çevre analiz laboratuvarı-ıı deney notları

72 Pages·2007·0.63 MB·Turkish

T.C.
ATATÜRK ÜNİVERSİTESİ
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
ÇEVRE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

ÇEVRE ANALİZ
LABORATUVARI-II
DENEY NOTLARI

ERZURUM - 2007
DENEYLER S. NO
1. Biyolojik Oksijen İhtiyacı 3
2. Atmosferdeki Gaz ve Partikül Maddelerin Örneklenmesi ve Analizi 11
3. Kimyasal Oksijen İhtiyacı 17
4. Çözünmüş Oksijen Tayini 24
5. Toplam Organik Karbon Tayini 30
6. Permanganatla Organik Madde Tayini 33
7. Bakterilerin Boyanarak İncelenmesi 39
8. Sterilizasyon-Dezenfeksiyon ve Besi Yerlerinin Hazırlanması 46
9. Kompleksiometrik Yöntemle Sulardaki Ağır Metal Tayini 61
10. İyon Seçici Elektrotlarla Amonyak Tayini 68

2
BİYOKİMYASAL OKSİJEN İHTİYACI (BOİ)

ANLAM VE ÖNEMİ:
Biyokimyasal Oksijen İhtiyacı (BOİ) aerobik koşullarda mikroorganizmaların sudaki organik
maddeleri ayrıştırmaları için gerekli oksijen miktarı olarak tanımlanmaktadır. Alıcı ortamlara
verildiklerinde, evsel ve endüstriyel atıksuların tüketecekleri çözünmüş oksijen miktarının
belirlenmesiyle, kirlenme potansiyelinin ve alıcı ortamın özümleme kapasitesinin tayininde
kullanılan bir parametredir. BOİ parametresi biyolojik olarak ayrışabilen organik maddelerin
toplamını gösteren kollektif bir parametredir. BOİ parametresi; arıtma sistemlerinin tasarımı
ve işletilmesi, alıcı ortama atıksu deşarj limitlerine uygunluğunun kontrol edilmesi ve
biyolojik arıtma sistemlerinin performansının ölçülmesinde kullanılmaktadır.

ÖLÇÜM ESASLARI:
Bir su örneğinin biyokimyasal oksijen ihtiyacı, sadece organik maddenin kısıtlı olduğu ve
atmosferden oksijen alamayacağı koşullarda, karanlıkta ve 20°C sabit sıcaklıkta, 5 gün
süreyle bekletilen bir miktar örnek içindeki karbonlu organik maddelerin yükseltgenmesiyle
oluşan, çözünmüş oksijen konsantrasyonundaki düşüşe eşdeğerdir. Test sırasında görülen
genel reaksiyonlar şu şekildedir:
Organik madde+O +Bakteri→ CO +H O+NH +Yeni Bakteri Hücresi+Enerji
2 2 2 3
Su örneğindeki organik maddelerin mikroorganizmalarca kararlı hale getirilmesi sırasında
uyulan koşulların deneyden deneye tekrarlanabilecek biçimde düzenlenmesi ve yakından
denetlenmesi gerekmektedir. Bunun için de standart BOI deneyinde aşağıdaki koşullar
sağlanmalıdır:
1. Zehirli maddeler bulunmamalıdır.
2. Uygun pH ve ozmotik koşullar sağlanmalıdır. Bunun için ortama, sodyum, potasyum,
kalsiyum ve magnezyum tuzları eklenmektedir. Gerektiğinde nötralizasyon yapılmalıdır.
3. Tamamlayıcı besleyici elementler bulunmalıdır. Bunun için ortama ayrıca, azot, fosfor,
demir ve kükürt bileşikleri eklenmektedir. Böylece biyodeney süresince
mikroorganizmaların gelişmesinde tek kısıtlayıcının organik karbon olması sağlanır.
4. Karanlık ve 20°C sabit sıcaklık koşulları sağlanmalıdır.
5. Değişik türlerden yeterli miktarda mikroorganizma bulunmalıdır. Evsel atıksularda veya
dezenfeksiyon yapılmamış biyolojik arıtma çıkış sularında mikroorganizmalar yeterli
miktar ve çeşitlilikte bulunmaktadır. Ancak bazı numuneler, örneğin bazı arıtılmamış
endüstriyel atıksular, dezenfeksiyon yapılmış, yüksek sıcaklıkta veya ekstrem pH
3
değerlerine sahip atıksular gibi, yeterli miktar ve çeşitlilikte mikroorganizma
içermeyebilmektedir. Bu durumda, numunenin alındığı atıksu arıtma tesisinin biyolojik
arıtma sistemi çıkış atıksuyu veya bir miktar taze lağım suyu kullanılabilmektedir. Bu
işleme aşılama denir.
6. Seyreltme gereklidir. Seyreltme, örnekteki oksijen miktarının organik maddelere yetmesi
sağlanacak şekilde yapılır. Deney sonunda örnekteki organik maddeler oksijenin tamamını
tüketmemelidir. Sonuçtaki çözünmüş oksijen konsantrasyonu en az 1 mg/L olmalıdır.
7. Deney sonuçlarının nitrifikasyondan etkilenmesi engellenmelidir. Uygun koşullarda,
karbonlu organik maddelerin yanı sıra azotlu maddeler ve besin olarak eklenen amonyak
azotu biyolojik süreçlerle yükseltgenerek çözünmüş oksijen tüketir. Bunun önlenmesi için
inhibitör kullanılır.
Teorik olarak organik maddenin tam biyolojik oksidasyonu için sonsuz zaman gereklidir.
Fakat pratik amaçlarla reaksiyonun 20 günde tamamlandığı esas alınmıştır. Ancak, 20 gün
beklemek çok zaman alıcı olduğundan BOİ testinde 5 günlük sürede reaksiyonun büyük
yüzdesinin tamamlandığı varsayılarak, inkübasyon süresi 5 gün ile sınırlandırılmıştır. Burada
şunu belirtmek gerekir ki, 5 günlük değerler, toplam BOİ’nin ancak belli bir kısmını
vermektedir. Evsel ve endüstriyel atıksular ile yapılan araştırmalarda 5 günlük BOİ değerinin
%70-80 kadarı olduğu bulunmuş ve bu sonuç yeterli olarak kabul edilerek, testte 5 günlük
inkübasyon periyodu seçilmiştir.

GİRİŞİM:
Ölçüm esaslarında belirtilen koşulların herhangi birinin yerine gelmemesi girişime yol açar.
Önemli miktarda nitrit içeren numunelerde nitritin yükseltgenmesi girişim yapabilir. Deneyde
kullanılan tüm araçların (seyreltme suyu kabı, BOI şişeleri, mezürler, pipetler, vb.)
temizliğine dikkat edilmelidir. Temizleme çözeltisi, deterjan ya da organik madde kalıntıları
girişim kaynaklarıdır.

NUMUNE ALMA VE KORUMA:
Analizi hemen yapılamayan örnekler 4° C de soğutularak en fazla 24 saat korunabilmektedir.
Analizler 2 saat içerisinde tamamlanabiliyorsa soğutma gerekmemektedir.

ARAÇLAR:
1. BOİ şişeleri: 300 ml’lik kapaklı özel şişeler
2. İnkübatör veya su banyosu: 20±1°C
4
AYRAÇLAR:
a) Seyreltme Suyu: Distile su ya da deiyonize su kullanılabilir. Suda klor, kloraminler,
hidroksit alkalinitesi, organik madde, asit bulunmamalı, bakır da 0.01 mg/L’den az olmalıdır.
b) Besleyici Çözeltiler: Aşağıdaki ayıraçlardan herhangi birinde biyolojik gelişme belirtileri
görülürse ayıraç atılıp yeniden hazırlanır.

1. Fosfat Tampon Çözeltisi: 8.5 g KH2PO4, 33.40 g Na2HPO4·7H2O, 21.75 g K2HPO4 ve
1.7 g NH4 Cl yaklaşık 500 ml distile suda çözülür ve 1 l’ye tamamlanır. Bu tamponun pH’ı
7.2 olmalıdır.
2. Magnezyum Sülfat Çözeltisi: 22.5 g MgSO4·7H2O distile suda çözülüp 1 l’ye
tamamlanır.
3. Kalsiyum Klorür Çözeltisi: 27.5 g CaCl2 distile suda çözülüp 1 l’ye tamamlanır.
4. Demir Klorür Çözeltisi: 0.25 g FeCl3·6H2O distile suda çözülüp 1 l’ye tamamlanır.

c) Sodyum Hidroksit: 1N NaOH (Numunelerin nötralizasyonu için kullanılmaktadır)
d) Sülfirik Asit: 1N H2SO4 (Numunelerin nötralizasyonu için kullanılmaktadır)
e) Nitrifikasyon Inhibitörü: 2-chloro-6-(trichloromethyl) pyridine (TCMP)

DENEYİN YAPILIŞI:
A. ÇÖZÜNMÜŞ OKSİJEN ÖLÇÜM ESASINA DAYALI BOİ TAYİNİ :
A) Seyreltme Suyunun Hazırlanması:
Yeterince damıtık su ya da deiyonize su, doygunluğa ulaşana kadar havalandırılır.
Havalandırma, bir hava pompasına bağlı difüzör kulanılarak ya da seyreltme suyunu kısmen
dolu bir kapta şiddetle çalkalayarak sağlanabilir. Kullanılacağı sırada seyreltme suyu sıcaklığı
20± 3°C olmalıdır. Seyreltme suyunda zehirli maddelerin bulunmaması çok önemlidir.
Saklama ve havalandırma sırasında da organik madde bulaşmaması için azami dikkat
gösterilmelidir.

5
B) Seyreltme Tekniği:
Örneğin tahmini BOI ’sine göre, seyreltme oranları aşağıdaki tablo yardımıyla belirlenir
Tahmini BOİ (mg/L) Seyreltme Oranı (%)
20 000-70 000 0.01
10 000-35 000 0.02
4 000-14 000 0.05
2 000-7 000 0.10
1 000-3 500 0.20
400-1 400 0.50
200-700 1.00
100-350 2.00
40-140 5.00
20-70 10.00
10-35 20.00
4-14 50.00
0-7 100.00

Örneğin tahmini BOİ ’nin 800 mg/L civarında olması bekleniyorsa, en uygun seyreltme oranı
tablodan %0.5 olarak bulunur. 1 litrelik hacim için bu örnekten (0.5/100)x1000=5 ml almak
gerekir. Yapılacak diğer seyreltmeler için, tabloya göre %0.5’in altındaki ve üstündeki
seyreltme oranları olan %1 ve %0.2 seçilmelidir. Bunlar için de sırasıyla 10 ml ve 2 ml örnek
alınır. 5 günlük inkübasyon sonucunda numuneler en az 2 mg/L oksijen tüketmeli ve BOI
şişesinde minimum 1 mg/L oksijen kalmalıdır.

C) Aşılama:
Aşılamada kullanılacak lağım suyu, bir kollektörden alınmalı ve zehirli olmamasına dikkat
edilmelidir. Lağım suyu alındıktan sonra 24 saat içinde kullanılmalı ve kullanılıncaya kadar
sürekli havalandırılmalıdır. Aşılamadan az önce, havalandırma durdurulup lağım suyu
içindeki katı maddeler çökeltilir (24-36 saat). Aşılama için üstteki duru faz kullanılır. Glikoz-
glütamik asit kontrolü deneyin bütününün olduğu gibi aşının ve aşılama tekniğinin de
kontrolünü sağlar. Yüzey sularında aşılama yapmak gerekmeyebilir.

6
D) Aşı Düzeltmesi:
Aşı olarak kullanılan havalandırılmış lağım suyundan seyreltme suyu ile %2 ve %5’lik iki seri
seyreltme hazırlanır. Bu seyreltmeler içinde BOI tayini yapılır. 5 günde %40-70 çözünmüş
oksijen tüketimi yapan bir tanesi aşı düzeltmesi hesabında kullanılır. Aşılanmış seyreltme
suyunun çözünmüş oksijen tüketimi 0.6-1.0 mg/L arasında olmalıdır.

E) Seyreltme Suyu Kontrolü:
3 BOI şişesine sadece seyreltme suyu doldurulur. Bunlardan birinde hemen çözünmüş
oksijen tayini yapılır. Diğer ikisi 5 gün inkübatörde 20° C’de tutulur. Beş günlük çözünmüş
oksijen tüketimi 0.2 mg/L’yi (tercihen 0.1 mg/L) geçmemelidir. Gözlenen tüketim, aşı
kullanılmayan seyreltmelerde, seyreltme suyu düzeltmesi hesabında kullanılır.
1 L’lik mezür içine seyreltme oranına göre belirlenen hacimde örnek ve besleyici
çözeltilerden 1’er ml konulmaktadır. Üzerine 10 mg/L olacak şekilde nitrifikasyon inhibitörü
eklenmektedir. Mezüre ayrıca 0.6 mg/L’den çok aşı düzeltmesi gerektirmeyecek miktarda aşı
ilave edilmektedir. Bu miktar genellikle 1-2 mL arasındadır. Daha sonra seyreltme suyu ile 1
L’ye tamamlanmaktadır. Bir cam bagetle mezür iyice karıştırılır. pH’ı 6.5-8.5 sınırları dışında
kalan seyreltmeler 1 N NaOH ya da 1 N H SO ile pH 7’ye getirilir. Aşı, pH ayarı yapıldıktan
2 4
sonra eklenmelidir.

Mezürden eğik konumda veya sifon vasıtasıyla 3 BOI şişesi doldurulur. Şişelerdeki hava
kabarcıkları çıkartılır ve şişe kapağı kapatılır. Kapağın üzeri, hava almasını engellemek için
suyla dolu kalmalıdır. Doldurulan 3 şişeden birinde 30 dakika içinde çözünmüş oksijen tayini
yapılır, diğer ikisi 5 gün sonra tekrar çözünmüş oksijen tayini yapılmak üzere inkübatöre
konur. Her örnek için beklenen BOI değerine karşılık gelen seyreltme dışında bu oranın
altındaki ve üstündeki seyrelmeler de yapılır. Böylece her örnek için 3 seyreltme yapılmış
olur. Bunların yanı sıra kullanılan aşı tarafından harcanan çözünmüş oksijen miktarını
belirleyebilmek için aşı düzeltmesi yapılmalıdır. Aşılama yapılmayan durumlar için seyreltme
suyu kontrolü yapılarak bu düzeltme hesaba katılmalıdır.

7
Yeterince bakteri içeren
Gerekli besi
Hava ve organik madde
elementleri
barındıran V hacminde
(N, P, K, Fe, vb) s
Aşılama ve diğer atıksu numunesi
(Numune hacmi tahmini
yapmaya gerek maddeler Seyreltme
BOİ değerine göre
suyu
yoksa seçilir.)
Cam kap (300-Vs)
uygulanacak
(20 L) Cam kapaklı
işlem Distile BOİ şişesi
su (300 mL
Hava
hacminde)
taşı Aşılanmamış seyretme
Aşılanmamış suyu ve test
seyreltme suyu numunesi ile
tamamen dolu BOİ
şişesi
Gerekli besi Hiç bakteri içermeyen
Hava
elementleri veya çok az sayıda
ve diğer bakterisi olan,V
s
maddeler Seyreltme Seyreltme hacminde atıksu
Aşılama Bakteri suyu numunesi
suyu
yapmaya gerek (Aşı) (300 mL)
(300-V)
s
duyulursa
uygulanacak Distile
su
işlem
Sadece aşılanmamış Aşılanmış seyretme
Aşılanmış seyretme suyu ile suyu ve test
seyreltme suyu tamamen dolu BOİ numunesi ile
şişesi tamamen dolu
(Aşılanmış kör) BOİ şişesi
Sekil 1 Uygulanacak genel deney yöntemleri

Şekil 2. Kirletilmiş suların aerobik şartlarda biyolojik oksidasyonu sırasında organik madde
konsantrasyonu değişimi.

HESAP:
(D -D )-(B -B )*f
BOI (mg/L)= 1 2 1 2
5 P
8
D : Hazırlanan seyreltmede 1. gün ölçülen çözünmüş oksijen, mg/L
1
D : Hazırlanan seyreltmede 5. gün ölçülen çözünmüş oksijen, mg/L
2
B : Aşı kontrolünde 1. gün ölçülen çözünmüş oksijen, mg/L
1
B : Aşı kontrolünde 5. gün ölçülen çözünmüş oksijen, mg/L
2
P : Örneğin hacimsel fraksiyonu, %
f : Örnekteki aşı yüzdesinin, aşı kontrolündeki aşı yüzdesine oranı (D1’deki % aşı / B1’deki
% aşı)

B. MANOMETRİK YÖNTEM İLE BOİ TAYİNİ
NaOHtabletleri
2 NaOH+ CO2?? Na2CO3?+ H2O
BOI
Sisesi
O2 O2
O2 HavaO2O2 O2
ÇO2OA2Oti2ksOu2 OÇ2O2 Gösterge vaHaznesi ÇO2 OA2tiksu OÇ2O2
Ci
Magnet
Zaman ilerledikçe BOIsisesindeki
t=0 aninda BOIsisesindeki manometre manometre yüksekligi ÇO’in
yüksekligi 0’igöstermektedir. kullanimindan dolayiartar

Şekil 3. Laboratuarda kullanılan manometrik cihazlar.

BOİ REAKSİYONUNUN KİNETİĞİ
BOİ Reaksiyonları ile ilgili çalışmalarda reaksiyon kinetiğinin 1. dereceden olduğu
anlaşılmıştır. Reaksiyon hızı;
dc
- = k .c
dt 1
C; Oksitlenen organik madde (kirletici) miktarı, mg/L, t; zaman, k Reaksiyon hız sabiti,
1;
1/zaman
c t
2 dc 2
-∫ = k∫dt
c
c t
1 1
9
c
ln( 1) = k(t −t )
c 2 1
2
c2 = c1e−k(t2−t1) t=0 için konsantrasyon co ise
c
ln( 0) = kt
c
c =c e−kt
0
c=L (t zaman sonraki organik kirletici miktarı), c =L (başlangıçtaki organik kirletici
t o
miktarı=başlangıçtaki atıksuyun içerdiği BOİ değeri), y= Herhangi bir t anına kadar
mikroorganizmaların tükettiği BOİ miktarı ise;
L = L.e−k1.t
t
y = L−L
t
Ancak 10 tabanı ile ifade edildiğinde k sabiti k olarak verilir.
1
k = 2.303k
1
L = L.10−kt
t
y = L(1−10−kt)

BOİ’nin hız sabiti (k ) ve nihai BOİ (Co) değerlerinin bulunması için kullanılan bazı
1
yöntemler vardır. Bunlardan bazıları:
1- Logaritmik türev yöntemi
2- En küçük kareler yöntemi
3- Moment metodu
4- Thomas metodu

10