Vízkémia Vincze Lászlóné dr. főiskolai docens VK-5 1.

Arzén hatásai és eltávolítása VK-5 2.

Az arzén előfordulása a földkéregben Arzénkovand, arsenopirit Realgar, arzéndiszulfid (vörös) Auripigment, arzénszulfid (sárga) Nikkelkovand FeAsS As 4 S 4 As 2 S 3 NiAs VK-5 3.

Az arzén előfordulása a természetes vizekben VK-5 4.

VK-5 5.

Bőrelváltozás tartós arzén expozició esetén. India VK-5 6.

2500 Halálozás 100000 fõre 2000 1500 1000 Az ivóvíz As tartalma : 0,78 mg/ l 0,32 mg/ l 0,04 mg/ l 500 0 Hólyag Vese Bőr Tüdő Máj VK-5 7.

VK-5 8. 0 Kisszállás-Újfalu Jakabszállás Érsekhalma Bácsszőlős Kéleshalom Kunbaja Zsana Fülöpszállás Tompa Kelebia Bácsalmás Felsőszentiván Tázlár Katymár Kiskunmajsa-Tajó Csikéria Madaras Akasztó Harkakötöny Kiskunmajsa- Pirtó Tataháza Balotaszállás Csengőd Mátételke Borota Gara Imrehegy Jánoshalma Mélykút Kunszállás Határérték Kimenő, tisztított víz arzén koncentrációja [µg/l] 40 30 20 10 50 60 Az arzén előfordulása magyarországi ivóvizekben Kecel

VK-5 9. Eperjes Derekegyház-Tompahát Erzsébet Kútvölgy Nagymágocs Nagymágocs-Ótompahát Óföldeák Szikáncs Árpádhalom Ruzsa Makó-Rákos Baks Székkutas Földeák Dóc Zákányszék Fábiánsebestyén Kiszombor Makó Pusztamérges Ambrózfalva Üllés Mártély Röszke Batida Derekegyház 10 Határérték 0 Kimenő, tisztított víz arzén koncentrációja [µg/l] 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 Csongrád megye

Az As Pourbauix diagramja VK-5 10.

Eltávolítási problémák VK-5 11.

Kolloidok A fogalom meghatározása különböző A kolloid állapot egy sztereometriai mérettől függő állapot, nincs meghatározott anyagi tulajdonsághoz, kémiai összetételhez kötve. A kolloid állapot csakis mérettől függő, de anyagi minőségtől független állapot. Buzágh Aladár szerint: a kolloid rendszer az, ami szubmikroszkópos diszkontinuitásokat tartalmaz. VK-5 12.

A kolloidok típusait Diszperziós kolloidok molekulákból, vagy ionokból álló egység, legalább 13 elemből áll. Jellegzetes a felület/térfogat arány Makromolekulás kolloidok lehetnek polimerizálással, polikondenzációval létrejött kovalens kötésű makromolekulák. Ezek nem tömör felülettel rendel-keznek, hanem ún. gombolyodott láncmolekulák, amelyeket az oldószer átjár (szolvatált molekulák) Asszociációs kolloidok, amelyek micellák képződésével alakulnak ki. A micellák hidrofób és hidrofil jelleget együtt mutató molekulákból alakulnak ki. (pl. tenzidek) A kialakult micellák képesek hidrofób vegyületeket oldatba vinni (szolubilizálni). VK-5 13.

a) Makromolekulás kolloidok Speciális tulajdonságuk a változatos szerkezet, az ún. gumirugalmas állapot. Csoportosításuk több szempont szerint lehetséges Eredet szerint: természetes (pl. biopolimerek) szintetikus (műanyagok) Szerkezet szerint monomerek közti kötés típusa ( C C ; heteroatom C; C nélküli) makromolekula vázszerkezete (lineáris pl.: cellulóz, PE; elágazó pl.: keményítő, globuláris pl.: kazein; térhálós pl.: keratin, kaucsuk) Előállítási mód szerint polimerizációs polikondenzációs poliaddíciós VK-5 14.

A szerkezet jellemzői A makromulekula építőkövei a monomer molekula, a szegmens a makromolekula lánc egy szakasza, szabad rotáció lehetősége, a legvalószínűbb a statisztikus gombolyag állapot. Elsődleges szerkezet a láncot alkotó egységek sorrendje, konfiguráció Másodlagos szerkezet az alapvető szerkezeti egységek térbeli elrendeződése, konformáció Harmadlagos szerkezet a három dimenzós térbeli elrendeződés Negyedleges szerkezet több makromolekula térbeli aggregálódása, pl.: hemoglobon 4 egységből áll VK-5 15.

Makromolekulák jellemző tulajdonságai M (moltömeg) átlagértékkel jellemzhető Viszkozitás vizes oldatok viszkozitását növelik Ozmózis nyomást növelik Fényszórás minden irányban (diffúzan) Ultracentrifugálással az ülepedése korlátozott mértékben gyorsítható statisztikus gombolyag VK-5 16.

Polielektrolitok Azokat a makromolekulákat, amelyek több disszociábilis csoportot tartalmaznak, vizes oldatban disszociációra képesek, polielektrolitoknak nevezzük. A disszociábilis csoport jellege szerint lehetnek anionos, kationos, amfoter (ikerionos) jellegűek COOH COO + Me + NH 3+ + X NH 2 Savas közegben Lúgos közegben VK-5 17.

b) Asszociáci ciós s kolloidok Kisméretű molekulákból micella képződés koncentráció függő, c.m.c. kritikus micellaképződési koncentráció poláris apoláris Micella Szolubilizált molekula Szolubilizáció VK-5 18.

Asszociációs kolloidok csoportosítása Természetes felületaktív anyagok, pl.: koleszterin, humátok Szintetikus felületaktív anyagok, pl.: szappan, mosó-, nedvesítőszerek Színezékek (szerves) pl.: metilénkék, kongóvörös Kémiai szerkezet szerint anionaktív, pl.: karbonsavak sói (szappanok) kationaktív, pl.: ammóniumsók Nem ionos) pl.: többértékű alkoholok zsírsav észterei Amfoter (ikerionos), pl.: betain származékok VK-5 19.

A micellák keletkezését befolyásoló tényezők Oldószer a vízben a tenzidek apoláris, apoláris oldószerben a tenzidek poláris csoportjai asszociálódnak Hőmérséklet Koncentráció (vizes oldatok tulajdonságai) c.m.c.-nál kisebb koncentrációtartományban a c növelésével csökken fagyáspont felületi feszültség növekszik fajlagos vezetőképesség c.m.c. fölött alig változik fajlagos vezetőképesség fagyáspont felületi feszültség c c.m.c. T VK-5 20.

Szolubilizáció A vízben nem oldódó apoláris vegyületek tenzid alkalmazása esetén a c.m.c. koncentráció fölött oldódnak, mert a micella apoláris magjában rögzülnek. Vegyes micellák képződnek. pl.: a szervezetben a zsiradék transzport ásványi olajok, toxikus vegyületek vizes oldatba vitele VK-5 21.

Oxigénháztartás Oldott oxigén, oxigén telítettség (hőmérséklet, nyomás) Befolyásoló tényezők (források és nyelők): diffúzió, aerob lebontás, légzés, fotoszintézis) O 2 c s c t (h) 24 VK-5 22.

Oxigénig nigény ny (szerves anyag tartalom kapcsolata) Biokémiai oxigénigény BOI: a szennyvíz szervesanyag tartalmának mikroorganizmusok általi oxidációjához szükséges oxigén mennyisége. BOI 5, BOI 20 (Befolyásoló tényezők) Kémiai oxigénigény (KOI ps, KOI dk ): a szennyvíz szervesanyagtartalmának kémiai oxidációja különböző oxidálószerekkel. Összes szerves szén (TOC). A szerves anyagtartalom CO 2 formában mérve. Összes oxigénigény (TOD): a szerves és szervetlen anyag oxigénigénye. VK-5 23.

Szervesanyag tartalom Biokémiai oxigénigény: baktériumok általi oxidációhoz szükséges oxigén mennyisége (BOI 5, BOI 20 ) Kémiai oxigénigény (KOI p, KOI Cr ) Összes szerves szén (TOC) BOI 100% 5 20 nap 0% BOI 5 BOI 20 KOI TOC Elméleti oxigénigény VK-5 24.

Nitrogén A globális nitrogén forgalom elemzése azt mutatja, hogy a természetes eredetű nitrogénkötés mellett nagyon 160,00 számottevő a mesterségesen megkötött nitrogén 140,00 mennyisége 120,00 környezeti-ökológiai problémához vezethet (pl. 100,00 eutrofizáció, nitrátosodás, stb.) millió tonna 80,00 60,00 40,00 20,00 0,00 szárazföld ammóniaszintézis tengerek, óceánok energiahord. elégetése természetes oxidációval az atmoszférában összesen VK-5 25.

nitrátammonifikáció (nitrátredukció) nitrogénkötés Nitrogén molekula denitrifikáció dinitrogén -oxid Ammónium ion Amino csoport hiposalétromossav Nitrit Nitrát nitrifikáció oxidációs számok -III -II -I 0 +I +II +III +IV +V Vegyületforma Nitrogénform nformák Elemi állapotú nitrogén hasznosítása mikroorganizmusok és egyes szervezetek által Elemi állapotú nitrogén fotokémiai átalakulása nitrogén vegyületté VK-5 26.

Ammonifikáció Az ammónia a bakteriális lebontás legnagyobb tömegben keletkező terméke. (pl. Pseudomonas): 2CH 2 NH 2 COOH + 3O 2 4CO 2 + 2H 2 O + 2NH 3 ( H=737 kj / mol glicin) VK-5 27.

Nitrifikáció Az ammónia nitrogénjét (NH 3 ) a nitrifikáló baktériumok először nitritté (NO 2- ), majd nitráttá(no 3- ) oxidálják. (pl. Nitrosomas) 2 NH 3 +3O 2 2H + +2NO 2- +H 2 O ( H= - 522 kj) (pl. Nitrobacter) 2NO 2- + O 2 2NO 3 - ( H= - 146kJ) VK-5 28.

Nitrátammonifikáció (nitrátredukció) Anaerob körülmények között, (pl. elárasztott területeken vagy eutróf vizekben a baktériumok a nitrát (NO 3- ) ionokat oxigénforrásként, illetve hidrogénion(h + ) akceptorként hasznosítják. A folyamat nitriten (NO 2- ) keresztül az ammóniáig tart. (pl. Pseudomonas) 2C 6 H 12 O 6 +6NO 3-12CO 2 +6OH - +6NH 3 VK-5 29.

Denitrifikáció A denitrifikáció során a nitrogén redukció dinitrogén-oxid (N 2 O) vagy nitrogén gázig történik. Anaerob vízi környezetben ennek során energia felhasználás történik. A keletkező N termékek az élőlények számára hasznavehetetlenek. (pl. Nitrococcus denitrificans) C 6 H 12 O 6 +6 NO 3 - ( H= -2282 kj /mol glükóz) 6 CO 2 +3 H 2 O+OH - +3 N 2 O 5 C 6 H 12 O 6 +24 NO 3-30 CO 2 +18 H 2 O + 24 OH - +3 N 2 ( H= -2387 kj /mol glükóz) (pl. Thiobacillus denitrificans) 5 S + 6 NO 3- +2 CaCO 3 3 SO 4 2- +2 CaSO 4 +2 CO 2 +3 N 2 ( H= -533 kj /mol glükóz) VK-5 30.

Ammónia-ammónium egyensúly NH 3 +H 2 O OH - + NH 4 + NH 4+ +H 2 O = H 3 O + + NH 3 Az ammóniának az oldat ph-jától függő arányban két formája létezik, az ammóniumion és a disszociálatlan, ún. szabad ammónia (NH 3 ). Bármilyen ammónia meghatározás a két forma összegét méri, amiből, a mérgező a disszociálatlan NH 3. Az ammónia mérgező hatását az oldott oxigén, a szabad széndioxid, a keménység, a lúgosság és a szalinitás is befolyásolja VK-5 31.

Nitrogénvegyületek Methemoglobinemia (nitrát) Növényi tápanyag: szervetlen N formák (NH 4+, NO 2-, NO 3- ) Oxigén fogyasztás: Kjeldahl N Kémiai, biokémiai folyamatok Atmoszférikus N Denitrifikáció N kötés Nitrát Szerves N (proteinek, aminósavak, karbamid) Asszimiláció Nitrifikáció (Nitrobakter) Hidrolízis, ammonifikáció Nitrát redukció Nitrit Ammónium Nitrifikáció (Nitrosomonas) Redukált N állapot Oxidált N állapot VK-5 32.

Foszforvegyületek Minimum faktor (Liebig elv) Oldott formák: ortofoszfát, (kondenzált) polifoszfát, szerves foszfát Növények által felvehető: PO 4 3- (ortofoszfát ion) Bioszférában oxidált formában van jelen Természetbeli előfordulás: kőzetek (foszfát ásványok), adszorbeált foszfát Mérés: ÖP (Összes foszfor), PO 4 -P (ortofoszfát) Nincs gáz halmazállapot VK-5 33.

Foszforformák Polifoszfát Hidrolízis Foszfát ásványok Oldódás Adszorbeált foszfát Deszorpció Adszorpció Ortofoszfát Csapadékképződés Csapadékképződés Oldódás Foszfát ásványok Asszimiláció Mineralizáció Szerves foszfát (biomasszában) Hidrolízis, mineralizáció Szerves foszfát VK-5 34.

Kénvegyületek Szulfidok (redukált forma): H 2 S, szerves szulfidok, fémszulfidok (Fe, Zn, Cu stb.) Szulfát (SO 4 2- ) Anaerob biokémiai folyamatok: SO 4 2-, H 2 S Biokémiai oxidáció: H 2 S, H 2 SO 4 Vas- és mangánvegyületek Oldott állapotban (Fe 2+ ): felszín alatti vizekben tározók fenékiszapjában (hidrogén-karbonátos, szulfátos, huminsavas kötésben) Oxigén jelenlétében: Fe(OH) 3 (vashidroxid, oldhatatlan) A vas és a mangán közegészségügyi szempontból nem ártalmas VK-5 35.