Laboratorium Monitoringu Środowiska
Ćwiczenie 1
Oznaczanie pH, potencjału oksydacyjno-redukcyjnego, przewodności właściwej oraz tlenu rozpuszczonego.
Wstęp teoretyczny:
Odczyn wody ma duże znaczenie techniczne w uzdatnianiu wody dla kontroli korozyjności wody w wodociągach, dla stabilizacji wody korozyjnej i w wielu procesach technologicznych w przemyśle. Podstawowe znaczenie ma pH dla organizmu człowieka i przebiegu procesów biochemicznych w przyrodzie. Zaleca się, by pH wody przeznaczonej do picia wynosiło od 6,5 do 9,5.
Do oznaczania pH stosowana jest tylko jedna metoda potencjometryczna. Zasada oznaczania polega na pomiarze siły elektromotorycznej ogniwa złożonego z elektrody pomiarowej i elektrody odniesienia, zanurzonych w badanym roztworze. Elektrody pomiarowe mogą być szklane lub antymonowe, obecnie powszechnie stosowane są elektrody kombinowane.
Reakcje utleniania i redukcji należą do podstawowych procesów zachodzących w wodach naturalnych oraz ściekach. Wody zanieczyszczone substancjami organicznymi zawierają duże stężenie substancji redukujących oraz małe stężenie substancji utleniających. Potencjał redox takich wód jest niski.
Potencjał redox można zmierzyć elektrochemicznie. jest to potencjał, jaki wykazuje elektroda z metalu szlachetnego zanurzona w badanej wodzie, w stosunku do elektrody odniesienia. Wysoka wartość redox (rzędu kilkuset Mv, czysta woda w równowadze z tlenem atmosferycznym wykazuje potencjał redox ok. 800 mV) świadczy o dużej zawartości substancji utleniających (wody czyste), natomiast mała zawartość potencjału (rzędu kilkudziesięciu mV) wskazuje na dużą zawartość substancji redukujących (wody zanieczyszczone).
Konduktywność (przewodność elektryczna właściwa) jest miarą podatności materiału na przepływ prądu elektrycznego. Oznacza się za pomocą elektrody pomiarowej.
Rozpuszczony tlen w wodach naturalnych ma podstawowe znaczenie dla wszelkich
procesów chemicznych i biochemicznych. Jest niezbędny do życia ryb i innych organizmów
wodnych. Zawartość tlenu rozpuszczonego w wodzie jest wynikiem równowagi miedzy
zużywaniem tlenu a jego dostarczaniem. Procesy zachodzące w obecności tlenu nazywają się aerobowymi i prowadzą do zmniejszenia zawartości zanieczyszczeń w wodzie. W przypadku braku tlenu w wodzie ustalają się warunki anaerobowe (beztlenowe) i zachodzą procesy, w których powstają substancje toksyczne, często o nieprzyjemnym, odrażającym zapachu. Zużywany tlen rozpuszczony uzupełniany jest tlenem doprowadzanym z atmosfery.
Poza natlenieniem powierzchniowym źródłem tlenu w wodzie może być fotosynteza. Stężenie tlenu w wodzie naturalnej może podlegać znacznym wahaniom - od wartości
bliskich zera do stanu przesycenia. Zawartość rozpuszczonego tlenu w wodach naturalnych wynosi od 0 do 14,62 mgO2/l.
Przyrząd do pomiaru tlenu składa się z membranowego czujnika tlenowego (sondy) i aparatu pomiarowego. Sonda tlenowa składa się z dwóch stałych elektrod, cienkiej warstwy elektrolitu otaczającego elektrody i membrany przepuszczającej tlen. Membrana jest
nieprzepuszczalna dla zanieczyszczeń zawartych w wodzie, a przepuszczalna dla cząstek
tlenu. Oznaczenie polega na pomiarze natężenia prądu w wyniku redukcji cząstek tlenu na
katodzie.
Celem ćwiczenia był pomiar parametrów fizyko-chemicznych ścieków komunalno/przemysłowych za pomocą podstawowych mierników laboratoryjnych.
Przebieg ćwiczenia:
a) pomiar pH
Do badanej próbki ścieków zanurzono elektrodę i zmierzono wartość pH i temperatury.
b) pomiar potencjału oksydacyjno-redukcyjnego
Do badanej próbki ścieków zanurzono elektrodę pomiarową i odczytano z miernika zmierzoną wartość potencjału redox i temperaturę.
c) oznaczanie przewodności elektrycznej właściwej
Elektrodę pomiarową włożono do zlewki z badanymi ściekami i odczytano z miernika wartość przewodności elektrycznej właściwej i temperaturę.
d) pomiar zawartości tlenu rozpuszczonego metodą sondy tlenowej
Do badanej próbki włożono czujnik tlenowy jednocześnie mieszając przy pomocy mieszadła magnetycznego. Odczytać zawartość tlenu.
Zestawienie wyników i wnioski:
bufory zmierzone pH
pH= 4.0 4,59
pH= 7.0 6,93
pH= 10.0 10.11
Zmierzone pH różni się od ustalonego odczynu buforu. Kilkuletnie pomiary w laboratorium spowodowały zanieczyszczenie buforów i zmianę ich odczynu.
Nr próbki |
Temperatura ˚C |
Odczyn |
Potencjał ORP mV |
Przewodność µS/cm |
1 |
19,5 |
6,98 |
143 |
194 |
1 |
19,4 |
6,99 |
162 |
255 |
Nr Próbki |
Nasycenie tleniem w % |
Nasycenie tlenem w mg O2/l |
Temperatura ˚C |
1 |
89,2 |
8,38 |
21,6 |
2 |
89,0 |
8,37 |
21,6 |
Zawartość tlenu rozpuszczonego w próbce skorygowana o ciśnienie w trakcie pomiarów:
1 8,29 mgO2/l
2 8,28 mgO2/l
Odczyn wody jest prawidłowy dla wody przeznaczonej do picia, jednak potencjał ORP jest niski i wskazuje, że próbka wody jest zanieczyszczona. Nasycenie tlenem jest standardowe dla wód naturalnych. Jednak biorąc pod uwagę potencjał ORP klasa wody jest niska i niezdatna do picia.