HinweisBei dieser Datei handelt es sich um ein Protokoll, das einen Vortrag im Rahmendes Chemielehramtsstudiums an der Uni Marburg referiert. Zur besserenDurchsuchbarkeit wurde zudem eine Texterkennung durchgeführt und hinter daseingescannte Bild gelegt, so dass Copy & Paste möglich ist – aber Vorsicht, dieTexterkennung wurde nicht korrigiert und ist gerade bei schlecht leserlichenDateien mit Fehlern behaftet.

Alle mehr als 700 Protokolle (Anfang 2007) können auf der Seitehttp://www.chids.de/veranstaltungen/uebungen_experimentalvortrag.htmleingesehen und heruntergeladen werden.Zudem stehen auf der Seite www.chids.de weitere Versuche, Lernzirkel undStaatsexamensarbeiten bereit.

Dr. Ph. Reiß, im Juli 2007

··..:~ ·" .:r~ r·.. ·

)-1-

- : . ...

Eva Ha r t ma n n

Protokoll des Experimentalvortrags vom 12.02.1 986 (WS1985!86)

zum Thema: 'TRINKWAS SERAUFBER~ITUNG UND -KONTROLLE'

Gliederung: I. Allgemeine Einführung

11. Möglichkeiten der Trinkwasseraufbereitung

a. Au fgab en s t e l l u n g / Verfahrensübe rsicht

b . exemplarische Trinkwa s s eraufbereitung

111. Ges etzliche Gr undl agen der Trinkwasseraufbe­

reitung und - kontrolle

IV. Qualitätskontrolle

(physikalische,mikrobiolog.,chemische Par&~eter)

V. Literaturan~aben

I. Allgemeine Einführung

Neb e n dem sau e r-s t.or r . der Luft ist Wasser e i n e s d e r Urlebens­

elemente. Es wird vielfältig ge n u t z t , häufig a l s Tra nsport­

mi ttel -oder Energ-ieträ ge-r-, Jedoch vorr angig a l s Nahrung g-..;;-- ------­

mittel und damit zur Trinkwasserversorgung.

Jed er Bür g e r verbraucht pro Tag etwa 140 1 Wasser und zwar f ür:

Trinken und Kochen 3- 6 1

Geschirrspülen 7 1

Körperplege, Baden, Du sch en 20 - 5 5 1

Wäschewaschen, Wohnungsreinigung 25-501

WC 20-401

Ohne Was ser wird es a u f unserer Erde kein Leben g e b en , es is t

das einzige Lebensmittel, das durch kein a nderes zu e rsetzen

i st. Schon im Koran hei ßt eil daher:" Du magst dem a nd e r e n das

Weib s tehlen, das Pferd, die Ehre, a be r nicht das Wasser ••• "

Eine Wasse r v e r s orgung im heuti gen Si nn e ga b e s in der Früh z e it

der menschli chen Kulturg e schichte no ch nicht. Doch schon

100 n .Chr. versorgten im alten Rom neun Fernleitungen die

mehr als 1000 ö f f en t l i c h en Brunnen, da das Tiber-Wasser schon

s e hr früh durch städt. Abwässer ungenießbar geworden war.

Über vi ele Jahrhunderte hi nweg war die Qualitätsprüfung des

Trinkwa s sers e ine r e i n e Gesc hmacksfrage. Die TeChnik der Ge­

winnung und des Transports von Wasser hielt auch in Deutschl a nd

mit der S t ädtegründung Einzug, jedoch gab eil noch keine Üb e r ­

prü f ung d e r Qualitätsei gens chaften.

I~an erkannte erst spät den urs ächlichen Zusammenha ng von

Erk ranku n g e n und Epid emien mit der engen Nachbarschaft von

Trinkwasserentnahme und Abwasserleitungen.

Im 18. J ahrhundert war man soweit fort geschri tten, daß man

Filterungen über Sand und Aktivkohle s owie Chem ikalienzugabe

a u spr ob i e r te , was j edOCh nur auf den militärisc hen Bereich

und e in p a a r re iche Privathau shalte begrenzt war.

Er s t ma l s wurden in En g l a n d 1806 Filterbecken zu r Reinigung des

Tr inkwassers für d ie öffentl iche Wasserversorgung angewe ndet.

Na c h einer Typhusepidemie, 1901 in Gelsenkirchen, Iltel lte

Rob e r t Koch für Deutschland folgende Forderungen als Kons e­quenz dieser Katastrophe auf:

- Üb e r wa c h un g der Wasserversorgung und demnächstige Verbes serwg

- Durchführung der Kanalisation

- S t ä nd i g e Seuchenwacht (Tri nkwasse r k ontT.ol:e )

..-a mals entstand das heuti ge "Hy giene Institut des Ruhrg eb i ets "

u nd d a mit begann die systematis c he Üb e r wa c h un g des Lebensmittel sTrinkwas ser.

11. Mögl ich ~ e i t e n der Trinkwasseraufbere itung

a. ~~fggH~~~~~~~~~~L=Y~~!g~~~~gMH~~~~g~~

Di e Aufb e r e i t u n g richtet sich immer nach d er Quali tä t und dem

Ursprung d e s Rohwassers. Die a n z uwend end e Tec h ni k ori ent i ert

s i c h d abe i in erster Linie an der Art der in den Wässern vor­

k omme nden Inhalt s stoffe, also z.B. d aran,ob e s s i c h d abei um

n a t ü r li c he Subs t~ z en wie Humi nstoffe oder Eisen- u nd Mangan ­

io n en hande l t , od er ob die I nhaltsstoffe auf Auswirkungen

unse r er Zi vi l i sa t ion zurückzuführen s i n d . (z. B. Ge lö s t e Mine r al­

ö l p r od uk t e ode r s c hwer abbaubare organische Su bstanzen a u s

Indu s t rie a lJwii s sern ) .I

Chemie in der Schule: www.chids.de

Ub ersi ch t de r Aufbereitung:

sich hierbei um sog . 'Hilfsverfahren' •

Es kommt zu einer gro Uen Zahl von unterschiedli chen Ver­

fahrenskombin ationen, wa s bei den st~rk vonei n a nder ab­

weichenden Ei genschaften d e r einzelnen Wässer verständlich ist.

Sie reicht von der unbeei nflußten Qu a l i t ä t ei ner a b s e i t s

jed er Zivilis~tion gele~enen Talsperre , die nur aus W~ld­

bä chen g e s p e i s t wi r d bis hin zu Flü ssen wi e EIbe und Rhe in ,

die sich aufgrund starker Verschmutzung nicht mehr zur d i r e k t en

Tri nkwassergewinnung eign en .

Ge wi n nun g

Be lüftu ng mit 02

Entman ganun g , Entei senung durch Fäl lun g

Fl oc kung ( Kolloidko a gulati on) IF i ltra tion übe r Akt ivk ohle u nd Quar zki e s (1 . Filterstufe)

F il t rati on ü ber Jura kalk zur Entsäu erung un d Aufhärtung

Desinfekt ion 1Trinkwas sp.rkontrolle

Ve r braucher G( ) od AI u)(l'H. E' :lAll dlt,J """"I c, oU z e' Ivo.On

-3-)

b . ~~!~~~~!~~~~=~~~~g1~~!~~~

Da i c h n i c ht auf alle Ver fahren näher eing ehen k a nn , d a e 8

sich um e i n e Vielzahl von Möglichkeiten h a ndelt, möchte ich

ein Wa s se r e xe mpl a r i s c h aufbereiten . In meinem Mod e l l gehe

ich n~ch dem Prinzip der g e s c h l o s s e n e n Schnellfiltrati on

mit vorheriger Fällung und Flockung vor, wi e e s z .B. bei

T~l sp e rrenwäB sern - angewend e t ' wi rd. Um di e Filter z u simu-

lieren habe ich Originalfiltermaterial in g r oß e Ionenaus ­

t a u s chersäulen g e f ü l l t , deren Laufgeschwindigkeit durch Qu e t s c h ­

h ä hne geregelt wird . Filterrückspülun gen las s~n sich durch

Anschlu ß (unten) a n d e n Wasserhahn nachvollz i ehen.

Filtermaterialien: ,. Filterstufe - Hyd r oa n t h r a z i t (Akti vkohle )

- Quarzkie s

2 . Filterstufe - J urakalk (CaC03)

Die F i l te r werd en schon vor d em Vort rag mi t verschmutzten,

g e f äl l t en un d geflockten Wa s ser be s chü tte t , was währe nd des

__ Vor~rags fortges_~tzt w ~rd, um die Wi r k u ng z u d erso n s t .r-ter-en ,

-2-

In der Bun desrepublik g ilt di e Zielvorstellung des

"natürlich reinen Tr inkwassers " , was dazu f ührt, daß in erster

Linie Verfahren a ng e we nd e t werd en , d i e d ie nachträ gliche Ein­

stellung der natürlichen chem.-phys . Gl e i c hg e wi ch t e e r mög l i c he n .

/0)(Folie ) Aufgabensteilungsübersicht:

I n d en letz ten Jahren h a b e n die Verfahren zur Entfernung von

Verunreini gungen besondere Bedeutung er l a n g t :

(Folie) übersicht :

Die Flockungs- und Fäl lun gsverfahren d i e n e n vor allem dazu ,

d ie kolloidal oder echt gelös ten Stoff e in e i ne For l'll zu ü be r ­

f ühren, d ie eine mechan isc he Abtre n nung e r mögl i cht . Es handelt

HeeL,o..", ;scL.e

C'd'~'" k,~J S I..5p"-"' ct;« k.iVe<fv..kt-e-... -r"Lo ~o..h 0"'1

T ;lfro-h'o Vl Tes\s\o{fv------- f.;~rw"~,.,"- ii:;;-"-':j"r -- - - ---- -t-<10.~; ~ ,L,(.

h;,c)5fo~w.ecl, - Ioi cJ..os ' "'..- V( ' C,'c.Kt<v.....d\..qe<~'l\,-o.k 0 ", ~tl .~~, S\o~VH ~c>-L."C'" LA. 1/l t- <;.G\"", h' t. h-o- KUh

c! ACWI ' J/ 1=IJ> i.-KI.o<'j L<oIJoi cl e,.

IO:\I\A~ ~ 0 !)e1, Q.W)<~ ' ~\0N<-Ip~1- cl.(."" ') !-""c. 50 C4..~

bioLf-l ' Ad~.n ,f.ko'" J~el. Oty .... Slo/lvCo ti~

\J e..c l/>ol.,.-c", f{+~~~ , ~l bt~' h,,, -- -- -.

[ ".f.je.Cl"' ''-'j v ov- VUL<"'>'(..'lMJl<"5~- - S\ o-~-iU;;; ;< 'L,3- - wr<'v11-<'"j \JO '"

Su~..rI;" k .Q..t : I &Lö ~k ~ln1I._I , 11 E,,+ SQ....tf'lA".j Ke,..''''''L'''

"~'1I Dt-'J~~ Slo~

\t.'"" 5\11 I A"o,y~ , ~\o~~\.<c. •bo~S~"''J Gu..-",. nl,

Uolfoi pH- Ei\lls,\ e.Ill.1':) Ge<;J "",rW.{

ll] , ~ ",et l\C>'" I l{ä ,~(hs\o#.7J U JIt' I'JLq)- J-\e,~ o-II \..~c:h-o~c4, IG.tJ~""''''J<'c sk;~1

Kiu.-o°ll-\.-'Sl-Mt"'1 ~O:..-kh;lv..t< I

'?~"1f. sk.l.dW-) Ei~- , Ho. ..6"~ 'tOlv<,I \A,sW

=: .": .~...".. '

Chemie in der Schule: www.chids.de

Th eorie:

I-I Abst.:310 p m

Z50 - 300 Gluc o s ere ste

+Z I

,,~~U-UoLCJUU-O- ....

+

Das in Fre iheit ge s e t z t e Iod wird mit NaS20 3titri e rt (mit Zi n k­

iodidstärkelsg. als Indikator)

2 Mn+++ + 2 I

-5-

Wird der 0Z - Gehalt zum Wert der ü Z- Sä t t igun g (Tabelle in Abh. v on

Druck u. Temp.) in Be zi eh un g g e s e t z t , a l s pr o z e n t ua l e r Anteil hier­

von a u s ged rüc k t , s o wird der Sa u e rs to f fg e h a l t i n % der Sättigung

a ls 0Z-Sä t t i gu ngs i ndex bezei chnet.

Gelöster Sau erstoff re agi e r~ i m a l k a l i s c he n Med ium mit Ka n g a n ( I I ) ­

Ionen unter Bi l dun g v on höheren ~anganhyd ro x i d e n wechselnder Zu­

s amme n se t z un g . Diese bilden im s tark s a u r en Medium ( pH( 1) Mangan(III)­

Ionen, die a u s Iodidl ösung d em g e lös t e n 0 z ä qu i va l en t e Menge n Iod

f rei mac h en :

Es handelt sich hier also um e ine indirekt~ Iodometrie. Da~ Oilda-t 3+ionsmittel Mn oxidiert I zu el. I od, I Z wird mit eingestellter

Thio sulfatlsg. titriert, wobei Thiosulfat zu Tetrathionat oxidiert

wird. Das Auftreten bzw. hier das Verschwinden von e1. Iod im Äqu i ­

valenz pun k t wird durch Zuga b e einer Stärkelsg. , die mit Iod eine

tiefblau ge f ä r bt e Einschlußverbindung b ildet, deutl ich. Die Reaktion

ist j e d o c h an di e gleichzeit i g e Anwe se n h e i t v on 1- g e bund en . Im

Innern der s c h r a ubenf ö rm igen Amyl o s emoleküle befinden sich Hohl­

räume, in d ie Iodatomketten ei ngela g ert we rd en . Di e Far b igk e i t be­

ruht auf c h a r g e - t r a n s f e r - Komp l e x b i l d un g . De r Ko mpl e x i st thermi s ch

i.nsta.bil, da be i 53 0 die Se hwt ngung en 8..0 g ro ~ werd en, _daß I "ra u a­fällt".

Nach der Be lil f t ung de s Was sers erfol g t die Bn t mangan u n g und En t

ei senung durch Fä l l ung :

Eisen- und Ma ngan ve rb i ndun g e n dürfe n i m Tr i n kwasse r nur in g er i bge n

Meng en v orh a nd en sei n. Da s a u s Bod enmi ne r a l i e n s t ammende Ei sen liegt

im unbelüfteten H20 a l s Fe Z+ v o r , g e h t jedoch schon nach Belüftung

in d as s chwerlösliche Fe 3+ oxidhydrat ü b e r , b z w. f ällt be i pH-7 aus.

Di eses v e rbindet sich zu gr ö ßere n Flocken und k ann a b f i l t r i e r t

werden. Um die Ei s e n k on z e n t r a t i on schne l l 'vor Ort' fe ststellen zu

k önn en , v e r wend e t ma n einen Sc h n e l l t es t ( KiRC~ ), d e n i ch a uc h de-

Sa ue r s t of f s ä t t i gung :

)-4 -

Das gewonn e n e Rohwasser muß einen Sa u e r s t of fg e hal t v on mind.

7 5% der Sa u e rs t o f f s ä t t i gun g aufweisen, daher werden 0 Z-arme

Wässer be l ü f t e t . Tal sperrenwasser wird mei st sc h on innerhalb

der Talsperre mi t 0 z a ng er e i che r t mittels sog. Belüftungsspinnen.

Im ersten Versuch bestimme i ch den f r e i en Sa u e r s t of f d es

Na r burge r Leitungswassers. Di es g e s ch i e h t mit einer Sau e rs to f f ­

flasc he, deren Inhalt ge nau be s t i mm t ist ( Dec k e l und Flasche

s i nd numme r i e r t ) .

2z Bes t i mmung nach Winkle r ( Ve rsu c h 1):

AusfUhrung:Die Flasc he wird bi s zum Üb e r l au f luftblasenfrei mit

dem Probenwasser g e fi il l t, d e r De cke l a u f die Flas cae

g e d r ü c k t . Dana ch werden j e 0 ,5ml Mn e l Z Lsg. ( 800 g

MnCI Z'4HZO p.a . und 11 de s t . HZO ) und 0 , 5ml KJ haltige

Na OH Lsg. ( 360 g NaOH,nitritfrei, ZOO g KJ u nd 5g NaN3werden mi t desto HZO z u 11. gel ö s t -Vorsicht! -:.ß 1e . _

Lsg. wird durch Gl a s wol le od . Asbe s t f i l t r i e r t ) z u ­

g e füg t , die Fl asche unter Vermeidung von Luftblasen

v erschlos sen und kräftig geschüttelt. Der Nieder­

s chlag wird n a ch Abse t z e n mit Zml konz.H3P

04(d:1,7

0)

g e lö s t und bei verschl os sener Flasche 10 Minuten

l ang i m Dun keln stehen gelassen (wurde i m Vortrag

nicht abgewartet, so nd e r n sofort t i t r i e r t ! ) Das in

Freihe it g e s e t z t e Jod wird mit 0 , 0 1 m NaSZ03

Lsg.

titriert. Ge ge n End e d er Titrati on wird zur hell­

g e lbe n Lsg. eine Zink i odid stärkel s g. (4g Stärke

-·we r d en- rm t · wen i g-H2o verri e be n und in e i n e siedende

Ls g . v on ZO g Zinkc hl orid i n 100 ml HZO e inge brac h t .

Di e 1sg . wird unt er Er gän zun g d e s v erdampfenden HZO

klargekocht, verdünnt, mit Zg Zi nkiodid v eBetzt,auf

11 a ufge f ü l l t u n d filtriert. )und b is zur Farblosig~

kelt titriert .

Auswertung : 1 ml 0 ,0 1 m Na Sz23

Ls g. = 0 , 08 mg 0 z

Gehal t / I : a x 80 G a: Ve r b r a uc h 0, 01m Na SZ0 3

b - 1 b: Fl a s c hen inhalt i n ml

G=Gehal t Oz in mg/l

Die Löslichkeit d e s 0 z in HZO i st a bh ä n g i g von Druck

und Te mperatur. De r UZ-Gehalt be i der Pr obe nn a hme

wird a l s " Sauerstoff g ehalt", der Geh a l t bei Sä t t i g u n g

mi t 0 z al s " Sa uerstoffsätt i gun g" be z eichn et .

~. . ~ ..;

--

Chemie in der Schule: www.chids.de

)-6- -7-

Dosierung: 0,2 g K}ln0 4 Lsg. ! m3 H20, jedoch weniger nötig, da

Autokatalyse!

Eli: Am günstigsten verläuft die Fällung bei einem pH-Wert von

-8 - 9, jedoch muß in der Praxis Rücksicht auf die folgende

'Flockung' genommen werden, die zwischen pH 6,5-7,5 am opti­

malsten verläuft, daher wird in der Praxis ein pH-Wert von 7

mit NaOH oder Ca(OH)2 eingestellt.

manganoxidierende Bakterien:

Diese Bakterien befinden sich an bereits abgelagerten MnO(OH)2 und

}ln02

(n r e ck t g schwarz-br3.une Farbe der Inkru3tierungen, die sich

außerdem quer zur Wasserflußrichtung zu Riffelungen bilden und schließ­

lich das Rohr ganz verstopfen können) und nutzen die freiwerdende

Energie folgender Reaktion:

~. .. • e .._ ....

monstrieren werde:

(Versuch 2) Die Eisenkonz. sollte OP5mg/1 nicht überschreiten.

Der Nachweis mittels Schnelltest erfolgt colorimetrisch mit

0- Phenanthrolin. Es werden 5 Tropfen der Reagenzmischung zumProbenwasser gegeben und nach 2 Min. ein Farbvergleich von Probe

und Nachwe i s vo r-genommen (verschieben von einer Farbskala unter den

Probenröhrchen).

Sämtliches Fe(rII) wird zu Fe(II) reduziert mittels salssaurem

Hydroxylammoniumchlorid (die überschüssige Säure wird mit NH3

neu­

tralisiert).O-Phenanthrolin bildet mit Fe(II) einen tiefroten

Durchdringungskomplex.

Reduktion von Fe(II!) mit O~H3(OH)J+Cl-:

-1 +02 ( H NOH)+ ~ N2 + 2 H20 + 4 H+ + 2 e

3 ...+3 3 +2 2

2 Fe + + 2 e --..A 2 Fe +....--;:. =:;~;:;;;;;;~-=-====-=-= = =-=-=-==-= = === = = =- = = = = = === ===== = =--= ===== ==-=--=-==

Fällung: 2+ ( ) 1 + 4 H+2 Nn04

- + 31't'ln + 7 H20 ---. 5 HnO OH 2'"

Oxidhydrat

2+ ++ 2Fe + 4 H + 2 H20+2 +4Mn 2+ + CO 2- + H20 + 1/2 02 ~ MnO(OH)?~ + CO23 Oxidhydrat AH - 216KJ!Nol

Die Flockung = Adsorptionskoagulation

Kolloidal gelöste Stoffe werden mittels Flockung abfiltrierbereit

gemacht. Zunächst werden die Kolloide im Rohwasser durch ihren

TYNDALL-EFFEKT (Versuch 4) sichtbar gemacht:

echte Ls~. enthalten Teilchen aus dem m~~~~~l~~~l~~~~~~~=~~~~~~~,

d~~~~=D~~chmesser bis 10 X (10- 7cm) beträgt und die als 'optisch

leer' bezeichnet werden, da sie nicht durch einen Lichtstrahl sicht­

bar gemach t wer 1. :'. ~ I_ÖL.J.J.~n.

Grobdisperse Teilchen (Suspensionen), x() 10-5cm, trüben eine Flüssig-k~it=~~:=d~ß=di~~=fu;=d~~=bl~ß~=~~g~sichtbar ist.

KO~DOIDDISPERSE Lösungen (Sole), ~ = 10-5- 10- 7cm, erscheinen dem

Auge als klare PlUssigkeit, Licht wird jedoch an den Teilchen dieser

Größe gebrochen und sie werden sichtbar(Tyndall-Effekt).

(Versuch 3) Einstellung des pH- Werts eines mit Fe3~ und Mn2tSalzem

an~ereicherten Probenwassers auf ca. 7 mittels NaOH,

Zusatz von KMn04

Lsg(0,01m); Beschütten des Filters ­

Ergebnis: der Durchlauf ist klar.

Die Farbtiefe des Komplexes nimmt mit der Fe 2+ Konz. zu.

Komplexstruktur:

I\langankonzentrationen LO ,03 mg!l können im Rohrnetz zu Manganoxid­

hydratablagerungen und zu Wiederverkeimungen des Wassers durch

manganoxidierende Bakterien und außerdem zu unangenehmen Verfär­

bungen führen (auch durch Fe müglich). Zur Veranschaulichung der

Inkrustierungen wird ein Leitungsrohr mit Ablagerungen rumgereicht.

l~iant.Sanionen soll ten daher nur in Spuren vorhanden se in. Sie liegen

im 02-armen Wasser ~ls gelöste 11n2+ vor. Um sie abfiltrieren zu

können, mUssen sie vorher oxidiert werden zu unlöslichen, höher­

wer tigen Nanganoxidhydraten, üblichelfeise mit KlwIn04-Lösung:

cCb(Fe(II)-PhenanthrOlin) __ - - mw------ ---

Chemie in der Schule: www.chids.de

I' ; ... ......-

-8- - 9-

(Hexaaquokompl ex)

( Te trahyd r oxoa l umi na t )

(A12(OH)7) - ( Beg i nn Al umi natauf I .)

- ---- · 1 ~·-OH=- - _._- -_._- --_._-- ----

/pH 3-61

Bevo r i ch zum nä chs ten Punk t komme, möch t e i ch noch e t was zu

Fil t r i e r mögl ichke i t en s aGen.~j an unters che id et Lans s amfil t er, die a l s Fl ächen filter wirken, da

nu r d i e obe re Sch ich t wi rks am wi rd, und Sch ne l l f ilt e r , die wi ed erum

of f en ( als Becken ) oder ges chl os s en (Al s Druckfilter) gebau t sind

und a l s Raumfi lte r wirken. Be i meinem Nodel l hande l t e s s i ch um ei nen

Sc hnel l f il t er ( ge s chl os sen), de r a l s Nehr Ech i ch t fil te r au f ge baut i st.

Sc hn e l l f il t e r haben d en Vo rtei l , weni ger Pl a t z in Ansp r uch zu

nehmen und (nac h gewi s Ee r Filt e r l a ufz e i t) r Uck s piil ba r zu s e i n . Di es

ge s ch i eh t mi ttel s Rückspüld Usen , d ie s i ch auf d em Fil t ergru nd befi ndpn

Nach Zugabe von NaOH ( 0,1 m) b i s zum Farbums chl ag des Indikator~

na ch gel b ( pH'"' 5- 6 ) erkennt man an de r Tr üb ung , daß die Ox i dhyd r a t ­

f ällung beginnt. Dicke wei ße Fl ock en werden si ch t ba r . Na ch weiterer

NaOH Zugabe ( bis zum Über s chu ß ) lös t s i ch de r Nied e r s chl a g al l mä llich

auf , da s i ch be i pH~11-1 2 de r lö s l i che Tetrahydroxoaluminatkomplex

gebild e t ha t .(Versuch 5b ) : Pro benwasse r wird b i s zur Bild ung der wei ßen Oxidhyd rat ­

mic elI en mi t A12( S04 ) 3 ver s e tzt ( pH- Ei ns t e l l ung a uf

7 mit NaOH) und au f d en Fil t er ge s chü t t e t - d er Durch­

l a uf bl e i bt auch h ier kl a r !

ReQk t ion : ( Al ( H20 )6 )3 + + H20 --+ (Al ( H20 )5( OH) )2+ + H

30+/ pKs=4 , 8

( Hex aaqu okompl ex)

Das Pro be nwa s s e r wi r d mi t de m I ndi kator Xe t hyl r ot versetzt, des s en

gelb- orang e Farbe si ch t ba r ist (ne ut ral ). Nun f ügt man A ~( S04 ) 3

h inzu (Rühren mit 'Magne t rühr er ) und der Indikator ze i gt se i ne r ot e

Fa r be , da es sich um e i n sä ur el i e f e rnde s Sa l z hand el t und d er pH

der Lösung nun ca . 3,5 be t r ägt :

Be i d er "Flockung" wird d i e Coulomb-Ene rg ie dur ch Neutra l i sat i on(Entl adun g) übe r wund en , es kommt zur Adsorption von entgegenge s e t~ t

gelad enen , ni ede r mol ek ul ar en pos. gel adenen Hydr ol ysepr oduk t envon A13+ (oder Fe3+ ) Ionen.D ie Fl ocku ng i st a l s o eine Adsorptions­

ll: oa!?ulati on. Nach A13+zusatz. ( au s AIZ( S04 )3 Pulver) bilden si ch2unäch st "Mikrof l ocken", die dann ent l adend und vernet zend auf die

Kol lo i de wi r ken.

Die Bi l dung d ieser Mi kr of l ocken , auch OXidhyd r a t mi ce l len genann t ,i s t pH- a bhängi g a ufgr und de s amphoteren Cha rakt er s des Fl ockungs­

mi tte l s A12( S04) 3'

( Versuch 5a ) pH-Athä ngigk e i t de r Flockung:

Wenn d er Durchme s ser de r a bzuftl t r i e r enden Teilchen kl e ine r i st,

a l s d i e i m Fi l te r be t t (auf grund der an gewen deten F i l t e r s andkö r nung )

geg . Por endur chmes s er , mü ss en chem.-phys. Verfahren angewend e t werde n,

um d ie Te ilchen s owei t zu vergrößern, daß sie durch Filtrat i on d em

Wass er entnom~en werden können.

molekular d i s perse Te i l chen werden gefäl l t (s.o. ) od er bl eibenim Wass er--

gr obdi s pe r s e Te i l ch en können direkt abf i ltriert werd en-­

kol l o i dd i s per s e Te i lchen werden ge f l ock t - -

Kol l o i dd ispe r s e Teilchen s i nd z.B. anorgan i sche,organ i s che Sub ­

stanzen wie Algen, bes t . Makr omol ekül e , Humi ns t of f e , Pl ank t ona b­bauprodukte u . a .

Die i n uns eren Ober f lächenwäss e r n a uf t r e t end en Kol lo i d e t r agen

f a st aus schl i eß l i ch ei ne nega t ive Ladung (mit pos. I on enwol ke ­

Ausbildung einer Helmhol zsch en Doppelschicht durch Ads or p t i on von

____ Gege p.ion ~.!1 8.4 S d ~X. wä ßr. Phase ), was eine ständi ge gegeris e.t t~_ _

Abs t oßung zur Folge ha t .

Ob es nun zur Koagulation der Kolloide kommt hängt von den Kr ä f te n

a b , d i e am Kollo i d angre ifen:

a bstoßende coulomb' sche Krä fte müssen übe r wund en werd en und

-- an z i ehende van der Waal'sche Kr äfte müss en wirksam werden.

Chemie in der Schule: www.chids.de

-1 C- -1 1-

- Lg

1 + 5 , 3'1',P + 5, 5 • f<-

2 ,5 . YP

La ngelier Fa k t or , wi r d aus der I on enstärke ~

(Ta b. 5 . 3 ) erm i ttel t od er :

+

Gleic hgewichtskonstante i n Abhä ng. von der Temperatur

aus 'I'a be L'l e 5 . 2 z u e ntneh men (b.w)

CO 2­3

2 . En t hält das Was s er g e l ö s t e s CO2 ( "freie Kohle n s 1'i ure " ) , ~o

l ä uf t f olgend e Re a k t i on ab :

Die Ionenkonz. , die d i e I o n en stä r k e e r ge b en , werd e n mit v er­

schiedenen qu ant . Met hod en e rm i t t e l t . SRmt liche Kon zentrationen ,

a u ch Ca 2+ un d HC03

werden i n 101001 / 1 e n g e s e t z t )

Wo bei: pkLa

,. Ka lkag greBsi ves Wa s s er l öst eine bes t . Menge CaC0 3 , wob ei

Ca r bona t - I on en mit im Wasser vorl i e g e nd e n Hyd r on i u mi on e n

(nich t quanti tati v ) reagi e ren :

c03

2- + H3

0 + ~ HC0 3 + ri 20

Nach Einstellung des Gl e i c hg e wi c h t s zu s t and e s is t d i e Konzen t ra­

ti on a n c 03

2- s o g e r i ng ( b e i natürlichen Wäs s ern) , mi t pH-Werten

e twas unter 8 ,6 , d a ß sie nicht u nmi t t e l ba r be s t i mmt werd e n kann.

Ka l ksä tt i 5 ung ist err e i cht , we nn d a s Lö s li c hk e i t s p rod u k t Laus

Ca 2+ u nd C03

2- d en von Te mperatur und I onen s t ärke fraabhängigen

Wert erre ich t:

bei 25 0C : 4 , 9 . 10 - 9 10012/ 1 2 - mit stei gend er Temp e r a t u r sinkt

d er Wer t , es kommt zur Kalkab s c he i dung .

An diesem Pu nk t s t e l l t si ch der Gl eichgewichts-pH Wert pHGG ei~ ,

d e r abe r auße r mittels des Sc h ne l l tests auch r e ch n e r i sch er­

mittelt we r d e n kann:

2 ) .Th e r mo me t e r

3) Dr a h ts i eb

(Materi a l : Plexiglas )

1) pH- Gl asel e k t r odenk e t t e

( mit Me ßgerät )

u nd d i e z unä chst Luft , d ann ein Luf t /Wasse r-Gemisch und schli e ßli ch

nu r noc h Was ser d ur c h d as Hlter bett blas e n (m i t h oh em Druc k) . Da~

Waschwas se r l äuft liber s p e zi e l l e Rinnen ab und muß g e t r e nn t a u fbe ­

re ite t we r d e n, da es zu näc h s t von s e inem Sch l amm befreit we r de n muß.

La ngsamfilter si nd nicht rü c ks pül bar , b e nöt i ge n v i el Fläche und

müssen von Zei t zu Zei t durch Er neu erung der obe r e n Schich t re gen~­

riert werden .

Bei d e r Fi lterung sp ielen Sie bwirku n g , Abfangeff e kte , Sedimen t ati Jn ,

Diffusion un d elektrokineti s che Krä f te eine Rolle , d ie ich im

Rahmen dieses Vortrags nicht nä her erläute r e , da e s si c h g rö ßt e n ­

teil s um physikalische Vorgänge handelt .

Das Rohwasser ( ~ro be a u s e i n e m Ba c h bei Wetter) vird i n

das Unter s uchungsg e f ä ß gebrac h t und d er pH-Wert vor

CaC03

-Sättigung fes tgeha lten ( Mei st um pH 6) , e r wird

als tatsächli cher pH-Wert b e z e i c h ne t .

Dann wi rd i n d i e Öf f n ung c s ov i e l Marm orpul ver g e g e be n ,

b is di e Gl aselektrod e umhüllt i st . Nach ca . 2 Min . kann

de r Glei chg ewi c hts -pH-Wert am Meßge r ä t abg el e s en we rd~ n.

Th e o r i e :Z u r ne urt e i lung ein e s Wass ers i st e s wichtig zu wis sen ,ob es

k a l ka gg r e s siv is t , we il es CaC03

z u l ö sen vermag, od e r ob e s

kalka bs che idend i st , we i l es an c a c03

ü b e r s ä t tigt i s t, oder

o b es s i c h i m Zu s t a nd d er Kalks~tt i 6ung b e f i n rte t , a lso imK a lk-~o hl en s8ure - Gl e ichgew i ch t i st .

F i ltrati on ü ber Jurakal~ (Cac03

) z ur Entsäuerung und Auf hä r t ung :

In der 2 . F il te r stuf e wi rd das sog . 'KA1K-[OHLENSAU RE- GLEI Ch GEWICHT '

e ~ngestel l t , Das W~s s.~r_ bes i tz t dann d en sog. I GLEICHGEW IC HTS-pH-WERT : _

der im fol genden Versuch mi t d em Schnelltest nach AXT erm i ttel t wi r d,

d e r in den Was s e r labo r s ~ll gemein angewendet wi r d.

(V e r s u ch 6 ) : SCHNELLTEST NACH AXT ZUR CALCIUMCARBONATSATTIGUNG

·. 1·.... .

Chemie in der Schule: www.chids.de

Tabelle 5 .2 l empera1urabhanglgkelt der Größe pl( ~. nach Oll)

- 13-

kohlensäure-~leichgewicht e e na u ei n~e stel lt

ist jed och s ehr teuer.

we r d en , das Verfahren

Ca(OH) 2

"Kalkmilch"

I.

5 ! 6 17 18 , 9

° 2,6 58 2 '628 12'599 [ 2 '569 12'54° 12'512 12'48 3 12 '456 12428 12'40110 12' 3 74 12' 3 48 12' 322 2,2 96 2,271 2'246 12'221 '12 , 19 7 12 , 173 i 2 14 920 12" 26 2,103 2,080 2,05 7 2.0 35 2,014 1,992 1,971 11,950 1192930 1,909 ' ,889 1' ,86~ ~~:Oj , ,~~,.a 12 1.7 9 3 1, , 77 5 !, , 7 5 7 1 ' ,739

Tabelle 5 3 Abhanglg"elt der Größ e Ig tu. von der tone nstarke 1.1 In mmol /I nach OIN38404, To il 10

~ ° \1 i2 j4 15 i6 17 18 19

° 0 ,000 0 ,076, \0 ,'05 ° "27 1° "45 1° '16' 1'°'175 1° "87 1° "99 1° '20910 0 ,2 190,2 290,2 370,2460,254 0,261 0 ,269 0 ,276 1.0,28 2 10 '211920 , 0 ,29 5 0 ,301 ,0,307 0 ,313 0 ,3 18 0 ,3 24 0 .32 9 ' 0, ~ 3 4 1 0 , 3 3 9 1 0 . 3 4 '

30 1 0 , 3_~~3 i o, 3.~~:3 6 2 ° 3 66 I o. 37 1 I o,m ~_0::~~387_

11. Bi ldu ng ei ne r Schu t z schicht gege n Korr osi on du rch Un ter­

schre iten des Kalk-Kohlensäure-Gl eichgew ichts:

Di e Di f f e r enz au s g emes senem (tats .) pH- We r t und dem Gle ichgewichts ­

pH-Wert erg ib t den sog . SÄTTIGUNGSINDE X eine s Wassers:Hart e s Was s er wird durch Neutra li s ationsreak tion e n tsä ue r t :

En t s äuerung mit Natr on lauge : CO2 + NaOH ~ Na + + HC03

SI =l> pH pHt a t s • SI ( O k alkagre s siv

SI )O k a lkabschei de ndDie Wasserhärte :

Da di e Aufhä rtung im Versuch nur minimal ist ( 0 , 1° d ) , b estimme i ch

i m folgende n Vers u ch die Ge s a mt h ä r t e des ' Ma rbu r ge r ~ e itungswass ers .

Die Gesamt härt e e n tspricht d e r Su mme der als Ca rbona t e , Su l f ate,

Chloride, Ni trate und Ph os pha t e ge bundenen Erd a l k a l i e n Ma gn e s i um,

Calc i um, Stro tium und Ba r i um. S i e wird au sged rü ck t i n mmol/l od er

Gr a d Deutsc h e r Hä r t e (1 0d= 0 ,18 mmo l / l Erdalkal ien)

~~~~~~~~~~g_~~~~~_~~~~~~~ _~~~~_~~~~~g~~~~~l

° 40 d sehr wei ch (Harte s Wa s s e r übt einen pro tekt i ven Eff ek t

4 8 0 d weich auf d e n Kö rp e r aus , wei che s Wass e r i st z u

8 1So d mi ttelhar t aggre ssi v . Es ko mm t zu r Lösung c hron i s c h-

18 - 30 0 d har t toxi s cher Su bs t a n zen wi e Kadm i um u nd Ble i

> 30 0 d sehr hart d u r c h we i ch e s Was ser . Ca , Mg s ch ü t z e n v or

mas sivem Du r c h bru ch v on Meta ll i one n a u s

Nah r u n g und Tri n kwas 8e r d u rch d ie Darmwand

in d as Gefä ßs y s t e m! )

( Versuch 7 )Kompl exometr i s che Be s t . der Ges amt h ä r te ( Marburge r Was s e r )

Bes t . mit EDTE (= Komplexon 11, Che l ap l e x 11, ~~~~~E ~~~_~)

EDTE = Et hylendiam int et r a essigsäu r e :

Ist der Gehalt an f re ier Koh len s äure z u hoc h , s o is t das Was ser a ggre­

s siv und gre ift Baustoffe, Beh ä l t e r wänd e und Rohrma terialien an .

Daher soll das Lösl ichk e its produkt e t was ü b er s «h r i t t e n werden, um

eine dün ne Sc hu t zs c h i c h t au s CaC03 g ege n Kor ro s ion aus bilden zu

kö nnen . Die En t s ä uerungs me t hod e ri chtet si ch n a ch d e r Was sehärte.

Ein zu wei ch es Wasser i st unges und f ü r d en mensc hl ichen Kör pe r , we i c he

Wässer werden mi t d er En tsäu eru n g a uch gl e i c h z e i t i g a ufge här t e t :

Im Vortrag ents äue re ich mittel s Filtrat ion über J u rakalk , d e r pHGGwi r d hie r a u tomat i s ch eing e s tellt, wa s ich durch pH-Me ssu ng vor/nach

Filtra t ion bew e ise. Di e s e Methode b eze ichn e t ma n als:

Carbo natentsäuerung: ( Fil t r a t i on über Ha r mor , Ka l kste i n , J uraka lk)

~ C 2+Ca C03

+ CO2 ,, a + 2 HC03

Verb r auch Ca C03:j e g zu b i nd . CO2/2 ,3g c a C0 3

Au f här t ung : O,1 27 0d ; Ei ns tel l ung pHGGFil trat i on ü be r halbgebrannte~ Dol omit : (CaC03HgO 1: 1 als Filter)

--A 2+ 2 +Ca C03

• NgO + 3 CO2 + H20.,- Ca + I~g + 4 HC0 3

Verbrau ch : 19 CO2/ 1 , 3 g CaC0 3• MgO

Aufhä rtung : O, 10 d

Nac h te i l : pHGrr wi r d l e ich t ü be r - und unterschr itten , jenaCfi Al t e r d e s Ma t e r ial s ; ' Zu s a mmen b a c k e n '

Vor t ei l : Sc hn elle Reak tion, einfache Handhabung

Zu s a tz v on ge l ösc h t em Ka l k a u s d em Kalksät t ige r ( Ka l k a s ):

Hi t di e sem Verfa hren k a nn d e r Gr a d der En t säueru ng u nd da s Ka l k -

p~ I 1 ;} I~ [-H e .. ()I-C:- <t-

fW' J. \. N- eH_eH - N/ 1. 0/1lÖ / z 2 \. ~"rJ,

-. ~-H C. CHZ-C .-H~ ).. \ 01/

po te n t ie ll 6-zä h n ige r Lig and b e i

Bed i ngung e n : pH~ 1 0

r \(S'1"'lIO

pU~.t ;)' 7 1-(,.Xr L(S: 3 =C/·pUtlj =;(0,2

Chemie in der Schule: www.chids.de

-1 4- )- 1 5-

Di e De sinf ek t i on :

DPD: ( C2H5) 2N ~~-H

(R e s t c h l o rgehal t : mind . o , 1mg / l)

Zum Schl uß e r f o l g t die Desinfe ktion ( Entkeimun g ) d e r g e r e i n igten

Wassers . Ei n e Ox i d a t i on (d urc h C12 ) vor d er Fi l t r a t i on i st nach­

teilig, da sie die biolog . Pro zess e (A bbau org . Substan z e n durch

Bakte r i e n i m Fi lter) stört und a u ßerdem l e ichte r c hlorierte Kohlen ­

was serstoffe entstehen . Stark ve r s c hmutzte ~ässer müsse n jed oc h

v or Aufbereitung mittels ' Ho chchlorung' od e r ' Kn i c k p u nk t c h l o r i e r u ng '

behandel t werden .

( Versuch 8): Im Ver s uch behandle ich mei n f i l t r ie r t e s Was ser mit

C1 2- Wasser . Um den Gehal t a n f r e i e m Ch l or zu bestimmen ,

ve rwen d e i ch ein Gerät, das a u c h z u r schne l len , trot~­

d e m e x ak t e n colo r i me t r ische n Bes t immu n g de s Restchl or­

g e hal t s "vor Ort" benu tzt wird . Das Ge rä t k ann a u c h v on

ungeschul ten ~ersonal e i n fa c h g e ha nd h a b t werden.

Zwe i Kunsts to ffkü ve t t e n werde n mit dem Pr o b e nwa s s e r

g e f ü l l t . In eine der Küvetten g i bt man eine DPD Ta bl.

--un ct--zer S't ö ßr -d i e s e mit e I rien kl e i n e n Gl a s s t a b . lJG:i'Ch -­

e i n e Linse ka n n man g e nau en Farbabgleich v o r n ehme n un d

dann di r e k t von einer im Gerä t bef i nd l i chen Tabelle d e n

Chlorg ehalt in mg/l abl esen .

Reak tion : ' DPD' - Me t h od e : Fr e i e s Chl or ( gelöste s eI e rn . Chlo r , HCI O, CI O- )

reagiert bei einem p H- We r t von 6 ,5 mit Diethyl-p-pheny­

end iamin (DPD) z u e i n em rote n Farbs t of f , der sowohl

c o lorimetr i sch a l s a uc h photom 3 tri o~h und t i t r i me t r i s c h

be s t immt ( g emes s en ) werden kann .

+ ( ii+\'- -

Gle •. . •Incfrr ot

(HeX) 2- + C}iIndJ 2- + H+farblos g rün

blauer I nd.= g rün e Farbe)

Li gand; Me- Ind ist etwas unbestän­

erst kurz v or d em Äqu ivalenz punkt .

( Komp l ex b i l d u ngs konstan t en )

pH"'10 ,Auflösen ,~

+ OUnd) 2­

grün

Titrationsabfolge:

(Indikatortabi . : Methylorange +

2) Titration mit EDTE = CH2

x) 2- :

G' I dJ- eH x)2- pH 10ue • • •• n + 2 ......--.ro t

q-I,,

0-

3 ) Puffer: NH3

+ H+~ NH4

+

Endpunkt: grüne Farbe von (HInd) 2-

Erklärung :ED TE ist de r s t ä r k e r e

di ger als Me X, jedo c h

KB(};eInd)- 10 15

KB(MeX J 2- = 10 16 ,3

Q1eX)2 - _ K ompl exstrukt~r : Oktaeder, K ~ = 6

Aus führ un g : 100 ml Pro b enwasser ( a u s d e r Leitung) werden mit einer

I ndikatorpuffertabl. u nd 2 ml NH3-L

ösung (1 :3) v e r s e t zt.

Na c h Aufl ösen de r Tablette wi r d mit Ti triplex B b i s

z um Farbumschlag von rot n a c h g rün ti t r ie r t .

Be r e chnun g : 1 ml Ti t r ip l e x ~ 10d bzw. 0 , 18 mmol Erdal kal ien/l

Ma r bu rger Was ser be s i t z t eine Ge s amthärt e von 70 d .

Be i r el . saube ren , unbelaste ten Wäs~ ern kann z u r De s i n f e k t i on CI0 2_

benutzt werden. Die ses h at d e n Vor te i l , d aß sich mi t KW und Humin ­

säu r e n kei ne Ha l o fo rme b i l d e n u n d keine Re a k t i on mi t Pheno l e n und

Aminen s tattf i nd e t .D i e d e s i n f i z ie r e nd e Wirk ull g i s t pH-unabhängig

und kann mi t kl ei ne ren ZUGabe me n e e n real is ie r t we r d e n . Di e Wirk un g

bl e ib t üb e r I Rngere Rohrne tzs t re cken e r hal ten . ( Im Qegensatz zu der

De s inf ekti on mi t Oz on , da be i 1 ~ llge re n Sta nd ze i ten zu Wiederver­

ke imu ngen f ührt .Darst. nac h dem Chlorit/Ch lo r

<3 tO pll -'; <'t2 NaCI0 2 + Cl

2__ 2 Cl0 2 +

Wi r k un g a l s Oxi d a tionsm i t t e l :

(;)

Chemie in der Schule: www.chids.de

-...... ....,....- 16-

111. Ges e tzl i che Gr undla( en der Tri n" was s erau fbere itung undde r ~ual itä tsko n t r o ll e n

Se i t Beg inn der sy s t ematisc hen Ube rwac hun~ des Tr ink was sers

hat de r 8es e t zg e be r Schritt fü r Sc hr it t di e Anforderu ngen an

d ie se s Leb ensmittel konkr-e t i s t e r t ur .., ~'echtli ch vera nkert .

Heute ge l t en fol gende Ge set ~ e und Verordnu ngen . ( Di e Auf­

li stung enthält nur d i e j e n i ~ e n 5e s e t z l i c he n Vor s ch riften , die

s i ch unmitte lbar mi t d er Wa s serqualität be f a sse n . Die Da t en

s i nd j eNe i l s d i e Tage de r ~rs tau s gabe , gül t i g sind j ewe i l sd i e neuesten Fassungen) .

( Folie)1. Leb ens mi tte lges e t z vom 17 .01.1 936

2. Bunde s s e uche ngese t z vom 18 .07 .1961

3 . Tr i nk was s e r - Aufb e r ei tunGsveror dn ung vom 19 . 12 .1 9594 . DIN 20vO vom Novembe r 1973

5 . Trinkwas serverordn ung vom 3 1.0 1.1 975

6 . Land~swas serge~e ~z vQm 04 .9J . 197~ _

7. EG-R ichtlini e vom 15 .07 .1980

Die EG-Richtlinie (Amtsblat t der Eur opä i s c hen Gemeinschaf t ,

Nr . 1 229/16 , 30 .08 . 1980 ) wi r d 1986 i n de r Bund esrepublik

geltende s Re c ht . Die de mentsprechende Neuf a ssung der Trink­wasserverordnung is t i n Arbei t.

Die EG-Ri chtlinie enthäl t f ür da s Endp rodu kt Tr inkwass er (Rein­was ser ) 62 Parameter, f ür d i e zuläs s ige Höchs t konzentrationen

( ZHK) fes t gelegt wunJ en , Fiir das Rohwas se r ge l ten 29 Pa rame ternac h d e r EG-Ric htlin ie .

- I V ~ gua l i tä t s kon t r ol l e -

Wie be r e i t s e r wähn t ko ntrol liert der Ge s e t zge ber s owohl das

Hohwa s s e r , a l s auch das Trin kwass e r . Die Häufi gke i t d er Unt er­

s uch ungen richtet s i c h na ch der pr o Tag ge wonnenen Was s ermenge .

Hin zu kommen ge l ege n tl ic h So nde r un t er s uc hungen . Eine Rou t i ne­

unte r s uchung ka nn aus dem Anhang entnommen werde n (Wasserve r ­

ba nd S i ege r land ) . Man unte rscheidet drei gro ße ParameterGruppen :

a . E~r ~l ~~li~ ~~~ _~~E~~ ~ !~ E_~l ~ _ ~~~~ :

Ausse hen , Ge schmac k , Ge r uc h , Tempe ratur , Färbung , Leit­

f ä h i gke it, Trübun g , UV-Extinktion bei 254 nm, pH, 6 pHb . ~l~E~~l~l~~l ~~~ ~ _~~E~~~!~E_~l~_~~~~:

E. Col i, Coliforme Keime( Bei spi el wurde ge ze igt)

Kol on i eza hl in 1 ml H20 (Keime ) (Bsp . wur de ge zeig t )

)-17-

c . ~~~~l~~~~_~~E~~~ !~E_~l~_~ ~~ :

Chloride , Sul fa t e , Kiese lsäu re , Calc i um, Magnesium, Nat rium,

Kalium, Al uminium , Ge sam thärt e , Sa uers t offsä t t i gung , f reies

Kohl endioxid , Nit r ate , Nitr i te , Ammoni um, Oxidierbarkeit ( KNn0 4 ),

urganisch ge ~und ene r Kohlenstoff (T OC) , Sc hwe f e l wa s s er s t o f f ,

Ge l öste od . emulgi e r t e Kohl enwassers t offe , Mi ne ral öl e , Phenol e ,

Bor , Obe r f l ä chena k t i ve Stoffe , org . ·Chlorve r b . , Eisen , Mangan ,

Kupfe r , Zink , Phosp hor , Fl uor id , Kobal t, Res tchlo r , Barium,

Sil ber ,Arsen , Cadmium, Cyanide , Chrom, Quecksilber ,Ni c kel ,Blei ,

Antimon, Se len ,Pestizide ,po ly zykl . a r om. Kohlenwasserstoff e . .•

Neben den s chon gezeigten Ver f a hren bz w. Pa ramete r n habe ich

zwei weiter e Be i s p i e l e au s ge Wähl t : Chloridbestimmung , Ammonium­

bestimmung (Schnelltest ) .

___ _ __ _ NH 4.- Sch~e.ll t est mit Nes s lers Reagen z ( Versuch 9 ) :

Das Vorkommen von Ammonium kann vers c h i ed e ne Ursachen ha ben.

Z.B . indus trielle Abwässe r , au s gelaugte Kunstd üngerbestandteile ,

ei senrei che ni tra treduz i e rend e Quel lw ä s s er. Ammon i um g i b t Hi n­

weis a uf bak t e r i ol og i s c he Verschmut zungen des Wassers mit Fä ­kali en und sonsti gen Verrot tungsprod ukte n wie Ha us mül l , d a es

dur c h Abbau pf l an z!. und tie r . Eiwei ßsto!fe e nts t eh t . Es f ör­

d e r t ve r stärkte s Wac hstum v on Organismes in Rohleitungen .

Be i de r Be s t i mm ung handel t e s sich um d i e v i s ue l le Kolorime t rie

de r Nessle r -Reak ti on ( gel b- braun e Färbu ng ) , d i e auc h 7. u r phot o­

metrischen Be s t i mmung herange zo gen wi r d .

)2!!!:s:~f.: I·;an ve rwhd et wi ed erum einen Schnelltestka sten und fü l ltzun ächst di e be id en Probe nrohre mit de m z u un t e r su c he n­de n Wa s s e r . Dann fü g t man nach e inande r j e wei l s 5 Trop ,en

de r Reagenzl ös ungen in e ines der Röhr ch en und schütte l t

zwisc hen dur ch immer &ut um. Reagen z 1 - Tartratlsg­ve r h indert Nieder schläge von Me t a l l hyd ro x i den i m alka­

l isch en Eed i um, da es mi t vielen Schwe r me t a l l en stabi 1e ,

l ösliche Kompl e xe b i l d e t . Reage nz 2 i s t eine Lösung v ~n

t al iumtetraiodo r.J ercurat K2~4)' Reagenz 3 =NaOH L ag ,

Nac h 5 Mi n . ka nn d er color i r.Jetr . Vergl e ic h erfo l ge n ,

de r dur c h Verschieben einer Farbskala unter de n Röhrchen

statt f indet .

Richtzah l fi ir NH4

+: 0 ,05 mg/l

ZHK o , 5 mg/ l

Chemie in der Schule: www.chids.de

-1 8- - 19-

a =Ve rbr a uc h in ml

b= angew. H20 Vol . (100ml)

G=Gehalt

G/l70 9

b

a

tl-' !L {R.. Cl ClJ 25 Ä.f\ I}

~to~, iJ. /-I. I -, I I

tH, '·HJ.. "1-1:,t.,"h/.,e ~.

?' IJJ (Q. I -:«((CL r.t 3 n~

(1.I

Richtz a hl= 25 mg/I; Gesundheitl. b edenkl ich=200 mgjl

Theorie: Bei der ma ßanalyti s c hen Bes t i mm ung verbinden sich Que ck­

s i l be r (II) -Ionen mit Chl o r i d i one n z u prak t is c h undi s so­

z ii ertem ( zu 99%) Quecks i lbe r (II)-Chl orid (" SUblimat").

Di e Titrati on e r f o l g t mit Hg (N0 3) 2' d essen wä ßr. Lösung

zu s chwe r l ösl i chen basischen Sa l z e n hydrolysiert, so daß

es zur Stabilisierung a nge s äuert werd en muß (mit HN03).

Ausführ u ng: 100 ml Pr o be nwa s se r werden mit 1ml Indikator (O , 2g

Diph e ny l carbaz on + 0, 0 2 g Br omphe no l blau in 100 ml

Ethanol l ö s en)versetzt und sov i e l O,1m HN03

hinzuge ­

gebe n , bi s der I ndika tor nac h g e l b u ms c hl ä gt, d an n wer­

d en we ite re 1ml 0 , 1 m i1N03

zugefügt . Di e Titration er­

f o lgt dann mit 0,02 m Hg (N03

) 2 1 ö sung b i s zur ersten

bl e i b e nd e n Vi olettfärbung.

( je 1000ml O, 0 2m Hg (N0 3 )2 1sg. enthalten 10 ml konz.

HN03 b z w. 4, 83 2 g Hg( N03) 2'H20 + 10 ml ko nz. HN03

a u f

1000 ml auffü l len)

Be rechnun g : 1ml 0,02 m Hg (N03

)2 ~ 0,709 mg Cl - / l

Re akti on: 2 Cl

S t r uk tu r : HgC12 (Su b l i mat ) be sitzt k ov a l en t e Struktur (im Geg . zu

HgF2 ) u nd be st eht s owohl i m D~pf (Hg-Cl Abstand 2 , 28 A)

._- a ls a u c h im Nolekulg i t t e r (Abstand 2 ,2 5" 1 ) und in wäß­

ri g er P hase au s linear k euaute n , isolierten CI -H g-Cl

Mol ekü l e n . Die sich daraus a b l e i ten d e n Chlo r ok omplex e

HgC1 3 und HgC1 42- bes i t z en d i e KZ 6 ( HgC1 6 -Oktaeder).

In HgC1 2 be sitz t Hg auch e i n e verzerrt ok t a e d r i s c h e Um­

g e bun g (Hg - Ba nd s t r uk t u r ) :

End punk t : We nn alle Chl orid-Ionen verbrau cht sind, bilden üb er­

sch üssi ge Hg 2 +- I on e n mi t Di p h e ny l car ba z on als Indikator

e i ne bl a u - v i ol e t t e Komplexverbindung ( in HN03 1 sg).

NH +4

- =O·C..... .. ~ ,t1Cl' v- .-.- ~ .l o·C

---~JO·c

80

" l --t f'H0110 --11 "'1- ...'3

+ 3 OH~ (Hß2 NY I - + 7I

( Re a g enz 3)

,/ / ....- / / .'

1/ .:I ' •

I I :

1/;'I / :

I I ;1 i .:

I ../ //

/ I •/ / :

/ / " /.....;:~< .. -....to

).0

60

Da das Verhältnis NH4+/

NH3

vom pli - We r t abhän,t, l ieg t

bei der Reak t io n vollständi g a l s NH3 vor ( alk . Ls g.!):o ~ x

s c ~

Reak t ion : 2 CH g I 4) 2- + NH3

( Re a gen:a 2 )

Chlo ri d- Be s t i mmun g (V er s u ch 1Ql:

St r uk t u r ([.52N) +I - :

:ler Ge s amt s a l zgehal t geh t a us d er i.e i tfä hi gk e i tsmes su n g

he rvo r . I n Kor r elat i on d a z u s t eh t der C l --~ehal t e in e s

Ob e r f lächenwassers . Cl 5 e l an ~ t a u s hä us l ich en un d indus­

tr ie l len Abwäs sern i n d i e Vorfluter. Einige Flüs se {z .B .

We ser ) s ind s o s t a r k (d urch Kal iuergw"rk e i n d e r DDR) be­

l a stet, d a ß sie nicht me h r zu r Trinkwas s e r ve rsorgu ng

he range z oge n wer de n kö nne n , da die Rei nigung zu t eu e r wäre

( Nur durch Umk ehr o s mo s e ) . Eine mer kli c he Red uz ieru ng des

Cl =bz w. Sal z g ehalt s könnte durc h Verw endun g s ql zfrei erSt r e umi t te l im Wint erdiens t erreicht werd e n .

/". A OO

The orie:Ein e a lkal isch e Lösung v on K2CHgI4)

di ent a l s Nesslers

Re a g enz zu m Nac hwe i s von NH3

/ NH4+ , d a s e inen brau nen

Niedersc hlag v on (Hg2N)I' H20 g i b t , we lche s als I odi d de r

1';i l l nn ' '3e heJ1 Ba se auf zu f a ss en i st. Di es e s ist eine fe s te ,

unlösli c he Verbindung, di e e i n Raumn e tz a us Hg4N- Tetra­

edern vom Cr is tobal i t - Typ aus bildet, i n des s en Lü c k e n d i e

An i onen un d d i e H20-Molekü l e e i ngel ager t s i nd :

'.. . ........ ~ ...

Chemie in der Schule: www.chids.de

I Probe :

Aussehen quahtatrv

Ge ruch qua litativ

Geschmack qualitativ

Temperatur OC

l.elttAhigkeit mS /m

Farbung DIN 38 404 - 588 um m - '

Trübung DIN 38 404 - 90" TE/F

UV-Absorption 254 um m - '

pH-Wert___ OC

pH ·Wert nach CaCo,-saltig_ ___OC

li pH -Wert _ _ _ OC

mol/rn] 91m3 mol/rn] 91m 3 movms 9' m3

Säu rekaoantä t bis pH 8.2 ___OCt-- r---- t---

Sä urekapantat bis pH 4.3 ___OCt-- t-- r----

gas ekapezuat bis pH 8,2 OC

Calcium Cah

Magnesium Mg:l·

Su lfat -- - - -- - - - 50.'''---

Chlorid CI-

Nitrat NO, -

mmcl /m a mmoJlmJ mmollm J

Nitrit No,-

Ammonium NH, '

PhOspha t anorg . gel öst PO. :J-

Phospha t - Aufschluß MF - Filtrat po, l -

Pnosob at gesamt PO,'Eisen gelOst Fe"

Eisen gesamt Fe

Mangan gelOst Mn2 -

Mangan hOherwertig Mo· ' /Mn 7+

Mangan gesamt Mn

- . - --- - - A'" . . - - . . - --- . -Aluminium- .

91m3 91m 3 91m3

Gelöster organ ische r Kohlenstoff - OOC C

Sauerstoff 0 ,

Sauerstoff '" saU '9 _Chlor freies CI,

Chl or qebundenes CI,

Ch lor wirksames CI,

Chl ordio xid CKJ,

Chlor it CI(), -

Redox-Pot~ntial mV

Koloniezahl in __ ml (200C, 48 h, DEY-Agar. P1all enguO'lert.)

E. c oli in _ _ ml (37°C , 24 h, Endo-Agar. MF)

ccuiorme Keime in ml (37OC, 24 h, Endo -Agar, MF)

Gesa mth ärte °dH

Karbonatharte °dH

Freie KohlenSäure mg~

Kalkaggressive xome nsäure (Heyer) mg~

Ktesel säure mg~

Chl oroph ytl a ug~

5 . Hrs g . He r c k :

6. Sontheime r ,H .

- 21-

V. Li t eraturangaben :

1 . Be r n ha r d t , H. , Ausg e Wählte Kap it e l d er Wass e rgü t e wi r t s c ha f t ,

6 . Vo r l e s un g WS 1971/72, S i e g bu r g 197 1

2 . Krü g e r , H. -W. , Trinkwas s er- e in Le b en s mi t t e l in Gefahr,

Ull stein Verlag, Frankfurt Ci, ," . 1982

3. Kli ffmüller ,R . ( Kre i s chemied irektor des Kr ei s es S i ege n- Wi t tge n­

s t ei n ) , Die Gewä s sergUt e i m Kr e i s Siegen-Wittgen­

s t e i n 1984, S ie gen 19 84

4. Klingelbi el , G. , Qual i tä t skon t r o l l e u nd Üb e r wa c hu n g des Trink­

wa s sers , Wasse r v e rband S i e g e rland, Siegen 198 5

Di e Unter s u chung v on Wa s s e r , Darms t adt 19 74

Mod e r n e Verf ahr e n s t e c h n i k de r Wasse raufberei t ung ,

a u s : Ga s , Wa s s e r , Abwa s s e r , Sonde r n umme r zur

Wa s s erversor gu n g Zü ri ch , Nr . 9 / 19 7 5

7 . Ha be r er , K., Neu ere t echnol o g . En t wi c k l unge n i n der Wassera ufbe-

re itung , in: gWf-Was s er/Abwasser, Verlag Old enbourg,-- ----- · -· --- -Mli~~he n 12Ö (1 979) , He f t 3 -- . ". - .-

8 . Bernhardt,H., Aufb ere itung von Wa s ser a u s Seen und Talsperren,

DVGW- Sc h r i f t e nre ihe Was se r Nr . 20 6 , Eschborn 1983

9 . Hr s g. Wahnbachtalsp e r r e n ve r band , Symp o sium de s Wahnbachtal­

s p e r r enve r bandes , Veröffe n t lichu n g de r Vorträ ge, S ieg burg 1978

10. Ma h r /Fluck , Ano rganisches Gr undp rak t ikum, Verl ag Che mie,

Weinhei m/ New Yo r k 1976

11 . Hollema nn/ Wi e b e r g , Le h r bu c h de r anorg. Ch emie, Ve rl a g Wal te r

de Gruyte r , Be r l i n / Ne w York 1976

12. DIN 20 0 0 Norme n , De u t sch e Einhe i t sverfahren zu r Wasserunter-

s u c hung-j - Ve rlag Chemie , - Weinhe im/New - Yoft -'''-985 _ .

13. EG- Ri c h t lin i e , Lis te d e r Parame ter von Trinkwasserinhal ts­

s t o f f e n , Am t s blatt d e r Euro päischen Geme in­

s c h a f t e n Nr . L 22 9 , 30 . 08 . 1980

14 . Borneff ,J . , Hygiene , Thi eme Ve r lag , S t u ttgar t 1977

15 . Chri s t en , Grund l a ge n d e r allg . u nd anorg . Chem i e , Ve rl a g Salle

u nd Sa u e r länd e r , Frankfu r t a . M. 198 0

16 . Ge r s t n e r ,E . , Seminar zum ano r g . -che rn . Gr u ndp rak t i k u m, Mar bu r g 198 2

Datum :

Wassera nalyse Nr.

Datum:

Probe _

Probe -

Wasserverband Siegerland

31

32

33

34

35

36

37

38

39

40

41

42

43

44

45

46

47

48

49

50

12

1:'

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

'~

" ' ~: -

-_.

( ' 4

15

16. - - -- - - - -- 17

18

19

Chemie in der Schule: www.chids.de