PRACTISCHE OPDRACHT CHLOORCHEMIE

Transcriptie

1 Praktische-opdracht door een scholier 2896 woorden 27 juni ,2 10 keer beoordeeld Vak Scheikunde PRACTISCHE OPDRACHT CHLOORCHEMIE Inhoudsopgave Zwembadwater Hygiëne in zwembadwater Werkplan Practicum Practicum concentratie chloor Waardoor wordt het zwembadwater vervuild en bestreden? Bronnen Zwembadwater Iedere eigenaar van een zwembad wil een goed verzorgd zwembad met kristalhelder water. De behandeling van het zwembad water is erg belangrijk voor de kwaliteit van het water. Deze behandeling gebeurt door middel van fysische en chemische processen. Wat vooral belangrijk is bij een fysische behandeling is dat er bij de aanleg van het zwembad circulatiepompen en filterinstallatie moet worden aangelegd. Deze moeten worden aangepast aan de grootte en de gebruikshoeveelheid van het bad. De circulatiepompen en de filters zorgen er voor dat het water voldoende gefilterd wordt. Deze fysische behandeling is niet voldoende om het water zuiver te houden. Het water moet ook met een chemische behandeling worden gereinigd. Vroeger werd deze behandeling gedaan door zoutzuur en chloorbleekloog toe te voegen aan het water. Deze middelen hadden echter wat nadelige bijwerkingen: - De middelen zijn gevaarlijk in gebruik, omdat ze een bijtende werking kunnen hebben. - Het is moeilijk om de middelen nauwkeurig te doseren. - Chloorbleeklog ontbindt gedeeltelijk onder invloed van UV-straling, zodat de werking van het product niet optimaal is. Vooral op hetere dagen met meer zon. - Doordat de ph-waarde van het water sterk verhoogd wordt, krijgen de zwembadwanden een kalk laag en slaat kalk neer op de bodem. - Ook kan chloorbleekloog niet ontzettend lang bewaard worden, de halveringstijd is ongeveer twee maanden. Vandaag de dag kunnen de zwembadeigenaren kiezen uit een aantal moderne producten voor de waterbehandeling, die gemakkelijk hanteerbaar en efficiënt zijn en vooral zonder gevaar en zonder speciale vakkennis gebruikt kunnen worden. Zo heb je: - Bodemzuigers Pagina 1 van 7

2 - Chlorozoninstallaties - Filtreermachines - Doseerinstallaties - Vlokmiddelen - Chemische waterbehandelingen Niettemin is het noodzakelijk om enkele basisbegrippen over de behandeling van zwembadwater onder de knie te krijgen en om de functie van bepaalde producten voor waterbehandeling te begrijpen. Hygiëne in zwembadwater Wanneer iemand gezwommen heeft in een zwembad, ruikt diegene vaak naar chloor. Dit middel wordt namelijk veel gebruikt om het water te desinfecteren. Maar hoeveel chloor mag het water bevatten en hoe werkt de stof precies? Welke stoffen worden er nog meer gebruikt om het zwembad schoon te houden? En waarop en hoe vaak wordt het zwembad gecontroleerd? Chloor kan worden opgedeeld in twee soorten: gebonden chloor en vrije chloor. Gebonden chloor is het chloor dat zijn werking als reiniger heeft gedaan, het is gebonden aan micro-organismen. Een te veel aan gebonden chloor veroorzaakt geïrriteerde ogen, huidirritaties en een benauwde chloor lucht in de zwembaden. De bovengrens van gebonden chloor is 1 mg per liter. Hoe minder gebonden chloor er in een zwembad zit, hoe beter het is. Gebonden chloor werkt de desinfectie alleen maar tegen. Vrij beschikbaar chloor is het chloor dat nog actief is en dus nog ongewenste micro-organisme kan binden. De minimumhoeveelheid vrij beschikbaar chloor dat in een zwembad mag zitten is 0,5 mg per liter. Vroeger was deze waarde afhankelijk van de zuurgraad van het water. De bovengrens van het chloor in een zwembad is 1,5 mg per liter. Doordat er bij buitenbaden directe instraling van het zonlicht is, wordt het chloor snel afgebroken. In openluchtbaden wordt dus een bovengrens van 5,0 mg per liter aan gehouden. Chloor kan als gas en als vaste vloeistof worden toegepast in zwembaden. Ieder jaar verbruiken de Nederlandse zwembaden ongeveer 1500 tot 1800 ton aan chloor. Een te kort aan chloor in zwembaden geeft meer kans op infectieziekten. Alternatieven voor het zuiveren van water zijn: ozonbehandelingen actieve-koolfiltratie en zandfilters. Er wordt nog veel onderzoek gedaan naar deze methodes. Hieronder staat een tabel met onderzoeken die worden verricht in een zwembad. De tabel bevat de eenheden waarin de onderzoeken verricht worden en welke norm deze waarde moet hebben. Tot slot slaat de tabel zien hoe vaak het onderzoek moet plaatsvinden door de eigenaar en door de laborant. (d = dagelijks ; m = maandelijks en hj = halfjaarlijks) Parameters en plaatsen van onderzoek Eenheid Norm Frequentie van onderzoek houder lab 1. Bij 37 C kweekbare kiemen aantal per ml/100 m 2. Pseudomonas aeruginosa aantal per 100 ml niet aantoonbaar 3 3. Doorzicht meter tot bodem d m 4. Troebelingsgraad bij uitlaat FTE: 0, Kaliumpermanganaat verbruik mg/l 70 % van het water m4 6. Zuurgraad ph 6,8, ph 7,8 d m 7. Buffercapaciteit mmol/l Ureum mg/l 2,0 m4 9. Vrij beschikbaar chloor mg/l 0,5 VBC,1,5 5 d m Pagina 2 van 7

3 10. Gebonden beschikbaar chloor mg/l 1,0 d m 11. Cyanuurzuur mg/l 50 m4 12. Ozon mg/l niet aantoonbaar d m 13. Legionella kolonievormende eenheden per liter 100 k.v.e./l hj 1. Bacteriën van de coligroep De bacteriën van de coligroep beïnvloeden het zwembad water niet of nauwelijks. Maar de bacteriën zijn wel gevoelig voor vrij beschikbaar chloor. Ze worden dus gebruikt als parameter voor de hoeveelheid vervuiling in het zwembad. 2. Pseudomonas aeruginosa Ook de pseudomonas aeruginosa is een microbilogsiche parameter. Onder normale omstandigheden bevat het zwembad zelden pseudomonas aruginosa. Onderzoek wordt alleen gedaan wanneer er twijfels zijn over de waterkwaliteit. Wanneer het watermonster pseudomonas aruginosa bevat en dat aangetoond wordt, dan is het zwembad vervuild. Zwembaden met een hogere temperatuur hebben een hogere kans op vervuiling. 4. Troebelingsgraad bij uitlaat Dit onderzoek is alleen noodzakelijk wanneer er aanwijzingen zijn dat het zwembadwater niet voldoet aan de voorgeschreven eisen. De troebelingsgraad zal gemeten moeten worden als er twijfels zijn over het filtratieproces. Deze mag niet groter zijn van 0,5 troebelingseenheden. 5. Kaliumpermanganaat verbruik Het kaliumpermanganaatgehalte is een indicator voor het gehalte aan ongewenste organische verbindingen in het water, zoals chloroform. Deze chloorverbinding wordt gevormd door de toegevoegde chloor in het water en de aanwezige oxideerbare verbindingen, zoals humusverbindingen en afgegeven stoffen van zwemmers. 7. Buffercapaciteit Dit is een indicator voor het bufferend vermogen van het water. Vooral bij baden met nauwelijks luchtinbreng kan het bufferend vermogen afnemen, waardoor ph-daling ontstaat. Door een lage phwaarde kan giftig chloorgas ontstaan. Regelmatig onderzoek is verplicht. De buffercapaciteit mag niet kleiner zijn dan 1 mmol per liter. 11. Cyanuurzuur Cyanuurzuurverbindingen dienen als chloorstabilisator. De concentratie cyanuurzuur mag niet groter zijn dan 50 mg per liter en de concentratie isocynuurzuurverbindiningen niet groter dan 100 mg per liter. Het gebruik van cyanzuur en isocyanuurzuurverbindingen zijn alleen toegestaan bij openluchtbaden, privébaden en therapiebaden. Werkplan Practicum Onderzoeksvraag: Wat is de concentratie van vrij beschikbaar chloor in zwembadwater? Doel: Concentratie vrij beschikbaar chloor bepalen van zwembadwater. Hypothese: Vastgesteld is de concentratie vrij beschikbaar chloor in zwembaden tussen de 0,5 mg/liter en 1,5mg/liter moet liggen. Wij gaan er dus ook vanuit dat de concentratie vrij beschikbaar chloor in ons zwembadwater tussen deze onder- en bovengrens ligt. Benodigdheden: ml zwembadwater - 50 ml 1 M zwavelzuur Pagina 3 van 7

4 - 50 ml 1 M kaliumjodide ml 1 M thiosulfaat - 20 ml stijfselwater - fles demi-water - 1 maatcilinder 1 liter - 3 maatcilinders 10 ml - 2 bekerglazen - erlenmeyer - 1 pipet - statief - buret Werkwijze: - Als allereerst moet de opstelling worden opgebouwd die wij voor dit practicum nodig hebben, een titratieopstelling. - Meet 7 ml bleekmiddel af in een maatcilinder en doe de afgemeten hoeveelheid in een maatcilinder (1 liter) - Vul de maatcilinder tot 1 liter aan met water, deze oplossing bootst het zwembadwater na. - De buret worden doorgespoeld met demi-water om er zeker van te zijn dat alle stoffen uit de buret zijn. Ook moet de buret worden doorgespoeld met thiosulfaat, om de resten demiwater uit de buret te krijgen. - Er moet 50 ml thiosulfaat in de buret worden gedaan. - Het pipet moet worden doorgespoeld met demi-water en met het zwembadwater. - Het zwembadwater moet worden afgemeten door 20 ml van het water te pipetteren, dit water moet in een bekerglas worden gedaan. - Er moet 5 ml kaliumjodide en 5 ml zwavelzuur worden afgemeten in de maatbekers. - Het kaliumjodide en het zwavelzuur moeten in de erlenmeyer worden gedaan. - Voeg nu pas de 20 ml zwembadwater toe en spoel de randen schoon met demi-water, zodat alle stoffen kunnen mee reageren. - De waarde van de hoeveelheid thiosulfaat in het buret moet worden afgelezen en het thiosulfaat kan nu druppelsgewijs worden toegevoegd. - Wanneer de oplossing in de erlenmeyer lichtgeel is geworden, moet er 4 ml stijfselwater worden toegevoegd. - Het thiosulfaat kan weer druppelsgewijs worden toegevoegd tot dat de kleurstof kleurloos wordt, waarna de waarde van de hoeveelheid thiosulfaat weer moet worden afgelezen. - Nu moet het verschil tussen de begin- en de eindhoeveelheid van het thiosulfaat berekend en genoteerd worden. - Herhaal de proef nog 2 keer voor betrouwbare resultaten. Verbeterde punten: - Omdat het zwembadwater wat wij hadden geregeld al vrij oud was, reageerde het niet meer met de kaliumjodide. Wij hebben daarom zwembadwater nagemaakt door bleekmiddel op te lossen in water. - Ook hebben we de waarden wat aangepast van alle stoffen, zodat er minder stoffen verbruikt werden. Zo zijn zwavelzuur en kaliumjodide van 20 ml naar 5 ml gegaan en stijfselwater van 10 ml naar 4 ml. - Wij hadden van te voren in ons werkplan staan dat eerst het zwembadwater in de maatkolf moest Pagina 4 van 7

5 worden gedaan en daarna pas het zoutzuur en het kaliumjodide. Maar naar enige onderzoek in de literatuur en de tip die wij kregen, hebben we deze stap aangepast. Het zoutzuur en kaliumjodide moest namelijk al eerst in de maatkolf, zodat er geen chloorgas zou kunnen ontsnappen door reacties met de jodide-ionen. - Ook kregen wij de tip, dat als onze resultaten niet meer dan 0,5 ml van elkaar verschilde, ze betrouwbaar waren. - Tenslotte hadden wij de tip gekregen om het stijfselwater pas toe te voegen wanneer de hele oplossing van zwavelzuur, kaliumjodide en zwembadwater licht geel was gekleurd door de titratie met thiosulfaat. Dit zou het equivalentiepunt duidelijk zichtbaarder maken. Wij waren eerst van plan om het stijfselwater toe te voegen voor de titratie met thiosulfaat. Practicum concentratie chloor Waarnemingen: Kaliumjodide en zwavelzuur zijn kleurloze oplossingen. Het mengen van deze stoffen gaf een kleurloze oplossing. Na het toevoegen van kleurloos zwembadwater, werd de oplossing geel. Het toevoegen van thiosulfaat aan de oplossing deed de oplossing lichtgeel kleuren. Door stijfselwater toe te voegen aan de maatkolf, werd de oplossing paars. Het verder titreren van de vloeistof met thiosulfaat gaf een kleurloze oplossing. Reactievergelijkingen: ClO- (aq) + Cl- (aq) + 2 H+ H2O (l) + Cl2 (g, aq) Cl2 (aq) + 2 I- (aq) 2 Cl- (aq) + I2 (aq) I2 (aq) + 2 S2O32- (aq) S4O62- (aq) + 2 I (aq) Resultaten: meting Beginwaarde thiosulfaat Toevoeging van stijfselwater bij Omslag punt bij Totaal toegevoegde thiosulfaat 1 0,70 ml 8,65 ml 12,25 ml 11,55 ml 2 12,37 ml 19,9 ml 24,42 ml 12,05 ml 3 24,49 ml 29,98 ml 36,61 ml 12,12 ml De hoeveelheid thiosulfaat die nodig was om het equivalentiepunt te bereiken was respectievelijk: 11,55 ml, 12,05 ml en 12,12 ml. Om het resultaat zo nauwkeurig mogelijk te krijgen, middelen we de twee waarden die het dichtst bij elkaar liggen. Hieruit volgt dus het gemiddelde van: (12,05+12,12)/2 = 12,09 ml = 0,01209 liter. Dit betekent dat er voor neutralisatie 0,01209 x 0,0101 M = 1,209 x 10-4 mol thiosulfaat nodig was. Volgens de reactievergelijking reageert 2 mol thiosulfaat met 1 mol jood. Dus er heeft 0,5 x 0,01209 = 6,045 x 10-5 mol jood gereageerd. De molverhouding tussen I2 en Cl2 is 1:1. Er was dus 6,045 x 10-5 mol chloor aanwezig in een oplossing van 20 ml zwembadwater. In 1 liter is er dus 50 x 6,045 x 10-5 = 0,003 mol aanwezig. De molmassa van Cl2 is 2 x 35,45 = 70,9 gram. 70,9 x 0,003 = 0,2143 gram. Afgerond is dus 214,3 mg per liter Conclusie: Onze concentratie chloor wijkt nogal af van de aangegeven waarde van de toegestane concentratie Pagina 5 van 7

6 chloor in het zwembad water. De waarde die wij hebben gemeten is namelijk 214,3 mg per liter en de toegestane waarde moet tussen de 1,0 mg per liter en de 1,5 mg per liter zitten. Aangezien wij niet echt zwembadwater hebben gebruikt, maar een oplossing van bleekwater, denken wij dat hierdoor het grote verschil komt. We dachten eerst dat we misschien de concentratie chloor in bleekwater maar moesten nemen en onze resultaten daarmee vergelijken. De concentratie chloor in bleekwater bleek 1064 mg per liter te zijn, dit is dus te veel. Meneer Solly zei dat hij het bleekwater al had aangepast aan de omstandigheden die een zwembad ongeveer heeft. Dat ongeveer is dus de boosdoener voor de afwijking van ons resultaat. Discussie: Het is wel duidelijk geworden dat we in vervolg echt zwembadwater moeten gebruiken, dat niet zo oud is. Dit levert waarschijnlijk realistischere resultaten op en ook resultaten die we kunnen vergelijken. Waardoor wordt het zwembadwater vervuild en bestreden? Zwembadwater wordt tijdens zijn leven aan allerlei verontreinigingen blootgesteld. Elke badgast brengt viezigheid met zich mee het water in. Een buitenbad krijgt meestal door zijn ligging nog bijkomende vervuiling te verduren. Ook via de lucht wordt het zwembad vies gemaakt door micro-organismen en andere soorten verontreiniging. Wanneer dit water niet onderhouden en behandeld wordt, zal het zwembad uitgroeien tot een ware kweekvijver voor allerlei micro-organismen en bacteriën. Hieronder ziet u een tabel van verontreiniging, grootte, welke stoffen en hoe te bestrijden. Verontreiniging Grootte Stoffen Bestrijden Grove, drijvende deeltjes >1mm haar, textiel filteren Grove, troebel makende 1. huidschilfers, huidtalg vlokken en filteren Deeltjes 0,0001mm Zeepresten vlokken en filteren Colloïden (fijne deeltjes) 0,0001 cosmetica, slijm, speeksel vlokken en filteren Niet waarneembaar met het oog 0,000001mm Virussen, micro-organismen vlokken en filteren Opgeloste organische deeltjes 0,00001mm urine, zweet, aminozuren chemische waterbehandeling Opgelost micro-organismen en virussen chemische waterbehandeling In de tabel is ook vlokken genoemd, ik zal eventjes met beter uitleggen wat dit inhoud. Bijna elk goed onderhouden zwembad heeft wel een filtersysteem. Dit systeem kan de grootste stukken vuil eruit filteren. Toch blijven er altijd kleinen stukjes vuil, ook wel colloïden genoemd, achter in het water. Door middel van een vlokmiddel worden deze verwijderd. De colloïden worden opgenomen in de grotere stukken van het vlokmiddel, waardoor ook de colloïden door het filtersysteem kunnen worden verwijderd. Hieronder ziet u nog een plaatje ter verduidelijking. Dan zijn er nog de 4 elementen die het water beïnvloeden: 1. ph (zuur of basisch) Een ph-waarde van ongeveer 7,0 tot 7,4 is het beste. PH lager is dan 7: - Water is zuur. - Water wordt agressief geeft corrosie (aantasting filter en zwembadmateriaal) - Chloor werkt hierdoor onvoldoende Wanneer de ph-waarde onder de 7 komt kan er ph-plus worden toegevoegd. Dit middel, een alkali in poedervorm, zorgt gemakkelijk voor een ph-waarde boven de 7. Het zachte zwembadwater is makkelijker te behandelen. Pagina 6 van 7

7 PH hoger dan 7.4: - Water is basisch (alcline) - Irritatie van de huid (aantasting natuurlijke zuurlaag van de huid) - Prikkende ogen - Algengroei word gestimuleerd - Kans op kalkafzetting - Chloor werkt te snel uit (afname van de zuiverende werking) - PH verlagen om de alkalische componenten van hard water te neutraliseren. Wanneer de ph-waarde boven de 7,4 komt kan er ph-minus toegevoegd worden. Deze stof zorgt er voor dat de alkalische deeltjes, die voor de hardheid van het water zorgen, verdwijnen. Dit middel kan gemakkelijk en vaak gebruikt worden. Daarom is het slim de ph regelmatig te checken. 2. Hardheid van het water: Calcium en magnesium zijn in het water aanwezig - bij een te hoge hardheid vertroebelt het water met melkachtige neerslag, de ph stijgt en we krijgen kalkafzetting. Helaas kun je geen fosfaten gebruiken om de hardheid te stabiliseren, omdat hierdoor de algengroei gestimuleerd wordt. - hardheid door kalk en zouten. 3. AT alcaliniteit: wordt verward met PH. AT speelt een rol in PH-regeling. - Door een zwakke AT schommelt de ph zelf. - Door een hoge AT is de ph moeilijk te regelen. - TAC totale alkaliniteit, bicarbonaat (dubbel koolzuurzout), koolzuurzout en hydroxyde=tac aan 10 ppm(caco3). 4. TSD Opgeloste stoffen in water. - Metalen, zouten en mineralen in water, de kleine onzichtbare deeltjes. Als de hoeveelheid ervan stijgt krijgen we neerslag. Dit kun je merken aan de kleur en troebelheid van het water - Kan tot 450 ppm, nadat het water door laboratorium is laten analyseren. - De TSD kan vermeden worden door regelmatig vers water toe te voegen. Natuurlijk wordt het zwembad water niet alleen hierdoor schoongehouden, daarom zijn er hier nog wat tips: - Vers water toevoegen om zouten te verminderen die door chloorreacties gevormd worden. - 1x per week 3 à 5% van de totale inhoud van het water verversen. - 1x per week filter tegenspoelen. - 2x per dag volledige inhoud van het zwembad filteren. - Om de 2 jaar de volledige inhoud van het bad vervangen om ophoping van onzichtbare zouten te verwijderen. Pagina 7 van 7