Wykład 3

Monitorowanie atmosfery poprzez obserwację
skutków zanieczyszczeń
• Naturalny opad atmosferyczny (pH = 5,6)
CO 2  H 2 O  H 2 CO 3
H 2 CO 3  H   HCO3HCO3-  H   CO 32-
• Zakwaszanie opadu
SO 2  H 2 O  H 2SO 3
2SO 2  O 2  2SO 3
SO 3  H 2 O  H 2SO 4
3NO2  H 2 O  2HNO3  NO
Klasyfikacja opadów
• pH < 4,1 - wysoce zanieczyszczone związkami
kwasotwórczymi,
• pH 4,1 – 4,6 – umiarkowanie zakwaszone,
• pH 4,6 – 5,1 – słabo zakwaszone,
• pH 5,1 – 6,1 – praktycznie niezanieczyszczone, o
odczynie zbliżonym do opadu naturalnego,
• pH 6,1 – 6,5 – słabo zanieczyszczone związkami
zasadotwórczymi,
• pH > 6,5 – wysoce zanieczyszczone związkami
zasadotwórczymi.
Zakwaszenie – skutki
• osłabienie wegetacji roślin
–
–
–
–
–
niszczenie listowia,
utrata elastyczności kory,
zanikanie korzeni,
podatność na ataki szkodników,
karłowacenie
• zanik lub nadmierny rozwoju niektórych
organizmów wodnych,
• niszczenie budowli
– reakcja z wapniem
– Korozja konstrukcji metalowych
biowskaźniki zanieczyszczenia
• metody lichenoindykacyjne
• mierzalne zmian, jakie wywołują
zanieczyszczenia w porostach (fizjologiczne,
anatomiczne i morfologiczne),
– badaniu różnorodności i liczebności porostów,
– badaniu zmian anatomiczno-morfologicznych,
– badaniu zmian fizjologicznych,
– badaniu składu chemicznego.
Strefa Stężenie SO2
skażeni w powietrzu
a
[mg/m3]
Występowanie
porostów
Teren występowania
(zanieczyszczenie powietrza)
silnie skażone okręgi przemysłowe
1
> 170
brak, tzw. pustynia
porostowa
2
170-100
skorupiaste, proszkowe
3
100-70
skorupiaste, proszkowe i
listkowate
4
5
70-50
50-40
skorupiaste, proszkowe i
listkowate z małym
udziałem
krzaczkowatych
skorupiaste, proszkowe i
dużo listkowatych z
udziałem
krzaczkowatych
6
40-30
skorupiaste, wrażliwe
skorupiaste, listkowate i
krzaczkowate
7
< 30
bogata flora porostów, w
tym najbardziej wrażliwe
silne skażenie, miasta i obszary
przemysłowe
tereny o wyraźnej degradacji
środowiska, zadrzewione tereny
podmiejskie
duży wpływ terenów przemysłowych,
lasy w pobliżu miast i terenów
przemysłowych
tereny o słabym zanieczyszczeniu,
duże obszary lasów na nizinach i
pogórzu
tereny o nieznacznym wpływie
zanieczyszczeń przemysłowych, jak
rozległe lasy, północno-wschodnia
Polska, rejony Karpat
tereny niezanieczyszczone
Pomiar ditlenku siarki
• wzbudzanie SO2 za pomocą UV.
SO2 + hv → SO2* → SO2 + hv (mierzone)
• powracając do stanu podstawowego, emitują promieniowanie
o natężeniu wprost proporcjonalnym do stężenia SO2.
• Analizatory pracują w granicach od 1 do 2000 ppb (1 ppb SO2
= 2,85 µg/m3).
Pomiar ditlenku siarki
Pomiar tlenków azotu
NO + O3 → NO2* + O2
NO2* → NO2 + hv (mierzone)
• Intensywność chemiluminescencji zależy od masy gazu
badanego,
• Stały strumień gazu badanego jest wprowadzany do komory
przez dyszę, gdzie miesza się z powietrzem wzbogaconym w
ozon.
Pomiar tlenków azotu
• Tą samą metodą można oznaczać NO2, po
uprzednim przekształceniu go w NO
3NO2 + Mo → 3NO + MoO3 (w 325ºC)
NO + MoO3 → NO2* + O2
NO2* → NO2 + hv (mierzone)
Pomiar tlenków azotu
• Miernik 42C mierzy stężenie w zakresie od 0,5
ppb do 20000 ppb (1 ppb NO = 1,34 µg/m3; 1
ppb NO2 = 2,05 µg/m3).
• Zjawisko chemiluminescencji można
wykorzystać do pomiaru NH3 i O3
Pomiar tlenków węgla
• do pomiarów CO i CO2 , wykorzystuje się absorpcję w
IR
• Różnica sygnałów z obu wiązek jest proporcjonalna
do stężenia CO w próbce.
• Analizator CO model 48 firmy Thermo Environmental
mierzy zawartość CO od 0,1 do 1000ppm (1 ppm CO
= 1,25 mg/m3).
Pomiar O3
• Absorpcja promieniowania ultrafioletowego (UV) o długości
254 nm przez O3.
Pomiar pyłu
• pomiar wibracji filtra
obciążonego
(pseudograwitacyjna)
• pomiar absorpcji
promieniowania jonizującego
(cząstek β)
Wysokoobjętościowy pobornik firmy
DIGITEL PM10 DHA-80
• pozwala na automatyczne pobieranie
próbek PM10. Dzięki dużemu
przepływowi jest bardzo dobrym
urządzeniem do wielostrukturowej
analizy zawartości pyłu, łącznie z
pomiarem grawimetrycznym
Monitoring wód
• Woda przeznaczona do spożycia przez ludzi,
pobierana z ujęć powierzchniowych i
głębinowych, objęta jest:
– Monitoringiem kontrolnym (2x / rok)
– Monitoringiem przeglądowym (1x / 2 lata)
Monitoring wód podziemnych
Monitoring stanu jakościowego – monitoring
chemiczny
Monitoring stanu ilościowego
Monitoring stopnia
zczerpania wody
Dane o
dostępnych
zasobach wody
Monitoring poziomu
zwierciadła wody
Dane o poborze
wody
Monitoring
diagnostyczny
Pomiar poziomu
zwierciadła wody
Monitoring
operacyjny
Pobierania próbek
wody
Punkty badawcze
monitoringu wody
Monitoring
badawczy
Monitoring wód – wskaźniki
•
•
•
•
•
•
•
•
•
52 wskaźniki oceny czystości
Wskaźniki fizyczne
Wskaźniki tlenowe
Wskaźniki biogenne
Wskaźniki zasolenia
Metale (m. ciężkie)
Wskaźniki zanieczyszczeń przemysłowych
Wskaźniki biologiczne
Wskaźniki mikrobiologiczne
WARTOŚCI GRANICZNE WSKAŹNIKÓW JAKOŚCI WODY
W KLASACH JAKOŚCI WÓD POWIERZCHNIOWYCH
Wskaźniki fizyczne i tlenowe
WARTOŚCI GRANICZNE WSKAŹNIKÓW JAKOŚCI WODY
W KLASACH JAKOŚCI WÓD POWIERZCHNIOWYCH
Wskaźniki biogenne
WARTOŚCI GRANICZNE WSKAŹNIKÓW JAKOŚCI WODY
W KLASACH JAKOŚCI WÓD POWIERZCHNIOWYCH
Wskaźniki zasolenia
WARTOŚCI GRANICZNE WSKAŹNIKÓW JAKOŚCI WODY
W KLASACH JAKOŚCI WÓD POWIERZCHNIOWYCH
Metale ciężkie
WARTOŚCI GRANICZNE WSKAŹNIKÓW JAKOŚCI WODY
W KLASACH JAKOŚCI WÓD POWIERZCHNIOWYCH
Wskaźniki zanieczyszczeń przemysłowych
WARTOŚCI GRANICZNE WSKAŹNIKÓW JAKOŚCI WODY
W KLASACH JAKOŚCI WÓD POWIERZCHNIOWYCH
Wskaźniki biologiczne i mikrobiologiczne
klasyfikacji wód powierzchniowych
I - wody bardzo dobrej
jakości
wartości poszczególnych
wskaźników jakości
kształtowane są tylko poprzez
naturalne procesy zachodzące
w warstwie wodonośnej
II - wody dobrej jakości,
wartości wskaźników jakości wody nie
wskazują na źródło antropogeniczne
III - wody zadowalającej jakości
wartości wskaźników jakości wody są
podwyższone w wyniku naturalnych
procesów lub słabego działania
antropogenicznego
klasyfikacji wód powierzchniowych
IV - wody niezadowalającej jakości
V - wody złej jakości
wartości wskaźników jakości wody są
podwyższone w wyniku naturalnych
procesów lub słabego działania
antropoge-nicznego, a wartości
większości ich przekraczają wartości
dopuszczalne dla wody przeznaczonej
do picia,
wartości wskaźników jakości
wody dowodzą
antropologicznego pochodzenia
zanieczyszczeń.
WARTOŚCI GRANICZNE WSKAŹNIKÓW JAKOŚCI WODY
W KLASACH JAKOŚCI WÓD PODZIEMNYCH
WARTOŚCI GRANICZNE WSKAŹNIKÓW JAKOŚCI WODY
W KLASACH JAKOŚCI WÓD PODZIEMNYCH
Wody powierzchniowe, które mogą być wykorzystane do
produkcji wody pitnej klasyfikuje się wg 3 kategorii:
• kategoria A1
woda najlepszej jakości (odpowiada jej klasa I czystości wód),
wymagająca jedynie prostego uzdatniania fizycznego, w
szczególności filtracji oraz dezynfekcji
• kategoria A2
woda gorszej jakości (klasa II i III czystości wód), wymagająca
typowego uzdatniania fizycznego i chemicznego, w szczególności
utleniania wstępnego, koagulacji, flokulacji, dekantacji, filtracji,
dezynfekcji (chlorowania końcowego)
Wody powierzchniowe, które mogą być wykorzystane do
produkcji wody pitnej klasyfikuje się wg 3 kategorii:
• kategoria A3
woda słabej jakości (odpowiada jej klasa IV czystości
wód), wymagająca wysokosprawnego uzdatniania
fizycznego i chemicznego, w szczególności utleniania,
koagulacji, flokulacji, dekantacji, filtracji, adsorpcji na
węglu aktywnym, dezynfekcji (ozonowania,
chlorowania końcowego).
Metodyki referencyjne
Metodyki referencyjne
• Spektrometria UV-Vis
• Spektrometria IR
• Absorpcyjna/Emisyjna spektrometria
atomowa
• Chromatografia gazowa
• Chromatografia jonowa
• Elektrody jonoselektywne
• Ekstrakcja
Barwa
• Substancje humusowe, plankton, roślinność
rozpuszczone i zawieszone sole mineralne (Fe, Mn),
ścieki przemysłowe
• Barwa rzeczywista (po sączeniu) i pozorna
• Wody naturalne 5(I kl.) - 20 (III kl.) mg Pt/dm3 Pt
– Skala platynowo-kobaltowa Pt-Co
– Skala dwuchromiano-kobaltowa Cr-Co
– Metoda opisowa (barwa specyficzna)
Zawiesiny
• Nierozpuszczalne związki organiczne i nieorganiczne
(pochodzenia naturalnego bądź sztucznego)
pływające bądź zawieszone
• Zawiesiny ogólne
– Zawiesiny łatwo- i trudnoopadające
– Zawiesiny mineralne i lotne
• Oznaczenie wagowe po przepuszczeniu przez twarde
sączki bezpopiołowe
Zapach
• istotny przy gospodarczym wykorzystaniu wód
• Lotne związki organiczne, gazy, produkty rozkładu materii
organicznej, ścieki bytowo –gospodarcze i przemysłowe,
naturalne zapachy roślin i zwierząt
• technologie uzdatniania (zapach chloru), obecność
chlorofenoli (0,002 mg/dm3)
• Oznaczenie organoleptyczne (5-10 osób) metodą
progowych rozcieńczeń odpowiadającej 5-stopniowej
skali (0-brak zapachu, 5 – bardzo silny)
Tlen rozpuszczony
• Pochodzi głównie z powietrza
• Jeden z najważniejszych wskaźników jakości wody
• Występuje (prawie) zawsze w wodach powierzchniowych (100
% nasycenia w wodach b. czystych)
• W wodach zanieczyszczonych zużywany na biodegradację
• Poniżej 30-40% rozpoczynają się zmiany w biocenozie
• W wodach nasyconych CO2 tlen sprzyja korozji
• Oznaczanie metodą Winklera lub elektrochemicznie
Metoda Winklera
• Po dodaniu MnSO4, oraz roztworu KI wytrąca się Mn(OH)2 (biały osad)
2 Mn(OH)2 +O2 → 2 MnO(OH)2 (jasnobrązowy osad)
• Mn(IV) powoduje wydzielenie I2 z KI w ilości równoważnej zawartości
tlenu
MnO(OH)2 + 4 H+ → Mn4+ + 3 H2O
Mn4+ + 2 I- → Mn2+ + I2
• I2 miareczkuje się tiosiarczanem(VI) sodu wobec skrobi jako wskaźnika
(do odbarwienia)
I2 + 2 S2O32- → 2 I- + S4O62-
Biochemiczne Zapotrzebowanie na Tlen
• Ilość potrzebnego tlenu (mg/dm3) potrzebna do
utlenienia związków organicznych w wodzie na drodze
biochemicznej
Zw.org. + O2 (bakterie) → CO2 + H2O (I etap)
NH3 → NO2 → NO3 (II etap - nitryfikacja)
• Całkowita mineralizacja (30 dni), najsilniejsze procesy
(5 dni) – BZT5
• Metody oznaczeń – pośrednie, bezpośrednie
Chemiczne zapotrzebowanie na tlen
• Ilość tlenu równoważna ilości zużytego
utleniacza do rozkładu związków organicznych
• Obecność silnych utleniaczy w wodzie:
nadmanganiany, chromiany, jodany i in.
• Zapotrzebowanie na tlen nadmanganianowe
ChZT-Mn
• Zapotrzebowanie na tlen dwuchromianowe
ChZT-Cr (wody silnie zanieczyszczone)
Biogeny
• Azot ogólny Nog
Nog = NNH4 + NNO2 + NNO3, Norg
• Azot amonowy
– rozkład organizmów, ścieki przemysłowe
– toksyczny, korozyjny, konsumujący tlen
• Reakcja z odczynnikiem Nesslera (K2HgI4) –
żółty kompleks – intensywność barwy
proporcjonalna do zawartości NNH4
• Oznaczanie spektrofotometryczne
Biogeny
• Azot organiczny Norg
• Związki azotowe: białka, peptydy, aminokwasy,
mocznik, pirydyna, aminy i in.
• Źródła naturalne i przemysłowe
• Oznaczanie mineralizacją Kjedhala z H2SO4
wobec HgSO4 – Norg przechodzi w NH4(SO4)2
oznaczany jak NNH4
• Azot NNO2 i Azot NNO3 oznaczany na ćwiczeniach
laboratoryjnych
Przewodność właściwa
• Dysocjacja kwasów i zasad w roztworze (elektrolity)
• Przepływ prądu pomiędzy elektrodami – zdolność roztworu
do przewodzenia prądu
• Przewodność słupa cieczy o grubości 1 cm i przekroju 1 cm2
• Mierzona w Simensach S/cm (om-1 cm-1) (częściej mS/cm)
• Woda destylowana: 0.5-2.0 mS/cm
• Wody naturalne: 50-1000 mS/cm (ścieki 10.000 mS/cm)
• Oznaczanie z użyciem konduktometru (z poprawką na
temperaturę)
Zasadowość ogólna
• Zdolność do zobojętniania kwasów mineralnych
• Obecność węglanów i wodorowęglanów, rzadziej
wodorotlenków, krzemianów, boranów, fosforanów
• W wodach naturalnych najwięcej wodorowęglanów Ca i
Mg, mniej K i Na (bardziej zasadowe)
• Wody zasadowe mają ograniczone zastosowanie
technologiczne (kotły, garbarstwo i in.)
• Oznaczenie poprzez miareczkowanie
– pH ok. 8.3 OH- + H+ → H2O (zasadowość wobec fenoloftaleiny)
– pH ok. 4.5 CO32- + H+ → HCO3-
HCO3- + H+  H2O + CO2
(zasadowość ogólna wobec oranżu metylowego)
Siarczany, chlorki, fluorki
• Chromatografia jonowa
• Miareczkowanie
• Metoda wagowa
Metale (w tym metale ciężkie)
• Definicja oparta o gęstość >4,5 g/cm3
• Definicja oparta o toksyczność: metale (Hg, Pb, Cd,
Cr, Ni, Cu, Zn, Bi) półmetale (As Te), niemetale (Se)
• Atomowa spektrometria absorpcyjna
• Atomowa spektrometria emisyjna z plazmą
wzbudzoną indukcyjnie