HİDROJEOLOJİ 9.Hafta Su Kimyası Prof.Dr.N.Nur ÖZYURT nozyurt@hacettepe.edu.tr Su Kimyasının Önemi Yüzey ve yeraltısuları farklı oranlarda çözünmüş ve askıda maddeler içerirler. Suyun kimyasal bileşimi iki nedenle incelenmektedir; 1-Suyun çeşitli amaçlar (İçme suyu, sulama suyu, endüstriyel faaliyetler) için kullanılabilirliğinin belirlenmesinde. 2-Yeraltısuyu yada yüzeysuyu sisteminin fiziksel yapısının ortaya konması açısından kullanılır. 1
Su Kimyası Çalışmasının Aşamaları Her ne amaçla yapılırsa yapılsın bir su kimyası çalışması üç aşamadan oluşur; Örnekleme ve yerinde gözlem Kimyasal analiz Analiz sonuçlarının değerlendirilmesi Arazi (Yerinde) Gözlemler Suyun bazı fiziksel ve kimyasal parametreleri hızla değiştiğinden yerinde ölçülmelidir. Su kimyası çalışmalarında yerinde ölçülmesi gereken parametreler; Sıcaklık ph Elektriksel iletkenlik Çözünmüş oksijen 2
SICAKLIK CAM TERMOMETRELER TERMİSTÖR ESASLI SAYISAL TERMOMETRELER 1 dakika ölçüm için yeterlidir Termometrelerin kalibrasyonu üretici tarafından yapılır. Kalibrasyonu mümkün olmayan termistörlerin ölçümleri zaman zaman civalı termometreler ile kontrol edilmelidir. ph ph, çözeltideki H + aktivitesinin negatif logaritması yada suda hidrojen iyonu bolluğunun göstergesidir. En pratik ve güvenilir ph ölçümü cam ph elektrotları ile yapılır 3
ph ÖLÇÜMLERİNİ ETKİLEYEN FAKTÖRLER Çözelti sıcaklığı Hava sıcaklığı ve ölçüm koşulları Çözelti özellikleri (homojenite-heterojenite) Gaz kaçışı Cam Elektrot Referans Elektrodu ELEKTRİKSEL İLETKENLİK Elektriksel iletkenlik suyun içerdiği iyon miktarının göstergesidir. İyon miktarı Elektriksel iletkenlik Elektriksel iletkenlik sıcaklık ile değişir. 25 o C eşdeğerine dönüştürülmüş elektriksel iletkenlik değerleri özgül elektriksel iletkenlik olarak adlandırılırlar 4
ÇÖZÜNMÜŞ OKSİJEN O 2 atmosferik» O 2 suda çözünmüş Çözeltideki çözünmüş oksijen miktarı Elektrolit (2M KCl) Anot (gümüş) Katot (altın-platin) zar O 2 atmosferik O 2 suda çözünmüş CANLILARIN YAŞAMI İÇİN ÇO >5 mg/l ÇO TÜKENDİĞİ İNDİRGEN KOŞULLARDA SO 4 --- H 2 S CO 2 --- CH 4 ÇÖZÜNMÜŞ OKSİJEN MİKTARI SUYUN SICAKLIĞI İYON İÇERİĞİ BULUNULAN YÜKSEKLİĞİ 5
KALİBRASYON Kalibrasyon, ölçümü yapılacak parametreye uygun ayar çözeltileri (tampon) kullanılarak yapılır. ph Kalibrasyonu I. Tampon II. Tampon ph = 7 ph = 4 ph = 10 Iletkenlik eletrotları 25 o C de iletkenliği bilinen KCl çözeltileri ile kalibre edilirler. Çalışılan noktanın kotu yada atmosferik basıncına bağlı olarak düzeltme faktörü belirlenir. Ölçüm yapılan yapılan çözeltinin sıcaklığına bağlı olarak oksijen çözünürlüğü belirlenir. ÖRNEK ait olduğu bütünün tüm özelliklerini yansıtan küçük bir parçasıdır. Doğru yerden yeterli miktarda alınmalıdır Uygun şekilde korunmalıdır En kısa sürede laboratuvara ulaştırılmalıdır 6
ÖRNEKLEME VE KORUMA 0.45 Mikron ile FİLTRELEME ÖRNEKLEME ph<2 HNO 3 HCl UYGUN KORUCUNUN EKLENMESİ UYGUN KOŞULLARDA LABORATUVARA ULAŞTIRILMASI Kısa sürede düşük sıcaklıkta bekletilerek Örnekleme Aşamaları Örneklemeye uygun temiz şişe ve kapak ve tıpa. Örnekleme noktasına ait etiket hazırlanır Şişeler ve kapaklar örneklenecek su ile yıkanır. Şişe örneklenecek su ile içinde hava kabarcığı kalmayacak şekilde tamamen doldurulur. Eğer gerekiyorsa koruyucu çözelti örneğe eklenir. Şişeleri tıpa ve kapakla sıkıca kapatınız Örnekleri soğukta saklayın (buz kutularında) Mümkün olan en kısa sürede örnekleri laboratuvara ulaştırın Örneğin laboratuvara ulaştıktan sonra analize lınış süresini kontrol edin. 7
Örnekleme Örnekler hangi türlerin analizi yapılacaksa ona uygun örnek kabı ile ve analizin gerektirdiği koruma prosedürü uygulanarak laboratuvara ulaştırılmalıdır. Parametre Örnek Şişesi Koruma Ca 2+, Mg 2+, K +, Na +, Ağır metaller, PO 4 3- SO 4 2-, Cl - NO 3-, NO 2 - Polietilen 150 ml Cam 150 ml Polyethylene 150 ml Polyethylene 150 ml HCl asit ph<2 HCl asit ph<2 Gerek yoktur Soğukta saklayın 24 saat içinde analiz edin Laboratuvar Çalışmaları_Analizler Uygun örnek kabına gerekli koruma koşullarını sağlayarak getirilen su örnekleri laboratuvarda istenilen parametreler için analize alınır. Parametre Ca 2+, Mg 2+, K +, Na +, Cl -, SO 2-4, PO 3-4, NO 3-, NO - 2 Ağır metaller Alkalinite (CO 2-3, HCO 3- ) Analiz Yöntemi İyon Kromatografi İyon Kromatografi Atomik Absorpsiyon, ICP-MS Titrasyon Rapor Örneği 8
ANALİZ SONUÇLARININ KONTROLÜ KİMYASAL MADDELERDEN MALZEMELER DEN EKİPMANDAN VE ANALİZ SONUÇLARI; LABORATUVAR ÇALIŞANLARINDAN KAYNAKLANACAK HATALARA AÇIKTIR. Kimyasal Analizlerin Kontrolü Majör Katyonlar: Kalsiyum(Ca 2+), Magnezyum (Mg 2+), Potasyum (K +), Sodyum (Na +) Majör Anyonlar: Klorür (Cl -), Sülfat (SO 4 2-), Karbonat (CO 3 2-), Bikarbonat (HCO 3 -) Laboratuvar analiz sonuçlarının kontrolü elekronötralite analizi cations anions E. N(%) x100 cations anions EN hesaplamaları için analiz sonuçları mek/l olarak ifade edilmelidir!!!! EN < %5 ise analiz hatası yoktur!!! Toplam anyon yada katyon içeriği (meq/l) sahada ölçülen özgül elektriksel iletkenliğin 1/100 i olmalıdır. 9
Kimyasal Analizlerin Değerlendirilmesi Kimyasal analiz sonuçları, nicel olarak yada grafikler ile değerlendirilirler. Kimyasal analizlerin nicel değerlendirmesinde farklı yaklaşımlar vardır. 1.Suda çözünmüş madde miktarının litrede miligram olarak ifade edimesi (mg/l) 2. Milyonda parça olarak ifade edilmesi (ppm) 3. Anyon ve katyonların kimyasal aktivitelerini dikkate alan yaklaşımda çözünmüş madde miktarı miliekuvalans olara ifade edilir (meq/l) iyonun moleküler ağırlığı (mg) 1meq iyon yükü litredeki iyon miktarı(mg) meq/l iyon değeri (meq) mg/l ppm özgül ağırlık Kimyasal Analizlerin Değerlendirilmesi Kimyasal analizlerin grafikler ile değerlendirilmesi 1.Kolon Diyagramlar 2.Üçgen (Piper) Diyagramlar 3.Kare Diyagramlar 4.Işınsal Diyagramlar 5.Dairesel Diyagramlar 6.Yarı Logaritmik (Scholler) Diyagramları 10
12/7/2015 Dairesel Diyagramlar Mg Ca Mg Ca Na Na K K CO3 CO3 Cl SO4 Cl HCO3 HCO3 SO4 Ca Mg Na K Cl SO4 HCO3 CO3 Daire yarıçapları örneklerin Eİ ile orantılı olarak belirlenir. Dairesel Diyagramların Bölgesel Değerlendirme Kullanımı 11
Yarı Logaritmik (Scholler) Diyagramı 100.0 Derişim (meq/l) 10.0 1.0 0.1 Ca Mg Na+K Cl SO4 HCO3 1 2 3 4 5 6 Kalsit CaCO 3 Dolomit CaMg(CO 3 ) 2 Jips CaSO 4 Halit NaCl Serpantin MgCO 3 Üçgen (Piper) Diyagramı 12
İçme Suyu Kalitesi SULAR - İNSANÎ TÜKETİM AMAÇLI SULAR TS266 Dünya Sağlık Örgütü_WHO ABD Çevre Koruma Ajanası EPA AB İçme Suyu Direktifi Sulama Suyu Kalitesi SAR Na Ca Mg / 2 13
İzotop Çalışmaları İzotop: Atom numarası aynı, kütle numarası farklı olan atomlara izotop denir. Diğer bir deyişle proton sayıları aynı (p.s= A.N), nötron sayısı (K.N= p.s + n.s) farklı atomlara izotop denir. Duraylı İzotoplar (Oksijen-18 (18O)- Döteryum (DH)) Radyoaktif İzotoplar (Trityum (3H), Karbon-14 (14C)) İzotop çalışmaları modern hidrojeoloji araştırmalarının önemli araçlarından biridir. 18O-DH ile Beslenim Bölgesi Belirlenir del 18O (permil-vsmow) -14.0-12.0-10.0-8.0-6.0-4.0-2.0 0.0 20 Yerel Meteorik Doğru 2H=8*18O+16 Global Meteorik Doğru 2H=8*18O+10 0-20 -40-60 -80 del 2H (permil V-SMOW) -100 14
Trityum-YAS Geçiş Süresi Trityum izotopunun yarı ömrü yaklaşık 12 yıldır. Radyoaktif izotoplar kullanılarak suyun beslenim ve boşalım arasında yeraltısuyu dolaşımında geçirdiği süre belirlenir. ÖEİ (mikros/cm) 1600 6 1400 1200 1000 800 600 400 4 2 5 1 3 200 0 0 1 2 3 4 5 6 7 3H (TU) Su Kimyası ile Bağlantılar http://www.sukimyasilab.hacettepe.edu.tr/ http://www.icp.hacettepe.edu.tr/ 15