sulfaţilor: formarea metanului: 2CH 2 O + O 2 = 2CO 2 + 2H 2 2CH 2 O + 2NO H + = 2CO 2 + N 2 + 4H 2 O CH 2 O + NO H + = CO 2 + NH H 2 O CH 2 O + 2MnO 2 (s) + 4H + = CO 2 + 2Mn 2+ +3H 2 O 3CH 2 O + H 2 O = CO 2 + 2CH 3 OH CH 2 O +4 FeO(OH)(s) + 8H + = CO 2 + 7H 2 O + 4Fe 2+ CH 2 O + SO H + = SH - + CO 2 + 3H 2 O 2CH 2 O = CH 4 + CO 2

5 Fosfaţii sunt precipitaţi la suprafaţa sedimentelor sub formă de: Ca 3 (PO 4 ) 2, AlPO 4 Fe 3 (PO 4 ) 2. Precipitarea este realizată de: CaCO 3 Al 2 O 3 FeO(OH) Fe(OH) 3. De asemenea, fosforul poate fi adsorbit la suprafaţa sedimentelor sub formă de fosfaţi bazici de fier (III) sau aluminiu. Prin trecerea de la aerobioză la anaerobioză ionii ferici (3+) se reduc la ioni feroşi (2+) iar fosfatul feric trece în fosfat feros, solubil. În condiţii anaerobe, când mediul este reducător, speciile chimice predominante sunt NH 4 +, Mn (II), Fe(II), fosforul fiind resolubilizat în fază apoasă. Are loc, de asemenea, solubilizarea unor sulfuri ale metalelor grele datorită deplasării echilibrului de la S 2- la SH - şi H 2 S. Transformarea Fe 3+ în Fe 2+ conduce la modificarea concentraţiei FeO(OH) care are capacitate de adsorbţie ridicată. Ca urmare capacitatea de reţinere a poluanţilor diminuează.

6 Calitatea apelor naturale - totalitatea substanţelor anorganice, organice şi gazelor dizolvate, a particulelor în suspensie precum şi a organismelor vii prezente. Viaţa pe Pământ este conectată direct la calitatea apei. Importanţa apei în activităţile umane este în continuă creştere. Resursele naturale sunt recuperabile dar se limitează utilizarea apei reîntoarse în natură datorită poluării acestora. Proprietăţile apelor naturale sunt determinate de substanţele solide, lichide şi gazoase care se găsesc în suspensie sau dizolvate şi care provin din interacţiunile complexe hidrosferă-atmosferă-litosferă-organisme vii. În apele naturale se găsesc diferite substanţe, în raport cu sursele de unde provin. Substanţe provenite din sol şi roci: substanţe sub formă de suspensii (nămol, nisip, alte substanţe anorganice); substanţe în stare coloidală: - coloid - un tip de amestec mecanic unde o substanţă este dispersată în alta; din cauza dispersiei anumiţi coloizi au aparenţă de soluţii; - sistem coloidal - format din două faze separate - o fază dispersă sau fază internă şi o fază continuă sau mediu de dispersie; un sistem coloidal poate fi solid, lichid sau gazos. substanţe în stare gazoasă (CO 2 ); ioni pozitivi (Ca 2+, Mg 2+, Na +, K +, Fe 2+, Fe 3+, Mn 2+, Zn 2+ ) şi negativi (HCO 3 -, CO 3 2-, Cl -, F - SO 4 2-, NO 3 -, HPO 4 2-, H 2 PO 4 -, HO -, ). Substanţe provenite din atmosferă: substanţe în stare gazoasă (N 2, O 2, CO 2, SO 2 ); ioni pozitivi (H + ) şi negativi (HCO - şi SO 4 2-). Substanţe provenite din descompunerea materiei organice substanţe sub formă de suspensii (resturi organice); substanţe sub formă de coloizi (materii vegetale organice, alte resturi organice); substanţe în stare gazoasă (CO 2, NH 3, N 2, O 2, H 2 S, CH 4, H 2 ); ioni pozitivi (Na +, NH + 4 şi H + ) şi negativi (Cl -, HCO 3 -, NO 2 -, NO 3 -, HO -, HS -, radicali organici).

7 Calitatea apei - ansamblu convenţional de caracteristici fizice, chimice, biologice şi bacteriologice, exprimate valoric, care permit încadrarea probei într-o anumită categorie. Supravegherea calităţii apelor se realizează prin trei categorii de parametri: - parametri de bază (temperatură, ph, conductivitate, oxigen dizolvat, colibacili); - parametri indicatori ai poluării persistente (concentraţia de Cd, Hg, compuşi organo-halogenaţi, uleiuri minerale); - parametri opţionali (C organic total, CBO, detergenţi anionici, metale grele, As, B, Na, cianuri, uleiuri totale, streptococi). Caracterizarea calităţii apelor include o terminologie specifică: Criterii de calitate a apei - totalitatea indicatorilor de calitate a apei care se utilizează pentru aprecierea acesteia în raport cu măsura în care satisface un anumit domeniu de utilizare sau pe baza cărora se poate elabora o decizie asupra gradului în care calitatea apei corespunde cu necesităţile de protecţie a mediului înconjurător. Indicatori de calitate ai apei caracteristici nominalizate pentru o determinare precisă a calităţii apelor. Parametri de calitate ai apei valori şi exprimări numerice ale indicatorilor de calitate a unei ape. Valori standardizate ale calităţii apei - valori ale indicatorilor de calitate a apelor care limitează un domeniu convenţional de valori acceptabile pentru o anumită utilizare a apei.

8 Indicatori de calitate ai apei - utilizaţi pentru caracterizarea calităţii şi gradului de poluare a unei ape. Indicatorii de calitate se clasifică : după natura lor: indicatori organoleptici gust, miros; indicatori fizici culoare, turbiditate, conductivitate electrică; indicatori chimici; indicatori toxicologici; indicatori radioactivi; indicatori bacteriologici numărul de celule bacteriene (UFC) / ml; indicatori biologici. după efectul pe care îl au asupra apei: indicatori fizico-chimici generali temperatura, ph, oxigen dizolvat, consum biochimic de oxigen (CBO5), consumul chimic de oxigen (CCOCr şi CCOMn); indicatori ai gradului de mineralizare reziduu fix, cloruri, sulfaţi, calciu, magneziu, sodiu etc.; indicatori fizico-chimici selectivi carbon organic total, azot total, fosfaţi, duritate, alcalinitate; indicatori fizico-chimici specifici (toxici) cianuri, fenoli, hidrocarburi aromatice mono şi polinucleare, detergenţi, metale grele (mercur, cadmiu, plumb, zinc, cobalt, fier etc.), pesticide, arsen, trihalometani); indicatori de radioactivitate; indicatori biologici analiza speciilor de organisme care populează mediul acvatic indicatori bacteriologici - evaluează nivelul de poluare bacteriană.

9 Indicatori organoleptici Culoarea reală a apelor se datorează substanţelor dizolvate şi se determină prin comparaţie cu etaloane pregătite în laborator. Mirosul conduce la clasificarea apelor în: - ape fără miros, - ape cu miros neperceptibil, - ape cu miros perceptibil de către un specialist, - ape cu miros perceptibil unui consumator, - ape cu miros puternic, - ape cu miros foarte puternic. Gustul se defineşte prin denumiri convenţionale: - Mb - ape cu gust mineral bicarbonato-sodic, - Mg - ape cu gust mineral magnezic, - Mm - ape cu gust mineral metalic, - Ms - ape cu gust mineral sărat, - Oh - ape cu gust organic hidrocarbonat, - Om - ape cu gust organic medical-farmaceutic, - Op - ape cu gust organic pământos etc.

10 Indicatori fizici Turbiditatea se datorează particulelor solide, sub formă de suspensii sau în stare coloidală. Suspensiile totale reprezintă ansamblul componentelor solide insolubile prezente într-o cantitate determinată de apă care pot fi separate prin metode de laborator precum sedimentarea, filtrarea, centrifugarea. Indicele de colmatare reprezintă puterea colmatantă a unei ape datorată particulelor a căror dimensiuni permit reţinerea lor pe filtre. Temperatura apei variază în funcţie de provenienţă şi de anotimp. Radioactivitatea - proprietatea nucleelor de a se dezintegra spontan prin emisia unor radiaţii de tip α, β, sau γ). În cazul apei este proprietatea acesteia de a emite radiaţii. Conductivitatea apelor permite aprecierea gradului de mineralizare prin determinarea conţinutului total de săruri dizolvate. Pe baza mobilităţii ionice specifice se pot diferenţia sărurile anorganice de cele organice. ph-ul apelor naturale este cuprins între 6,5-8, abaterea de la acest interval reprezentând efecte ale poluării. Concentraţia H + din apă determină reactivitatea apei, agresivitatea ei, capacitatea de a constitui medii de viaţă pentru organisme etc. Capacitatea de tamponare a ph-ului este una dintre proprietăţile esenţiale ale apelor naturale de suprafaţă şi subterane, un rol esenţial având ionii de Na, K, Ca şi Mg. Principalul sistem tampon al apelor naturale este sistemul acid carbonic-carbonat.