Politechnika Łódzka Natalia Zioło

Wydział Budownictwa Architektury Piotr Zarzycki

i Inżynierii Środowiska Alicja Woźniak

Kierunek: Inżynieria Środowiska

Semestr I

Oznaczanie związków azotu i fosforu.

Data ćwiczenia	12.01.2009r
Data oddania	19.12.2008r
Ocena
Podpis

1. Cel ćwiczenia

1. Ustalenie pochodzenia i rodzajów związków azotu i fosforu w wodach naturalnych i ściekach.

2. Przemiany związków azotu (nitryfikacja i denitryfikacja).

3. Wpływ pór roku na zawartość fosforu w wodach.

4. Zasady oznaczania związków azotu.

5. Zasada oznaczania fosforu metoda kolorymetryczną (z molibdenianem).

6. Interpretacja wyników.

2. Wstęp teoretyczny

Azot

Azot jest głównym składnikiem powietrza, stanowi 78% jego objętości (tlen 21% obj.) i podobnie jak inne pierwiastki dokonuje obiegu kołowego w przyrodzie. Związki azotowe pod wpływem czynników chemicznych i biochemicznych przechodzą w inne postacie.

• Dezaminacja - jest procesem, podczas którego od aminokwasu odszczepiają się grupy aminowe - NH
  , które ulegają przemianom w amoniak NH
  .

• Amonifikacja - jest to hydroliczny rozkład organicznych substancji azotowych w wyniku działania drobnoustrojów. Jest to proces powstawania amoniaku przy udziale bakterii z różnych związków azotowych, np. z białek, mocznika, kwasu moczowego.

• Nitryfikacja - proces utleniania amoniaku: w pierwszym etapie do azotynów NO
  ˉ (azot III) pod wpływem bakterii nitryfikujących (Nitrosomonas), w drugim etapie następuje utlenianie azotynów do azotanów NO
  ˉ (azot V) przy udziale bakterii Nitrobacter

• Denitryfikacja - proces odwrotny do nitryfikacji przebiegający w warunkach beztlenowych, pod wpływem bakterii z rodzaju względnych beztlenowców występujących w glebie, w ściekach i osadach dennych. Azotany i azotyny są redukowane do tlenków azotu, wolnego azotu N
  i amoniaku.

Tlen pochodzący z azotanów zużywany jest na utlenianie bezazotowych związków organicznych.

Przechodzenie jednej postaci chemicznej azotu w druga odbywa się również w wodach naturalnych. W wodach naturalnych mogą występować związki azotowe:

- organiczne - będące produktami biochemicznego rozkładu białek roślinnych i zwierzęcych lub dostające się do wody ze ściekami miejskimi lub przemysłowymi. Azot organiczny oznaczany jest metodą Kjeldahla.

- nieorganiczne ( mineralne) - pochodzące z gleby nawożonej nawozami sztucznymi i innymi, ze ścieków przemysłowych, z atmosfery po wyładowaniach atmosferycznych (wody opadowe), z procesów biochemicznego rozkładu organicznych związków azotowych. Azot nieorganiczny obejmuje amoniak, azotyny i azotany.

Dzięki nitryfikacji i denitryfikacji związki azotowe w wodach naturalnych mogą przechodzić z jednej postaci w drugą. W warunkach tlenowych azot amonowy utlenia się poprzez azotyny do azotanów. W warunkach anaerobowych azotany mogą być redukowane poprzez azotyny do amoniaku. Azotyny charakteryzują się bardzo mała trwałością, gdyż łatwo przechodzą w amoniak lub azotany. SA one formą przejściową i ich obecność w wodach świadczy o tym, że w wodzie zachodzą procesy utleniania lub redukcji.

Oceniając stopień zanieczyszczenia wód związkami azotu należy rozpatrywać ich jakościowe i ilościowe występowanie. Obecność w wodzie powierzchniowej amoniaku, przy braku azotynów wskazuje na świeże zanieczyszczenia wody ściekami gospodarczymi lub innymi związkami organicznymi, zawierającymi azot. Jednoczesne występowanie amoniaku i azotynów wskazuje na to, że zanieczyszczenie wody nastąpiło jakiś czas temu. Brak amoniaku i azotynów oraz obecność azotanów świadczy o dawnym zanieczyszczeniu wody i zapoczątkowaniu procesów jej samooczyszczenia.

W nie zanieczyszczonych wodach powierzchniowych zachodzą roczne wahania zmian zawartości azotanów. W okresie jesieni i zimy stężenie wzrasta w porównaniu do lata. W ciepłym okresie roku organizmy wodne zużywają związki azotowe do swego rozwoju, w okresie jesiennym następuje obumarcie flory i jej biochemiczny rozkład, stąd wzrost ilości związków azotowych (i azotanów). Azotany należą go grupy związków biogennych, czyli pokarmowych dla roślin wodnych i glonów (głównie biogeny to azotany i fosfor). Związki biogenne powodują eutrofizację zbiorników wód powierzchniowych co prowadzi do zarastania i w końcowym efekcie zanik zbiorników wodnych.

Ocena sanitarna wody polega na ustaleniu pochodzenia obecnego w niej amoniaku. Analizę wykonuje się w sposób kompleksowy na podstawie pozostałych wskaźników zanieczyszczenia wody. Gdy amoniak jest pochodzenia mineralnego - woda wykazuje znaczne zabarwienie i zwiększoną utlenialność. Jeśli pochodzenia zwierzęcego - woda charakteryzuje się zwiększoną utlenialnością, wzrostem zawartości chlorków i koloidów, a także większą liczbą bakterii w temp. 310 K. Według przepisów woda do picia nie powinna zawierać amoniaku i azotynów pochodzenia zwierzęcego. Natomiast amoniak i azotyny pochodzenia mineralnego nie maja szkodliwego wpływu na zdrowie. Dopuszczalne stężenie azotanów w wodzie do picia nie powinno przekraczać 50 mg/dm³ N
, azotynów - 0,5 mg/dm³ N
, amoniaku - 0,5 mg/dm³ N
.

W wodach użytkowych obecność amoniaku jest niepożądana. W czasie dezynfekcji wody tj. chlorowania wody, amoniak reaguje z chlorem tworząc chloraminy. Zwiększa to zużycie chloru jako czynnika bakteriobójczego. Ponadto amoniak jest korozyjny w stosunku do żelaznych rur wodociągowych. Działa także szkodliwie na ryby.

Oznaczanie związków azotu(azotu amonowego, azotanowego i azotanowego), jako związków nietrwałych powinno być wykonane w świeżo pobranej próbce wody, lub próbce utrwalonej chloroformem.

Fosfor

Fosfor występuje w wodach naturalnych w postaci rozmaitych związków na różnych stopniach utlenienia, od -3 do +5. Fosfor w wodach naturalnych może być pochodzenia organicznego (np. z rozkładu organizmów wodnych) i nieorganicznego ( ze spływu z pól nawożonych nawozami fosforowymi, środkami ochrony roślin lub ze złóż naturalnych, z erozji gleby). Związki organiczne zawierające fosfor mogą pochodzić z wydalin ludzkich, ze ścieków gospodarczych i przemysłowych (jak np. ścieki z fabryk nawozów sztucznych, zapałek, środków piorących). Duże ilości fosforanów zawartych w ściekach pochodzą z używanych w gospodarstwach domowych proszków do prania. Znaczne ilości fosforanów są używane przez gospodarkę cieplną w wodach ogrzewczych jako inhibitory zapobiegające wytracania się kamienia kotłowego (rola fosforanów polega na kompleksowaniu Ca
i Fe
w wodach kotłowych).

Fosforany nalezą do związków biogennych. W wodach powierzchniowych można obserwować okresowość występowania fosforanów. Latem, w okresie intensywnego wzrostu organizmów wodnych, następuje ich zanik. Natomiast w innych porach roku (szczególnie zimą) obumarłe mikroorganizmy ulegają rozkładowi, wzbogacając wodę w związki fosforanowe.

Związki fosforu w ilościach występujących w wodach do picia nie są szkodliwe dla zdrowia - z tego powodu nie są limitowane. Jednak obecnośc ich sprzyja rozwojowi mikroorganizmów, co wzbudza podejrzenia pod względem higieniczno-sanitarnym, tym bardziej, gdy równolegle wystepują związki azotowe. Duże ilości fosforanów ponad 14-15 mg/dm³, staja się szkodliwe dla zdrowia gdyż buforują kwasy soku żołądkowego.

Zasada oznaczenia azotu amonowego.

Oznaczenie polega na reakcji jonu amonowego z odczynnikiem Nesslera, w wyniku której powstaje kompleksowy związek o zabarwieniu żółtobrunatnym. Intensywność powstałego zabarwienia jest wprost proporcjonalna do zawartości azotu amonowego i określa się ją fotometrycznie lub wizualnie.

Zasada oznaczenia azotu azotynowego.

Oznaczanie polega na reakcji azotynów z kwasem sulfanilowym w środowisku o pH 2-2,5, w wyniku której powstają związki azoniowe dające z 1-naftyloaminą różowofioletowy barwnik dwuazowy. Zawartość azotu azotynowego określa się fotometrycznie lub wizualnie.

Zasada oznaczenia fosforu.

W środowisku kwaśnym ortofosforany tworzą z molibdenianem amonowym żółty kwas fosforomolibdenowy, z którego po redukcji chlorkiem cynawym powstaje błękit fosforomolibdenowy. Intensywność zabarwienia utworzonego błękitu jest proporcjonalna do zawartości ortofosforanów. Określa się ją za pomocą spektrofotometru, kolorymetru lub wizualnie przez porównanie z skala wzorców.

3. Przebieg ćwiczenia

Oznaczenie azotu amonowego.

Do kolby stożkowej odmierzyć 50 ml badanej próbki (w przypadku wyższego stężenia azotu badana próbkę należy rozcieńczyć wodą destylowaną), dodać 1 ml roztworu winianu sodowo - potasowego i wymieszać po czym dodać 1 ml odczynnika nesslera, wymieszać ponownie i po 10 min. zmierzyć intensywność zabarwienia za pomocą fotometru.

Zawartośc azotu amonowego obliczyc według wzoru (λ=400nm):

mg/dm³ N

a - ilość azotu amonowego w badanej próbce, odczytana z krzywej wzorcowej [mg].

V - objętość próbki wody użytej do oznaczenia [ml]

E(absorbancja)

E= 0,324 a=0,19·E=0,19·0,324=0,06156 mg N
w próbce

mg/dm³ N

Oznaczenie azotu azotynowego.

Do kolby stożkowej odmierzyć 100 ml badanej próbki (w przypadku wyższego stężenia badana próbkę rozcieńczyć woda destylowaną), dodać 1 ml kwasu sulfanilowego - wymieszać i pozostawić na 5 minut, po czym dodać 1 ml roztworu α-naftyloaminy i 1 ml roztworu octany sodowego - wymieszać i pozostawić na 10 minut. Intensywność zabarwienia zmierzyć za pomocą fotometru.

Zawartość azotanu azotynowego obliczyć według wzoru (λ=520nm):

mg/dm³ N

a - ilość azotu azotynowego odczytana z krzywej kalibrowania [mg],

V - objętość próbki wody użytej do oznaczenia [ml]

E(absorbancja)

E=0,069 a=0,04·E=0,04·0,069=0,00276 mg N
w próbce

=0,0276 mg/dm³ N

Oznaczenie fosforu.

Do kolby stożkowej odmierzyć 100 ml badanej próbki (w przypadku wyższego stężenia fosforanów badana próbkę należy rozcieńczyć woda destylowaną). Następnie dodać 2 ml roztworu molibdenianu amonowego oraz 2-3 krople chlorku cynawego (SnCl
). Dokładnie wymieszać. Po upływie 10 minut zmierzyć intensywność zabarwienia za pomocą fotometru przy (λ = 690nm). Oznaczenie wykonać na dwóch próbach. Zawartość rozpuszczonych ortofosforanów obliczyć według wzoru:

mg/dm³ PO

a - ilość fosforanów odczytana z krzywej wzorcowej [mg].

V - objętość próbki wody użytej do oznaczenia [ml]

W celu obliczenia zawartości fosforu (P) należy otrzymaną wartość podzielić przez 3,06.

	E (absorbancja)	a
Pierwsza próba	0,198	0,063 mg PO
Druga próba	0,197	0,063 mg PO

= 0,63 mg/dm³ PO

Zawartość fosforu w próbce wynosi 0,206 mg

4. Wnioski

• Badana próbka wody zawiera: 1,2312 mg/dm³ N
  azotu amonowego, 0,0276 mg/dm³ N
  azotu azotynowego i 0,63 mg/dm³ PO
  fosforanu.

• Badana próbka wody nie nadaje się do spożycia ponieważ przekracza o 0,7312 mg/dm³ N
  dopuszczalna ilość azotanu amonowego w wodzie.

• Zawartość samego fosforu w badanej próbce wynosi 0,206 mg

• Przy oznaczaniu azotanu amonowego otrzymaliśmy kolor żółtobrunatny, azotu azotynowego zabarwienie różowe a przy oznaczeniu fosforanów niebieskie.
  

7

---