Određivanje ukupnog sadržaja organskih materija 

Gradjevinski fakultet univerziteta u Beogradu

Miloš Stanković

Sadržaj današnje prezentacije:

‐Uvod‐Analize organskih materija‐Metode za odredjivanje ukupnih organskih materija‐Odredjivanje utroška kalijum‐permanganata‐BPK, HPK, TOC

Kvalitet voda

Kvalitet voda

Organska hemija

‐Grana hemije koja se bavi jedinjenjima ugljenika koji čine živi svet

‐Podela organskih jedinjenja:‐kiseline‐aldehidi‐ketoni‐estri‐alkoholi‐fenoli‐etri‐aminokiseline‐šećeri

Kvalitet voda

Organske supstance

‐Sve organske supstance sadrže ugljenik i vodonik, a kod mnogih su prisutni i kiseonik azot, sumpor, fosfor i redje drugi elementi.

‐Klase organskih supstanci:

‐supstance koje imaju konstantne osobine‐supstance kod kojih se osobine menjaju

‐U zavisnosti od molekularne strukture odredjujemo kojoj klasi posmatrana supstanca pripada.

Kvalitet voda

Supstance koje imaju konstantne osobine

‐Imaju definisanu strukturnu formulu

‐Nižemolekulske supstance imaju odredjene osobine kao što su boja, tačka topljenja, tačka ključanja, rastvorljivost u raznim rastvaračima

‐Ove supstance su ili hranljive ili toksične

Kvalitet voda

Supstance kod kojih se osobine menjaju (refraktujuće supstance)

‐Strukturnu formulu nije moguće dati‐Boja im je od svetlo žute do tamno braon‐ Ili su hranljive ili toksične

‐Koncentracija ovih materija nije jednoznačno definisana, odnosno odgovor zavisi od metodeanalize koja se usvaja

Kvalitet voda

Organske materije u vodi

‐Pojava organskih materija, uopšte, u prirodnim vodama najčešće predstavlja rezultat različitih antropogenih uticaja ali i samih prirodnih procesa.

‐Zagadjenje voda organskim materijama, katkad sa veoma ozbiljnim posledicama je najčešće rezultat nekontrolisanih ispuštanja različitih  voda (komunalne i industrijske otpadne vode, otpadne vode iz domaćinstava, itd.)

Kvalitet voda

Organske materije u vodi

‐Organske materije koje se nalaze u otpadnim vodama su raznovrsne i mnogobrojne. Kod komunalnih otp. voda to su najčešće aminokiseline, masne kiseline, sapuni, površinski aktivne komponente iz deterdženata i dr.

‐U industrijskim otp. vodama te materije mogu biti nafta i njeni derivati, različiti rastvarači, fenolna jedinjenja, alkoholi, aldehidi i dr. 

Kvalitet voda

Metode koje se primenjuju u analitici i praćenju  vodenih ekosistema

‐Ove metode daju informaciju o:

‐sastavu zagadjujućih materija

‐specifičnosti zagadjujućih materija

‐ukupnim parametrima zagadjujućih materija

Kvalitet voda

Kvalitet voda

Analize organskih materija

Hemijske analize i praćenje kvaliteta voda predstavljaju bitan izvor informacija o stanju vodenih ekosistema, o efikasnosti preduzetih korektivnih mera, kao i o uticaju odredjenih proizvodnih tehnologija na kvalitet voda.

Kvalitet voda

Analize organskih materija

Analize organskih materija mogu se klasifikovati na: 

Analizu ukupne (sumarne) količine organske materije

Analizu jedinjenja koja se mogu ekstrahovati

Analizu pojedinačnih organskih jedinjenja ili grupe jedinjenja

Kvalitet voda

Analize organskih materija

Ukupna (sumarna) količina organske materije:

Ukupna količina organskih materija odredjivanapreko potrošnje oksidacionog sredstva

Biološka potrošnja kiseonika (BPK)

Hemijska potrošnja kiseonika (HPK)

Kvalitet voda

Analize organskih materija

Ukupni organski ugljenik (UOU)

Ukupna ulja i masti

Ugljovodonici poreklom iz nafte

Površinski aktivne materije

Tanini i lignini

Ukupna organohalogena jedinjenja

Kvalitet voda

Analize organskih materija

Pojedinačna organska jedinjenja ili grupejedinjenja: 

Isparljiva jedinjenja

Isparljivi halogeni ugljovodonici

Isparljiva aromatična jedinjenja

Akrolein i akrilonitril

Kvalitet voda

Analize organskih materija

Jedinjenja koja se ekstrahuju:

Fenoli, benzidini, ftalaini, estri

Nitrozamini, pesticidi, herbicidi

Polihrolovani bifenili

Nitroaromati, izoforon

Policiklični aromatični ugljovodonici

Dioksini i etilendibromid

Kvalitet voda

Kvalitet voda

Metode za odredjivanje ukupnih org. materija

Najstariji parametri karakterizacije opterećenjavode organskim materijama su sumarne prirode:

‐biološka potrošnja kiseonika (BPK)‐potrošnja KMnO4

Kasnije su uvedeni i drugi parametri:

‐ukupni organski ugljenik( eng. TOC)‐hemijska potrošnja kiseonika (HPK)‐spektralni absorpcioni koeficijent (SAK)

Ovi parametri su, prema odredjenim zakonitostima, medjusobno zavisni 

Kvalitet voda

Odredjivanje utroška kalijum‐permanganata

Odredjivanje ukupnih organskih materija u vodi ovom metodom           se izvodi u kiseloj(H2SO4) i baznoj (NaOH) sredini.

Potrošnja kalijum‐permanganata pri standardizovanim uslovima predstavlja merilosadržaja organskih materija u vodi. Voda kojasadrži organske materije potrošiće odredjenukoličinu KMnO4 za njihovu oksidaciju.

Kvalitet voda

Ocena kvaliteta vode na osnovu utroška kalijum‐permanganata

Prema pravilniku o sanitarnoj ispravnosti vodeza piće, voda može imati utrošak KMnO4 do 8mg/l

Kvalitet površinskih voda se kod nas vrednuje naosnovu vrednosti za HPK koji je izračunat iz utroškakalijum‐permanganata, a prema klasama:‐I klasa, do 10mg O2/l‐II klasa, do 12mg O2/l‐III klasam do 20mg O2/l‐IV klasa do 40mg O2/l 

Kvalitet voda

Odredjivanje biohemijske potrošnje kiseonika BPK

BPK je količina kiseonika potrebna da se izvršibiološka oksidacija prisutnih biološki razgradljivihsastojaka vode.

BPK je masena koncentracija rastvorenog kiseonikakoji je utrošen za biološku oksidaciju organskih ilineorganskih materija u vodi

BPK se najčešće odredjuje u toku pet dana natemperaturi 20  ̊C  pri čemu se smatra da se tomanalizom obuhvata oko 70‐80% biorazgradivih materija.

Kvalitet voda

Odredjivanje biohemijske potrošnje kiseonika BPK

BPK se može odrediti na više načina

Metoda razblaženja: Uzorcima vode se dodajetolika količina čiste vode zasićene kiseonikom da sei posle pet dana u njima sa sigurnošću možedokazati prisustvo kiseonika.

Manometarska metoda: uzorak vode u hermetičkizatvorenom sudu se nalazi u kontaktu sa odmerenom zapreminom vazduha. Smanjenje pritiska je povezano sa utroškom kiseonika u Biohemijskom procesu.

Kvalitet voda

Odredjivanje biohemijske potrošnje kiseonika BPK

Kulometrijska metoda: Kiseonik koji se trošiu biohemijskim procesima se proizvodi elektrolitički. Proizvedena količina kiseonikaproporcionalna je količini utrošene električneenergije.

Kvalitet voda

Ocena kvaliteta vode na osnovu vrednosti BPK

Veličina BPK koristi se za kvantitativnu karakterizacijuprisustva u vodi mikrobiološki razgradljivog zagadjenja.

Na osnovu odnosa BPK5/BPKukupno  može se dobitiinformacija o biološkoj razgradljivosti organskogzagadjenja u vodama. Što je ova vrednost bliža jedinici zagadjenje je lakše mikrobiološki razgradljivo.

Kvalitet voda

Kvalitet površinskih voda premavrednosti BPK5

I klasa < 2 mgO2/L

II klasa < 4 mgO2/L

III klasa <7 mgO2/L

IV klasa < 20 mgO2/L

Gde je BPK5 68% kod BPKukupno pri k=0.1

Kvalitet voda

Promena BPK u zavisnosti od vremena

Kvalitet voda

Odredjivanje hemijske potrošnje kiseonika HPK

HPK je količina kiseonika koja je potrebna da se izvrši osidacija svih oksidabilnih materija hemijskim putem.

HPK se može meriti po:‐otvorenoj titrimetrijskoj refluks metodi‐zatvorenoj titrimetrijskoj refluks metodi‐zatvorenoj kolorimetrijskoj refluks metodi

Kvalitet voda

Prečišćavanje otpadnih voda, redukcija HPK ozonom

Otpadna voda bogata organskim, teško razgradljivim supstancama, uspešno se oksiduje ozonom.

Ozon je, posle fluora, najjače oksidaciono sredstvo. Proizvodi se na licu mesta iz kiseonika u ozongeneratorima i ne može se skladištiti.

Visok HPK otpadnih voda se jedino uspešno može redukovati ozonom, a tako tretirana voda je spremna za dalje biološko prečišćavanje. Kapacitet prečišćavanja se podiže sa 45% na preko 80%.

Kvalitet voda

Odnos BPK5/HPK i biorazgradivost organskih materija u vodi

Na osnovu HPK, BPK5 i BPKukupno može se zaključiti sledeće:

‐BPKukupno iznosi 0‐93% HPK, a BPK5 0‐100% BPKukupno‐Organske materije u vodi, kod kojih se vrednost za  BPKukupno malo razlikuje od vrednosti za HPK, a BPK5  od BPKukupno su materije koje su lako biološki  degradibilne.‐Materije sa izričito različitim vrednostima BPK i HPK, a naročitoBPK5 i BPKukupno, su teško biološki degradibilne.

Kvalitet voda

Ukupni organski ugljenik UOU(eng. TOC)

Mera sadržaja organski vezanog ugljenika u otpadnoj vodi.Odredjuje se merenjem količine CO2 nastalog oksidacijom organskog ugljenika.

TOC je mera kontaminacije uzorka vode organskim materijama i stepena biodegradacijeorganskih materija prisutnih na površini i u otpadnim vodama.

Nivo TOC‐a je veoma koristan za odredjivanje efikasnosti tretmana čistih i otpadnih voda.

Kvalitet voda

Medjusobni odnos TOC, HPK, BPK5 i permanganatnog broja

Podaci odredjivanja TOC, HPK, BPK5 i utroška kalijum‐permanganataza četiri različita uzorka vode

Kvalitet voda

Odredjivanje sadržaja ukupnih organskih materija u vodi spektroskopskim 

analizama

Spektroskopske metode zasnivaju se na apsorpciji zračenja u:Vidljivom (380‐780nm)Ultraljubičastom (100‐380nm) iInfracrvenom (0.75‐400μm) delu spektra

Primenom odgovarajuće spektroskopske metode moguće je odrediti ukupni sadržaj UV apsorbujućih činilaca vode, ukupnih masti, ugljovodonika poreklom iz nafte kao i drugihkomponenti koje apsorbuju zračenje u datom delu spektra.

Kvalitet voda

UV/VIS spektrofotometrija

Predstavlja jednu od metoda koja se zasniva na osobinimolekula da apsorbuju elektromagnetno zračenje. ovom tehnikom moguće je odrediti široku paletu organskihjedinjenja i to:‐aromatične i poliaromatične ugljovodonike‐huminske i fluvinske kiselinekao i sve organske komponente koje apsorbuju zračenjeu ovom delu spektra.

Talasna dužina od 254 nmse primenjuje kao standardna.

Kvalitet voda

Aparati za odredjivanje TOC‐a

Kvalitet voda

Ko želi može postaviti neko pitanje  (ne mnogo teško)...

Kvalitet voda

Koleginice i kolege hvala vam na pažnjiMiloš Stanković