Uzorkovanje vazduha

Uzorkovanje vazduha obuhvata pripremu, uzimanje, čuvanje i transport uzoraka do ovlašćene laboratorije, dok postupak analize uzoraka vazduha obuhvata laboratorijsko ispitivanje uzoraka vazduha, odnosno njihovu fizičko-hemijsku analizu. Rezultati merenja koncentracija zagađujućih materija upoređuju se sa propisanim standardima kvaliteta vazduha radi utvrđivanja nivoa zagađenosti vazduha. Uzorkovanje može biti pasivno i aktivno.

Osnovna karakteristika pasivnog uzorkovanja je to da ono obezbeđuje podatke koji se odnose na duži period kontaminacije vazduha. Ovaj tip uzorkovanja nije pogodan za akcidentne situacije, gde dolazi do oslobađanja veće količine štetnih materija za kratko vreme. Pincip pasivnog uzorkovanja se zasniva na "provlačenju" vazduha kroz filter, membranu, tečnost ili rastvor, ili neki drugi sorbent određeni period, pri čemu se određena materija zadržava na sorbentu, nakon čega se uzorak transportuje do laboratorije gde se vrši analiza. Kod pasivnog uzorkovanja je važno pratiti zapreminu vazduha koja je prošla kroz sorbent da bi se kasnije mogla preračunati koncentracija [9].

Aktivno uzorkovanje predstavlja drugi vid uzorkovanja. Prilikom aktivnog uzorkovanja koristi se automatski uzorkivač (auto sampler), koji na licu mesta uzima uzorak i meri kencentraciju polutanata. Kod ovog tipa uzorkovanja je takođe bitno izmeriti protok gasa koji je prošao kroz sorbent, da bi se mogla preračunati koncentracija.

Jedan od automatskih uzorkivača je Airpointer®. Ovaj uzorkivač se postavlja na merna mesta, gde vrši uzorkovanje i merenje sledećih polutanata: CO, NO/NO2/NOX, O3, SO2, H2S, VOC (lako isparljive organske materije) i čestične materije (PM10 – veličine od 2,5 µm do 10 µm i PM2,5 – veličine do 2,5 µm). Za svaki od parametara postoji određen sistem uzorkovsnja i analize.

Ozon je veoma toksičan i korozivan gas. On se formira u atmosferi reakcijom između oksida azota i ugljovodonika u prisustvu sunčeve svetlosti. Kada se nalazi u stratosferi, ozon štiti od UV zračenja, ali u troposferi je štetan, zbog svojih jakih oksidacionih karakteristika i velike reaktivnosti.

Ozon se analizira metodom UV fotometrije (Slika 1). Princip se zasniva na tome da se ozon apsorbuje u dve komore, kroz koje se naizmenično propušta UV svetlost, koju apsorbuje ozon i čiji se intenzitet pri tome smanjuje. Smanjenje intenziteta svetlosti se meri pomoću detektora na kraju komore.

1

Slika 1: Šema analizatora O3

Ugljen-monoksid je veoma toksičan i zapaljiv gas. On u najvećoj meri nastaje kao produkt nepotpunog sagorevanja organske materije, uglavnom fosilnih goriva. Prilikom izlaganja ovom gasu dolazi do smanjenja koncentracije kiseonika u krvi, što može dovesti do nesvestice. Takođe je jedan od gasova staklene bašte.

Ugljen-monoksid se analizira pomoću nedisperzive IR metode (Slika 2). Princip ove metode se zasniva na tome da snop svetlosti visoke talasne dužine (IR) prolazi kroz komoru u kojoj se nalazi uzorak gasa. CO apsorbuje svetlost, čiji se intenzitet smanjuje, što se registruje na detektoru.

Slika 2: Šema analizatora CO

2

Sumpor-dioksid je toksičan kiseli gas bez boje, oporog mirisa. U atmosferu dospeva prilikom sagorevanja goriva lošeg kvaliteta koja sadrže sumpor. Kod ljudi može izazvati probleme sa disajnim putevima. Jedan je od najvažnijih gasova koji izazivaju pojavu kiselih kiša.

Sumpor-dioksid se analizira metodom UV fluorescencije (Slika 3). Ova metoda se zasniva na osvetljavanju uzorka gasa UV svetlošću, prilikom čega SO2 apsorbuje energiju, pri čemu dolazi do emitovanja te energije u vidu fotona, što se detektuje pomoću fotodetektora.

Slika 3: Šema analizatora SO2

Vodonik-sulfid (H2S) je toksičan, korozivan gas, neprijatnog mirisa. Najveći izvori ovog gasa su rafinerije, visoke peći, industrija papira, postrojenja za biološki tretman voda i drugo. Kada dospe u organizam, H2S zauzima mesto na hemoglobinu umesto kiseonika, što parališe inercelularnu respiraciju. Predstavlja neurotoksin, a takođe izaziva i iritaciju sluzokože grla, nosa i očiju.

Vodonik-sulfid se određuje tako što se prvo termalnom konverzijom prevodi u SO2 i nakon toga meri pomoću UV fluorescencije. Postojeći SO2 se prethodno uklanja pomoću skrubera.

Azot(II)-oksid (NO) je reaktivan i veoma nestabilan gas, koji u atmosferi lako oksiduje do azot(IV)-oksida (NO2). Najveća količina ovih gasova u atmosferu dospeva kao posledica ljudskih aktivnosti, najčešće prilikom sagorevanja fosilnih goriva (motori sa unutrašnjim sagorevanjem i termoelektrane). NO2 ima veoma značajan uticaj na zdravlje ljudi, pogotovo na organe, kao što su

3

pluća, jetra i slezina. Kada dodpe u krv, onemogućava transport kiseonika (kao i H2S). U atmosferi NOx utiču na stvaraje kiselih kiša i uništavanje ozonskog omotača.

Oksidi azota se analiziraju pomoću hemiluminescencije (Slika 4). NOx reaguju sa ozonim, pri čemu dolazi do pobuđivanja molekula. Nakon toga pobuđeni molekuli otpuštaju višak energije emitovanjem fotona, što se registruje i meri pomoću fotodetektora.

Slika 4: Šema analizatora NO/NO2/NOx

Čestične materije (PM10 i PM2,5) predstavljaju čestice veličine od 2,5 µm do 10 µm (PM10) i čestice manje od 2,5 µm (PM2,5). Ovo zagađenje je tipično za područja gde je gust saobraćaj, pa zbog toga predstavlja veoma važan parametar. Čestične materije mogu na sebi imati adsorbovane razne toksične materije, koje mogu biti štetne po ljudsko zdravlje kada dospeju u organizam. Takođe, kada fine čestice jednom dospeju u pluća tu ostaju zauvek i nije ih moguće izbaciti.

Čestične materije se analiziraju nefelometrijski (Slika 5). Nefelometar radi na principu da se svetlost, koja prolazi kroz gas, sudara sa česticama koje se u njemu nalaze, zbog čega dolazi do skretanja njene putanje. Pod uglom u odnosu na snop svetlosti nalazi se fotodetektor, koji detektuje svetlost, čiji je intenzitet proporcionalan koncenraciji čestica u gasu.

4

Slika 5: Šema analizatora čestičnih materija

Lako isparljive organske materije ne predstavljaju specifičan parametar, već klasu organskih polutanata. U tu grupu spadaju: aceton, benzen, toluen, cikloheksan, n-heksan, hlorovani rastvarači i drugo. Ova grupa se analizira metodom termalne desorpcije i gasne hromatografije [1].

Monitoring vode

Da bi se moglo utvrditi stanje voda na nekom području, potrebno je izvršiti kontrolu kvaliteta površinskih i podzemnih voda. Da bi rezultati bili reprezentativni i da bi se mogli doneti zaključci, važno je uraditi monitoring, koji će imati dobar plan uzorkovanja, sa dovoljnim brojem mernih mesta i ispitivanih parametara. Pored opših parametara, u vodama se mogu ispitivati i nutrijenti, salinitet, metali, sadržaj organskih materija (ukupan sadržaj ili sadržaj određenih specifičnih supstanci) i određeni mikrobiološki parametri.

Otpadne vode su najveći zagađivači prirodnih vodnih tela, pa je zbog toga veoma važno vršiti njihovu temeljnu i redovnu kontrolu. Prema svom poreklu otpadne vode se mogu podeliti na komunalne (vode iz domaćinstva, ustanova, škola, bolnica i drugo), industrijske (upotrebljene vode iz industrije), otpadne vode sa farmi, atmosferske otpadne vode, vode sa deponija.

Najveći značaj imaju komunalne i industrijske otpadne vode. Za komunalne otpadne vode je karakteristično da imaju konstantan sastav: visok sadržaj organskih materija, suspendovanih materija i nutrijenata (azot i fosfor), dok kod industrijskih količina i sastav zavise od tipa industrije, ali često dolazi do promena unutar jedne iste industrije, kao posledica

5

primenjene tehnologije proizvodnje, primenjenih sirovina i pomoćnih sredstava, režima rada i drugo.

Uzorkovanje vode i čuvanje uzoraka Pravilno uzimanje i rukovanje uzorkom gotovo je jednako važno kao i ostali postupci

njegovog ispitivanja i analize. Ako se uzorak ne uzme pravilno ili ne čuva na odgovarajući način, može doći do njegove kontaminacije ili promene sastava. Takođe je važno pravilno odrediti mesto i način uzorkovanja, da bi se dobili najreprezentativniji podaci.

Prilikom uzorkovanja površinskih voda uzorak se može uzeti sa površine ili sa određene dubine. Prilikom uzimanja uzoraka sa površine dovoljno je da se otvoreni sud (lopatica ili vedro) zarone malo ispod površine (Slika 6a). Kada se uzimaju uzorci sa određene dubine koristi se posebna oprema, koja može da izmeri dubinu (Slika 6b). Tu spadaju: zatvoreni pribor koji se uranja u vodu, otvorene cevi ili cilindri, razne pumpe i automatski uzorkivači.

a) b)

Slika 6: a) površinsko uzorkovanje; b) uzorkovanje sa određene dubine

Takođe je bitno odrediti zonu uzorkovanja, odnosno da li će se uzorak biti uzet na sredini vodnog tela ili bliže obali, na kom delu vodotoka i voditi računa o izvorima zagađenja.

Prilikom uzorkovanja potrebno je koristiti posuđe od odgovarajućeg materijala (najčešće od stakla ili plastike). Takođe je važno oprati ih na odgovarajući način, što može podrazumevati pranje deterdžentom i ispiranje vodom odgovarajućeg kvaliteta (destilovana, dejonizovana), a ako je potrebno boce se mogu isprati raznim rastvorima (kiseline, baze i drugo) ili organskim rastvaračima. Na taj način se uzorak štiti od kontaminacije.

Takođe je važno uzorak zaštititi, transportovati i čuvati na odgovarajući način. Uzorak se može zaštititi hlađenjem do odgovarajuće temperature (najčešće je to 4°C) ili zamrzavanjem, a može se i konzervisati (najčešće se zakiseli do propisane pH vrednosti odgovarajučom kiselinom). Konzervisanje se vrši na terenu. Oprema za uzorkovanje površinskih voda i postupak zaštite uzoraka po najčešće analiziranim parametrima prikazani su u tabeli 1.

6

Tabela 5.1: Oprema za uzorkovanje površinskih voda i postupci zaštite uzorkaParametri Mesto analize Oprema Konzervisanje Preporučeno vreme

čuvanja Posuđe

Temperatura Teren Termometar / / Čaša od 50 ml

Mutnoća Teren Turbidimetar / 24 h Čaša od 50 ml

pH Teren pH-metar / 6 h Čaša od 50 ml

Provodljivost Teren KonduktometarHlađenjeizmeđu 1 °C i 5 °C

24 hČaša od 50 ml

HPK

Lab Frižider

Hlađenje na 4°C 1 mesecPlastična ili staklena boca 100 ml

Lab FrižiderZamrzavanje na -20°C

1 mesec Plastična boca 100 ml

BPK5 Lab Frižider

Hlađenje na 4°C

24 h Plastična ili staklena boca 1000 ml

Rastvoreni O2 Teren/Lab Frižider Fiksirsannje kiseonika na licu mesta 4 dana

Staklena boca 100 ml

Metali Lab Frižider cc HNO3 pH<27 dana do 1 mesec Staklena boca 100

ml

Amonijum jon Lab Frižider Zakišeljevanje do pH između 1 i 2 pomoću H2SO4, Hlađenje na 4°C 21 dan

Lab Frižider Zamrzavanje na - 20°C

1 mesec Plastična ili staklena posuda 100 ml

Ukupni N Lab

FrižiderHlađenje na 4°C; pH<2 cc H2SO4

1 mesec Plastična ili staklena posuda 50 ml

Ukupni P Lab Frižider Hlađenje na 4°C; pH<2 cc H2SO5 1 mesec

Plastična ili staklena posuda 50 ml

Nitrati

Lab

FrižiderHlađenje između 1 °C i 5 °C 24 h

Plastična ili staklena boca od 250 ml

Lab Frižider Zakiseljavanje do pH

između 1 i 2 pomoću HCl

7 dana

Plastična ili staklena boca od 250 ml

LabFrižider Zamrzavanje na -20

°C1 mesec Plastična boca od

250 ml

Nitriti

Lab/Teren

FrižiderHlađenje između 1°C i 5°C 24 h

Plastična ili staklena boca od 200 ml

Kada su u pitanju otpadne vode (industrijske ili komunalne) uzorci se mogu uzimati ručno ili auotmatski. Ručno se uzimaju uranjanjem otvorene posude u vodu, a automatski pomoću pomoću posebnih uređaja. Automatski uzorkivači (Slika 6) mogu uzimati uzorke kontinualno ili u serijama. Oni se često lako prenose i mogu da se koriste za svaki tip otpadne vode. Primarno su dostupna dva tipa automatskih uređaja za uzimanje uzoraka, vremensko-proporcionalni i protočno-proporcionalniali neki od njih imaju obe mogućnosti. Vremensko-proporcionalno uzimanje uzoraka podrazumeva uzimanje uzoraka u određenim vremenskim periodima (isti vremenski razmak između dva uzorka), dok se prilikom protočno-proporcionalnog uzorkovanja meri protok vode i uzorak se uzima nakon protoka određene količine vode. Pravilnim izborom

7

vremena, mesta i trajanja uzorkovanja, kao i broja uzoraka mogu se dobiti značajni podaci o dnevnim, nedeljnim, sezonskim i godišnjim trendovima. U tabeli 2 prikazano je šta je potrebno za uzorkovanje otpadnih voda.

Slika 6: Automatski uzorkivač

Prilikom uzorkovanja otpadnih voda takođe je potrebno uzorak uzeti u odgovarajućoj posudi i zaštititi ga na odgovarajući način. Oprema za uzorkovanje otpadnih voda i postupci zaštite uzoraka dati su u tabeli 5.2.

Tabela 2: Oprema za uzorkovanje otpadnih voda io postupci zaštite uzorkaParametri T/L Oprema Konzervisanje Posuđe

Temperatura Teren Termometar / Čaša od 50 ml

Boja Teren Kolorimetar / Čaša od 50 ml

Miris Teren / / /

pH Teren pH-metar / Čaša od 50 ml

Provodljivost Teren Konduktometar / Čaša od 50 ml

HPK Lab Frižider Hlađenje na 4°C

Plastična ili staklena boca 200

ml

BPK5 Lab Frižider Hlađenje na 4°CPlastična ili

staklena boca 1l

Vidljive materije Teren Levak / /

Amonijum jon Lab FrižiderHlađenje na 4°C; pH<2 cc H2SO4

Plastična ili staklena posuda

100 ml

Ukupni P Lab FrižiderHlađenje na 4°C; pH<2 cc H2SO4

Plastična ili staklena posuda 50

ml

Sulfidi Lab FrižiderZn(CH3COO)2 na 4°C, pH>9, NaOH

Plastična ili staklena posuda

500 ml

8

Postoje dva glavna načina uzorkovanja otpadnih voda:

kompozitno uzorkovanje, tačkasto uzorkovanje.

Kompozitno uzorkovanje može biti proporcionalno protoku ili vremenu. Kada je proporcionalno protoku, tačno određena količina uzorka se uzima iz unapred definisane zapremine (npr. iz svakih 10 m3 otpadne vode koja protekne, uzima je 0,1 m3 uzorka). Kod vremenski proporcionalnog uzorkovanja, određena količina uzorka se uzima u predefinisanim vremenski intervalima (npr. na svakih 5 sekundi). Protočno proporcionalno uzorkovanje je poželjnije, zbog veće reprezentativnosti.

Kompozitni uzorak se sastoji iz više pojedinačnih uzoraka i daje srednju vrednost merenog parametra tokom perioda uzorkovanja (2 sata, 24 sata, itd.). Kompozitno uzorkovanje se obično obavlja automatski, odnosno instrument sam uzima uzorak.

Tačkasto uzorkovanje se vrši iz jedne tačke u nasumično izabranom trenutku i nije vezano za proteklu zapreminu ili vreme. Koristi se u slučajevima: kada je sastav otpadne vode konstantan, kada dnevni (kompozitni) uzorak nije prikladan, inspekcije, kada su prisutne dve faze (npr. sloj ulja na površini vode), kada treba izmeriti kvalitet vode u određenom trenurku.

Otpadne vode se mogu uzorkovati na različitim mestima:a) u industrijskim pogonima (tokovi neobrađenih otpadnih voda);b) na tačkama ispuštanja iz industrijskih pogona (kombinovani neobrađeni otpad)c) na urbanim kanalizacionim sistemima, uključujući cevovode pod pritiskom i gravitacione sisteme;d) u pogonima za obradu otpadne vode;e) na ispustima iz postrojenja za obradu otpadne vode (SR ISO 5667-10)

Potreban materijal:boce za uzorkovanje plastične i stakleneručni frižiderfilter papirlevakhemiklije za konzervaciju uzoraka:HNO3 (8mol/l)HCl (ρ=1,15g/l)H2SO4 (ρ=1,42g/l)

9

Određivanje opštih parametara

Opšti parametri predstavljaju parametre koji se određuju kod svih tipova voda. Oni daju opštu sliku o kvalitetu vode. Tu spadaju: ukupni protok, temperatura vode i vazduha, boja, miris, vidljive materije, pH, taložive materije, suvi ostatak, žareni ostatak, gubitak žarenjem, suspendovane materije, HPK, BPK.Kod otpadnih voda je obavezno meriti protok. Pored opštih parametara postoje i specifični, koji se određuju u zavisnosti od tipa vode.

Kada je u pitanju kvalitet voda postoje granične vrednosti koje su propisane zakonom. Prema Uredbi o graničnim vrednostima zagađujućih materija u površinskim i podzemnim vodama i sedimentima i rok za njihovo dostizanje i Pravilniku o parametrima ekološkog i hemijskog statusa povrsinskih voda i parametrima hemijskog i kvantitativnog statusa podzemnih voda površinske vode se dele na šest tipova. Podela je izvršena na osnovu njihovih osobina, kao što su veličina, nadmorska visina i tip oblasti u kojoj se nalaze. Vode u Vojvodini uglavnom pripadaju prvom i drugom tipu.

Na osnovu kvaliteta definisanog graničnim vrednostima vode se dele u pet klasa. Klase su definisane za svaki tip i date su u Uredbi o graničnim vrednostima zagađujućih materija u površinskim i podzemnim vodama i sedimentima i rok za njihovo dostizanje. U ovom dokumetnu su, takođe, definisane podzemne vode i sediment.

Pojedine klase voda obuhvataju:

1. klasa I - vode koje se u prirodnom stanju ili posle dezinfekcije mogu upotrebljavati ili iskorišćavati za snabdevanje naselja vodom za piće, u prehrambenoj industriji i za gajenje plemenitih vrsta riba (salmonida);

2. klasa II - vode koje su podesne za kupanje, rekreaciju i sportove na vodi, za gajenje manje plemenitih vrsta riba (ciprinida), kao i vode koje se uz normalne metode obrade (koagulacija, filtracija i dezinfekcija) mogu upotrebljavati za snabdevanje naselja vodom za piće i u prehrambenoj industriji;

3. klasa III - vode koje se mogu upotrebljavati ili iskorišćavati za navodnjavanje i u industriji, osim prehrambene industrije;

4. klasa IV - vode koje se mogu upotrebljavati ili iskorišćavati samo posle posebne obrade.

5. klasa V -

U tabeli 3 date su granične vrednosti za pojedine parametre.

Tabela 5.3: Granične vrednosti za neke od parametara površinskih voda

Parametar Klasa I Klasa II Klasa III Klasa IV Klasa VpH 6,5-8,5 6,5-8,5 6,5-8,5 6,5-8,5 6,5-8,5

Suspendovane materije 25 25 - - -

10

(mg/l)Rastvoreni kiseonik

(mg O2/l)5 4 < 4

BPK5 7 25 > 25HPK 10 15 30 125 > 125Nitriti 0,01 0,03 0,12 0,3 > 0,3Nitrati 6 15 > 15

Amonijum jon 0,6 1,5 > 1,5Ukupni fosfor 0,4 1 > 1

5.2.2.Određivanje pH vrednostipH vrednost je mera relativnog alkaliteta ili aciditeta vode i definiše se kao negativan

logaritam koncentracije vodonik-jona,

pH= -log [H+].

pH vrednosti u prirodnim ekosistemima se kreću od 4,5 za kisele vode, bogate tresetom, do 10 za vode u kojima se intezivno odvija fotosinteza algi. Međutim, najčešći opseg za pH je 6,5 do 8 (boža imisioni standardi). U otpadnim vodama pH varira u zavisnosti od industrije, ali granična vrednost za vode koje se ispuštaju u recipijent iznosi od 6 do 9.

pH vrednost se određuje metodom direktne potenciometrije. Instrument za određivanje pH naziva se pH-metar. Za merenje pH vrednosti koristi se par elektroda: indikatorska (staklena) i referentna (kalomelova ili srebro-srebro-hloridna) elektroda. Svaki pH-metar ima uputstvo u kome su navedeni postupci za pripremu uzoraka i pripremu instrumenta, kao i postupak rada sa pH-metrom. Na slici 1 prikazan je laboratorijski pHmetar (firme Metrohmtip: 827 pH lab) koji se koristi za određivanje vrednosti pH.

Slika 7: pH-metar

Pribor:

pH-metarstaklena čaša 50mlšpric boca

11

Reagensi:destilovana vodapufer pH 4pufer pH 7rastvor za čuvanje elektrode (KCl)

Postupak:

Pre merenja pH-metar se mora kalibrisati merenjem pH vrednosti poznatog rastvora. Najčešće su to puferi pH vrednosti 4, 7 i 9.

Sipati 100,0 ml uzorka za analizu u laboratorijsku čašu. Uroniti elektrodu pH metra u rastvor nepoznate pH vrednosti. Pritisnuti funkcijsku tipku za merenje pH. Nakon merenja elektrodu isprati destilovanom vodom i vratiti ga u rastvor za čuvanje.

5.2.3. Određivenje elektrčne provodljivosti vodeProvodljivost, κ, je električno svojstvo vode. Provodljivost zavisi od vrste jona prisutnih u vodi, od njihove koncentracije, pokretljivosti i naelektrisanja, kao i od temperature na kojoj se određuje provodljivost. Provodljivost uzorka se određuje na konduktometru koji je prikazan na slici:

Slika 8: Konduktometar – aparat za određivanje električne provodljivosti

Pribor:

čašakonduktometar

Reagensi:

rastvor za kalibraciju je KCl (c = 0,01mol/ dm3)

Postupak:

Pre upotrebe konduktometar se mora kalibrisati merenjem provodljivosti rastvora za koji je ta vrednost poznata (rastvor koji se koristi je 0,01 mol/dm3 KCl).

12

Odmeriti 100, 0 ml ispitivanog uzorka u laboratorijsku čašu. Uroniti sondu konduktometra u rastvor. Pritisnuti i očitati vrednost za provodljivost. Elektročna provodljivost se izražava u µS/cm.

5.2.4. Određivanje rastvorenog kiseonikaPostupak:

U čašu od 100 ml sipati 50 ml uzorka vode. Uroniti sondu za određivanje rastvorenog kiseonika i očitati vrednost.

5.3. Nutrijenti u vodi

Nutrijenti predstavljaju materije koje su neophodne za rast i razvoj organizama, a unose se iz okoline. Postoje mikro i makronutrijenti. Makronutrijenti su potrebni u većim količinama, učestvuju u mnogo većem broju metaboličkih procesa i ulaze u sastav većine jedinjenja u organizmu. Najznačajniji makronutrijenti su azot i fosfor.

Iako su ovi elementi neophodni za život, kada se u vodama nađu u povišenoj koncentraciji može doći do pojave eutrofikacije. Eutrofikacija predstavlja prekomeran razvoj algi i smanjenje koncentracije rastvorenog kiseoniika u vodi, što se negativno odražava na živi svet akvatičnog ekosistema. Eutrofikacija se dešava prirodno, ali čovek svojim delovanjem znatno može ubrzati ovaj proces.

Azot se u prirodi nalazi u slobodnom i vezanom stanju. Najviše ga ima slobodnog u vazduhu (u obliku N2 oko 78%, zapreminskih). U vezanom obliku ga ima znatno manje i to u obliku nitrata i ntrita (NO3

- i NO2-), amonijum jedinjenja (NH4

+), u proteinima biljaka i životinja.

Nitratni i nitritni azot imaju negativan uticaj na vodene ekosisteme i ljudsko zdravlje. Nitratni azot u površinske vode najčešće dospeva spiranjem sa poljoprivrednih površina. U povišenim količinama može izazvati eutrofikaciju, a na ljudsko zdravlje ima negativne efekte: methemoglobinemija (prrevođenje hemoglobina u krvi u methemoglobin vezivanjem nitrata za gvožđe, prilikom čega se onemogućava vezivanje kiseonika), a u većim kolncentracijama može biti i kancerogen (nitrat).

Amonijačni azot se u vodi nalazi u jonizovanom (NH4+) i nejonizovanom (NH3)

obliku.U vodu dospeva na razne načine: ljudskim aktivnostima, nastaje kao produkt metaboličkih procesa, prirodnim putem i drugo. Amonijak ima negativan efekat na ljudsko zdravlje i ekosisteme u neporomenjenom obliku, ali takođe stupa u reakcije prilikom dezinfekcije vode za piće,pri čemu mogu nastati toksični nusprodukti. Njegovo prisustvo u površinskim vodama može biti indikator bakterijskog i fekalnog zagađenja (amonijak).

Fosfor je esencijalni nutrijent za rast biljaka i biološki metabolizam. U prirodi se nalazi kao mineral trikalcjium - fosfat. Oba ove elementa u prirodu dospevaju kako

13

prirodnim putem, tako i ljudskim aktivnostima. Za njihovu povećanu koncentraciju u vodi najčešće je zaslužan čovek, a u najvećoj meri u vode dospevaju putem industrijskih i komunalnih otpadnih voda i spiranjem sa poljoprivrednih površina.

Od azotnih jedinjenja najčešće se određuje nitratni azot (NO3- - N), nitritni azot

(NO2- - N) i amonijačni azot (NH4

+ - N). Kada je u pitanju fosfor najčešće se određuje ukupni fosfor, ortofosfati i organski fosfor.

5.4. Organske materije u vodi

Organske materije se nalaze u svim vodama, u manjoj ili većoj količini. Vode koje se ispuštaju u recipijente između ostalog mogu da sadrže i određenu količinu organskih materija, što predstavljanjihov najznačajniji izvor. Organske meterije takođe dospevaju prorodnim putem (prirodne organske materije). Povećan sadržaj ovih materija može imati negativan uticaj na ekosistem i organizme, pa i ljudsko zdravlje u zavisnosti od osobina, kao što su toksičnost, biorazgradivost, adsorptivne karakteristike, reaktivnost i drugo. Čak i ako nisu toksične njihovom biološkom razgradnjom se troši kiseonik, što može izazvati razne poremećaje funkcija organizama u vodenim ekosistemima.

Kada je reč o analitičkom pristupu određivanju organskih materija, bitno je naglasiti da nije moguće identifikovati i kvantitativno odrediti svako pojedinačno jedinjenje. Zbog toga se kod određivanja orgnskih materija koriste surogat parametri, kao što su biološka potrošnja kiseonika (BPK), Hemijska potrošnja kiseonika (HPK), ukupni organski ugljenik (eng. total organic carbon, TOC), rastvoreni organski ugljenik (eng. dissolved organic carbon, DOC), UV apsorbancija na 254 nm (UV254), boja, utrošak KMnO4 za oksidaciju u kiseloj sredini i drugo.

Hemijska oksidacija organskih materija se može prikazati na sledeći način:

2 C10H19O3N + 25 O2 → 20 CO2 + 2 NH3 + 16 H2O

Neki od značajnijih parametara su BPK, HPK i TOC. BPK i HPK označavaju količinu kiseonika potrebnu za oksidaciju organskih materija ili samo jednog njihovog dela, u zavisnosti od metode. Princip TOC zasniva se na potpunoj oksidaciji organskih materija do ugljen-dioksida (CO2) uz platinu kao katalitator. Nakon oksidacije meri se IR apsorbancija nastalog CO2, koja je proporcionalna količini ugljenika u ispitivanoj vodi. Parametar TOC je komplementaran parametrima BPK i HPK, ali je bolji indikator sadržaja organske materije jer meri ključni parametar (tj. ugljenik) (Molnar 2011).

14

5.4.1. Biološka potrošnja kiseonika (BPK)BPK je količina kiseonika koja je potrebna mikroorganizmima u uzorku vode (ili zasejanoj mikroflori) da u aerobnim uslovima na temperaturi od 200C, u određenom vremenu inkubacije, oksiduju organske materije u vodi. BPK se izražava kao mg O2/l.

Analitički, BPK je masena koncentracija rastvorenog O2, koja je pod određenim uslovima utrošena za biološku (biohemijsku) oksidaciju organskih i dela neorganskih materija u vodi. Određivanjem BPK određuje se zagađenost otpadnih voda i proverava efikasnost postrojenja za prečišćavanje otpadnih voda. U svetu je prihvaćeno da se najčešće određuje BPK5, tj. potrošnja O2 u toku 5 dana. U tom periodu dolazi do razgradnje nejvećeg dela organskih materija (oko 65%)(Jouanneau i sar, 2014, Maletić, 2012).

5.4.2. Hemijska potrošnja kiseonika (HPK)Kada je u pitanju određivanje potrebe za kiseonikom BPK5 analiza je najčešće

dovoljna, ali nije kompletna, jer u adekvatno izvedenom testu obično predstavlja samo 65% potrebe za kiseonikom. Da bi se izmerila ukupna potreba za kiseonikom period merenja BPK morao bi biti mnogo duži, što zahtevalo dodatne mere predustrožnosti u pogledu potrošnje kiseonika za nitrifikaciju. Zbog toga se uvodi parametar koji se naziva hemijska potrošnja kiseonika (HPK), koji predstavlja količinu kiseonika ekvivalentnu potrošenom kalijum-dihromatu (ili nekom drugom jakom oksidacionom sredstvu) za oksidaciju organskih materija i oksidabilnog dela neorganskih materija u određenoj zapremini vode koja se ispituje. Oksidacija organskih materija u vodi prilikom određivanja HPK može se prikazati na sledeći način:

HPK test je primenljiv samo za veoma zagađene vode. Zbog veoma male osetljivosti procedure nije moguće precizno utvrditi potrošnju kiseonika od samo nekoliko mg/l O2. Postoji test za nisku potrošnju, ali on je primenljiviji za vode sa potrošnjom 25 mg/l O2, što je suviše visoko za vrednosti koje se očekuju u reltivno čistim vodama.

Najvažnija prednost ove metode je brzina kojom se može doći do rezultata u odnosu na BPK. Za ovaj test potrebno je otprilike 3 sata, što je znatno manje u odnosu na 5 dana, koliko je potrebno za BPK5.

Jedna od glavnih nedostataka ovog testa je nesposobnost da se definiše razlika između materija koje su biorazgradive i one koje nisu. Zbog toga se koristi odnos BPK5/HPK. Odnos BPK5/HPK (Slika 3) se može posmatrati kao mera biodegradabilnosti organskih jedinjenja u vodi. Pošto BPK odgovara 65% oksidacije prisutne organske materije, a HPK odgovara 100%, onda je ovaj odnos 100:65, odnosno 1,54:1. Ovo je

15

slučaj kod komunalnih otpadnih voda kod kojih je HPK vrednost u opsegu 480-500mg/l, a BPK se kreće oko 310 mg/l. Zbog toga je primena ovog odnosa veoma korisna za analitičare.

Slika 9: Odnos BPK5/HPKKomunalne otpadne vode (i površinske vode zagađene ovim vodama) imaju visok

ovaj odnos jer se u vodama iz domaćinstva pretežno nalaze biodegradabilne organske materije. Teže razgradive organske materije su znak industrijskog zagađenja (Dalmacija i Agbaba, 2004, Maletić 2012).

Standardna metoda odeđivanja zasniva se na oksidaciji organskih materija u refluks sudu pomoću kalijum-dihromata i sumporne kiseline u prisustvu živa(II)-sulfata (HgSO4), koji služi za neutralizaciju hlorida i srebro-sulfata (Ag2SO4) kao katalizatora. Sve to se zagreva 2 sata na 148°C. Nakon toga, višak kalijum-dihromata se titriše feroamonijum-sulfatom (FeNH3SO4) uz ferion kao indikator, pri čemu se Fe2+ pomoću dihromatnog jona oksiduje do Fe3+.

Ova metoda ima dosta nedostataka, kao što je dug period analize (kada se u postrojenjima analiza vrši tri puta na dan, tri sata po analizi je mnogo), koriste se skupi i toksični reagensi (srebro i živa(II)-sulfat), troši se mnogo električne energije na dvočasovno zagrevanje. Alternativna metoda bi bila spektrofotometrijsko određivanje. Dvočasovno kuvanje može se zameniti mirotalasnom digestijom, a količina reagenasa je znatno smanjena (Li i sar, 2014).

Princip spektrofotometrijske metode se zasniva na merenju optičke propustljivosti uzorka, koji sadrži nastali Cr3+ jon ili neizreagovani dihromatni jon. Nakon oksidacije dolazi do smanjenja intenziteta žute boje Cr6+ jona, koja se meri spektrofotometrijski

16

Slika 10: Prikaz metoda merenja koncentracije organskih komponenata u otpadnim vodama

5.4.3. Utrošak kalijum-permanganataJoš jedna od metoda za određivanje oksidabilnih materija u vodi je određivanje

permanganatnog broja. Kalijum-permanganat (KMnO4) je jako oksidaciono sredstvo karakteristične ljubičaste boje, čiji je intenzitet proporcionalan koncentraciji. Nakon oksidacije organskih materija u kiseloj sredini permanganatni jon (MnO4

-) se redukuje u manganatni jon (Mn2+) i intenzitet boje se smanjuje:

MnO4- + 8H+ + 5e- → Mn2+ + 4H2O

Preostali permanganatni jon se može određivati spektrofotometrijski i titrimetrijski (Maletić, 2012).

5.4.3. Određivanje utroška KMnO4Ukupne organske materije u vodi određuju se oksidacijom pomoću KMnO4 u jako kiseloj sredini.Sadržaj ukupnih organskih materija izražava se kao mg KMnO4 koji se utroše za oksidaciju istih, prisutnih u jednom litru vode.

Pribor:erlenmajer 500 mlpipeta 100 mlpipeta 5 ml

17

bireta 25 mlstalak za bireturešo

Reagensi:H2SO4 1:3KMnO4 (c = 0,002 mol/l)H2C2O4 (c = 0,005 mol/l)

Postupak:

U potpuno čistu Erlenmajer tikvicu od 500 ml otpipetira se 100 ml bistrog uzorka vode (ili odgovarajući alikvot), doda 5 ml rastvora H2SO4 (1:3) i zagreje do ključanja. Potom se odmah doda 15 ml standardnog rastvora KMnO4 (c = 0,002 mol/l) i kuva tačno 10 minuta. Proba mora tokom celog vremena kuvanja ostati intenzivno ljubičasta, jer u protivnom je dodata nedovoljna količina KMnO4, pa treba izvršiti razređenje uzorka. Nakon 10 minuta kuvanja, u vreli uzorak vode, iz birete se doda 15 ml standardnog rastvora H2C2O4 (c = 0,005 mol/L). Nakon nekoliko sekundi proba će se obezbojiti i tada se titriše rastvorom KMnO4 (c = 0,002 mol/l) do slabo ljubičaste boje.

Proračun: Org. materije (mgKMnO4/L) = ml x c x158,03 c = 0,002 x F KMnO4

18