UNIVERZITA PALACKÉHO V OLOMOUCI

Transkript

1 UNIVERZITA PALACKÉHO V OLOMOUCI Přírodovědecká fakulta Katedra fyzikální chemie Sledování znečištění povrchových vod v oblasti obce Lošov BAKALÁŘSKÁ PRÁCE Autor práce: Studijní obor: Vedoucí bakalářské práce: Lucie Hrčková Ekochemie RNDr. Robert Prucek, PhD. OLOMOUC 2012

2 Prohlášení Prohlašuji, že jsem tuto práci vypracovala samostatně. Veškeré literární prameny a informace, které jsem v práci využila, jsou v seznamu použité literatury. Souhlasím s tím, že práce je prezenčně zpřístupněna v knihovně Katedry fyzikální chemie, Přírodovědecké fakulty, Univerzity Palackého v Olomouci. V Olomouci dne.... Podpis

3 Poděkování Děkuji svému vedoucímu bakalářské práce RNDr. Robertu Pruckovi, PhD. za jeho cenné rady, čas, ochotu a obětavost, které mi během mé práce věnoval... Lucie Hrčková

4 Bibliografická identifikace Jméno a příjmení autora: Lucie Hrčková Název práce: Sledování znečištění povrchových vod v oblasti obce Lošov Typ práce: Bakalářská práce Pracoviště: Katedra fyzikální chemie, Univerzita Palackého v Olomouci Vedoucí práce: RNDr. Robert Prucek Rok obhajoby práce: 2012 Anotace: Bakalářská práce se zabývá problematikou znečištění povrchových vod. Sledovanou lokalitou byl potok v Lošově u Olomouce. Stanovovány byly hlavně fosforečnany, amoniakální dusík, dusitany a dusičnany, které byly měřeny spektrofotometricky. Na závěr byly jednotlivé části potoka zařazeny do tříd jakosti vody podle ČSN Klíčová slova: Povrchové vody, znečištění, fosforečnany, dusík, Lošov. Annotation: This Bachelor work deals with surface water pollution. The observed location was a stream in Lošov near Olomouc. The main elements found were phosphates, ammonia, nitrites and nitrates, which were measured spectrophotometrically. At the end of the testing, each section of the stream was placed in water quality classes according to ČSN Keywords: Surface water, pollution, phosphates, nitrogen, Lošov. Počet stran: 45 Počet příloh: 0 Jazyk: Český

5 OBSAH 1. ÚVOD TEORETICKÁ ČÁST Rozdělení a druhy vod Atmosférické vody Podzemní vody Povrchové vody Koloběh vody v přírodě Vlastnosti vody Organoleptické vlastnosti Fyzikální vlastnosti Chemické vlastnosti a složení vod Anorganické látky Organické látky Metody stanovení vybraných anorganických polutantů Stanovení fosforečnanů Stanovení amoniakálního dusíku Stanovení dusitanů Stanovení dusičnanů EXPERIMENTÁLNÁ ČÁST Použité chemikálie Použité přístroje Příprava chemikálií... 22

6 3.3.1 Příprava roztoků ke stanovení fosforečnanů Příprava roztoků ke stanovení amonných iontů Příprava roztoků ke stanovení dusitanů Příprava roztoků ke stanovení dusičnanů Odběry vzorků Stanovení ph, teploty a turbidity Spektrofotometrické stanovení vybraných anorganických iontů VYHODNOCENÍ Teplota a ph Celkový fosfor Amoniakální dusík Dusitanový dusík Dusičnanový dusík Celkový dusík Zařazení vzorků vody podle jakosti ZÁVĚR SUMMARY LITERATURA... 44

7 1. ÚVOD Voda je jedním ze základních existenčních předpokladů života. Pokrývá 71% povrchu planety Země. Vyskytuje se zde ve třech skupenstvích a to na jejím povrchu, pod ním i v atmosféře. Voda je dokonce i součástí mnoha planet a jiných vesmírných útvarů. I když se zdá, že je jí dostatek, je činností člověka v masivním měřítku soustavně znečišťována a jinak kvalitativně degradována. Pokud se tedy zaměříme na vodu čistou, pokud hovoříme alespoň o čistotě ve smyslu využitelnosti většinou živých organismů, je třeba upozornit na fakt, že se jedná o statek omezený. Čistou vodu pro tyto účely nelze v použitelném měřítku vyrobit, ani jinak chemicky připravit. V současné době je lidstvo schopno vodu pouze čistit, což jednoznačně považuji za přínos, na druhou stranu ani toto čištění není vždy úplné a voda se do přírody vrací v kvalitativně horším stavu. O samotném znečištění vod jako takovém je možné psát velmi široce. Já se ve své práci zaměřuji na znečištění povrchových vod v Lošově, velké vesnici náležící ke krajskému městu Olomouc. Protéká tudy Lošovský potok, což je místo, které bylo ke sledování vybráno jako pro danou oblast reprezentativní. Měření bylo prováděno v přibližně měsíčních intervalech v období od do Stanovovány byly fosforečnany, amonné ionty, dusitany, dusičnany a samozřejmě teplota vody a její ph. Odběrových míst bylo pět, tak, aby bylo možné rozklíčovat místa s největším nárůstem pozorovaných hodnot a pokusit se zjistit největšího znečišťovatele povrchových vod v dané oblasti. Jako rizikové místo jsem vytipovala místní čističku odpadních vod, která je součástí stokové sítě pro Lošov i sousedící Radíkov. Z tohoto důvodu byly hned tři vzorky odebírány zde. Pomocí tohoto postupu se pokusím zjistit, zda v dané lokalitě znečišťuje vodu právě tato čistička, popřípadě jiný zdroj na vyšší či nižší části toku, což shrnuji v posledních kapitolách celé práce. 1

8 2. TEORETICKÁ ČÁST 2.1 Rozdělení a druhy vod Vody lze rozlišovat podle původu, výskytu a použití. Podle původu lze vody dělit na přírodní a odpadní. Podle výskytu se přírodní vody dělí na atmosférické, povrchové a podzemní. Podle použití se rozeznává vody pitná, užitková, provozní a odpadní Atmosférické vody Pod pojmem atmosférická voda se obvykle rozumí veškerá voda v ovzduší bez ohledu na skupenství. Atmosférické srážky (voda padající k zemi) jsou výsledkem kondenzace vodních par v ovzduší nebo na různých površích. Rozeznávají se srážky kapalné (déšť, mrholení, mlha, rosa) a srážky tuhé (sníh, kroupy, námraza, jinovatka). Déšť je nejvydatnějším druhem srážek. Množství srážek se vyjadřuje zpravidla jako srážková výška (mm). Jeden milimetr srážek na ploše jednoho čtverečního metru odpovídá 1 litru vody. V ČR je průměrné množství srážek za rok 700 mm. Toto množství je závislé zejména na zeměpisné poloze, které též odpovídá různé složení srážkové vody. Neznečištěná spodní vrstva atmosféry má v průměru toto složení (obsah plynů udán jako objemový zlomek): 78,09 % dusíku, 20,95 % kyslíku, 0,93 % argonu, 0,03 % oxidu uhličitého a dále v klesajícím množství neon, helium, methan, krypton, oxid dusný, vodík, ozon, xenon a další. Kromě těchto složek se v ovzduší téměř vždy vyskytují nežádoucí látky.jejich zdroje mohou být přírodní, nebo se na nich větší či menší měrou podílí i člověk. Mezi přírodní zdroje lze uvést například částečky z povrchu Země půda, minerály, rostlinné i živočišné zbytky a další, obvykle vynášené větrem, případně též materiál chrlený sopkami ve formě kouře či popela. Mezi zdroje vzniklé při lidské činnosti (tzv. antropogenní zdroje) potom patří zejména emise ze spalování fosilních paliv, výfukové plyny motorových vozidel, emise a prach z průmyslových závodů mnoha odvětví. Důležité je, že chemické složení srážek závisí na složení a znečištění ovzduší ve spodní a střední vrstvě atmosféry. Vzhledem k tomu, co jsem popsala v minulém odstavci, tedy není překvapením, že jsou nejvíce znečištěny srážkové vody právě v okolí velkých průmyslových center a sídlišť a nejméně vody v horských oblastech. 2

9 Základní chemické složení odpovídá z kvalitativního hlediska základnímu složení podzemních a povrchových vod. Existují však určité rozdíly kvantitativní a rozdíly v poměrech mezi jednotlivými kationty a anionty. Hodnota celkové mineralizace je u srážek neznečištěných antropogenní činností obvykle pod 10 mg/l, někdy i nižší než 1 mg/l. Z kationtů většinou dominuje kation amonný. Je hlavním kationtem, který se podílí na neutralizaci srážkových vod. Toto je zásadní rozdíl od podzemních a povrchových vod, kde kation amonný není nikdy dominující. U srážek znečištěných antropogenní činností se hodnota celkové mineralizace může pohybovat až i v několika desítkách mg/l. U těchto srážek dominují z aniontů sírany a dusičnany, které jsou hlavní závadnou látkou způsobující acidifikaci přírodních vod. Z chemického hlediska lze kyselé srážky definovat jako atmosférickou vodu, ve které byla vyčerpána tlumivá kapacita uhličitanového systému a na jejíž kyselosti se začínají podílet silné minerální kyseliny. Jedná se o pokles hodnoty ph asi pod 5,0. Dlouhodobé sledování znečištění atmosférických vod v ČR ukazuje, že dochází k postupnému snižování znečištění těchto vod. Pro environmentální potřeby jsou tedy důležité zejména vlivy antropogenní, nejen vzhledem k jejich poměrnému zastoupení, ale i vzhledem možnostem je ovlivnit. Je také zřejmé, že se stávají silným sekundárním znečišťovatelem vod povrchových a bývají hlavní příčinou jejich acidifikace. Samozřejmě díky nim a jejich plošnému rozšíření srážkovými vodami dochází k poškození vegetace, ale i rozličných materiálů (zejména korozí) Podzemní vody Podzemní vodou se rozumí voda přirozeně se vyskytující pod zemským povrchem. Tato voda je v přímém styku s horninami a část zemské kůry, ve které se vyskytuje, se nazývá pásmo nasycení. Předpokládá se, že podmínky pro výskyt podzemní vody jsou asi až do hloubky 10 km pod zemským povrchem. Zásoby podzemní vody se doplňují nejčastěji infiltrací srážkových a povrchových vod a dále také kondenzací vodních par v půdě nebo vznikem a kondenzací vodních par z magmatu. Zdroje podzemních vod bývají člověkem přednostně vyhrazeny pro zásobování obyvatelstva pitnou vodou. Chemické složení podzemních vod závisí především na složení povrchových a srážkových vod v dané oblasti a také na složení půd a hornin, kterými voda protéká. Hodnota ph se u těchto vod pohybuje v rozmezí od 5,5 do 7,5. Celková mineralizace u prostých podzemních vod bývá obvykle vyšší než 100 mg/l. Podzemní vody se liší od srážkových a 3

10 povrchových vod vyššími koncentracemi volného oxidu uhličitého a jeho iontových forem. Dominujícím kationtem je nejčastěji vápník, méně často sodík nebo hořčík. Převažujícím aniontem bývají často hydrogenuhličitany, méně často sírany. Koncentrace železa a manganu je obecně vyšší než ve vodách povrchových. Stejně jako u povrchových vod jsou i u podzemních vod formulovány požadavky na hodnoty ukazatelů jakosti surové vody, podobně jako požadavky pro její úpravu na vodu pitnou Povrchové vody Povrchové vody jsou všechny vody přirozeně se vyskytující na zemském povrchu. Dělí se na vody kontinentální a vodu mořskou. Kontinentální povrchové vody dále dělíme na vody tekoucí (vodní toky) a na vody stojaté (jezera, nádrže, rybníky). Základním kvalitativním složením se povrchové vody od podzemních vod příliš neliší, rozdíly jsou v poměrném zastoupení jednotlivých složek. Chemická rozmanitost je překvapivě u většiny povrchových vod menší než u vod podzemních, pokud však mluvíme o podzemních vodách prostých (výjimku také tvoří bezodtoková jezera). Celková mineralizace povrchových vod bývá v rozmezí mg/l, u prostých podzemních vod se pohybuje nad 100 mg/l, u mineralizovaných podzemních vod potom nad 1000 mg/l. Koncentrace nerozpuštěných látek se za běžných podmínek pohybuje u čistých toků obvykle v jednotkách mg/l, mění se v období povodní a odtávání sněhu, přičemž se přirozeně zvětšuje. Hodnota ph neznečištěných vod se pohybuje v rozmezí asi od 6,0 do 8,5 a je dána uhličitanovým systémem. Dominujícím aniontem jsou zpravidla hydrogenuhličitany, na druhém místě jsou sírany, které mohou být až z poloviny původu z atmosférických depozic. Zdrojem sloučenin dusíku jsou také zejména atmosférická depozice, dále zemědělství a splaškové vody. Sloučeniny fosforu mají potom zdroje obdobné, jako sloučeniny dusíku. Co se týče kationtů, je obvykle převažujícím kationtem vápník, na druhém místě se vyskytuje většinou sodík a poté hořčík. Draslík je až na posledním místě. Povrchové vody jsou zdrojem pitné a užitkové vody, slouží pro rekreační účely, chov ryb aj. Současně jsou však recipientem splaškových a odpadních vod. Vlivem přísunu nečistot se porušuje biologická rovnováha v recipientech a jejich schopnost samočištění. Vliv odpadních vod na jakost povrchové vody se posuzuje podle chemických, biologických a estetických změn vody, kterými jsou poškozeny veřejné zájmy. Nejnápadnějším jevem je 4

11 úhyn ryb. Některé druhy jsou na čistotu vod extrémně náchylné (pstruh duhový) a používají se i v úpravnách vod jako detektory kvality upravené vody. Hodnocení přípustného znečištění povrchových vod se posuzuje jednak podle emisních limitů a jednak podle imisních limitů. Nařízení vlády č.229/2007, resp. č. 23/2011, stanovuje ukazatele a hodnoty přípustného znečištění povrchových vod a mimo to také podmínky a náležitosti povolení k vypouštění odpadních vod do vod povrchových, vyhlašuje také citlivé oblasti. Hodnocení jakosti vody se v praxi zakládá na stanovení vybraných reprezentativních ukazatelů, jejichž výběr závisí na způsobu využití sledovaných povrchových vod a na předpokládaném znečištění. Co se týká klasifikace povrchových vod, dosud se v ČR používá klasifikační systém podle ČSN , Klasifikace jakosti povrchových vod. Tekoucí povrchové vody se v této normě řadí do tříd podle jejich jakosti s použitím soustavy mezních hodnot charakteristických ukazatelů. Podle této normy se tekoucí povrchové vody zařazují do pěti tříd: Tabulka I Třídy znečištění povrchových vod I. třída Neznečištěná voda II. třída Mírně znečištěná voda III. třída Znečištěná voda IV. třída Silně znečištěná voda V. třída Velmi silně znečištěná voda Zdroje znečišťování povrchových vod jsou trojího druhu: bodové (odpadní vody z městských čistíren a přímé vstupy průmyslové, městské a dešťové kanalizace do toků), plošné (splachy z okolní půdy, především zemědělsky obdělávané, atmosférické depozice) a difúzní (rozptýlené bodové zdroje) Koloběh vody v přírodě Voda je v organismech i mimo ně zdrojem vodíku a kyslíku, je nezbytnou složkou prostředí a tvoří podstatnou část těl organismů. Zdrojem vody pro ekosystém jsou především vertikální (déšť, sníh), ale i horizontální atmosférické srážky (rosa, mlha), v některých případech přítok. Srážky se zachycují buď na vegetaci, odkud se vypařují, jsou absorbovány 5

12 rostlinami, stékají a okapávají na půdu, nebo dopadají přímo na půdní povrch. Na povrchu půdy voda vsakuje a povrchově odtéká. Vsáknutá voda se udržuje v půdě jako kapilární voda nebo se dostává až k hladině podzemní vody. Kapilární voda vystupuje k povrchu a opět se vypařuje nebo je čerpána kořeny rostlin. Rostlinami je voda vedena k listům a rovněž odpařována. Díky zemské rotaci a rozdílným teplotám nad pevninami a vodními masami se voda dále přemísťuje i horizontálně, což zapříčiňuje její kvantitativní, ale i kvalitativní změny na různých místech na Zemi Vlastnosti vody Organoleptické vlastnosti Jsou vlastnosti vody, které můžeme rozeznat svými smyslovými vjemy. Patří sem barva, pach, chuť, zákal a teplota. Některé organoleptické vlastnosti lze stanovit instrumentální analýzou (teplota, barva, zákal), některé pouze smyslovými orgány, tj. senzorickou analýzou 3. Barva Barva vody může být přírodního nebo antropogenního původu. Barva přírodních vod je způsobena především huminovými látkami, které zbarvují vodu žlutě až žlutohnědě, obsahem železa, což způsobuje žlutou až červenohnědou barvu vody. Vody jezer mohou v období jarní a podzimní cirkulace získat zbarvení ze zvířeného sedimentu. Silně eutrofizované vody se mohou zbarvovat zeleně až zelenomodře. Při hodnocení barvy vody se rozlišuje barva zdánlivá (v původním vzorku, lze ji odstranit filtrací), která je způsobena koloidními a suspendovanými nerozpuštěnými látkami a skutečná (nelze ji odstranit filtrací), která je způsobena rozpuštěnými látkami 1,3. Pach Látky, které jsou příčinou pachu přírodních vod, mohou být přirozenou součástí vody (sulfan v některých minerálních vodách), mohou být produktem biologických procesů a rozkladu organických látek biologického původu nebo mohou pocházet z městských, průmyslových a zemědělských odpadních vod. U povrchových vod se jako zdroj pachu 6

13 uplatňují některé organismy (aktinomycety, sinice a řasy), městské odpadní vody a odpadní vody z průmyslu a zemědělství. Pach se stanovuje u pitných, povrchových i odpadních vod. Stanovení pachu pomáhá při identifikaci znečištění 4. Chuť Většina látek, které způsobují pach vody, ovlivňují také její chuť. Chuť se zjišťuje pouze u pitných vod, stanovuje se však jen u vzorků bakteriologicky nezávadných, které obsahují toxické látky. Chuť se stanovuje subjektivně chuťovým smyslem. Chuť vody je výrazně ovlivňována koncentrací vápníku, hořčíku, železa, manganu, zinku, mědi, hydrogenuhličitanů, chloridů, oxidu uhličitého aj 1,4. Zákal Zákal vody je způsoben suspendovanými nerozpuštěnými nebo koloidně rozpuštěnými anorganickými a organickými látkami. U povrchových vod jde o jílové částice, hydratované oxidy železa a hliníku, organické koloidní látky, plankton a bakterie. Zákal se měří u vod pitných, povrchových i odpadních. Pro pitné a povrchové vody je rozhodčí metodou metoda turbidimetrická založená na porovnávání zákalu vzorku se zákalem standardní formazinové suspenze 4. Teplota Teplota je jedním z významných ukazatelů jakosti a vlastnosti vody. Teplota povrchových vod kolísá v průběhu roku podle počasí a ročního období. Ovlivňuje rozpustnost kyslíku, rychlost biochemických pochodů a tím i celý proces samočištění 1, Fyzikální vlastnosti Mezi fyzikální vlastnosti řadíme zejména ph, konduktivitu, rozpustnost organických a zejména anorganických látek, povrchové napětí a další. ph Hodnota ph a oxidačně redukční potenciál významně ovlivňuje chemické a biochemické procesy ve vodách a z tohoto hlediska mají u vod mimořádnou důležitost. Proto 7

14 je stanovení hodnoty ph nezbytnou součástí každého chemického rozboru vody. Povrchové vody s výjimkou vod z rašelinišť a acidifikovaných vod nádrží a jezer, mívají hodnoty ph v rozmezí od 6,0 do 8,5. Posun do alkalické oblasti nad 8 bývá způsoben intenzivní fotosyntetickou asimilací zelených organismů, kdy dochází k vyčerpání volného oxidu uhličitého. Relativně nízké hodnoty ph vykazují vody z rašelinišť obsahující huminové látky 1. Konduktivita Stanovení konduktivity je běžnou součástí chemického rozboru vody. Jde o míru koncentrace ionizovatelných anorganických a organických součástí vody. Jedná se o převrácenou hodnotu odporu, její jednotkou je 1S (siemens, Ω -1 ). Pro srovnání schopnosti vodných roztoků vést elektrický proud měrná vodivost s jednotkou S.m -1. Obvykle se označuje symbolem κ a představuje převrácenou hodnotu odporu roztoku mezi dvěma elektrodami o stejné ploše (1 m 2 ), ve známé vzdálenosti (1 m) od sebe. Běžně se ale používá menších jednotek a to buď ms.m -1 nebo μs.m -1. Konduktivita vody nám tedy zprostředkovává poznatek o obsahu iontů a tím o koncentraci rozpuštěných disociovaných látek. Konduktivita závisí na koncentraci iontů, jejich nábojovém čísle, pohyblivosti a teplotě. Změna teploty o 1 C způsobuje změnu konduktivity nejméně o 2%, obvykle se měří nebo přepočítává na 25 C. Konduktivita se měří v různých typech konduktometrů, které se kalibrují roztokem chloridu draselného. Nejčistší voda, tzv. vodivostní, má při 25 C konduktivitu 0, ms.m -1, způsobenou elektrolytickou disociací molekuly H 2 O. Běžná destilovaná voda mívá konduktivitu 0,05 až 0,5 ms.m -1, povrchové vody obvykle v rozmezí 5 až 50 ms.m -1 Rozpustnost látek ve vodě Přírodní a odpadní vody obsahují řadu rozpuštěných anorganických a organických látek. Některé z nich se v běžné chemické praxi pokládají v podstatě za nerozpustné. Z hydrochemického hygienického hlediska ale neexistují látky nerozpustné ve vodě, všechny včetně elementárních kovů se částečně rozpouštějí. Zvýšená mineralizace vod zvyšuje rozpustnost anorganických látek, protože roste hodnota iontové síly. U organických látek je tomu naopak, dochází k jejich vysolování, závislost je však méně výrazná. Rozpustnost látek závisí do značné míry na teplotě. Většina organických a anorganických látek se rozpouští endotermicky, tj. jejich rozpustnost se stoupající teplotou vzrůstá. Naopak rozpustnost látek, 8

15 které se rozpouštějí exotermicky, se stoupající teplotou klesá. Do této skupiny patří např. Ca(OH) 2, Mg(OH) 2, CaSO 4, CaCO 3, MgCO 3, CaF aj. Z uvedeného důvodu lze za horka odstranit z vody více vápníku srážením jako CaCO 3, nebo hořčíku jako Mg(OH) 2 než za chladu. Rozpustnosti anorganických látek uváděné v různých tabulkách mají jen orientační charakter a často se značně liší. Týkají se totiž rozpustnosti těchto látek v destilované vodě. Skutečnou rozpustnost málo rozpustných látek v různých vodách je nezbytné počítat z hodnot součinů rozpustnosti a s použití koeficientu vedlejších reakcí, jimiž je rozpustnost většinou ovlivněna. Rozpustnost organických látek, pokud nepodléhají disociaci, je méně závislá na vedlejších reakcích. Rozpustnost organických kyselin a zásad je značně ovlivněna hodnotou ph, protože nedisociované formy se rozpouští méně. Rozpustnost plynů v kapalinách se řídí Henryho zákonem, podle něhož je rozpustnost plynů při nízkých tlacích přímo úměrná parciálnímu tlaku daného plynu nad roztokem: kde x A je molární zlomek složky A v kapalné fázi, K H je Henryho konstanta (má rozměr Pa -1 ) a p A je parciální tlak složky A v plynné fázi. Henryho zákon v uvedené formě je přibližný a platí s dostatečnou přesností jen pro plyny málo rozpustné, nereagující s rozpouštědlem a pro ne příliš vysoké tlaky. V hydrochemii a technologii vody se rozpustnost plynů vyjadřuje obvykle jako hmotnostní koncentrace 1. Povrchové napětí Povrchové napětí vody ovlivňuje do značné míry její fyzikálně chemické a biologické vlastnosti. Snížení povrchového napětí vody je příčinou pěnění na turbulentních místech toku a při provzdušňování na biologických čistírnách odpadních vod. Snížení povrchového napětí má nepříznivý vliv na život organismů ve vodě, v povrchových vodách na přestup kyslíku difúzí hladinou a při aeraci odpadních vod na čistírnách. Snížení povrchového napětí vody způsobují povrchově aktivní látky (tenzidy). Mohou být přírodního nebo antropogenního původu. Mezi pěnící látky přírodního původu patří saponiny a do určité míry i huminové látky. Měření povrchového napětí lze využít pro rychlý nepřímý odhad koncentrace tenzidů v odpadních vodách z jejich výroby, ve kterých jsou přítomné ve vysokých koncentracích 1. 9

16 Neutralizační kapacity Neutralizační kapacita je významnou obecnou vlastností všech vod. Neutralizační kapacitou (NK) vody se rozumí schopnost vody vázat vodíkové nebo hydroxidové ionty. Jedná se o množství silné jednosytné kyseliny či silné jednosytné zásady v mmol, které spotřebuje 1 litr vody k dosažení zvolené hodnoty ph. Rozlišuje se proto kyselinová neutralizační kapacita (KNK) a zásadová neutralizační kapacita (ZNK). Hodnota ph do které se stanovení provádí, se udává jako index u příslušné zkratky (např. KNK 4,5, ZNK 8,3 ). Neutralizační kapacita se stanovuje titrací vody kyselinou nebo zásadou. V analytice přírodních, pitných a užitkových vod se již tradičně předpokládá, že nejvýznamnější tlumivým systémem je uhličitanový systém ve složení: oxid uhličitý (volný), hydrogenuhličitany a uhličitany. Přechody mezi uvedenými formami výskytu celkového oxidu uhličitého ve vodě jsou při zjednodušením pohledu funkcí ph. Z hodnot disociačních konstant kyseliny uhličité lze pro jednotlivé hodnoty ph vypočítat podíl zastoupení uvedených forem výskytu CO 2 ve vodě. Řešením tohoto klasického příkladu acidobazické rovnováhy v hydrochemii lze dojít k závěru, že při ph přibližně 4,5 bude celkový oxid uhličitý ve vodě přítomen ve formě volného oxidu uhličitého a při ph okolo 8,3 bude celkový oxid uhličitý ze vzorku převeden na hydrogenuhličitany. Jelikož stanovení koncentrace jednotlivých forem výskytu oxidu uhličitého v uvedených typech vod má klíčový význam, při stanovení neutralizačních kapacit do ph 4,5 a 8,3 prakticky k povinným složkám všech rozborů vod 1,3. Celková mineralizace Celkovou mineralizací se rozumí součet hmotnostních koncentrací všech rozpuštěných anorganických tuhých látek přítomných ve vodě, vyjádřený obvykle v mg/l (správnější je však vyjadřování v mmol/l). Do celkové mineralizace se nepočítají rozpuštěné plyny. Celková mineralizace se vypočítává z výsledků chemického rozboru vody (nestanovuje se experimentálně. Celková mineralizace je jediným objektivním hodnocením koncentrace veškerých anorganických látek ve vodách. Výsledek odpovídá reálnému složení dané vody a nezávisí na možných chemických přeměnách nebo ztrátách jednotlivých složek během sušení nebo žíhání odparku 1,5. 10

17 2.3.3 Chemické vlastnosti a složení vod Chemické vlastnosti vody jsem se rozhodla rozdělit podle toho, zda se jedná o látky organické, či anorganické. Toto dělení mi pro potřeby této práce připadá praktické a účelné. Obecně je ale zapotřebí předeslat, že složení vod je velmi proměnlivé a záleží na druhu vody, jejím původu, znečištění a mnoha dalších faktorech Anorganické látky Jednotlivé prvky mohou být přítomny současně jako kationty, anionty i neelektrolyty. Předpokládá se však, že v přírodních a užitkových vodách najdeme tyto formy výskytu: a) převážně jako kationty se vyskytují vápník, hořčík, sodík, draslík, a amoniakální dusík, b)převážně jako anionty se vyskytují hydrogenuhličitany, sírany, chloridy, dusičnany, dusitany, fluoridy a fosforečnany, c) převážně v neiontové formě se vyskytují křemík a bor. Vápník a hořčík Vápník a hořčík jsou v přírodě dosti rozšířené. Zemská kůra obsahuje asi 0,035% vápníku a 0,020% hořčíku. Do vody se dostávají rozkladem hlinitokřemičitanů vápenatých a hořečnatých, a ve větších koncentracích rozpouštěním vápence CaCO 3, dolomitu CaCO 3.MgCO 3, magnezitu MgCO 3, sádrovce CaSO 4.2H 2 O a jiných minerálů. Antropogenním zdrojem vápníku a hořčíku mohou být některé průmyslové odpadní vody z provozů, ve kterých se kyseliny neutralizují právě vápnem, vápencem, dolomitem nebo magnezitem. Dalším zdrojem je proces stabilizace málo mineralizovaných vod přídavkem CaO a CO 2. V málo a středně mineralizovaných vodách se vápník a hořčík vyskytují převážně jako jednoduché ionty Ca 2+ a Mg 2+. V prostých podzemních a povrchových vodách se pohybuje koncentrace vápníku řádově od desítek až do několika set mg/l a koncentrace hořčíku od jednotek až do několika desítek mg/l. Hořčík je ve vodách obvykle méně zastoupen než vápník. Jednak je to tím, že je v porovnání s vápníkem méně zastoupen v zemské kůře, jednak zřejmě podobně jako draslík podléhá sorpci a výměně iontů při styku vody s některými horninami a jílovými minerály. Mimo to je využíván rostlinami. V prostých podzemních a 11

18 povrchových vodách je hmotnostní koncentrace vápníku obvykle několikanásobně vyšší než hmotnostní koncentrace hořčíku. Běžné jsou hmotnostní poměry Ca : Mg kolem 4. Z hygienického hlediska jsou vápník a hořčík netoxické, naopak se ukazuje, že jejich přítomnost v pitné vodě je žádoucí. Chuťově jsou nejlepší vody obsahující převážně vápník a hydrogenuhličitany. Vyšší koncentrace hořčíku mohou při určité kombinaci s anionty nepříznivě ovlivňovat chuť vody. Vápník i hořčík patří také mezi ukazatele jakosti povrchových vod. Obecný imisní standard je pro vápník 250 mg/l a pro hořčík 150 mg/l. Podle očekávání jsou mimořádně velké požadavky kladeny na koncentraci vápníku a hořčíku v napájecích vodách pro parní kotle, uvádí se 0,1 až 200 μmol/l 1. Sodík a draslík Sodík a draslík jsou běžnou součástí podzemních i povrchových vod. Jejich zastoupení v zemské kůře je přibližně stejné, asi 2,5%. V podzemních a povrchových vodách je téměř vždy více sodíku než draslíku. Menší obsah draslíku v přírodních vodách se někdy vysvětluje tím, že ionty K + jsou půdními minerály více sorbovány než ionty Na + a že draslík je důležitou anorganickou živinou pro rostliny a je tedy z podzemních vod přednostně vyčerpáván. Do vody se uvolňují při zvětrávání některých hlinitokřemičitanů např. albitu NaAlSi 3 O 8 a ortoklasu KAlSi 3 O 8. Ve větším množství se sodík a draslík vyluhují ze solných ložisek (halitu), z minerálů sylvinu (KCl), sylvinitu (NaCl+KCl) a z tzv. odklizových solí (karnalitu, kainitu, polyhalitu), které představují ložiska kamenné soli. Antropogenním zdrojem sodíku jsou některé průmyslové odpadní vody z výroby draselných a sodných solí, z výroby a aplikace draselných hnojiv a odpady z regenerace iontoměničů. Část sodíku a draslíku může pocházet i z živočišných výkalů. Dalším významným zdrojem sodíku v městských odpadních vodách je zimní sypání komunikací chloridem sodným. Ve vodách se vyskytují převážně jako kationty Na + a K +. Sodík a draslík v podzemních a povrchových vodách nejsou příliš významné a jejich koncentrace není limitována. Jsou však esenciálními prvky pro člověka. Vody obsahující draslík jsou slabě radioaktivní, protože draslík vyskytující se v přírodě obsahuje asi 0,011% radioaktivního izotopu 40 K, který emituje záření β a γ. 12

19 Sloučeniny dusíku Dusík spolu s fosforem patří mezi nejdůležitější makrobiogenní prvky. Patří do skupiny tvz. nutrientů, které jsou nezbytné pro rozvoj mikroorganismů. Uplatňuje se při všech biologických procesech probíhajících v povrchových, podzemních a odpadních vodách a při biologických procesech čištění a úpravy vody. Ve vodách se stanovuje celkový dusík, který se dále dělí na anorganicky vázaný dusík a organicky vázaný dusík. Mezi hlavní formy anorganicky vázaného dusíku patří amoniakální, dusitanový a dusičnanový dusík. a) Amoniakální dusík Amoniakální dusík je primárním produktem rozkladu většiny organických dusíkatých látek živočišného i rostlinného původu. Proto antropogenním zdrojem amoniakálního dusíku organického původu jsou především splaškové odpadní vody. Dalším nezanedbatelným zdrojem mohou být i emise amoniaku v okolí závodů živočišné velkovýroby (velké množství unikajícího amoniaku z okolí úložišť exkrementů). Antropogenním zdrojem amoniakálního dusíku anorganického původu jsou především dusíkatá hnojiva, která se splachem ze zemědělsky obdělávaných ploch dostávají do vod podzemních a povrchových. Do atmosférických vod se dostává z průmyslových exhalací. Amoniakální dusík se vyskytuje ve vodách jako disociovaný ion NH 4 + nedisociovaný NH 3 (ve skutečnosti HN 3.H 2 O). Podíl těchto dvou forem závisí na hodnotě ph a teplotě vody. Při ph 7 a nižším se vyskytuje pouze ion NH 4 +, při ph 10,5 a vyšší převažuje nedisociovaný hydrát. Asi při ph 9,3 je poměr NH 4 + a HN 3.H 2 O zhruba 1:1. Amoniakální dusík je významnou komponentou atmosférických vod, kde často z kationtu dominuje, zvláště v oblastech se znečištěným ovzduším. Proto mohou být srážkové vody významným zdrojem sloučenin dusíku v povrchových vodách. V povrchových vodách nepřevyšují koncentrace amoniakálního dusíku obvykle 1 mg/l. Splaškové odpadní vody jsou na amoniakální dusík bohaté, koncentrace se pohybují v desítkách mg/l. Zdrojem jsou především fekálie (moč) a rozkladné produkty dusíkatých organických látek. Obsah je značně variabilní, protože již v kanalizaci dochází k různým biologickým transformacím dusíku. Amoniakální dusík působí velmi toxicky na ryby, toxicita však závisí do značné míry na ph vody, protože toxický účinek nemá ion NH 4 +,ale nedisociovaná molekula NH 3, protož snáze proniká buněčnými membránami. Imisní standard pro přípustné znečištění povrchových vod je pro amoniakální dusík 0,5mg/l. Amoniakální a celkový dusík patří mezi ukazatele přípustného znečištění vypouštěných splaškových a městských odpadních vod do vod a 13

20 povrchových. Přípustné hodnoty závisejí na velikosti zdroje znečištění a na počtu ekvivalentních obyvatel 1,4. b) Dusitany Dusitany ve vodách vznikají obvykle jako přechodný člen v cyklu dusíku při biochemické redukci dusičnanů nebo při biochemické oxidaci amoniakálního dusíku (nitrifikací). Z tohoto důvodu patří dusitany (podobně jako amoniakální dusík) mezi významné indikátory fekálního znečištění přírodních vod. Indikátorovou hodnotu dusitany ztrácejí, jestliže jsou anorganického původu. Dusitany totiž mohou vznikat ve vodách i chemickou redukcí dusičnanů kovy, např. v podzemních vodách obsahujících Fe, Mn nebo ve vodách stagnujících v kovovém potrubí. Dusitany mohou ve vodách vznikat z dusičnanů také fotochemickou cestou. Dusitany zpravidla doprovázejí ve vodách dusičnany a amoniakální dusík. Vzhledem ke své chemické a biologické labilitě se vyskytují obvykle v nízkých koncentracích. Protože dusitany podléhají velmi snadno chemickým a biochemickým přeměnám, může docházet již během krátké doby k jejich koncentračním změnám, takže údaje o obsahu dusitanů ve vodách se mohou rychle měnit. Vyšší koncentrace dusitanů se vyskytují ve splaškových odpadních vodách i přes 1 mg/l. V koncentracích vyskytujících se v podzemních a povrchových vodách jsou dusitany samy o sobě hygienicky nevýznamné. Ve vypouštěných splaškových a městských odpadních vodách do vod povrchových je koncentrace dusitanů nepřímo omezena limitem platným pro celkový dusík ( N celk ) resp. N anorg 1. c) Dusičnany Dusičnany patří mezi hlavní anionty vod a vyskytují se téměř ve všech vodách. Dusičnany vznikají hlavně sekundárně při nitrifikaci amoniakálního dusíku a jsou konečným stupněm rozkladu dusíkatých organických látek. Dalším zdrojem je hnojení zemědělsky obhospodařované půdy dusíkatými hnojivy. Anorganického původu jsou dusičnany v atmosférických vodách, které jsou příčinou zvyšujících se koncentrací dusičnanů v povrchových vodách. Koncentrace dusičnanů v přírodních vodách vzrůstají v důsledku vzrůstajícího počtu obyvatel a zemědělské činnosti. Dusičnany jsou samy o sobě málo škodlivé, mohou však nepřímo škodit tím, že se v gastrointestinálním traktu mohou redukovat bakteriální činností na toxičtější dusitany. Pokud nejsou dusičnany redukovány na dusitany, vylučují se poměrně rychle močí. Dusičnany patří mezi významné nutrienty, které nepříznivě ovlivňují eutrofizaci povrchových 14

21 vod. Obecný imisní standard dusičnanového dusíku pro přípustné znečištění povrchových vod - je 7 mg/l (NO 3 31 mg/l) a emisní standart pro celkový dusík 8 mg/l. Ve vypouštěných splaškových a městských odpadních vodách je koncentrace dusičnanů nepřímo omezena tím, že je předepsána přípustná hodnota pro celkový dusík 1. Sloučeniny fosforu Přírodním zdrojem fosforu ve vodách je rozpouštění a vyluhování některých půd, minerálů a zvětralých hornin. Antropogenním zdrojem anorganického fosforu mohou být některé prací prášky, čistící a mycí prostředky. Dalším zdrojem anorganického fosforu je aplikace fosforečných hnojiv. Zdrojem anorganického i organického fosforu je fosfor obsažený v živočišných odpadech. Zdrojem fosforu organického původu je rozkládající se biomasa fytoplanktonu a zooplanktonu usazující se na dně jezer, nádrží a toků. Sloučeniny fosforu se dostávají do povrchových vod i z atmosférických depozic. Celkový fosfor se ve vodě vyskytuje ve formě buď anorganických sloučenin, nebo organických sloučenin. Jsou to hlavně orthofosforečnany ( PO 3-4, HPO 2-4, H 2 PO - 4, H 3 PO 4 ) a polyfosforečnany. Distribuci jednotlivých forem orthofosforečnanů ovlivňuje zejména hodnota ph vody. Při hodnotách ph přírodních vod v okolí neutrálního bodu převládají z orthofosforečnanů ionty H 2 PO - 4 a HPO4 2-. Ionty PO 3-4 se počínají významněji uplatňovat teprve při hodnotách ph vyšších než 12. Fosforečnany se vyskytují v přírodních a užitkových vodách jen ve velmi nízkých koncentracích, které jen výjimečně převyšují 1mg/l. Podstatně vyšší koncentrace se fosforu se nacházejí ve splaškových odpadních vodách, kde fosfor pochází jednak z fekálií, jednak z některých pracích a čisticích prostředků. Koncentrace celkového fosforu se pohybují obvykle v jednotkách mg/l. Hygienický význam fosforečnanů ve vodách je malý. Jsou zdravotně nezávadné a v požadavcích na jakost pitné vody nejsou uvedeny. Fosfor má klíčový význam pro eutrofizaci vod. Vzhledem k ní je celkový fosfor uveden jako ukazatel přípustného znečištění povrchových vod. Obecný imisní standard je pro celkový fosfor 0,2 mg/l. Celkový fosfor patří mezi ukazatele přípustného znečištění městských odpadních vod vypouštěných do vod povrchových v závislosti na velikosti zdroje znečištění 1,3. V souvislosti s dusíkem a fosforem je třeba zmínit i tzv. eutrofizaci vod. Pod pojmem eutrofizace vod se rozumí růst obsahu minerálních živin (nutrientů), především právě 15

22 sloučenin fosforu a dusíku (ale jde dále také o křemík) ve vodách, jejichž následkem dochází ke zvýšenému rozvoji především sinic a řas, a tím ke zhoršení jakosti vody. Eutrofizace se projevuje především ve stojatých vodách, ale má svůj význam i ve vodách tekoucích 1. Hydrogenuhličitany Nejdůležitějším protolytickým systémem v přírodních a užitkových vodách je uhličitanový systém (CO 2 HCO CO 2-3 ), který významně ovlivňuje složení a vlastnosti vod, např. ph, neutralizační a tlumivou kapacitu, a také všechny procesy jejich chemické nebo fyzikálně chemické úpravy, jako např. koagulaci, adsorpci, odmanganování, aj. Hydrogenuhličitany jsou běžnou makrokomponentou přírodních i užitkových vod a v nepříliš mineralizovaných vodách nad ostatními přítomnými anionty většinou převládají. Dostávají se do vod při chemickém zvětrávání hlinitokřemičitanů působením CO 2 a H 2 O a reakcí mezi uhličitanovými minerály a CO 2. Někdy se dávkují do vody při její stabilizaci. Při zahřívání vody dochází k postupnému rozkladu hydrogenuhličitanů. Příznivě ovlivňují chuť vody avšak doporučovaná či mezní hodnota není v požadavcích na jakost vody uvedena, to se týká i požadavku na jakost povrchové a odpadní vody. Jsou však ve vodách žádoucí, protože se podílejí na jejich tlumivé kapacitě 1,3. Sírany Hlavními minerály jsou sádrovec (CaSO 4.2H 2 O) a anhydrit (CaSO 4 ). Síry vznikají také oxidací pyritu (FeS 2 ). Dalším zdrojem jsou městské a průmyslové exhalace obsahující množství SO 2 a SO 3, vznikající spalováním fosilním paliv a pronikající do atmosférických vod. Spolu s hydrogenuhličitany a chloridy patří sírany mezi hlavní anionty přírodních vod. Sírany v koncentraci běžně se vyskytujících ve vodách nemají hygienický význam. Při vysoké koncentraci ovlivňují chuť vody. Vysoké koncentrace síranů spolu s vyššími koncentracemi sodíku a hořčíku způsobují, že má voda laxativní účinky 1. Chloridy Chloridy jsou nejrozšířenější formou výskytu chloru ve vodách. Patří mezi základní anionty přírodních vod. Větší koncentrace chloridů pocházejí z ložisek kamenné soli (halitu). Významným zdrojem chloridů v atmosférických vodách z přímořských oblastí může být 16

23 mořská voda, jejíž kapky jsou strhávány větrem do ovzduší. Člověk vylučuje močí asi 9 g chloridů denně a ty pak přecházejí do splaškových vod. Významným zdrojem chloridů jsou posypové soli používané v zimním období, které jsou pak splachovány do kanalizace. Chloridy jsou hygienicky nezávadné, ale při vyšších koncentracích ovlivňují chuť. Pro pitnou vodu platí v ČR mezní hodnota 100mg/l. Imisní standard přípustného znečištění povrchových vod je pro chloridy 250 mg/l. Křemík Křemík je po kyslíku nejrozšířenějším prvkem v přírodě. Vyskytuje se zejména ve formě křemičitanů silně elektropozitivních prvků. Do vod se dostává především chemickým zvětráváním křemičitanu a hlinitokřemičitanů vlivem CO 2 a H 2 O. Antropogenním zdrojem křemíku mohou být odpadní vody z výroby skla a keramiky, dalším zdrojem jsou i prací prostředky, kde se křemičitany používají jako tzv. aktivační přísada. Vzhledem k obecnému rozšíření křemíku v přírodě jsou křemičitany přítomné v každé vodě, ale běžně se nestanovují, protože jejich hygienický význam je malý Organické látky Organické látky ve vodách mohou být přírodního nebo antropogenního původu. Mezi přírodní organické znečištění lze zařadit výluhy z půdy a sedimentů a produkty životní činnosti rostlinných a živočišných organismů a bakterií. Organické látky antropogenního původu pocházejí ze splaškových a průmyslových odpadních vod, z odpadů ze zemědělství, ze skládek a mohou vznikat i při úpravě vody chlorací. Z organických látek vyskytujících se ve vodách mají zvláštní hygienický význam nebo význam pro provoz vodáren a čistíren odpadních vod: huminové látky, fenoly, uhlovodíky, halogenované organické látky, tenzidy, pesticidy a komplexotvorné látky 1. Tenzidy Pro povrchově aktivní látky (PAL) se používá název tenzidy. Je to skupina organických látek, které se adsorbují na fázovém rozhraní a snižují tak povrchové napětí. Tenzidy tedy vykazují povrchovou aktivitu, která se vizuálně projevuje pěněním jejich vodných roztoků. Tenzidy jsou hlavní součástí pracích, čistících, mycích, emulgačních, 17

24 dispergačních, a pěnících prostředků, které kromě tenzidů obsahují ještě přísady, které zlepšují a doplňují jejich účinky. V pracích prostředcích připadá na tenzidy nejvýše jedna třetina z veškerých látek 1. Pesticidy Pesticidy jsou biocidní látky používané na ochranu užitkových rostlin v zemědělství a lesnictví, proti plevelům, houbám a živočišným škůdcům. Nejvýznamnějším zdrojem je splach pesticidů z polí a z plodin a transport větrem při leteckém postřiku. Pesticidy mohou být ve vodě přítomny buď rozpuštěné, nebo nerozpuštěné. Ze značné části mohou být sorbovány na nerozpuštěných látkách minerální i organické povahy. Proto jejich stanovení jenom v kapalné fázi není pro odpovědné hodnocení celkového znečištění vodního útvaru postačující a je nezbytná i analýza sedimentů, kalů a půdy. I když většina organochlorových pesticidů se již nepoužívá, jsou stále prokazovány v prostředí Metody stanovení vybraných anorganických polutantů Stanovení fosforečnanů Pro stanovení orthofosforečnanů se používá především spektrofotometrická metoda s molybdenanem amonným. Při této metodě reagují orthofosforečnany v prostředí kyseliny sírové za katalýzy antimonitých iontů s molybdenanem amonným za vzniku kyseliny molybdátofosforečné žluté barvy. Redukcí kyselinou askorbovou přechází na roztok fosfomolybdenové modři, který je vhodný pro spektrofotometrické stanovení Stanovení amoniakálního dusíku Stanovení amoniakálního dusíku patří mezi nejběžněji stanovení vody a to ve všech druzích vod. Stanovená koncentrace se vyjadřuje jako N-(NH 3 +NH + 4 ) nebo N amon a to hmotnostní koncentrací v mg/l. Pro stanovení amoniakálního dusíku se běžně používají spektrofotometrické metody, z nichž nejstarší je Nesslerova metoda. Ta je založena na reakci amoniaku a hydroxidů alkalických kovů s Nesslerovým činidlem, což je tetrajodortuťnatan sodný nebo draselný, za vzniku jodidu, tzv. Millonovy báze (oxidimerkuriaminjodid). Tento jodid vytváří žlutohnědé 18

25 koloidní roztoky, které lze stanovovat spektrofotometricky. Podstatnou nevýhodou této metody je používání rtuťnaté sloučeniny a tím i vznik toxických odpadů při tomto stanovení. Současné ČSN uvádějí ke stanovení amoniaku indofenolovou metodu. Metoda je založena na reakci amoniaku, chlornanu a salicylanu za vzniku sloučeniny indofenolového typu. Tato látka je v alkalickém prostředí disociována na intenzivně modré indofenolové barvivo. Reakce je katalyzovaná nitroprusidem sodným, jehož roztok je zbarven žlutě, proto výsledné zbarvení pro spektrofotometrické stanovení je zelené. Chlornanové ionty potřebné pro reakci se tvoří in situ alkalickou hydrolýzou dichlorisokyanuratanu sodného, který je součástí alkalického činidla. Rušivému vlivu kationtů, hlavně vápníku a hořčíku, zabráněno přídavkem citronanu sodného, který uvedené složky maskuje. Reakce probíhají podle tohoto schématu 3 : Obrázek 1 - Schéma stanovení amoniakálního dusíku indofenolovou metodou Stanovení dusitanů Ke stanovení dusitanů ve vodách se používají metody, které využívají schopnosti kyseliny dusité diazotovat aromatické aminolátky. Diazoniové soli, které při této reakci vznikají, jsou kopulovány s jiným arylaminem za vzniku azobarviva, vhodného pro spektrofotometrické vyhodnocení. Nejrozšířenější a nejpoužívanější metodou se stala metoda s N-(1-naftyl)-ethylendiamin-dihydrochloridem (NED-dihydrochloridem), kde současná platná ČSN pro stanovení dusitanů ve vodách používá k diazotaci amid kyseliny sulfanilové a ke kopulaci NED-dihydrochlorid. Obě reakce probíhají v okyseleném prostředí kyselinou 19

26 fosforečnou. Amid kyseliny sulfanilové je diazotován v kyselém prostředí kyselinou dusitou (z dusitanů ve vzorku) na diazoniovou sůl. Tato sůl je kopulována s NED-dihydrochloridem na červené azobarvivo. Intenzita vzniklého zabarvení je úměrná obsahu dusitanů ve vzorku vody a proto se ke stanovení koncentrace používá absorpční spektrofotometrie. Obrázek 2 - Schéma stanovení dusitanů metodou s NED-dihydrochloridem Výsledky stanovení dusitanů se udávají zpravidla v hmotnostní koncentraci iontu NO 2 - nebo dusitanového dusíku 3 N-NO 2 - v mg/l Stanovení dusičnanů Pro stanovení dusičnanů ve vodách existuje velké množství metod. Největší skupinu v praxi tvoří absorpční spektrofotometrické metody. Ty lze rozdělit na dvě podskupiny a to na metody přímého stanovení dusičnanů a na nepřímé metody, kde jsou dusičnany vyhodnocovány jako dusitany nebo jako amoniakální dusík. Příkladem metod přímého spektrofotometrického stanovení dusičnanů je metoda s kyselinou salicylovou: Kyselina dusičná, která je uvolněná ve vzorku vody pomocí kyseliny sírové, nitruje kyselinu 20

27 salicylovou. Vzniklé nitroderiváty jsou bezbarvé, ale po zalkalizování roztoku se deriváty vybarví žlutě. Obrázek 3 - Vznik nitroderivátů při spektrofotometrickém stanovení dusičnanů pomocí kyseliny salicylové U nepřímého spektrofotometrického stanovení dusičnanů se dusičnany nejdříve redukují buď na dusitany, nebo až na amoniakální dusík. Redukce na dusitany se provádí nejčastěji kadmiovou amalgámou, hydrazinsulfátem nebo zinkem. K redukci na amoniakální dusík se používá Devardova slitina. Poté se postupuje stejně jako u stanovení dusičnanů popsaných dříve 3. 21

28 3 EXPERIMENTÁLNÁ ČÁST 3.1 Použité chemikálie Dihydrogenfosforečnan draselný (p. a., LACHEMA, ČR); Kyselina sírová (p. a., PENTA, ČR); Molybdenan amonný (p. a., PENTA, ČR); Vinanantimonylo-draselný hemihydrát (p. a., PENTA, ČR); Kyselina askorbová (p. a., TAMDA, ČR); Chlorid amonný (p. a, LACHEMA, ČR); Salicylan sodný (p. a., LACH NER, ČR); Dihydrát citronan sodný (p. a., LACH NER, ČR); Hydroxid sodný (p. a., LACH NER, ČR); Nitroprusid sodný (p. a., PENTA, ČR); Dichlorisokyanuratan sodný dihydrát (p.a., ALDRICH, ČR); Dusitan sodný (p. a., LACHEMA, ČR); Kyselina fosforečná (p. a., LACHEMA, ČR); Amid kyseliny sulfanilové (p. a., LACHEMA, ČR); NED dihydrochlorid (p. a. ALDRICH, ČR); Dusičnan draselný (p. a., LACHEMA, ČR); Zinek (p. a., LACHEMA, ČR); Síran sodný (p. a., LACHEMA, ČR) 3.2 Použité přístroje ph metradwaad12 s vestavěným teplotním čidlem; Jednopaprskový spektrofotometr Helios Epsilon; Turbidimetr 2100P Hach 3.3 Příprava chemikálií Příprava chemikálií probíhala v laboratoři Katedry fyzikální chemie Přírodovědecké fakulty Palackého univerzity v Olomouci vždy den před plánovaným odběrem vzorků. Příprava probíhala po domluvě s vedoucím této práce a při práci byly dodrženy všechny potřebné normy, obzvláště jsem dbala na používání bezpečnostních pomůcek. 22

29 3.3.1 Příprava roztoků ke stanovení fosforečnanů Dihydrogenfosforečnan draselný, roztok standardu (c = 0, mol/l) Pro přípravu roztoku bylo naváženo 71,65 mg dihydrogenfosforečnanu draselného, který byl 2 hodiny sušen při teplotě 105 C. Toto množství bylo rozpuštěno v destilované vodě ve 100ml odměrné baňce a poté doplněno po rysku. Kyselina sírová (c = 9 mol/l) Do kádinky se 75 ml destilované vody bylo přidáno 75 ml 96% kyseliny sírové. Molybdenan amonný rysku. 3,25 g molybdenanu amonného bylo rozpuštěno v 25 ml odměrné baňce a doplněno po Vinanantimonylo-draselný Ve 25 ml odměrné baňce bylo rozpuštěno 0,875 g vinanuantimonylo-draselného. Směsný roztok Do kádinky se 150 ml kyseliny sírové bylo za stálého míchání přidáno 25 ml připraveného roztoku molybdenanu amonného a 25 ml roztoku vinanuantimonylo-draselného. Roztok bylo nutno skladovat v chladu a tmavé láhvi Příprava roztoků ke stanovení amonných iontů Chlorid amonný, roztok standardu (c = 0,0714 mol/l) Pro přípravu roztoku bylo naváženo 742,36 mg chloridu sodného, který byl 2 hodiny sušen při teplotě 105 C. Toto množství bylo rozpuštěno v destilované vodě ve 100ml odměrné baňce a poté doplněno po rysku. 23

30 Činidlo I V kádince s 50 ml destilované vody bylo rozpuštěno 10 g salicylanu sodného, 10 g dihydrátu citronanu sodného a 2,5 g hydroxidu sodného. Činidlo II V třecí misce bylo rozetřeno 0,1 g nitroprusidu sodného, 0,2 g dichlorisokyanuratanu a 10 g dihydrátu citronanu sodného Příprava roztoků ke stanovení dusitanů Dusitan sodný, roztok standardu (c = 0, mol/l) K přípravě roztoku bylo naváženo 234,4 mg dusitanu sodného. Toto množství se rozpustilo v 250 ml baňce s destilovanou vodou a doplnilo po rysku. Roztok byl uchováván v chladu a tmavé lahvi. Vybarvovací činidlo Do 100 ml odměrné baňky s destilovanou vodou bylo napipetováno 10 ml kyseliny fosforečné, poté přidáno 4 g amidu kyseliny sulfanilové, 0,2 NED dihydrochloridu a doplněno destilovanou vodou po rysku Příprava roztoků ke stanovení dusičnanů Dusičnan draselný, standardní roztok (c = 0,03226mol/l) K přípravě roztoku bylo naváženo 815,3 mg dusičnanu draselného. Toto množství se rozpustilo v 250 ml baňce s destilovanou vodou a doplnilo po rysku. Vybarvovací činidlo Do 25 ml odměrné baňky s destilovanou vodou bylo napipetováno 10 ml kyseliny fosforečné, poté přidán 1 g amidu kyseliny sulfanilové, 0,05 NED dihydrochloridu a doplněno destilovanou vodou po rysku. 24

31 Redukční činidlo K redukci dusičnanů na dusitany byl použit práškový zinek. Zinek byl naředěn inertní látkou (síranem sodným) v poměru 1:20 a dokonale rozetřen ve třecí misce. Inertní látka byla použita proto, že při redukci samotným zinkem vzniká velké množství vodíku, docházelo by tak k chybám v měření. 3.4 Odběry vzorků Místem odběru byl Lošovský potok, který pramení v lesích před Radíkovem, dále protékající Radíkovem, Lošovem u Olomouce a vlévá se do řeky Bystřičky, ta dále ústí do řeky Moravy. Aby bylo možné přiblížit případný zdroj znečištění, vytipovala jsem si pět odběrových míst. Prvním je místo vtoku potoka do Lošova, které mi bude sloužit jako hlavní referenční hodnota ke srovnání výsledků odběrů z dalších míst. Na mapě jsou body označeny písmeny, v práci ale užívám označení číselné odběrné místo 1 tedy odpovídá na mapce zobrazenému bodu A atd. Problematickým místem je čistička odpadních vod pro Lošov a Radíkov, proto jsem se podrobněji zaměřila na odběry právě zde. Dalším odběrným místem je tedy bod před zmíněnou čističkou (odběrné místo 2), následuje výtok ze samotné čističky (odběrné místo 3) a dále pro nás velmi zajímavé místo po proudu řeky, kde se výtok z čističky míchá s vodou v potoce (odběrné místo 4). Abychom měli hodnoty kompletní, posledním místem odběru je bod označený na mapě jako bod E (námi značen jako bod 5), kde potok vytéká z Lošova do přilehlého lesa, kde se dále vlévá do Bystřičky. 25

32 Obrázek 4 - Mapa s označením odběrových míst. Odběry vzorků probíhaly v období mezi od do , aby bylo případně možné zjistit výkyvy v průběhu času, případně stanovit pravděpodobné zvýšené riziko znečištění v některých konkrétních měsících. Odběr byl proveden standardně používanou teleskopickou odběrovou tyčí. Díky tomu není vzorek ovlivněn naplaveninami a nečistotami z okolí břehů. Vzorky byly uchovány v čistých uzavřených a řádně označených PET lahvích tak, aby voda nepřišla do kontaktu se vzduchem. Po odběru byly všechny ihned transportovány do lednice, ke zpracování došlo 26