MAŠINSKI FAKULTET U ZENICI Školska godina:

Katedra za inženjersku ekologiju 2014/15

Predmet: Inžinjering zaštite voda

BIOHEMIJSKA POTROŠNJA KISIKA NAKON PET DANA (BPK5), SUSPENDOVANA MATERIJA (SM), MUTNOĆA I BOJA VODE

Seminarski rad

Viši asistent:

Studentica: Husejnović Amra, br.indexa:6319/11 mr.sc. Nusret Imamović, dipl.inž.maš

Seminarski rad

Sadržaj

1. UVOD...................................................................................................................................................32. BIOHEMIJSKA POTROŠNJA KISIKA (BPK5).................................................................................4

2.1. Pokazatelji sastava zagađenih sanitarnih voda...............................................................................72.2. Ekvivalentni broj stanovnika..........................................................................................................72.3. Metode za određivanje BPK5.........................................................................................................8

2.3.1. Metoda razblaženja.................................................................................................................82.3.2. Manometrijska metoda............................................................................................................82.3.3. Kulometrijska metoda.............................................................................................................9

3. ODREĐIVANJE SADRŽAJA SUSPENDOVANIH I TALOŽNIH MATERIJA U VODI..............104. MUTNOĆA VODE.............................................................................................................................12

4.1. Metode mjerenja mutnoće............................................................................................................124.1.1. Nefelometrija.........................................................................................................................124.1.2. Turbidimetrija........................................................................................................................13

4.2. Instrumenti za mjerenje zamućenja..............................................................................................144.2.1. Turbidimetar..........................................................................................................................144.2.2. Nefelometar...........................................................................................................................15

4.3. Uticaj mutnoće vode.....................................................................................................................165. BOJA...................................................................................................................................................17

5.1. Postupak za određivanje boje:......................................................................................................175.2. Granične vrijednosti.....................................................................................................................19

LITERATURA........................................................................................................................................22

2 | P a g e

Seminarski rad

1. UVODIspitivanje kvaliteta izvorišta i zdravstvene ispravnosti vode u vodoopskrbnim objektima i mreži te kontrola dezinfekcije, osnovne su mjere za sprječavanje i suzbijanje zaraznih bolesti. Ispitivanja se provode interno na izvorištima i u samoj mreži više puta dnevno prema Pravilniku o zdravstvenoj ispravnosti vode za piće ("Sl. glasnik BiH", broj 43/10).

Kontrola zdravstvene ispravnosti vode iz individualnih vodnih objekata obuhvata lokalnu inspekciju vodnog objekta, kao i praćenje kvaliteta vode od izvorišta do krajnje tačke, odnosno do korisnika.

Kod prečišćenih dezinficiranih voda obavezno se prati količina rezidualnog hlora. Da bi nalaz zdravstvene ispravnosti vode bio potpun voda s mora ispitati hemijski i mikrobiološki.

Uzorkovanje vode se vrši kontinuirano i prema programima kao što je npr. program škola, ili neki drugi, da bi se uspostavilo pravilno praćenje snabdijevanja zdravstveno ispravnom vodom za piće.

Učestalost uzorkovanja prema Pravilniku o zdravstvenoj ispravnosti vode za piće je:

doza hlora i zaostalog (rezidualnog) hlora u vodi provjerava se prije raspodjele potrošačima dva puta dnevno;

zamućenje, boja, miris, vodljivost i pH vrijednost za sirovu i za pročišćenu vodu ispituje se jedanput na dan;

hemijska analiza sirove vode za sva izvorišta koja su prikladni opskrbljivači najmanje dva puta godišnje (redovito poslije dugih razdoblja suše ili oborina);

bakteriološka analiza provodi se za pročišćenu vodu jednom sedmično, a za sirovu vodu i vodu iz opskrbnog sistema jednom mjesečno.

Analiza vode za piće obuhvata slijedeća određivanja:

organoleptičke i fizikalno-hemijske osobine vode : temperatura, boja, zamućenje (mutnoća), miris i okus, pH i elektrovodljivost;

hemijske osobine vode: tvrdoća, kalcij, magnezij, kalij, litij, natrij, amonijak, fluorid, klorit, bromat, klorid, nitrit, klorat, bromat, nitrat, fosfat, sulfat, oksidativnost, otopljeni plinovi u vodi, masti i ulja, mineralna ulja, slobodni zaostali (rezidualni) klor, detergenti;

bakteriološke osobine vode: koliformne bakterije, fekalne koliformne bakterije, fekalni streptokoki, sulfitoreducirajuće klostridije, aerobne mezofilne bakterije, virusi u vodi.

otrovne (toksične) tvari: aluminij, arsen, berilij, cijanidi, kadmij, krom, nikal, olovo, pesticidi, selenij, vanadij, živa, sumporovodik, bakar, cink i drugo.

U ovom seminarskom radu će biti obrađeno mjerenje i kontrola kvaliteta vode po sljedećim parametrima: biohemijska potrošnja kisika nakon pet dana (BPK5), suspendovana materija (SM), mutnoća i boja vode.

3 | P a g e

Seminarski rad

2. BIOHEMIJSKA POTROŠNJA KISIKA (BPK5)

BPK karakteriše biološku aktivnost otpadnih voda i predstavlja glavni pokazatelj zagađenosti otpadnih voda.

Biološka potrošnja kisika (BPK) je količina kiseonika koja potrebna da se izvrši biološka oksidacija prisutnih, biološki razgradljivih, sastojaka vode. Stepen zagađenosti vode organskim jedinjenjima definisan je pored HPK i ovim parametrom (BPK).

Temperatura i vrijeme razgradnje utiču na veličinu BPK, tj. sa povećanjem temperature raste i brzina potrošnje kiseonika (biohemijska oksidacija). Smatra se da je potrebno 5 dana kako bi se razgradio veći dio (70%) prisutnih organskih materija, i to na stalnoj temperaturi vode od 20°C, što se i uzima za jedinicu (BPK5). Prvo se odredi količina rastvorenog kisika na početku inkubacionog perioda, odnosno prvog dana, a zatim se izmjeri količina rastvorenog kisika u uzorku nakon 5 dana inkubacije na 20 ºC. Razlika između ove dvije vrijednosti količine rastvorenog kisika u uzorku predstavlja vrijednost BPK5.

BPK5 vrijednosti ne prikazuju stvarnu vrijednost ukupnog BPK, jer biološka oksidacija organskih materija zahtjeva dosta duže vrijeme od 5 dana. Oko 95 – 99 % reakcija se završava poslije 20 dana. Međutim, kako je ovo isuviše dugo vrijeme da bi se došlo do rezultata, obično se uzima period od 5 dana za određivanje. Za većinu otpadnih voda vrednost BPK5 se kreće u granicama između 60 – 80 % ukupnog BPK.

Određivanje BPK vrijednosti se sastoji u pripremanju smjese otpadne vode, mikroorganizama i rastvorenog kisika i njenog stavljanja u specijalnu zatvorenu posudu tačno poznate zapremine – BPK-bocu i mjerenju utrošene količine kisika u funkciji vremena.

Kada promjena koncentracije rastvorenog kisika sa vremenom postane jednaka nuli kao rezultat se dobija potpuna ili ukupna BPK (BPKP).

Glavne komponente mikrobiološke populacije pri određivanju BPK su bakterije i protozoe, pri čemu se ove druge prvenstveno hrane bakterijama, odnosno imaju ulogu sekundarnih potrošača.

Pri odredjivanju BPK neophodno je znati potrošnju kisika za transformaciju ugljenika i azota. Obično u otpadnim vodama postoje organizmi koji troše O2 za transformaciju NH3 u NO3 (reakcija nitrifikacije). Uticaj ovih organizama je neznatan prvih nekoliko dana (slika 1.1.) ako broj organizama nije veliki i ako im je rast usporen.Prva faza u kojoj dolazi do oksidacije ugljenika do CO2 i vodonika do vode traje relativno kratko vrijeme 7 - 10 dana. [1]

Druga faza u kojoj azot oksidira do nitrita, a zatim do nitrata - nitrifikacija, traje znatno duže vrijeme..

4 | P a g e

Seminarski rad

Slika 1.1. Krive BPK za azot (1) i ugljenik (2)

Sa porastom temperature vode raste i brzina potrošnje kisika, odnosno biohemijska oksidacija (slika 1.2.)

Slika 1.2. : Biohemijska potrošnja kisika u zavisnosti od vremena za tri različitetemperature, 1 - prva faza, 2 - druga faza.

5 | P a g e

Seminarski rad

Količina kisika koju mikroorganizmi troše za potpunu oksidaciju ugljenika i vodonika do ugljendioksida i vode zove se potpuna biohemijska potrošnja kiseonika (BPKpot). U opštem slučaju vrijednost BPK proporcionalna je količini ugljenika i vodonika u organskoj materiji, odnosno koncentraciji organske materije.

BPK je osnovni pokazatelj koji služi i kao indikator pretpostavljenog uticaja zagadjenih voda na vodu prijemnika u kome dolazi do sniženja sadržaja rastvorenog kisika. Kao pravilo važi da se kod odredjivanja stepena prečišćavanja zagadjenih voda na postrojenjima u efluentu postigne takva BPK vrijednost koja neće smanjiti sadržaj rastvorenog kisika nizvodno u vodotoku (recipijentu).

BPK se izražava u mg/l, g/m3

Vrijednosti BPK za otpadne vode iz različitih procesa su navedene u tabeli 1.1:

Tabela 1.1. Vrijednosti BPK za neke neprečišćene otpadne vode

Za gradske kanalizacione vode vrijednost BPK5 izražena je po stanovniku i danu iznosioko 60 g/(st⋅dan). Dio BPK5 od učešća rastvorenih materija iznosi 40 g/(st⋅dan), a odučešća suspendovanih iznosi 20 g/(st⋅dan).

Za specifičnu potrošnju vode izraženu po stanovniku i danu qsp = 200 l/(st⋅dan) dobijase vrijednost za ukupno opterećenje gradskih kanalizacionih voda koje izraženo prekoBPK5 iznosi 300 g/m3.

6 | P a g e

Seminarski rad

1.1. Pokazatelji sastava zagađenih sanitarnih voda

Sastav sanitarnih voda prikazan je u tabeli 1.2..

Tabela 1.2. Pokazatelji sastava zagađenih sanitarnih voda (g/stanovnik/dan)

1.2. Ekvivalentni broj stanovnika

Zagadjenje otpadnih voda neke industrije izražava se pored analize sastava i brojemekvivalentnih stanovnika (ES).Kod zajedničkog odvođenja i prečišćavanja komunalnih i industrijskih otpadnih vodapostavlja se problem raspodjele troškova prečišćavanja i procjene uticaja industrijskihotpadnih voda na postrojenje za prečišćavanje ili na prirodne prijemnike otpadnihvoda.Zbog toga se u praksi koristi pojam ekvivalentni broj stanovnika (ES). Opterećenjaindustrijskih otpadnih voda se izražavaju odgovarajućim ekvivalentnim brojemstanovnika čime se pojednostavljuju tehnoekonomski i tehnički proračuni.

Ekvivalentni broj stanovnika najčešće se definiše tako što se svojstva neke otpadnevode u pogledu sadržaja BPK5 uporede sa uobičajenim vrijednostima za komunalneotpadne vode.Usvajajući da svaki stanovnik priključen na kanalizacionu mrežu unosi za jedan dan60 g BPK5 u otpadnu vodu, ekvivalentni broj stanovnika može se definisati:

gdje su:

Σ BPK5 ,g/dan, - ukupno opterećenje zagadjenja neke industrijske otpadne vode, ili (BPK5)d

7 | P a g e

Seminarski radBPK5 ,g/(st⋅dan), - opterećenje zagađenja kanalizacionih voda po stanovniku za jedan dan; kod odvojenog sistema kanalizacije je 60 g/(st⋅dan), a kod mješovitog 65 – 75 g/(st⋅dan).

U tabeli 1.3 dat je prikaz svođenja nekih industrijskih otpadnih voda na ES na bazi

BPK5 od 60 g/(st⋅dan).

Tabela 1.3. Neke industrijske otpadne vode svedene na broj ESna bazi BPK5 od 60 g/(st⋅dan)

1.3. Metode za određivanje BPK5

Postoje tri metode koje se koriste za određivanje BPK5: metoda razblaženja, manometrijska metoda i kulometrijska metoda.

1.3.1. Metoda razblaženja

Uzorcima vode se dodaje tolika količina čiste vode zasićene sa O2 i sa hranljivim solima da se i nakon 5 dana u njima može sa sigurnošću dokazati kisika Winkler metodom.

Kod ove metode se prethodno vrši priprema vode kako slijedi: otpadne vode koje sadrže kiseline ili baze prethodno se neutrališu na pH 7, ako je otpadna voda obrađivana hlorom, potrebno je višak hlora ukloniti npr. Na-sulfitom, ako voda sadrži suspendovane čestice potrebno ju je prethodno homogenizovati i ako voda sadrži nitrite nakon tretmana, razaraju se sulfaminskom kiselinom.

8 | P a g e

Seminarski radRazblaživanje se orjentaciono određuje na osnovu utroška KMnO4 (permanganatnog broja).Poželjno je postaviti više razblaženja za istu otpadnu vodu.

1.3.2. Manometrijska metoda

Rezultati određivanja BPK metodom razblaživanja i manometrijskom metodom za prirodne i otpadne vode, koje sadrže lako biološki razgradljiva zagađenja su prilično podudarni. Međutim, kod analiza industrijskih otpadnih voda mogu se dobiti odstupanja, jer metodom razblaženja se razblažuju toksične komponente ili inhibitori mikrobiološkog rasta, usljed čega se dobije BPK vrijednost, koja je viša od stvarne.

Osnovne prednosti manometrijske metode su: jednostavnost analize, smanjenje troškova analize, mogućnost praćenja brzine potrošnje kiseonika, lakše je detektovanje prisustva toksičnih komponenata (jer nema razblaženja), eliminiše se ometanje određivanja O2, kao što je formiranje mulja na elektrodi, lakše upravljanje biološkim procesima prečišćavanja otpadnih voda.

1.3.3. Kulometrijska metoda

Kiseonik koji se utroši na oksidaciju organske materije u uzorku vode, nadoknađuje se elektrolizom.Količina potrošenog kisika je proporcionalna količini kisika proizvedenog elektrolizom, tj. količini utrošene struje. [2]

Ocjena kvaliteta površinske vode na osnovu BPK5

I klasa < 2 mg/L,

II klasa < 4 mg/L,

III klasa < 7 mg/L i

IV klasa < 20 mg/L.

9 | P a g e

Seminarski rad

3. ODREĐIVANJE SADRŽAJA SUSPENDOVANIH I TALOŽNIH MATERIJA U VODI

Termin suspendovane i taložne čvrste materije u vodi označava organske i anorganske čvrste čestice u vodi. Često se koristi i pojam ukupne suspendovane ili ukupne taložne materije u vodi. Suspendovane materije u vodi su veoma važna karakteristika voda za domaćinstvo i voda za industriju. Zamućenje koje nastaje uslijed prisustva suspendovanih materija u vodi je također značajna karakteristika voda. Tako voda za piće ne smije imati više od 1 jedinice zamućenja, pošto hlor ne može da dođe do kontakta sa mikroorganizmima koji su u suspendovanim materijalima, a time i dezinfekcija vode nije efikasna.

Suspendovane materije djeluju na ribe i drugi živi svijet na dva načina:

uticajem na ribe i druge vodene organizme i

taloženjem na vodene organizme, što dovodi do njihovog uništenja.

Suspendovane materije u vodi smanjuju penetraciju svjetlosti kroz vodu, smanjujući tako zonu rasta biljaka u vodi. To istovremeno dovodi do smanjenja hrane za ribe. S druge strane, uslijed prisustva suspendovanih materija u površinskim vodama dolazi do većeg zagađivanja vodenog sloja i njegove termičke stabilizacije uslijed čega dolazi do vertikalnog miješanja vode. To dovodi do manje disperzije otopljenog kiseonika u niže slojeve. Jedino dobra strana suspendovanih materijala je da adsorbuju ostatke pesticida ili druga organska jedinjenja taložeći ih na dno, odnosno izdvajajući ih iz vode. Vode sa suspendovanim materijama nisu pogodne za navodnjavanje, jer na listovima biljaka ostaje tanki film od tih materija što ometa procese fotosinteze u biljkama. Ukupne čvrste materije predstavljaju ostatak nakon isparavanja vode. Mogu se javiti u obliku suspendiranih i otopljenih materija. Suspendirane materije po svojoj specifičnoj težini mogu biti lakše i teže od vode. U prvom slučaju, ove materije isplivavaju na površinu vode, dok u drugom lebde u vodi ili se talože.

U prirodnim vodama, suspendiranje materija dijelom nastaju kao posljedica odnošenja erodiranih čestica tla iz slivnog područja, bilo prirodnim procesima erozije, bilo kao posljedica ljudskih djelatnosti, ispuštanjem iz tačkastih ili difuznih (rasutih) izvora.

Uticaj suspendiranih materija na okoliš je veoma raznolik:

povećava se mutnoća vode,

10 | P a g e

Seminarski rad smanjuje se prodiranje, što može dovesti do smanjenja biološke produktivnosti u vodenim

sustavima,

može doći do destrukcije prirodnih staništa i

suspendirane čestice mogu biti baza za adsorpciju nutrijenata, teških metala i biocida, što može povećati ili smanjiti dostupnost ovih materija fitoplanktonu i sl.

Zbog navedenih utjecaja, suspendirane materije su jedan od najznačajnijih pokazatelja kvaliteta prirodnih i otpadnih voda, i u pravilu se uvijek ispituju.

Kod ispitivanja, posebno je važno odrediti udio mineralnih i organskih materija jer to u mnogome određuje način zbrinjavanja mulja koji nastaje u procesu prečišćavanja otpadnih voda.

Neophodna oprema i suđe:

lijevak,

filter papir,

lončić,

analiticka vaga,

peć za žarenje (180°C),

sušnica i

eksikator.

Postupak rada

Odredena količina uzorka vode (0,5 l) se profiltrira na prethodno osušenom (1 h na 105°C) i odmjerenom kvantitativnom filter papiru. Talog treba isprati destilovanom vodom radi uklanjanja soli zaostalih u talogu, odnosno, filter papiru. Filter papir se zatim suši u sušnici 1 h na 105°C do konstantne težine i mjeri. Iz razlike težina filter papira sa talogom i bez njega, dobija se količina suspendovanih materija. Izmjereni filter papir sa talogom od suspendovanih materija treba spaliti u prethodno žarenom i mjernom lončiću. Razlike u težini lončića sa spaljenim filter papirom i praznog lončića daje količinu organske suspendovane materije.

P r o r a č u n

Ukupan sadržaj suspendovanih materija:

V = (a-b)/c * 100,.

gdje je:a – masa filter papira s talogom, u g,b – masa praznog filter papira, u g,

11 | P a g e

Seminarski radc – masa uzorka uzetog za analizu, u g,V – količina vode u %.

Količina organske suspendovane materije:

V = (a-b)/c * 100,

gdje je:a – masa posude sa uzorkom prije sušenja, u g,b – masa posude sa uzorkom poslije sušenja, u g,c – masa uzorka uzetog za analizu, u g,V – količina vode u %.

4. MUTNOĆA VODE

Mutnoću vode čine suspendovane i koloidne čestice u vodi. Mutnoća se mjeri poređenjem svjetlosnih efekata koji se odvijaju prolaskom svjetlosti kroz uzorak i kroz standard. Mutnoća se mjeri turbidimetrima poređenjem svjetlosnih efekata koji se odvijaju prolaskom svjetlosti kroz uzorak i kroz standard. Što je veći intenzitet skretanja svjetla, što je veća interferencije, veća je i mutnoća uzorka. Izražava se u nefelometrijskim jedinicama mutnoće, (eng.nephelometric turbidity units (NTU)) i u sadržaju SiO2 u vodi izraženim u mg/L.

Mutnoća vode potiče od:

• suspendovanih čestica gline,

• čestica mulja,

• finih, sitnih organskih i neorganskih materija,

• rastvorenih, obojenih organskih materija,

• mikroskopski sitnih živih organizama i

• planktona.

Mutnoća daje vodi neprozirnost. Mutnoća se mjeri i određuje u laboratorijama i na licu mjesta (eng. on-site) u rijekama. U periodu niskog vodostaja mnoge rijeke imaju čistu, jasnu, zelenkastu, prozirnu boju, imaju nisku mutnoću, manju od 10 NTU-a. U kišnom periodu, čestice sa obale se spiraju i rastvaraju u vodi, voda postaje blatnjava i obojena, što ukazuje na visoku mutnoću.

Tokom visokog vodostaja, brzina vode je veća, količina vode koja protiče je veća i ona doprinosi lakšem i bržem spiranju suspendovanih materija sa dna, što uzrokuje veću mutnoću vode.

4.1. Metode mjerenja mutnoće

1.1.1. NefelometrijaNefelometrija je tehnika za određivanja mutnoće uzorka putem propuštanja svjetlosti kroz njega. U nefelometriji, za razliku od turbidimetrije, mjerenje intenziteta svjetlosti se vrši pod uglom u odnosu na pravac izvora svjetlosti. Ova tehnika je u širokoj upotrebi u kliničkim laboratorijama, jer se ona

12 | P a g e

Seminarski radrelativno lako može automatizovati. Ona je bazirana na principu da razblažena suspenzija malih čestica rasipa svjetlost (obično lasersku svjetlost) propuštenu kroz nju, umjesto da je jednostavno apsorbuje. Količina rasipanja se određuje sakupljanjem svjetlosti pod uglom od obično 70 ili 75 stepeni. Nefelometrija se koristi u imunologiji za određivanje nivoa IgM, IgG i IgA. Antitijela i antigeni se pomiješaju u koncentracijama na kojima se samo mali agregati formiraju, tako da se oni ne istalože brzo. Količina rasute svjetlosti se mjeri i poredi sa rasutom količinom standardne disperzije.

U nefelometriji se mjeri intenzitet elastično raspršenog zračenja na koloidnim česticama pod uglom, uglavnom od 90o, na smjer inicijalne zrake (slika 4.1.). Intenzitet raspršenog zračenja proporcionalan je zamućenju otopine. Instrumenti za nefelometrijska mjerenja su posebni instrumenti s vrlo stabilnim izvorima zračenja, kivete su ili okrugle gdje zračenje dolazi kroz dno a mjeri se raspršeno kroz stijenku cilindra, ili slične kao kod molekularne luminiscencije, a detektori su fotomultiplikatorske cijevi, a detektori su fotomultiplikatorske cijevi. [3]

Slika 4.1. Blok šema nefelometra s okruglim kivetama

Nefelometrijska mjerenja su pogodna za analizu otopina slabog zamućenja.

Sistemi se, ukoliko se određuje zamućenje, kalibriraju sa suspenzijama formazina (polimerni spoj, primarni standard za kalibraciju) ili sa sekundarnim standardima koji mogu biti stakleni štapovi raznog stupnja neprozirnosti i na taj način simuliraju zamućene sustave. Suspenzije formazina su po boji slične mlijeku. Za formazin postoji vjerojatnost da je kancerogen. Ako je mjerenje zamućenja u funkciji zamjene dugotrajnog gravimetrijskog određivanja, sustav se kalibrira kao i svako relativno instrumentalno određivanje jednim od naprijed objašnjenih postupaka kalibracije.

Rezultati mjerenja s ove dvije tehnike ne mogu se direktno uspoređivati kada se određuje zamućenje otopina. Jedinice u kojima se izražava zamućenje su NTU (nephelometric turbidity units), FTU (formazine turbidity units) ukoliko se mjeri nefelometrijski, a FAU (formazine attenuation units) ako se mjeri smanjenje intenziteta u prolaznom zračenju (turbidimetrijski). Svi propisi i standardi za vodene ekosustave traže nefelometrijska određivanja i rezultate daje u NTU jedinicama. U literaturi postoje podaci da 1 NTU odgovara ekvivalentu od 1 mg/mL suspendiranog SiO2.

Metode koje se osnivaju na raspršenju EMZ upotrebljavaju se najčešće za određivanje koncentracije u suspenzija ili za određivanje stupnja zamućenja u ekosustavima ali primjena nije ograničena samo na ta određivanja. Raspršenjem EMZ može se odrediti veličina čestica, raspodjela i molekulska masa (posebno za polimerne čestice). Ta određivanja, iako se osnivaju na istim principima nisu tako jednostavna.

4.2.1. TurbidimetrijaTurbidimetrija je metoda kojom se određuje koncentracija čestica u suspenziji. Zasniva se na električnom raspršivanju EM zračenja na suspendiranim česticama u otopini.

13 | P a g e

Seminarski radKod turbidimetrijskih mjerenja pravolinijski usmjereno zračenje prolazi iz izvora kroz otopinu uzorka do detektora, a mjeri se smanjenje intenziteta prolaznog zračenja. Turbidimetrijski se određuje zamućenje vode ili koncentracija u sistemima u kojima reakcijom nastaje talog koji se teško filtrira zbog malih cestica ili želatinozne prirode taloga. Turbidimetrija često zamjenjuje dugotrajno gravimetrijsko određivanje.

U turbidimetriji se mjeri transmitancija primarnog zračenja:

T= I/IO

gdje je:

I0 - intenzitet ulaznog zračenja nakon prolaska kroz slijepu probu,a

I - je intenzitet zračenja nakon prolaska kroz uzorak.

Propušteno zračenje je proporcionalno koncentraciji suspendirane supstance prema izrazu koji je analogan Beerovom zakonu:

S=logI0/I=kbc

gdje je:

S - zamućenje,

K - konstanta proporcionalnosti, odnosno koeficijent zamućenja,

b - dužina puta kroz uzorak, a

c - koncentracija.

Na turbidimetrijsko određivanje koncentracije suspendirane supstance utiču sljedeći faktori: koncentracija čestica, odnosa indeksa loma čestice i okolnog medija ,veličina,oblik i raspodjela čestica i talasna dužina ulaznog zračenja. Vrijednosti zamućenja ovise i o orijentaciji čestica u suspenziji obzirom da sve čestice nisu sferične.

Ako je dimenzija čestica reda veličine valne duljine upadnog zračenja ili manja zračenje ce se raspršivati ali ako je veća doći će do refleksije. Optimalna veličina čestica da bi došlo do raspršenja je 100 do 1000 nm, dakle veličina koloida.

Teorija rasipanja svjetlosti na mikroskopskim česticama je veoma složena i pojava zavisi od toga da li je talasna dužina svjetlosti mnogo manja ili mnogo veća od veličine čestica (Tyndallovo, odnosno Rayleighovo rasipanje), ali je za praktične svrhe značajno samo to da se pojava može kvantitativno mjeriti. Iz teorije grubo proizlazi da je rasipanje obrnuto proporcionalno nekom stepenu (2 do 4) talasne dužine, pa bi za postizanje jačeg efekta rasipanja (i tačnijeg mjerenja) trebalo u načelu raditi na plavom kraju vidljivog spektra.

Iako to važi za potpuno neobojene rastvore, oni ipak često i apsorbuju određene talasne dužine, pa je najispravnije da se u svakom konkretnom slučaju eksperimentalno utvrdi talasna dužina optimalna za mjerenje rasipanja.

4.2. Instrumenti za mjerenje zamućenja

Plavo svijetlo se raspršuje učinkovitije nego crveno (zbog čega je i boja neba plava -Rayleighovo raspršenje). Kroz obojene suspenzije propušta se zračenje iste boje (monokromatsko svjetlo), zbog smanjenja apsorpcije.

14 | P a g e

Seminarski radMjerni instrumenti koji se koriste u turbidimetriji su vrlo slični spektrometrima za ultraljubičasto područje (spektrofotometri), a mogu se koristiti i obični spektrofotometri ili čak kolorimetri. Izvori zračenja su živin luk s filtrima za odabir samo jedne valne duljine ili volframova svjetiljka u kombinaciji s monohromatorima ili filterima.

4.2.1. TurbidimetarMonohromatsko svijetlo je nužno kod turbidimetrijskih određivanja da se smanji apsorpcija elektromagnetskog zračenja na česticama, te da je smanjenje jačine posljedica uglavnom raspršenja (prividna apsorpcija).

Detektori su u turbidimetriji, kao i u spektrofotometriji, fotoćelije, a fotomultiplikatori su potrebni kod nefelometrijskih instrumenata. Kivete za tekuće uzorke su u turbidimetriji iste kao i za spektrofotometrijska određivanja.

Svjetlost prolazi kroz filter stvarajući svjetlost poznate valne duljine koja zatim prolazi kroz kivete i sadrži rješenje. Fotoelektrične ćelije skupljaju svjetlo koja prolazi kroz kivete. Mjerenje je dato za iznos apsorbiranog zračenja.

Slika 4.2. Shema turbidimetra

Dijelovi turbidimetra (slika 4.2.):

1. izvor svjetlosti,

2. optička leća,

3. otvor u objektivu,

4. okrugla kiveta,

5. fotometar s filtrima (fotomultiplikator) i

6. direktne zrake svjetlosti.

4.2.2. NefelometarNefelometar je mjerni instrument za mjerenje zamućenja fluida (tekućina i plinova). Zamućenje je svojstvo fluida (tekućina i plinova) koje opisuje prisutnost suspendiranih ili koloidnih tvari u otopini. Mjerenja zamućenja iznimno su važna u nadzoru kakvoće pitke vode, otpadnih voda i industrijskih voda (slika 4.3.).

15 | P a g e

Seminarski radČimbenici koji utječu na zamućenje su: koncentracija čestica, odnos indeksa loma svjetlosti čestice i okolnog medija, veličina, oblik i raspodjela čestica, te valna duljina ulaznog zračenja (slika 4.4.). Vrijednosti zamućenja ovise i o orijentaciji čestica u suspenziji obzirom da sve čestice nisu sferične.

Slika 4.3. Shema nefelometra

Dijelovi nefelometra:

1. izvor svjetlosti,

2.optička leća,

3. otvor u objektivu,

4. okrugla kiveta,

5. fotometar s filtrima (fotomultiplikator) i

6. raspršene zrake svjetlosti (90º).

Slika 4.4. Nefelometar u mjestu Kosan, otok Cheju, Južna Koreja.

4.3. Uticaj mutnoće vode

Visoka koncentracija suspendovanih materija smanjuje prodiranje svjetlosti kroz vodu, usporava rast makrofita, utiče na život drugih organizama koji koriste makrofite kao hranu. Smanjenjem količine svjetlosti u vodi - proces fotosinteze se usporava, količina O2 se smanjuje.

16 | P a g e

Seminarski radSuspendovane čestice apsorbuju toplotu sunčeve svjetlosti, voda se zagrijava, količina O2 se smanjuje. Mutne vode su neugledne, ali su ujedno i dvojbene u zdravstvenom smislu. S ekološkog stajališta mutnoća predstavlja značajan činitelj stanja vodnog sistema.

5. BOJA

Boja vode je optičko svojstvo i posljedica je apsorpcije i refleksije svjetlosti određene talasne dužine. Mutnoća je takođe optičko svojstvo, ali je posljedica prisustva nerastvornih materija zbog kojih dolazi do skretanja svjetlosti

Boja vode ne spada u toksične parametre, ali se nalazi na EPA (Environmental Protection Agency) listi sekundarnih (estetskih) parametara i utiče na izgled, a u određenim slučajevima i na miris vode.

Boju treba odrediti na licu mjesta nakon uzimanja uzorka vode, a jedinica je bazirana na platina-kobalt (Pt-Co) standardnom rastvoru koji formira žutu boju.

Boja predstavlja optičko svojstvo vode. Boja vode posljedica je apsorpcije i refleksije svjetlosti određene talasne dužine, bez skretanja talasnih dužina. Mutnoća vode je takođe optičko svojstvo vode. Mutnoća vode je posljedica prisustva nerastvornih materija zbog kojih dolazi do skretanja svjetlosti.

U praksi je teško povući granicu između boje i mutnoće vode. Boja vode potiče od materija različitog porijekla. Primjer: joni gvožđa u vodi imaju karakterističnu boju, a od prisustva kiseonika zavisi intenzitet boje (žuta ili crvena). Najčešće na boju vode utiče sadržaj organskih materija (žuta boja, boja „čaja”).

Boja kao parametar ne spada u toksične parametre, ali se nalazi na EPA (eng. Environmental Protection Agency-Agencija za zaštitu životne sredine) listi sekundarnih (estetskih) parametara i utiče na izgled, a ponekad i na miris vode. Boja vode određuje se i mjeri kolorimetrijskim metodama i izražava brojem. Boju treba odrediti na licu mjesta, nakon uzimanja uzorka, a jedinica boje bazirana je na platina-kobalt (PtCo) standardnom rastvoru koji formira žutu boju.

Prema Pravilniku o higijenskoj ispravnosti vode za piće (Službeni list SRJ br.42/98) propisana je maksimalna dopuštena vrednost boje od 5 stepeni kobalt platinske skale. U vanrednim prilikama ova vrijednost ima vrednost od 50 stepeni kobalt platinske skale.

5.1. Postupak za određivanje boje:

Boja vode se određuje poređenjem sa bojom standardnih rastvora pomoću kolorimetrijskog komparatora ili spektrofotometrijski. Postupak za određivanje boje prikazan je ilustrativno na slici 5.1. (koracima 1-11). Boja uzoka određuje se spektrofotometrijski prema uputstvu, koje je ilustrativno prikazano na slici 5.1. ( koracima 1.1-1.11):

17 | P a g e

Seminarski rad

Slika 5.1. Postupci za određivanje boje

Za intenzivne boje ispitivanog uzorka potrebno je uzorak prije određivanja razblažiti. Boja ispitivanog uzorka se nakon razblaživanja, izračunava prema sljedećoj formuli:

gde je:

V1 – zapremina razblaženog uzorka, mL,

Vo – zapremina uzorka, mL

C1 – boja razblaženog uzorka,

Co – boja uzorka.

Razblaženje, R, se izražava kao količnik V1/Vo.

18 | P a g e

Seminarski rad5.1. Granične vrijednosti

Granične vrijednosti emisija obuhvataju masu, izraženu određenim specifičnim parametrima, koncentraciju i/ili nivo emisije koji ne mogu biti prekoračeni u toku jednog ili više vremenskih perioda.Granične vrijednosti za sve parametre koje smo obrađivali su date u narednim tabelama.Za industrijske korisnike ispitivanje otpadnih voda obavezno će obuhvatiti slijedeće parametre: mjerodavni proticaj, temperatura, pH, miris-boja, sadržaj otopljenog kisika, BPK5, KPK, suspendirane materije, električna provodljivost, isparni ostatak, gubitak žarenjem, ukupne suspendirane materije, alkalitet, kloride, sulfate, NH4-N, NO2-N, NO3-N, ukupni azot, ortofosfate i ukupni fosfor; test toksičnosti (bioogled sa Daphnia magna Straus) kao i sve ostale parametre specifične za predmetnog industrijskog korisnika čije se otpadne vode ispituju.

Izvještaj o provedenim mjerenjima moraće da sadrži i slijedeće podatke/informacije:

datum ispitivanja, datum prethodnog ispitivanja, vrijeme uzimanja kompozitnog uzorka, broj smjena u toku 24 sata, minimalna, srednja i maksimalna dnevna potrošnje pitke i tehnološke vode (l/s), minimalna, srednja i maksimalna dnevna količina ispuštenih otpadnih voda (m3/dan), količina proizvodnje (broj proizvoda) u toku 24 sata, zapremina eventualno uskladištenih otpadnih voda (m3), dodatno ispitani hemijski parametri specifični za predmetnog industrisjkog korisnika i njihove vrijednosti i kontakt adrese laboratorije koja je izvršila mjerenja/ispitivanja.

Za parametre iz prethodnog stava čije su izmjerene vrijednosti veće od propisanih iste ne smiju odstupati za više od 50 % a za suspendovane materije za 100 %. Ako tekst toksičnosti ne zadovolji propisanu graničnu vrijednost smatraće se da kvalitet otpadnih voda ne zadovoljava uslove za bezbjedno ispuštanje čak i ako su vrijednosti svih ostalih parametara niži od graničnih vrijednosti datih u tabeli 5.1.. [4]

Tabela 5.1. Granične vrijednosti emisije supstanci i parametara kvaliteta za industrijske otpadne vode

19 | P a g e

Seminarski rad

U narednim tabelama su date granične vrijednosti koncentracije opasnih i štetnih materija u tehnološkim otpadnim vodama koje se ispuštaju u sistem javne kanalizacije odnosno površinske vode.

Tabela 5.2. Granične vrijednosti koncentracije opasnih i štetnih materija u tehnološkim otpadnim vodama koje se ispuštaju u sistem javne kanalizacije odnosno površinske vode

20 | P a g e

Seminarski radTablica 5.3. Granične vrijednosti emisija zagađujućih tvari u otpadnim vodama

21 | P a g e

Seminarski rad

LITERATURA

[1] bib.irb.hr/datoteka/535594.Peruina_Mateja_zavrni_rad.doc dostupno 20.10.2013

[2] http://tf.unibl.org dostupno 20.10.2013

[3] http://hr.wikipedia.org/wiki/Nefelometar dostupno 4.12.2014.

[4] Kvalitet voda, Građevinski fakultet u Beogradu, 2010.

22 | P a g e