OKTATÁSI SEGÉDLET. a Környezeti elemek és azok védelme I. c. tantárgy laboratóriumi gyakorlatához

Átírás

1 OKTATÁSI SEGÉDLET a Környezeti elemek és azok védelme I. c. tantárgy laboratóriumi gyakorlatához EHS szakirányú továbbképzésben résztvevő hallgatók számára Készítette: Dr. Bodnár Ildikó főiskolai tanár DE-MK, Környezet- és Vegyészmérnöki Tanszék 2017.

2 Tartalomjegyzék TARTALOMJEGYZÉK... 2 JEGYZŐKÖNYV MINTA... 4 A GYAKORLATOK RÉSZLETES LEÍRÁSA... 5 I KÜLÖNBÖZŐ EREDETŰ VÍZMINTÁK BIOLÓGIAI OXIGÉNIGÉNYÉNEK (BOI 5) MEGHATÁROZÁSA MANOMETRIKUS BOI-MÉRŐ KÉSZÜLÉKKEL II VÍZMINTÁK VIZSGÁLATA MULTILINE P4 UNIVERZÁLIS KÉZI-MÉRŐMŰSZERREL MELLÉKLETEK

3 Általános tudnivalók: Konzultációs óraszám: 1 óra/alkalom, ebből tömbösített laboratóriumi gyakorlat 1 x 3 órás mérési gyakorlatban. A gyakorlathoz a hallgatónak gondoskodnia kell az alábbi eszközökről: Laborköpeny, vegyszeres kanál, csipesz, alkoholos filctoll, számológép, törlőruha, gumikesztyű!! A gyakorlat tematikája: 1. gyakorlat: 1. Különböző eredetű vízminták biológiai oxigénigényének (BOI5) meghatározása manometrikus BOI-mérő készülékkel. 2. Vízminták vizsgálata MultiLine P4 univerzális kézi-mérőműszerrel. A gyakorlatokhoz saját vízminta is hozható (2 l-es PET palackban, a vizsgálatig 4 C-on tárolva) Az egyes gyakorlatokhoz a jegyzőkönyvet kézzel írva kell előre elkészíteni!!!! Gyakorlathoz kapcsolódó irodalom: Kőmíves József: Környezeti analitika, Műegyetemi Kiadó, Budapest, (2000). Környezeti elemek és azok védelme I. Oktatási segédlet az előadás anyagához (2017). A gyakorlat időpontja, oktatója: május 27. szombat h Gyakorlatvezetők: Dr. Bodnár Ildikó főiskolai tanár, Izbékiné Szabolcsik Andrea tanársegéd Helye: Vízminőségvédelmi laboratórium, E218. (MK 2. em.) Aláírás megszerzésének feltétele: Gyakorlat előtt rövid zárthely dolgozat sikeres megírása. A laboratóriumi gyakorlatok elvégzése. A jegyzőkönyvek beadása és azok elfogadása. A gyakorlati jegy: a zárthelyi dolgozatra és a jegyzőkönyvekre kapott jegyek átlagának számtani közepe. A gyakorlati jegy a kollokvium (írásbeli vizsga) jegyének 1/3-a és az aláírás feltétele. 3

4 Jegyzőkönyv minta Dátum A gyakorlati hét sorszáma A gyakorlat címe A hallgató neve, évfolyam, szak Javasolt tartalom, egyéni kifejtés mellett: 1. Elméleti alapok: (akár több oldalon, de legalább 1 A4-es oldal terjedelemben!) 2. Feladat: 3. Kivitelezés, mérés menete: 4. Mérési eredmények, számítások: 5. Diszkusszió: (Az eredmény megadása legalább fél-egy A/4 oldal terjedelemben) 4

5 A gyakorlatok részletes leírása 5

6 Feladatok: 1. Különböző eredetű vízminták biológiai oxigénigényének (BOI5) meghatározása manometrikus BOI-mérő készülékkel. 2. Vízminták vizsgálata MultiLine P4 univerzális kézi-mérőműszerrel. I. Különböző eredetű vízminták biológiai oxigénigényének (BOI 5 ) meghatározása manometrikus BOI-mérő készülékkel. 1. Feladat: Ívóvíz és szennyvíz minták vizsgálata OxiTop típusú manometrikus BOI-mérő készülékkel. 2. Elméleti alapok: 2.1. Biológiai oxigénigény: A biológiai (biokémiai) oxigénigény (BOI) fontos paraméter a vízgazdálkodásban, a víz minőségének és a szennyvíztisztító fokozatok tisztítóképességének megadására. Lényeges továbbá a szennyvíztisztító telepek tervezésében és méretezésében is. Fogalma: A biológiai oxigénigény az az oldott oxigénmennyiség, amely a vízben levő szerves anyagok aerob baktériumok általi lebontásához bizonyos időtartam és hőmérséklet mellett szükséges. A biokémiai oxigénigény értéke alapján a vizsgált minta szervesanyag-tartalmának mértékére (és így a biológiai tisztítóberendezések hatásosságára is) következtethetünk. A ma legáltalánosabban használt BOI érték megadási mód: a BOI5(mg/l), amely egy liter vizsgált minta öt nap alatti vizsgálat során felhasznált biológiai oxigén igényét adja meg, mg O2-ben kifejezve. A teljes biológiai lebontáshoz elméletileg végtelen időtartam szükséges, gyakorlatilag a lebontás 20 nap alatt teljesnek tekinthető. A tapasztalatok szerint a házi szennyvíz és sok ipari szennyvíz esetében a BOI5 érték a BOI20 érték %-a. Ily módon tehát az 5 napi meghatározás alapján a BOI20 érték kiszámítható: BOI20= 1,25 x BOI5 Számszerű értéke nagyon sok tényezőtől függ. Ezek a következők: Inkubációs idő: A szabványos BOI meghatározási módszerek ötnapos inkubációs időt írnak elő (BOI5). Nitrifikáció: A BOI vizsgálatokat általában a szerves anyagok lebontására végzik, azonban az inkubációs időtől függően az oxigénigényt a nitrifikáció (az ammónia nitráttá oxidálása) is befolyásolja. 6

7 A nitrifikáció sebessége lényegesen kisebb, mint a szerves anyag oxidációjáé, s bár a két reakció hasonlóképpen megy végbe, a nitrifikáció csak akkor indul meg, amikor a szerves anyagok már nagyobb részben lebomlottak. Környezeti tényezők: A BOI értékét a környezeti tényezők közül elsősorban a ph és a hőmérséklet határozza meg. Akklimatizáció: A BOI vizsgálatok hibás eredményei általában a nem akklimatizálódott biológiai kultúra következményei. Különösen az ipari szennyvizek esetében van meg ez a veszély. Toxicitás: A szennyvízben lévő mérgező anyagok a mikroorganizmusok szempontjából biotoxikus vagy biostatikus hatásúak lehetnek. Ez a hatás a BOI érték csökkenésében jelentkezik, a mintát hígítva a mért BOI érték növelése észlelhető. Ez a jelenség tehát a mérgező anyagok jelenlétére utal és ilyenkor előre meg kell határozni, hogy a biológiai kultúra fenntartásához milyen mértékű hígításra van szükség A biológiai oxigénigény meghatározása: A BOI-mérést rutinszerűen használják a szennyvíztelepek befolyó és kibocsátott szennyvizeinek ellenőrzésére. A mérési helytől és a szennyvíz fajtájától függően a BOI érték néhány mg/l és több ezer mg/l között változhat (kommunális szennyvíz esetén: mg/l, ipari szennyvíz esetén: 400- több ezer mg/l, tisztított víz esetén mg/l). A BOI-mérés során biológiai bontási folyamatot hajtunk végre és a biológiai bontási folyamat során a mikroorganizmusok által elhasznált oxigén mennyiséget mérjük. Ez azt jelenti, hogy a mérés végrehajtása során a szokásos analitikai szabályokon túlmenően arra is ügyelni kell, hogy a mikroorganizmusok életfunkcióit semmivel ne zavarjuk meg és számukra minden tekintetben reprodukálható módon biztosítsuk a bontási tevékenységükhöz szükséges körülményeket. Mi kell a megbízható BOI-méréshez? Vízminta: reprezentatív vízminta, sérülésmentes biológiai összetétellel, lehetőleg friss mintavételből. Bontást végző mikroorganizmusok: a bontó baktériumok jelenlétét biztosítani kell. Standardizált, reprodukálható körülmények: állandó hőmérséklet (20 1 C), standardizált vizsgálati idő (5 nap), tápanyagok és nyomelemek, a mérés szempontjából korlátlan mennyiségű oxigénforrás. Zavaró hatások kizárása: nitrifikációs folyamatok kizárása (NTH 600 oldat adagolása (c =5 g/l), mely hatóanyaga az N-allil-tiokarbamid, amely gátolja a fenti folyamatot), biológiai bontást gátló- és toxikus hatások kizárása. 7

8 Mitől függ a méréskor kapott BOI érték? A vizsgált minta összetételétől és kémiai- ill. biológiai jellemzőitől. Az alkalmazott mérési módszertől. A bontást végző mikroorganizmusok fajtájától, a keverék összetételétől. A vizsgálat kimenetelét befolyásoló mérési körülményektől (mikroorganizmus-minta arány, a mintában lévő gátló- ill. toxikus komponensek koncentrációja). A BOI-mérés kivitelezésére számos módszer áll rendelkezésre: A hígításos BOI-mérési módszernél az 5 napos inkubációs idő előtt és után végzett kételektródás oldott oxigén mérés különbsége adja meg a BOI5 értéket. Ezt a mérési módszert döntő módszerként is elismerik a hatósági eljárások során. A manometrikus módszernél a mérés során az oxigénfogyás bizonyos nyomásváltozáshoz vezet, ez utóbbit nyomásérzékelővel mérik. Ez a meghatározási módszer igen egyszerűen kivitelezhető és napi gyakorlati célokra alkalmas. A mintákat mindkét módszernél 5 napig 20 C-on kell temperálni megfelelő termosztátszekrény segítségével. Egyéb tényezők: Avégből, hogy a minta oldott oxigéntartalma fenntartható legyen a mintát hígitani szükséges (különösen ipari szennyvizek, illetve szerves anyaggal erősen terhelt szennyvizek esetében). A meghatározáshoz vett mintát sötétben kell tartani. Ily módon a mért oldott oxigénnek az algák általi befolyásolása megakadályozható. Ha ezt nem tesszük a mért BOI érték lényegesen csökkenhet, hiszen az algák O2-t termelnek A biológiai oxigénigény meghatározás manometrikus módszerrel: A manometrikus BOI-mérést OxiTop IS 12 típusú berendezéssel (1. ábra) határozhatjuk meg. A berendezés kezelése egyszerű (Előnyei: 5 napos memória, higanymentes nyomásmérés, mérési értékek gombnyomásra, bővíthető, mobil, pontos), melynek részegységei az alábbiak: OxiTop mérőfej (Zöld vagy Sárga) PF 600 mérőüveg, barna GK 600 gumikosár RST 600 keverőpálca Keverőegység hálózati adapterrel REF 600 keverőpálca-kiemelő NHP 600 NaOH tabletta NTH 600 nitrifikáció gátló reagens MK 164/600 ill. MK 432/600 túlfolyós mérőlombik 8

9 1. ábra OxiTop IS 12 manometrikus BOI-mérő készülék 1. OxiTop mérőfej: A szabadalmaztatott mérőfej (2. ábra) a következő elemeket tartalmazza: 1 piezoelektromos nyomásérzékelő 2 kezelőgomb: M = a pillanatnyi érték kijelzésére, S = a tárolt értékek kijelzésére. 2-számjegyű LED skálaosztás 0-50-ig, 1 skálaosztás megfelel 3,55 hpa értéknek. Kellő pontosságú mérést csak 40-es kijelzésig lehet végezni, ennél nagyobb értéknél célszerű másik méréstartományba átlépni, ezért a kijelzést csak tájékoztató értéknek tekintjük. Adattároló 5 mérési értékre. Napi leolvasásra nincs szükség, mert a mérés és a leolvasás automatikusan történik. Ezért felügyelet nélkül hétvégén is lehet méréseket végezni. A mérési értékeket ezen túlmenően még 7 nap múlva is leolvashatjuk. AutoTemp funkció: a mérés késleltetett indítása olyan mintáknál, amelyek túl hidegek. Az OxiTop műszer legfeljebb 3 és fél óráig, de legalább fél óráig kivár a hőmérséklet állandóság eléréséig. 2. ábra OxiTop mérőfej 9

10 2. Keverőegység: Az IS12 típusú keverőt (3. ábra) kifejezetten OxiTop rendszerrel végzendő BOI-méréshez fejlesztették ki. A szoftvervezérelt változó fordulatszám révén a keverő a mágnespálcát mindig újra és újra nagy biztonsággal kezeli, így a keverőpálcák megakadása vagy leperdülése nem fordulhat elő. A mintát egyszerűen a keverőhelyre tesszük, a mágneses keverő elindul és szinte azonnal központosan forog. A fordulatszám olyan mértékű, hogy a mintában optimális gázcserét biztosít. A keverő karbantartást nem igényel, nem kopik, mert mozgó alkatrészeket nem tartalmaz. 3. ábra Keverőegység OxiTop készülékhez 3. Termosztátszekrény: A BOI5-értéket állandó, 20 C hőmérsékleten kell meghatározni. Ha azt az előfeltételt a munkahelyen nem sikerül biztosítani, akkor temperáló szekrényre (4. ábra) van szükség, amelybe a mintákat a biológiai vizsgálat időtartamára behelyezzük. A mintákat ezen kívül keverni is kell, a temperáló szekrények belső csatlakozó ajzaton keresztül szolgáltatnak áramot a keverőegységnek. A temperáló szekrénybe egyszerre max. 48 mintát lehet temperálni. 4. ábra Termosztáló szekrény OxiTop készülékhez 10

11 3. Mérés OxiTop mérőműszerrel: A kommunális szennyvízben rendszerint nincsenek toxikus vagy gátló anyagok. Tartalmaznak viszont elegendő tápsót és megfelelő mikroorganizmusokat. Ilyen körülmények között a hígítás nélküli mintában a BIO5-mérés Oxitop mérőrendszerben megvalósítható. Ettől eltérő tulajdonságú mintáknál csak megfelelő mértékű hígítás után érhetünk el pontos eredményt Mintakészítés: Egészségvédelem: A mintakészítés szennyvízminták esetén csak kesztyűben végezhető el!!! A minta: csapvíz és kommunális szennyvíz vizsgálata. Termosztát szekrény üzembe helyezése: A termosztát szekrényt bekapcsoljuk és megvárjuk, amíg a belső kijelzőn állandósul a 20 C-os hőmérsékleti érték. Előkészület: a vízminták hőmérséklete C legyen, ha ettől eltérő helyezzük egy órára a termosztát szekrénybe. Méréstartományok, mintatérfogatok és faktorok a méréshez: Méréstartomány (mg/l) Bemérendő mintatérfogat (ml) Digit szorzófaktor , , , , , , , NTH-600 cseppek száma Mintakészítés: 1. A várható értéknek megfelelően válassza ki a szükséges bemérendő mintatérfogatot, a digit szorzófaktort és a szükséges NTH-oldat cseppek számát! Ha a KOI érték nem ismert és így ez alapján nem tudja a várható értéket megállapítani, akkor több tartományban végezzen párhuzamos méréseket! Konkrét mérés (csoportonként): 1. minta: csapvíz (egy bemérés = 0-40 mg/l, 3 párhuzamos mérés: 1/1., 1/2., 1/3.) 2. minta: szennyvíz (1. bemérés = mg/l, 3 párhuzamos mérés: 2/1., 2/2., 2/3.) (2. bemérés = mg/l, 3 párhuzamos mérés: 3/1., 3/2., 3/3.) Tehát csoportonként összesen 9 db mérőedényt használunk, ezeket megfelelően feliratozni kell! 11

12 2. Jegyezze fel a jegyzőkönyvébe az egyes bemérési térfogatokat, illetve foglalja táblázatba a bemérési térfogatokat és a legfontosabb paramétereket! Csoportszám: Mintaszám Méréstartomány (mg/l) Bemérendő mintatérfogat (ml) Digit szorzófaktor NTH-600 cseppek száma 1/ * 1 9 1/ * 1 9 1/ * 1 9 2/ * / * / * / ** / ** / ** 20 2 A vizsgálat hőmérséklete: A mérés indításának időpontja: *Túlfolyós mérőlombikkal mérje be. **Mérőhengerrel mérje be! BOI 5- érték (mg/l) 3. Az OxiTop mérőfejről a mérési eredményt digit-ekben lehet leolvasni, amely értéket be kell szorozni az előbbi táblázatban megadott, beméréstől függő digit szorzófaktorral, így kapjuk meg a mérőüvegbe ténylegesen bemért minta BOI5 értékét mg/l-ben 3.2. A mérés indítása: A vízmintát felrázzuk, azaz homogenizáljuk. A túlfolyós mérőlombikot egy kevés vízmintával kiöblítjük. A túlfolyós mérőlombikot (illetve a mérőhengert) megtöltjük a mintával, tálca felett, kissé túltöltve. A szükséges cseppszámú NTH 600 oldatot a barna mérőedénybe mérjük. Ezt követően áttöltjük a vízmintát a mérőlombikból (mérőhengerből) a barna mérőedénybe. Az üvegben jól elkeverjük az NTH 600 oldatot a vízmintával, majd belehelyezünk egy mágneses keverőelemet. A palack nyakára gumikosarat illesztünk, melybe csipesszel 2 pasztilla NaOH-t helyezünk. Az OxiTop mérőfejet a mérőedényre csavarjuk. Az S és az M gombok egyszerre történő megnyomásával elindítjuk a mérést. Addig tartjuk a gombokat egyszerre lenyomva, amíg a kijelzőn a - - jelzés után a 00 kijelzés megjelenik (Ez jelzi, hogy a memória az előző mérés után törlésre került). A temperáló szekrénybe behelyezzük a keverő egységeket, csatlakoztatjuk őket a hálózatba. A mérőedényeket a temperáló szekrényben elhelyezett keverő egységre helyezzük. A mintákat 5 napig 20 C-on kevertetjük. A mérési hőmérséklet elérése után (leghamarabb 1 óra, legkésőbb kb. 3 óra) az OxiTop elkezdi az oxigénfogyasztás megfigyelését. Az OxiTop minden 24 óra elteltével automatikusan tárol a memóriájában egy értéket, max. 5 napig. Mérés közben az aktuális mérési értéket az M gomb lenyomásával lehet lekérdezni. 12

13 3.3. A mérés leállítása, kiértékelés: Az 5 napos mérési idő letelte után a keverőegységeket leállítjuk, a termosztát szekrényt kikapcsoljuk. A mérőedényeket kivesszük a szekrényből, majd a keverőegységeket is eltávolítjuk. Az egyes mérőfejekről a mérési eredményeket az S gomb egymás utáni megnyomásával (ötször: S gomb megnyomása, aktuális érték leolvasása) olvassuk le (napi eredmények, azaz 5 mért érték mérőedényenként). S megnyomása - Ha a memóriában értékek vannak S 1 1 sec múlva 14 1F S 2 1 sec múlva 23 2F S 3 1 sec múlva 28 3F S 4 1 sec múlva 29 4F S 5 1 sec múlva 29 5F Egyéb üzenetek a kijelzőn: IF: A memória üres, nincs adat. LO: Elemet kell cserélni! -- -: Alsó méréshatár túllépése. - --: Felső méréshatár túllépése Ha a memória üres A mérési eredményeket rávezetjük az adatlapra. Az 5. napi leolvasott adat beszorozva a digit szorzófaktorral adja meg az adott minta BOI5-értékét mg/l egységben. EREDMÉNY = BOI5 = Leolvasott skálaérték x Digit szorzófaktor (a bemérésnek megfelelő) = mg/l A napi mért értékeket a kiadott diagrampapíron ábrázoljuk (5. ábra). 5. ábra Diagrampapír a kiértékeléshez 13

14 Az eredményt diszkusszióban fogalmazzuk meg. Tisztítás: Csavarjuk le a mérőfejet, majd távolítsuk el a gumikosarat. A gumikosarat mossuk el, ha maradt benne NaOH tabletta, azt vízzel öblítsük ki a lefolyóba. Ezt követően a keverőpálca kiemelővel (mágneses) vegyük ki a keverőelemet a mérőüvegből, majd mossuk el. VIGYÁZZUNK, HOGY NE KERÜLJÖN A LEFOLYÓBA!!!!!!! A vízmintát öntsük ki a lefolyóba, majd mossuk el az üveget! Az OxiTop puha ruhával és csakis vizes, szappanos oldattal tisztítható! (Aceton és alkohol használata tilos!) Száradás után helyezzük vissza az edénybe a gumikosarat, ebbe pedig a keverőelemet, majd csavarjuk rá a mérőfejet. A mérőrendszert tegyük vissza a helyére! A mérési eredményeket hasonlítsa össze a segédletben megadott különböző eredetű vizekre vonatkozó értékekkel és a tapasztalatait fogalmazza meg diszkusszióban! 14

15 II. Vízminták vizsgálata MultiLine P4 univerzális kézimérőműszerrel. 1. Feladat: Ívóvíz és szennyvíz minták vizsgálata MultiLine P4 univerzális kézi-mérőműszerrel. 2. Elméleti alapok: A mért paraméterek szakirodalmi háttere: A ph és mérése A ph-érték megmutatja, mennyire savas vagy lúgos egy adott minta. A 7-es ph-érték azt jelenti, hogy a minta semleges - sem savas, sem lúgos reakció nincs. Megközelítően semleges például a friss, vezetékes ivóvíz. 7 ph-érték alatt savas a minta, mint a limonádé, a citromlé, vagy a sósav. A lúgos minták ph-értéke 7 fölötti, mint például az állott vezetékes víz, a mosószertartalmú víz, vagy a nátronlúg. A ph értéke minél inkább eltér 7-től, annál agresszívabb a minta. A savas vagy lúgos hatás ph-egységenként 10-szeresére növekszik. A ph-értékek elektrokémiai ph-mérő rendszerekkel, indikátorpapírokkal, vagy kolorimetriásan mérhetők. Ezek közül az elektrokémiai mérések vezetnek a legpontosabb eredményekhez. A mérés elektróda segítségével történik. Az elektróda olyan elektrokémiai érzékelő, amely egy mérő- és egy referencia elektródából áll. A mérendő oldat ph-értékének függvényében változik egy membránon a feszültség. A ma használatos elektródák úgy alakultak ki, hogy 7-es ph-értéknél a membránon levő feszültség 0 mv. Minél jobban eltér a mérendő oldat ph-értéke a ph=7-től, annál nagyobb a feszültségjel. A ph-mérő műszer ezt a jelet használja fel a ph-érték kiszámítására. A könnyen kezelhető kézi ph-mérők durva terepi alkalmazásra készülnek. A csupán 300 g- os készülékeknek különlegesen ütésálló tokozatuk van, a vízsugárnak ellenállnak, és vízbe meríthetők (IP 67). 15

16 A legmodernebb energiatakarékos mikroprocesszor-technika az elemes üzemmódban lehetővé teszi a néhány ezer órás működést egy elem garnitúrával. A nagyméretű, áttekinthető multifunkciós kijelző egyidejűleg mutatja a mért értéket, a hőmérsékletet és a speciális funkciókat is. A nehéz terepi feltételek mellett is nagyfokú kezelési kényelmet nyújtanak a műszerek a dokumentált, GLP konform kalibrálás és mérés során. A komplett szetek a különféle felhasználási célokra optimalizálva készülnek, és a széles választékú tartozékprogram lehetővé teszi a mindenkori optimális készülék kiválasztást bármely igényelt alkalmazási területre, és a különféle feladatokhoz történő problémamentes illesztésre. A redoxpotenciál és mérése A redox-potenciál értéke jellemzi a vizsgált oldat redukáló, ill. oxidáló képességét. A negatív érték a normál hidrogén-elektród potenciáljára vonatkoztatott redukáló, a pozitív érték pedig az oxidáló hatást jelzi. A gyakorlatban a redox-potenciál mérést a szennyvizek denitrifikációjánál ( redox-töréspont meghatározás), a vizek és uszoda- vizek fertőtlenítési folyamatának ellenőrzésénél, vagy a galván-üzemi szennyvizek méregtelenítésekor használják. A redox-feszültség mérésére elektrokémiai mérőrendszereket használnak. A mérés redoxelektródával történik, amely a ph-elektródához hasonlóan, egy mérő- és egy referencia elektródából áll. Az üvegmembrán helyett a fém platina veszi át a mérési funkciót. Az elektron felvétel, vagy leadás határozza meg a platina-potenciálját, vagyis az elektróda feszültségét. A manapság használatos elektródák a normál hidrogén elektróda helyett ezüst/ezüst-klorid referencia elektródával készülnek (UB), vagyis a kijelzett feszültség erre a rendszerre vonatkoztatott. A két rendszer közötti átszámítás egyszerűen elvégezhető: UG = UH + UB (UG = az összes feszültség) Az oldott oxigén és mérése A gyakorlatban minden folyadék tartalmaz valamennyi oldott oxigént. Például telített víz 20 C hőmérsékleten és 1013 mbar légnyomás mellett mintegy 9 mg/l oxigént tartalmaz. Az etanolban 40 mg/l, a glicerinben pedig csak 2 mg/l a telítési érték. Minden folyadék annyi oxigént vesz fel, ameddig a folyadékban lévő oxigén parciális nyomása egyensúlyba kerül a vele érintkező levegő illetve gázfázissal. A tényleges oxigénkoncentráció tehát számos tényezőtől függ, pl. a hőmérséklettől, a légnyomástól, a mikrobiológiai lebontási folyamatok oxigén-felhasználásától illetve az algák oxigéntermelésétől stb. Az oxigén koncentrációnak döntő jelentősége van a következőkre: A vízben élő halak és mikroorganizmusok életfeltételeire. A szennyvíztisztítás lebontási folyamataira. 16

17 A csővezetékek korróziós folyamataira. Az italok eltarthatóságára stb. Az oxigén koncentrációt korábban titrálásos Winkler-módszerrel végezték. Ma világszerte a különböző szabványos elektrokémiai mérések az elfogadott eljárások. Egy oxigén-érzékelő a legegyszerűbb esetben egy munkaelektródát és egy ellenelektródát tartalmaz. Mindkét elektróda elektrolízis-rendszerben helyezkedik el, amelyet gázáteresztő membrán választ el a mintától. A munkaelektróda az oxigén-molekulákat hidroxid-ionokká redukálja. Ennél az elektrokémiai reakciónál áram folyik az érzékelőben az ellenelektródától a munkaelektródához. Minél több oxigén van a mintában, annál nagyobb az áramjel. Az oxigénmérő műszer oldhatósági függvény figyelembevételével számítja ki ebből a jelből a minta oxigén-koncentrációját. A vezetőképesség és mérése A vezetőképesség érték a vizsgálandó oldat ion-koncentrációjára jellemző gyűjtőparaméter. Minél több sót, savat, vagy lúgot tartalmaz a vizsgálandó oldat, annál nagyobb a vezetőképessége. A vezetőképesség egysége: Siemens/méter. A vizes oldatokra vonatkozó skálabeosztás a legtisztább víznél 0,05 S/cm -nél indul (25 C-on). Természetes vizek, mint az ivóvíz, vagy felszíni vizek vezetőképességi értéke kb. a S/cm érték tartományon belül van. A skálabeosztás legmagasabb értékeit néhány lúgoldat eléri, mint a kálium-hidroxid oldatok, melyek vezetőképesség értéke kevéssel az 1000 ms/cm fölé emelkedik. A gyakorlatban a vezetőképesség mérés többek között a legtisztább vízminőséget előállító létesítmények technológiai ellenőrzésére, vagy a tengervíz sótartalmának meghatározására szolgál. A vezetőképesség mérése elektrokémiai ellenállásméréssel történik. Az alkalmazott mérőcella a legegyszerűbb esetben két egyforma elektródából áll. Egy, az elektródákra adott váltakozó feszültség idézi elő a vizsgálandó oldatban jelen levő ionok elektródák felé történő mozgását. Minél több ion van jelen a vizsgálandó oldatban, annál nagyobb az elektródák között folyó áram. 17

18 A mérőműszer ezután az Ohm-törvény alapján kiszámítja a mért áramból a vizsgálandó oldat vezetési értékét, és figyelembe véve a cellaadatokat a vezetőképességet A MultiLine P4 készülék jellemzése: A gyakorlaton használt MultiLine P4 típusú (6. ábra) műszer egyszerre több paraméter meghatározást teszi lehetővé adott vízminta vizsgálatakor: ph Oldott oxigén tartalom Vezetőképesség, oldott só-tartalom Hőmérséklet Egy ph vagy redoxi-elektróda és egy oldott oxigén vagy vezetőképesség-mérő cella egyidejű csatlakoztatásával (beleértve a hőmérsékletet is) szimultán 3 paraméter mérhető. 6. ábra MultiLine P4 univerzális kézi-mérőműszer A MultiLine P4 kézi mérőműszer egy könnyű kofferben van elhelyezve. A készlet tartalmát a 7. ábra mutatja be. 18

19 7. ábra MultiLine P4 univerzális kézi-mérőműszer/set kivitel A készlet tartalma a következő: 1: MultiLine P4 műszer, hordszíj 2 hordkapoccsal, védőtok. 2: LF/Oxi elektródatartó tartó-kapoccsal. 3: ph-elektróda tok. 4: Állvány. 5: Műanyag főzőpohár, 50 ml. 6: Tárolóoldat a ph elektródákhoz. 7: ph pufferoldat, STP 4, 50 ml. 8: ph pufferoldat, STP 7, 50 ml. 9: Hitelesítő és ellenőrző oldat vezetőképesség-mérő cellához, 50 ml. 10: Elektrolit töltő-oldat ELY/G, oldott oxigén-érzékelőhöz, 50 ml. 11: Tisztítóoldat RL/G oldott oxigén-érzékelőhöz, 50 ml. 12: Tartalék membránfejek: WP 90/3 oldott oxigén-érzékelőhöz, 3 db. 13: Csiszolófólia SF 300 oldott oxigén-érzékelőhöz. 14: Vezetőképességmérő cella (TetraCon 325-3, TetraCon 325). 15: ph kombinált elektróda (SenTix 41-3, SenTix 41). 16: Oldott oxigén-érzékelő (CellOx 325-3, CellOx 325). 17: Kezelési utasítás és rövid útmutató. 18: Profitáska. 19: Hálózati adapter. 19

20 1. MultiLine P4 kijelző: Az alkalmazott mérőműszer kijelzőjét és a mérések jellemzőit a 8. ábra mutatja be. 8. ábra MultiLine P4 univerzális kézi-mérőműszer/kijelző A 8. ábrán feltüntetett jelölések: 1: Mért paraméterek: ph = ph-érték + redoxipotenciál (mv-ban) O2 = oldott oxigén koncentráció (mg/l) vagy telítettség (%) = vezetőképesség ( S/cm vagy ms/cm) Sal = sótartalom (idegen szóval: szalinitás) 2: Kalibrálási adatok: oldott oxigén-érzékelő meredeksége. 3: Felhasználói útmutatás és mérési értékek: ph, potenciál, oldott oxigén koncentráció, oldott oxigén telítettség, vezetőképesség, sótartalom, ph-elektróda meredeksége, asszimetria, oldott oxigén-érzékelő meredeksége. 4: Mértékegységek: mv: potenciál, asszimetria mv/ph: az elektród meredeksége %: oldott oxigén telítetség mg/l: oldott oxigén koncentrációja S/cm, ms/cm: vezetőképesség 5: Kalibrálási adatok: Érzékelő-értékelés. 6: Státusz, állapot: Sal: sótartalom korrekció aktív TP: hőmérsékletmérés aktív 1/cm: cellaállandó C: hőmérséklet 20

21 7: Mért értékek és beállított paraméterek: hőmérséklet, sótartalom, cellaállandó, idő, dátum, numerátor, a mérési értéket azonosító szám, jelátviteli sebesség. 8: Állapot: RCL: Tároló olvasása funkció aktív 9: Állapot: AR: drift ellenőrzés aktív AR statikus: stabil értékek kijelzése AR villog: stabil értékek keresése 10: Állapot: Arng: automatikus mérési tartomány-választás aktív. 11: Kalibrálási eljárások: AutoCal TEC: ph mérésekhez OxiCal: oldott oxigén mérésekhez Cal: vezetőképesség-méréshez 12: Állapot: STORE: Kézi tárolás funkció aktív 13: Állapot: 14: Állapot: LoBat: akkumulátor kimerülése Tref 25: 25 C referenciahőmérséklet a vezetőképességméréshez Time: idő Day, month: nap és hónap Year: év Baud: adatátviteli sebesség No.: tárolóhely száma Ident: mérési érték azonosítószáma 2. MultiLine P4 billentyűzet: Az alkalmazott mérőműszer billentyűzetét és ezek funkcióit a 9. ábra mutatja be. 9. ábra MultiLine P4 univerzális kézi-mérőműszer/billentyűzet 21

22 A 9. ábrán feltüntetett jelölések: 1: Mérési mód: ph-érték/potenciál, oldott oxigén koncentráció, oldott oxigén telítettség, vezetőképesség/sótartalom (görgető mód). 2: Az éppen beállított mérési paraméter kalibrálása 3: Be/Ki főkapcsoló 4: Be/Ki kapcsoló driftellenőrzéshez (AR) 5: ENTER: Nyugtaázás az alábbiakra: mérések indítása drift-ellenőrzéssel, adatbeadás, mért értékek kiolvasása. 6: Numerikus értékek beállítása, lista görgetése, beállítások kiválasztása. 7: Tárolt értékek megjelenítése vagy átvitele. 8: A mért értékek tárolása. 3. MultiLine P4 hátlap: Az alkalmazott mérőműszer hátlapját és a csatlakozóhelyek funkcióit a 10. ábra mutatja be. 10. ábra MultiLine P4 univerzális kézi-mérőműszer/hátlap A 10. ábrán feltüntetett jelölések: 1: Vezetőképesség-mérő cella (TetraCon 325) vagy oldott oxigén-érzékelő (CellOx 325). 2: ph kombinált elektróda. 3: Vonali adapter. 4: Soros illesztő. 5: Hőmérséklet-érzékelő (ph-elektródába integrált) 22

23 4. A MultiLine P4 készülékhez tartozó elektródok: Az alkalmazott mérőműszerhez tartozó elektródok: ph kombinált elektróda (SenTix 41-3, SenTix 41). Oldott oxigén-érzékelő (CellOx 325-3, CellOx 325). Vezetőképességmérő cella (TetraCon 325-3, TetraCon 325). Az elektródok ismertetése: I. ph kombinált elektróda (SenTix 41). Az alkalmazott mérőelektródot és annak részeit a 11. ábra mutatja be. 11. ábra SenTix 41 kombinált ph-elektróda integrált hőmérséklet-érzékelővel A 11. ábrán feltüntetett jelölések: 1: A kombinált ph-elektróda vízálló dugója. 2: 1-tűs banándugó hőmérséklet-érzékelőhöz. 3: A ph-elektróda membránja. 4: A ph-elektróda diafragmája. 5: Hőmérséklet-érzékelő. 6: Nedvesítő kupak kálium-klorid oldattal (c = 3 mol/l) Fontos! Mindig nedves állapotban tartsuk a membránt! Tárolás nedvesítő kupakkal, káliumklorid oldattal töltve (c= 3 mol/l). Soha ne használjunk a tároláshoz desztillált vizet! Tárolási helyzet: vízszintesen vagy állítva, membránnal az alján! 23

24 II. Oldott oxigén-érzékelő (CellOx 325-3, CellOx 325). Az alkalmazott mérőelektródot és annak részeit a 12. ábra mutatja be. 12. ábra CellOx 325 oldott oxigén elektróda felépítése A 12. ábrán feltüntetett jelölések: 1: Membránfej. 2: Hőmérséklet-érzékelő. 3: Elektróda-szár. 4: Zárófej. 5: Munkaelektród (aranykatód). 6: Ellenelektród (ólomkatód). 7: Szigetelő Tárolás! Tároljuk az érzékelőt a kalibráló edényben! Nedvesség: Tartsuk nedvesen a kalibráló hüvelyben lévő levegőt (a szivacs legyen nedves)! Tárolási helyzet: tetszőleges. Az alkalmazott oldott oxigén érzékelőhöz tartozó levegőn kalibráló hüvelyt a 13. ábra mutatja be. 24

25 13. ábra OxiCal-SL levegőn kalibráló hüvely Kalibrálás az OxiCal-SL-lel (13/a. ábra): A kalibrálás lépései: 1. Lazítsuk meg a rögzítőt! 2. Szárítsuk meg az érzékelőt! 3. Illesszük be ütközésig az érzékelőt! 4. Kézzel zárjuk le a bajonettzárat! 5. Indítsuk el a kalibrálást a műszernél (Nyomjuk meg a Cal gombot!). 25

26 13/a. ábra Kalibrálás az OxiCal-SL levegőn kalibráló hüvely segítségével Az OxiCal-SL karbantartása (13/b. ábra): 26

27 13/b. ábra Az OxiCal-SL levegőn kalibráló hüvely karbantartása 27

28 III. Vezetőképességmérő cella (TetraCon 325-3, TetraCon 325). Az alkalmazott mérőelektródot és annak részeit a 14. ábra mutatja be. 14. ábra A TetraCon 325 vezetőképesség-mérő elektróda felépítése 3. Gyakorlati feladat: A BOI-méréshez használt mintákat vizsgáljuk MultiLine P4 univerzális kézi-mérőműszerrel. A következő paraméterek vizsgálatát végezzük el: 1. ph-mérés/redoxfeszültség mérés 2. oldott oxigén koncentráció 3. oldott oxigén telítettség 4. vezetőképesség 5. sótartalom 6. hőmérsékletmérés (ez a többi méréssel párhuzamosan történik) 28

29 3.1. A mérések lépéseinek leírása Dátum és idő beállítása (ha szükséges!): Állítsuk be egymás után: Idő (óra) 0 24 Idő (perc) 0 60 Dátum (nap) 1 31 Dátum (hónap) 1 12 Dátum (év) ph- és redoxfeszültség mérés: A MultiLine P4 műszerhez csatlakoztassa a ph-elektródát (lásd 10. ábra/2. hely)! A mérés/kalibrálás megkezdése előtt az elektróda védősapkáját (ha van!) el kell távolítani, a folyadék elektrolitos típusok elektrolit utántöltő nyílását ki kell nyitni! Az elektrolit utántöltő nyílásnál, illetve a védősapkánál a referencia elektrolit (KCl) szivárgása miatt fehér sókristályok válhatnak ki, ezeket vízzel történő lemosással el kell távolítani! Kapcsoljuk be a készüléket és ha szükséges állítsuk be az időt és a dátumot. A mérési módok közül válasszuk ki a ph/mv módot (és nyomjuk meg az Entert)! A le/fel gombokkal válasszuk a ph értéket! Kalibrálja az elektródot (kétpontos kalibrációval) a kofferben található szabványos WTW műszaki puffer-oldatokkal (ph = 4,01 és 7,00). A legnagyobb pontosság a szabványos oldatok és a mintaoldat azonos hőmérséklete mellett érhető el! Nyomjuk meg a Cal gombot, amivel előkészítjük a kalibrációt! Merítsük a ph-elektródát az első WTW műszaki pufferbe (ph = 4,01). Öntsünk egy kevés pufferoldatot egy főzőpohárba és ebbe merítsük bele az elektródot! Ügyelni kell arra, hogy a diafragma mindig a mérendő oldat szintje alatt legyen! A használt pufferoldatot ne öntsük vissza az eredeti tárolóedénybe! Az Enter megnyomásával indítsuk el a kalibrációt. Az AR villog. Várjunk a kijelzésig! A készüléknek adott hőmérsékleten megjelenik a mért ph-érték, mely 4,01 körüli! Az elektróda alakú jel a kijelzőn a töltöttségi fokának megfelelően jelzi a kalibráció helyességét (A CAL 2 megjelenéséig)! A kalibrációs adatok. Elektród meredeksége: S, és asszimetria-potenciál: UASY! Ezek megengedhető értéke: -62,0 mv/ph S -50,0 mv/ph és -30,0 mv UASY +30,0 mv Ha valamelyik érték a megengedett tartományon kívül esik a műszer E3 hibaüzenetet jelez és nem engedélyezi a ph-mérést! Öblítsük le a ph-elektródát desztillált vízzel, majd óvatosan töröljük meg. Merítsük az elektródát a második pufferbe (ph = 7,00) (A lépéseket lsd. fent!). 29

30 Az Enter megnyomásával indítsuk el a kalibrációt. Az AR villog. Várjunk amíg az AR kialszik! A készüléknek adott hőmérsékleten megjelenik a mért ph-érték, mely 7,00 körüli! (meredekség pl.: - 59,2 mv/ph) Öblítsük le a ph-elektródát desztillált vízzel, majd óvatosan töröljük meg. A mérési módok közül válasszuk ki a ph/mv módot (és nyomjuk meg az Entert)! (A le/fel gombokkal válasszuk a ph értéket!) Merítsük az elektródát a vizsgálandó oldatba, olvassuk le a mért értéket és jegyezzük fel a jegyzőkönyvünkbe! Használat után mossuk le az elektródát desztillált vízzel és óvatosan töröljük meg! A mérési módok közül válasszuk ki a ph/mv módot és nyomjuk meg az Entert! A le/fel gombokkal válasszuk a mv értéket! Merítsük az elektródát a vizsgálandó oldatba, olvassuk le a mért értéket és jegyezzük fel a jegyzőkönyvünkbe! Használat után mossuk le az elektródát desztillált vízzel és óvatosan töröljük meg! Fontos! Mindig nedves állapotban tartsuk a membránt! Tárolás nedvesítő kupakkal, kálium-klorid oldattal töltve (c= 3 mol/l). Soha ne használjunk a tároláshoz desztillált vizet! Tárolási helyzet: vízszintesen vagy állítva, membránnal az alján! Az elektródát helyezzük vissza a kofferbe. 2. Oldott oxigén koncentráció/telítettség mérése: A MultiLine P4 műszerhez csatlakoztassa a CellOx 325-elektródát (lásd 10. ábra/1. hely)! A mérési módok közül válasszuk ki az oldott oxigén koncentráció/telítettség módot és nyomjuk meg az Entert! (Fontos, hogy a mérésnél a Sal kijelzés ne jelenjen meg! Ezt a le/fel gombokkal állíthatja!) Kalibrálja az elektródot a kofferben található kalibráló hüvely segítségével, mely az elektród szoros tartozéka. Nyomjuk meg a Cal gombot, amivel előkészítjük a kalibrációt! Helyezzük az érzékelőt a kalibráló hüvelybe. A hüvelyben lévő szivacsnak nedvesnek kell lennie (nem vizesnek!) Az Enter megnyomásával indítsuk el a kalibrációt. Az AR villog. Várjunk a kijelzésre és a villogás megszűnésére! Az érzékelő relatív meredeksége megjelenik a kijelzőn! A megengedett tartomány: 0,6-1,25!!! A mérési módok közül válasszuk ki az oldott oxigén koncentráció/telítettség módot és nyomjuk meg az Entert! A le/fel gombokkal válasszuk az oxigén koncentrációt! Merítsük az elektródát a vizsgálandó oldatba, olvassuk le a mért értéket és jegyezzük fel a jegyzőkönyvünkbe! 30

31 A mérési módok közül válasszuk ki az oldott oxigén koncentráció/telítettség módot és nyomjuk meg az Entert! A le/fel gombokkal válasszuk az oxigén telítettséget! Merítsük az elektródát a vizsgálandó oldatba, olvassuk le a mért értéket és jegyezzük fel a jegyzőkönyvünkbe! Használat után mossuk le az elektródát desztillált vízzel és óvatosan töröljük meg! Helyezzük vissza a kofferbe. 3. Vezetőképesség és sótartalom-mérés: A MultiLine P4 műszerhez csatlakoztassa a TetraCon 325-elektródát (lásd 10. ábra/1. hely)! A mérési módok közül válasszuk ki a vezetőképesség/szalinitás módot és nyomjuk meg az Entert (A műszer automatikusan felismeri az elektródát)! Kalibrálja az elektródot a kofferben található 0,01 mol/l koncentrációjú KCl ellenőrző oldat segítségével. Nyomjuk meg a Cal gombot, amivel előkészítjük a kalibrációt! Helyezzük az érzékelőt a kalibráló oldatba. Az Enter megnyomásával indítsuk el a kalibrációt. Az AR villog. Várjunk a kijelzésre és a villogás megszűnésére! A MultiLine P4 automatikusan figyelembe veszi az ellenőrző oldat vezetőképességének hőmérsékletfüggését! A készülék automatikusan tárolja a meghatározott cellaállandót (Optimális: 0,45-0,50 cm -1 )! Ezt a cellaállandót jegyezze fel a jegyzőkönyvében található mérési táblázatba! A mérési módok közül válasszuk ki a vezetőképesség/szalinitás módot és nyomjuk meg az Entert! A le/fel gombokkal válasszuk a vezetőképességet! Merítsük az elektródát a vizsgálandó oldatba, olvassuk le a mért értéket és jegyezzük fel a jegyzőkönyvünkbe! Jegyezzük fel a hőmérsékletet is! (A mérési módok közül válasszuk ki a vezetőképesség/szalinitás módot és nyomjuk meg az Entert!) A le/fel gombokkal válasszuk a szalinitást! Merítsük az elektródát a vizsgálandó oldatba, olvassuk le a mért értéket és jegyezzük fel a jegyzőkönyvünkbe! Használat után mossuk le az elektródát desztillált vízzel és óvatosan töröljük meg! Helyezzük vissza a kofferbe. 31

32 3.2. Eredmények megadása A mérés eredményeit foglalja táblázatba, az alábbi séma szerint: Mért paraméter Minták száma/egyéb mért paraméter ph (-) (mv) Oldott oxigén koncentráció (mg/l) Oldott oxigén telítettség (%) Hőmérséklet: Hőmérséklet: Hőmérséklet: Hőmérséklet: Redoxifeszültség Vezetőképesség ( S/cm v. ms/cm) Hőmérséklet: Cellaállandó: Sótartalom (g/l) Hőmérséklet: 1/1. Csapvíz 1/2. 1/3. 1. átlag 2/1. Szennyvíz 2/2. 2/3. 2. átlag Meredekségek mv/ph cm -1 A mérési eredményeket hasonlítsa össze a segédletben megadott különböző eredetű vizekre vonatkozó értékekkel és a tapasztalatait fogalmazza meg diszkusszióban! 32

33 Mellékletek FELSZÍNI VIZEKRE ÉS IVÓVIZRE VONATKOZÓ KÉMIAI KOMPONENS HATÁRÉRTÉKEK Szervetlen vegyületek Fémek Egyéb KOMPONENS FELSZÍNI VÍZ (mg/l) IVÓVÍZ (mg/l) Ammónium- 0,5 mg/l 0,1-1 mg/l Szulfát- 200 mg/l 200 mg/l Szulfit- 0 mg/l 0-0,05 mg/l Nitrát- 10 mg/l 20 mg/l Nitrit- 0 mg/l 0,1-0,5 mg/l Foszfát- 0,2 mg/l 0 mg/l Klorid- 100 mg/l mg/l Vas 0,1 mg/l 0,2 mg/l Mangán 0,1 mg/l 0,1 mg/l Réz 0,1 mg/l 0,1 mg/l Cink 0,05 mg/l 1 mg/l Összes keménység mg CaO/l Karbonát-keménység mg CaO/l -sugárzás - 0,111 Bq/ml Vezetőképesség 2500 S/cm ph 6,5-8,5 Algaszám db/m 3 Biológiai paraméterek Kóliszám - 4 db/m 3 Baktériumszám - 5x10 4 g/m 3 BOI 5-3,5-10 mg/l KOI - 3,5 mg/l 33

34 34