CHIMIA APEI

Cursul 4

*

Chimia apei n acest capitol este prezent unul dintre cei mai importani factori naturali de mediu apa care mpreun cu pmntul, aerul i focul sta la baza vieii (Empedocle). Pornind de la ideea ca trebuie cunoscut starea de normalitate, materialul prezint structura si proprietile fizice i chimice ale apei pure, iar apoi detalii privind circuitul apei n natur respectiv compoziia fizico-chimic a apelor naturale. Pentru reglarea compoziiei chimice a apelor naturale si stabilirea indicatorii de calitate ai apei trebuie sa se cunoasc interaciile chimice care au loc la interfaa ap-atmosfer i ap sedimente.

1.Structura apei.2.Proprietatile fizice si chimice ale apei3.Compoziia fizico-chimic a apelor naturale4.Indicatori de calitate ai apelor5.Interaiile apei cu mediunconjuttor6.Procese de epurare a apelor.

*

3.1. STRUCTURA MOLECULAR A APEI (APA PUR)

Apa pur are formula structural H2O avnd greutatea molecular 18 g/mol, fr a lua n considerare izotopii hidrogenului sau ai oxigenului, este incolor, de culoare albastr verzuie n straturi groase.

Are structur unghiular (A 104,5), care n realitate este pseudo-tetraedric, rezultat prin hibridizare sp3, molecula de ap dispunnd de doi orbitali hibrizi ocupai cu cte o pereche de electroni neparticipani. ntr-o molecul de ap electronii adui de cei doi atomi de hidrogen se cupleaz n spin antiparalel cu electronii ultimului strat al oxigenului, care confer stabilitate moleculei, formnd legturi covalente.

Dispunerea spaial, sub form de dipol, confer polaritate electric negativ pentru oxigen i pozitiv hidrogenului. Prezint un pronunat moment electric de dipol 1,84, fiind un bun solvent, capabil s funcioneze ca donor de electroni.

Dipolii apei se asociaz formnd legturi labile prin puni de hidrogen ce permit existena n natur a apei sub cele trei stri de agregare: solid (ghea), lichid i gazoas (vapori).

*

Pe lng capacitatea de a se prezenta n natur sub cele trei forme de agregare, apa mai prezint, ca substan, o serie de caracteristici deosebite, care explic rspindirea i importana ei pentru Pmnt, respectiv pentru via.Printre aceste caracteristici se pot meniona:Densitatea maxim (0,999) la +3,980 oCCreterea de volum la nghe i scderea greutiiTensiunea superficial foarte ridicatCldura specific mareCldura latent de topire considerabilConductibilitate termic ridicatConstanta dielectric marePutere de ionizare apreciabilProprieti oxidantePutere de dizolvare sporitCapacitate de combinareproprieti hidrodinamice i magnetice.

*

Dac ne referim la capacitatea de disociere a apei, observm ca ea este un electrolit slab, disociaz puin, aa explicndu-se pH-ul ei n jur de 7 (neutru). Cu excepia apei pure, restul apelor apar sub forma de soluii ale diverilor componeni.

Soluiile apoase se prezint sub forma unui sistem n care substana dizolvat este repartizat uniform n solvent (apa). Solubilitatea substanelor solide sau a gazelor n ap este influenata de temperatur.

Disocierea electrolitilor n ap se amplific i datorit proprietilor moleculelor de ap de a se lega prin puni de hidrogen. Hidratarea joac un rol deosebit n procesul de dizolvare, n plus, impiedic recombinarea ionilor n molecule, favoriznd disocierea electrolitic.

*

3.2. PROPRIETI FIZICE ALE APEI

Diferite proprieti fizice ale apei servesc pentru definirea unor mrimi fizice fundamentale. Astfel:- temperaturile de topire i de fierbere ale apei la presiunea de 760 torr definesc unitatea de temperatur n scara Celsius i implicit n scara temperaturilor absolute; -unitatea de msur pentru cldur, caloria, este egal cu capacitatea caloric a unui gram de ap la temperatura de 15 0C;- unitatea de mas, kilogramul, este egal cu masa unui dm3 de ap pur, la temperatura densitii maxime (4 0C). Toate proprietile fizico-chimice ale apei deriv din particularitile structurale ale moleculei de apa i asocierea lor prin intermediul legturilor de hidrogen:

*

3.2.1. Cldura specific (Capacitatea caloric)Cldura specific a apei este de 4,18 J.g-1, mult mai mare dect a altor hidruri covalente. Datorit acestei capaciti calorice mari ea poate acumula o mare cantitate de caldur. Apa cedeaz ncet i treptat cldura n mediul nconjurator, facnd ca n mediul acvatic s nu avem variaii brute de temperatur. Astfel, prin scderea temperaturii unui litru de ap cu un grad se elibereaz o cantitate de cldur echivalent cu puterea caloric de a nclzii 300 l aer, cu un grad. Prin modificarea temperaturii apei, structura ei sufer transformri importante.

3.2.2. Cldura latent de vaporizare i topire a gheii.Cldura latent de vaporizare a apei reprezint cantitatea de cldur (calorii), consumat pentru vaporizarea unui gram de ap (cldurii latente de vaporizare) sau unui mol de ap (n cazul cldurii latente molare) la temperatur constant (100 0C).

Apa nclzit ntr-un vas deschis, la presiunea atmosferic, ncepe s fiarb la 100 0C, temperatur care rmne constant pentru ap i vapori pn cnd dispare ultima pictur de ap; apoi, dac aportul de cldur continu, vaporii se nclzesc peste aceast temperatur.

*

3.2.3. Greutatea specific (densitatea apei)

La nivelul mrii i la o temperatur de 0oC, apa este de 775 de ori mai grea ca aerul. Densitatea apei nu prezint o variaie monoton cu temperatura, ca la celelalte lichide, ci nti crete de la 0oC (d = 0,99987 g/cm3) la 4oC (d = 1 g/cm3), apoi scade (ajungnd d = 0,99701 g/cm3la 25oC ).

La 0C, apa se solidific mrindu-i volumul (d =0,9168) cu 9% fiind mai uoar dect apa lichid, pe care plutete. Valoarea mic a densitii gheii este atribuit structurii afnate a reelei cristaline.

Drept consecin, sub 4C, apa rcit nghea, se ridic la suprafa sub forma unui strat protector fa de temperatura exterioar, fcnd posibil supravieuirea.

t 0CDensitateakg/m3t 0CDensitateakg/m300,99987200,9982841,00000250,99707100,99973300,99567150,999131000,95838

*

3.3. CAPACITATEA DE SOLVENT UNIVERSAL A APEI

Apa este cel mai bun solvent avnd capacitatea de a dizolva aproape toate substanele, rmnnd inert, adic fr sa-i modifice proprietile sub aciunea multor substane. Numeroase reacii au loc n soluie apoas. Printre acestea au o deosebit, nsemntate reaciile biochimice din organismele vii, care la un loc constituie viaa.Aceast proprietate a permis apariia vieii n mediu acvatic, respectiv pe Pmnt. Apa dizolv electrolii (acizi, baze i sruri), formnd soluii n care aceti compui sunt ionizai. De asemenea apa dizolv numeroase substane, att anorganice ct i organice, care conin atomi capabili de a forma legturi de hidrogen cu moleculele H2O. Solubilitatea substanelor n apa se datoreaza fie existenei n molecula acestora de grupe OH capabile s formeze legturi de hidrogen cu moleculele de ap, fie caracterului polar al unor ioni api a se nconjura cu molecule de ap prin fore ion-dipolice.

Fenomenul se numete solvatare, iar cnd solventul este ap, hidratare

Hidratarea are loc datorit formrii unor legturi de hidrogen, n cazul substanelor neionizate, sau atraciilor iondipoli cnd solutul este compus din ioni.

*

Substanele n faza gazoas.Pentru gazele greu solubile n ap este valabil legea solubilitii gazelor (legea lui Henry) conform creia solubilitatea gazelor n lichide scade cu temperatura i crete direct proporional cu presiunea parial, iar solubilitatea unui gaz dintr-un amestec de gaze este proporional cu presiunea lui parial.

Aceast lege nu e valabil pentru gazele foarte solubile n ap (ex. CO2, NH3, SO2, HCl etc.) care nu formeaz soluii fizice, ci combinaii chimice cu apa.

O mrime care exprim solubilitatea gazelor n lichide este coeficientul de absorbie sau de solubilitate, care reprezint cantitatea de gaz (la temperatura de 0 oC i presiunea de 760 torr) care se dizolv ntr-un litru de lichid.

*

Solubilitatea lichidelor n ap depinde de natura acestuia (polaritatea) i de temperatur.

Astfel, moleculele care conin grupri polare (OH-, SH-, NH2-) sunt deosebit de solubile n ap, iar alte lichide (hidrocarburi, uleiuri, grsimi etc.), care au molecule nepolare, sunt foarte puin solubile n ap.

O soluie devine saturat cnd conine cantitatea maxim de solut la o temperatur dat. Saturaia este o stare de echilibru supunndu-se legilor termodinamice ale echilibrului.

*

Solubilitatea n ap a substanelor solide depinde de structura acestora (gruprile hidrofile sau hidrofobe).

Legtura ntre moleculele de ap i moleculele substanei supuse hidratrii se face prin intermediul gruprii hidrofile (prezint o polaritate compatibil cu cea a apei). Legturile materiei supuse hidratrii sunt legturi chimice pure.

n unele cazuri, solvatarea sau simpla umezire se produce prin intermediul unui al treilea constituent, numit: solvent pentru soluii adevrate; peptizator pentru soluii coloidale; stabilizator sau emulgator pentru suspensii i emulsii; agent de nmuiere pentru aciunile superficiale de suprafa.

n soluiile apoase, formate prin dizolvarea n ap a diferitelor substane, pot avea loc numeroase reacii, cele mai importante fiind reaciile biochimice din organismele vii.

Hidraii reprezint combinaii ce se formeaz prin fixarea unei molecule de ap sau a mai multor molecule la un compus oarecare. n compusul anhidru prezena apei conduce la rearanjri atomice, n urma crora rezult un nou compus chimic cu structur cristalin.

*

3.3. CAPACITATEA DE SOLVENT UNIVERSAL A APEI

n funcie de rolul apei din hidrat, aceasta poate fi de mai multe feluri:

CAPACITATEA DE SOLVENT UNIVERSAL A APEI

Fenomenul se numete solvatare, iar cnd solventul este ap, hidratare

Apa de constituie este apa la care moleculele sale numai au individualitate n cadrul hidratului, ele nu pot fi ndeprtate din compus dect la temperaturi de peste 100oC, cu descompunerea produsului (nruirea reelei cristaline) i formarea substanelor anhidre (care au o reea diferit de reeaua cristalin a hidratului). Apa de constituie se gsete sub forma gruprilor HO-. Ex: Na2[Sn(OH)6].

Apa de coordinaie este apa ale crei molecule formeaz legturi coordinative cu ionii pozitivi din soluie (apa doneaz ionilor Na+, Mg2+, Fe3+, care au orbitalii periferici liberi, perechile de electroni liberi). nconjurarea ionului cu molecule de ap (liganzi) se realizeaz aproape spontan, legturile formate sunt foarte tari (150-250 kcalmol1). Apa de coordinaie urmeaz reaciile ionului complex. Ex. [M(H2O)6]2+ unde M= Co, Ni, Zn, Cd.

Apa de cristalizare este apa adus de ionii din soluii n srurile cristalizate sau la formarea aqua-complecilor metalici. Moleculele de ap de cristalizare fac parte integrant din reelele cristaline ale hidrailor.

*

Apa de coordinaie se confund practic cu apa de cristalizare (apa de coordinaie din soluii se transform n apa de cristalizare din combinaiile complexe) dar exist i situaii cnd exist la un complex ap de coordinare i de cristalizare diferite ntre ele (ex: clorurile hidratate ale cromului ce pot fi izolate n solid). Spre deosebire de apa de coordinaie care migreaz la electrozi mpreun cu ionii, apa de cristalizare rmne amestecat cu solventul la electrolizarea combinaiei complexe ntr-un mediu neapos.

Apa de anioni este format din molecula de ap, care la sulfaii metalelor bivalente (vitrioli) este mai apropiat de anion, celelalte ase (din cele apte) molecule de ap de cristalizare fiind n jurul cationului. Ex: [Mg(H2O)6]SO4H2O, [Cu(H2O)4]SO4H2O. Apa de reea este format din moleculele de ap incluse n interstiiile reelei cristaline a hidrailor, prin legturi de hidrogen, contribuind la stabilizarea acesteia, dar nu sunt legate nici de cationi nici de anioni.

Ex: MIMIII(SO4)212H2O unde MI: Na, K, iar MIII : Al, Fe, Cr.

Apa zeolitic este apa situat ntre straturile reelei cristaline i interstiiile zeoliilor.

*

3.4. TIPURI DE LEGTURILE CHIMICE FORMATE DE AP

Apa formeaz aproape toate tipurile de legturi chimice, i anume: fore van der Waals (de orientare i de inducie, cele de dispersie nu pot fi realizate dect de moleculele polare, ceea ce nu este cazul apei); legturi de hidrogen; legturi ionice; legturi covalent coordinative (donor-acceptor).

Datorit legturilor chimice pe care este capabil s le formeze, apa particip frecvent la reacii acido-bazice, reacii de oxido-reducere i reacii de complexare; iar ca produs de reacie apare n reacii de hidroliz sau de tamponare, hidratare, cataliz.

*

3.5. COMPOZIIA FIZICO-CHIMIC GENERAL A APELOR NATURALE

Calitatea apelor naturale este determinat, n general, de totalitatea substanelor minerale sau organice, gazele dizolvate, particulele n suspensie i organismele vii prezente.

Din punct de vedere al strii lor, impuritile pot fi solide, lichide sau gazoase. Acestea pot fi dispersate n ap, i se pot clasifica dup dimensiunile particulelor dispersate n suspensii, coloizi i soluii.

Majoritatea substanelor care se gsesc n apele naturale, ntr-o cantitate suficient pentru a influena calitatea lor, se pot clasifica conform tabelului 3.2.

*

Surse de apariie Suspensii Coloizi Gaze Substane neionizate i dipoli Ioni pozitivi Ioni negativi Din solul mineral i roci -nmol -nisip -alte substane anorganice argila SiO2Fe2O3Al2O3MnO2CO2Ca2+, Mg2+Na+, K+Fe2+, Mn2+Zn2+HCO3-, Cl-SO42-, NO3-CO32 , HSiO3-H2BO3-, HPO42-H2PO4-, OH-, F-Din atmosferN2, O2CO2,SO2H+HCO3-SO42-Din descompunerea materiei organice -sol organic -resturi organice -materii vegetale organice -resturi organice CO2, NH3O2, N2H2S, CH4H2Materii vegetale colorate -resturi organice Na+NH4+H+Cl-, HCO3-NO2-, NO3-OH-, HS-radicali organici Organisme vii -peti -alge -diatomee -organisme minuscule -virui -bacterii -alge -diatomee

*

Calitatea apei se poate defini ca un ansamblu convenional de caracteristici fizice, chimice, biologice i bacteriologice, exprimate valoric, care permit ncadrarea probei ntr-o anumit categorie , ea cptnd astfel nsuirea de a servi unui anumit scop.

Pentru stabilirea calitii apei, din multitudinea caracteristicilor fizice, chimice i biologice care pot fi stabilite prin analize de laborator se utilizeaz practic un numr limitat, considerate mai semnificative.

Sistemul mondial de supraveghere a mediului nconjurtor prevede urmrirea calitii apelor prin trei categoriide parametrii:parametri de baz : temperatur, pH, conductivitate, oxigen dizolvat, colibacili; parametri indicatori ai polurii persistente: cadmiu, mercur, compui organo - halogenai i uleiuri minerale ;parametri opionali: carbon organic total (COT ), consum biochimic de oxigen (CBO) detergeni anionici, metale grele, arsen, bor, sodiu, cianuri , uleiuri totale, streptococi .

*

Pentru precizarea caracteristicilor de calitate a apei se utilizeaz urmtoarea terminologie:

Criterii de calitate a apei - totalitatea indicatorilor de calitate a apei care se utilizeaz pentru aprecierea acesteia n raport cu msura n care satisface un anumit domeniu de folosin sau pe baza crora se poate elabora o decizie asupra gradului n care calitatea apei corespunde cu necesitile de protecie a mediului nconjurtor;

Indicatori de calitate ai apei - reprezentai de caracteristici nominalizate pentru o determinare precis a calitii apelor ;

Parametri de calitate ai apei sunt valori i exprimri numerice ale indicatorilor de calitate a unei ape ;

Valori standardizate ale calitii apei - reprezint valori ale indicatorilor de calitate a apelor care limiteaz un domeniu convenional de valori acceptabile pentru o anumit folosin a apei.

*

3.6. PROPRIETILE GENERALE ALE APELOR NATURALEProprietile apelor naturale sunt determinate n principal de substanele solide, lichide i gazoase existente sub form de materiale n suspensie sau dizolvate.

Aceste substane, foarte numeroase, provin din interaciile complexe hidrosfer atmosfer litosfer - organisme vii. Astfel, ntr-un studiu asupra calitii apelor fluviului Dunrea, s-au pus n eviden peste 800 de compui organici i anorganici, dintre care peste 50% se regsesc n esuturile vegetale i animale din mediul acvatic.

Exist mai multe criterii de clasificare a compuilor care definesc compoziia chimic a apelor naturale, dup natura acestora, provenien, efect toxic i metode de analiz, prezentate n tabelul 3.3.

*

Tabelul 3.3. Criterii de clasificare a compoziiei chimice a apelor naturale

Nr. crt Criterii Exemplificri 1 Natura componenilor chimici Gaze dizolvate; substane anorganice; substane organice 2 Forma sub care se gsesc n mediul acvatic Solubilizat; suspensii; coloizi; emulsii; absorbii/adsorbii n sedimente i / sau pe suspensii; sub form liber; complexai. 3 Provenien Naturale; antropic. 4 Efecte Indicatori de calitate; indicatori generali de poluare; indicatori specifici de poluare. 5 Proprieti Persisten; toxicitate; bioacumulare; efecte mutagene; teratogene; cancerigene. 6 Dup metodele de analiz Indicatori globali (COT, reziduul fix); indicatori selectivi (pesticide); specifici (HCN). 7 Dup rolul jucat n ecosisteme acvatice Regim de oxigen; salinitate; nutrieni; capacitate de tamponare; metale grele; micropoluani organici.

*

INDICATORI DE CALITATE AI APEI

Aa cum s-a artat deja, pentru caracterizarea calitii i gradului de poluare a unei ape se utilizeaz indicatorii de calitate. Acetia se pot clasifica dup natura lor i dup natura i efectele pe care le au asupra apei , dup cum urmeaz:

A. Clasificare dup natura indicatorilor de calitate: - indicatori organoleptici ( gust, miros). - indicatori fizici ( pH, conductivitate electric, culoare, turbiditate). - indicatorichimic- indicatori chimici toxici - indicatori radioactivi - indicatori bacteriologici - indicatori biologici

*

B. Clasificare dup natura i efectul pe care l au asupra apei: - indicatori fizico-chimici generali: - temperatura - pH - indicatorii regimului de oxigen - oxigen dizolvat (OD) - consumul biochimic de oxigen (CBO5) - consumul chimic de oxigen (CCOCr i CCOMn) - indicatorii gradului de mineralizare - reziduul fix - cloruri, sulfai - calciu, magneziu, sodiu, etc. - indicatori fizico - chimici selectivi - carbon organic total (COT) - azot Kjeldhal i azot total, fosfai - duritate, alcalinitate

*

- indicatori fizico - chimici specifici ( toxici): - cianuri - fenoli - hidrocarburi aromatice mono i polinucleare - detergeni - metale grele ( mercur, cadmiu, plumb, zinc, cobalt, fier, etc.) - pesticide - arsen - uraniu natural - trihalometani - indicatori radioactivi - activitate global i -activitate specific admis a fiecrui radionuclid- indicatori biologici care reflect gradul de saprobitate a apei, prin analiza speciilor de organisme care populeaz mediul acvatic. - indicatori bacteriologici

*

3.7.1. INDICATORI ORGANOLEPTICI

Culoarea real a apelor se datoreaz substanelor dizolvate n ap i se determin n comparaie cu etaloane preparate n laborator. Culoarea apelor naturale i a celor poluate poate fi o culoare aparent care se datoreaz suspensiilor solide uor de filtrat prin depunere i filtrare.

Mirosul apelor este clasificat n ase categorii, dup intensitate: fr miros ; cu miros neperceptibil ; cu miros perceptibil unui specialist ; cu miros perceptibil unui consumator ; cu miros puternic i cu miros foarte puternic.

Gustul se clasific utilizndu-se denumiri convenionale ,cum ar fi : Mb - ape cu gust mineral bicarbonato-sodic ; Mg - ape cu gust mineral magnezic ; Mm - ape cu gust mineral metalic ; Ms - ape cu gust mineral srat ; Oh - ape cu gust organic hidrocarbonat ; Om - ape cu gust organic medical farmaceutic ; Op - ape cu gust organic pmntos ; Ov - ape cu gust organic vazos .

*

3.7.2. INDICATORI FIZICI

Turbiditatea se datoreaz particulelor solide sub form de suspensii sau n stare coloidal. ntr-o definiie general se consider c suspensiile totale reprezint ansamblul componentelor solide insolubile prezente ntr-o cantitate determinat de ap i care se pot separa prin metode de laborator (filtrare, centrifugare, sedimentare).

Se exprim gravimetric n mg/l sau volumetric n ml/l. Valoarea suspensiilor totale este deosebit de important pentru caracterizarea apelor naturale. n funcie de dimensiuni i greutate specific, particulele se separ sub form de depuneri(sedimentabile) sau plutesc pe suprafaa apei(plutitoare).

Suspensiile gravimetrice reprezint totalitatea materiilor solide insolubile, care pot sedimenta, in mod natural ntr-o anumit perioad limitat de timp. Procentul pe care l reprezint suspensiile gravimetrice din suspensiile totale este un indicator care conduce la dimensionarea i exploatarea desnisipatoarelor sau predecantoarelor, instalaii destinate reinerii acestora. Suspensiile i substanele coloidale din ape reprezint totalitatea substanelor dispersate n ap, avnd diametrul particulelor ntre 1 i 10 m.

*

Caracterizate prin proprieti electrice de suprafa, prezint un grad mare de stabilitate, care le face practic nesedimentabile n mod natura.

Eliminarea substanelor coloidale din ap a impus tratarea chimic cu reactivi de destabilizare n vederea coagulrii i precipitrii acestora. Relaia dintre substanele n suspensie (proprietate gravimetric) i turbiditate (proprietate optic) determin aa-numitul coeficient de finee al suspensiilor. Pentru aceeai surs de ap, coeficientul de finee variaz n limite bine determinate n cadrul unui ciclu hidrologic anual.

*

Indicele de colmatare reprezint puterea colmatant a unei ape i are drept cauza toate elementele din ap a cror dimensiuni permit reinerea lor pe filtre.

Temperatura apei variaz n funcie de provenien i de anotimp.

Radioactivitatea este proprietatea apei de a emite radiaii permanente alfa , beta sau gama.

Conductivitate apelor constituie unul dintre indicatorii cei mai utilizai n aprecierea gradului de mineralizare a apelor cel puin din urmtoarele considerente: - msurtorile de conductivitate (rezistivitate) a apei permit determinarea coninutului total de sruri dizolvate n ap;

*

Concentraia ionilor de hidrogen

- pH-ul apelor naturale este cuprins ntre 6,5 - 8 , abaterea de la aceste valori dnd indicaii asupra polurii cu compui anorganici .

-pH-ul i capacitatea de tamponare a acestuia constituie una din proprietile eseniale ale apelor de suprafa i subterane, pe aceast cale asigurndu-se un grad de suportabilitate natural fa de impactul cu acizi sau baze, srurile de Na+, K+, Ca2+ i Mg2+ jucnd un rol esenial n acest sens.

De subliniat c aceast capacitate de tamponare a pHului este deosebit de important nu numai pentru echilibrele din faza apoas, dar i pentru cele de la interfaa cu materiile nsuspensie respectivcusedimentele.

*

Concentraia ionilor de hidrogen din ap, reprezint un factor important care determin capacitatea de reactivitate a apei, agresivitatea acesteia, capacitatea apei de a constitui medii pentru dezvoltarea diferitelor organisme etc.

ntre valoarea pH-ului apei i aciditatea sau alcalinitatea acesteia nu exist o identitate. Creterea alcalinitii sau aciditii nu sunt nsoite i de variaii corespunztoare ale pH-ului, datorit capacitii de tamponare de care dispun ndeosebi apele naturale. Principalul sistem tampon al apelor naturale l reprezint sistemul acid carbonic dizolvat/carbonai, pentru care pH-ul apei are valori cuprinse ntre 6,5-8,5.

*

3.7.3. INDICATORI CHIMICI

Indicatori ai regimului de oxigen Oxigenul este un gaz solubil i se afl dizolvat n ap sub form de molecule O2, prezena oxigenului n ap condiionnd existena marii majoriti a organismelor acvatice. Toate apele care se afl n contact cu aerul atmosferic conin oxigen dizolvat n timp ce apele subterane conin foarte puin oxigen. Solubilitatea oxigenului n ap depinde de presiunea atmosferic, temperatura aerului, temperatura i salinitatea apei.

Coninutul n oxigen al apei rurilor este rezultatul urmtoarelor aciuni antagoniste: - reabsorbia oxigenului din atmosfer la suprafaa apei prin difuzie lent sau prin contact energic, interfaa apa-aer prezint o importan deosebit n acest sens. Acest transfer este serios perturbat de prezena poluanilor cum ar fi detergenii i hidrocarburile; - fotosinteza, care poate asigura o important realimentare cu oxigen a apei, ajungndu-se la valori care pot depi saturaia; - consumul biochimic de oxigen pentru biodegradarea materiilor organice poluante.

*

Din aceast clas de indicatori fac parte: oxigenul dizolvat (OD), consumul chimic de oxigen (CCO), consumul biochimic de oxigen (CBO) i carbonul organic total (COT).

Oxigenul dizolvat (OD) este cel mai important parametru de calitate al apei din ruri i lacuri este coninutul de oxigen dizolvat, deoarece oxigenul are o importan vital pentru ecosistemele acvatice. Astfel coninutul de oxigen din apele naturale trebuie s fie de cel puin 2 mg/l, n timp ce n lacuri, n special n cele n care funcioneaz cresctorii de pete, coninutul de oxigen dizolvat trebuie s fie de 8 15 mg/l.

Consumul biochimic de oxigen (CBO) reprezint cantitatea de oxigen, n mg/l, necesar pentru oxidarea substanelor organice din ape, cu ajutorul bacteriilor. Mineralizarea biologic a substanelor organice este un proces complex, care n apele bogate n oxigen se produce n dou trepte. n prima treapt se oxideaz n special carbonul din substratul organic (faza de carbon ), iar n a doua faz se oxideaz azotul (faza de nitrificare). Din determinrile de laborator s-a tras concluzia c este suficient s se determine consumul de oxigen dup cinci zile de incubare a probelor (CBO5).

*

Consumul chimic de oxigen (CCO) Deoarece CBO5 necesit un timp de cinci zile pentru determinare, pentru a depi acest neajuns se utilizeaz metode de oxidare chimic difereniate dup natura oxidantului i a modului de reacie.Se cunosc dou tipuri de indicatori: - CCOMn care reprezint consumul chimic de oxigen prin oxidare cu KMnO4 n mediu de H2SO4. Acest indicator se coreleaz cel mai bine cu CBO5, cu observaia c sunt oxidate n plus i cca 30-35% din substanele organice nebiodegradabile. - CCOCr care reprezint consumul chimic de oxigen prin oxidare cu K2Cr2O7 n mediu acid. Acest indicator determin n general 60-70% din substanele organice, inclusiv cele nebiodegradabile.

Prin aceste metode, prezentate anterior nu se pot determina substanele organice volatile. Carbonul organic total (COT) reprezint cantitatea de carbon legat n materii organice i corespunde cantitii de dioxid de carbon obinut prin oxidarea totala a acestei materii organice .

*

3.7.3.2. Sruri dizolvate

n apele naturale se afl, n mod obinuit, cationii i anionii de care depind cele mai importante caliti ale apei. n majoritatea cazurilor, srurile aflate n apele naturale sunt formate din urmtorii cationi Ca2+, Mg2+, Na+, K+ i anioni HCO3-, SO42-, Cl-. Ceilali ioni se afl, n mod obinuit, n cantiti nesemnificative, dei cteodat influeneaz esenial asupra proprietilor apei.

Clorurile pot fi prezente n ap ntr-o concentraie mare, datorit solubilitii lor ridicate; astfel, solubilitatea clorurii de sodiu sau a celei de calciu la temperatura de 25 C este n jur de 26%, respectiv de 46%.

*

Tabelul 3.6. Principalii ioni din apele naturale

CATIONI ANIONI Denumire Formula Denumire Formula HidrogenH+HidroxidOH-SodiuNa+BicarbonatHCO3-PotasiuK+ClorurCl-AmoniuNH4+HidrosulfitHS-CalciuCa2+NitritNO2-MagneziuMg+NitratNO3-Fier bivalentFe2+FluorurF-Fier trivalentFe3+SulfatSO42-BariuBa2+SilicatSiO32-AluminiuAl3+OrtofosfatPO43-

*

3.7.3.3. Reziduul fix

Reziduul fix reprezint totalitatea substanelor dizolvate n ap, stabile dup evaporare la 1050C, marea majoritate a acestora fiind de natur anorganic. Valoarea reziduului fix n diferite ape naturale variaz n funcie de caracteristicile rocilor cu care apele vin n contact.

Valori ale reziduului fix al diferitelor categorii de ape: Ape de suprafa 100 250 mg/l; Ape din pnza freatic 200350mg/l;Ape din pnza de mare adncime 100 300 mg/l; Ape de mare 20000 22000 mg/l; Ape din regiuni srturoase 1100 5000 mg/l; Ape de ploaie 10 20 mg/l; Ape minerale potabile 1000 3000 mg/l.

*

Coninutul mineral al apelor naturale este strns legat de factorii meteorologici i climatologici.

Astfel, n perioadele cu precipitaii sau n cele de topire a zpezilor, apele curgtoare i reduc mineralizarea, datorit dilurii lor cu ape cu coninut mineral foarte srac. n aceste situaii, de exemplu, apele rului Dmbovia au o mineralizare de 100 120 mg/l, iar cele ale Argeului de 80 100 mg/l. n perioada de iarn, cnd apele de suprafa sunt alimentate n special de izvoare subterane, mineralizarea acestora este mai crescut fiind de 200 250 mg/l.

Apele subterane i mai ales cele din pnze freatice de mare adncime, se caracterizeaz printr-o mineralizare mai ridicat i n acelai timp mai puin variabil, datorit contactului cu straturile minerale n care staioneaz.

*

3.7.5.INDICATORI AI CAPACITII DE TAMPONARE AI APEI

Aciditatea apei se datorete prezenei n ape a dioxidului de carbon liber, a acizilor minerali i a srurilor de acizi tari sau baze slabe, srurile de fier i de aluminiu, provenite de la exploatrile miniere sau din apele uzate industriale intrnd n aceast din urm categorie.

Aciditatea total a unei ape exprim att aciditatea datorat acizilor minerali, ct i cea datorat dioxidului de carbon liber, n timp ce aciditatea mineral exprim numai aciditatea datorat acizilor minerali.

Diferenierea aciditii totale de aciditatea mineral se poate face, fie prin utilizarea schimbtorilor de ioni, fie prin titrarea cu NaOH 0,1 N pn la puncte de echivalen diferite i anume pn la pH = 4,5 pentru titrarea acidului mineral i pH = 8,3 pentru titrarea aciditii totale.

*

Alcalinitatea apei este condiionat de prezena ionilor dicarbonat, carbonat, hidroxid i, mai rar, borat, silicat i fosfat.

Din punct de vedere valoric, alcalinitatea este concentraia echivalent a bazei titrabile i se msoar la anumite puncte de echivalen date de soluii indicator.

Utilizarea fenolftaleinei duce la determinarea alcalinitii (p) a apei datorat hidroxidului i carbonatului, iar utilizarea indicatorului metiloranj duce la determinarea alcalinitii (m), datorat dicarbonatului.

Valoarea alcalinitii (p) i (m) indic raportul existent ntre ionii de carbonat, dicarbonat i hidroxid n cadrul alcalinitii totale.

*

Duritatea apei a fost inclus la capacitatea de tamponare a apei datorit ponderii carbonailor de calciu i magneziu n apele naturale.

Se deosebesc urmtoarele tipuri de duritate: duritatea total reprezint totalitatea srurilor de Ca 2+ i Mg 2+ prezente n ap;

duritatea temporar reprezint coninutul ionilor de Ca2+ i Mg2+ legai de anionul HCO-3, care prin fierberea apei se poate nltura deoarece dicarbonaii se descompun n CO2 i n carbonai care precipit;

duritatea permanent reprezint diferena dintre duritatea total i duritatea temporar, fiind atribuit ionilor de Ca 2+ i Mg 2+ legai de anionii Cl-, SO42- i NO3-. Acest tip de duritate rmne n mod permanent n ap, chiar dup fierbere.

*

Tabelul 3.8. Clasificarea apelor dup duritate

Uniti de msur Clasa de duritate 1 2 3 4 mg/l 0-55 56-100 101-200 200-500 m val/l 0-1.1 1,1-2,0 2,0-4,0 4,0-10 Caracterizarea apei Moale Slab dur Moderat dur Foarte dur

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*