Sprawozdanie nr 5

z ćwiczeń laboratoryjnych

Chemicznej analizy zanieczyszczeń

wody, powietrza i gruntów.

Natalia Janczycka

Rok: II OS-CP

Grupa: I

Temat: Oznaczanie wskaźników BZT₅ i CHZT.

CZĘŚĆ LITERATUROWA:

Tlen w wodach

Tlen rozpuszczony w wodzie pochodzi głównie z atmosfery, oraz niekiedy z fotosyntezy roślin wodnych [1]. Rozpuszczalność tlenu w warunkach standardowych wynosi 43,8 mg/dm3. Szybszej rozpuszczalności sprzyja deficyt tlenu w wodzie, duża powierzchnia wody i turbulencje[2], dlatego największe stężenia tlenu występują w wodach opadowych i płytkich wodach powierzchniowych. Wody głębinowe natomiast zawierają śladowe ilości tlenu, lub są go w ogóle pozbawione [1]. W wodach powierzchniowych niedobór tlenu może być związany z zalegającą warstwą lodu, lub warstwą olejów [2]. Spadek zawartości tlenu może być również spowodowany nadmierna ilością odprowadzanych do wody zanieczyszczeń, przez co tlen zostaje zużywany do ich rozkładu; lub odprowadzania ścieków o wysokiej temperaturze, ponieważ wzrost temperatury powoduje zmniejszenie rozpuszczalności tlenu [1]. Przy wzroście temp z 5 do 35 stopni zawartość tlenu spada o połowę [3]. Zawartość tlenu zmniejsza się także wraz ze spadkiem ciśnienia i wzrostem zasolenia [2].

Rozmieszenie tlenu na różnych głębokościach zbiornika zależy od stopnia mieszania się wody [4]. W wodach rzecznych tlen jest zwykle rozłożony równomiernie [2], natomiast w głębokich jeziorach występują warstwy termiczne:

- Epilimnion: warstwa przypowierzchniowa o głębokości 2-3m, występuje tam stała cyrkulacja wody [1], zawartość tlenu w całym jeziorze jest najwyższa [4], występują tu warunki utleniające [2];

- Metalimnion: warstwa graniczna o grubości ok 1m, charakteryzuje się dużym skokiem temperatury;

- Hypolimnion: warstwa sięgająca do dna jeziora, jest pozbawiona cyrkulacji wody, przeważnie pozbawiona tlenu lub zawierająca jego niewielką ilość[1], występują tu warunki redukujące [2].

Stratyfikacja wody występuje latem i zimą, natomiast wiosną i jesienią następuje mieszanie się wód. Woda ochładza się od góry, gdzie jest natleniana, a następnie opada w dół, natomiast cieplejsza odtleniona woda z nizszych warstw wędruje ku górze [4].

Tlen rozpuszczony jest zużywany do oddychania organizmów wodnych, utlenianie substancji nieorganicznych, oraz procesy biochemicznego rozkładu materii organicznej.

Zawartość tlenu w wodzie jest jednym z głównych wskaźników jakości wody, w czystych wodach wynosi on zwykle 100% [1]. Zmniejszenie zawartości tlenu poniżej 40 % powoduje zaburzenia w biocenozie, np. śnięcie niektórych gatunków ryb, jednak przesycenie wody gazami może być również niekorzystne, w takiej wodzie ryby zapadają na chorobę bąbelkową. W warunkach beztlenowych zachodzą procesy rozkładu materii w wyniku których powstają związki o nieprzyjemnym zapachu.

Biodegradacja

Substancje organiczne po wprowadzeniu do wody ulegają biodegradacji. Główne procesy przemiany to rozkład przez heterotrofy, oraz asymilacja przez autotrofy. Proces biodegradacji zależy od:

- Rodzaju rozkładanych związków: Naturalne substancje organiczne są zazwyczaj łatwo degradowane, wyjątek stanowią substancje humusowe, natomiast związki organiczne pochodzenia antropologicznego są przeważnie trudno rozkładalne;

- Zawartość tlenu, im wyższe tym szybsza biodegradacja;

- pH, najbardziej optymalne w zakresie 7-8;

- Rodzaju mikroorganizmów;

- Obecności substancji toksycznych które mogłyby zabić mikroorganizmy;

- Adaptacja mikroorganizmów;

- Obecności substancji pożywkowych, głównie azot i fosfor potrzebne dla rozwoju mikroorganizmów, brak ich powoduje spadek procesu;

- Temperatury, wzrost przyspiesza proces do pewnego momentu, potem go hamuje przez to że organizmy są wrażliwe.

BZT (biochemiczne zapotrzebowanie na tlen) jest odzwierciedleniem procesów rozkładu związków organicznych w wodzie. BZT₅ jest wskaźnikiem tego procesu [2]. Oznaczanie BZT₅ przeprowadza się przez wprowadzenie do odmierzonej ilości rozcieńczonego ścieku lub próbki wody odpowiednich mikroorganizmów i nasycenie jej powietrzem, po okresie inkubacji 5 dni określa się stężenie pozostałego w wodzie tlenu, stężenie zużytego tlenu odpowiada wartości BZT₅ [6]. Im wyższa wartość wskaźnika tym mniejsza zawartość tlenu rozpuszczonego w wodzie, ponieważ zostaje on zużyty do rozkładu materii, co oznacza że woda jest bardziej zanieczyszczona [1].

Klasyfikacja wód powierzchniowych w Polsce ze względu na wartość BZT5:
Klasa I	Klasa II	Klasa III	Klasa IV	Klasa V
<3 mg O2/L	3-6 mg O2/L	Wartości granicznych nie ustalono

[7]

Metoda Winklera do oznaczania zawartości tlenu:

Do próby wody dodaje się roztwór siarczanu manganu II MnSO4, oraz zasadowego roztworu jodku potasu KI. W środowisku zasadowym siarczan manganu II przechodzi do wodorotlenku manganu II Mn(OH)₂, który reaguje z rozpuszczonym w wodzie tlenem, tworząc równoważna ilość wodorotlenku IV manganu MnO(OH)₂.

Mn²⁺ + 2OH- -> Mn(OH)₂

2Mn(OH)₂ + O₂ -> 2MnO(OH)₂

W kwaśnym środowisku tworzonym po dodaniu stężonego kwasu siarkowego, jon manganu IV wydziela z roztworu wolny jod w ilości równoważnej tlenu.

MnO(OH)₂ + 4 H⁺ -> Mn⁴⁺ + 3H₂O

Mn⁴⁺ + 2I- -> Mn²⁺ + I₂

Zawartość jodu określa się przez miareczkowanie mianowanym roztworem tiosiarczanu sodu Na2S2O3 w obecności skrobi do odbarwienia.

I₂ + S₂O₃^2- -> 2I- + S₄O₆^2-

Zawartość O₂ obliczamy ze wzoru:

X (mgO₂/L) = (n * a * V * 160) / V-b

Gdzie:

• n - miano tiosiarczanu = 0,025

• a - objętość tiosiarczanu zużyta do miareczkowania

• v - objętość próbki

• b - objętość dodanych roztworów MnSO₄ i KI [5].

CHZT - chemiczne zapotrzebowanie na tlen jest miarą stężenia substancji, które mogą ulegać utlenieniu za pomocą chemicznego utleniacza, zakwaszonego roztworu dichromianu VI potasu, gdy jest on ogrzewany wraz z próbką do wrzenia pod chłodnicą zwrotną [6]. Wyróżnia się CHZT z zastosowaniem nadmanganianu potasu i CHZT z zastosowaniem dwuchromianu potasu.

	Klasyfikacja wód powierzchniowych w Polsce ze względu na wartość CHZT:
	Klasa I		Klasa II		Klasa III	Klasa IV	Klasa V
Oznaczone metodą chromianową	<10 mg O2/L		10-20 mg O2/L		Wartości granicznych nie ustalono
Oznaczone metodą manganianową	<6 mg O2/L		6-12 mg O2/L		Wartości granicznych nie ustalono

[7]

Literatura:

1. E. Gomółka, A. Szaynok „Chemia wody i powietrza” Oficyna Politechniki Wrocławskiej 1997.

2. J. Dojlido "Chemia wód powierzchniowych" Wydawnictwo Ekonomia i Środowisko 1995.

3. J. Fisher, J. Arnold „Chemia dla biologów” Wydawnictwo PWN 2008.

4. Wykład

5. W. i E. Kowalczyk „Hydrochemia” Wydawnictwo Uniwersytetu Śląskiego 1999.

6. G. vanLoon, S. Duffy "Chemia Srodowiska" Wydawnictwo PWN 2007

7. Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 20 sierpnia 2008 r. w sprawie sposobu klasyfikacji stanu jednolitych

części wód powierzchniowych.

CZĘŚĆ DOŚWIADCZALNA:

Metoda dwuchromianowa do oznaczania CHZT.

Zasada Metody: CHZT jest miarą stężenia substancji, które mogą ulegać utlenieniu za pomocą chemicznego utleniacza - zakwaszonego roztworu dichromianu VI potasu, gdy jest on ogrzewany wraz z próbką do wrzenia pod chłodnicą zwrotną.

Szkło laboratoryjne: - grzałka - chłodnica zwrotna - cylindry miarowe - kolby - biureta - statyw - zlewka

Odczynniki: - woda destylowana - K2Cr2O7 - Ag+ - H2SO4 - HgSO4 - perełki szkła - Fe(NH4)(SO4)2*6H2O - fenoloftaleina

Wykonanie doświadczenia:

• Próbka 1) badana:

- odmierzyć do kolby 20 ml próbki wody rzecznej

- dodać 0,2g HgSO₄

- dodać 10,0ml roztworu K₂Cr₂O₇

- dodać perełki szkła

- dodać40 ml stężonego H₂SO₄ i jony Ag+

- kolbę połączyć z chłodnicą i ogrzewać do wrzenia

- utrzymywać w stanie wrzenia przez 10 minut

- kolbę odłączyć od chłodnicy i ostudzić

- dodać 2 krople fenoloftaleiny

- próbę miareczkować roztworem soli Mohra do czerwonego zabarwienia

• Próbka 2) badana:

- taj jak próbka 1, tylko z użyciem 50ml wody badanej i 80ml H₂SO₄ i Ag+

• Próbka 3) ślepa:

- tak jak próbka badana lecz wodę rzeczną zastąpić destylowaną

• Próbka 4) do oznaczenia miana soli Mohra:

- odmierzyć 100ml wody destylowanej

- dodać 30ml kwasu solnego

- dodać 10,0 dichromianu VI potasu

- dodać 2 krople fenoloftaleiny

- próbę miareczkować roztworem soli Mohra do czerwonego zabarwienia

Wyniki:

Na zmiareczkowanie próbki zużyto soli Mohra:

1) 9 ml

2) Próbka odbarwiła się więc nie bierzemy jej pod uwagę w dalszych obliczeniach

3) 24 ml

4) 24,5 ml

Miano roztworu soli Mohra obliczamy ze wzoru:

K = (10 * 0,025)/ V K = (10 * 0,025)/ 24,5 = 0,01

Gdzie: • 10 – objętość roztworu dichromianu potasu użyta do miareczkowania • V - objętość roztworu soli Mohra użyta do miareczkowania • 0,025 – stężenie roztworu dichromianu potasu

Wartość CHZT obliczamy ze wzoru:

X = [K (V2 – V1) *8 * 1000]/ V X = [0,01 (24 – 9) *8 * 1000]/ 20 = 52 mgO2/L

Gdzie: • K – miano soli Mohra • V1 – objętość soli Mohra zużyta do miareczkowania próbki badanej (ml) • V2 - objętość soli Mohra zużyta do miareczkowania próbki ślepej (ml) • 8 – współczynnik przeliczeniowy do zamiany jednostek • V – objętość próbki

Podsumowanie:

Wskaźnik jakości wody CHZT określony dla próby pobranej z rzeki Odry na wysokości miejscowości Słubice

wyniósł 52 mgO₂/L, co zgodnie z Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 20 sierpnia 2008 r. w sprawie sposobu klasyfikacji stanu jednolitych części wód powierzchniowych, oznacza że woda ta posiada zły stan chemiczny (>20 mgO₂/L) pod względem badanego wskaźnika.

Metoda Winklera do oznaczania BZT₅.

Zasada Metody: Metoda polega na oznaczeniu zawartości tlenu w próbce wody w dniu pobrania i po pięciu dniach.

Szkło laboratoryjne: - butelki z korkiem - kolby stożkowe - cieplarka - biureta - zlewka - statyw

Odczynniki: - siarczan manganowy - alkaiczny roztwór jodku potasu - kwas siarkowy - tiosiarczan - skrobia

Wykonanie doświadczenia:

• Próbka 1 i 2:

- do butelki nalewamy z przelewem badaną wodę rzeczną

- dodajemy 1ml siarczanu manganowego i 2ml alkaicznego roztworu jodku potasu zanurzając pipetę w wodzie

- butelkę zakręcamy twistem i mieszamy

- odkładamy butelkę czekając do opadnięcia powstałego brunatnego osadu

- dodajemy do wody 1 ml kwasu siarkowego po czym osad się rozpuszcza

- pobieramy 100 ml roztworu do kolby stożkowej

- miareczkujemy próbkę roztworem tiosiarczanu do barwy słomkowej

- dodajemy do próbki skrobię co powoduje ciemne zabarwienie roztworu

- miareczkujemy próbkę do odbarwienia

• Próbka 3 i 4:

- do butelki nalewamy z przelewem badaną wodę rzeczną

- butelkę zakręcamy twistem i odkładamy do cieplarki w temp. 20^o

- po okresie inkubacji 5 dni wykonujemy oznaczeni tak jak w przypadku próbki 1 i 2

Wyniki:

Na miareczkowanie próbki zużyto tiosiarczanu:

4,8 ml 4,8 ml

5 ml 4,5 ml śr: 4,75

Zawartość tlenu w wodzie obliczamy za pomocą wzoru:

X (mgO2/L) = (n * a * V * 160) / V - b X 1,2 = (0,025 * 4,8 * 100 * 160) / 100 – 3 = 19,79 mgO2/L X 3,4 = (0,025 * 4,75 * 100 * 160) / 100 – 3 = 19,58 mgO2/L

Gdzie: • n - miano tiosiarczanu = 0,025 • a - objętość tiosiarczanu zużyta do miareczkowania • v - objętość próbki • b - objętość dodanych roztworów MnSO4 i KI

BZT₅ to różnica zawartości tlenu w próbce przed i po pięciu dniach:

BZT₅ = X _1,2 - X _3,4 = 19,79 - 19,58 = 0,21 mgO₂/L

Podsumowanie:

Wskaźnik jakości wody BZT₅ określony dla próby pobranej z rzeki Odry na wysokości miejscowości Słubice

wyniósł 0,21 mgO₂/L, co zgodnie z Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 20 sierpnia 2008 r. w sprawie sposobu klasyfikacji stanu jednolitych części wód powierzchniowych, oznacza że woda ta znajduje się w pierwszej klasie stanu czystości wody (<3 mg O₂/L) pod względem badanego wskaźnika.