Chimia Apelor

8/6/2019 Chimia Apelor

http://slidepdf.com/reader/full/chimia-apelor 1/114

Chimia apelor naturale



APA

Elementul Esenial al VieiiApa este foarte rspîndit în toate treiforme de agregare:

Sub form de gaz sau vapori de ap -ceaa, aburi i nori - în atmosfer,

Sub form lichid - în rîuri, mlatini,lacuri, mri sau oceane,

Sub form solid - ghea .



Importana apei

pentru organismul viu A pa este principalul compus chimic din organismul unui om,

reprezentand aproximativ 60% din greutatea noastra. Este la fel de importanta pentru metabolismul nostru ca si

sangele, deoarece apa:1. ne elibereaza corpul de toxine,2. duce nutrientii la celule,3. mentine temperatura corpului constanta,4. lubrifiaza articulatiile,5. constituie principalul mediu in care au loc majoritatea reactiilor

chimice din organism si 6. ajuta la digestie.



Stãrile de agregare ale apei



Trecerea apei dintr-o stare în

alta duce la apariia: norilor, ceii,

ploii, grindinei, roui,

brumei, zãpzii, lapoviei

poleiului.



Datoritã circuitului rapid, apa

constituie o resursã renovabil T impul de existen în diferite faze ale

circuitului variazã foarte mult:

A pa poate exista în atmosferã doar câteva ore;

într-un lac sau rîu - zile sãptãmîni sau

luni; în calote glaciare, gheari sau oceane -mii de ani.



Molecula de apã Formula a fost propus de italianul

Stanislau Cannizzarro.



Istoria Chimica a APEI M ulte secole apa a fost consideratã ca un element:

(apa,focul,pamintul,aerul). În 1781, fizicianul englez H. Cavendish a arãtat cã apa se

formeazã prin explozia unui amestec de hidrogen si oxigen,cu ajutorul scânteii electrice.

În 1783, Lavoisier a repetat experiena, realizînd pentru

prima dat sinteza cantitativã a apei. S-a stabilit atunci cã 2g de hidrogen se combinã cu 16g oxigen pentru a da 18g apã.

În 1805, Humboldt si Gay-Lussac au arãtat cã apa este formatã din douã volume de hidrogen si un volum de oxigen.

A pa naturalã constã în amestecul speciilor de izotopi ai oxigenului: 16O, 17O, 18O, cu cei trei izotopi ai hidrogenului:

1H, 2H, 3H. Combinarea acestora genereazã 18 specii demolecule de apã.

A pa purã este întotdeauna un amestec de apã usoarã (H2O)si de cantitãti extrem de mici de apã grea (D2O) si apãhipergrea ( T 2O).



Exemple de obtinere

a apei pe cale chimica



Apele naturale Apele naturale

repr ezint nite soluiiale diferit elor subs tan e



Forme de existen a apei înnatur

Nr. Localizarea Suprafaax 10 -6 ,km2

Volumul,km3 %

1 Hidrosfera: apa dinoceane i mri

361 1 360 000 000 97,20

2 Litosfera:

- apa dulce din lacuri irâuri

- apa din lacuri sratei mri interioare

- ape subterane pân la800 m adâncime

- ape subteraneprofunde- gheari i calotepolare

149

-

-

-

-

-

39 224 230

124 230

100 000

4 000 000

5 000 000

30 000 000

2,80

0,009

0,65

0,29

0,37

2,15

3 Atmosfera: apa dinnori

- 12 000 0,0009

9 Total: 510 1 399 236 930 100,00



Circuitul apei în naturã



Ciclul hidrologic



Compoziia chimic a apelor

naturale

Prin compoziia chimic aapelor naturale sesubînelege totalitateagazelor dizolvate, a

srurilor minerale i asubstanelor organice



Componenii chimici principali

Componenii chimici ai apelor naturale se împart în 6 grupe:1. Ionii principali (macrocomponenii) ± K+, Na+, Mg2+, Ca2+, Cl-, SO4

2-,

HCO3-, CO32-

Coninutul macrocomponenilor variaz în limite largi

Tria ionic a apelor dulci de suprafa nu depete 0,01

2 . Gazele dizolvate ± O2, N2, H2S, CH4 .a.

Concentraia gazelor din ap se apreciaz dup presiunea

parial i constanta lui Henry

3. Substanele biogene ± compuii azotului, fosforului, siliciului i fierului

4. Microelementele ± toate metalele în afar de ionii principali i de fier

Prezena acestor substane este necesar pentru funcionare

normal a organismelor vii5 . Substanele organice dizolvate ± formele organice ale elementelor

biogene

6. Substanele poluante toxice ± metalele grele, produse petroliere,compuii clororganici, agenii activi de suprafa sintetici (AASS), fenolii.a.



Calitatea apei naturaleCalitatea apelor naturale este

determinat, în general, detotalitatea substanelor mineralesau organice, gazele dizolvate,

particulele în suspensie i organismele vii prezente.



Calitatea apei naturaleCalitatea apei se poate defini ca unansamblu conventional de

caracteristici fizice, chimice, biologicei bacteriologice, exprimate valoric,care permit încadrarea probei într-o

anumit categorie , ea cptând astfel însuirea de a servi unui anumit scop



Calitatea apei naturale Sistemul mondial de su praveghere a mediului

ambiant prevede monitorizarea calitii apelor prin trei categorii de parametri :

- parametri de baz : temperatur, pH,conductivitate, oxigen dizolvat, colibacili ;

- parametri indicatori ai polurii persistente:cadmiu, mercur, compui organo - halogenaii uleiuri minerale ;

- parametri opionali : carbon organic total(COT), consum biochimic de oxigen (CBO) detergeni anionici, metale grele, arsen, bor,sodiu, cianuri , uleiuri totale, streptococi .



Indicatori de calitate a apei1. Indicatori organoleptici

2. Indicatori fizici 3. Indicatori chimici

4. Indicatori biogeni

5. Indicatori biologici i bacteriologici



Indicatori organoleptici

1. Culoarea

2. Mirosul3. Gustul



Indicatori fizici

1. T urbiditatea se datoreaz particulelor solide su b

form de suspensii sau în stare coloidal.

2. T emperatura3. Radioactivitatea este proprietatea apei de a emite

radiaii permanente alfa , beta sau gama.

4. Conductivitatea se utilizaz în apreciereagradului de mineralizare

5. Concentraia ionilor de hidrogen , pH



Indicatori chimiciA. Indicatori ai regimului de

oxigen

1. Oxigenul dizolvat (OD)

2. Consumul chimic de oxigen (CCO)

3. Consumul biochimic de oxigen (CBO)

4. Carbonul organic total (COT).



Indicatori chimici B

. Sruri dizolvate In majoritatea cazurilor, srurile aflate

în apele naturale sunt formate din

urmtorii cationi:Ca2+, Mg2+, Na+, K +

anioni:

HCO3-, SO4

2-, Cl-.



Indicatori chimici

C. Reziduul fix Reziduul fix reprezint totalitatea

substanelor dizolvate în ap,stabile dup evaporare la 105°C,marea majoritate a acestora fiindde natur anorganic.



Indicatori biologici i

bacteriologici În analiza bacteriologic a apei

au fost adoptai ca indicatoribacteriologici:

1.Numrul total de germeni

2.Bacilul coli.



Normative pentru unele substanechimice

Denumirea substanei chimice NormaAluminiu rezidual (Al), mg/l, nu va depi 0,5

Beriliu (Be), mg/l, nu va depi 0,0002

Molibden (Mo), mg/l, nu va depi 0,25

Arsen (As), mg/l, nu va depi 0,05Nitrai (NO3), mg/l, nu va depi 45,0

Poliacriamid rezidual, mg/l, nu va depi 2,0

Plumb (Pb), mg/l, nu va depi 0,03

Seleniu (Se), mg/l, nu va depi 0,001

Stroniu (Sr), mg/l, nu va depi 7,0

Flor (F), nu va depi norma stabilit pentru zonele:

I i II

III

IV

1,5

1,2

0,7



Ionii de hidrogen în apele naturale

Ionii de hidrogen exist permanent în ap carezultat al autoionizriiapei, conform reaciei:

H 2 O H + + OH -

Concentraia ionilor dehidrogen determin caracterul acid sau bazic alapei prin indicele dehidrogen (pH)

Valoarea pH-lui pentruapele de suprafa seschimb în funcie deintensitatea iluminrii i

de temperatur

Fiecrei ape naturale îi

sunt caracteristice anumite

limite de variaie ale pH-lui



Clasificarea apelor dup valoarea

pH-lui

Nr. Felul apei Nivelul pH

1 Ape oxidate 3

2 Ape acide 3-5

3 Ape slab acide 5-6,4

4 Ape neutre 6,5-7,5

5 Ape slab bazice 7,6-8,5

6 Ape alcaline 8,6-9,5

7 Ape puternic alcaline 9,5



Clasificarea apelor naturale dup salinitatea lor

Nr. Felul apelor Salinitatea g/dm3

1 Dulci pân la 1,0

2 Saline Între 1,0 i 25,0

3 Srate Între 25,0 i 50,0

4 Soluii de sruri sau saramuri peste 50,0



Particulele suspendate din apelenaturale

Particula Diametrul,

Microcoloizi 0,003-0.01Coloizi 0,01-1

Particule sedimentabile 1-3

Virui 0,01-0,03

Bacterii 0,5

Microalge 1-30

Molecule 0,001

Macromolecule 0,01

Mrimea particulelor în suspensie i a microorganismelor



Reprezentarea schematic abazinului acvatic

Schematic, bazinul acvatic sau un element almediului apei naturale poate fi privit ca un reactorchimic dinamic:

Biocenoz

Atmosfer

Depuneri de fund

IeireIntrare

AM2+/M+

L

PC



Iniierea biogen a proceselor deautopurificare cu radicali liberi

Schema global de iniiere radicalic biogen a proceselorde autopurificare poate fi reprezentat în forma:

Biocenoz

M2+ /M+ 7 S i

H 2 O 2 + DH 2 OH

P Sur se

abiotic e

Î n calitat e de catali z atori pot participa ionii metal elor cu

v al en v ariabil

Red uc torii pot r ez ulta i ca prod u i int ermed iari detran sf ormar e a s ubs tan elor c e nu posed propri et i r ed uc toar e



Nivelurile trofice

Î n ecosistemele acv atice, n ivelul trofic inferior îl ocup algele Fitoplan cton ul

Macrofitele

Urmtorul n ivel trofic este reprezen tat de ctre bacteriileheterotrofe

B acteriile sun t con sumate de ctre zooplan cton ul filtrator

B acteriile reprezin t compon en tul hr n itor prin cipal i aldetritului

Cu cât organ is mul se afl mai sus pe scara evoluiei, cu atâtsun t mai mari dimen siun ile lui i in ten sitatea s pecific a schimbului de substan e cu mediul exterior este mai mic



Circuitul SOD în bazinul acvatic

Ptrunderidin afar SOD

Biocenoz

Detrit

Depuneride fund

Materieconsumat



Eutrofizarea antropogen a bazineloracvatice

Circuitul substanelor biogene în ecosistemele acvatice

Eutrofizarea reprezint un proces natural de evoluie a bazinuluiacvatic

Durata vieii a bazinelor acvatice, în condiii naturale, este de10-100 mii ani

Eutroficarea antropogen apare în urma înclcrii echilibruluiecochimic i datorit proceselor de autoreglare din ecosistemeleacvatice ca urmare a aciunilor antropogene

Impurificare

antropogencu substane

biogene

PBiocenoza

nivelului troficinferior

Biocenozanivelului trofic

superior

Biomasa retras(pete pescuit)

Dispariia produilorprin solubilizare în ap



Cauzele principale ale apariieiînfloririi

1. Schimbarea regimului hidrologic al râurilor

2. Schimbarea regimului t ermic

3. Suprasat urarea bazinului acvat ic cu compui aiazot ului i fos forului explozia de înflorire începela un raport N/P10

I ii t l l t iti l î



Ionii metalelor tranzitionale înapele naturale

Ionii metalelor sunt c omponenii obligatorii aiapelor naturale

Proprietile c atalitic e ale metalelor c a ipermeabilitatea pentru mic roorganismele ac vatic edepind de forme de existen ale ac estora în

ec osistemul ac vatic

T rec erea metalelor din mediul ac vatic în formametal-c omplex are trei urmri:

1. Poate avea loc c reterea c onc entraiei totale a ionilormetalic i pe seama trec erii lor în soluie din depunerilede fund

2. Permeabilitatea membranar a ionilor c omplec i sepoate deosebi esenial de permeabilitatea ionilorhidratai

3. Î n urma formrii c omplec ilor, toxic itatea metalelorse poate s chimba radic al

I ii t l l t iti l î



Ionii metalelor tranzitionale înapele naturale

Dac în ap este prezent faza solid a metalului, atunc ipartic ulele mic roc oloidale se afl într-un echilibru dinamic c uformele dizolvate ale metalului:

(MX n)s (Mn )aq n X -

un de X - - li gan d ul anionic car e f ormeaz compl ec i in s olubili

As t fel de li gan z i pot f i OH -, Cl -, f osf at , car bonat , s ul f ur .a. Ac es t echili bru es t e caract eri z at prin prod us ul de s olubilitat e:

P s ! [Mn ][ X -]n

E cua ia bilan ului pentru metalul M î n pr ezen a f azei s oli de Ms

poat e f i r ed at s ub f orma:

M0 ! ( Mn )aq 7 ( ML) ( MX n )s

un de 7 ( ML) - totalitat ea f ormelor compl exe al e metalului î n med iul ac v atic



Aqua-ionii metalici din ap

Forma redox a metalului Concentraia, g ion/l

Cu2+/Cu+ 10-7/10-8

Fe3+/Fe2+ 10-19/10-2

Mn3+/Mn2+ 10-17/10-1

Co3+/Co2+ 10-25/10-8

Cr3+/Cr2+ 10-11/10-7

Concentraia unor aqua-ioni metalici în ap, la pH 7,6



Influena pH-ului asupra formelorde existen a Fe

Î n mediul ac vatic se î ntâlnes c mai des c ompuii Fe( III), fiind maistabili termodinamic; Fe( II) se î ntâlnete de obic ei î n apelesubterane

Mrimea P s pentru Fe( OH )3 este de 3,8 .10-38

La pH 4, c onc entraia formei aqua a fierului î n echilibru c uhidroxidul este foarte mic

Î n intervalul de pH 4,5 - 5 fierul omogen din soluie se gsete,prioritar, sub forma bis-hidroxoc omplex Fe( OH )2

La pH>6 Fe3+ exi s t s ub f orma tri s-hi d roxocompl ex :

Fe3 + + OH - Fe( OH )2 +

Fe3 + + 2OH - Fe( OH )2 +

Fe3 + + 3OH - Fe( OH )3

Conc entra ia maxim a f ormei d i z ol v at e de Fe( OH )3 es t e de numai 2 .10-7 mol /l

I fl H l i f l



Influena pH -ului asupra formelorde existen a Cu

Î n apele naturale se î ntâlnesc mai des c ompuii Cu( II) Dintre c ompuii Cu( I), c ei mai rspândii sunt Cu2 O, Cu2 S, CuCl,

c are sunt greu solubili î n ap

Î n c azul Cu2 +, m rimea P s a hi d roxi d ului es t e de 2,2,.10-20

Tran sf orm ril e aci d o-baz ic e al e f ormelor omogen e de Cu pot f i r epr ezentat e prin r eac iil e:

Cu2 ¶ + OH - CuOH

Cu2 + + 2OH - Cu( OH )2

La pH 9, c ân d es t e f av ori z at f ormar ea hi d roxi d ului de cupru,conc entra ia maxim atin s de f ormel e omogen e es t e de 10-6 M

[ Cu( OH )2 ]

Î n con d i iil e pH-ului med iu al apelor natural e, conc entra ia total a cuprului f iin d 10-6 mol /l , tot cuprul se v a gs i î n s tar e omogen

Î n r egiun ea 7 < pH < 9 se f ormeaz, de obic ei ,monohi d roxocompl exul

P i t t d f l i



Proprietatea de a forma compleci(PFC)

U n a din caracteristicile prin cipale ale apelor n aturale, legat deformele de existen ale metalelor, este proprietatea de a formacompleci (PFC)

Aprecierea can titativ a PFC se face prin can titatea de ion i metalicipe care o poate lega apa s ub form de compleci, exprimat î n ion igram/l

PFC depinde de: n atura metalului

prezen a î n ap a metalelor con curen te care formeaz compleci cu ligan zii n aturali

n atura i con cen traia ligan zilor prezen i î n ap

pH-ul mediului acvatic

Con cen traiile tipice ale ligan zilor micromoleculari din apelen aturale s un t urmtoarele: HCO 3

- (CO 3 2-) - 3 .10-3 M;

CH 3 COOH- 10-4M;

NH 4( NH 3 ) - 10-5 M;

S i ( OH )4 ( S i O ( OH )-3 ) - 5 .10-4M;

H 2 PO 4-( HPO 4

2- ) - 10-5 M;

H 2 S ( SH - ) - 10-5 M

Fulvoacizii



FulvoaciziiLiganzii n at ur ali pr in cipali sunt fulvoacizii ( F A )

Dat or it pr ezen ei î n compoziia F A a gr upelor fen olice i car boxilice, aces t esubs t an e formeaz cu ion ii met alelor compleci chelai s t abili

Î n r egiun ea de pH 5-9 fulvoacizii se gsesc î n ap sub form de asociaiialc t uit e din cât eva un it i mon omer e cu masa molecular de cir ca 300

Masa molecular a F A cr e t e odat cu cr e t er ea pH-ului, ajun gân d la cât eva

mii. C omplecii met alici formai cu acizi humici sunt de t ip salicilic ( a ) sauf t alic ( b ):

C

OH

O

O

OH

C _

O

+ M2+

H+

OC

OH

O

OC

O M

+ ( )

OC

OH

O

OC

_ 2+

M+

O C

O

H+

M

O

C

+( )



Liganzi de suprafa

Î n apel e nat ural e mai sunt prezent e diferit e grupe de l iganzi c arese afl l a suprafaa part ic ul elor i a bioc enozei l iganzi desuprafa

Astfel de part ic ul e mineral e, c are conin grupe hidroxil c a l igand,sunt:

OH OH OH

HO Si OH Al OH Fe OH

OH OH OH

Grupe funcional e c u rol de l igand sunt prezent e i l a suprafaahumusul ui insol ubil , det rit ul ui, c el ul elor mic roorganismelor: -R-

OH, -R-C OOH. E chili brul de f ormar e a compl ec ilor ionilor metalici cu li gan z ii de

s upraf a Ls es t e des cri s f ormal de ac eea i ecua i e ca i cu li gan z ii tipici:

K s

( Mn + )aq

+ Ls

( Mn +Ls )

s upr .



Formarea H 2 O 2 în apele naturale

Proc esele c are duc la formarea H 2 O 2 înapele naturale:

1. Ptrunderea H 2 O 2 d i n atmosfer

2. Formarea rad ic alului superoxi d sub ac i unea lumi nii solare

HO 2 + O -2 O 2 + HO -2

3. Red uc er ea bi -el ectronic a O 2

pân la H 2 O

2 î n proc ese r ed ox-

catalitic e d up o r eac i e de tipul:

Cu2 + /Cu+

O 2 + DH 2 D + H 2 O 2

4. E mi s ia biologic de c tr e al ge i un el e bact erii

5. La f ormar ea H 2 O 2 pot contri bui i unii hi d roperoxi z i car e r ez ult d in proc esel e f otochimic e i catalitic e la oxi d ar ea s ubs tan elor

or ganic e cu oxi gen s in gl et s au cu rad icali li beri:H 2 O

ROOH ROH + H 2 O 2

Con inutul de ROOH d in apel e natural e es t e de aproape 10 ori mai mic dec ât al H 2 O 2



Concentraia peroxidului de

hidrogen din mediul acvatic

Concentraia peroxiduluide hidrogen din mediulacvatic sufer schimbri î ncursul zilei, ceea cedemonstreaz desfurarea proceselorde descompunere a H 2 O 2 ,deopotriv cu a celor deformare 1,2 - lac riveran;

3,4 - cale navigabil

linia continu - proba de ap de suprafa,linia punctat - proba din profunzimea apei



Viteza de descompunere a H 2 O 2

Viteza de descompunere a H 2 O 2

depinde de mai mul i factori i î nprimul rând de concentraia H 2 O 2 ,de prezena microal gel or i deintensitatea radiaiei sol are

Viteza reaciil or biol ogice dedescompunere a H 2 O 2 este

proporional cu biomasa al gel or:

wd = ( d,1 + d,2 [ H 2 O 2 ] )B

iar

d,1B = wr = r B,

un de wr - v it ez a de f ormar e a echi v al en ilor r ed uc tori ,

con s umatori ai H 2 O 2 î n r eac iil ede dehi d rogenar e, propor ional cu biomas a al gelor ;

d,1, d,2 , r - con s tant el e efecti vede v it ez al e proc eselor cor es pun z toar e

1 - Chlorella vulgarus;2 - Ankistrodesmus fusiformis;3 - Synechocystis spiralis

Dependenta vitezei initiale de

descompunere a peroxidului de hidrogen deconcentratia H 2 O 2 si compozitia algelor

Curba cinetic a prelucrrii si degradrii



Curba cinetic a prelucrrii si degradriiH 2 O 2 in prezena algelor

Microcy stis aeruginosa

Dac apa natural i ocultur de alge suntsupuse aciunii radiaiilorsolare UV i se adaug la

aceast prob diferiteconcentraii de H 2 O 2 , dupun timp oarecare,indiferent de concentraiainiial a H 2 O 2 , î n ap sestabilete aproximativ

aceeai concentraiestaionar a H 2 O 2

1 - cinetica formrii H2O2 sub aciunealuminii filtrate (h=300 nm);2,3 - cinetica distrugerii H2O2 la lumin



Schimbarea strii redox a mediuluiacvatic

C ea mai importan turmare a schimbrii striiredox a mediului acvaticconst î n apariia, î n ap,

a factorilor toxici, pânatun ci n ecun oscui

Î n calitate de bioindicatoripot servi in fuzorii ipuietul de pete î n celemai timpurii stadii dedezvoltare

Starea redox sezon ier a mediuluiacvatic (Volga in ferioar) si

iesirea puietului de n isetru î n iazurile C N V:

I - oxidant;II - cvasi-reductoare;III - instabil



Intoxicarea mediului acvatic

Intoxicarea mediului acvatic poate fi legat de aciuneaunuia sau a câtorva factori redox de toxicitate:

1. Aciunea nemijlocit a reductorului ca toxic

2. T recerea cuprului î ntr-o form biologic inaccesibil

i, ca urmare, apariia sistemelor enzimaticedefecte

3. Lipsa din mediu a H 2 O 2 ca oxidant exogen

4. Micorarea proprietii de autopurificare a mediuluiacvatic i acumularea substanelor toxice

5. Formarea condiiilor favorabile pentru apariia iî nmulirea microflorei patogene



Procese de autopurificarea ecosistemelor acvatice

Tipuri de poluri ale sistemelor



Tipuri de poluri ale sistemeloracvatice

Impuritile pot fi î mprite î n trei grupe:

1. Substan e conservatoare, care n u se descompun sau sedescompun foarte len t

ion i metalici, sruri min erale, compui hidrofobi de tipulpesticidelor sau hidrocarburilor din petrol;

autopurificarea are un caracter aparen t

2. Substan e biogen e ce iau parte la circuitul biologic

formele min erale ale azotului i fosforului, compui organ ici

uor asimilabili

autopuruficarea are loc pe seama proceselor biochimice

3. Substan e dizolvate î n ap i care n u sun t in cluse î n circuitul biologic

toxin e de proven ien a industrial sau agricol

autopurufucarea se realizeaz prin transformarea lor chimic i

microbiologic

Ansamblul proceselor de



Ansamblul proceselor de

autopurificare

Procesele importante pentru



Procesele importante pentruautopurificarea mediului acvatic

Deosebit de importante pentru autopurificarea mediuluiacvatic sunt:

a ) Procesele fizice cu transport de mas :- diluarea ( agitarea )- transportul S P î n bazinele de ap î nvecinate

- evaporarea- adsorbia ( pe particule î n suspensie i depuneri de

fund )- agregarea biologic

b ) T ransformarea microbiologic

c ) T ransformarea chimic :- hidroliza

- fotoliza

- oxidarea

P o fi i o himi la limita d



Procese fizico-chimice la limita deseparare a dou faze

Deoarece proceseleevaporare-dizolvaredeseori n u sun t î n echilibru, pen trudescrierea cin etic sefolosesc diferite modele

fizico-matematice

Deosebit de mult seî n trebuin eaz aa n umitulmodel cu pelicul dubl

Î n cadrul modelului sepoate calcula fluxulsubstan elor prin suprafaa de separare î n fun cie de diferiiparametri

Dif zil c l r

i z

Dif zil c l r i lichi

Tr s rtc cti

Tr s rtc cti

r

P

Ps

CL

SLC

Amplific r

Distantadelimita deseparare

Modelul peliculei duble

a suprafeei gaz-lichid

CL - concentraia substanei în adâncimea apei;

Pg - presiunea parial în masa aerului;

CSL- concentraia în apla limita de separare;

Psg - presiunea parial în aer

la limita de separare

Relaii între presiunea vaporilor de



Relaii între presiunea vaporilor desubstan i procesele de evaporare

Substana Presiune de vapori(Pa)

Solubilitate(mg/l)

t1/2

(ore)

Benzenp-xilol

fenantren

antracen

piran

etilbenzen

hexaclorbenzenDDT

n-decan

lindan

n-pentanciclohexan

127001170

0,2

0,001

0,001

935

0,00152,2.10-5

175

0,017

6840010245

1780180

1,2

0,04

0,14

152

0,110,003

0,05

17

4055

0,0650,71

4,2.104

5,3.105

8,3.105

0,81

5,7.105

3,1.107

4,7

4,9.103

0,0120,08

Cu c ât pr es iun ea v aporilor de s ubs tan es t e mai mar e, cu at ât

ev aporar ea es t e mai rapi d î n con d i ii analogeMai u or v olatil e s unt hi d rocar buril e ali f atic e i aromatic e cu mas

mol ecular mic

Procesele de sorbie la limita de



separare

Studiul cin eticii proceselor de sorbie a artat existena a dou stadii:

K 1 K 2

PW Ps1 Ps2

Î n prima etap, sorbia substanei decurge repede i reversibil( sorbia la suprafa )

Ptrunderea î n con tinuare a substanei î n in teriorul particuleimacromoleculare solide de solven t organ ic este un proces len t ipoate decurge câteva zile

Partea de substan adsorbit pe suprafa variaz de obicei î n in tervalul 0,35 - 0,6

Sorbia multor impurit i, cu o solubilitate î n ap mai mic de 10-3 M, reprezin t unul din procesele prin cipale de î ndeprtare a lordin faza lichid

Pen tru pesticidele clororgan ice, policlorbifen olii, hidrocarburilepoliaromatice , sorbia este cel mai eficien t proces deautopurificare a mediului

A t ifi i bi l i



Autopurificarea microbiologic

T ran s formarea microbiologic a SP este socotit un adin prin cipalele ci de autopurificare a mediului apos n atural

Procesele microbiologice biochimice in clud câtevatipuri de reacii cu participarea en zimelor oxido-

reductoare i hidrolitice ( oxidaza, oxigen aza,dehidrogen aza, hidrolaza .a. )

T emperatura optim pen tru des furarea proceselorde biodegradare a SP este de 25-30 ° C

De r egul , con s tanta v it ezei de tran sf ormar emicrobiologic a impurit ii se cor el eaz cu con s tantav it ezei de hi d roli z a s ubs tan ei î n med iu baz ic:

l g k B = a + b l g k OH

Autopurificarea chimic



Autopurificarea chimicHidrol iza

De regul, se supun hidrol izei esterii, amidel e acizil orcarboxil ici i a diferiil or acizi ce con in fos for; î n acest caz apa particip î n reacie ca reactiv :

R1XR2 + H 2 O p R1XH + R2 OH

D r ept catali z atori pot f unc iona aci z ii i bazel e d i z ol v a i î n apa natural

Ca urmar e, con s tanta v it ezei de hi d roli z a impurit ilor poat e f i r epr ezentat s ub f orma:

k h = k W + 7 k H [ H ]

un de k h- con s tanta bimol ecular a v it ezei de hi d roli z î n pr ezen a catali z atorului H ; k W -con s tanta v it ezei dehi d roli z a s ubs tan ei d at e î n ap d i s tilat

Relati v u or hi d roli zeaz compu ii or ganici c e con in f osf or i car e posed o acti v itat e in sectici d mar e



F i l i i l î



Formarea oxigenului singlet înreacii fotosensibilizate

Î n soluii oxigenate, drept particule active intermediare denatur neradicalic, pentru reaciile fotosensibilizate,servesc particulele excitate electronic ale sensibilizatoruluii oxigenul singlet

Ultimul se formeaz prin transmiterea excitrii de lamolecula sensibilizatorului S :

S + hR 1S p 3 S

3 S + O 2 p 1O 2 + S

1/X 0

1O 2 p O 2 ( X 0 } 2 .10-6 s )

Î ntr e conc entra ia particul elor excitat e tripl et 3 S i oxi genul s in gl et exi s t r ela ia [ 3 S ] } 0,67 [ 1O 2 ]



Autopurificarea chimicOxidarea

Procesel e de oxidare a impuritil or î n apel en atural e pot fi de dou tipuri:

1. Primul tip cuprin de procesel e î n care ion ii metal ici,

afl ai î n form oxidat, servesc drept reactivi deoxidare

2. Al doil ea tip cuprin de procesel e î n care sereal izeaz oxidarea impuritil or de ctre radical i

l iberi i al te particul e reactive

C t t f ti d it id ii



Constante efective de vitez a oxidrii

Constanta efectiv de vitez a oxidrii catal itice a impuritil or

( k K ) : k K = 7 k M [M] M

un de [M] - conc entra ia efecti v a f ormei catalitic acti ve a metalului M î n apa natural

Con s tanta efecti v de v it ez a r eac i ei de tran sf ormar e a

impurit ilor P s ub ac iun ea rad icalilor:k r = 7 k R[ R]

R

un de k R - con s tanta de v it ez a r eac i ei bimol ecular e deint erac iun e a rad icalului R cu s ubs tan a P

Con s tanta efecti v de v it ez a r eac i ei de autopuri f icar e a med iului ac v atic , î n raport cu s ubs tan a P :

k P = 7 k i ( * ) = k b+ k h + f N + k K + k r i

un de * - parametrii med iului ( in d icii b, h, N , k, r cor es pun d c ilor de tran sf ormar e a impurit ilor P : microbiologic , hi d rolitic ,f otochimic , catalitic i rad icalic )



Chimia ecologic a apelor

reziduale



Definiia

Apel e r ezid ual e s unt apel e folosit e pentru nec esit il e c asnic e sau ind us tr ial e i c ar e, dator it impur it ilor ad ugat e, i-au s chimbat componenachimic iniial sau propr iet il e fizic e.

Î n ac eeai c at egor ie intr i apel e c ar e se s cur g de pet er itor iil e ur bane, s upr afeel e ind us tr ial e i c âmpur il eagr icol e î n urma c der ii pr ec ipit aiilor atmos fer ic e



Consumul zilnic a resurselor naturale

Consum pe zi: Evacuri pe zi:

Ap 625 mii m3

Produse alimentare2 mii tone

Crbune 4 mi tone

Petrol 2,8 mii tone

Gaz 2,7 mii m3

Ora1 mln locuitori

Ape reziduale500 mii m3

Deeuri solide2 mii tone

Gaze de evacuare (noxe)SO2, NO2, CO2,

hidrocarburi, 0.8 mii m3



Consumul de ap pentru diverse

activitiModaliti deconsum a apei

Extrageredin izvoare

Consumdefinitiv

Scurgereaapelor

reziduale

Volumulapelor curate

poluate de apeuzate

Gospodreasc-potabil 98 56 42 600

Cretereaanimalelor

40 90 10 300

Industrie 200 40 160 4000

Energetic 225 15 210 600



Categorii de ape uzate

Ape uzate men ajere

Ape uzate publ ic e

Ape uzate industrial e

Ape uzate de l a un iti agrozootehn ic e i pis c ic ol e

Ape uzate rezul tate din satisfac erea n ec esitil ortehn ol ogic e proprii de ap al e sistemel or de c an al izare

Ape uzate de l a sp l atul i stropitul str zil or iinc in tel or de oric e n atur

Ape meteoric e




Apel e uzate din industria chimic , organ ic , i de sin tez

Apel e uzate de l a fabric area c ol oran il or i a produil or desin tez fin

Apel e uzate de l a fabric area un or produi petrochimic i

Apel e uzate de l a fabric area substan el or expl ozive

Apel e uzate de l a industrial izarea l emn ul ui

Apel e uzate din industria petrol ul ui

Apel e uzate din industria textil Apel e uzate din industria prel uc rrii piel ii

Apel e uzate din industria al imen tar

Apel e uzate de l a fabric area produsel or de fermen taie

Apel e uzate de l a prel uc rarea deeuril or an imal e i vegetal e

Apel e uzate din industria min ier

Apel e uzate de l a extrac ia i prepararea min ereuril or

Apel e uzate din industria metal urgic i siderurgic

Apel e uzate din industria material el or de c on struc ii

Apel e uzate de l a c en tral el e termoel ec tric e

F d l l



Forme de poluare a apelor

Dup felul ac i unii asupra baz in elor ac vatic e se pot di s tin ge

urm t oarele forme de poluare:

1. Poluarea t ermic

2. Poluarea c u sruri min erale

3. Poluarea c u partic ule î n suspen s i e

4. Poluarea apei c u met ale grele5. Poluarea apelor c u c ompu i mac romolec ulari , î n speci al

li gnin

6. Poluarea apelor c u produse pet roli ere

7. Poluarea apelor c u subs t an e organic e

8. Poluarea apelor c u element e bi ogen e

Cerinele ecochimice de epurare a



Cerinele ecochimice de epurare aapelor uzate

T rebuie respectate urmtoarele condiii:

1. La deversarea î n bazin, apele uzate nu trebuie s

î ncalce sistemul de autopurificare a mediuluiacvatic

2. Apa uzat nu trebuie s aib toxicitate î n raport cuvieuitoarele mediului acvatic

3. Apele uzate nu trebuie s î ncalce procesele oxido-reductoare, din interiorul bazinului, caredetermin starea redox a mediului acvatic natural

Diluarea apelor uzate cu ap



Diluarea apelor uzate cu ap curat

O metod de baz pen tru aprecierea calitii apei estebiotestarea ei prin observarea aciun ii acesteia asupraan umitor organ is me-test

Pe baza datelor de biotestare, î n scopul atin gerii valoriibiologice deplin e a apei î n bazin ele acvatice este n ecesar

diluarea apelor reziduale cu ap curat dup curirea lorbiologic, î n proporia urmtoare:

- apele reziduale cas n ice i gospod reti care con in detergen i f r amestec de ape in dustriale - de 10 ori

- apele reziduale in dustriale, care con in substan especifice deosebit de toxice - de 25 ori

- in dustria de celuloz i hârtie - pân la 100 sau, dup oprelucrare special, pân la 50 ori

- un ele ape din in dustria de producere a cauciucului - pânla 1000 ori

Particularitile epurrii biologice



p ga apelor uzate

Instalaii

de epurare

oreneti

Bazin

de ap

Rezervor natural

1

j

N

Schema colectrii apelor uzate menajer-industriale

care alimenteaz o staie de epurare oreneasc

§!

!n

j

ij j vV 1

Volumul apei evacuate din întreprinderea j se compune din:

unde vij ± volumul scurgerilor locale;

n ± numr ul scurgerilor locale din întreprinderea j

Dil a a a lo at



Diluarea apelor uzate

Însumând toate întreprinderile N, apa care ajunge în

colector ul instalaiei de epurare oreneti (IEO)

corespunde volumului:

Rezult c, prin amestecarea cu alte ape, fiecare

scurgere local se dilueaz de K ij ori:

Dac apa uzat vij are în ea su bstane toxice i diluarea

ei de K ij ori nu duce la detoxifiere, atunci se impune

epurarea selectiv a apei din scurgerea local ij

§§§ ! ! !

! ! N

j

n

iij

N

j j

v1 11

0

ijij vV K /0!

M t d bi l i d



Metode biologice de epurare

Metodele biologice de epurare a apelor

uzate cu coninut ridicat de su bstane

organice, cu ajutor ul microorganismelor: Aerobe

Anaerobe

Combinate

P b d



Procese aerobe de epurare

Aceste metode se aplic pentr u mineralizareasu bstanelor organice dizolvate în apele uzate

Cea mai simpl metod biologic aerob de epurare seder uleaz în condiii naturale (bazinul acvatic sau sol)

În rezultatul oxidrii su bstanelor organice de ctremicroorganisme: Hidraii de carbonp CO2 + H2O

Azotul din proteine: R± CHNH2 ± COOHp NO3

- + CO2 + H2O

Sp SO42-

P p PO43-

Lacurile biologice



Lacurile biologice Lacurile biologice sunt nu prea adânci, create artificial

pentr u epurarea biologic a apelor uzate pe seama proceselor de autopurificare

Condiii favorabile pentr u oxidarea su bstanelor organice: Adâncime mic

Înclzire i insolaie

Plante acvatice i microalge (satur stratul de ap cu oxigen)

Animale inferioare (mnânc bacteriile)

Neajunsurile lacurilor biologice: Necesitatea existenei de terenuri pentr u organizarea lor

Costul ridicat

Posibilitate limitat de curire

Caracter sezonier de epurare efectiv



Schema aerotancului

Aer

Ap uzat

Ap epurat

Utilizare nmol exces

Nmol recirculat

Detoxifierea anaerob a



Detoxifierea anaerob anmolurilor

Etapele procesului anaerob: Hidroliza compuilor organici

Transformarea combinaiilor organice complexe în acizi grai,

alcooli, aldehide

Fermentarea compuilor organici simpli, cu formarea

metanului, acidului carbonic, apei, hidrogenului, oxidului de

carbon

Procesele anaerobe se desfoar în bazine de

sedimentare obinuite i cu dou nivele

1

2

1 ± sediment putrezit; 2 ± jgheab de decantare

Procese biologice cu participarea



Procese biologice cu participareaformelor minerale ale azotului

Transformarea compuilor cu azot are loc ca rezultat al

proceselor biologice:

NH4+ + 3/2 O2 NO2

- + 2H+ + H2O

NO2- + ½ O2 NO3

-

În condiii anaerobe are loc reducerea microbiologic a

nitrailor în procesele de denitrificare. În prezena

alcoolului metilic ca donor de hidrogen aceast reacie poate fi scris su b forma:

NO3- + CH3OHp N2 + CO2 + H2O

Nitrosomonas

Nitrobacter



1 - Rezervor de colectare a apei . Conþine argilã , alge , bacterii.

2 - Saturator . fierul dizolvat este oxidat , formând un precipitat.

3 - Bazin de amestec. Se adaugã sulfat de aluminiu pentru a precipita argila ºi

clor pentru a distruge bacteriile.

4 - Bazin de sedimentare. Particulele de argilã se depun.

5 - Filtrare. Apa este filtratã prin straturi de nisip fin.6 - Bazin de clorurare. Se adaugã din nou clor pentru distrugerea bacteriilor.

Clorul este un agent oxidant puternic ºi reacþioneazã cu bacteriile.

7 - Bazin de stocare.

8 - Toalete 33%; Chiuvete ºi baie 48%; Curãþenie 10%; Gãtit ºi bãut 1%.

Chimia Apelor

Documents

Transcript of Chimia Apelor