T.C. NEVġEHĠR HACI BEKTAġ VELĠ ÜNĠVERSĠTESĠ
Transkript
T.C. NEVġEHĠR HACI BEKTAġ VELĠ ÜNĠVERSĠTESĠ
T.C. NEVġEHĠR HACI BEKTAġ VELĠ ÜNĠVERSĠTESĠ MÜHENDĠSLĠK MĠMARLIK FAKÜLTESĠ ÇEVRE MÜHENDĠSLĠĞĠ BÖLÜMÜ ÇEVRE KĠMYASI LABORATUVARI-II DENEY FÖYLERĠ KĠTAPÇIĞI YRD. DOÇ. DR. HÜSEYĠN CÜCE Sevgili öğrenciler, bu ders notu, Prof. Dr. Gülfem Bakan'ın "Çevre Kimyası" dersi kapsamında kullanılagelen laboratuvar uygulama örneklerinden yararlanılarak hazırlanmış ve kitapçık sonunda yer alan ilgili kaynaklardan standart yöntemlere bağlı kalınmak suretiyle güncelleştirilerek kullanımınıza sunulmuştur. 2014-2015 BAHAR DÖNEMĠ Çevre Kimyası Laboratuvarı_II LABORATUVAR UYGULAMASINDA DĠKKAT EDĠLECEK NOKTALAR Laboratuvar çalıĢması süresince tüm öğrencilerin titiz ve dikkatli davranması çalıĢma güvenliği açısından oldukça önemlidir. ÇalıĢma tamamlandıktan sonra, laboratuvar koĢulları mevcut haline tekrar getiriline kadar gerekli düzen ve temizlik öğrencinin sorumluluğundadır. Kimyasal maddelerin ve çözeltilerin kullanımı sırasında ellere, yüze ve vücuda bulaĢmamasına çok özen gösterilmelidir. Deneyde kullanılacak alet ve cam malzemenin temiz olmasına dikkat edilmeli, kırık ve çatlak araç-gereçle çalıĢmamalıdır. Deney bitiminde çalıĢma yeri ve kullanılan malzeme temizlenmelidir. Herhangi bir yere asit veya baĢka bir aĢındırıcı kimyasal döküldüğünde anında bol su ile yıkanmalıdır. Kimyasal madde alırken, alınan kabın üzerindeki etiket dikkatle okunmalı, doğru maddenin alındığından emin olunmalıdır. Ayrıca kullanılan kimyasal maddeler doğrudan büyük ĢiĢelerden alınmamalıdır. Gereken miktar kadar sıvı reaktifler, reaktif ĢiĢelerine, katı maddeler de kapaklı geniĢ ağızlı cam veya plastik ĢiĢe ya da kavanozlara konulmalıdır. Reaktif ĢiĢeleri üzerine reaktif adını ve konsantrasyonunu belirten etiketler yapıĢtırılmalı ve kullanım sırasında kapakları açık bırakılmamalı sıkıca kapatılmalıdır. HNO3, HClO4 gibi organik maddeleri etkileyen reaktifler için cam kapaklı cam ĢiĢeler kullanılmalıdır. Camı etkileyen HF ve deriĢik alkali hidroksit çözeltileri ise plastik ĢiĢelerde tutulmalıdır. Bir kimyasal madde veya çözeltiyi bulunduğu kaptan alırken kullanılan araç kesinlikle kuru ve temiz olmalıdır. Özellikle sıvılardan birini almak için kullanılan cam malzeme baĢka bir sıvı için kullanılmamalıdır. Asit, baz veya tuz çözeltilerinin hazırlanmasında; bu maddelerin üzerine su dökülmemelidir. Çünkü ani köpürmeler istenmeyen durumlara yol açabilir. Bu nedenle suyun üzerine bu tür maddeler yavaĢça eklenmelidir. Laboratuvar Çalışmalarında Öğrencinin Temin Etmesi Gereken Malzemeler; 1. Laboratuvar Önlüğü ve ilgili Deney Föyü 2. Küçük Not Defteri (Ajanda Kullanılması Önerilir) 3. Cam Kalemi ve Etiket 4. Sterilizasyon ve Temizlik Malzemeleri (Eldiven, Sıvı Sabun, Kağıt Havlu veya Tuvalet Kağıdı; Tercihen Ġyi Kalitede Olmaları Önerilir). Deney Raporu Yazım Tekniği 1. Kapak Sayfası (ad-soyad, numara, deney adı ve tarihi) 2. Teorik bilgi (literatür çalışması kısa, öz ve güncel olmalıdır.) 3. Veri Analizi ve Hata Hesaplamaları (gerektiğinde grafiklerle açıklanmalıdır. ) 4. Sonuç ve TartıĢma (deney sonucunun yorumlanması ve kitapçıkta yer alan soruların cevaplandırılması) 5. Kaynaklar (yararlanılan referanslara mutlaka yer verilmelidir.) Notlar: - Öğrenci, ilgili deneye hazırlıklı gelmeli, deney başlangıcında ve sonunda yapılacak kısa süreli sınavlara (quiz) katılmalıdır. - Öğrencinin, deney sonuç raporunu hazırlarken, mümkün olduğunca farklı kaynak kitap ve bilimsel dergilere başvurması tavsiye edilir. İnternet üzerinden elde edilen bilgilerin doğruluğu ve güvenilirliği konusunda netlik yoksa raporda yer verilmemelidir. - Laboratuvar raporları formata uygun olarak el yazısı ile hazırlanmalı ve zımbalanarak zamanında teslim edilmelidir.Şeffaf dosya veya benzeri materyal kullanılmamasına özen gösterilmelidir. Nevşehir Hacı Bektaş Veli Üniversitesi, Çevre Mühendisliği Bölümü 2 Çevre Kimyası Laboratuvarı_II ÇEġĠTLĠ LABORATUVAR MALZEMELERĠ Nevşehir Hacı Bektaş Veli Üniversitesi, Çevre Mühendisliği Bölümü 3 Çevre Kimyası Laboratuvarı_II DF1. BULANIKLIK TAYĠNĠ AMAÇ Bulanıklık ölçümünde Türbidimetre kullanılır. Numunede dağılan ıĢığın Ģiddetine bağlı olarak bulanıklık tayini yapılmaktadır. TEORĠ Suların bulanık oluĢu ; içinden geçen ıĢığın engellenmesi nedeniyledir. Bulanıklığın nedeni ise su içinde askıda bulunan kil, silis, organik maddeler, mikroskobik organizmalar , çökelmiĢ haldeki kalsiyum karbonat, alüminyum hidroksit, demir hidroksit veya benzer maddelerden ileri gelir. Bunlar kolloid büyüklüğünde iri taneciklere kadar değiĢik tane iriliklerinde olabilirler. Bu irilik dağılımı ve tanecik miktarı bulanıklığın az veya çok olması Ģeklinde izlenir. Bulanıklık ölçümleri su temini sahasında özellikle önemlidir. Evsel ve endüstriyel artıkların arıtılma sahasında sınırlı bir kullanımı vardır. Çevre mühendisliği açısından su temin edilen alanlarda bulanıklık değiĢimi bilgisi oldukça önemli bir konudur. Kimyasal pıhtılaĢma ve filtrasyon ünitelerinde içme suyu amacı ile kullanılacak olan suyun arıtılıp arıtılmayacağı hakkında bilgi edinmede bulanıklık verisi kullanılır. Nehirlerden içme suyu temin edilen yerlerde yüksek bulanıklık nedeniyle kimyasal floklaĢma arıtım ünitesi gereklidir. Ayrıca bulanıklık ölçümleri, farklı kimyasal maddeler kullanılarak arıtma yapıldığında arıtmanın verimini belirlemede kullanılır. Böylece kullanılacak en etkili ve en ekonomik kimyasal maddenin seçimi mümkün olabilmektedir. Bu nedenle filtrelenen suyun bulanıklık ölçümleri hatalı filtre çalıĢmalarını kontrol etmek üzere gereklidir. ALETLER - Turbidimetre - Balon joje, pipet, beher REAKTĠFLER 1. Bulanık olmayan saf su 2. STOK çözelti ( 4000 NTU bulanıklığa sahip) a) Çözelti - 1 5 g Hidrazin sülfat ( NH2)2.H2SO4 saf suda çözülüp 400 ml 'ye seyreltilir. b) Çözelit - 2 50 g Hekzametilen tetramin ( CH2)6.N4 saf suda çözülüp 400 ml'ye seyreltilir. Çözelti -1 ve Çözelti - 2, 1 litrelik balon jojeye boĢaltılıp saf su ile litreye tamamlanır. Oda sıcaklığında 48 saat bekletilir. STOK çözelti saf su ile değiĢik oranlarda seyreltilerek bulanıklık standartları hazırlanır. BULANIKLIK STANDARTLARI Bulanıklık ( NTU) 1000 500 100 50 10 5 1 1 litreye seyreltilen 4000 NTU 'luk çözelti hacmi ( ml) 250 125 25 12,5 2,5 1,25 0,25 Numune hangi standarda yakın bulanıklığa sahipse ( göz ile mukayese edilerek) turbidimetre o standart ile kalibre edilerek numunenin bulanıklığı ölçülür. Nevşehir Hacı Bektaş Veli Üniversitesi, Çevre Mühendisliği Bölümü 4 Çevre Kimyası Laboratuvarı_II 3. Kaoline süspansiyonu 100 mg/l - 50 mg/l 4. Stok çay çözeltisi YÖNTEM A) Standardizasyon : 1000 , 100, 10 ve 1 NTU 'luk standart bulanıklık çözeltileri ile alet standardize edilir. B) Bulanıklık Ölçümü : 1. 2 set 100 ml 'lik kaoline süspansiyonunda değiĢik seyreltilerde ( 0 , 10, 30, 75 ve 100 ml) çözeltiler hazırlayınız. Hazırladığınız bu setlerden ikincisindeki her çözeltinin içine ayrıca birer ml. stok çay çözeltisi ekleyiniz. Böylece rengin bulanıklığa olan etkisi gözlenebilecektir. 2. Aletle ölçüme baĢlamadan önce, aletin sıfır ayarını yapınız. çalıĢtırılması ve ısınması gerekmektedir. Ayrıca, aletin ölçümden 12 saat önce 3. Alette ölçüm için alacağınız numune miktarı 25 1 ml. civarında olmalıdır. Çözeltiyi, ölçüm beherine boĢaltmadan önce iyice çalkalamanız gerekmektedir. 4. Bulanıklık ölçümü yaparken, ölçülecek numune ile, onun bulanıklılığını içerecek standart çözelti karĢılaĢtırılarak seçilir ve o standartla alet standardize edildikten sonra numune ölçülür. Örneğin, numunemiz yaklaĢık 30 - 40 NTU bulanıklığa sahipse aleti 100 NTU skalasına göre standardize etmelisiniz ki, numune 10 100 NTU skalasında ölçülebilsin. 5. Yukarıdaki Ģekilde hazırladığınız tüm çözeltilerin bulanıklığını ölçünüz ve aĢağıdaki Ģekilde hazırladığınız veri setine yazınız. Kaoline süspansiyon konsantrasyonu ( mg / l) Bulanıklık ( NTU ) VERĠ ANALĠZĠ VE HESAPLAMALAR 1. AĢağıdaki formülü kullanarak numunelerin bulanıklığını hesaplayınız. (B+C) Bulanıklık = A*SF SF = -------------C A : SeyreltilmiĢ numunede okunan bulanıklık, NTU B : Seyreltide kullanılan su miktarı ( ml) C : Seyrelti için kullanılan numune hacmi ( ml) Bulanıklık (NTU) 2. Her set kaoline süspansiyonu için aldığınız ölçümlerden bulanıklığa karĢı konsantrasyon grafiklerini çiziniz. Kaolin konsantrasyonu (mg/L) TARTIġMA VE SONUÇLAR 1. Çevre Mühendisliği pratiğinde bulanıklık ölçümlerinin önemini tartıĢınız. 2. Numunelerde rengin bulunması, bulanıklığı nasıl etkiliyor ? TartıĢınız. 3. Çevre Mühendisliğinde parçacık boyutu dağılımını araĢtırınız. Nevşehir Hacı Bektaş Veli Üniversitesi, Çevre Mühendisliği Bölümü 5 Çevre Kimyası Laboratuvarı_II DF2. SPEKTROFOTOMETRE KALĠBRASYONU AMAÇ 1. Tipik bir enstrümana kalibrasyon yönteminin uygulanıĢı 2. Spektrofotometrenin çalıĢtırılmasının gösterilmesi, absorpsiyon spektromunun tayini ve en uygun dalga boyunun seçimi ile standart kalibrasyon eğrisinin oluĢturulması ve kullanımı. TEORĠ "Beer Lambert Kanunu" , bir solüsyondan geçen ıĢık miktarının, solüsyon konsantrasyonuyla olan iliĢkisini anlatan bir kanundur. Bu kanunun ifadesi ise: A=a*b*c Ģeklindedir. Burada, A =absorbans, a = absortivity, b = hücre boyu, c = konsantrasyon anlamına gelir. Bir solusyonu, kantitatif olarak spektrofotometrik bir metodla analiz etmek için, absorplamayı ölçen doğru dalga boyunun tayini ve sistemin "Beer Kanunu"na uymasını sağlamak için baĢtan bir çok ön ölçümlerin yapılması gereklidir. ALETLER - Spektrofotometre - Küvetler ( 2- 1 cm. çapında) - Pipetler - Erlen - Beherler REAKTĠFLER AĢağıdaki çözeltileri hazırlayınız : 1. 0.05 N KOH : 3,3 gr AR saflığında KOH/l saf suda çözünüz. 2. 40 mg/ l potasyum kromat solüsyonu ( stok) : 20 mg AR saflığında K2CrO4 / 500 ml 'yi 0.05N KOH içinde çözünüz. 3. 4 tane 50 ml'lik erlenlere 10 ml, 20 ml, 30 ml ve 40 ml K2CrO4 solüsyonunu sırayla ekleyiniz. Daha sonra herbirini 50 ml ' ye 0.05 N KOH ile seyreltiniz. ġimdi solüsyonlar 8 mg/l, 16 mg/l, 24 mg/l ve 32 mg/l standart potasyum kromat solüsyonu içermektedir. YÖNTEM Enstrümanın sağlıklı çalıĢtığını kontrol etmek için günlük yapılması gereken dalga boyu kalibrasyon doğrulaması, haftalık absorblama kontrolü ve veri gerektiğinde ıĢık geçirgenliğinin doğrulaması gerekir. A) Dalga boyu kalibrasyonunun doğrulanması : 1. Holmium oxide filtresi standart dalgaboyu olarak kullanılarak dalgaboyu kalibrasyonu yapılabilir. Holmium oxide camı belirgin bilinen dalgaboylarında spektrumun hem " görünen (visible) " , hem de " ultrviolet, UV " bölgelerinde oluĢan keskin absorpsiyon bantları içerir. 2. AĢağıdaki Ģekilde spekturumu kullanılarak dalgaboyu kalibrasyonu doğrulanır. Nevşehir Hacı Bektaş Veli Üniversitesi, Çevre Mühendisliği Bölümü 6 Çevre Kimyası Laboratuvarı_II 3. KMnO4 solüsyonu monokromatik radyasyonda "Beer" kanununu izler ve spektrofotometrenin kalibrasyonunda kullanılabilir. KMnO4 'in spektrumu ġekil 1 'de verilmiĢtir. 0,600 3 mg Mn/250 ml Absorbans 0,400 1 mg Mn/250 ml 0,200 400 500 600 Dalga Boyu (nm) B. Absorblama Kontrolü : Spektrofotometrik ölçümlerin değiĢik safhalarını standardize etmek için bir set nötür durağan yoğunlukta filtreler veya sıvı filtreler geliĢtirilmiĢtir. Eğer bu filtreler yoksa, 1. Standart potasyum kromat test solüsyonu, 0.05 N KOH içinde ve 32 mg/l konsantrasyonunda, bu filtrelerin yerine kullanılabilir. 2. Spektrofotometre absorblama doğrulaması için aĢağıdaki yönteme göre kullanılabilir : i - Aleti açtıktan sonra ısınması için 15 dk. bekleyiniz. ii - Aleti " absorbance " konumuna getiriniz. iii - Ġstenen dalga boyunu seçiniz. iv - ġahit numune (Blank) ile aletin 0.000 ayarını yapınız. v - Numunenin bulunduğu hücreyi yerine yerleĢtirip absorbans değerini okuyunuz. vi – Dalga boyunu değiĢtirerek, her dalga boyunda numune ölçümünü tekrarlayınız. vii- 0.05 N KOH içinde standard test solüsyonu olan potasyum kromatın (32 mg/l) absorpsiyon spektrumunu tayin ediniz. viii - Absorpsiyon spektrumunu çiziniz ve kantatif analiz için en uygun dalga boyunu seçiniz. C - Fotometrik Doğrusallık Kontrolü : 1. Fotometrik doğrusallık, absorblamaya karĢılık konsantrasyon değerleri çizilerek kontrol edilebilir, bunun için bir seri özel bilinen konsantrasyondaki asit veya alkali kromat, nitrophenol ve kobaltammonyum sülfat solüsyonları ile değiĢik konsantrasyonlarda test solüsyonu olarak kullanılabilir. 2. Alkaline-potasyum kromat çözeltiside fotometrik doğrusallığı kontrol için aĢağıdaki Ģekilde kullanılabilir : i - Aleti açtıktan sonra ısınması için 15 dk. bekleyiniz. ii - Aleti " absorbance " konumuna getiriniz. iii - Tungsten lambasını çeviriniz ve kaynak seçici yerini " visible " konumuna getiriniz. iv- Dalga boyunu 370 nm 'ye ayarlayınız. v - ġahit numune ile aletin 0.000 ayarını yapınız. vi - Küveti iki kez 8 mg/l K2CrO4 standart çözeltisiyle çalkalayınız ve sonra bu çözeltiyle tekrar doldurup absorblama değerini okuyunuz. vii - Bu iĢlemleri diğer hazırlanan standart K2CrO4 çözeltileri içinde tekrarlayınız. Nevşehir Hacı Bektaş Veli Üniversitesi, Çevre Mühendisliği Bölümü 7 Çevre Kimyası Laboratuvarı_II viii - Absorblamaya karĢılık K2CrO4 konsantrasyon (mg/l) değerlerini grafik kağıdına çiziniz. D - IĢık Geçirgenliğinin Doğrulanması : "Beer Kanunu‟ndan Sapma" dedektörü, belirtilen dalga boyu haricindeki dalga boylarında kıran ıĢıktır. Genel etkisi görünen absorblama değerini düĢürür. Herhangi verilen bir analizde, bu değiĢim, doğrusallığın sağlandığı grafiğin en son ve en yüksek konsantrasyon aralığında gözlenebilir. Eğer bu gözlenmiĢse, "Beer Kanunu‟ndan Sapma" doğrulanması ölçüm yapılan dalga boyu yakınında yapılmalıdır. Bunun için aletin kullanım klavuzunda verilen yöntem kullanılmalıdır. VERĠLER 1. Absorblama doğrulaması için absorblama değerlerini, 10 nm dalga boyu artıĢlarıyla gösteren 320 - 400 nm arasındaki dalga boylarındaki okumaları içeren bir tablo hazırlayınız. Daha sonra en uygun dalga boyunu seçiniz. 2. Fotometrik doğrusallık için ise 40 - 24 - 16 - 8 mg/l K2CrO4 konsantrasyonlarındaki absorblama değerlerini seçilen dalga boyunda tablo halinde belirtiniz ve ayrıca bilinmeyen numunenin konsantrasyonunu mg/l K2CrO4 olarak veriniz. VERĠ ANALĠZĠ VE HESAPLAMALAR 1. K2CrO4'ün absorpsiyon spektrumunu çiziniz ve kantitatif analizler için en uygun dalgaboyunu seçiniz. Bunu laboratuar asistanınızla doğrulayıp, yöntemin "C" kısmını yapmaya öyle baĢlayınız. 2. Absorblamaya karĢılık K2CrO4 konsantrasyonu ( mg/l) olarak seçilen dalga boyunda bir grafik çiziniz. 3. Bilinmeyen potasyum kromat ( K2CrO4) solüsyonunun konsantrasyonunu " C " adımından elde ettiğiniz standart kalibrasyon eğrisinden okuyunuz. TARTIġMA VE SONUÇLAR 1. Spektrofotometrik analizlerin çevre mühendisliğinde kullanımını tartıĢınız. 2. Herhangi bir spektrofotometrik analiz öncesinde spektrofotometrenin kalibrasyonunun önemini tartıĢınız. Nevşehir Hacı Bektaş Veli Üniversitesi, Çevre Mühendisliği Bölümü 8 Çevre Kimyası Laboratuvarı_II DF3. KOLORĠMETRĠK FOSFAT ANALĠZĠ AMAÇ 1. 2. 3. Optimum dalga boyunun seçimine göre uygun yöntemi gösterme Kolorimetrik analizlerin genel prensiplerinin gösterilmesi Sudaki fosfat konsantrasyonunun tayini TEORĠ Fosfor, genelde kirli sularda, ortofosfat ve polifosfat hallerinde bulunur. Bütün polifosfatlar, sulu çözeltilerde göreceli olarak hidroliz olup, ortofosfata dönüĢürler. Bu dönüĢümün hızı sıcaklığa bağlıdır ve sıcaklık kaynama noktasına yaklaĢtıkça hızlanır. Ayrıca bu hız, çözeltinin pH sını düĢürerek de hızlandırılabilir. Mühendislik uygulamalarında, genellikle orto, poli ve organik formdaki fosfor türü miktarlarının bilinmesi gerekmektedir. Ortofosfat analizlerinde, polifosfatların analiz üzerindeki giriĢimleri önemsizdir ve ortofosfatlar yeterli derecede bir hassasiyetle ölçülebilmektedir. Poli ve organik formdaki fosfor türleri ise toplam fosfor analizlerinde ortofosfat formuna dönüĢtürülür. Ortofosfat formda bulunan fosfor ( ve ) gravimetrik, volumetrik ve kolorimetrik metotlar kullanılarak kantitatif olarak ölçülebilmektedir. Suda çok yüksek fosfat miktarı bekleniyorsa tayin için gravimetrik metot kullanılabilir. Ancak, böyle yüksek konsantrasyonlu durumlar mühendislik uygulamalarında çok sıkça karĢımıza çıkmamaktadır. Volumetrik metot ise fosfat konsantrasyonun 50 mg/L‟yi aĢtığı durumlarda kullanılmaya uygundur. 50 mg/L‟yi aĢan durumlara, buhar kazanlarında ve anaerobik çürütücülerin üst kısımlarında biriken sularda rastlanmaktadır. Bu metot bir çökelek oluĢturma, çökeleğin süzülmesi, sulandırılması ve titrasyonundan ibarettir. Ancak çok vakit alır. Su ve atıksu analizlerinde kolorimetrik metotlar önerilir. Ortofosfat tayininde üç kolorimetrik metot kullanılmaktadır. Bu metotlar, esasen aynı olmasına rağmen, renk oluĢumu için kullanılan reaktiflerde farklılık gösterirler. Kullanılan kolorimetrik yöntemler aĢağıda sıralanmıĢtır: A- Vanadomolibdofosforik Asit Kolorimetrik Yöntemi B- Kalay klorür Yöntemi C- Askorbik Asit Yöntemi Kolorimetrik “vanadomonlybdophosphoric” asit metodu ortofosfatların ölçümü için seçilmiĢtir. Vanadyumun bulunduğu ortamda sarı renk oluĢur. Bu sarı rengin yoğunluğu fosfat konsantrasyonuyla doğru orantılıdır. Bu metod düĢük fosfat iyonu konsantrasyonları için kullanılır (4-18 mg/l). Renk yoğunluğunun ölçümü spektrofotometre kullanılarak yapılır. Bu metodu kullanarak, numuneye önceden filtrasyon, hidroliz ya da sindirme iĢlemi yapmadan, ortamdaki toplam çözünmüĢ ve askıdaki ortofosfat değeri bulunur. Bu deney föyünde B -Kalay klorür Yöntemi üzerinde durulmuĢtur. Bu metotta gerçekleĢen kimyasal iĢlemler aĢağıdaki gibidir. Fosfat içeren numuneye öncelikle amonyum molibdat ilave edilir. Ortofosfat, aĢağıda görüldüğü gibi, asidik çözelti içinde amonyum molibdat ile birleĢip, amonyum fosfo molibdat oluĢturur. PO4-3 + 12 (NH4)2MoO4 + 24 H+ (NH4)3PO4. 12MoO3 + 21 NH+4 + 12 H2O Ortama eklenen kalay klorürle birlikte amonyumfosfomolibdattaki molibden indirgenerek mavi renk verir. OluĢan renkli bileĢik molibden mavisi ya da heteropolik mavi olarak adlandırılır. Kalay klorürün kullanıldığı iĢlem sırasında gerçekleĢen kimyasal reaksiyon kalitatif olarak aĢağıdaki Ģekilde ifade edilebilir. (NH4)PO4.12MoO3 + Sn+2 (Molibden mavisi) + Sn+4 Bir çözeltinin spektrofotometrik metodla kantitatif olarak analiz edilebilmesi için, absorbans ölçümlerinin yapılacağı dalga boyunun seçimi ve sistemin “Beer Kanunu”na uymasını sağlamak için bir çok ön ölçümlerin yapılması gerekir. Dalga boyu seçimi genelde absorbsiyon spektrumunun analizine dayanr ki bu da bir çözeltinin absorplama karakterlerini dalga boyunun bir fonksiyonu olarak belirtir. Maksimum hassasiyet, maksimum absorbsiyonun ulaĢtırıldığı dalga boyunda elde edilir. Mümkünse, absorpsiyon spektrumunun düz kısmına denk gelecek yerden bir dalga boyu seçilir. Bu seçilen dalga boyu kullanılarak, değiĢik konsantrasyonlardaki bir seri çözeltinin absorbans değeri ölçülür. Orjinden geçen bir doğru olan absorbansa karĢılık konsantrasyon çizimi, Beer Kanunu‟nun bu çözeltiye uygulanabilirliğini gösterir. Optimum dalga boyu bulunduktan sonra, tüm tayinler bu seçilen dalga boyunda yapılmalıdır. Nevşehir Hacı Bektaş Veli Üniversitesi, Çevre Mühendisliği Bölümü 9 Çevre Kimyası Laboratuvarı_II Bu yöntem 30 g/l‟ye kadar düĢük konsantrasyonlarda fosfat tayininde kullanılır. As (>0,1 mg/l), Cr +6 (>10 mg/l), NO-2 (>10 mg/l), Na2S (>1 mg/l) ve S2O3-2 (>10 mg/l) konsantrasyonlarında bozucu etkiye sahiptir. ALETLER - Spektrofotometre (690nm „de 1 cm ıĢık yollu küvet) - Pipetler, balon joje ve erlenler REAKTĠFLER 1. Amonyum molibdat: 175 mL distile su içinde 25 g (NH4)6Mo7O24.4H2O çözülür. 280 mL konsantre sülfürik asit 400 mL distile suya boĢaltılır. Asit çözeltisi soğutulur ve üzerine amonyum molibdat çözeltisi eklenip 1 L‟ye tamamlanır. 2. Kalay klorür çözeltisi: 2,5 g taze SnCl2.2H2O 100 mL gliserol içinde çözülür. Su banyosunda ısıtılırken bir yandan da cam çubuk ile karıĢtırılarak çözünme iĢlemi hızlandırılır. Bu reaktif stabil olduğunda korumaya ya da özel teçhizata ihtiyaç duyulmaz. 3. Standart fosfat çözeltisi : 219,5 mg KH2PO4 saf su içinde çözünür ve litreye tamamlanır (1 ml = 50 µg PO4-P). 4. Bilinmeyen çözeltiler: a) 0,2 g , fosfat içeren bir deterjan çözünüp, 1 L‟ye tamamlanır. Ayrıca üzerine 0,02 g kömür tozu eklenir. b) 0,2 g fosfat içeren bir kaba litrelik çözeltiye ise 0,02 g cam tozu eklenir. YÖNTEM i. Çözeltinin absorbsiyon spektrumunu belirlenmesi (kantitatif analizler için uygun dalga boyu bulunur ve deneye devam etmeden önce bu seçilen dalga boyunu kontrol edilmelidir.) ii. AĢağıdaki yöntemi kullanarak seçilen optimum dalga boyunda kalibrasyon eğrisi hazırlayınız. Kalibrasyonun hazırlanıĢı: Stok çözeltiden 0,1-0,2-0,4-0,8-1,2-1,6-2,0-3,0-4,0 ml alıp saf suyla 100 ml‟ye seyreltilir. Böylece sırasıyla 0,05-0,1-0,2-0,4-0,6-0,8-1,5-2,0 mg/l PO4-P konsantrasyonlarında standart çözeltiler hazırlanmıĢ olur. Bu çözeltilerin her birine sırasıyla 4 mL amonyum molibdat çözeltisi, 2 mL (8 damla) kalay klorür çözeltisi eklenirken zamanlayıcı baĢlatılır. Kalay klorür çözeltisinin eklenmesinin üzerinden 10–12 dakika geçtikten sonra bütün çözeltilerde 690 nm dalga boyunda absorpsiyon ölçümü yapılır. Elde edilen absorpsiyon değerleri konsantrasyona karĢı grafik kağıdına yerleĢtirilerek lineer regresyon (En Küçük Kareler) metoduyla kalibrasyon eğrisi denklemi çıkarılır. iii. Bilinmeyen numuneleri gözenek boyutu bilinen filtre kağıtlarından süzünüz. Bu numuneleri filtreli ve filtresiz olarak ii. adımda olduğu gibi ölçünüz. VERĠLER 1. 2. Absorbans kontrolü için 350nm ile 700 nm dalga boyları arasında 25nm artıĢlarla absorbans değerlerini gösteren bir tablo oluĢturunuz. Kalibrasyon eğrisi için okunan belli konsantrasyonlara karĢılık gelen absorbans değerlerinin sıralandığı bir tablo oluĢturunuz. VERĠ ANALĠZĠ VE HESAPLAMALAR 1. 2. 3. PO4-P için absorpsiyon spektrumunu çiziniz ve kantitatif analizler için en iyi dalga boyunu seçiniz. Absorbansa karĢılık PO4-P konsantrasyonlarının (mg/l) seçilen dalga boyundaki okumalarını lineer grafik kağıdına çiziniz. Standart kalibrasyon eğrisi ve denklemini kullanarak, bilinmeyen numunelerin PO 4-P konsantrasyonlarını tayin ediniz. TARTIġMA SORULARI 1. 2. 3. 4. Gözenek boyutu bilenen bir ortamda filtrasyon yapılmasının önemini açıklayınız. Filtreli ve filtresiz bilinmeyen numunelerin PO4-P konsantrasyon değerlerini karĢılaĢtırınız. Elde edilen sonuçlardaki kömür tozu ve cam tozunun etkilerini tartıĢınız. Fosfat tayininin çevre mühendisliği pratiğindeki önemini tartıĢınız. Nevşehir Hacı Bektaş Veli Üniversitesi, Çevre Mühendisliği Bölümü 10 Çevre Kimyası Laboratuvarı_II DF4. ENDÜSTRĠYEL ATIKSULARDA SÜLFAT TAYĠNĠ AMAÇ 1. Suyun içindeki maddeleri çöktürmek ve değiĢik yöntemlerle ölçmenin uygulanırlığını göstermek, 2. Analiz yönteminin seçiminin bir çok faktöre bağımlı olduğunu göstermek. TEORĠ A. Gravimetrik Yöntem Gravimetrik (ağırlık esasına dayalı) yöntemle sülfat tayini, standart metot olarak tercih edilen ve sülfat konsantrasyonunun 10 mg/L‟nin üstündeki numunelerde daha hassas sonuç veren bir yöntemdir.sülfat, hidroklorik asit ortamda, “baryum klorür” eklenmesiyle baryum sülfat olarak çöktürülür. Ba 2 SO42 BaSO4 K SD 1x10 10 Çökelti kaynama noktasına taĢınır ve numunelere azar azar artan miktarlarda BaCl2 eklenir. Numuneler, BaCO3 çökeleği oluĢmasını önlemek için asidik ortama getirilir. BaSO4 çökeleği koloidal durumda hissedilir bir bağımlılığa sahiptir ki bu sıradan bir filtrasyon iĢlemiyle ayrılamaz. Kaynama noktası civarında numunelerin birkaç saat bekletilmesi genelde koloidal yapıdan kristal yapıya dönüĢmesini sağlar, daha sonra fitle iĢlemi yapılır. Sülfatın, gravimetrik tayininde, askıdaki silika maddesi, baryum klorür çökeltenin fazlası, nitrat, sülfit ve su, deneye pozitif hata veren kaynaklardır. Bunun yanında, alkali metal sülfat, sık sık düĢük sonuçlar elde edilmesine yol açar. B. Spektrofotometrik Yöntem Sülfat tayininin bu yöntemi, baryum sülfatın koloidal formda çökme yönündeki hareketine dayalıdır ve bu bağımlılık gliserin içeren “NaCl-HCl” çözeltisinin ve diğer organik bileĢiklerin bulunduğu ortamlarda oluĢur. Bu yöntemin hem çok hızlı, hem de geniĢ uygulanabilirliği vardır. Çünkü, sülfat konsantrasyonu 10 mg/L üstünde olan numunelerden küçük miktarlarda alınır ve seyreltmeyle istenen hacimde numune elde edilir. Renk ve askıdaki madde, bu yönteme giriĢim yaparak (enterfere) fazla miktarda etki edebilir, bu nedenle analiz öncesi filtrasyon gereklidir. ALETLER Gravimetrik yöntem Analitik tartı (0,1 mg hassasiyette) Kurutma etüvü Fırın Desikatör Fitle kağıdı (hassas çökeltme yapmak için yeterli yapıda) Filtrasyon aleti Spektrofotometrik yöntem Spektrofotometre (420 nm ölçüm dalga boyu) Manyetik karıĢtırıcı Kronometre Ölçü kaĢığı (0,2 -0,3 mL kapasiteli spatül) REAKTĠFLER A. Gravimetrik yöntem 1. 2. Methyl-red indikatörü: 100 mg metilen kırmızısı sodyum tuzu saf suda çözülür ve 100 mL‟ye seyreltilir. HCl: deriĢik Nevşehir Hacı Bektaş Veli Üniversitesi, Çevre Mühendisliği Bölümü 11 Çevre Kimyası Laboratuvarı_II 3. 4. 5. Baryum klorür çözeltisi: 100 g BaCl2.2H2O 1 litre saf suda çözülür. Membran filtreden veya sert dokunmuĢ filtre kağıdından süzülür. Bu çözeltinin 1 mL‟si 40 mg sülfatı çöktürmeye yarar. GümüĢ Nitrat-Nitrik Asit çözeltisi: 8,5 g AgNO3 ve 0,5 mL deriĢik HNO3, 500 mL saf suda çözülür. Su numunesi B. Spektrofotometrik yöntem 1. 2. 3. 4. Ortam Reaktifi: 50 mL gliserin, 30 mL deriĢik HCl, 300 mL saf su, 100 mL %95‟lik etil alkol veya izopropil alkol, 75 g NaCl karıĢtırılarak hazırlanır. Baryum Klorür Kristalleri Standard Sülfat Çözeltisi: 0,1479 g Na2SO4 1 litre saf suda çözülür. Bu çözeltinin 1 mL’si 0,1 mg sülfata eşdeğerdir. YÖNTEM A. Gravimetrik yöntem a. 250 mL‟lik balon jojelerdeki numunelere HCl eklenip, asiditesini pH 4.5-5.0 ayarlanır, metil- kırmızısı indikatörü kullanılır. b. Toplam numune hacmini 150 mL‟ye tamamlamak için ekstra 1-2 mL HCl eklenir. c. Çözeltiyi karıĢtırarak kaynama noktasına kadar ısıtıp, çökeltme tamamlanıncaya kadar ortama sıcak baryum klorür çözeltisi eklenir. d. Eğer çökelek miktarı az ise 2-5 mL fazladan baryum klorür çökeltisi eklenir. e. Ġki saat boyunca çökeleği 80-90 ºC‟de sindirin. f. Bir kaç kez sıcak saf su ile yıkayarak çökeleği filtreden süzünüz ve 800 ºC‟de en az yarım saat tutup, kurutunuz ancak filtre kağıdının ateĢ almasına izin vermeyiniz. B. Spektrofotometrik yöntem Kristallerin oluĢmasını takiben, baryum sülfat çözeltisinin ıĢık absorbsiyonu spektrofotometre ile 420 nm‟de ölçülür ve hazırlanan kalibrasyon (0, 5, 10, 20, 30, 40 mg sülfat içerecek Ģekilde seri standart hazırlanır) grafiğinden numunenin sülfat konsantrasyonu belirlenir. VERĠ ANALĠZĠ VE HESAPLAMALAR 1. Sülfat iyonu konsantrasyonunu hesaplayınız. A Gravimetrik (mg / L) SO42 B Spektrofotometrik (mg / L) SO42 2. mg BaSO4 x 0.4115 x 1000 (mL / L) mL numune mg SO42 x 1000 (mL / L) mL numune Hata hesaplamasını yapınız. TARTIġMA SORULARI 1. Sudaki sülfat iyonu konsantrasyonu için analiz yöntemlerini karĢılaĢtırınız. 2. Sülfat tayininin çevre mühendisliği pratiğinde kullanılabilirliği nedir? TartıĢınız. 3. Çevre kimyası analizlerinde sindirim (digestion) iĢleminin önemini tartıĢınız. Nevşehir Hacı Bektaş Veli Üniversitesi, Çevre Mühendisliği Bölümü 12 Çevre Kimyası Laboratuvarı_II DF5. EVSEL ATIK SULARDA KATI MADDELERĠN TAYĠNĠ AMAÇ 1- Ġçme ve kirli sularda bulunan değiĢik katı maddelerin farklılaĢtırılması ve uygulanan tekniklerin demostrasyonu (tartım, filtrasyon, buharlaĢma ve yanma) 2- DeğiĢik kategorilerde bulunan katı maddelerin tayin edildikleri metod ve maddelere bağımlı tanımlanmasının gösterilmesi TEORĠ Sıvı maddelerin içinde buluan su haricindeki tüm maddeler katı madde diye sınıflandırılır. Katı maddelerin alıĢılmıĢ tanımı Ģu Ģekildedir; buharlaĢtırma iĢleminden ve 103-1050C‟de kurutulmadan sonra geriye kalan maddelerin tümü katı madde olarak sınıflandırılır. Yüksek konsantrasyonlarda katı madde içeren sular, endüstri kuruluĢlarının çıkıĢ suyu kalitesinie ve alıcı suya ters etki yapar. Bu nedenle arıtma tesisi çıkıĢında katı madde konsantrasyonunun belli bir limit değeri aĢmasına izin verilmez.Çünkü alıcı su ortamlarında çökelmelere ve fazla miktarda dip çamuru oluĢumuna neden olurlar. Yüksek miktarda katı madde içeren sular içme suyu ve endüstriyel amaçlarla kullanılamazlar. Katıların analizinde, basit gravimetrik metodlar kullanılır. Toplam katı maddeler aĢağıdaki gibi sınıflandırılabilir: -Toplam katı madde 1-Çökebilelen katı madde 2-Askıdaki katı madde3-ÇözünmüĢ katı madde- -Toplam uçucu katı madde Askıdaki uçucu katı madde ÇözünmüĢ uçucu katı madde “Toplam Katı Madde” numunedeki suyun buharlaĢması ve hemen ardından numunenin 103 0C sıcaklıktaki fırında kurutulması sonrası sabit tartıma ulaĢmıĢ kabın içinde kalan madde miktarıdır. “Askıdaki Katı Madde” numunenin süzülmesi sonrası toplam katı maddenin belli boyutlu filtrede kalan kısmıdır ve “ÇözünmüĢ Katı Madde” ise askıdaki katı maddenin filtrede tutulması sonrası toplam katı maddenin filtreden geçen kısmıdır. Bu iki çeĢit katı maddenin ayrıĢımı bir çok değiĢkene bağımlıdır. Bunlar, - Süspansiyonun içindeki maddenin fiziksel ve kimyasal yapısı, - Filtrenin gözenek boyutu, - Filtre maddesinin yüzey alanı ve kalınlığı, - Filtre üzerinde biriken maddenin miktarı ve fiziksel durumu, - Çöktürme süresi,v.b., Olarak bilinen genel faktörleri içermektedir. Katı maddelerin kurutulması iĢlemindeki ısı ve ısıtma süresi, irradyasyon, mozaik Ģarj nötralizasyonu, sonuçlarda önemli rol oynamaktadır. Katı Madde Tayinlerinin Çevresel Önemi: Suda mevcut çözünmüĢ katı maddelerin miktarı, evsel kullanım için suyun uygunluğunu belirtmede önemlidir. Genellikle bu tip amaçlar için katı madde konsantrasyonu 500 mg/L‟den az olan sular kullanılır. Yüksek katı madde içerikli sular, “müshil” etkisine sahiptirler ve bazen bu tip sulara alıĢkın olamayan insanlar üzerinde kötü sağlık etkileri yaparlar. Birçok durumda katı madde içeriği 500mg/L‟nin altında olan doğal suları bulmak mümkün değildir ve bu seviyeyi elde etmek için arıtma yapmak zorunludur. Standartlar genellikle içme suyu temin edilen sularda üst limiti 1000 mg/L olarak vermektedirler. Katı madde tayinleri suyun,su temini için potansiyelini, uygunluğunu belirlemede kullanılır. Su yumuĢatmanın gerekli olduğu hallerde kullanılan yumuĢatma iĢleminin tipi toplam katı madde içeriğine göre seçilir .Çünkü çökeltme metodları katı madde konsantrasyonunu azaltır ve iyon değiĢimi metodları katı madde konsantrasyonunu arttırır. Toplam ve uçucu katı madde testleri çamurlara uygulanan katı madde tayinleridir. Bunlar “çamur çürütme”, “vakum filtreleri” ve “yakma” ünitelerinin projelendirilmesinde ve çalıĢmasında gereklidirler. ALETLER - Analitik tartı (en az 0.1 mg hassas, 200 g kapsam) - Etüv, 1030 C‟ de ayarlanabilir, - Fırın, 6000C‟de ayarlanabilir, - Membran filtreleri, - BuharlaĢtırma kapları(platin, porselen veya cam kapsül) Nevşehir Hacı Bektaş Veli Üniversitesi, Çevre Mühendisliği Bölümü 13 Çevre Kimyası Laboratuvarı_II - MaĢalar, Beherler, Desikatör, Su banyosu, Ġmhoff konileri REAKTĠFLER Yakın bir nehirden numune alma sistemine uygun alınmıĢ numune (Nehir yatağını karıĢtırarak katı madde konsantrasyonu uygun seviyeye yükseltilmesi deney izlenirliği açısından gerekebilir.) YÖNTEM A-Toplam Katı Maddeler 1-Uygun bir buharlaĢtırma kabını sabit tartıma gelinceye kadar etüvde kurutup, desikatörde soğutulur ve belli tartımları alınır(M1) (M1=(M1Ġ+M1ĠĠ +M1ĠĠĠ)/3) 2-Sabit tartıma gelen kapsüle 10-50 mL orijinal numuneden eklenir, 3-Su banyosunda kuruyuncaya kadar buharlaĢtırılır, 4-1030C „deki etüvde 1saat kurutulur, 5-Desikatörde soğutulup tekrar tartım alınır (M2) B-Askıdaki Katı Maddeler 1-SeçilmiĢ olan filtre kağıdını sabit tartımı getirdikten sonra desikatörden maĢayla alınır ve 0.1 mg hassasiyette boĢ tartım değeri alınır (M3), 2-Filtrasyon için süzgeçli huniye filtre kağıdı yerleĢtirilir, 3-50 ml numune solüsyonu filtre üzerinden yavaĢça boĢaltılır, 4-Süzme iĢlemi bitiminden sonra, filtre kağıdı maĢayla çıkarılır, 5-1030C „deki etüvde 1saat kurutularak sabit tartıma getirilir, 6-Desikatörde soğutulduktan sonra tekrar (M4) C-ÇözülmüĢ Katı Maddeler Filtreden süzülen ve altta bulunan sabit tartımlı buharlaĢma kabında (M 5) biriken çözülmüĢ katı madde solüsyonuna toplam katı maddede yapılan iĢlemlerin aynısı uygulanır ve son tartım alınır (M6) VERĠLER Tartımlarınızı gösteren;tartılan alet ,boĢ sabit tartım (mg), 103 0C sonrası tartımlarınızı (mg), 6000C sonrası tartım (mg) Ģeklinde bir veri kağıdı hazırlanır. VERĠ ANALĠZĠ VE HESAPLAMALAR 1-Toplam katı madde, askıda katı madde ,çözünmüĢ katı madde ve karĢıları olan uçucu katı maddelerin miktarları mg/l olarak çökebilen katıları ise ml/l olarak hesaplanır . 2-Hata hesaplaması yapınız. TARTIġMA VE SONUÇLAR 1-Ölçüm yapılan kapların sabit tartımının önemini tartıĢınız. Bu deneyde, ne çeĢit hatalar yanlıĢ sonuç alınmasına yol açabilir? 2-Sudaki katı maddelerin tayini için alternatif bir deney yöntemi önerir misiniz? 3-Çevre mühendisliği pratiğinde katı madde tayininin önemi nedir? Nevşehir Hacı Bektaş Veli Üniversitesi, Çevre Mühendisliği Bölümü 14 Çevre Kimyası Laboratuvarı_II DF6. BĠYOKĠMYASAL OKSĠJEN ĠHTĠYACI ( BOĠ) DENEYĠN AMACI 1. Sularda biyolojik olarak parçalanabilir organik madde miktarını bulmak. 2. Alıcı su ortamlarında kirlenme potansiyelinin belirlenmesi ve ortamın özümleme kapasitesinin tayin edilmesinde BOĠ parametresinin önemini ortaya koymak. GENEL BĠLGĠLER Biyolojik olarak parçalanabilir organik maddeler su içine serbest bırakıldığı zaman, mikroorganizmalar özellikle de bakteriler en basit organik ve inorganik maddeler içine alınarak parçalanan atıklar üzerinde beslenirler. Bu bozunma, aerobik ortamda meydana geldiğinde, oksijen varlığında bu CO 2, SO4, PO4 ve NO3 gibi kararlı ürünler üreten bir süreçtir. Aerobik bozunmanın basitleĢtirilmiĢ ifadesi aĢağıdaki gibi verilir : Organik madde + O2 → CO2 + H2O + Yeni hücreler + Kararlı ürünler Ortamda oksijen yetersiz olduğunda, meydana gelen anaerobik bozunma, tamamen farklı mikroorganizmalar tarafından yerine getirilir. Bu bozunma sonunda H2S, NH3 ve CH4 gibi yüksek derecede itiraz edilebilir kararsız ürünleri üretirler. Anaerobik ayrıĢma aĢağıdaki gibi ifade edilir : Organik madde → CO2 + CH4 + Yeni hücreler + Kararsız ürünler Denklemlerden de görüldüğü gibi, suda organik maddenin bulunması değil, organik maddenin parçalanmasının sonuçları sorun yaratmaktadır. Bu parçalanma sırasında oksijen tüketilmektedir. Tüketilen bu oksijenin yeniden kazanılması, yüzeysel sularda çok yavaĢ olmakta, yeraltı sularında ise mümkün olmamaktadır. Suda bulunan organik maddenin değil, bu organik maddenin oksidasyonu için gerekli oksijen miktarının bilinmesi daha anlamlı olacaktır. Aerobik olarak mikroorganizmalar tarafından organik maddelerin oksitlenmesi için gerekli oksijen miktarı, Biyokimyasal Oksijen Ġhtiyacı (BOĠ) olarak adlandırılır. BOĠ değerleri, suların özelliklerine ait standartlarda her hal için belirlenmesi gereken esas unsurlar arasında belirtilmekte ve kirlilik derecesinin bir göstergesi olarak kullanılmaktadır. GĠRĠġĠMLER VE GĠDERĠLMESĠ: Genel olarak oksijen ile yükseltgenebilen bütün maddeler engelleyici rol oynar. Serbest klor, ağır metaller, hidroksil alkaliliği, mineral asitle, zehirli maddeler ve biyolojik reaksiyonu yavaĢlatan maddeler giriĢime neden olurlar. 1) Numunenin pH değeri 7‟ye getirilerek asitlik ve alkaliligin etkisi giderilir, 2) Numuneye gerekli miktarda sodyum tiyosülfat veya sodyum sülfit ilave edilerek serbest klorun etkisi giderilir, 3) Numune gerekli oranda seyreltilerek veya miktarı artırılarak zehirli maddelerin engelleyici etkisi giderilir veya en az düzeye indirilmeye çalıĢılır. 4) Setin sıcaklığının sabit olmaması, yetersiz bakteri miktarı, sistemin yeterli Ģekilde bağlanmamasından meydana gelen gaz kaçakları diğer giriĢim nedenleridir. GEREKLĠ REAKTĠFLER ve ALETLER Deneyde aĢağıdaki çözeltiler kullanılmaktadır. Fosfat tampon Çözeltisi: 8.5 g KH2PO4, 21.75 g K2HPO4 , 33.4 g Na2SO47H2O ve 1.7 g NH4CI 500 ml saf suda çözülür ve 1 litreye seyreltilir. pH ayarlamaya bağlı olmaksızın 7.2 olmalıdır. Magnezyum sülfat çözeltisi: 22.5 g MgSO47H2O saf suda çözülür ve 1 litreye tamamlanır. Kalsiyum klorür çözeltisi: 27.5 g CaCl2 saf suda çözülür ve 1 litreye seyreltilir. Ferri klorür çözeltisi: 0.25 g FeCl3 6H2O saf suda çözülür ve 1 litreye tamamlanır. Mangan sülfat çözeltisi: 364 g MnSO4 H2O saf suda çözülür, filtre edilir ve 1 litreye tamamlanır. Alkali iyodür azodür çözeltisi: 500 g NaOH ve 135 g Nal saf suda çözülür ve 1 litreye seyreltilir. 40 ml saf suda çözünmüĢ 10 g NaN3 buna ilave edilir. Nişasta çözeltisi: 100 ml sıcak saf suda 2 g analitik saflıkta çözünebilir niĢasta ve koruyucu olarak 0,2 g salisilikasit çözülür. Sodyum tiyosülfat çözeltisi: 6,205 g Na2S2O35H2O saf suda çözülür. 1,5 ml 6N NaOH ya da 0,4 g katı NaOH eklenir. 1000 ml‟ye seyreltilir. Sülfürik asit: DeriĢik Kullanılan Araç ve Gereçler a) Ġnkübasyon ĢiĢeleri (250-300 ml kapasiteli özel BOĠ ĢiĢeleri) b) 20±1 °C sıcaklığında ayarlanabilen inkübatör veya termostatik kontrollü etüv. c) Büret, Pipet, Mezür ve Erlen DENEYĠN YAPILIġI Nevşehir Hacı Bektaş Veli Üniversitesi, Çevre Mühendisliği Bölümü 15 Çevre Kimyası Laboratuvarı_II Seyreltme Suyunun Hazırlanması Ġstenen hacimde damıtık su, uygun bir kaba alınır ve her litreye karĢılık 1 ml fosfat tamponu, 1 ml MgSO 4 çözeltisi, 1 ml CaCl2 çözeltisi ve 1 ml FeCl3 çözeltisi ilave edilir. Bu karıĢım hava pompası yardımıyla havalandırılır (1 gece kadar). Seyreltme suyu yaklaĢık 3 mg/l çözünmüĢ oksijen kaplamalı, pH'ı nötrale yakın olmalı ve oksijen ihtiyacı 1 mg/l'nin üstüne çıkmamalıdır. Evsel atıksularda aĢıya gerek yoksa da, endüstri atıkları için hazırlanmıĢ aĢı kültürleriyle aĢılama yapılmalıdır. Eğer aĢı doğrudan seyreltme suyuna katılacaksa, her litre+seyrelme suyuna 1,5 – 3,5 mL aĢı katılmalıdır. AĢırı oksijen ihtiyacı BOI hesabında dikkate alınmalıdır. Seyreltme Oranı: KirlenmiĢ nehir suları seyreltme yüzdesi %25-100 olabilir (Numune kanalizasyon suyu ise 0,5 ya da 1 mL alınarak seyreltme suyu ile ĢiĢe hacmi boyunca tamamlanır). Göl suyu, nehir suyu, çay suyu için suyun durumuna göre seyreltme yüzdesi; %10-20 veya %50 olabilir (Numune akarsu ise 5 mL yada 10 ml alınarak seyreltme suyu ile ĢiĢe hacmi boyunca tamamlanır). ÇözünmüĢ Oksijen Tayini (1. ve 5. günlerde ayrı olarak yapılır) DeğiĢik hacimli BOĠ ĢiĢelerinde gerekli seyreltme oranlan yapılır ve ĢiĢeler hava kabarcığı kalmayacak Ģekilde kapatılır. Her numuneden iki takım hazırlanır. Ayrıca iki ĢiĢe de ağzına kadar seyreltme suyu ile doldurularak gelen numunelerin körü hazırlanmalıdır. Hazırlanan birinci takım inkübatöre tarih belirtilerek 5 gün sonra aĢağıdaki iĢlemleri yapmak üzere konulur. Diğer ikinci takım ĢiĢelere 1 mL Mangan sülfat çözeltisi, 1 mL Alkali iyodür azodür çözeltisi ĢiĢelerin tam dibine doğru uzun bir pipet yardımıyla eklenir. ġiĢelerin kapağı kapatılarak en az 15 defa alt üst edilerek karıĢtırılır. Çökelek oluĢtuğunda ĢiĢelerin kapağı açılarak derhal 1 mL derişik sülfürik asit çözeltisi eklenir. Daha önce oluĢmuĢ çökeleğin tamamen çözünmesi için ĢiĢelerin kapakları tekrar kapatılarak 10-15 kere alt üst edilir. Çökelek çözündükten sonra ĢiĢedeki çözeltiden 200 ml ölçülerek bir erlene alınır. Ġnkübatörden çıkarılan numunenin çözünmüĢ oksijen konsantrasyonunun en az 1 mg/L ve birinci gün tayin edilen çözünmüĢ oksijen ile besinci gün sonunda tayin edilen çözünmüĢ oksijen konsantrasyonları farkının en az 2 mg/L olması istenir. Deneyler sonucunda BOĠ hesaplamasında aĢağıdaki formül kullanılır. TARTIġMA SORULARI 1. 2. 3. 4. BOĠ5 deneyinin doğru Ģekilde sonuçlandırılabilmesi için optimize edilmesi gereken koĢullar nelerdir, kısaca açıklayınız. Ġnkübasyon süresi olarak 5 gün seçilmesinin en önemli nedeni nedir, tartıĢınız. BOĠ5 deneyinde seyrelme yapmaya neden ihtiyaç duyulur, tartıĢınız. BOĠ5 deneyinde aĢılama hakkında araĢtırma yapınız, aĢılama düzeltmesi nasıl yapılmalıdır, tartıĢınız. Nevşehir Hacı Bektaş Veli Üniversitesi, Çevre Mühendisliği Bölümü 16 Çevre Kimyası Laboratuvarı_II DF7. KĠMYASAL OKSĠJEN ĠHTĠYACI (KOĠ) DENEYĠN AMACI Atık sularda kimyasal oksijen ihtiyacının belirlenmesi GENEL BĠLGĠLER Kimyasal oksijen ihtiyacı, mikroorganizmalann aracılığı olmadan atık bir suyun oksijen ile beslenen kısımlarının oksijen harcanmasıdır. Sudaki birçok organik maddeler H 2SO4 ile asitlendirilmiĢ ortamda potasyum bikromat (ya da potasyum permanganat) ile geri soğutucu altında 2 saat süre ile ısıtılırsa tamamen kimyasal yükseltgenmeye uğrarlar. Potasyum bikromatın fazlası ferroin indikatörü eĢliğinde ayarlı amonyum demir 2sülfat çözeltisi ile geri titre edilerek KOĠ parametresi tayin edilir. Yükseltgenme sırasında bikromat iyonu aĢağıdaki denkleme göre krom(3)'e indirgenir Cr2O7-2+ 14H+ + 6e → 2Cr+3 + 7H2O Tepkimenin yeterli hızda oluĢabilmesi için katalizör olarak Ag2SO4 katılmalıdır. Atık suda klorür iyonları bulunuyorsa, 6Cl- + Cr2O7-2 + 14H+ → 3Cl2 + 2Cr+3 + 7H2O denklemine göre, klor iyonları da reaksiyona girerek sonucu etkileyebileceği ve aynı zamanda Ag + iyonları ile çökerek Ag2SO4'ün katalitik etkisini kaldırabileceği için; klor iyonları daha önce civa iyonlarıyla çöktürülerek ortamdan ayrılmalıdır. Metod Seçimi Dikromat reflux metodu çeĢitli oksidasyon maddelerini kullanan diğer metodlara kıyasla tercih edilir. Çünkü çeĢitli tipteki numunelere uygulanabilme kolaylığı vardır, oksitleme gücü yüksektir ve deney süresi kısadır. KOĠ testinin kontrol ve sürekli kaydetme amacı ile kullanımında BOĠ ve organik karbon gibi diğer parametrelerle korelasyonunun önceden belirlenmesi gereklidir. KOĠ tayininde, çoğu organik bileĢiklerin teorik oksijen ihtiyacı değerinin %95-100'ü oranında kimyasal oksidasyon gerçekleĢirilebilmektedir. KOĠ tayininde piridin okside edilemez. Benzen ve diğer uçucu organik maddeler, eğer oksidasyon maddesi ile yeterli temas süresi sağlanırsa, okside edilebilirler. Organik maddenin karbonlu kısmı okside olurken, amonyak kısmı, ister atıkta bulunsun isterse azotlu organik maddede olsun okside edilemez. Gerekli Reaktifler Standart potasyum dikromat çözeltisi (0,25N) : 12.259 g (K2 Cr2O7), 103 °C'de 2 saat kurutulup destile suda çözülür ve 1000 mL' ye seyreltilir. Gümüş sülfat: Reaktif veya teknik saflıkta, kristal veya toz halde. Sülfürik asit reaktifi: 1 L deriĢik H2SO4 üzerine 10,2326 g Ag2SO4 ilave edilir ve bir-iki gün Ag2SO4'ün çözünmesi için beklenir. Sülfürik asit: DeriĢik (%96 saflıkta) Ferroin indikatör çözeltisi: 1,485 g 1.10-fenantrolin monohidrat ve 0,695 g FeSO4.7H2O destile suda çözülür ve 100 ml'ye seyreltilir. Bu indikatör çözeltisi renkli ĢiĢede saklanmalıdır. Standart demir amonyum sülfat titrasyon maddesi (yaklaşık 0.25N): 98g Fe(NH4)2(SO4)2.6H2O, destile suda çözülür, 20 ml deriĢik H2SO4 ilave edilir, soğutulur, 1000 ml'ye seyreltilir. Bu çözelti günlük olarak standart K2Cr2O7 çözeltisine karĢı standardize edilir. 10 ml standart K2Cr2O7 çözeltisi 100 ml' ye seyreltilir. 30 ml deriĢik H2SO4 katılır ve soğutulur. Demir amonyum sülfat titrasyon maddesi ile 0.10-0 15 ml (2-3 damla) ferroin varlığında titre edilir. Demir Amonyum Sülfat (DAS) Normalitesi = [Titre edilen 0.25 N K2Cr2O7 çözeltisi hacmi, ml] x 0.25 Tıtrasyonda kullanılan demir amonyum sülfat hacmi, ml Kullanılan araç ve gereçler Geri soğutucu aparatı: 250-500 ml‟lik Ģilifli erlen ve 300 mm' lik Ģilifli cam geri soğutucudan oluĢur. Soğutucu, erlen üzerine dikey olarak yerleĢtirilir. Elektrikli ısıtıcı Otomatik büret KOĠ balonları ve erlenler Nevşehir Hacı Bektaş Veli Üniversitesi, Çevre Mühendisliği Bölümü 17 Çevre Kimyası Laboratuvarı_II DENEYĠN YAPILIġI 50 mg/l veya daha büyük KOİ içeren numunelere uygulanan işlem: 50 ml veya destile su ile 50 ml' ye seyreltilmiĢ numune 500 ml'lik KOĠ balonuna konur. 1 g cıva sülfat katılır, karıĢtırılır. 5 ml sülfürik asit reaktifi katılır, cıva sülfat çözünene kadar karıĢtırılır, soğutulur ve 25 ml 0.25 N K2Cr2O7 çözeltisi ilavesiyle karıĢtırılır. KOĠ balonu geri soğutucuya bağlanır ve soğutma suyu devresi açılır. Kalan 70 ml sülfürik asit KOĠ balonunun ağzından ilave edilir ve hemen geri soğutucu kapatılarak kaynatmaya baĢlanır. Eğer numune hacmi 50 ml‟den az ise, tablodaki oranları uygulayarak reaktif hacimleri seçilir. KarıĢım geri soğutucu altında 2 saat süre ile kaynatılır. Kaynatma tamamlanınca kondenser soğutulur ve yıkanır. KOĠ balonunun içindeki çözelti hacmi saf su ile yaklaĢık iki katına seyreltilir, oda sıcaklığına kadar soğutulur. Daha sonra 0,10-0,15 mi (2-3 damla) ferroin ilavesi ile demir amonyum sülfat titrasyon çözeltisi ile titre edilir. Titrasyon dönüm noktası olarak mavi yeĢilden kırmızı-kahverengiye doğru ilk renk değiĢiminin olduğu an esas alınır ve titrasyona son verilir. Aynı Ģekilde saf su ile Ģahit numune hazırlanır, benzer Ģekilde reaktifler katılır ve geri soğutucu altında kaynatılır. Seyreltilerek, titrasyon iĢlemine tabi tutulur. 50 mg/l 'den daha düşük KOİ içeren numunelere uygulanan işlem: Yukarıda a bölümünde tanımlanan iĢlemler aynen uygulanır. Ancak deney sırasında 0.025 N K2Cr2O7 ve titrasyonda 0,025 DAS kullanılmalıdır. Bu deney sırasında çok hassas davranmak gerekir. Kaptan veya havadan gelebilecek herhangi bir organik madde önemli hatalara neden olabilir. Veri Analizi Ve Hesaplamalar Deney sonucunun hesaplanması için aĢağıdaki ifadeden yararlanılır mgKOI / L ( A B) * N * 8000 ml.numune Burada; A: ġahit numune için kullanılan DAS çözeltisi miktarı, mL B: Numune için kullanılan DAS çözeltisi miktarı, mL N: DAS çözeltisinin normalitesidir. Tablo-1 ÇeĢitli numune hacimleri için KOĠ deneyinde kullanılacak reaktif miktarları ve normaliteleri DAS'ın Titrasyon ön. Son numune Normalitesi hacmi, (ml) 5.0 10.0 Sülfürik asit reaktifi (ml) HgSO4 (g) 15 0.2 30 0.4 0.05 0.10 70 140 30.0 15.0 45 0.6 0.15 210 40.0 20.0 60 0.8 0.20 280 50.0 25.0 75 1.0 0.25 350 Numune (ml) 0.25N Standart dikromat (ml) 10.0 20.0 TARTIġMA VE SORULAR 1. 2. 3. KOĠ verisini BOĠ değerinden ayıran hususlar nelerdir, tartıĢınız. KOĠ verisinin uygulama alanlarına örnekler veriniz. KOĠ deneyinde hatalı sonuca neden olabilecek anorganik giriĢimler nasıl giderilebilir, tartıĢınız. Nevşehir Hacı Bektaş Veli Üniversitesi, Çevre Mühendisliği Bölümü 18 Çevre Kimyası Laboratuvarı_II REFERANSLAR 1. ġENGÜL, F., MÜEZZĠNOĞLU, A., SAMSUNLU, A., 1986. Çevre Mühendisliği Kimyası, DEÜ Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Çevre Mühendisliği Bölümü, MM/ÇEV-86 EY122, Ġzmir. 2. USLU, O., TÜRKMAN, A., 1987. Su Kirliliği ve Kontrolü, T.C. BaĢbakanlık Çevre Genel Müdürlüğü Yayınları Eğitim Dizisi1, Ġzmir. 3. MÜEZZĠNOĞLU, A., ġENGÜL F., 1993. Çevre Kimyası, DEÜ Çevre Müh. Bl., Ġzmir. 4. SAWYER, N., C., McCARTY, L., P., 1994. Chemistry for Environmental Engineering, 4th Ed. 5. AWWA, APHA, WPCE. In: (Ed.), 1995. Standart Methods for the examination of water and wastewater, 18th Ed. American Public Health Association, Washington, DC. 6. Laboratory Manual for the Examination of Water, Wastewater, and Soil, 2. Basım, Rump, H.H. ve Krist, H., VCH Verlagsgesellschaft Nevşehir Hacı Bektaş Veli Üniversitesi, Çevre Mühendisliği Bölümü 19