INSTYTUT INŻYNIERII ŚRODOWISKA UNIWERSYTET ZIELONOGÓRSKI
	CHEMIA SANITARNA
II ROK INŻYNIERII ŚRODOWISKA STUDIA DZIENNE GRUPA 26 A		15.04.2014
SPRAWOZDANIE 2. Chlorki i siarczany. Żelazo ogólne i mangan. Azot i jego formy. AUTOR OPRACOWANIA: Marta Kowalczyk

I CZĘŚĆ TEORETYCZNA

Chlorki - Sole kwasu solnego, zwane chlorkami, są ławo rozpuszczalne w wodzie. Wyjątek stanowi tylko AgCl, Hg₂Cl₂ i CuCl. Dobra rozpuszczalność chlorków oraz ich powszechne występowanie w skorupie ziemskiej w postaci naturalnych pokładów soli (NaCl i MgCl₂) powoduje, że jon chlorkowy znajduje się we wszystkich wodach naturalnych. Zawartość tych jonów w wodach naturalnych może wynosić od kilku dziesiątych części miligrama aż do kilkuset gramów w 1 dm³ wody.Według wymagań sanitarno-higienicznych zawartość chlorków w wodzie pitnej nie powinna przekraczać 250 mg/dm³ Cl^-, jeżeli są to chlorki pochodzenia geologicznego. Obecność chlorków innego pochodzenia w wodzie pitnej jest niedopuszczalna.

Siarczany- sole kwasu siarkowego, są oprócz chlorków najbardziej rozpowszechnionymi w wodach naturalnych. Dostają się do wody na skutek wymywania skał osadowych, w skład których wchodzi gips (CaSO₄* 2H₂O), wyługowania gleby oraz niekiedy podczas utleniania siarczków metali ciężkich powstaję siarczany tych metali i kwas siarkowy. W wodach powierzchniowych siarczany mogą pochodzić także z zanieczyszczeń ściekami miejskimi lub przemysłowymi.

Żelazo- związki żelaza występujące w wodach mogą pochodzić z gruntu, w którym żelazo rozpowszechnione jest w postaci pirytu (FeS₂) lub chalkopirytu (CuFeS₂), z korozji rurociągów oraz zanieczyszczeń ściekami przemysłowymi. Przejście żelaza do wód naturalnych zachodzi pod wpływem utleniania siarczków w czasie wietrzenia skał.

W wodach podziemnych żelazo znajduje się najczęściej w postaci wodorowęglanu żelaza. W wodach powierzchniowych lub bagiennych żelazo może występować w postaci humusów lub fosforanów. Poza tym, zależnie od składu wód naturalnych i warunków tlenowych czy beztlenowych, żelazo w wodach naturalnych może występować w postaci związków dwu- i trójwartościowych. Obecność w wodzie jonów Fe²⁺ stwarza sprzyjające warunki do rozwoju bakterii żelazistych, których obecność może doprowadzić do zarastania przewodów wodociągowych.

Znaczna ilość żelaza wpływa na mętność i smak wody, dlatego wymagane jest aby woda pitna i przeznaczona na potrzeby gospodarcze zawierała mniej niż 200 μg/dm³ Fe.

Mangan- w wodach naturalnych mangan występuje zazwyczaj z żelazem, przedostaje się on do wody w podobny sposób, z gruntu, resztek roślinnych i ze ścieków przemysłowych. Mangan w wodach naturalnych (podziemnych) występuje przede wszystkim w postaci MnSO₄, a wodach powierzchniowych również w postaci humusów i rzadziej fosforanów. Zawartość manganu w wodach naturalnych wynosi 0,1 – 0,3 mg/dm³ Mn i rzadko przekracza 1 mg/dm³ Mn.

Zawartości manganu spotykane w wodach naturalnych nie są szkodliwe, ale podobnie jak żelazo w postaci Fe²⁺ mangan sprzyja rozwojowi bakterii żelazistych i manganowych co w rezultacie może zmienić smak i zapach badanej wody oraz może powodować zatykanie urządzeń wodociągowych. Przyjęto że dopuszczalną ilością manganu w wodach pitnych i gospodarczych jest 50 μg/dm³ Mn.

Azot- związki azotu zawarte w wodach naturalnych mogą być pochodzenia organicznego jak produkty biochemicznego rozkładu białek roślinnych i zwierzęcych) lub pochodzenia mineralnego tj. mogą one pochodzić z gleby nawożonej nawozami sztucznymi, ze ścieków przemysłowych, a niekiedy też z atmosfery zawierającej tlenki azotu (po wyładowaniach elektrycznych). W wodach podziemnych amoniak może powstać na skutek redukcji azotanów i azotynów przez siarkowodór, piryty a w wodach bagiennych przez związki humusowe. W wyniku biochemicznego rozkładu białek przez drobnoustroje powstaje amoniak. W wodach naturalnych kation amonowy jest nietrwały i pod wpływem czynników chemicznych i biochemicznych przechodzi w inne postacie związków azotu. Przy dostatecznej ilości tlenu rozpuszczonego w wodzie wydzielający się amoniak może być utleniany do kwasu azotawego wskutek działania bakterii Nitrosomonas. Proces utleniania amoniaku do kwasu azotawego można przedstawić w formie uproszczonej za pomocą sumarycznego równania:

NH₃ + 3/2O₂ = HNO₂ + H₂O

W warunkach aerobowych proces nitryfikacji amoniaku nie zatrzymuje się na tym etapie, ponieważ pod wpływem działania innych bakterii (z rodzaju Nitrobacter) kwas azotawy utlenia się do kwasu azotowego:

HNO₂ + 1/2O₂ = HNO₃

Azotany są, więc końcowym produktem złożonego procesu biochemicznego utleniania substancji organicznych zawierających azot.

W przeciwieństwie do procesu nitryfikacji w wodach zanieczyszczonych (ubogich w tlen) zachodzi proces denitryfikacji, w którym jony NO₃^- są z kolei rozkładane do NO₂^-, NH₃ lub N₂ pod wpływem działania bakterii zwanych denltryfikacyjnymi. Proces denitryfikacji azotanów do amoniaku można przedstawić w prostej formie:

HNO₃ + H₂O = NH₃ + 2CO₂

Tlen pochodzący z azotanów jest zużywany na utlenianie związków organicznych bezazotowych zawartych w wodzie. W warunkach anaerobowych proces denitryfikacji azotanów połączony z równoczesnym utlenianiem związków organicznych rozpuszczonych w wodzie prowadzi do tworzenia się azotu zgonie z równaniem:

5C₆H₁₂O₆ + 24KNO₃ = 26KHCO₃ + 6CO₂ + 12N₂

Dzięki nitryfikacji i denitryfikacji związki azotu w wodach naturalnych mogą przechodzić z jednej postaci w drugą. W związku z tym przy ocenie stopnia zanieczyszczenia wód naturalnych azotem rozpatruje się pod kątem ich jakościowego i ilościowego wstępowania w wodach. Obecność w wodzie powierzchniowej amoniaku wobec braku azotynów wskazuje na świeże zanieczyszczenie wody ściekami gospodarczymi lub innymi związkami organicznymi zawierającymi azot. Obecne występowanie amoniaku i azotynów świadczy o tym, że od zanieczyszczenia minął jakiś czas.

W ocenie wody z punktu higieniczno-sanitarnego istotne znaczenie ma nie ilość amoniaku w wodzie, co jego pochodzenie, gdyż amoniak pochodzący z odpadków zwierzęcych jest wskaźnikiem zanieczyszczenia i wzbudza zawsze podejrzenie, że woda jest zanieczyszczona ściekami gospodarczymi, w których znajdują się czynniki chorobotwórcze.

Woda pitna zgodnie z przepisami nie powinna zawierać amoniaku i azotynów pochodzenia zwierzęcego lub innych produktów mogących ostrzegać o jej zanieczyszczeniu. Natomiast amoniak i azotyny pochodzenia mineralnego nie są normowane dla wód użytkowych, gdyż związki te występują w wodach podziemnych w niewielkich ilościach i same nie mają szkodliwego wpływu na zdrowie.

II CZĘŚĆ EKSPERYMENTALNA 

1. Oznaczenie chlorków metodą argentometryczną.

Odmierzyć do kolby stożkowej 100 cm³ badanej wody w sprawdzić odczyn. Jeżeli pH próbki wykracza poza zakres 6,5-10 należy skorygować stosując kwas siarkowy lub wodorotlenek sodu. Następnie dodać 1 cm³ roztworu K₂CrO₄. Miareczkować mianowanym roztworem AgNO₃ do zmiany zabarwienia z żółtozielonego na żółtobrunatne. Miareczkowanie powtórzyć. Zmiareczkować jednocześnie próbę kontrolną z wodą destylowaną.

	Miareczkowanie roztworem AgNO3 [cm3]
próba zerowa (b)	0,4
badana woda (a)	2,4

Następnie wyznaczono zawartość chlorków, ze wzoru:

gdzie:

f – miano roztworu AgNO₃ f = 1,0

a – objętość roztworu AgNO₃ potrzebna do miareczkowania próbki badanej

wody [cm³],

b – objętość roztworu AgNO₃ potrzebna do miareczkowania próbki kontrolnej

[cm³],

V – objętość próbki wody zużytej do oznaczenia [cm³], V= 100 cm³

2. Oznaczenie siarczanów metodą jonitowo-miareczkową.

Badaną wodę, w której uprzednio oznaczono zawartość jonów Cl^- i NO₃^- przepuścić przez kolumnę jonitową wypełnioną kationitom silnie kwaśnym z prędkością około 10m/h. Pierwszą porcję przesączu w ilości ok. 90 ml odrzuca się, a następnie odmierza się 100 ml przesączu, przenosi się do kolby stożkowej i miareczkuje się 0,1n roztworem wodorotlenku sodu w obecności 3 kropel metyloranżu do koloru żółtego. Po każdorazowym oznaczeniu siarczanów należy przemyć kolumnę jonitową wodą destylowaną do zaniku kwasowości mineralnej (przesączona woda destylowana po dodaniu metyloranżu powinna zabarwić sie na żółto).

Objętość NaOH potrzebna do miareczkowania roztworu [cm^3] (b)

2,9

Kwasowość mineralna po kationicie:

³

Następnie wyznaczono zawartość siarczanów, ze wzoru:

gdzie:

k – kwasowość mineralna po kationicie [mval/dm³]

b – ilość NaOH potrzebna na miareczkowanie badanej wody [cm³],

A – stężenie chlorków w badanej wodzie przed wymianą jonową [mval/dm³], A=0,56

B – stężenie azotanów w badanej wodzie przed wymianą jonową [mval/dm³], B=0

48 – równoważnik ,

V – objętość badanej próbki V= 50

3. Oznaczanie żelaza.

Odmierzyć do cylindra Nesslera 100 cm³ wody, dodać 10 cm³ HCl oraz parę kropli roztworu KMnO₄ do trwałego różowego zabarwienia i wymieszać. Po upływie 5 minut dodać 5 cm³ roztworu rodanku potasowego. Następnie zmierzyć ekstynkcję .

Krzywą wzorcową wyznacza się tą samą metodą dla 9 próbek zawierających odpowiednią ilość podstawowego roztworu wzorcowego żelaza, które odpowiadają danej ilości żelaza w próbce.

L.p.	Ilość dodanego roztworu wzorcowego [cm3]	Steżenie Fe [mg/100 cm3]	Stężenie Fe [mg/dm3]	Ekstynkcja
1	0	0	0	0
2	0,5	0,05	0,5	0,02
3	1	0,1	1	0,037
4	1,5	0,15	1,5	0,064
5	2	0,2	2	0,087
6	2,5	0,25	2,5	0,128
7	3	0,3	3	0,168
8	3,5	0,35	3,5	0,191
9	4	0,4	4	0,223
10	4,5	0,45	4,5	0,25
11	5	0,5	5	0,275

Dla ekstynkcji E=0,069 z krzywej wzorcowej odczytano zawartość żelaza w badanej wodzie, która wynosi 1,46 mg/dm³.

4. Oznaczanie manganu.

Do kolby stożkowej odmierzyć 100 cm³ badanej wody i dodać 5 cm³ odczynnika srebrowo-rtęciowego i przez odparowanie doprowadzić do objętości ok. 90 cm³. Roztwór ogrzać do wrzenia, dodać ok. 1g nadsiarczanu amonu, utrzymywać wrzenie przez 1 minutę. Po czym ostudzić roztwór strumieniem zimnej wody i przeniść do cylindra Nesslera o pojemności 100 cm³ i uzupełnić wodą destylowaną do 100 cm³ i wymieszać. Wykonać pomiar ekstynkcji, przy długości fali 525 nm, stosując jako odnośnik wodę destylowaną. Z krzywej wzorcowej odczytać zawartość manganu.

Ekstyncja

E= 0,022

S= 0,44 mg/dm³

5. Oznaczanie azotu amonowego metodą bezpośredniej Nessleryzacji.

Do cylindra Nesslera odmierzyć 50 cm³ badanej wody, dodać 1 cm³ soli Seignetta i następnie 1 cm³ odczynnika Nesslera. Próbkę wymieszano i po 10 minutach zmierzyć jej intensywność zabarwienia na spektrofotometrze, przy długości fali 425 nm. Korzystając z krzywej wzorcowej obliczono zawartość azotu amonowego w badanej wodzie.

E= 0,270

S= E∙ 6,25 = 0,270 ∙ 6,25 = 1,6875 mg/dm³

6. Oznaczanie azotu azotynowego.

Do cylindra Nesslera odmierzyć 100 cm³ badanej wody, dodać 1 cm³ roztworu kwasu sulfanilowego, wymieszać, pozostawić na 5 minut, po czym dodać 1 cm³ roztworu

α-naftyloaminy i 1 cm³ roztworu octanu sodu, ponownie wymieszać. Po 10 minutach zmierzyć intensywność zabarwienia roztworu przy długości fali 520 nm, obliczyć stężenie azotu azotynowego, korzystając z krzywej wzorcowej.

E = 0,705

S = E ∙ 0,35 = 0,705 ∙ 0,35 = 0,24675 mg/dm³

III WNIOSKI

1. Zawartość chlorków nie przekracza 250 mg/dm³, zatem woda jest zdatna do picia pod warunkiem, że są to chlorki pochodzenia naturalnego.

2. Zawartość siarczanów nie przekracza 250 mg/dm³, więc woda jest zdatna do picia.

3. Ilość żelaza zawartego w wodzie nie przekracza dopuszczalnego progu 200 μg/dm³ Fe, więc nie ma wpływu na mętność i smak wody.

4. Ilość manganu zawartego w wodzie znacznie przekracza dopuszczalny próg 50 μg/dm³ Mn, co może wpływać na mętność i smak wody.

5. W badanej wodzie znaleziono amoniak, nieprzekracza dopuszczalnego progu 0,5 mg/dm³.

6. Zawartość azotynów w badanej wodzie nie przekracza przyjętą dopuszczalną zawartość dla wód spożywczych wynoszącą 0,5 mg/dm³.

literatura: B. Gomółka, E. Gomółka Ćwiczenia laboratoryjne z chemii wody, Wrocław 1992