Evolutia Indicatorilor de Calitate v2

21
Chimia și monitorizarea mediului Evolutia indicatorilor de calitate Punctul de prelevare a probei este Lacul Tăbăcăriei I. Introducere Lacul Tăbăcărie este amplasat în partea nordică a municipiului Constanța și ocupă o suprafață de circa 99 de hectare. Lacul are un contur alungit, este strâns legat de evoluția Lacului Siutghiol, situat la nord, dar și de procesele de eroziune a malurilor cuvetei în care acesta s-a format. Malurile lacului sunt ridicate si consolidate, malul vestic urcând până la cota de 6 – 7 m, spre sud și est cotele fiind mai joase, de 2 – 4 m. În partea sa nordică țărmul este foarte coborât, 1 – 2 m. Relativ izolat de sursele naturale, din lacul Tăbăcărie este deversat un surplus de apă în Marea Neagră printr-un stăvilar situat în punctul ”Pescărie”. În anul 1993 în lacul Tăbăcărie erau deversate atât apele pluviale cât și apele urbane uzate menajere și industriale, care au condus la degradarea mediului acvatic. II. Materiale și metode În vederea monitorizării lacului, personal, am recoltat o proba din lac, pe durata a 9 săptămâni, începând cu data de 9.10.2010 și terminând de recoltat ultima probă în data de 1

Transcript of Evolutia Indicatorilor de Calitate v2

Page 1: Evolutia Indicatorilor de Calitate v2

Chimia și monitorizarea mediului

Evolutia indicatorilor de calitate

Punctul de prelevare a probei este Lacul Tăbăcăriei

I. Introducere

Lacul Tăbăcărie este amplasat în partea nordică a municipiului Constanța și ocupă o

suprafață de circa 99 de hectare. Lacul are un contur alungit, este strâns legat de evoluția

Lacului Siutghiol, situat la nord, dar și de procesele de eroziune a malurilor cuvetei în care

acesta s-a format. Malurile lacului sunt ridicate si consolidate, malul vestic urcând până la

cota de 6 – 7 m, spre sud și est cotele fiind mai joase, de 2 – 4 m. În partea sa nordică țărmul

este foarte coborât, 1 – 2 m.

Relativ izolat de sursele naturale, din lacul Tăbăcărie este deversat un surplus de apă în

Marea Neagră printr-un stăvilar situat în punctul ”Pescărie”. În anul 1993 în lacul Tăbăcărie

erau deversate atât apele pluviale cât și apele urbane uzate menajere și industriale, care au

condus la degradarea mediului acvatic.

II. Materiale și metode

În vederea monitorizării lacului, personal, am recoltat o proba din lac, pe durata a 9

săptămâni, începând cu data de 9.10.2010 și terminând de recoltat ultima probă în data de

14.12.2010, în total 9 probe, utilizând un recipient de plastic de 2 L, curată.

Modul de recoltare a fost: clătirea sticlei cu apa din lac, apoi introducerea si umplerea

sticlei până la refuz deoarece nu trebuie să conțină oxigen.

Punctul de recoltare a fost de pe malul lacului Tăbăcărie, punctul fiind situat lângă

Hotel Parc.

Pe durata recoltării probelor, vremea a fost în general ploioasă, temperatură scăzută,

vânt în general puternic, apa tulbure prezentând suspensii si alge, agitația apei a fost vizibilă,

o ușoară spumă la nivelul suprafeței lacului. Nivelul a fost, pe durata recoltării, ridicat,

excepție făcând ziua de 23.11.2010, în care nivelul apei din lac a fost scăzut.

Determinările au fost făcute în laborator cu scopul monitorizării evoluției indicatorilor

de calitate.

Analizele chimice, efectuate pe probele luate din același punct pe durata a celor 11

săptămâni, au inclus determinări de: consum chimic de oxigen determinat cu permanganat de

1

Page 2: Evolutia Indicatorilor de Calitate v2

Chimia și monitorizarea mediului

potasiu (CCOMn), oxigenul dizolvat în apă, pH-ul, alcalinitatea “p” și “m” a apelor, clorurile

și salinitatea apelor, concentrația de hidrogen sulfurat și sulfuri din ape, duritatea apelor,

duritatea de calciu și duritatea totală.

III. Caracterizarea analizelor chimice

1. Determinarea consumului chimic de oxigen.

Consumul chimic de oxigen (CCO) este cantitatea de oxigen, exrimată în mg O2/L, care

este utilizată pentru oxidarea chimică a substanțelor organice existente în apă.

CCOMn (consumul chimic de oxigen dizolvat cu permanganat de potasiu) este un

indicator global de poluare al apelor. Se exprimă în mg O2/L sau mg KMnO4 și mai poartă

numele de oxidabilitate a apelor.

În principiu, metoda constă în oxidarea substanțelor organice cu permanganat de

potasiu în mediu acid în cazul apelor cu un conținut de cloruri în apă de maxim 300 mg/L, sau

în mediu alcalin în cazul unui conținut de cloruri de peste 300 mg/L.

Cantitatea de permanganat de potasiu nereacționată este pusă în contact cu un volum

cunoscut, în exces, de soluție titrată de H2C2O4 iar excesul de acid oxalic se titrează cu

KMnO4 în mediu acid.

Pentru efectuarea determinării, din proba luată în lucru se prelevează minimum 300

mL. Dacă de la luarea probei până la efectuarea analizei trec mai mult de 2 ore, proba se

conservă prin adăugarea a 5 mL H2SO4 1:1.

Conform anexei 3, valorile CCOMn oferă sursei nr. 3 încadrarea în categoria I, II și II de

calitate a apelor. Variația neuniformă a acestui parametru poate fi observată în graficul

2

Page 3: Evolutia Indicatorilor de Calitate v2

Chimia și monitorizarea mediului

următor.

2. Determinarea oxigenului dizolvat în apă

Oxigenul dizolvat este unul din parametrii de calitate controlați la toate tipurile de ape.

Astfel, în apa potabilă concentrația admisă este de 6 mg/L iar în apele de suprafață între 4 – 6

mg/L. În apele uzate concentrația oxigenului este foarte mică, ajungând la 0,00 în apele

puternic poluate. Oxigenul dizolvat se poate determina fie prin titrimetrie redox ( metoda

Winkler ) fie cu ajutorul sondelor electrochimice. Există deasemeni si metode

spectrofotometrice de determinare a oxigenului dizolvat în apă.

Metoda Winkler constă în fixarea oxigenului dizolvat pe hidroxid manganos Mn(OH)2

precipitat în prealabil prin reacția dintre MnCl2 sau MnSO4 și ionii de OH- adăugați în proba

de apă, apoi proba se acidulează și se adaugă iodura de potasiu.

Iodul liber a rezultat în cantitate echivalentă cu oxigenul dizolvat și se titrează cu tiosulfat în

prezența amidonului.

3

Page 4: Evolutia Indicatorilor de Calitate v2

Chimia și monitorizarea mediului

Valorile obținute în laborator pentru oxigenul dizolvat în cazul probei nr. 3 variază.

Se poate observa o valoare mare a oxigenului dizolvat, peste limitele normale, indicând o apă

ce se situează în clasa I a calității. (anexa 3).

4

Page 5: Evolutia Indicatorilor de Calitate v2

Chimia și monitorizarea mediului

3. Determinarea conținutului de hidrogen sulfurat și sulfuri din ape.

Concentrația de hidrogen sulfurat și a sulfurilor este un parametru de calitate controlat

numai în apele uzate menajere și industriale. În apele de suprafață nu apar reglementăricu

privire la concentrația sulfurilor, dar acestea pot apărea în urma descompunerii anaerobe a

organismelor moarte sau în urma deversării unor efluenți menajeri sau industriali.

Conform HG/188/2002 concentrația hidrogenului sulfurat și a sulfurilor nu trebuie să

depășească 1 mg/L în apele evacuate în rețeaua de canalizare a localităților și 0.5 mg/L în

efluenții urbani și industriali evacuați în receptorii naturali.

Sulfurile se determină sub trei aspecte:

- sulfurile solubile în apă care rămân după îndepărtarea materialelor în suspensie prin

decantare;

- sulfurile totale care cuprind hidrogenul sulfurat dizolvat, sulfurile solubile în apă și

alte sulfuri, prezente în materiile în suspensie, care sunt solubile în acizi;

- hidrogenul sulfurat nedisociat care se calculează din concentrația sulfurilor solubile în

apă și pH-ul soluției de analizat.

În principiu, sulfurile dizolvate în ape sunt fixate ca sulfură de cadmiu sau de zinc prin

introducerea în probă a acetatului de cadmiu sau de zinc în mediu alcalin.

După separarea precipitatului prin filtrare, acesta este pus în contact cu o soluție de iod în

exces, în mediu acid.

Iodul nereacționat este titrat cu o soluție de tiosulfat de sodium cu normalitate exact

cunoscută, în prezență de amidon.

Metoda descrisă se utilizează pentru determinarea sulfurilor din ape de suprafață și uzate.

Conform HG 188/2002, concentrația hidrogenului sulfurat și al sulfurilor nu trebuie să

depășească 0,5 mg/L în efluenții urbani și industriali evacuați în receptorii naturali, și 1 mg/L

în apele evacuate în rețelele de canalizare a localităților.

Prin comparație cu datele obținute în urma experimentelor și consemnate în graficul

următor, se poate deduce faptul că uneori, în sursa nr. 3 de apă din lacul Tăbăcărie Constanța

sunt deversate cantități mari de efluenți menajeri sau industriali.

5

Page 6: Evolutia Indicatorilor de Calitate v2

Chimia și monitorizarea mediului

4. Determinarea pH-ului

În cazul analizelor efectuate pe proba nr. 3 de apă din lacul Tăbăcărie, culoarea obținută

prin introducerea indicatorilor în 10 mL probă a variat de la un verde slab, indicând valoarea

8.2, până la un albastru deschis, corespunzător valorii 8.5.

6

Page 7: Evolutia Indicatorilor de Calitate v2

Chimia și monitorizarea mediului

Definiție

pH-ul este logaritmul cu semn schimbat al activității (concentrației) ionilor de H+

pH = - log [H+]

sau

[H+] = 10-pH

Folosind pH-ul, soluțiile apoase pot să fie caracterizate din punct de vedere acido bazic,

astfel:

- soluție neutră pH = 7;

- soluție acidă dacă pH< 7;

- soluție bazică dacă pH > 7.

Determinarea experimentală a pH-ului se poate realize prin metoda colorimetrică și prin

metoda electrochimică.

Metoda colorimetrică utilizează indicatori chimici de culoare. Indicatorii sunt în general

substanțe organice care introduse într-o soluție se colorează diferit după cum mediul este acid,

bazic sau neutru.

7

Page 8: Evolutia Indicatorilor de Calitate v2

Chimia și monitorizarea mediului

Acești indicatori sau amestecuri de indicatori se folosesc atât ca soluții cât și impregnați pe

hârtie in diferite variante.

Metoda potențiometrică utilizează aparate numite pH- metre pentru măsurarea directă a pH –

ului sau potențiometre când măsurarea pH – ului se realizează indirect citind valoarea

potențialului.

În acest scop este necesar să se introducă în soluția de analizat doi electrozi, unul indicator și

unul de referință sau un electrod combinat (referință plus măsurarea concentrației ionilor

hidroniu).

Indiferent de firma de proveniență, înainte de utilizare orice pH-metru trebuie etalonat. În

acest scop se flosesc două sau mai multe soluții cu pH cunoscut, furnizate odată cu aparatul

sau recomandate în cartea tehnică.

5. Determinarea alcalinității “p” și “m”.

Alcalinitatea apei reprezintă conținutul de ioni care imprimă apei un caracter alcalin. Ea se

determină față de doi indicatori:

- alcalinitatea p – față de fenolftaleină-

p = HO- + CO32- + PO4

3-

- alcalinitatea m – față de metilorange-

m = HO- + CO32- + PO4

3- + HCO3

Ca unitate de măsură se folosește mval/L sau ppm CaCO3.

1 mval/L = 50 ppm CaCO3

În cazul apelor naturale, alcalinitatea este dată doar de ionul bicarbonat (provenit din

bicarbonații de calciu si magneziu) și reprezintă duritatea temporară Dt.

Alcalinitatea este un parametru controlat la apa utilizată pentru producerea aburului (apa de

cazan) sau, în cazul motoarelor navale, (apă de căldare).

Alcalinitatea se determină prin titrarea unui volum cunoscut de probă de analizat cu o soluție

de HCl 0,1 N cu titru cunoscut în prezență de fenolftaleină, până la decolorarea soluției, după

care se continuă titrarea în prezență de metilorange până la galben.

8

Page 9: Evolutia Indicatorilor de Calitate v2

Chimia și monitorizarea mediului

În prima etapă, sunt neutralizați anionii ce reprezintă alcalinitatea p , după care se

neutralizează și ceilalți anioni care reprezintă alcalinitatea apei. Volumul integral de soluție de

HCl consumat la titrare conține o cantitate de acid echivalentă cu alcalinitatea totală.

Datorită pH-ului bazic al probei nr. 3, se poate remarca prezența carbonaților în acest

tip de apă de suprafață. Valorile alcalinității “p” sunt cuprinse între 0,23 și 1,77 mvali/L, iar a

alcalinității “m” între 4,1 și 7,61 mvali/L. În tabelul următor se găsesc înscrise valorile celor

două tipuri de alcalinitate, alături de pH-ul înregistrat de probă la data prelevării acesteia.

Data prelevării probeiAlcalinitatea “p”

(mval/L)

Alcalinitatea “m”

(mval/L)Valorile pH-ului

19.10.2010 1,77 7,61 8,4

26.10.2010 0,24 4,42 8,5

2.11.2010 0,23 5,74 8,3

9.11.2010 0,80 5,42 8,2

16.11.2010 1,42 5,91 8,5

30.11.2010 0,70 4,1 8,5

7.12.2010 0,45 5 8,5

14.12.2010 0,79 5,24 8,5

9

Page 10: Evolutia Indicatorilor de Calitate v2

Chimia și monitorizarea mediului

6. Determinarea clorurilor si a salinității apelor.

Conținutul în cloruri sau salinitatea ape se foloseste la determinarea gradului de

concentrare al apei, la stabilirea purjei cazanelor de aburi sau la stabilirea contaminării

diferitelor tipuri de ape cu apă de mare.

Conținutul în cloruri din apă se determină prin titrarea ionilo Cl- cu o solutie de azotat de

argint 0,01 N cu factor cunoscut. Ionii de argint vor precipita cantitativ cu ionii clorură

existenți în apă.

Punctul final al titrării se determină prin observarea apariției unui precipitat roșu cărămiziu de

cromat de argint, care ia naștere în urma reacției ionilor de argint în exces cu cromatul de

potasiu, adăugat ca indicator.

10

Page 11: Evolutia Indicatorilor de Calitate v2

Chimia și monitorizarea mediului

11

Page 12: Evolutia Indicatorilor de Calitate v2

Chimia și monitorizarea mediului

În apele de suprafață, conținutul de cloruri variază până în jurul valorii de 300 mg/L, iar

apa mărilor și a oceanelor are un conținut în cloruri cuprins între 12-300 g/L. Deoarece proba

nr. 3 a fost prelevată dintr-o apă de suprafață, se poate evidenția faptul că salinitatea acesteia

se află în limitele normale

7. Determinarea durității apelor.

În funcție de natura sărurilor de calciu și magneziu conținute, duritatea apelor se clasifică în:

- duritatea totală, care reprezintă totalitatea sărurilor de calciu și magneziu dizolvate în

ape (cloruri, azotați, fosfați, carbonați, bicarbonați);

- duritatea temporară, care reprezintă cantitatea de bicarbonați de calciu și magneziu

prezenți în ape; această duritate se înlătură prin fierbere, astfel, depunându-se

cristalele;

- duritatea permanentă, care reprezintă cantitatea de cloruri, sulfați, azotați, fosfați de

calciu și magneziu în ape.

8. Determinarea durității totale.

Determinarea durității totale se face prin complexarea ionilor de calciu și magneziu cu

ajutorul sării disodice a acidului etilendiaminotetraacetic (EDTA) denumită complexan III,

chelaton III sau triplex III, în prezența indicatorului Eriocrom negru T, la pH alcalin, asigurat

de soluția tampon amoniacală.

9. Determinarea durității de calciu.

Duritatea de calciu se determină prin titrarea Ca2+ cu sarea disodică a EDTA-ului în prezența

indicatorului murexid. Reacția are loc la pH alcalin asigurat de o soluție de NaOH.

12

Page 13: Evolutia Indicatorilor de Calitate v2

Chimia și monitorizarea mediului

În figura următoare se prezintă succint condițiile parametrilor monitorizați în decursul a 9

săptămâni

Analiza

probei

Volum

probă

Titrant Substanța standard

pentru

determinarea

Factorului de

corecție

Indicator

13

Page 14: Evolutia Indicatorilor de Calitate v2

Chimia și monitorizarea mediului

Alcalinitate

p și m

50 mL HCl, 0,1N Na2B4O7 0,1N Fenolftaleină, Metilorange

Cloruri,

salinitate

20 mL AgNO3 , 0,01N NaCl, 0,01N K2CrO4

Duritatea

totală,

duritatea

de calciu

25 mL E.D.T.A, 0,01N MgSO4 0,01N Eriocrom negru T – Dt

Murexid – DCa

O2

dizolvat

Volumul

vasului

Winkler

Na2S2O3, 0,1N K2Cr2O7, 0,1N Amidon

Sulfuri Volumul

vasului

Winkler

Na2S2O3, 0,01N

I2, 0,01N

K2Cr2O7, 0,01N Amidon

CCOMn 50 mL KMnO4, 0,01N H2C2O4, 0,01N --------

IV. Concluzii

Având în vedere rezultatele obținute în urma experimentelor de laborator efectuate

timp de 9 săptămâni asupra probei de la sursa nr. 3 de apă a lacului Tăbăcărie, se pot evidenția

următoarele aspecte:

Caracterul bazic al apei, oferit de o valoare a pH-ului cuprinsă între 8 și 8,5;

Caracterul bazic al apei indică prezența carbonaților alcalini și alcalino-

pământoși, lucru evidențiat și de valorile alcalinității “p” și “m”;

Apa este bogată în HCO3-;

14

Page 15: Evolutia Indicatorilor de Calitate v2

Chimia și monitorizarea mediului

Apa este de duritate medie;

Conținutul de cloruri se încadrează în limitele valorilor impuse pentru apele de

suprafață;

Salinitatea se încadrează în limitele normale;

Valorile concentrației oxigenului dizolvat sunt mult peste limitele normale;

Datorită concentrației mari de sulfuri, deducem faptul că în acea zonă, uneori

sunt deversate cantități mari de efluenți menajeri sau industriali;

Valorile CCOMn încadrează sursa de apă în categoriile I, II și III de calitate,

această încadrare variând neuniform.

Anexa 1. Tabelul recapitulativ al relațiilor dintre ionii OH-, HCO3- și CO32-

Substanțe dizolvateValorile p și m

p = 0 p < m/2 p = m/2 p > m/2 p = m

OH- (CaO, Ca(OH)2, MgO, Mg(OH)2, NaOH) 0 0 0 2p – m p = m

CO32- (CaCO3, MgCO3, Na2CO3, K2CO3) 0 2p 2p = m 2(m-p) 0

HCO3- (Ca(HCO3)2, Mg(HCO3)2, NaHCO3 m m – 2p 0 0 0

pH <8,3 >8,3 >8,3 >8,3 >8,3

15

Page 16: Evolutia Indicatorilor de Calitate v2

Chimia și monitorizarea mediului

Anexa 2. Clasificarea apelor din punct de vedere al durității.

Duritate, ( 4G) Caracterizarea apei5 Foarte moale

5 – 10 Moale10 – 20 Mijlocie20 – 30 Dură

30 Foate dură

Anexa 3. Clasificarea calităților apelor de suprafață conform ordinului MAPN 1146/2002.

Valori limită pe

clase

Unități de măsură

Clasa de calitate

I II III IV V

Cloruri (Cl-) mg/L Fond 100 250 300 >300Sulfați mg/L 80 150 250 300 >300

CCO-Mn mg O2/L 5 10 20 50 >50Oxigen dizolvat

mg O2/L 7 6 5 4 <4

Bibliografie

1. Chimia și monitorizarea mediului, Laborator, 2010/2011, prof. Chirilă Elisabeta

2. www.regielive.com , referate, Lacul Tabacarie

3. www.greenagenda.org , eco-aqua

4. www.geoecomar.ro , publicatii, supliment 2009

16