Chemie životního prostředí III Hydrosféra (03) Sedimenty

Podobné dokumenty
Chemie životního prostředí III Hydrosféra (04) Samočistící schopnost vod

Směsi, roztoky. Disperzní soustavy, roztoky, koncentrace

Úprava podzemních vod

Hydrochemie Oxid uhličitý a jeho iontové formy, ph, NK

Hlavní parametry přírodního prostředí ph a Eh

Chemie životního prostředí III Atmosféra (04) Síra v atmosféře

Chemie životního prostředí III Pedosféra (03) Půdotvorné procesy - zvětrávání

05 Biogeochemické cykly

Metody gravimetrické

Úvod do biochemie. Vypracoval: RNDr. Milan Zimpl, Ph.D.

Úprava podzemních vod ODKYSELOVÁNÍ

Sorpční charakteristiky půdy stanovení KVK podle Bowera, stanovení hydrolytické acidity, výpočet S,V

CHEMIE ŽIVOTNÍHO PROSTŘEDÍ I. (06) Biogeochemické cykly

Struktura. Velikost ionexových perliček Katex. Iontová výměna. Ionex (ion exchanger) Iontoměnič Měnič iontů. Katex (cation exchanger) Měnič kationtů

ztuhnutím pyrosolu taveniny, v níž je dispergován plyn, kapalina nebo tuhá látka fotochemickým rozkladem krystalů některých solí

Pedogeochemie. Sorpce fosforečnanů FOSFOR V PŮDĚ. 11. přednáška. Formy P v půdě v závislosti na ph. Koloběh P v půdě Přeměny P v půdě.

Chemie životního prostředí III Pedosféra (04) Půdotvorné procesy - huminifikace

kyslík ve vodě CO 2 (vápenato-)uhličitanová rovnováha alkalita

kyslík ve vodě CO 2 (vápenato-)uhličitanová rovnováha alkalita

Chemie životního prostředí III Pedosféra (02) Půdotvorné faktory a procesy

Chemie životního prostředí III Pedosféra (07) Znečištění půd

Základy pedologie a ochrana půdy

Biologické odstraňování nutrientů

Netkané textilie. Materiály 2

Problematika separace uranu z pitné vody

Voda jako životní prostředí ph a CO 2

Složení a vlastnosti přírodních vod

Reakčně transportní modelování podmínek v horninovém prostředí. Die reaktive Transportmodellierung in Bedingungen des Grundgesteins

Úvod do koroze. (kapitola, která bude společná všem korozním laboratorním pracím a kterou studenti musí znát bez ohledu na to, jakou práci dělají)

Acidobazické děje - maturitní otázka z chemie


Třídění látek. Chemie 1.KŠPA

Chemie povrchů verze 2013

Vyjmenujte tři základní stavební částice látek: a) b) c)

Biologické odstraňování nutrientů

Nejdůležitější kationty ve vodách

Fyzická geografie. Mgr. Ondřej Kinc. Podzim

DEKOMPOZICE, CYKLY LÁTEK, TOKY ENERGIÍ

Fouling a biofouling membrán při provozu MBR, metody potlačení Mgr. Ing. Bc. Lukáš Dvořák, Ph.D.

Vzdělávací oblast: Člověk a příroda. Vyučovací předmět: Chemie. Třída: tercie. Očekávané výstupy. Poznámky. Přesahy. Žák: Průřezová témata

Mineralogie důlních odpadů a strategie remediace

PŘEDMLUVA...ii. OBSAH...ii 1. ÚVOD...1

Fyzikální chemie. ochrana životního prostředí analytická chemie chemická technologie denní. Platnost: od do

Elektrická dvojvrstva

Chemie životního prostředí III Hydrosféra (12) Ropné znečištění vod

Interakce koloidních částic při úpravě vody. Martin Pivokonský

CZ.1.07/2.2.00/ ACH/CHZP CHEMIE ŽIVOTNÍHO PROSTŘEDÍ

SHRNUTÍ A ZÁKLADNÍ POJMY chemie 8.ročník ZŠ

Ohlašovací prahy pro úniky a přenosy pro ohlašování do IRZ/E-PRTR

Chemie životního prostředí III Pedosféra (01) Základní charakteristiky

Biofyzikální chemie interakce bílkovin s ligandy, koloidy v biochemii, rovnováha na membránách. Zita Purkrtová říjen - prosinec 2015

Gymnázium, Milevsko, Masarykova 183 Školní vzdělávací program (ŠVP) pro vyšší stupeň osmiletého studia a čtyřleté studium 4.

CHO cvičení, FSv, ČVUT v Praze

Typy molekul, látek a jejich vazeb v organismech

Půda - 4 složky: minerálníčástice organickéčástice voda vzduch

ÚPRAVA VODY V ENERGETICE. Ing. Jiří Tomčala

Rozpustnost Rozpustnost neelektrolytů

Opakování

Roztok. Homogenní směs molekul, které mohou být v pevném, kapalném nebo plynném stavu. Pravé roztoky

Biofyzikální chemie interakce bílkovin s ligandy, koloidy v biochemii, rovnováha na membránách. Zita Purkrtová březen duben 2012

Nauka o materiálu. Přednáška č.10 Difuze v tuhých látkách, fáze a fázové přeměny

Ing. Libor Vodehnal, AITEC s.r.o., Ledeč nad Sázavou

VÝUKOVÝ MODUL MEMBRÁNOVÝCH PROCESŮ TÉMATA PŘEDNÁŠEK

ZKUŠENOSTI MINISTERSTVA ŽIVOTNÍHO PROSTŘEDÍ S VYUŽÍVÁNÍM INOVATIVNÍCH TECHNOLOGIÍ PŘI NÁPRAVĚ STARÝCH EKOLOGICKÝCH ZÁTĚŽÍ V ČR

Vysvětlivky: Důležité pojmy

Dekompozice, cykly látek, toky energií

Test vlastnosti látek a periodická tabulka

OPTIMALIZACE CHEMICKY PODPOROVANÝCH METOD IN SITU REDUKTIVNÍ DEHALOGENACE CHLOROVANÝCH ETHYLENŮ.

Environmentální geomorfologie

Roztoky - druhy roztoků

Některé základní pojmy

INTERAKCE NULMOCNÉHO NANOŽELEZA SE SÍRANY. Pavla Filipská, Josef Zeman, Miroslav Černík. Ústav geologických věd Masarykova Univerzita

Mohamed YOUSEF *, Jiří VIDLÁŘ ** STUDIE CHEMICKÉHO SRÁŽENÍ ORTHOFOSFOREČNANŮ NA ÚČOV OSTRAVA

polutantů (01_01) HMs) osud, vlastnosti

ostatní rozpuštěné látky: křemík, vápník, železo, síra

Látky jako uhlík, dusík, kyslík a. z vnějšku a opět z něj vystupuje.

Roztoky - elektrolyty

Stanovení kvality humusu spektrofotometricky

ZŠ ÚnO, Bratří Čapků 1332

Gymnázium Jiřího Ortena, Kutná Hora

Chemie. Mgr. Petra Drápelová Mgr. Jaroslava Vrbková. Gymnázium, SOŠ a VOŠ Ledeč nad Sázavou

Kyslík. Kyslík. Rybářství 3. Kyslík. Kyslík. Koloběh kyslíku Chemismus vodního prostředí. Výskyty jednotlivých prvků a jejich koloběhy

Galvanický článek. Li Rb K Na Be Sr Ca Mg Al Be Mn Zn Cr Fe Cd Co Ni Sn Pb H Sb Bi As CU Hg Ag Pt Au

Ochrana půdy. Ing. Petr Stloukal Ústav ochrany životního prostředí Fakulta technologická Univerzita Tomáše Bati Zlín

Aplikace nano-sorbentů pro stabilizaci Pb a Zn v kontaminované půdě

Hydrosféra - (vodní obal Země) soubor všeho vodstva Země povrchové vody, podpovrchové vody, vody obsažené v atmosféře a vody v živých organismech.

EU peníze středním školám digitální učební materiál

Organické látky. Organická geochemie a rozpuštěný organický uhlík

neionogenní aniontové kationtové amfoterní

Chemie životního prostředí III Hydrosféra (06) Atmosférické vody

Ukázky z pracovních listů B

SHRNUTÍ A ZÁKLADNÍ POJMY UČEBNICE ZÁKLADY CHEMIE 1

Částicové složení látek atom,molekula, nuklid a izotop

Elektrochemický potenciál Standardní vodíková elektroda Oxidačně-redukční potenciály

Inovace profesní přípravy budoucích učitelů chemie

Rozpustnost s. Rozpouštění = opakem krystalizace Veličina udávající hmotnost rozpuštěné látky v daném objemu popř. v hmotnosti nasyceného roztoku.

Chemie. 8. ročník. Úvod do chemie. historie a význam chemie

NÁZVOSLOVÍ SOLÍ. Autor: Mgr. Stanislava Bubíková. Datum (období) tvorby: Ročník: osmý

Transkript:

Centre of Excellence Chemie životního prostředí III Hydrosféra (03) Sedimenty Ivan Holoubek RECETOX, Masaryk University, Brno, CR holoubek@recetox. recetox.muni.cz; http://recetox.muni muni.cz

Koloidní látky ve vodách Disperzní systémy soustavy dvou složek či dvou fází, přičemž jedna je rozptýlena ve druhé Disperzní podíl disperzní prostředí Homogenní disperzní systém 2 složky, 1 fáze pravé roztoky, hydrofilní kolidní roztoky Heterogenní koloidní disperze sol je-li disperzní prostředí voda hydrosol Koloidní disperze v plynném prostředí aerosol 2

Koloidní látky ve vodách Makrodisperze Systémy Mikrodisperze 500-1 000 nm Koloidní disperze 1-5 500-1 000 nm Analytické disperze pravé roztoky 3

Koloidní látky ve vodách Soustavy hrubě disperzní (makro-, mikro-) ( > 500 1 000 nm): suspenze (disperzní podíl tuhá fáze) emulze (disperzní podíl tekutina) pěny (disperzní podíl plyn) Typická vlastnost opalescence 4

Koloidní látky ve vodách Koloidní disperze i když každá má určité specifické fyzikálněchemické vlastnosti, je přechod mezi jednotlivými disperzními soustavami plynulý: 10-10 10-9 10-8 10-7 10-6 10 5 10-4 1 nm molekuly ionty 1 μm hrubé disperze koloidy mikrodisperze viry bakterie 5

Koloidní látky ve vodách Koloidní disperze se dělí dle afinity k vodě: hydrofilní (koloidní roztoky) hydrofobní (hydrosoly) Hydrofilní koloidní roztoky (homogenní disperzní soustavy): disperzní částice: - makromolekuly (vysokomolekulární koloidní roztok) - asociáty micely (micelární, asociativní koloidy) Vysokomolekulární koloidní roztok bílkoviny, polysacharidy, huminové látky, polyfosforečnany, třísloviny lineární polymery se silně polárními skupinami (OH, COOH, NH 2 ) Micelární, asociativní koloidy micely vznikají asociací malých molekul Hydrofobni koloidy (hydrosoly) heterogenní koloidní soustavy 6

Koloidní látky ve vodách Koloidní disperze se dělí dle afinity k vodě: hydrofilní (koloidní roztoky) hydrofobní (hydrosoly) Hydrofilní koloidní roztoky (homogenní disperzní soustavy): disperzní částice: - makromolekuly (vysokomolekulární koloidní roztok) - asociáty micely (micelární, asociativní koloidy) 7

Koloidní látky ve vodách Vysokomolekulární koloidní roztok bílkoviny, polysacharidy, huminové látky, polyfosforečnany, třísloviny lineární polymery se silně polárními skupinami (OH, COOH, NH 2 ) Micelární, asociativní koloidy micely vznikají asociací malých molekul Hydrofobni koloidy (hydrosoly) heterogenní koloidní soustavy 8

Koloidní látky ve vodách Nevznikají samovolně, je nutná umělá dispergace nebo srážení, nejsou v termodynamické rovnováze, jsou agregátně nestálé. Koagulace děj agregace koloidně dispergovaných částic ve větší celky amorfní SiO 2, hydratované oxidy kovů, hlinitokřemičitany. Povrch koloidních částic je obvykle elektricky nabit, náboj povrchu koloidních částic chrání koloidní disperzi před koagulaci, stabilita koloidů klesá s rostoucí iontovou silou (koncentrací elektrolytu). Ve vodách s velkou mineralizací je většina koloidů málo stabilních, málo mineralizované vody jsou často zakalené a obsahují ve větších koncentracích Fe, Mn, huminové látky. 9

Koloidní látky ve vodách Stopové koloidy stopové kovy ( < 10-5 10-6 mol.l -1 ) nekoagulují za vzniku sraženiny, jejich optické vlastnosti jsou zanedbatelné, vznikají adsorpcí iontových a molekulárních forem výskytu stopových prvků na cizích koloidních částicích (jílové minerály, huminové látky, mikroorganismy, organický detrit), spolusrážením na právě vznikajících cizích koloidních částicích. Tvorba pravých koloidů vyžaduje překročení hodnoty podmíněného součinu rozpustnosti. Při jejich vzniku přichází v úvahu především heterogenní nukleace (homogenní nebývají splněny koncentrační předpoklady). 10

Koloidní látky ve vodách Tvorba pravých koloidů hydratovaných oxidů: Jednoduché ionty hydroxokomplexy polynukleární hydroxokomplexy pravé koloidy Malé rozměry (dáno nízkými koncentracemi stopových látek) jsou přítomny v podzemních i povrchových vodách ovlivňují migraci těchto prvků vprostředí. 11

Dnové sedimenty Nerozpuštěné látky ve vodě - část je unášena, část sedimentuje Dnový kal (sediment) - kal usazený na dně nádrží a toků - anorganické i organické látky, odumřelé organismy - směs jílů, bahna, písku, organické hmoty, různých minerálů Oligotrofní jezera - hluboká, málo živin, nízká biologická aktivita - roční vrstva kolem 1 mm Eutrofní jezera a nádrže - podstatně vyšší 12

Dnové sedimenty Zdroje tuhých částic: ze splachů zokolnípůdy (jílové minerály, erodované horniny..), z antropogenních činností (MČOV, PČOV), tuhé částice ze sekundárních chemických reakcí (hydratované oxidy Fe, Mn, Al, málo rozpustné fosforečnany, uhličitany, sulfidy..), organický detritus - zbytky odumřelých organismů živočišných a rostlinných usazujících se na dně jako jemný kal Rovnováha voda - sedimenty Ovlivněna obsahem organického C, N, huminových látek, anorganickým složením, výměnnou kapacitou 13

Sedimentace / resuspendace Sedimentace částic jako transportní mechanismus pohybu chemických látek ve vodním tělese 14

Sedimentace / resuspendace Cesty pohybu chemických látek po desorpci/resuspendaci 15

Dnové sedimenty Děje v sedimentech: chemické - srážení, rozpouštění kovů a dalších složek, oxidace, redukce, komplexace fyzikálně-chemické - adsorpce, desorpce, difuze biochemické - aerobní (svrchní vrstvy, pokud jsou ve styku s vodou obsahující rozpuštěný kyslík) a anaerobní (bakterie, vyšší organismy) 16

Bentální rozklad - děje za aerobních a anaerobních podmínek vedoucí k postupné stabilizaci sedimentů; z hlediska kyslíkového režimu: 1. procesy spotřebovávající kyslík z vody - biochemická oxidace svrchních vrstev sedimentu a biochemická a chemická oxidace produktů anaerobního rozkladu spodních vrstev sedimentu 2. procesy nespotřebovávající kyslík - anaerobní rozklad spodních vrstev sedimentu Významnější 1) Dnové sedimenty 17

Sedimentace proces samočištění vod Sedimenty - zdroje druhotné kontaminace vod - nepříznivý vliv na kvalitu vod - remobilizační procesy vedoucí k eutrofizaci (PO 4 3- ), uvolňování iontů kovů, POPs.. Sedimenty - srážecí reakce vedoucí ke vzniku sedimentů: fosforečnany z OV - vod s vysokým obsahem Ca: 5Ca 2+ + H 2 O + 3 HPO 4 2- Ca 5 OH(PO 4 ) 3 (s) + 4 H + hydroxyapatit 18

Sedimentace proces samočištění vod vody bohaté na CO 2 s vysokým obsahem Ca 2+ -ztrátami CO 2 do atmosféry: Ca 2+ + HCO 3 - CaCO 3 (s) + CO 2 (g) + H 2 O když dochází ke zvýšení ph v důsledku fotosyntézy: Ca 2+ + 2 HCO 3- + hν {CH 2 O} + CaCO 3 (s) + O 2 (g) 19

Sedimentace proces samočištění vod oxidací redukovaných forem prvků - převod na nerozpustné formy: 4 Fe 2+ + 10 H 2 O + O 2 4 Fe(OH) 3 (s) + 8 H + snížení ph může vést ke vzniku nerozpustných huminových kyselin a v roztoku přítomných v bazích rozpustných huminových sloučenin 20

Biologická aktivita: bakterie produkující Fe 2 O 3 při oxidaci Fe 2+ na Fe 3+ Sedimentace proces samočištění vod v anaerobních dnových sedimentech některé bakterie využívající síranové anionty jako příjemce elektronů: SO 4 2- H 2 S bakterie redukující Fe (III) na Fe (II): Fe(OH) 3 (s) Fe 2+ Výsledkem je srážecí reakce za vzniku černé vrstvy sedimentu FeS: Fe 2+ + H 2 S FeS (s) + 2 H + 21

Rozhraní voda - sediment Sorpce na povrchu sedimentů 22

Difuze v pórech tuhých matric Sorpce na povrchu sedimentů 23

Sorpce na povrchu sedimentů Řada vlastností a vlivů (s) v kontaktu s vodou závisí a je dána sorpcí solutu na povrchu tuhé fáze. Množství povrchové E závisí na chemických silách mezi povrchovými atomy, ionty a molekulami, může být snižována redukcí povrchu danou agregací částic nebo sorpcí solutu. Jako povrch může být: sorbovaný kovový iont, komplexovaný na povrchu: M-OH + Mt z+ M-O-Mt z-1 + H + nebo chelatovaný s kovovým iontem: M-O-H M-O + Mt z+ Mt z-2 + 2 H + M-O-H M-O 24

Sorpce na povrchu sedimentů kovový iont komplexovaný s ligandem L, může být vázán uvolněním H + nebo OH - : M-OH + MtL z+ M-O-MtL (z-1) + H + M-OH + MtL z+ M-O-MtL (z+1) + OH - přítomnost ligandu, disociace komplexu a sorpce kovového komplexu a ligandu může být vyjádřena: Mt z+ (sorbovaný) Mt z+ (aq) MtL z+ (sorbovaný) MtL z+ (aq) L z+ (sorbovaný) L z+ (aq) Vysoce efektivní sorpce - oxidy Mn(IV), Fe(III) 25

Sorpce na povrchu sedimentů sorpce aniontů tuhými povrchy je obtížnější než sorpce kationtů: M-O-H M-O OH + HPO 42 - P + 2 OH - M-O-H M-O O PO 4 3-, SO 4 2- - chemické vazby, ph < 7 Cl -, NO 3- - elektrostatické interakce s pozitivně nabitými koloidními částicemi, nízké ph ostatní - specifické mechanismy 26

Sorpce na povrchu sedimentů Vlivy protonace, vzniku komplexů s ligandy a kovovými ionty a redukce na rychlost rozpouštění 27

Sorpce na povrchu sedimentů Rozpouštění oxidů železa 28

Desorpce z povrchu sedimentů Rozpouštění oxidu hlinitého 29

Sorpce na povrchu sedimentů 30

Sorpce na částice dnových a suspendovaných sedimentů 31