UNIVERZITET U NOVOM SADU
PRIRODNO-MATEMATIČKI FAKULTET
DEPARTMAN ZA HEMIJU, BIOHEMIJU
I ZAŠTITU ŽIVOTNE SREDINE
Seminarski rad
Metodologija naučnog rada
UTICAJ O
3
/H
2
O
2
PROCESA I KOAGULACIJE NA PROMENU SADRŽAJA
PRIRODNIH ORGANSKIH MATERIJA U VODI
Novi Sad, 2015.
SADRŽAJ
1.
Uvod.....................................................................................................................
1
2.
Prirodne organske materije.................................................................
4
2.1.
Prirodne organske materije prisutne u voi.........................................................
4
2.2.
Uticaj POM na kvalitet vode za piće.................................................................
4
2.3.
Tehnologije uklanjanja POM iz vode...............................................................
4
3.
LITERATURA....................................................................................................
21
2. OPŠTI DEO
2.1. PRIRODNE ORGANSKE MATERIJE PRISUTNE U VODI
Prirodne organske materije (POM), ili kako se još nazivaju u literaturi huminske
materije su glavni organski sastojak zemljišta. Jedan njihov deo je rastvorljiv u vodi i iz
njega potiču prirodne organske materije prisutne u vodama. Iako se ne radi o
zagađivačima, a ponajmanje o zagađivačima za čiji nastanak je kriv čovek, huminske
materije su u vodi, naročito u vodi za piće, nepoželjne (Petrović i dr., 2007).
Kompleksnost i raznovrsnost strukture i sastava prirodnih organskih materija je
posledica porekla, uslova i vremena u toku koga se formiraju.
Osobine i rasprostranjenost POM
Od drugih organskih materija koje se mogu naći u vodi i zemljištu, POM se razlikuju
po tome što ne poseduju specifične fizičke i hemijske karakteristike koje imaju organske
materije tačno definisane strukture. Tamno su obojene (od žute do braon boje), slabo
kisele, uglavnom aromatične, hidrofilne, tipa polielekrotolita (molekulska težina im se
kreće od nekoliko stotina do nekoliko hiljada, pa i destina hiljada). Teško su
biodegradabilne i predstavljaju važan izvor ugljenika (
Bayer i dr., 1984).
Iz zemljišta
dospevaju u površinske i podzemne vode dajući visok procenat ukupnog rastvorenog
ugljenika: 60-80% u površinskim vodama (
Reuter i Perdue, 1977
)
i 5-66% u podzemnim
vodama (
Thurman, 1979
)
.
Podela, sastav i struktura POM
Organske materije u vodi možemo podeliti na hidrofilne (tabela 1) i hidrofobne
(tabela
2
),
a svaka od njih na kisele, bazne i neutralne komponente (
Edzvald, 1993
)
.
Tabela 1
. Hidrofilne komponente prirodnih organskiih materija
Baze
Kiseline
Neutralna jedinjenja
amino-kiseline
hidroksi kiseline
polisaharidi
purini
šećeri
alkil alkoholi
pirimidini
sulfonske kiseline
aldehidi
alkil amini malih mol. masa
alkil monokarboksilne kiseline
niskih mol.masa
ketoni
alkil dikarboskilne kiseline niskih
mol. masa
Tabela 2
. Hidrofobne komponente prirodnih organskih materija
Baze
Kiseline (jake)
Kiseline (slabe)
Neutralna
jedinjenja
proteini
huminske
fenoli
Ugljovodonici
aromatični amini
fulvinske
tanini
Aldehidi
alkil amini visokih
mol. masa
monokarboksilne
kiseline visokih mol.
masa
monokarboksilne
kiseline srednjih mol.
masa
metilketoni visokih
mol. Masa
dikarboksilne kiseline
visokih mol. masa
dikarboskilne kiseline
srednjih mol. masa
alkil alkoholi
aromatične kiseline
Etri
furani
Pirol
Elementarni sastav POM je raznovrstan. Uglavnom se sastoje od ugljenika, vodonika,
azota i malih količina sumpora. Huminske materije su složeni trodimenzionalno umreženi
polimeri promenljivog sastava i neodređene strukture. Dele se u tri frakcije: humin,
huminske kiseline i fulvinske kiseline.
Huminske kiseline
(HA) se mogu definisati kao supstance velikih molekulskih masa
koje su rastvorljive u baznoj sredini, ali koje se zakišeljavanjem na pH < 2 talože.
Izolovane su, prvi put, iz zemljišta krajem 18. veka. Döbereiner je 1822. godine
ekstrakcijom zemljišta sa bazom dobio mrku supstancu koja je imala kiseli karakter i
nazvao je „Humusnom“ tj. zemljišnom kiselinom (
Dobereiner
,
1822
)
.
Huminske kiseline
su 2-10 puta veći molekuli od fulvinskih, sadrže manji broj kiselih karboksilnih
funkcionalnih grupa, što sve zajedno doprinosi njihovoj slabijoj rastvorljivosti u odnosu
na fulvinske kiseline. Više su obojene i sadrže veći broj fenolnih grupa nego fulvinske
kiseline, kao i duge lance masnih kiselina (C
12
– C
18
) i njihovih derivata, što je uzrok
hidrofobnosti. U vodi su obično u koloidnom stanju, asocirane sa glinenim mineralima ili
oksidima gvožđa i aluminijuma. Molekulske mase huminskih kiselina su 1000-3000 Da.
U molekulu huminskih kiselina nalaze se karboksilne, estarske, etarske, fenolne,
Slika 2.
Predložena struktura fulvinske kiseline
(
Buffle, 1977
)
Humini
su prostorno umrežena heteropolimerna jedinjenja nerastvorna u vodi bez
obzira na pH vrednost.
Rice i MacCarthy
su 1989. godine izolovali iz rečnog sedimenta
humin i ustanovili da u njegov sastav ulazi bitumen (26%), vezane huminske kiseline
(11%), vezani lipidi (oko 2%), a da ostatak čini nerastvoran deo (
Rice, 1989
). U bitumenu
su, kao glavna komponenta, identifikovani n-alkani sa dugim alkil-ostatkom (C
14
-C
33
), od
kojih je bio dominantan onaj sa 27 C-atoma, a kao sporedne komponente zasićene i
nezasićene monokarbonske kiseline sa razgranatim nizom od 16-18 C-atoma.
Od navedene tri komponente huminskih materija, fulvinske kiseline imaju najmanje
molekulske težine (do hiljadu Da), dok se za humin smatra da sadrži polimere od
nekoliko stotina hiljada Da. Sadržaj kiseonika raste od humina (oko 30%) preko
huminskih kiselina do fulvinskih kiselina (oko 48%).
Prvi ozbiljniji uvid u strukturu huminskih materija dale su destruktivne metode analize
i karakterizacije zasnovane na oksidaciji i redukciji. Među njima posebno mesto
zauzimaju oksidacije permanganatom i hlorom, alkalna hidroliza i reakcije sa bakar(II)-
oksidom (
Sonneberg i dr., 1998
). Veliki napredak u pronalaženju ključa za rešavanje ove
prirodne enigme postignut je primenom direktne temperaturno programirane pirolize
kombinovane sa mekom jonizacijom i visokim električnim poljima (Py-FIMS metoda) i
pirolize sa gasnom hromatografijom i masenom spektrometrijom (Py-GC/MS metoda)
(
Göbbels i dr., 1997
)
. Zahvaljujući ovim i drugim metodama konstatovano je da se u
okviru različitih makromolekula huminskih materija, kao glavne klase jedinjenja nalaze
aromatična jedinjenja, i to najčešće:
derivati benzena: alkilbenzeni, metoksibenzeni;
derivati fenola: alkilfenoli, metoksifenoli;
derivati benzoeve kiseline;
derivati hinona, furana, kao i derivati policikličnih aromatičnih jedinjenja.
