VISOKA HEMIJSKO-TEHNOLOKA KOLAKRUEVAC

SEMINARSKI RADTema: Voda, znaaj i uloga u prirodi, fizikihemijske osobine Predmet: Tehnologija preiavanja vode

Student: Neboja Murii Br.indeksa:

Profesor: Dr. Dragan Milenkovi

Kruevac, 2012.1

SADRAJ:

2

1. UVOD Jedna od definicija ivotne sredine je: ivotna sredina je sve ono to nas okruuje, odnosno sve ono sa ime je direktno ili indirektno povezana ovekova ivotna i proizvodna aktivnost. Ranije se koristio i pojam prirodna sredina, ali on ne obuhvata aktivnosti oveka niti njegove direktne uticaje. Zbog tehnolokog razvoja koji prouzrokuje i sve vei uticaj oveka na ekosistem, granica izmeu ova termina ivotna i prirodna sredina, postaje sve nejasnija.

2.1.1. Funkcija vode u ivotnoj sredini Voda je najzastupljenija komponenta ivotne sredine, zbog ega u njoj ima centralno mesto. Funkcije vode u prirodi su viestruke, a najbitnije su sledee:-

Voda kao geoloki faktor oblikuje i menja izgled Zemljine kore. Zbog velikog toplotnog kapaciteta, vodene mase utiu na klimu kao i na promenu dnevnonone temperature. Odavanjem i primanjem vode vri se regulacija telesne temperature kod ivih bia. Smatra se univerzalnim rastavraem. Voda je transportni fluid u kruenju u prirodi. Ona ini 60-80 % mase biolokih vrsta na Zemlji.

-

Naalost, ovek je svojim civilizacijskim i tehnolokim razvojem izvrio znaajne promene u planetarnom hidrolokom ciklusu. Raspoloivi resursi vode su smanjeni, a kvalitet voda je opao. Nastavljanjem znaajnog zagaivanja u procesu kruenja vode na planeti moe se ozbiljno ugroziti opstanak svih ivih vrsta.

2.1.2. Biosfera i ekosfera Biosfera (sfera ivota) je prostor na Zemlji gde egzistiraju iva bia. U biosferi se objedinjuju svi stepeni organizacije ivog sveta. Nju sainjavaju delovi Zemljinih sfera koje su naseljene ivim biima: Litosfera Hidrofera Atmosfera

Litofera (Zemljina kora) je vrsti, stenoviti deo Zemlje, debljine oko 70 km. Pedosfera je rastresiti, povrinski deo litosfere.3

Hidrosfera obuhvata sve vode iznad, na i ispod povrine Zemlje. Atmosfera je smea gasova koja okruuje Zemlju, debljine oko 400 km. Najnii deo je troposfera debljine oko 17 km, iznad nje se nalazi stratosfera debljine do 33 km. Iznad startosfere se nalazi mezosfera debljine do 35 km, dalje je termosfera. Gornji slojevi atmosfere apsorbuju visokoenergetsko ultraljubiasto zraenje i kosmiko zraenje, koje bi onemoguilo ivot na Zemlji. U atmosferi se nalazi oko 11 000 km vode, ali se proseno zadrava svega 10 dana, jer voda u atmosferu dospeva isparavanjem, a vraa se kroz atmosferske padavine. Ekosferu (ivotnu sredinu) ine biosfera svet prirode i prirodni resursi i tehnosfera ljudske tvorevine i izumi. 2.1.3. Ekosistemi Ekosistem je prirodno zajednitvo svih biljnih i ivotinjskih vrsta na nekom podruiju, sa svim onim to ih okruuje. Ekosisitem drugaije moemo nazvati i biogeocenoza. U ovom sloenom dinamikom sistemu sve to je u njemu je vrsto povezano. Ekosistem je zapravo jedinstvo biotopa i biocenize. Biotop (stanite) je prostor gde je mogu ivot. Osnovno obeleije stanita je specifinost klime i tla i to tome se biotopi i meusobno razlikuju. Biocenoza je ivotna zajednica odreenih vrsta biljaka i ivotinja meusobno povezanih razliitim odnosima, koji ih ine ivotno zavisnim. 2.1.4. Faktori ivotne sredine ekoloki faktori Faktori ivotne sredine su neophodni za odravanje ivota, ali neki od njih mogu imati negativan uticaj na ive organizme. Ovi faktori se esto nazivaju i ivotni faktori, iako je i dalje zastupljeniji izraz ekoloki faktori. Osnovni faktori ivotne sredine su zemljite, voda i vazduh. Bioloka raznovrsnost biodiverzitet u direktnoj je zavisnosti od ova tri faktora.Istovremeno, faktori ivotne sredine zavise od ivih bia. Biljke i ivotinje svojim metabolizmom utiu na sastav atmosfere. U okviru ova tri osnovna faktora (voda, vazduh i zemljite) deluju biotiki i abiotiki ekoloki faktori. Biotiki ekoloki faktori obuhvataju uzajamne uticaje biolokih vrsta. Biotiki faktori se dele na: - Proizvoako-preraivake (biljke koje obavljaku fotosintezu) - Potroake (ivotinje) - Ralagake tj. reducentske. Abiotiki ekoloki faktori potiu od neive materije i obuhvataju: - Klimatske faktore - Geofizike faktore - Edafske faktore - Orografske faktore4

2.2. UZAJAMNA ZAVISNOST HIDROSFERE, LITOSFERE I ATMOSFERE Funkcionalna povezanost ekosistema biosfere zasniva se na kruenju materije i proticanju energije u planetarnim razmerama. 2.2.1. Kruenje materije Bioloku komponentu biosfere ini biomasa ivih organizama koju izgrauju osnovni biogeni elementi C,O,H,N i P. Biomasa u biosferi prolazi kroz lanac ishrane od stvaranjem pute, fotosinteze do mineralizacije pod dejstvom mikroorganizama. Ovaj tok kruenja predstavlja biogeohemijske cikluse materije na Zemlji. Kruenje ugljenika Ugljenik (C) u obliku ugljenik(IV)-oksida se nalazi u atmosferi i hidrosferi. U procesu fotosinteze uestvuje u u izgradnji organskih jedinjenja koja ine biomasu. Jedan deo se vraa u atmosferu i vodu tokom procesa disanja organizama, ali se najvei deo vraa u spoljanju sredinu u procesu truljenja. Deo ugljenika u biomasi koja u specifinim uslovima nije istrunula vezan je u fosilnim gorivima (nafta,ugalj i gas). Sagorevanjem fosilnih goriva ugljenik ulazi u atmosferu, a samim tim se poveava njegova koncentracija. To je najvei razlog pojave efekta staklene bate. Kruenje kiseonika Kiseonik (O) se nalazi u atmosferi i rastvoren u vodi. Koristi se u procesu disanja organizama, a vraa se u spoljanju sredinu procesom fotosinteze. Kruenje azota Azot (N) se nalazi u atmosferi, ali ga veina organizama ne moe koristiti direktno iz atmosfere. Truljenjem i razlaganjem biomase, azot se oslobaa u zemljite u obliku amonijaka. Drugi prirodni oblik vezivanja azota je prevoenje iz gasovitog u nitritni i nitratni oblik. Izvor azota usled ljudke delatnosti su mineralna ubriva i pesticidi. Kruenje fosfora Fosfor (P) se u litosferi nalazi kao slabo rastvoran fosfat gvoa i kalcijuma. U pedosferi prelazi u rastvoran oblik. Veliki izvor fosfora su detrdenti, mineralna ubriva, pesticidi i guano ubriva.Uginuem biljaka i ivotinja i mikrobiolokom mineralizacijom vraa se u bioloki ciklus. Kruenje sumpora Prirodno se sumpor (S) nalazi u zemljitu u obliku sulfida, sulfata i sulfita. U ive organizme ulazi u obliku sulfata i sulfida. Velike koliine sumpora se oslobaaju u atmosferu u obliku sumpor(IV)-oksida pri sagorevanje fosilnih goriva. Deo na Zemlju dospeva u vidu kiselih kia. 2.2.2. Protok energije i lanac ishrane Neprekidnost protoka i transformacije energije u ivim sistemima je osnovni preduslov njihovog opstanka i razvoja.protok energije u ivim organizmima ostvaruje se kroz metabolizam u kome je razmena energije visokoregulatoran proces. Primarni izvor energije je Suneva energija

5

ENERGIJA SUNCA

ORGANSKA SUPSTANCA

ZELENE BILJKE

R A Z L A G A I

BILJOJEDI

E N E R G I J A

MESOJEDI I REDA

NEORGANSKA SUPSTANCA

MESOJEDI II REDA

ematski prikaz trofinih odnosa lanca ishrane i energije U lancu ishrane organska supstanca se postepeno mineralizuje dajui na kraju lanca ishrane evivalentnu koliinu neorganske supstance koja moe da se koristi za produenje lanca ishrane, ime se ostvaruje njeno kruenje. Paralelno sa transformacijama materije tee i transformacija akululirane energije. ivi sistemi se pokravaju drugom zakonu termodinamike, to znai da sistemi bez priliva energije gube sposobnost obavljanja rada. Pored navedenog, u ekosistemima postoji i drugi tip lanca ishrane u kome polazana osnova nisu biljke nego organske supstance, odakle se energijom snadbeva znatan broj mikroorganizama razlagaa, pa se zato ovaj lanac ishrane naziva detritusnim ili degradacionim lancem. 2.2.3. Kruenje vode (hidroloki ciklus) Kruenje vode je najobimniji biogeohemijski ciklus na Zemlji. Bez ovog kruenja ne bi bilo mogue odravanje biolokog kruenja u prirodi, kao ni funkcionisanje ekosistemai biosfere u celini, a to znai da ne bi bio mogu opstanak ivih bia na planeti. Zahvaljujui stalnom kruenju, sva voda na Zemlji se neprestano obnavlja i povezana je u jedinstveni vodeni omota Zemlje ili hidroferu.

6

U kruenju uestvuje i povrinska i podzemna voda, a samo kruenje omoguava vie prirodnih pojava od koji su najznaajnije isparavanje sa povrine Zemlje evaporacija, preko biljaka transpiracija i ivotinja respiracija, padavina precipitacija, povrinsko oticanje i podzemno oticanje podzemne vode. Da bi uopte dolo do padavina, potrebno je da se ostvare sledei uslovi: - Postojanje atmosferske vlanosti - Proces kondenzacije kao posledica hlaenja vazduha i - Prisustvo kondenzacionih jezgara. Prema mestu gde nastaju padavine se mogu razvrstati na: - Visoke (kia, sneg, grad) - Niske (rosa, inje, slana, magla). Visoke padavine nastaju podizanjem vlanog vazduha u atmosferu. Razlikuju se tri vrste precipitacija: - Konvektivna precipitacija - Orografska precipitacija - Ciklonska precipitacija 2.2.4. Podzemna voda Podzemna voda je deo padavina (precipitacije) koji prodire (infiltrira) u zemljite i predstavlja bitnu fazu hidrolokog ciklusa. U podzemnom delu hidrosfere javljaju se dve osnovne zone: - Zona aeracije (nezasiena zona) - Zona zasienja podzemnih voda. Zona aeracije obuhvata gornje slojeve litosfere, od povrine Zemlje do povrine slobodnih podzemnih voda. Zona zasienja podzemnih voda se nalazi ispod nivoa slobodnih podzemnih voda. 2.2.5. Povrinsko oticanje Povrinsko oticanje predtavlja deo hidrolokog ciklusa koji obuhvata sve povrinske tekue vode: potoke, reice i reke. Veliina oticanja, odnosno vrednost protoka i njegove promene, zavise uglavnom od koliine i raspodele atmosferskih padavina, od veliine i oblika vegetacionog pokrivaam od vrste i stanja zemljita i od opte topografije vodozahvatne povrine.

7

2.2.6. Veza izmeu zagaivanja vazduha i zagaenja vode Povezanost izmeu atmosfere i hidrosfere iskazuje se na brojne naine, a jedan od najoiglednijih je njihova povezanost sa zagaenjem koje se iskazuje pojavom kiselih kia i zakieljavanjem mora i okeana. Kisele kie su padavine koje su zagaene sumpor(IV)-oksidom, oksidima azotam, amonijakom i sl. One , pre svega, tetno deluju na oskudne brdske predele. Kiseline takoe rastvaraju teke metale u zemljitu, koji zatim deluju otrovno na bioloke vrste. 2.3. HEMIJSKA I FIZIKA SVOJSTVA VODE U prirodi nema apsolutno iste vode, ve svaka prirodna voda predstavlja smeu hemijski iste vode i niza primesa, ije vrste i koncentracija odreuju kvalitet vode, a time i mogunost direktnog korienja za odreenu namenu. Hemijski ista voda je supstanca koja, pod uslovom da se zanemari prisustvo minimalnih koliina razliitih izotopa u njoj, ima potpuno odreen hemijski sastav i tano definisana hemijska i fizika svojstava. Hemijska formula vode, H2O, veoma je jednostavna, ali specifina struktura vode uslovljava jedinstvene karakteristike vode u prirodi i ivotu ljudi. Molekul vode je izgraen od jednog atoma kiseonika, koji je sp hibridizovan i dva atoma vodonika, koji se vezuju za kiseonik preko njegovih sp hibridnih orbitala. Molekul vode je dipol. Zahvaljujui ovakvoj strukturi i karakteristikama molekula vode, odnosno postojanju vodonine veze, u tenom i vrstom stanju molekuli vode su asocirani i obrazuju molekulske agregate. 2.3.1. Gustina vode Postojanje vodoninih veza izmeu molekula vode doprinosi znatno jaim meumolekulskim silama, a time i viim temperaturama kljuanja i topljenja. Kada je voda u vrstom stanju, tj. u obliku leda, svaki molekul se okruujuim molekulima obrazuje etiri vodonine veze. Pored temperature, gustina prirodnih voda zavisi i od koliine i sastava u njoj rastvorenih i dispergovanih estica. Temperatura (C) 0 4 (3,98) 10 15 20 25 30 100 Gustina (kg/dm) 0,99984 1,00000 (0,999973) 0,99970 0,99910 0,99821 0,99705 0,99565 0,95836 Zavisnost gustine vode od teperature 2.3.2. Toplotna svojstva vode8

Specifini toplotni kapacitet vode, odnosno koliina toplote koja je potrebna da se 1 kg vode zagreje za 1 K (1 C) iznosi 4,186 kJ/kgK na 0 C. Standardna entalpija (latemtna toplota) topljenja leda, odnosno koliina energije koja je potrebna za raskidanje vodoninih veza u dovoljnoj meri da se led na 0 C prevede u potpunosti u tenu vodu iste temperature, iznosi 320 kJ/kg. Standardna entalpija isparavanja vode iznosi 2260 kJ/kg. Toplotna provodljivost vode je samo 0,632 W/mK (na 40 C), pa je voda dobar izolator. Specifine toplotne karakteristike ine vodu najpogodnijim medijumom za kontrolisanje teperaturnih promena i prenoenje toplote. Zahvaljujui velikom specifinom toplotnom kapacitetu, vodene mase u prirodi deluju kao ogromni prirodni regulator temperature tokom godine. 2.3.3. Uticaj toplotnih svojstava i gustine vode na odravanje akvatinog ivota Specifinosti vode u pogledu male toplotne provodljivosti i zavisnosti gustine od promene temperature, kao i odnosa gustine leda i gustine vode na temperaturi mrnjenja (topljenja), imaju izuzetan znaaj na odravanje akvatinog ivota tokom itave godine. Npr.: tokom leta, kada su temperature vazduha visokem uspostavlja se temperaturni gradijent po dubini jezera, ime jezero biva raslojeno. Povrinski slojevi vode se obogauju kiseonikom iz vazduha, ali zbog male brzine difuzije kiseonika kroz vodu i navedene nemogunosti meanja, donji slojevi vode bivaju osiromaeni kiseonikom i takva voda je loijeg kvaliteta. U jesen, snienjem temperature vazduha, dolazi do hlaenja epilimniona i u jednom trenutku se temperatura vode po dubini jezera izjednaava. Time se omoguava oksigenacija itave vode u jezeru. Kada temperatura padne ispod 4 C, gustina povrinskih slojeva opet postaje manja od gustine dubljih slojeva. Kada temperatura povrinske vode padne na 0 C, stvaraju se uslovi za stvaranje ledene kore na povrini jezera. U prolee raste temperatura vazduha, ledena kora se otapa, voda u epilimnionu se postepeno zagreva i im se izjednai sa temperaturom vode u hipolimnionu, ponovo se stvaraju uslovi za meanje sadrine jezera. 2.3.4. Napon pare vode Napon pare vode je pritisak pare u dodiru sa vodom u tenom agregatnom stanju, pri emu je brzina isparavanja vode sa povrine jednaka brzini kondenzacije pare na povrini tenosti. Najvei uticaj na napon pare tenosti ima temperatura, dok je uticaj pritiska znatno manji. Temperatura (C) 0 5 10 15 20 Napon pare (Pa) 611 872 1227 1704 2337 Temperatura (C) 40 50 60 70 80 Napon pare (Pa) 7378 12340 19926 31169 473679

25 30 35

3167 4243 5624

90 100

70113 101325

Zavisnost napona pare od temperature Ovaj parametar je od izuzetnog znaaja za hidroloki ciklus, odnosno za neprekidno kruenje vode u prirodi. 2.2.5. Povrinski napon vode Pojava da se povrina tenosti ponaa kao zategnuta membrana, teei da zauzme sferni oblik, tj. da smanji svoju povrinu, naziva se povrinski napon. Voda ima veoma veliki povrinski napon. Temperatura (C) 10 20 30 40 50 Povrinski napon (N/m) 0,0741 0,0726 0,0710 0,0694 0,0678 Temperatura (C) 60 70 80 90 100 Povrinski napon (N/m) 0,0660 0,0643 0,0625 0,0607 0,0588

Zavisnost povrinskog napona vode od temperature 2.3.6. Optika svojstva vode Prozirnost vode, odnosno propustljivost svetlosti, zavisi od talasne duine svetlosti. Voda dobro proputa ultraljubiaste zrake, dok je propustljivost infracrvenih zraka, koji su znaajni sa fizikog i biolokog stanovita, veoma mala. 2.3.7. Elektrina svojstva vode Zahvaljujui velikoj polarnosti molekula, vodu karakterie visoka vrednost dielektrine konstate, to je ini univerzalnim rastvaraem. Voda je slab elektrini provodnik.

2.4. PROCESI U VODI10

Voda je jedna od osnovnih supstanci neophodnih za odravanje ivota, ali i jedan od osnovnih medijuma za odigravanje hemijskih procesa. U nekim hemijskim reakcijama voda uestvuje i kao reaktant. 2.4.1. Rastvaranje Rastvaranje je osnovni proces koji odreuje hemijski sastav prirodnih voda, jer procesom rastvaranja razliite supstance dospevaju u vodu. Rastvaranje gasova u vodi se odvija bez hemijske reakcije. Rastvorljivost tenosti u vodi prvenstveno zavisi od polarnosti molekula. Kada govorimo o rastvaranju vrstih supstanci u vodi, rastvorljivost se definie kao masa vrste supstance koja se moe rastvoriti u odreenoj masi vode (100g) pri odreenoj temperaturi.Sa aspekta prirodnih i tpadnih voda od izuzetnog je znaaja veliina i naelektrisanje estica vrste faze koja se nalazi u vodi. 2.4.2. Adsorpcija i bioakumulacija Adsorpcija u vodenoj sredini se odvija na povrini suspendovanih estica, koje su najee estice sedimenta, ali esto i estice koje su u vodu dospele kao rezultat antropogenog zagaivanja vode. Procesi adsorpcije u vodenoj sredini doprinose promeni koncentracije zagaujuih supstanci u vodi, jer se koncentrisanjem na graninoj povrini vrsto-teno zagaujue supstance izdvajaju iz vode. Pored procesa adsorpcije na suspendovanim esticama, u vodenoj sredini se odigravaju i procesi akumulacije (usvajanja) zagaujuih supstanci od strane vodenih organizamam (bioakumulacija). 2.4.3. Isparavanje Koliina zagaujuih supstanci u vodi moe se menjati i usled isparavanja. Brzina isparavanja zavisi od brojnih faktora, od kojih je naravno najvaniji faktor priroda zagaujuih supstanci, odnosno njen napon pare. 2.4.4. Oksido-redukcioni procesi Oksido-redukcione reakcije su karakteristine po tome to u njima dolazi do razmene elektrona, pri emu je ksidacija otputanje elektrona, a redukcija primanje. U prirodnim vodama se odigravaju brojne oksido-redukcione reakcije, koje odreuju dominantan oblik u kome se nalaze primese vode. Izuzetan znaaj za kvalitet vode imaju procesi biohemijske oksidacije organskih supstanci, u kojima mikroorganizmi enzimima katalizuju reakcije razgradnje organskog materijala. Oksido-redukcioni procesi pod dejstvom mikroorganizama su takoe od velikog znaaja za oblik u kome e se azot nalaziti u prirodnim vodama.

11

2.4.5. Hidroliza Hidroliza je reakcija soli i vode, pri emu se dobijaju kiselina i baza. Reakcijama hidrolize podleu soli koje su nastale reakcijom slabih kiselina i jakih baza, slabih baza i jakih kiselina, kao i soli slabih kiselina i slabih baza. Procesi hidrolize iamju velikog uticaja na karakteristike prirodnih vodam pre svega na alkalitet i pH vrednost. Najznaajnija reakcija hidrolize u prirodnim vodama je hidroliza hidrogenkarbonatnih jona, koji su u vodi prisutni kao soli klacijuma i magnezijuma: HCO + HO HCO + OH

2.4.6. Fotohemijski procesi Povrinske prirodne vode su tokom dana izloene dejstvu suneve svetlosti, koja moe da izaazove brojne fotohemijske promene, prvenstveno na organskim primesama u vodi. Kontinualna izloenost prirodnih voda Sunevom UV zraenju dovodi do direktne razgradnje odreenih organskih molekula ili, u nekim sluajevima, do potpune mineralizacije, odnosno prevoenja u neorganske komponente. Razgradnja organskih molekula pod dejstvom UV zraenja i oksidacionih sredstava naziva se fotooksidacija.

2.5. HEMIJSKI SASTAV PRIRODNIH VODA12

Hemijski sastav i kvalitet voda formira se u zavisnosti od procesa koji se odvijaju pri neprekidnom uzajamnom dejstvu vode, zemljita, gasova i ivih bia. Kao rezultat tih procesa prirodne vode imaju odreen hemijski sastav. Sastav povrinskih voda jako varira. Naistije su vode brdskih potoka i reka, koje sadre veoma malo organskog materijala, mikroorganizama i rastvorenih soli. Voda u jezerima moe biti slatka ili slana. Sastav slatkovodnih jezera je slian sastavu renih voda. I podzemne vode imaju razliit hemijski sastav, to zavisi od hemijskog sastava zemljita sa kojim su bile u dodiru. Podzemne vode sa velikom koliinom rastvorenih minerala nazivaju se mineralne vode. Uobiajni sastojci prirodnih voda

PRIMESE U VODI

GASOVI

SUSPENDOVANE ESTICE

RASTVORENE SOLI

ORGANSKI SASTOJCI

kiseonik, azot, ugljenik (IV)-oksid amonijak, Itd.

silikati i skeleti biljaka

organske kiseline, eeri, alkoholi, humusne i tresetne supstance, mikroorganizmi

SOLI TVRDOE

SOLI KOJE NE INE TVRDOU NaSO NaCl NaNO NaHCO Fe(HCO) KHCO SiO itd.

KARBONATNA TVRDOA

NEKARBONATNA TVRDOCA

Ca(HCO) Mg(HCO)

CaSO CaCl Ca(NO) itd

MgSO MgCl Mg(NO)

13

Rastvorene soli dospevaju u vodu rastvaranjem minerala pri njenom prolasku kroz Zemljinu koru. Rastvoreni gasovi obino dospevaju u vodu pri dodiru sa vazduhom. Suspendovane i koloidno dispergovane estice su skoro redovno prisutne u povrinskim vodama, a u podzemnim vodama ih uglavnom nema. Organske supstance u vodi mogu se svrstati u tri grupe: - Prirodna organska jedinjenja - Sintetska (vetaka) organska jedinjenja - Organska jedinjenja nastala u toku pripreme vode za pie. 3. KVALITET I KONTROLA KVALITETA VODE Kvalitet vode je relativan pojam, koji biva potpuno definisan tek kada je, pored spoznavanja primesa, poznata i budua namena te vode. Prema tome, kvalitet vode se moe definisati kao podobnost vode za odreenu upotrebu: snadbevanje ljudi ili ivotinja, snadbevanje industrije, odravanje zdravog akvatikog ivota, navodnjavanje zemljita, rekreaciju i dr. Za karakterizaciju vode odreuju se razliiti fiziki, hemijski, bioloki i radioloki pokazatelji kvaliteta. Sastav prirodnih i otpadnih voda se najee izraava u mg/dm. 3.1. Postupci uzimanja uzoraka vode za analizu U zavisnosti od vrste vode, uzorci za ispitivanje se uzimaju sa izvora, esme, iz bunara, jezera, reka, mora, kanala, rezervoara i sl. Iako bi se oekivalo da su uzorci vode kao tenosti homogeni, to najee nije sluaj. Povrinske vode, a jo vie otpadne, retko imaju ujednaen sastav, jer sastav zavisi od velikog broja parametara. Uzorak vode za ispitivanje mora da bude reprezentativan, to znai da sastav uzetog uzorka treba da odgovara sastavu vode u ispitivanom poprenom preseku i odreenom vremenu. Zahvaeni (trenutni) uzorak je odreena zapremina vode zahvaena u odreeno vreme, na odreenom mestu. On se uzima iz velike koliine vode daleko od obale, pa je dovoljno uzimati uzorak svake dve nedelje ili jednom meseno. Vreme koje protekne od vremena uzimanja uzorka do analize treba da je to krae, ali ne sme biti due od 12 h za zagaene vode, 48 h za slabo zagaene i 72 h za nezagaene. Pri uzimanju i uvanju uzorka stalno treba imati u vidu da voda predstavlja dinamiki sistem, podloan stalnim promenama. Meoviti (kompozitni) uzorak predstavlja smeu pojedinanih zahvaenih uzoraka koji su uzeti u odreenim vremeskim razmacima ili kontinuirano u toku odreenog vremena sa odreenog mesta. Meoviti uzorak moe se uzimati povremeno, runo ili automatski, i stalno, automatski. Pri povremenom uzimanju razlikuju se tri sluaja: 1) Kada je koncentracija promenljiva, a protok vode stalan. 2) Kada su koncentracija i protok vode promenljivi 3) Kada voda protie sa prekidima.

14

Vremenski razmaci izmeu uzimanja pojedinanih uzoraka mogu biti od po 10 minuta do 1 asa, u zavisnosti od tanosti koja se eli postii, od duine vremena skupljanja meovitog uzorka i od zakonskih propisa kojima se definie nain pripreme ove vrste uzorka. Kontinuirano ili stalno, neprekidno uzimanje meovitog uzorka podrazumeva izdvajanje dela toka vode. Skupni (zbirni) uzorak se dobija meanjem pojedinanih zahvaenih uzoraka koji su uzeti istovremeno sa razliitih mesta i dubina, tj. sa razliitih poprenih preseka vodene mase. 3.2. Tehnike i oprema za uzimanje uzoraka Smatra se da je jo uvek najtanije runo uzimanje uzoraka. Runo uzorkovanje vode je zametno, nosi opasnost, pa su potrebne posebne mere predostronosti. Zbog toga se danas sve vie koristi veliki broj automatskih ureaja. Pored tanosti uzorkovanja, automatski ureaji za uzorkovanje moraju zadovoljavati sl. zahteve: - Mahanika otpornost - Otpornost na koroziju - Tano i lako podeavanje vremenskog razmaka uzimanja i koliine uzorka - Mogunost alternativnog napajanja energijom - Lako montiranje na mestu uzorkovanja - Laka manipulacija sudom za uzimanje uzoraka itd. Automatskim ureajima novije generacije mogu se uzimati sve vrste uzoraka, ali sami na jednom mestu. 3.3. Izbor postupaka za analizu vode Izmeu postupaka koji se primenjuju za analizu pojedinih sastojaka nezagaene i zagaene vode najee ne postoji razlika. Za odreivanje mnogih metala koristi se atomska apsorpciona spetrofotometrija, koja pokriva dosta irok opseg koncentracija. Obim ispitivanja vode zavisi od prirode vode i svrhe za koju je namenjena. Kada se radi o vodi za pie, higijenska ispravnost se utvruje: - Osnovnim i periodinim pregledom - Pregledom vode iz novih zahvata - Pregledom na osnovu higijensko-epidemiolokih indikacija. Prilikom svakog pregleda vode iz vodovoda uzorci vode se uzimaju iz: - Svakog izvorita - Rezervoara vode za pie - Vodovodne mree, a broj taaka se odreuje zavisno od broja stanovnika. 3.4. Fiziki pokazatelji kvaliteta vode U fizike pokazatelje kvaliteta vode spadaju: temperatura, ukus i miris, boja (obojenost), mutnoa, koliina ukupnih vrstih estica i elektroprovodnost.15

3.4.1. Temperatura vode Temperatura prirodnih i otpadnih voda predstavlja veoma vaan pokazatelj kvaliteta vode, zbog izraenog uticaja na brzinu hemijskih i biohemijskih reakcija i procesa. Temperatura povrinskih voda se menja u zavisnosti od spoljanje temperature, a temperatura podzemnih voda je relativno konstantna tokom cele godine i iznosi oko 10 C. Temperatura vode se najee meri ivinim termometrom i to na mestu uzorkovanja odmah nakon uzimanja uzorka. 3.4.2. Ukus i miris vode Ukus i miris vode su mera fiziolokog odaziva odgovarajuih ula. Dok se miris odreuje i za istu i za otpadnu vodu, ukus se odreuje samo za istu i preienu vodu. Miris i ukus vode su od posebnog znaaja za vodu za pie, vodu koja slui za pripremanje namirnica, pia i farmaceutskih proizvoda. Ukus i miris se odreuju iskljuivo organoleptiki, pa je uticaj subjektivnog faktora veoma veliki, imajui u vidu da se osetljivost ula ukusa i mirisa kod razliitih ljudi razliita. Kvalitativni izrazi koji se koriste u opisu mirisa i ukusa najee su: movarni, medicinski, septiki, fenolni, miris ribe, miris trave, itd. 3.4.3. Mutnoa vode Mutnoa vode je optiko svojstvo vode da rasipa i apsorbuje u razliitiom odnosu proputenu svetlost, zavisno od stepena meusobnog delovanja svetlosnog zraka i u vodi suspendovanih i koloidno dispergovanih estica. Mutnou prouzrokuju: glina, mulj, planktoni i drugi mikroskopski organizmi, razliite suspendovane i koloidno dispergovane organske i neorganske estice. Mutnoa vode se danas odreuje iskljuivo nefelometrijski, odnosno menjanjem inteziteta dela svetlosti iz standardnog svetlosnog izvora kojeg suspendovane estice skreu pod pravim uglom. Treba naglasiti da mutnoa predstavlja najvie korieni pokazatelj kvaliteta vode za praenje pojedinih faza procesa prerade vode i proesa u celini. 3.4.4. Boja Boja (obojenost) predstavlja pravu boju uzorka vode koja potie od rastvorenih supstanci i odreuje se kada se odstrani mutnoa, dok se pod vidljivom bojom podrazumeva boja orginalnog uzorka bez prethodnog uklanjanja mutnoe. Boja prirodnih voda potie od jona metala, humusnog, tresetnog, biljnog materijala i planktona. Odreivanje boje se svodi na vizuelno poreenje uzoraka vode sa serijom obojenih standardnih rastvora, poznate koncentracije ili sa staklenim diskovima koji su kalibrisani prema standardnim obojenim rastvorima.

16

Boja vode zavisi i od pH vrednosti i od mutnoe. 3.4.5. Ukupna koliina vrstih estica Ukupna koliina vrstih estica predstavlja suvi ostatak nakon potpunog uparavanja 1 dm vode na 103-105 C. Ovaj pokazatelj kvaliteta obuhvata sve rastvorene, koloidno dispergovane i suspendovane vrste estice u vodi. Ukupne vrste estice obuhvataju i neorganske i organske komponente. Vode koje sadre puno suvog ostatka nemaju dobar ukus, nisu pogodne ni za primenu u industriji. 3.4.6. Elektroprovodnost Elektroprovodnost predstavlja ukupne elektrolite, odnosno jone u vodi. Elektroliti u vodi utiu na sve aspekte njene prerade i njene podobnosti za odreenu primenu. Merenje elektroprovodnosti vri se ili merenjem otpora rastvora elektrolita u niskofrekvetnom elektrinom polju ili merenjem kapacitivnosti rastvora u polju visoke frekvencije, Standardna jedinica elektroprovodnosti je simens (S). 3.5. Hemijski pokazatelji kvaliteta voda Hemijski pokazatelji kvaliteta vode mogu biti i nespicifini i specifini. Nespecifini pokazatelji kvaliteta vode su: - pH vrednost - tvrdoa - alkalitet - ukupan organski ugljenik (TOC) biohemijska potinja kiseonika (BPK) - hemijska potronja kiseonika (HPK) - itd. Specifini hemijski pokazatelji predstavljaju koncentracije odreenih ekoloki znaajnih hemijskih supstanci u njoj, odnosno pojedinane koncentracije tih supstanci. 3.5.1. pH vrednost vode pH vrednost vode predstavlja koliinu H i zavisi od vrste i koliine prisutnih primesa. Hemijski ista voda na 25 C ima pH vrednost 7, ali pH vrednost prirodnih voda lei u intervalu od 4,5 do 8,3. Zbog uticaja pH vrednosti na hemijska i bioloka svojstva vode, odreivanje pH je veoma bitno, na primer, za suzbijanje korozije i kontrolisanje procesa i ureaja za preiavanje otpadnih voda.

17

3.5.2. Tvrdoa vode Tvrdoa vode potie od rastvorenih soli kalcijuma i magnezijuma. Ukupna tvrdoa vode (UT) predstavlja ukupan broj klacijumovih i magnezijumovih jona rastvorenih u 1 dm vode, bez obzira na to sa kojim anjonima se nalazi u ravnotei. Prema ukupnoj tvrdoi, vode se mogu klasifikovati u nekoliko grupa: Kvalitet vode Vrlo meka voda Meka voda Umereno tvrda voda Tvrda voda Vrlo tvrda voda Tvrdoa (nemaki stepeni) 25

Sa uvoenjem jonske izmene u procese prerade vode, definisane su jo dve vrste vrdoe: - anjonska tvrdoa (AT) - bazna tvrdoa (BT). 3.5.3. Alkalnost (baznost) vode Alkalitet vode predstavlja njenu sposobnost da neutralie jaku mineralnu kiselinu. Osnovni oblik alkaliteta predstavljaju hidrogenkarbonatni joni hidrogenkarbonatni alkalitet (HKA). Pri intenzivnoj fotosintentskoj aktivnosti koja moe rezultirati porastom pH vrednosti vode i do 10, znaajan doprinos vrednosti alkaliteta mogu dati i karbonatni i hidroksilni joni karbonatni alkalitet (KA) i hidroksilni alkalitet (HA). Vrednosti alkaliteta izraavaju se u istim jedinicama kao i tvrdoa, odnosno u mg CaCO/dm. U praksi se esto alkalitet izraava u cm sandardnog rastvora kiseline koja je potrebna za titraciju 1 dm vode. 3.4.5. Kiselost (aciditet) vode Kiselost vode predstavlja sposobnost vode da neutralie bazu. Kiselost prirodnih voda uglavnom potie od prisustva ugljene kiseline, a ponekad i od huminskih kiselina. Aciditet vode se ispituje titracijom odreene koliine vode rastvorom NaOH, koncentracije 0,1 mol/dm. 3.5.5. Biohemijska potronja kiseonika Biohemijska potronja kiseonika BPK, je koliina kiseonika rastvorenog u 1 dm vode potrebna za biohemijsku oksidaciju organskih supstanci, to slui kao hrana prvenstveno bakterijama u vodi, a pod tano definisanim uslovima. BPK predstavlja parametar kvaliteta koji se izraava koliina organskih supstanci u vodi.

18

Biohemijska oksidacija organskih supstanci je vrlo spor proces i teorijski bi bilo potrebno beskonano dugo vreme da se proces zavri. Meutim, za 20 dana biva oksidisano 95-99 % prvobitno prisutnih organskih supstanci. 3.5.6. Hemijska potronja kiseonika Hemijska potronja kiseonika HPK, su miligrami kiseonika iz KCrO utroenih na hemijsku oksidaciju svih zagaenih supstanci, koje su prisutne u 1 dm vode. Odreivanje HPK traje znatno krae od odreivanja BPK, oko 2-3 sata. 3.5.7. Potronja kiseonika iz kalijum-permanganata Potronja kiseonika iz kalijum-permanganata jeste koliina kiseonika iz KMnO koja se utroi za hemijsku oksidaciju organskih supstanci u 1 dm vode, pod odreenim uslovima. Zbog formalne slinosti sa HPK parametrom vrlo esto se indetifikuje sa HPK parametrom, to predstavlja greku. 3.5.8. Ukupni organski ugljenik Ukupni organski ugljenik predstavlja objektivnije i tanije odreivanje ukupne koliine organskih supstanci u vodi nego bilo koji drugi pokazatelj kvaliteta. Ovako odreivanje omoguuje merenje i kontinuirano praenje koliine organskih zagaujuih supstanci u vodi. Za odreivanje ukupnog organskog ugljenika primenjuju se dve metode: metoda oksidacija i infracrvena detekcija (koncentracija od 2 do 20 mg/dm) - metoda redukcije i plameno-jonizacione detekcije (koncentracija od 1 do 2000 mg/dm). 3.5.9. UV apsorpcija UV apsorpcija (apsorpcija UV zraenja) je pokazatelj koji govori vie o prirodi organskih supstanci u vodi nego o njihovoj koncentraciji. Odreivanje se zasniva na injenici da jednostavni stabilni alifatini molekuli praktino ne apsorbuju ultralmubiasto zraenje, dok sloene multiaromatine, multikonjugovane supstance jako apsorbuju ovo zraenje. 3.5.10. Ugljena kiselina Ugljena kiselina se u prirodnim vodama moe nai u tri osnovna oblika: 1) hidrogenkarbonatni joni (HCO); 2) karbonatni joni (CO); 3) slobodni ugljenik(IV)-oksid (CO). Sva tri oblika predstavljaju komponente ugljeno-kisele ravnotee u vodi. Pored problema poveanja CO u vodi, odnosno postojanja agresivnog CO, u pripremi vode za odreene industrijske namene veliki problem moe biti i smanjena koliina CO, tj. manja od ravnotee.

19

Na osnovu koliina slobodnog CO u vodi, definie se stabilnost vode. Stabilna voda u kojoj se CO nalazi i ravnotei sa hidrogenkarbonatnim jonima, pa ne dolazi do taloenja CaCO, niti je javlja agresivni CO. stabilnost vode se moe odrediti tzv. Testom sa mermerom. 3.5.11. Gvoe Gvoe se u prirodnim vodama nalazi u razliitim oblicima: Kao rastvoreno u Fe i Fe jona Kao neorganski koloidi u obliku Fe(OH), Fe(OH) i FeS Kao organski koloidi u suspendovanom obliku kao Fe(OH), Fe(OH) i FeS. U kom obliku e gvoe biti prisutno u vodi utiu: - pH vrednost vode - koliina rastvorenog kiseonika - sastav zemljita i dr. Gvoe u vodi ne utie tetno na ljudsko zdravlje, ali je njegovo prisustvo u vodi nepoeljno, jer joj daje bljutav, neprijatan ukusm koji porastom koncentracije postaje bljutav. Koncentracija gvoa u vodi se moe odrediti na nekoliko naina. Metoda spektofotometrijskog odreivanja sa 1,10-fenatrolinom je najea. Takoe se koncentracija gvoa moe odrediti kolorimatrijski i atomskom apsorpcionom sektrofotometrijom. 3.5.12. Mangan Mangan u vodama je ree prisutan i u manjim koncentracijama nego gvoe. Javlja se uglavnom u rastvornom obliku kao Mn jon. Mangan ima slian uticaj na kvalitet vode kao i gvoe, ali se uticaj ispoljava pri niim koncentracijama. Koncentracija mangana u vodi se odreuje ili atomskom apsorpcionom spektrofotometrijom ili spetrofotometrijski, putem permanganata. 3.5.13. Hloridi Hloridi su iroko rasprostanjeni u prirodi, pa i u hidrosferi. Prisutni su u mineralnim sedimentima, u morskoj vodi, u vazdunim masam iznad mora i okeana, odakle noeni vetrom dospevaju na kopno, u humanim i animalnim izluevinama,a time u komunalnoj otpadnoj vodi i u industrijskim otpadnim vodama. Veina slatkih povrinskih voda ne sadri vie od 50 mg/dm hlorida, a nikada vie od 200 mg/dm, to predstavlja maksimalnu dozvoljenu koncentraciju u vodi za pie. Postojanje hlorida u vodi moe se odrediti na nekoliko naina: - argenometrijski ili Morov postupak; - merkurimetrijska titracija; - kolorimetrijski, Fe(III)-jonima i tiocijanatom; - potenciometrijski, korienjem jon-selektivne elektrode. 3.5.14. Sulfati20

Sulfati su, kao i hloridi, uobiajeni sastojak veine prirodnih voda. Poveana koncentracija sulfata, naroito u prisustvu magnezijuma, daje takvoj vodi purgativna (laksativna) svojstva. Prisustvo sulfata u vodi koja se koristi u termoenergetskim sistemima je nepoeljno, zbog mogunosti obrazovanja tvrdog sulfatnog kamenca. Koncentracija sulfata u vodi se odreuje titrimetrijski ili kompleksometrijskom titracijom. 3.6. Mikrobioloka ispitivanja vode. Mikrobioloka ispitivanja vode obuhvataju: - bakterioloke metode; - virusoloke metode; - parazitoloke metode. 3.6.1. Bakterioloke metode Bakterioloka ispitivanja vode obuhvataju rutinska i specijala ispitivanja. Rutinska ispitivanja su: - odreivanje ukupnog broja svih ivih bakterija u 1 cm vode i - dokazivanje prisustva u vodi bakterija indikatora. Odreivanje ukupnog broja svih ivih bakterija u 1 cm vode dobija se osnovni orijentacioni pokazatelj prema kome se ocenjuje higijenska ispravnost vode. Koncentracija patogenih bakterija u prirodnim vodama normalno je veoma mala, to je izuzetno povoljno sa gledita humane upotrebe, ali to zanajno oteava indetifikaciju i odreivanje koncentracije pojedinih vrsta patogenih bakterija. Kao indikatorske bakterije u dananjoj praksi najee se koriste koliformne bakterije. Indikatori fekalnog zagaenja su fekalne streptokoke. Za ispitivanje vode na postojenje bakterija indikatora u praksi se koriste dve metode: 1) odreivanje najverovatnijeg broja bakterija i 2) membranska filtracija. Specijalna ispitivanja voda podrazumevaju dokazivanje patogenih bakterija, a prema savremenim koncepcijama ne vre se samo u epidemiolokim indikacijama, ve i radi praenja kretanja patogenih mikroorganizama vodom. Moderne bakterioloke metode treba da omogue otkrivanje patogenih bakterija ne samo u otpadnim vodama, ve i tokom rutinskog postupka iz uzoraka vode za pie, a da to ne predstavlja velike tekoe. 3.6.2. Virusoloke metode Mnoge vrste virusa iz urina i fecesa ljudi i ivotinja zagauju vode, a posebno enterovirusi oveka, koji otpadnim vodama dospevaju u povrinska i podzemna izvorita. Postoje tri metode odreivanja koncentracije virusa: - Metoda I koriste se apsorpcioni filteri velike filtracione povrine, na kojoj se virusi apsorbuju, a nakanadno se malom koliinom tenosti uklanjaju sa filtera.21

Metoda II virusi se koncentriu apsorpcijom u talogu Al(OH) zahvaljujui elektro-statikoj interakciji izmeu negativno naelektrisanih virusa i pozitivnog naelektrisanja Al(OH). - Metoda III koncentrisanje se zasniva na ultrafiltracionom procesu kroz zidove kese od polietilen-glikola (PEG), koji su semipermeabilni (polupropustljivi).-

Indetifikacija virusa iz koncentrisanog uzorka vri se virusolokom metodom kultivisanja na elijskom tkivu mieva starih 24 h. 3.6.3. Parazitoloke metode Parazitoloke metode uglavnom obuhvataju odreivanje prisustva patogenih protozoa u vodi: Giardia lamblia i Entamoeba histolytica. Giardia lamblia iz creva ljudi i ivotinja rsto se u prirodnim vodama nalaze u obliku ciste, koja preivljava due od dva meseca na 8 C u vodi za pie i znatno je otpornija na dezinfekciona sredstva od koliformnih bakterija. Entamoeba histolytica se nalazi u obliku cista u fekalno zagaenoj vodi i to u malom broju. Zbog toga je potrebna vea koliina vode za ispitivanje metodom kncentrisanja na membrani i posmatranja pod mikroskopom.

22