resurse naturale si protectia mediului, tehnician ecolog si protectia calitatii mediului - analiza fizico-chimia a apei

 

 

TEHNOLOGICA RESURSE NATURALE SI PROTECTIA MEDIULUI

TEHNICIAN ECOLOG SI PROTECTIA CALITATII MEDIULUI

ANALIZA FIZICO-CHIMIA A APEI

1. ARGUMENT

Apa este lichidul cu cea mai mare raspandire si, fara exagerare, cel mai important pentru viata. Apa este matricea vietii. Ea este importanta nu numai pentru faptul ca este, din punct de vedere cantitativ,componentul major al organismelor vii, dar si pentru motivul ca ia parte la organizarea structurala a biosistemelor si la activitatea metabolica celulara. Multe secole apa a fost considerata ca un element. In 1781, fizicianul englez H. Cavendish a aratat ca apa se formeaza prin explozia unui amestec de hidrogen si oxigen, cu ajutorul scanteii electrice. In 1783, Lavoisier a repetat experienta, realizand pentru prima oara sinteza cantitativa a apei. S-a stabilit atunci ca 2g de hidrogen se combina cu 16g oxigen pentru a da 18g apa. In 1805, Humboldt si Gay-Lussac au aratat ca apa este formata din doua volume de hidrogen si un volum de oxigen.  

Apa naturala consta in amestecul speciilor de izotopi ai oxigenului: ¹⁶O, ¹⁷O, ¹⁸O, cu cei trei izotopi ai hidrogenului: ¹H, ²H, ³H. Combinarea acestora genereaza 18 specii de molecule de apa. Apa pura este intotdeauna un amestec de apa usoara (H₂O) si de cantitati extrem de mici de apa grea (D₂O) si apa hipergrea (T₂O). In natura, apa se gaseste din abundenta, in toate starile de agregare: in stare lichida (forma in care acopera 2/3 din suprafata pamantului; sub forma de mari, oceane, rauri, fluvii, ape subterane); in stare solida (formeaza calote glaciare); in stare gazoasa (atmosfera contine o cantitate considerabila de apa, sub forma de vapori de apa, invizibili).

Apa urmeaza un circuit in natura. Caldura soarelui determina evaporarea apei de suprafata. Vaporii rezultati se ridica in atmosfera.
Apa este un component indispensabil vietii. Un om consuma in medie 3 l apa/zi, iar corpul sau are un continut de 60-70 l apa. Un pom evapora aproximativ 200 l apa/zi. In organismele vii, apa este continuta in forma: intracelulara (50 ), interstitiala (15 ) si circulanta (5 ).Tesutul adipos si oasele contin 33 apa, muschii 77 , plamanii si rinichii 80 , substanta cenusie 85 , iar lichidele biologice: plasma 90 , saliva 99,5 . Un om adult, cantarind 70 kg contine apa intr-un procent de 65-70 din greutatea sa, adica pana la 50 kg apa. Fiintele vii nu pot supravietui in absenta apei, toleranta la deshidratare depinzand de specia respectiva. Apa este nu numai un constituent al organismelor vii dar joaca si un rol extrem de important ca cel de regulator termic sau de irigator al tesuturilor vii.

2. APA NATURALA
2.1. CONSIDERATII GENERALE

Apa naturala este un sistem dispers complex, care contine o mare varietate de impuritati in suspensie, dispersate coloidal sau dizolvate. In apa naturala pot fi dizolvate:

a) gaze: O₂, N₂, CO₂, iar in regiunile industriale cantitati variabile de
NO2, SO2, HCl etc. (agenti poluanti);

b) saruri minerale: saruri solubile de calciu, magneziu, potasiu, sodiu, fier, amoniu etc.;

c) compusi organici proveniti din descompunerea aeroba sau anaeroba a resturilor animale si vegetale. In plus mai apar:

- particule in stare coloidala: saruri hidrolizate de aluminiu, fier, silicati, unii compusi organici macromoleculari;

- particule insolubile aflate in suspensie (dispersie grosiera): nisip, argila, resturi vegetale sau animale.

In functie de destinatia unei ape (potabila, industriala, materie prima sau auxiliara in industria chimica, alimentara, constructii etc.), aceasta trebuie sa indeplineasca anumite conditii de calitate prevazute de standarde pentru fiecare caz in parte. Dupa domeniul de utilizare, apele se clasifica in:
- ape potabile;

ape industriale;

ape tehnologice (de fabricatie);

ape de alimentare a cazanelor de aburi;

ape reziduale, rezultate dupa folosirea apelor industriale si potabile.

Apele reziduale, bogate in substante nocive (microorganisme, saruri, acizi etc.), inainte de a fi deversate in rauri, trebuie epurate spre a le face inofensive pentru flora si fauna acvatica. In studiul apelor se urmareste calitativ si cantitativ: aspectul, culoarea, aciditatea sau alcalinitatea, prezenta unor saruri dizolvate si duritatea.

1.2ANALIZA FIZICO - CHIMICA A APEI

Analiza fizico - chimica a apei consta in determinarea proprietatilor organoleptice si fizice precum si a compozitiei chimice.

Analiza apei se executa dupa un plan bine stabilit, tinand cont de sensibilitatea mai mare sau mai redusa a proprietatilor si componentilor apei. In acest sens, unele determinari se fac la locul de recoltare, astfel: determinarile organoleptice (gust, miros), determinarea temperaturii, fixarea oxigenului dizolvat si a hidrogenului sulfurat, determinarea clorului rezidual, a bioxidului de carbon liber si agresiv, determinarea de pH.

Alte determinari se fac in primele 4 ore de la recoltare, daca apele nu au fost conservate: determinarea turbiditatii, a suspensiilor, determinarea reziduului fix, determinarea fosfatilor, a oxidabilitatii, a formelor de azot, determinarea fierului, a duritatii temporare (carbonatata), a manganului.

Determinari care se efectueaza in primele 24 de ore de la recoltarea probelor: determinarea alcalinitatii si aciditatii, determinarea duritatii totale, a calciului si a magneziului, determinarea fluorului.

3.1. Determinarea proprietatilor organoleptice

Proprietatile organoleptice ale apei sunt reprezentate de acele caracteristici care impresioneaza organele noastre de simt. Este vorba de gustul si mirosul apei.

Gustul apei este dat de continutul in substante chimice si in primul rand de sarurile minerale si de gazele dizolvate (cele mai importante fiind oxigenul si bioxidul de carbon). Excesul sau carenta unora din aceste componente poate imprima apei un gust neplacut (fad, salciu, amar, metalic, dulceag etc.).

Mirosul apei este legat de asemenea de prezenta in exces a unor elemente naturale sau provenite prin impurificarea apei, ca si din unele transformari la care sunt supuse in apa anumite substante chimice mai ales poluante.

Determinarea proprietatilor fizice

Proprietatile fizice ale apei sunt reprezentate in primul rand de acele caracteristici care au la baza metode obiective de determinare. Ele includ si caracteristici care actioneaza evident asupra organelor de simt, dar care nu se determina exclusiv cu ajutorul acestor organe.

Proprietatile fizice au o valoare ridicata in cea ce priveste evidentierea procesului de poluare a apei. Astfel, culoarea apei poate evidentia prezenta in cantitate crescuta a unor poluanti solubili in apa, in timp ce turbiditatea arata prezenta unor substante insolubile. Chiar si temperatura apei poate fi un indicator indirect de poluare, mai ales pentru apele subterane, unde se stie ca temperatura este constanta. Variatii ale acestei temperaturi insa, paralel cu variatiile temperaturii aerului, indica existenta unei comunicari cu exteriorul si deci posibilitatea de patrundere in sursa de apa a poluantilor din afara. Mai mult chiar, in ultimul timp datorita patrunderii in apele naturale ale unor ape reziduale calde, se vorbeste din ce in ce mai mult de poluarea termica a apelor, iar temperatura este, in acest caz, un indice direct de poluare a apei, mai ales a celei de suprafata. Temperatura insa poate exercita si efecte nocive asupra omului. Astfel, apa rece (sub 5°) produce scaderea rezistentei locale cu favorizarea faringitelor, traheitelor, bronsitelor etc., iar apa calda (peste 17°) are gust neplacut, nu satisface setea, iar uneori prezinta chiar senzatia de greata si voma. In cadrul proprietatilor fizice ale apei este cuprinsa si radioactivitatea.

Determinarea concentratiei ionilor hidrogen (pH) pH-ul apei variaza putin fata de neutralitate datorita prezentei CO₂ ,HCO₃^-, CO₃^-2 si a unor saruri cu hidroliza acida, respectiv bazica.

Determinarea exacta a pH-ului s-a efectuat prin metoda electrochimica cu electrod de sticla.

Principiul metodei: diferenta de potential existenta intre un electrod de sticla si un electrod de referinta (calomel - solutie KCl saturata) introdusi in proba de apa analizata, diferenta de potential variaza liniar cu pH-ul probei. Aceasta metoda este precisa si se poate aplica inclusiv apelor tulburi sau colorate. Exprimarea rezultatelor se face prin calcularea mediei a 3 - 5 determinari.

Interpretarea rezultatelor:

Pentru apa potabila valori admise pH = 6,6 - 7,6

valori admise exceptional pH = 6,6 - 8,6

Determinarea temperaturii apei

Generalitati: temperatura apelor de suprafata variaza in functie de temperatura aerului, in timp ce temperatura apelor de profunzime este constanta.

Principiul metodei: citirea indicatorilor unui termometru gradat in zecimi de grad dupa introducerea lui in apa de analizat.

Material necesar : termometru gradat in zecimi de grad; un vas izoterm de 5 - 10 litri.

Modul de lucru: se introduce termometrul in apa de cercetat si citirea temperaturii se face dupa 10 min fara a-l scoate din apa. Daca conditiile nu permit introducerea directa a termometrului la punctul de luare a probei de apa, se recolteaza un volum de 5 - 10 litri din apa de analizat intr-un vas care trebuie protejat de razele solare si in care se introduce direct termometrul, iar dupa 10 min se face citirea temperaturii apei.

Determinarea temperaturii se efectueaza numai in locul de recoltare si daca este posibil direct in sursa de apa.

Paralel cu determinarea temperaturii apei se determina si temperatura aerului.

Determinarea culorii apei

Generalitati: culoarea naturala a apei este data de acizii humici, lignina, tanin, compusi flavonici si unele saruri minerale dizolvate. O apa colorata intens indica o poluare cu substante toxice. Determinarea culorii se poate face calitativ si cantitativ.

Determinarea turbiditatii apei

Generalitati: turbiditatea apei este data de particule foarte fine aflate in suspensie, care nu sedimenteaza in timp. O apa tulbure este refuzata de consumator si totodata prezinta si un pericol epidemiologic, deoarece particulele in suspensii pot constitui un suport nutritiv pentru germeni.

Determinarea turbiditatii se poate face calitativ, semicantitativ si cantitativ.

Determinarea suspensiilor totale

Generalitati: orice substanta insolubila in apa poate persista mai mult sau mai putin timp in suspensie in functie de greutatea particulei; particulele foarte usoare sau substantele in stare coloidala se mentin practic indefinit in suspensie, gasindu-se intr-o continua miscare in apa. Suspensiile au importanta in procesul de tratare a apei in vederea potabilizarii.

Determinarea sedimentului

Generalitati: cantitatea se suspensii sedimentabile timp de 2 ore se numeste sediment. Cantitatea de sediment foloseste proiectantului pentru calcularea bazinelor de decantare si a instalatiilor necesare pentru tratarea apei.

Determinarea reziduului fix

Reziduu fix reprezinta totalitatea substantelor organice si anorganice dizolvate in apa, care nu sunt volatile la t=105^oC.

Modul de lucru:

Pentru fiecare sursa de apa si in cazul fiecarei probe pentru analiza s-au utilizat probe de cate 100 ml ce s-au introdus in capsule de sticla tarate. Dupa evaporare reziduul s-a uscat la etuva la 105^o timp de 15 min. Dupa racire capsula s-a cantarit.

Calcul                Daca la V_ml .G₁-G_{2 mg} reziduu

1000_ml. _mg reziduu =[(G₁-G₂)/V] ^. 1000

in care G₁ - masa capsulei cu reziduu uscat la 105^oC (mg)

G₂ - masa capsulei (mg)

V - volumul de apa luat in lucru

Interpretarea rezultatelor:

Pentru apa potabila -valoarea admisa : minim 100 mg/l - maxim 800 mg//l

valoarea admisa exceptional : minim 30 mg/l - maxim 1200 mg/l

Determinarea proprietatilor fizico-chimice

Proprietatile fizico-chimice fac trecerea intre caracteristicile fizice aratate anterior si cele chimice care vor fi prezentate ulterior.

Desi mai putin bine conturate, aceste proprietati includ o serie de caracteristici care se bazeaza atat pe determinari fizice, cat si chimice si sunt reprezentate de pH-ul apei, reactia titrata, respectiv alcalinitatea si aciditatea apei, potentialul oxido-reducator si reziduu (fix si calcinat), determinari care in tratatele clasice sunt incluse partial in proprietatile fizice si partial in cele chimice sau numai in acestea din urma.

Determinarea alcalinitatii apei

Generalitati: alcalinitatea apei este data de prezenta bicarbonatilor, carbonatilor alcalini, alcalino-terosi si a hidroxizilor. Alcalinitatea apei se datoreaza bicarbonatilor si hidroxizilor si mai rar:boratilor,silicatilor,fosfatilor,sulfurilor acide etc.

Alcalinitatea se determina prin titrarea apei de analizat cu acid clorhidric de concentratie 0,1 N (HCl 0,1 N) in prezenta fenolftaleinei si metiloranjului ca indicatori, dupa cum urmeaza:

1.Se titreaza apa de analizat cu HCl 0,1 N, in prezenta fenolftaleinei ca indicator pana la disparitia culorii roz, cand se obtine astfel alcalinitatea permanenta (P).

2.Se adauga indicatorul metiloranje si se continua titrarea cu HCl 0,1 Npana la culoarea galben-portocaliu, cand se obtine astfel alcalinitatea totala (T).

Rezultatul se exprima in mililitri HCl 0,1 N folositi la titrarea a 100 ml de apa.In cazul cand proba de apa este colorata,tulbure sau contine aluminiu sau fier, la apa de analizat se adauga 5 ml de chloroform si 2,5 ml de eritrozina (2,4,5,7 tetraiod-fluoresciana).

Daca cloroformul se coloreaza in roz, inseamna ca apa este alcalina, alcalinitatea respectiva determinandu-se prin titrare cu HCl pana la decolorare.Daca cloroformul ramane incolor apa este acida.

In cazul prezentei clorului residual liber, care influenteaza virajul culorii indicatorului, se adauga o cantitate echivalenta de tiosulfat de sodium cand clorul ,sub forma de acid hipocloros, este redus de tiosulfat la ionul de Cl:

2Na₂S₂O₃ +(HClO +HCl)→NaO₃S-S-S-SO₃Na +2NaCl +H₂O.

In vederea stabilirii si calcularii ionilor care determina alcalinitatea apei,se fac urmatoarele consideratii:

a.daca alcalinitatea permanenta (P) este egala cu zero (P =0), alcalinitatea dozata cu metiloranj (T) se datoreaza bicarbonatilor;cantitatea de HCO₃, exprimata in mg/l, se calculeaza dupa relatia: mg HCO₃/l =61 T.

b.daca alcalinitatea permanenta P este egala cu 1/2T, (P =1/2 T), alcalinitatea dozata cu metiloranj T se datoreaza carbonatilor, cantitatea de ioni Co₃^-2 exprimata in mg/l calculandu-se cu relatia:

mg CO₃^2-/l =30*2*P =60 P

c.daca alclinitatea permanenta P este mai mare decat jumatate din alcalinitatea totala (P>1/2 T), alcalinitatea dozata cu metiloranj T se datoreaza prezentei carbonatilor si hidroxizilor, cantitatea de ioni de OH^- si CO₃2-, exprimata in mg/l, calculandu-se cu relatia:

mgOH^-/l =(2P-T)*17 si mgCO₃^2-/l =2(T-P)*30 =60(T-P).

d.daca alcalinitatea permanenta P este mai mica decat jumatatea alcalinitatii totale (P<1/2 T), alcalinitatea determinata cu metiloranj T se datoreaza prezentei carbonatilor si bicarbonatilor , cantitatea de ioni CO₃^2- si HCO₃^- exprimata in mg/l, calculandu-se cu relattiile:

mg CO₃^2-/l =2*P*3 =60P mg HCO₃^-/l =(T-2P)61.

e.daca alcalinitatea permanenta P este egala cu alcalinitatea totala T, alcalinitatea determinate cu metiloranj T se datoreaza hidroxizilor, cantitatea de ioni OH^-, exprimata in mg/l se calculeaza cu relatia:

mg OH^-/l =17T.

Determinarea aciditatii apei

Generalitati: aciditatea apei este determinata de prezenta bioxidului de carbon liber, a acizilor minerali si a sarurilor acizilor tari cu bazele slabe. Aciditatea surselor naturale de apa este foarte putin posibila, prezenta ei indicand o poluare cu ape reziduale.

Aciditatea este de doua feluri:

1.Aciditate Totala.

2.Aciditate Permanenta.

Aparatura si reactivii:

-biureta;

-cilindru gradat;

-pahare Erlenmeyer;

-palnie;

-hartie de filtru;

-pahare Berzelius;

INDICATORI:

-fenolftaleina;

-metiloranj;

-NaOH 0,1N.

Mod de lucru:

-pentru ACIDITATEA PERMANENTA:

Se masoara cu precizie o cantitate de apa de analizat (ex.100ml) cu ajutorul unui cilindru gradat.Se pune intr-un pahar de titrare,Erlenmeyer, si se adauga 2 picaturi de indicator,fenolftaleina. (solutia din pahar va ramane incolora).

Intr-o biureta se adauga NaOH 0,1N si se pregateste biureta, prin aducerea la zero, pentru titrare.

Se incepe titrarea cu mare atentie si agitand permanenet paharul, rezultand un roz slab care persista cateva minute.

Se noteaza volumul de NaOH 0,1 N pe care l-am folosit la titrare.

Reactia care are loc este:

H₂CO₃+2NaOH→Na₂CO₃+2H₂O.

-pentru ACIDITATEA TOTALA:

Este acelasi mod de lucru, ca in cazul de mai sus, dar se foloseste ca indicator doua picaturi d metiloranj.

Se titreaza cu NaOH 0,1N pana la aparitia culorii galben portocaliu, notand volumul cu care am titrat.

Determinarea ionului clorura (Cl^-)

In apa clorurile pot proveni din sol (cand sunt prezente in concentratie constanta) sau din impurificari cu ape reziduale comunale si industriale (cu concentratie variabila si constituie indicator de poluare).

Determinarea Cl^- se face prin metode titrimetrice. Conform metodei Mohr probele de apa au fost titrate cu solutie de AgNO₃ in mediu neutru in prezenta cromatului de potasiu conform reactiilor

Cl^- + Ag⁺ AgCl(pp. alb)

CrO^-2₄ + 2 Ag⁺ Ag₂CrO₄ (p.p brun- roscat )

Aceasta metoda poate fi aplicata probelor care nu contin concentratii mari de fosfati.

Reactivi:

-sol AgNO₃ 0,1 N

sol K₂CrO₄ 10%

sol NaOH 0,1 N

sol indicator rosu neutru 0,05%

Mod de lucru: 100 ml apa de analizat s-au neutralizat cu sol H₂SO₄ sau NaOH dupa cum indica pH-ul in prezenta indicatorului rosu neutru. Separat s-au luat in lucru 100 ml proba apa neutralizata si s-a adaugat 1 ml solutie cromat de potasiu si s-a efectuat titrarea cu sol azotat de argint pana la aparitia unui precipitat rosu - caramiziu.

Metoda este nespecifica deoarece si ceilalti halogeni prezenti in apa reactioneaza cu azotatul de argint, dar acestia fiind in concentratii foarte mici (Br^-,I^-) interferenta lor este neglijabila. Sulfitii prezenti in apa interfera si trebuie transformati in sulfati prin tratarea a 100 ml proba cu 1 ml perhidrol.

Calcul: se tine cont ca 1 ml sol AgNO₃ 0,1 N titreaza 3,545 mg Cl^-

Interpretarea rezultatelor

Pentru apa potabila:

conc. admisa 250 mg/l

- conc. admisa exceptional 400 mg/l.

2. Determinarea sulfatilor (SO₄^-2)

Determinarea sulfitilor si sulfatilor se face global prin trecerea sulfitilor in sulfati prin tratarea probelor de apa (100 ml) cu perhidrol (1 ml). Dozarea acestora s-a facut gravimetric prin precipitarea sulfatilor sub forma de sulfat de bariu insolubil in mediu acid.

Mod de lucru

Probe a cate 250 ml apa de analizat au fost tratate cu solutie HCl 1 N in prezenta de metil orange pana la indicarea mediului acid (coloratie rosie), adaugandu-se 2 ml HCl exces. Dupa aceea probele au fost incalzite la fierbere, adaugand solutie BaCl₂ 5% fierbinte cu picatura pana la precipitarea totala a sulfatilor. Dupa depunerea precipitatului (circa 3 ore pe baia de apa) se controleaza daca precipitarea este completa, prin adaugarea a 2-3 picaturi de BaCl₂ (intr-o portiune de solutie limpede obtinuta dupa decantare). Dupa 12 ore amestecul a fost filtrat printr-un filtru cantitativ (banda albastra) si precipitatul a fost spalat cu apa distilata fierbinte pentru indepartarea ionilor de clor.

Fliltrul cu precipitatul s-a adus intr-un creuzet tarat (masa exacta) si a fost calcinat la 200 ° C timp de 3 ore.

Dupa racire s-au adaugat cateva picaturi de acid azotic pentru a transforma in sulfat, sulfura provenita din reducerea unei parti din sulfat de catre carbonul din hartia de filtru. Acidul azotic a fost indepartat (prin evaporare) incalzind creuzetul. Apoi creuzetul cu precipitat a fost din nou calcinat.

Calcul

mg SO₄^-2/l =m ^. 0,4105 ^.1000 / V

In care 0,4105 reprezinta mg sulfat corespunzatoare la 1 mg BaSO₄

m = masa precipitatului calcinat, in mg.

V = volumul de apa luat pentru analiza, in ml.

Interpretarea rezultatelor

Pentru apa potabila

- concentratia admisa : 200 mg SO₄^-2 / l

- concentratia admisa exceptional : 400 mg SO₄^-2 / l

3. Determinarea nitritilor (NO₂^-)

In apa nitritii pot proveni din impurificarea cu substante organice care contin azot, aflate in descompunere, in cursul procesului de autopurificare. Determinarea nitritilor din apa s-a facut prin metoda colorimetrica cu Reactiv Griess.

Principiul metodei

Nitritii din proba diazoteaza acidul sulfanilic in mediu acid. Sarea de diazoniu rezultata se cupleaza cu α-naftil-amina, formandu-se un compus azoic colorat in rosu, cu λmax=520nm.

Reactiile care au loc sunt

Reactivi:

Reactiv Griess I : 1,6 g acid sulfanilic se dizolva in 100 ml sol CH₃COOH 30% (solutia este stabila)

Reactiv Griess II 1 g α-naftil-amina se dizolva in 50 ml apa distilata calda, se filtreaza si se aduce intr-un balon cotat de 200 ml (la semn) cu solutie acid acetic 30%.

Solutie etalon de nitrit : 0,15 g NaNO₂ se aduc cu apa distilata la 100 ml, 1ml din aceasta solutie se dilueaza la 100 ml (1 ml din aceasta solutie contine 0,010 mg NO₂^-)

Solutia nu este stabila - se utilizeaza numai proaspat preparata.

Prin amestecarea reactivilor corespunzatori intr-o serie de 6 eprubete s-a realizat urmatoarea scara etalon:

Modul de lucru:

Dupa ce au fost preparate solutiile de NaNO₂ pentru scara etalon dupa 20 minute s-a citit absorbanta la un spectrufotometru la λ=520nm, cuva de 1 cm, fata de martor. Apoi s-a trasat graficul E = f(c) (E = extinctia, primul punct din scara este extinctia martorului).

Proba de apa analizata a fost filtrata inaintea efectuarii acestei analize (pentru a nu introduce erori). Probe a cate 10 ml au fost tratate cu 0,5 ml Reactiv Griess I si 0,5 ml Reactiv Griess II (reactiile s-au efectuat in eprubete gradate iar Reactivii Griess au fost pipetati cu pipete speciale).

Dupa un repaos de 20 min s-a citit absorbanta la spectrofotometru in aceleasi conditii ca la scara etalon.

Calcul:cu ajutorul curbei etalon s-a aflat concentratia NO₂ ^- corespunzatoare probei.

Interpretarea rezultatelor:

Pentru apa potabila: - concentratia admisa 0

- concentratia admisa exceptional <0,3 mg / l,numai pentru apa provenita din subteran de la adancimi mai mari de 60 m (neclorinata, corespunzatoare bacteriologic)

NO₂^- scade fixarea O₂ la nivelul hemoglobinei producand in timp o scadere a globulelor rosii (anemie).

4. Determinarea nitratior (NO₃^-)

In apa, nitratii pot proveni fie din mineralizarea substantelor organice (ultima faza de oxidare a acestora) fie din sol, unde se gasesc in concentratie constanta. Determinarea nitratilor s-a facut printr-o metoda colorimetrica.

Principiul metodei:

Proba de analizat a fost tratata cu acidul fenol disulfonic ce reactioneaza cu azotatii prezenti in proba. In urma reactiei s-a format acidul nitro-fenol-disulfonic, colorat in galben cu λmax=410nm conform reactiei

Reactivi:

acid fenoldisulfonic : (12g fenol cristalizat s-au dizolvat in 144g H₂SO₄ (r=1,84 g / cm³) (acidul sulfuric utilizat a fost mai intai incalzit la fierbere pentru indepartarea urmelor de acid azotic eventual prezente);

solutia hidroxid de amoniu 25%;

etalon nitrat (0,1631 g KNO₃ uscat la etuva pana la masa constanta au fost trecute cantitativ in balon cotat de 100 ml si s-a adaugat apa distilata pana la semn. 1ml din aceasta solutie a fost diluat la 100 ml (1ml din solutia diluata contine 0,01 mg NO₃^-).

Modul de lucru : volume de 5 -10 ml proba de analizat s-au introdus in capsula de portelan si au fost evaporate la sec. Dupa racire, peste reziduu s-au adaugat cate 1 ml acid fenoldisulfonic. Dupa 15 minute, timp in care a avut loc reactia, s-au adaugat 9 ml de apa distilata, 10 ml amoniac concentrat. Dupa transvazarea in eprubete, s-a determinat absorbtia optica, fata de martor la l = 410 nm.

Calcul :

Cu ajutorul curbei de etalonare E=f(c) s-a determinat continutul de NO₃ din probe.

Interpretarea rezultatelor :

Pentru apa potabila

concentratia admisa este de 15 mg / l

concentratia admisa exceptional 45 mg / l

Important de mentionat este ca ionii de NO₃ in tubul digestiv sunt redusi la ioni NO₂ a caror actiune a fost precizata.

IV Analiza cationilor

1. Determinarea NH₄⁺

_{Amoniacul poate ajunge in apa fie din sol (in apele subterane concentratia sa este constanta in timp), fie din mineralizarea substantelor organice in cadrul procesului de autopurificare a apei.}

_{Intr-o apa de suprafata prezenta amoniului indica poluarea cu substante organice.}

_{Determinarea amoniului s-a efectuat prin titrare.}

_{Pentru a evalua corect cantitatea de amoniu, probele de apa au fost distillate dupa ce au fost aduse la pH=7,4 prin tratare cu o solutie tampon fosfat. La distilare vaporii de apa antreneaza vaporii de amoniac. Amoniacul distilat a fost barbotat direct intr-o solutie de H2SO4} (concentratia 0,1 N) in prezenta indicatorului rosu de metil (solutia 0,1 %)

Excesul de H₂SO₄ a fost titrat cu o solutie NaOH ( 0,1 N)

Reactivi:

_{- H2SO4} , _{solutie 0,1 N;}

_{NaOH, solutie 0,1 N;}

- solutie tampon fosfat, pH 7,4 (intr-un balon cotat de 1000ml s-au dizolvat 14,3g KH₂PO₄ si 68,8 g K₂HPO₄ ,completandu-se cu apa la semn);

rosu de metil sol 0,1%.

Modul de lucru :

In balonul Wurtz al instalatiei de distilare s-au introdus 500ml apa de analizat, s-au adaugat 10 ml solutie tampon fosfat si s-a masurat pH-ul prin metoda electrochimica, apoi s-a pornit distilarea. Distilatul (NH_3(v)+H₂O_(v) ) s-a cules prin barbotare in solutie de H₂SO₄ 0,1 N si cateva picaturi de indicator pana la coloratie galbena (ce indica mediul acid).

Distilarea s-a efectuat pana la aproximativ 2 / 3 din volumul initial al probei. Excesul de H₂SO₄ se titreaza cu solutie NaOH 0,1 N pana la aparitia coloratiei roz persistente.

Calcul :

mg NH₄ / l = [(V₁-V₂^.f) / V ] ^. 1,8 ^.1000

V    = ml proba luati in lucru;

V₁ = ml solutie H₂SO₄ 0,1 N in care s-a cules distilatul;

V₂ = ml NaOH 0,1 N utilizata pentru titrarea excesului de H₂SO_{4 ;}

_{f = factorul solutiei NaOH 01,1 N;}

_{1,8 - titrul solutie de H2SO4  0,1 N exprimat in mg NH4+.}

Interpretarea rezultatelor :

Prin apa potabila provenita din :

- surse de suprafata - val admisa: 0,

- surse subterane (adancimi mai mari de 60 m) - val admisa exceptional <0,5 mg/l

2. Determinarea ionilor de Na⁺,Ca⁺² si Mg⁺²

Ionii de sodiu, calciu si magneziu se gasesc in apa sub forma de bicarbonati azotati, sulfati si cloruri. Determinarea lor din apa s-a facut prin absorbtie atomic.

Interpretarea rezultatelor :

Pentru apa potabila

concentratia admisa:100 mg Na⁺ / l ; 100 mg Ca⁺² / l ; 50 mg Mg⁺² / l

concentratia admisa exceptional: 200 mg Na⁺ / l ; 300 mg Ca⁺² / l ; 80 mg Mg⁺² / l.

3. Determinarea ionilor de fier (Fe⁺², Fe⁺³)

Fierul se gaseste in apa sub forma de compusi ferosi sau fierici sub forma de bicarbonati, carbonati, sulfati, fosfati si silicati, solubili sau insolubili. Determinarea ionilor de fier Fe⁺², Fe⁺³ s-a facut de asemenea prin absorbtie atomica dupa ce probele au fost pregatite astfel: probe a cate 90 ml apa de analizat au fost tratate cu cate 10 ml solutie HCl 1 N si fierte pe baie de apa pentru transformarea fierului prezent in apa in compusi solubili (cloruri) si mentinerea fierului in stare redusa (Fe⁺²). Dupa racirea probelor s-a adaugat apa distilata pana la 100 ml si s-au efectuat citirile pe aparat.

Interpretarea rezultatelor :

Pentru apa potabila:

concentratia admisa 0,1 mg Fe⁺ⁿ_total / l

concentratia admisa exceptional 0,3 mg Fe⁺ⁿ_total / l

4. Determinarea ionilor Mn⁺², Cu⁺², Zn⁺², Ag⁺, Cd⁺³, Cr⁺³, Hg⁺², Ni^+2,+3, Pb⁺², Se⁺²

Acesti ioni se gasesc in apele de mare adancime in cantitati foarte mici si provin din sol prin dizolvarea unor saruri. Fiind in cantitati foarte mici, prezenta lor poate fi determinata numai prin metode speciale ca absorbtia atomica.

Acesti ioni sunt considerati substante toxice. In apele de suprafata provin din poluarea cu ape comunale, industriale. Prezenta lor in apa potabila este admisa doar in mod exceptional si in cantitati foarte mici conform stasurilor de calitate.

V.Determinarea substantelor organice (oxidabilitate sau consum de KMnO₄)

Substantele oxidabile din apa sau consumul chimic de oxigen (CCO) sunt compusi care pot fi oxidati de catre KMnO₄ sau K₂Cr₂O₇ la rece sau la cald. Substantele anorganice (Fe⁺² , Mn⁺², sulfiti, nitriti) sunt oxidate la rece, iar cele organice, la cald.

Principiul metodei de determinare a substantelor organice consta in oxidarea acestora cu KMnO₄ in mediu acid in cazul unui continut de cloruri mai mic de 300 mg / l si in mediu alcalin in cazul unui continut mai mare de 300 mg / l, deoarece ionii clorura prezinta caracter reducator in mediu acid iar prezenta lor in cantitati de peste 300 mg / l induce erori apreciabile.

In mediu acid:

MnO₄^- + 8H⁺ +5e^- Mn⁺² + 4H₂O

Excesul de permanganat reactioneaza cu acidul oxalic

2KMnO₄ + 5H₂ C₂ O₄ + 3H₂ SO₄    K₂SO₄ + 2Mn SO₄ + 10 CO₂ + 8 H₂O

In mediu alcalin

MnO₄^- + 2H₂O +3e^- MnO₂ + 4OH^-

Excesul de permanganat si MnO₂ rezultat reactioneaza cu acidul oxalic in mediu acid:

MnO₂ + H₂ C₂ O₄ + H₂SO₄MnSO₄ + 2CO₂ + 2H₂O

Reactivi

- acid oxalic solutie 0,01 N (0,6304 g acid oxalic se aduc in balon cotat de 100 ml, se adauga apa distilata pana la semn);

- permanganat de potasiu, solutie 0,01 N (0,3160 g KMnO₄ se aduc in balon cotat se adauga apa distilata pana la semn; factorul solutie se determina inintea fiecarei determinari)

- acid sulfuric, solutie 30% (tratat cu solutie KMnO₄ la rece, pana la aparitia culorii alb-roz persistente);

- hidroxid de sodiu solutie 30%.

Modul de lucru

Avand in vedere continutul de cloruri situat sub 300 mg / l am determinat oxidabilitatea in mediu acid. Astfel peste probele de apa din sursele 1 si 2 (a cate 100 ml fiecare) s-au adaugat cate 5 ml solutie H₂SO₄ 30% , 10 ml KMnO₄ 0,01 N si s-au fiert timp de 10 min (pe sita) dupa care peste solutia fierbinte s-au adaugat 100 ml acid oxalic 0,01 N. Dupa ce solutia s-a decolorat complet s-a titrat excesul de acid oxalic cu KMnO₄  pana la aparitia coloratiei slab-roz persistente.

mg KMnO₄ =[(V+ V₁)^.f -V₂]^.3.16

V₁ - ml sol KMnO₄ utilizat la titrarea la cald

V - m sol KMnO₄ adaugati initial

f - factorul solutiei de KMnO₄

V₂ - ml solutie acid oxalic utilizati

T=0,316 (titrul sol KMnO₄ 0,01 N exprimat in mg)

Pentru o mai mare exactitate datorita prezentei substantelor minerale reducatoare (ex: NO₂^-,SO₃^2-etc.) s-a efectuat cate o titrare suplimentara pentru fiecare proba (din surse diferite) la temperatura camerei.

V₀-ml sol KMnO₄ utilizat pentru titrarea la rece

mg KMnO₄ = Vo ^. f ^. 3.16 (mg KMnO₄ utilizata pentru oxidarea subst minerale cu caracter reducator)

Aceasta cantitate se scade din masa de KMnO₄ utilizata la cald pentru a obtine mg KMnO₄ necesari oxidarii substantelor organice.

mg KMnO₄ = [(V+V₁-V_o)f - V₂] ^. 3.16.

Substantele organice poluante pot fi : hidrocarburi , derivati halogenati, amine, nitroderivati, fenoli, detergenti, pesticide, etc. Avand in considerare diversitatea acestor compusi (numar mare, compozitie si structura diferita), precum si faptul ca ei se gasesc ca micropoluanti (concentratia lor in apa este foarte mica, dar prezenta lor este raspunzatoare de disparitia unor specii si contaminarea unui intreg lant trofic) determinarea substantelor organice din apa este foarte importanta dar si foarte dificila. Analiza substantelor organice s-a facut prin utilizarea cromatografiei gazoase.

Rezultate obtinute:

INDICATORI ORGANOLEPTICI

(*) Avand in vedere ca reziduu fix reprezinta suma maselor ionilor mai sus mentionati masa de HCO₃^- a fost calculata prin diferenta.

3. CONCLUZII

Din datele prezente in tabel reies o serie de diferente privind compozitia chimica a probelor de apa provenite din cele doua surse. Dupa cum era de asteptat masa de reziduu fix determinat la 105 ° C este mai mare in cazul apei minerale decat in cazul apei de la retea. Se observa ca in cazul apei potabile masa de reziduu fix este apropiata de limita maxima, de aici putem trage concluzia ca apa potabila este o apa dura. O alta remarca asuprea datelor o constituie concentratia ionilor clorura, sulfati, nitriti, nitrati, amoniu, substante organice mai mari in cazul apei potabile decat in cazul apei minerale fiind indici clari ca apa potabila de la retea (provenita intr-o oarecare parte din ape de suprafata) fata de apa minerala (provenita din surse de apa subterane) este mai poluata. Totusi este important de subliniat ca este asigurata calitatea apei conform STAS-urilor in vigoare. Tot din datele prezentate in tabel reiese ca in cazul apei minerale concentratia ionilor de magneziu depaseste cantitatea maxim admisa. Trebuie precizat ca aceste norme de calitate sunt pentru apa potabila si nu pentru ape minerale. De asemenea in STAS-urile de apa minerala se admite o concentratie mai mare de Mg⁺² daca concentratia ionilor SO₄^-2 este sub 100 mg / l. Din datele prezentate reiese ca apa minerala analizata este o apa minerala hidrogeno-carbonato-magneziana. Avand in vedere ca acestei compozitii ii corespunde si o concentratie mai scazuta in ioni de Ca⁺², literatura de specialitate o recomanda ca o apa minerala cu calitati deosebite (favorizeaza acumularea energiei la nivelul straturilor subcelulare ale tesuturilor musculare, confera organismului energie sporita la efort prelungit si stress, previne aparitia si atenueaza ateroscleroza, determina scaderea concentratiei colesterolului, etc). Totusi sa nu uitam ca desi in cantitati foarte mici si mult sub limita admisa si apa minerala contine poluanti. Concluzia finala fiind aceea ca este foarte necesar tragerea unui semnal de alarma privind poluarea mediului (a apei in special) si demararea unui program educativ de nivel amplu privind sustinerea calitatii apei.

4. BIBLIOGRAFIE

1. R. Ciucureanu, M. Voitcu "Chimie Sanitara" curs litografiat, Univ. "Gr. T. Popa", Fac. De Farmacie, Iasi, 1996

2. R. Ciucureanu, M. Voitcu "Chimie Sanitara" lucrari practice, Univ. "Gr. T. Popa", Fac. De Farmacie, Iasi, 1996

3. S. manescu, M. Cucu, M.L. Diaconescu "Chimia Sanitara a Mediului", Ed. Medicala, Bucuresti, 1994

4. Colectie STAS "Protectia Calitatii Apei"

5. C. M. Gheorghita, M. Grigoras, J. Tivlea "Lumea pe care ne-o dorim" Ed. Spiru Haret, Iasi 2000

6. D. Calugaru, I. Savinescu, N. Nedea "Un prim pas in educatia pentru mediu" Ed. Spanda, Iasi 2000

7. M. Balcescu "Uzina aqua" Ed. Ion Creanga, Bucuresti 1983.