DETERMINAREA INDICATORILOR DE CALITATE PENTRU CARACTERIZAREA APELOR DE SUPRAFAŢĂ. CARACTERISTICI CHIMICE

Transcript

1 DETERMINAREA INDICATORILOR DE CALITATE PENTRU CARACTERIZAREA APELOR DE SUPRAFAŢĂ. CARACTERISTICI CHIMICE Conform legislaţiei naţionale şi internaţionale indicatorii chimici se impart în: Indicatori generali: săruri dizolvate (cloruri, sulfaţi, azotiţi, fosfaţi), duritate (ioni de Ca 2+, Mg 2+, duritate totală), clor rezidual, CO 2, O 2 dizolvat, ioni metalici (Al 3+, Fe 3+, Cu 2+, Zn 2+ ); Indicatori toxici: amine aromatice, arsen, azotaţi, cadmiu, cianuri, crom, hidrocarburi policiclice aromatice, mercur, nichel, pesticide, plumb, seleniu, triahalometani. Prezenţa compuşilor toxici (chiar şi la concentraţii foarte mici, de ordinul μg/l) în apă prezintă un risc mare pentru consumatori, risc care poate fi imediat (toxicitate acută) sau pe termen lung (toxicitate cronică). 1. Determinarea consumului chimic de oxigen Consumul chimic de oxigen (CCO) reprezintă o măsură a oxidabilităţii compuşilor organici din apă. Oxigenul echivalent cu compuşii organici se poate determina utilizând un oxidant puternic (în cazul analizei apelor de suprafaţă sau tratate se recomandă permanganat de potasiu, KmnO 4 ; se notează CCO Mn ) la temperatură şi mediu acid. Acest test a fost introdus deoarece timpul de realizare faţă de CBO 5 este cu mult mai mic (aproximativ 3 ore fată de 5 zile) iar testul dă informaţii asupra conţinutului total de compuşi organici. Principiul metodei Oxidarea substanţelor organice cu permanganat de potasiu în: - mediu acid pentru un conţinut de cloruri în apa de max. 300 mg/l (cazul apelor de suprafaţă); - mediu bazic pentru un conţinut de cloruri în apă mai mare de 300 mg/l. Permanganatul de potasiu în exces oxidează substanţele organice din apă în mediu acid, la cald, iar excesul de permanganat se determină prin titrare cu acid oxalic. 1

2 Materiale şi aparatură - acid oxalic 0,01 N preparat în flacon cotat de 1000 ml (0,6303 g acid oxalic se dizolvă în câţiva mililitri de apă distilată), se adaugă 5 ml de H 2 SO 4 sol. 1 :3 în volume şi se completează la semn cu apă distilată ; - permanganat de potasiu 0,01 N. Se verifică factorul permanganatului înainte de începerea analizelor. - Acid sulfuric diluat în raport 1:3 în volume şi tratat la rece cu câteva picături de KmnO 4 până la apariţia culorii slab roz; - Hidroxid de sodiu soluţie 30% (NaOH se cântăreşte numai la balanţa tehnică). Pentru efectuarea determinării din proba de apă se prelevează 100 ml. Dacă de la recoltarea probei de apă până la efectuarea determinării trec mai mult de 2 h, proba de apă se acidulează cu câte 5 ml de H 2 SO 4 sol. 1 :3 în volume pentru fiecare 100 ml de apă de analizat. În cazul probelor cu conţinut de cloruri sub 300 mg/l, se iau 100 ml de apă de analizat şi se introduc într-un vas Erlenmazer cu volum de 300 ml. Se adaugă 5 ml H 2 SO 4 sol. 1 :3 în volume, apoi 10 ml sol KMnO 4 0,01 N exact măsuraţi (cu pipeta). Se fierbe timp de 10 minute, după care se adaugă în soluţia fierbinte 10 ml sol. Acid oxalic 0,01 N, exact masuraţi. Soluţia se titrează fierbinte (70-80 ) cu sol KMnO 4 0,01 N până la apariţia coloraţiei slab roz persistentă. Dacă în urma fierberii probei se obţine un precipitat maroniu violet se poate dilua apa de analizat. Substanţele organice se pot exprima în mg KMnO 4 /l sau în mg O 2 /l (1 mg KMnO 4 corespunde la 0,253 mg O 2 ). Calculul se face utilizând următoarea formulă: Substanţe organice = [ (+ 1 )*f- 2 ]*3,16 - volumul de permanganat de potasiu 0,01 N adăugat iniţial în probă, ml volumul de permanganat de potasiu 0,01 N folosit la titrarea probei, ml; - 2 volumul de acid oxalic adăugat în probă pentru decolorare, ml; 2

3 - 3,16 cantitatea de permanganat de potasiu corespunzătoare la 1 ml permanganat de potasiu 0,01 N corectată cu factorul de volum (0,316*1000/100). 2. Determinarea clorurilor din apă Metoda este folosită la determinarea clorurilor prezente în apa potabilă, apa de suprafaţă şi corespunde SR ISO 9297/2001. Principiul metodei Metoda presupune dozarea cantitativă a clorurilor din ape neutre sau slab alcaline prin titrare cu azotat de argint (AgNO 3 ) în prezenţă de cromat de potasiu (K 2 CrO 4 ). Are loc precipitarea cantitativă a AgCl înainte de formarea cromatului de argint (Ag 2 CrO 4 ) de culoare roşie. Pot interfera sulfurile, sulfiţii şi tiosulfiţii a căror acţiune poate fi înlăturată prin tratare cu H 2 O 2. Orto-fosfaţii în cantităţi mai mari de 25 mg/l pot interfera prin precipitare sub formă de Ag 3 PO 4. Culoarea şi turbiditatea poate fi reţinută prin tratare cu Al(OH) 3. Materiale şi aparatură - Cromat de potasiu, indicator: se dizolvă 12.5 g K 2 CrO 4 în puţină apă şi se adaugă soluţie de AgNO 3 până la formarea unui precipitat roşu bine definit. Se lasă 12 ore în repaus, se filtrează şi se diluează la 250 ml. - Azotat de argint, soluţie titrantă: se dizolvă 2,4 g AgNO 3 în apă şi se diluează la 1000 ml. Se depozitează în sticle de culoare închisă şi se etalonează faţă de NaCl. - NaCl, soluţie etalon: se dizolvă 0,824 g NaCl, uscat la C, în apă şi se diluează la 1000 ml. 1 ml corespunde la 0,0141 mmol Cl -. - Fenoftaleină, indicator: se dizolvă 0,5 g în 50 ml etanol şi se adaugă 50 ml apă distilată. - NaOH, soluţie 1 M: se dizolvă 4 g în 100 ml apă distilată. - H 2 SO 4, soluţie 0.5 M: se adaugă 2,7 ml acid sulfuric concentrat peste 100 ml apă distilată. - H 2 O 2, soluţie 30 %; 3

4 - Al(OH) 3, suspensie: se dizolvă 30 g AlK(SO 4 ).12 H 2 O în 250 ml apă distilată, se încălzeşte la 60 0 C şi se adaugă 14 ml NH 4 OH 25 % sub uşoară agitare. Precipitatul format se spală de mai multe ori cu apă. Suspensia posedă un volum de 250 ml. Etalonarea soluţiei de AgNO 3 : într-un pahar Erlenmeyer de 250 ml se introduc 10 ml NaCl, 90 ml apă distilată (se ajustează ph-ul între 7-10) şi 1 ml indicator de K 2 CrO 4. Se titrează cu AgNO 3 până la o coloraţie portocalie. Se lucrează cu probe de 100 ml care sunt preliminar tratate în vederea înlăturării interferenţelor şi anume: se adaugă 3 ml suspensie de Al(OH) 3 în cazul apelor intens colorate sau cu turbiditate mare, se agită, se lasă să sedimenteze şi se filtrează. se adaugă 1 ml H 2 O 2 pentru îndepărtarea sulfurii, sulfiţilor sau tiosulfaţilor prezenţi în apă, se agită timp de 1 minut. Se verifică ca ph-ul să fie între 7-10 şi se ajustează cu soluţie de NaOH 1 M sau H 2 SO M după caz. Se adaugă 1 ml soluţie indicator de K 2 CrO 4 şi se titrează cu soluţie de AgNO 3 până la coloraţie portocalie-cărămizie turbulentă corespunzătoare formării precipitatului de AgCl. Calculul se poate face după formula: mg Cl - /l = 1000 n M 35,45 n - volumul de soluţie de AgNO 3 folosit la titrare, ml; M concentraţia molară a soluţiei de AgNO 3, moli/l; - volumul probei de apă de analizat, ml. 3. Determinarea sulfaţilor din apă Sulfaţii din apa potabilă sau apa uzată industrială/menajeră se pot determina prin metoda gravimetrică, turbidimetrică şi/sau spectrofotometrică. Pentru concentraţii mari de sulfaţi se foloseşte metoda gravimetrică, iar pentru concentraţii mici metoda turbidimetrică conform STAS /1992, STAS şi

5 Metoda gravimetrică Principiul metodei Sulfaţii sunt precipitaţi în mediu acid, sub formă de sulfat de bariu. Precipitatul format este spălat, cântărit şi conţinutul de sulfaţi este exprimat funcţie de volumul probei de apă. Culoarea şi materiile în suspensie în cantităţi mari pot interfera. Materiale şi aparatură Roşu de metil, soluţie 0.1 %: se dizolvă 0,1 g indicator în 90 ml apă distilată; Acid clorhidric, soluţie 1:1; Clorură de bariu, soluţie 10%: se dizolvă 100 g BaCl 2.2 H 2 O în 1000 ml apă bidistilată; Azotat de argint, soluţie 1 %: se dizolvă 1 g AgNO 3 în 90 ml apă distilată şi se acidulată cu 1 ml HNO 3 conc. baie de apă. Se lucrează pe probe de 250 ml apă de analizat care se introduc într-un pahar Berzelius şi se neutralizează cu HCl 1:1 în prezenţa roşului de metil 0.1 %. Se adaugă un exces de 2 ml HCl 1:1. Se încălzeşte apa la fierbere într-o baie şi apoi se introduce picătură cu picătură soluţie de clorură de bariu până la precipitarea completă a sulfaţilor. Se adaugă un exces de 2 ml clorură de bariu. Se agită uşor, apoi se lasă pe baia de apă până la depunerea completă a precipitatului (aproximativ 2 ore). După răcire, se filtrează proba şi se spală precipitatul reţinut pe filtru cu apă fierbinte până la îndepărtarea completă a ionului clor (verificare cu soluţie de azotat de argint). Filtrul ce conţine precipitatul este introdus într-un creuzet şi se calcinează cu atenţie într-un cuptor de calcinare până la greutate constantă. Calcularea conţinutului de sulfaţi se face cu relaţia: mg SO - 4 /l = a 0, a - greutatea precipitatului de sulfat de bariu, mg; echivalentul unui mg BaSO 4 în mg SO - 4 ; - volumul probei de apă analizată, ml. 5

6 4. Determinarea durităţii Duritatea apei este dată de prezenţa tuturor cationilor din apă în afară de cationii metalelor alcaline. Deoarece ionii de calciu şi magneziu se găsesc în apă în cantităţi mult mai mari faţă de ceilalţi cationi, determinarea durităţii va consta în determinarea concentraţiei acestor ioni. Duritatea apei este de două feluri: temporară datorată bicarbonaţilor alcalino-pământoşi şi determinată prin titrare cu soluţie de acid clorhidric în prezenţă de indicator metiloranj; permanentă datorată ionilor de calciu şi magneziu şi determinată prin titrare complexonometrică în prezenţă de indicator erio T Determinarea durităţii temporare Este datorată tuturor bicarbonaţilor prezenţi în apă şi se determină prin titrare cu acid clorhidric în prezenţă de metiloranj. Materiale: Acid clorhidric, soluţie 0.1 N; Metiloranj, soluţie 0.1%. Se introduc probe de ml apă de analizat într-un flacon conic peste care se adaugă 2 picături soluţie de metiloranj şi se titrează cu soluţie de acid clorhidric până se produce schimbarea de culoare de la galben la galben-portocaliu. Duritatea temporară se calculează cu ajutorul relaţiei: D temporară ( 0 G) = v N E CaO 100 v - volumul soluţiei de HCl consumat la titrare, ml; N HCl - normalitatea soluţiei de HCl, val/l; E CaO echivalentul gram al CaO (E CaO = 28); - volumul de apă analizat, ml. 6

7 4.2. Determinarea durităţii totale Ionii de calciu şi magneziu complexează în prezenţa complexonului III formând complecşi de tip chelat. Chelaţii formaţi sunt foarte stabili, solubili în apă şi incolori. Ca indicator se foloseşte eriocrom negru T. Materiale şi reactivi Complexon III, soluţie 0.01 M: se dizolvă 3,72 g sare complexon III cu apă distilată într-un balon cotat de 1000 ml; Soluţie tampon ph = 10: 70 g NH 4 Cl şi 570 ml soluţie NH 3 cu d= 0.9 g/cm 3 se amestecă şi se completează la 1000 ml cu apă distilată; Indicator erio T: 0.1 g eriocrom negru T se mojarează cu 50 g NaCl. Se introduc într-un pahar Erlenmayer ml apă de analizat şi se diluează până la 100 ml cu apă distilată. Se adaugă 2 ml soluţie tampon (pentru a obţine ph = 10) şi o măsură de indicator. Se obţine o soluţie de culoare roşie datorată formării combinaţiei complexe dintre ionii metalici şi indicator. Se titrează cu soluţie de complexon III până la albastru pur (culoarea indicatorului liber). Duritatea totală se calculează cu ajutorul relaţiei: D totală ( 0 G) = n M M CaO 100 n - volumul soluţiei de complexon III folosit la titrare, ml; M - molaritatea soluţiei de complexon III, mol/l; M CaO - masa moleculară a CaO, g/mol; - volumul de apă luat în analiză, ml. 7