VEE ANALS Joogi ja heitvesi Milleks on vaja

VEE ANALÜÜS: Joogi- ja heitvesi

Milleks on vaja vett analüüsida? • Vahel on vee halb kvaliteet meeltega tajutav • Sageli aga on nii kasulikud kui kahjulikud ained vees värvitud ja lõhnatud – keemiline ja mikrobioloogiline analüüs • Vee kvaliteedile on kehtestatud kas riigisisesed või rahvusvahelised normid • Ühtlasi on kindlaksmääratud, milliseid analüüsimeetodeid tohib iga parameetri määramiseks kasutada

Veega seotud haigused I • • • Veest pärit haigused jagatakse WHO algatusel järgmisteks rühmadeks (Yassi jt, 2001): 1. Veega levivad haigused (waterborne diseases) – koolera; kõhulahtisustõbi (kampülobakter, düsenteeriabakter, rotaviirus, amöbiaas jt); paratüüfus ja teised analoogilised haigused; askaridoos; poliomüeliit; leptospiroos ja trihhotsefaloosne piuglastõbi; 2. Vee defitsiidiga seotud haigused (water-washed diseases) – trahhoom ehk silmamarjad; leismanioos; 3. Vees elavad haigustekitajad (water-based) – skistosomoos ehk kakssuulastõbi; drakunkuloos; 4. Veega seotud putukad – nakkuse ülekandjatest põhjustatud haigused (water-related diseases) – Aafrika trüpanosomoos ehk unitõbi; malaaria; filarioos ehk niitustõbi; onchoceriasis; Denge-palavik; kollapalavik ehk ikteroidtüüfus; 5. Vee pihustamisega seotud haigused (water-dispersed diseases) – Leegionäride tõbi, Pontiac-palavik.

Veega seotud haigused II ● ● On arvatud et olmevee kättesaadavuse kindlustamine ja sanitaartingimuste parandamine võib vähendada haigestumiste arvu: koolera, tüüfuse jne puhul 80– 100%; trahhoomi, skistosomoosi jne puhul 60– 70%, bakterite, amööbide jt soolepõletike ning kõhulahtisustõve puhul 40– 50%. Keemiliste ohutegurite puhul, mis pole reguleeritud õigusaktidega, juhindutakse lisaks ülalnimetatud WHO juhistele kemikaalidest tulenevaid terviseriske käsitlevatest rahvusvahelise kemikaaliohutuse programmi soovitustest, milles osaleb WHO (Environmental Health Criteria 170 (1994), 210(1999), 225 (2001), 228 (2002) jt).

JOOGIVESI

Vee kvaliteedinõuded ● ● ● Vee kvaliteet sõltub suuresti veetekkepiirkonna hüdrogeoloogilistest tingimustest, mistõttu vee koostis on kihiti ja piirkonniti erinev. Vee kvaliteeti võivad halvendada amortiseerunud torustikud ja mahutid, sagedased veekatkestused, reostused jpm. Joogivee kvaliteedinõuded on jagatud kolme rühma: – • mikrobioloogilised, – • keemilised, – • indikaatorid. Mikrobioloogilised ja keemilised nõuded iseloomustavad otsest ohtu tervisele. Indikaatornäitajad mõjutavad vee organoleptilisi omadusi ja näitavad vee üldist reostust. Indikaatornäitajate ületamisel halvenevad vee kasutamise tingimused ning elukvaliteet, kuid otsest ohtu tervisele ei ole. 2006. a oli Eestis 1237 veevärki: 168 kõrge riskiga, 899 keskmise riskiga ja 170 madala riskiga veevärki. (www. terviseamet. ee) ●

Olukord Eestis. Mikrobioloogilised näitajad. ● ● ● 2006. a ei olnud veevärke, kus mikrobioloogilised näitajad pidevalt ei vastanud nõuetele, v. a Idavirumaal Kalev Vesi OÜ, kes villib vett pudelitesse. – Mikrobioloogiliste näitajate mittevastavuse avastamisel ettevõte suleti kuni vee puhastusseadme rekonstrueerimiseni. Ajutisi kõrvalekaldeid nõutavatest mikrobioloogilistest parameetritest täheldati 5% Nendes kohtades, kus vesi ei ole mikrobioloogiliste näitajate poolest stabiilne, on vee desinfitseerimiseks paigaldatud UV -seadmed, näiteks Järvamaa kahes põhikoolis (Roosna. Alliku ja Lehtse).

Mikrobioloogiliste ohutegurite ajalugu Eestis ● ● ● ● Eestis on alates 1945. aastast olnud üldse üle 150 joogiveega seotud soolenakkushaiguste puhangu: 84 nendest olid düsenteeria, 31 hepatiit A, ülejäänud olid kõhutüüfuse, paratüüfus B ja salmonelloosi puhangud. Suuremad neist olid düsenteeriapuhang Ahtmes 1963. a, kus haigestus 1254 inimest ja A-viirushepatiidi puhang Sõmerus (Lääne-Virumaa) 1993. a augustis-septembris, kus haigestus 575 inimest seoses veevarustuse ja reoveekanalisatsiooni rikkega (Jõgiste jt 1998). Enamus veetekkelistest haiguspuhangutest oli põhjustatud veehaarde reostusest. Tavaliselt toimub see reovee sattumisel joogivette (nagu see oli ka Sõmeru puhangu korral).

Bioloogilised ohutegurid: sinivetikad • • • Lisaks eeltoodud bioloogilistele ohuteguritele on viimastel aastatel üha enam kõneainet andnud mürgiseid toksiine produtseerivad sinivetikad. Sinivetikad ehk tsüanobakterid esinevad peaaegu kõikjal meie elukeskkonnas, ka vees ja niiskes mullas, kus nad esinevad üherakulistena või kolooniatena ja paljunevad bakterpooldumise teel. Vetikad põhjustavad vee maitse- ja lõhnamuutusi, peale selle aga toodavad umbes pooled meil esinevatest liikidest toksiine, mis on maksa- ja närvimürgid. On saadud ka viiteid nende toimest promootorina vähktõve tekkel. Sinivetikate poolt toodetud mürgised ühendid jagatakse maksa kahjustavateks peptiidstruktuurseteks mürkideks (nagu tsükliline heptapeptiid mikrotsüstiin LR) ning närvisüsteemi mõjustavateks alkaloideks (WHO, 1996). Mõjus viis mürgiste vetikate esinemise vähendamiseks on veekogude eutrofeerumise takistamine, eriti soodustab vetikate esinemist vee kõrge fosforisisaldus.

Olukord Eestis. Keemilised näitajad. ● Tervisele ohtlike keemiliste näitajate osas ei vastanud 2006. aastal nõuetele 100 veevärki (8% veevärkidest). – – ● 99 veevärgis on probleemiks kohati esinev liigne (üle 1, 5 mg/l) fluori sisaldus ning ühes veevärgis (Narva linna veevärgis) liigne trihalometaanidide sisaldus. Tervisekaitsetalituste andmetel ületab vee fluorisisaldus lubatud piirsisalduse 100 ühisveevärgi vees, mida kasutab 27 158 inimest, ehk 2% elanikest.

Olukord Eestis. Indikaatornäitajad. ● Tervisekaitsetalituste 2006. aasta andmetest selgub, et indikaatornäitajad ületavad lubatud piirsisalduse 596 ühisveevärgi vees (48%), mida kasutab 332 193 inimest ehk 27% elanikkonnast. – – ● Joogivee mittevastavus indikaatornäitajate osas on enamasti seotud ülemäärase raua-, mangaani-, ammooniumi- ja kloriidisisaldusega, mis on loodusliku päritoluga või sageli tingitud torustike kehvast seisundist. Raua ja mangaani liigsus põhjustab tihti ka hägususe mittevastavust. Nii keemilised näitajad kui ka indikaatornäitajad hõlmavad suurel määral anorgaaniliste ühendite “vale” sisaldust joogivees.

Keemilised ohutegurid: fluoriid I • Enamiku ainete omastamine joogiveest on väike, võrreldes teiste allikatega. Erandiks on siiski fluoriidid ja nitraadid. • Eesti pinnavees on fluoriide üldiselt vähe. Nende sisaldus põhjavees sõltub veekompleksist ja võib ulatuda mitme milligrammini liitris. • Tervisekaitsetalituste andmetel ületab vee fluorisisaldus lubatud piirsisalduse (1. 5 mg/L)100 ühisveevärgi vees, mida kasutab 27 158 inimest, ehk 2% elanikest. • Liiga kõrge fluoriidide sisaldus joogiveest põhjustab hambafluoroosi.

Keemilised ohutegurid: fluoriid II ● ● ➢ ➢ On täheldatud pöördvõrdelist seost fluorisisalduse ja kaltsiumi ning kareduse vahel põhjavees. Kloriidid toetavad fluori leostumist kivimitest (r = 0, 41), kareduse ja kaltsiumi suurenemine pidurdab seda protsessi. Samuti on avastatud otsene seos boori ja fluori kontsentratsioonide vahel (r = 0, 62) joogivees. Tarbijal on vaja teada, kui kõrge on fluori kontsentratsioon joogivees, mida ta tarbib. Kui fluorisisaldus on alla 0, 5 mg/l, siis on soovitatav kasutada fluoreeritud hambapastat ja loputusvedelikke, kuid võib tarvitada ka rohkem teed ja greibimahla. Kui fluorisisaldus ületab joogivees 1, 5 mg/l, siis tuleks tarvitusele võtta meetmeid, mis vähendavad ööpäevast saadavat fluoriidikogust. Näiteks piirata tee ja greibimahla joomist; rohkem tarbida piimatooteid (seovad fluori); kasutada fluorivaba hambapastat, võimalusel kasutada joogiks ja toidu valmistamiseks muust allikast pärit joogivett (näiteks pudelivett).

Keemilised ohutegurid: boor ● ● 2006. aastal ületas boor normi (1 mg/l) 10 veevärgi vees. Ületamised ei olnud suured, jäädes 1, 1 ja 1, 5 mg/l vahele. Boor on vees tavaliselt loodusliku päritoluga, kuid ta kuulub ka mõnede detergentide koostisesse ja teda kasutatakse tootmisprotsessides, kust ta võib reovetega vette sattuda. Looduses esineb boorhappena (H 3 BO 3) ja boorhappe sooladena. Pikaajaline ekspositsioon joogivee booriühenditele (boori sisaldus alates 4 -5 mg/l) võib põhjustada mao ja sooletrakti häireid: langeb maomahla sekretsioon ja happesus, areneb alahappeline gastriit, häirub toidu seedimine jne.

Keemilised ohutegurid: nitraadid I ● ● Nitraatide sisaldus näitab eestkätt põllumajanduslikust tegevusest johtuvat põhjaveereostust põhjaveekogumi avamuse pindmistes veekihtides. Sügaval lasuvates veekihtides pole nitraate tänu veekihtide anaeroobses osas toimuvale nitraatide denitrifikatsioonile. Looduslik nitraadisisaldus pindmises põhjavees on kuni 5– 6 mg/l, kõrgemaid sisaldusi võib lugeda inimmõjuks (Santi jt, 1996). Nitraatidest põhjustatud tervisemõjude kohta – mille seas tuleb eelkõige eristada methemoglobiini taseme tõusu veres – ei õnnestunud Eestis kirjanduse andmeid leida.

Keemilised ohutegurid: nitraadid II ● ● ● Joogivee kõrge nitraatidesisaldus võib põhjustada eelkõige imikute met- (ja ka sulf-) hemoglobineemiat. Samuti on leitud seos joogivee nitraadisisalduse ja korduvate kõhulahtisuste vahel (Gupta jt, 2001). Knobeloch L. kaasautoritega (Knobeloch jt, 2000) uurisid kahe nn sinise beebi sündroomi (blue baby syndrome) juhtu, mille põhjustas kaevuveega valmistatud piimasegu, ja sedastasid, et raske haigestumise põhjustanud vesi sisaldas nitraate 103, 1 mg/l ja 123, 0 mg/l. Van Maanen JM kaastöötajatega täheldasid kilpnäärme hüpertroofia sagenemist sõltuvalt nitraatiooni kontsentratsioonist joogivees üle 50 mg/l, kusjuures joodipuudust ei sedastatud. Dorsch M. M. kaasautoritega (1984) sedastas Lõuna-Austraalias juba 1984. a, et põhjavee kasutamine raseduse ajal joogiveena nitraadisisaldusega 5– 15 ppm (mg/kg) tõstis kolm korda kesknärvisüsteemi ning mitmesuguse muu lokalisatsiooniga väärarenditest põhjustatud vastsündinute suremust, võrreldes nendega, kelle emad kasutasid raseduse ajal joogiks vaid vihmavett. Joogivees olevad nitraadid ja nitritid võivad olla kantserogeensete ühendite eelproduktideks, mis võivad esile kutsuda mitmesuguse paiknevusega vähktõbe.

Keemilised ohutegurid: raud ● ● ● Ülemäärane rauasisaldus vees pärineb kas veekompleksist (kahevalentne raud) või amortiseerunud metalltorustikust. Kõrgenenud rauasisaldus joogivees ei kujuta tervisele ohtu, kuid halvendab vee organoleptilisi omadusi, eelkõige võib kaasneda ebameeldiv maitse ja hägusus. Sama toime on ka piirkonniti avastatud kõrgemal kloriidide ja mangaani sisaldusel. Vee kõrgenenud rauasisaldus häirib veetarbijaid (vee kollakas värvus, hägusus, roostekiht nõudel, ebameeldiv maitse) ja võib lühendada ka mõningate kodumasinate tööiga. 1998 Lõuna-Eestis tehtud uuringud näitasid siiski, et isikutel, kes kasutasid kõrge (üle 5 mg/l) rauasisaldusega joogivett, oli võrreldes kontrollgrupiga positiivne rauabilanss ja kõrgemad oksüdatiivse stressi näitajad, mida seostati kahevalentse raua prooksüdantsete omadustega. Oksüdatiivne stress on aga mitmetele haiguste (põletikud, ateroskleroos, kasvajad) etioloogiliseks teguriks ja võib ilmneda juba enne kliinilisi sümptoome.

Keemilised ohutegurid: mangaan ● ● Mangaan, ammoonium ja kloriidid Eesti põhjavees on loodusliku päritoluga, v. a madalates salvkaevudes. Kõrgenenud mangaanisisaldus on sageli täheldatav koos kõrge rauasisaldusega ja see on samuti peamiseks põhjuseks vee ebameeldiva hägususe tekkimisel. Mangaanisisaldus looduslikus vees ei kujuta ohtu tervisele (Guidelines, 1994) ja tema sisaldust reglementeeritakse organoleptiliste omaduste tagamiseks.

Keemilised ohutegurid: ammoonium I ● ● Ammoonium on lämmastikku sisaldavate orgaaniliste ainete laguprodukt. Ammooniumi allikaks võivad olla väetised, reoveed. Looduslikes aeroobsetes tingimustes ammoonium reeglina oksüdeerub nitritideks ja nitraatideks. Ammoonium näitab põhjaveekogumi avamusala pindmises aeroobses (hapnikurikkas) põhjavees eestkätt põllumajanduslikust tegevusest (tiheasustusaladel ka kanalisatsioonisüsteemide mittekorrasolekust) johtuvat põhjaveereostust.

Keemilised ohutegurid: ammoonium II ● ● Ammoonium on sageli põhjavees toimuvate erinevate protsesside vaheprodukt ja pinnalähedases põhjavees annab tunnistust nn värskest (hiljutisest) reostusest. Tema sisaldus hapnikurikkas veekeskkonnas on väike, redutseerivas (taandavas) veekeskkonnas suurem. Eestis on põhjavesi valdavalt redutseeriva keskkonnana. Mõju poolest tervisele jääb joogivee ammooniumisisalduse osa tühiseks, sest vee kaudu saadav hulk on reeglina tuhandeid kordi väiksem kui on ammooniumisisaldus igapäevases toidus.

Keemilised ohutegurid: kloriidid ● ● ● Kloriidid näitavad üldist reostust (põllumajandus, lumetõrje, kanalisatsioonilekked). Sügaval lasuvates veekihtides on kõrgenenud kloriidide sisaldused looduslikku päritolu, rannikualal ka merevee mõju näitaja. Kloriidide sisaldused suurenevad põhjaveekihtide lasumissügavuse suurenedes. Kloriid-ioonide sisaldust või elektrijuhtivust määratakse eelkõige inimmõju negatiivsete trendide määratlemiseks. Suured kloriidisisaldused pindmises põhjaveekihis viitavad otseselt reostusele, sügavamates kihtides ja rannikualal on see vee looduslik omadus.

Muud kvaliteedinõuetele mittevastavuse põhjused ● ● Eelnevalt olid vaatluse all põhilised probleemid, mis puudutavad suuremat osa tarbijaist, kes kasutavad mittekvaliteetset joogivett. Kuid on veel teisi probleeme, näiteks liiga suur baariumisisaldus joogivees, mis võivad ohustada elanike tervist (Saava, 2003). Nende sisaldust on Eesti joogivee allikate vees veel vähe uuritud. Veevarustuse üheks probleemseks näitajaks tuleb pidada vee kloreerimisel tekkinud nn desinfektsiooni kõrvalproduktide sisaldust vees. Oluliseks, kuid seni väheuuritud probleemiks on radioaktiivsete isotoopide sisaldus põhjavees.

Analüütilised meetodid vee analüüsiks ● ● Klassikalised meetodid: gravimeetrilised elektrokeemilised optilised Tänapäeval on palju kasutusel ka kromatograafilised meetodid ●

Proovi ettevalmistus ● ● ● Kaks lähenemist: eemaldatakse segavad ained või eraldatakse huvipakkuv komponent Eemaldamiseks/eraldamiseks peamised viisid on: Filtratsioon Destillatsioon Ekstraktsioon

Analüüsitehnikad I ● ● ● Gravimeetriline analüüs e. lihtsalt kaalumine Tähelepanu tuleb siin pöörata kaalude täpsusele Tühjade nõude eelnev kaalumine

Analüüsitehnikad II ● ● Elektrokeemiline analüüs: Keemiline reaktsioon on seotud aatomi/molekuli väliskihi elektronidega Elektrilisi mõõtmisi saab kasutada huvipakkuvate ainete detekteerimiseks või määramiseks Selleks paigutatakse elektroodid vee proovi ja mõõdetakse seal kas pinget või voolu

Analüüsitehnikad III Kolorimeetria või spektrofotomeetria ● Lahuse värvi intensiivsus seostatakse analüüsitava aine kontsentratsiooniga ● ● Võimalikud variandid: Silm Kolorimeeter Spektrofotomeeter

Kolorimeeter 1. Valgusallikas 2. Valgust fokusseeriv optika 3. Filter: laseb läbi valgust, mida uuritav lahus neelab (kollane lahus neelab sinist valgust – sinine filter) 4. Proovi rakk: tavaliselt läbipaistev küvett 5. Detektor: muudab valguse intensiivsuse elektrivooluks 6. Elektrooniline seade: mõõdab ja salvestab detektori väljundi Mõned kolorimeetrid annavad otse kontsentratsiooni väärtuse, teiste puhul on vaja kalibratsiooni

Spektrofotomeeter Erinevused kolorimeetrist ● Filtri asemel kasutatakse prismat või difraktsioonivõret, mis murrab valge valguse spektriks – võimaldab lainepikkuse (värvi) täpsemat valikut. ● Täpsemad, automatiseeritumad, tundlikumad ja kallimad Spektrofotomeetritel on ka spetsiifilisi instrumente – näiteks aatomspektroskoopia.

Aatomspektroskoopia Kasutatakse metallide analüüsil ● ● Proov viiakse gaasilisele kujule (selleks on mitmeid meetodeid, enamasti sisaldavad kuumutamist) Lambist, mis sisaldab uuritavat metalli, saadetakse valguskiir läbi tekitatud gaasi ja mõõdetakse valguse absorptsiooni gaasis (aatomabsorptsioonspektromeetria) Alternatiivina mõõdetakse uuritava metalli aatomite poolt emiteerunud valgust ja seostatakse see uuritava aine kontsentratsiooniga (aatomemissioonspektromeetria) Proov kantakse argooni voolus läbi raadiosagedusega energiat emiteeriva mähise – selle tulemusena konverteeritakse osa proovist kuuma, ioniseeritud vormi. Mitmeid elemente saab korraga määrata. (induktiivselt seotud plasma spektromeetria)

Analüüsitehnikad IV Tiitrimine ● ● Hästi defineeritud keemiline reaktsioon: võimaldab mõõta standardi kogust, mis reageerib teatud hulga prooviga. Proovi ruumala peab olema teada Kulunud standardlahuse ruumala peab olema määratav tiitrimise lõpp-punktis Lõpp-punkt on enamasti märgatav lahuse värvi muutumise tõttu

Analüüsitehnikad V ● ● Kromatograafia – lahutusmeetod, mille käigus proovi komponendid lahutatakse kolonnis üksteisest kuna nad interakteeruvad erineval määral liikuva ja liikumatu faasiga Eristatakse gaasi- ja vedelikkromatograafiat

Gaasikromatograafia ● ● ● ● ● liikuv faas on gaas liikumatu faas enamasti vedelik (polümeerne kile). proov viiakse samuti gaasilisele kujule Kolonn on paigutatud ahju, mis võimaldab lahutada aineid, mille keemistemperatuur on kõrgem kui toatemperatuur Inertgaas (heelium, argoon, lämmastik) kannab gaasifaasis segu läbi kolonni Kolonni lõpus läbitulnud ained detekteeritakse – tavaliselt konverteeritakse (leegis, keemilise reaktsiooni abil) ioonideks ja mõõdetakse saadavat elektrivoolu Väljundiks on kromatogramm Olulised parameetrid: retentsiooniaeg (kasutatakse piigi identifitseerimiseks) ja piigi intensiivsus (kasutatakse kontsentratsiooni määramiseks) Täpsemaks identifitseerimiseks kasutatakse massispektromeetrit detektorina

Vedelikkromatograafia ● Kasutatakse ainete puhul, mis ei lendu kergesti ● Statsionaarne faas on tahke ● ● Liikuv faas on vedelik (vesilahus, orgaaniline lahusti, eelmiste segu) Detektoritena kasutatakse UV-detektoreid, juhtivusdetektoreid, massispektromeetreid

Massispektromeetria ● ● Ioniseeritud aur suunatakse läbi magnetvälja Ioonid lahutuvad üksteisest laengu ja massi suhte erinevuse alusel Ioonide spekter on ainele iseloomulik Keskkonnaanalüüside puhul on massispektromeeter reeglina detektori rollis

HEITVESI

Parameetrid, mis vee analüüsil huvi pakuvad ● ● ● p. H, happelisus ja aluselisus Lahustunud hapnik Hapniku vajadus Tahked ained Toitained Õli ja rasv Tsüaniid Patogeensed mikroorganismid Kloor Metallid Toksilised orgaanilised ühendid

p. H, happelisus ja aluselisus I ● p. H on lahuse happelisuse või aluselisuse mõõt ● Lisanditeta vesi on neutraalne (p. H=7) ● Happed lisavad vees lahustudes H+ ioone ● Alused lisavad OH- ioone ● ● ● p. H skaala on 0 – 14, skaala on logaritmiline: p. H muutus 1 ühiku võrra tähendab 10 -kordset muutust H+-ioonide kontsentratsioonis Seos H+-ioonide kontsentratsiooni ja happe koguhulga vahel on lihtne ainult tugevate hapete puhul (analoogia laieneb ka alustele) Nõrkade hapete puhul tuleb kasutada alusega tiitrimist

p. H, happelisus ja aluselisus II ● Tähtsus: ● enamus elavaid asju eelistab neutraalset keskkonda. ● ● Aluselises või happelises keskkonnas paljud ensüümid ja valgud denatureeruvad. Vee neutraalsus pole oluline mitte ainult puhta vaid ka heitvee puhul – vastasel korral võivad vee puhastamiseks mõeldud bioloogilised protsessid saada inhibeeritud.

p. H, happelisus ja aluselisus III ● ● ● ● Happelisus. Lahuse happelisuse kasvades suureneb ka korrosiivsus. Samuti võib eralduda toksiline H 2 S, mis on põhjustanud mitmete inimeste surma. Happelise p. H puhul võib suureneda metallide lahustumine pinnasest ja setetest. Aluselisus. Näitab vee resistentsust hapestamisele (näiteks happevihmade puhul). Heitvee töötlemisel põhjustavad mitmed protsessid vees hapete tekkimist. Kui seal ei ole piisavalt leelist võivad töötlusprotsessid pidurduda. Mõnikord lisatakse heitveele aluselisi ühendeid juurde. Mõõtmine: Indikaatorlahused, Indikaatorpaberid, p. H-meetrid Tiitrimine

Lahustunud hapnik (L. H. ) I ● ● ● Nagu tahked ja vedelad ained, võivad ka gaasid vees lahustuda. Erinevate gaaside lahustuvus vees võib olla väga erinev. Hapnik ei ole vees väga lahustuv. Toatemperatuuril sisaldab O 2 küllastunud vesi umbes 9 mg/L hapnikku. Kõrgemad rõhud ja madalamad temperatuurid suurendavad lahustuvust, ja vastupidi. Tähtsus ● Lahustunud hapnik võimaldab kaladel hingata. ● Paljudel mikroobsetel organismidel on seda samuti vaja. ● O 2 madal lahustuvus tähendab, et ei ole vaja palju O 2 tarbivat materiali, et veest O 2 ära kulutada. ● Bakterid, mis O 2 ei vaja on tavaliselt halvastilõhnavad ja mürgised. ● Piisav hulk lahustunud O 2 on vajalik ka heitvete normaalseks käitlemiseks.

Lahustunud hapnik (L. H. ) II Määramine ● ● ● Kasutatakse Winkleri tiitrimist Kõigepealt “fikseeritakse” lahustunud hapniku kogus mangaanoksiidiga (oranži värvi). Tekkinud kompleks lahustatakse seejärel väävelhappega iodiidiooni juuresolekul (viimane redutseerub vabaks ioodiks mangaani oksüdeerumise tulemusena). Tekkinud iood tiitritakse naatriumtiosulfaadi standardi abil. Kulunud naatriumtiosulfaadi koguse järgi arvutatakse algne lahustunud hapniku kogus. Lahustunud hapniku saab mõõta ka “L. H. -meetrite” abil – analoogne p. H-meetrile.

Hapniku vajadus I ● ● ● ● Biokeemiline hapniku vajadus (BHV): iseloomustab biodegradable orgaanilise aine kontsentratsiooni (mg/L) vees. Aeganõudev (5 päeva) Keemiline hapniku vajadus (KHV), kiire (2 tundi) Summaarne orgaaniline süsinik (SOS) (mõni minut) – nõuab kalli ja spetsiifilise aparatuuri olemasolu. Palju kasutatakse KHV-d Tähtsus Hapniku lõppemine veest on vaadeldav vee reostumise ühe tähtsaima efektina. BHV määramine on seega oluline vee töötlemise strateegiate väljatöötamiseks Protsessi aeganõudvuse tõttu kasutatakse sageli KHV or SOS määramist.

Hapniku vajadus II BHV määramine ● ● ● Õhutiheda korgiga suletav pudel täidetakse ääreni veega. Vesi peab olema ligilähedaselt neutraalne (p. H 7) ja vaba toksilistest materialidest. Pärast esmast L. H. mõõtmist pudel suletakse ja hoitakse 5 päeva pimedas temperatuuril 20°C. ● Seejärel analüüsi korratakse. ● Kahe mõõtmise L. H. -de erinevus ongi BVH. ● Pudeleid hoitakse pimedas, kuna potentsiaalselt vees sisalduvad vetikalised toodavad valguse mõjul hapnikku.

Hapniku vajadus III ● ● ● ● KHV määramine Proovi kuumutatakse happelises kromaadi lahuses, mis oksüdeerib orgaanikat keemiliselt. Järelejäänud kromaat (mõõdetakse tiitrimise teel) või tekkinud taandatud kroom (mõõdetakse spektrofotomeetriliselt) arvutatakse ümber hapniku vajaduseks. Biodegradatsioon, toksiinid ja bakterid ei ole antud mõõtmise puhul segavad. Saadud väärtus on suurem kui vastav BHV. SOS määramine Orgaaniline süsinik oksüdeeritakse põletamise või keemilise oksüdatsiooni teel CO 2 -ks. Tekkinud gaas mõõdetakse IR-spektromeetri abil või lahustatakse vees ja mõõdetakse p. H muutus (CO 2 on happeline). Nii KHV kui SOS on korreleeritav BHV väärtusega veeproovis, kuid kõik veeproovid on erinevad. Koduse heitvee puhul on KHV umbes 2. 5 BHV.

Tahked ained I ● ● ● ● ● Tahke aine võib vees sisalduda “lahustunud” kujul või suspensioonina. “Lahustunud” tähendab, et aine individuaalsed molekulid on segunenud vee molekulidega. Praktikas tähendab see seda, et nad mahuvad läbi 1 μm pooridega klaasfiltri. Tahked ained, mis jäävad filtri peale on klassifitseeritud kui suspenseerunud tahke aine. Tahked ained, mis sadenevad 1 tunni jooksul anuma põhjale defineeritakse kui sade. Tahked ained võivad olla “fikseeritud” või “lenduvad”. Fikseeritud tahkeks aineks on peamiselt tahke aine põletamisel saadav tuhk. Lenduvad tahked ained lähevad põlemisprotseduuri käigus kaotsi. Nende kahe summa annab summaarse tahke jäägi. Lenduvat tahket ainet kasutatakse sageli vees sisalduva orgaanilise aine ligikaudseks määramiseks.

Tahked ained II Tähtsus ● Tahke aine heitvees võib põhjustada setete teket ● Lenduvad tahked ained võivad mõjutada vee hapniku tarvidust Mõõtmine ● Summaarne tahke aine määratakse kuivatades kindel kogus proovi eelkaalutud portselannõus umbes 105°C juures, jahutades kuivas keskkonnas (eksikaatoris) ja kaaludes analüütilistel kaaludel. ● Seejärel põletatakse tahke aine umbes 500°C juures, jahutatakse ja kaalutakse ning määratakse fikseeritud ja lenduva tahke aine kogused. ● Summaarset tahke aine kogust võib hinnata ka optiliselt mõõtes lahuse turbiidsust (turbidity). ● Turbiidsuse määramiseks pannakse aine klaastorusse, millest suunatakse läbi valguskiir. ● Valitud nurga all hajunud valgus mõõdetakse fotomeetriliselt. ● Lahustunud tahke aine kogust võib hinnata konduktomeetriliselt. Puhas vesi ei juhi elektrit. Lahustunud aine aga võin tekitada ioone, mis juhivad voolu. ● NB! Paljud orgaanilised ühendid ei anna lahustumisel ioone. Nt. suhkur.

Tahked ained III ● Tööstuslik tahkete ainete eraldamine heitveest

Toitained I ● ● ● Lämmastiku- ja fosforiühendid, aga ka raua-, magneesiumi- ja kaaliumiühendid on vajalikud toitained bakterite ja taimede kasvuks. Lämmastik esineb enamasti NO 3 -, NO 2 -, NH 3 või orgaanilise lämmastiku kujul (lämmastik on osa orgaanilisest ühendist, nt. aminohappest, valgust vms. ) Fosfor on bioloogiliselt tähtis fosfaadina (PO 43 -). Esineb ka püro- ja polüfosfaatidena või orgaanilise fosforina, mis võivad esineda vees lahustununa või tahke ainena. Kõikide vormide summa annab summaarse fosfori.

Toitained II Tähtsus ● Liia korral võivad põhjustada vetikate või vesitaimede liigkasvu. ● Defitsiidi korral limiteerivad taimede kasvu. Heitvee töötlemisel võib defitsiit limiteerida töötlusprotsesse.

Toitained III ● ● ● Mõõtmine Ammoniaaki ja nitritit saab mõõta kolorimeetriliselt (eelnevalt destilleeritakse aluselisest lahusest, et eemaldada segavaid komponente). Orgaaniliselt seotud redutseeritud lämmastikku saab mõõta sama meetodiga peale Kjeldahli meetodi kasutamist. Viimase käigus viiakse orgaaniliste ühendite koostises olev lämmastik ammoniaagi kujule. Kahe meetodi ühendust nimetatakse “totaalseks Kjeldahli lämmastikuks” ja kasutatakse näiteks ka valkude kontsentratsiooni määramiseks loomatoidus). Nitraat redutseeritakse kaadmiumi abil nitritiks ja määratakse analoogiliselt. Nii ammoniaaki (ammooniumioonina), nitriti kui nitraati võib määrata ka vedelikkromatograafiliselt. Fosfaate saab määrata ioonkromatograafiliselt. Ortofosfaati saab määrata kolorimeetriliselt. Summaarse fosfaadi määramiseks saab kasutada eelnevat “märga tuhastamist” ja seejärel mõõta ortofosfaatide sisaldus.

Kloori sisaldus I ● ● ● Vees lahustunud kloriid on enamasti hüpokloorhappe (HOCl) või vesinikkloriidhappe (HCl) kujul. HOCl dissotsieerub teatud määrani. Piisava aluselisuse puhul on vees peamiselt HOCl ja hüpokloriidioonid. HOCl ja Na. OCl kasutatakse vee desinfitseerimiseks. Kloor reageerib vees ammooniumiga ja moodustab klooramiine Summaarne kloor: vabade kloriidide ja orgaaniliste ainete koostises olevate kloriidiühendite summa.

Kloori sisaldus II. Tähtsus ● ● Kloor on enimkasutatav desinfitseerija nii joogivee kui ka heitvee jaoks Populaarsus on vähenenud tänu mürgistele ja kartsinogeensetele kõrvalproduktidele, mis võivad tekkida kloori reageerimisel vees leiduva orgaanikaga. Puhas kloriid (Cl 2, mitte Cl-) on mürgine ja ohtlik ka säilitamise ja transportimise seisukohalt. Mõned veetöötlusjaamad on võtnud kasutusele hüpokloriti kui vähemohtliku reagendi, teised on hakanud kasutama osooni.

Kloori sisaldus III Mõõtmine ● ● Kloori mõõtmiseks on mitmeid analüüsimeetodeid, mõned neist on võimelised eraldama kloori eri vorme. Laialt on kasutusel mitmesugused tiitrimismeetodid, kaasaarvatud amperomeetriline tiitrimine. ● Ioonselektiivsed elektroodid ● Kromatograafilised meetodid

Õli ja rasv II Materialid, mida saab veest ekstraheerida kasutades orgaanilisi ühendeid. Nende hulka kuuluvad bioloogilise (taimeõli, loomarasv), mineraalse (naftaproduktid) kui ka sünteetilise päritoluga orgaanilised ühendid. Bioloogilised rasvad toiduainetetööstusest või restoranidest võivad ummistada süsteeme Naftaproduktid on mürgised, põletusohtlikud ning võivad häirida mikroorganismide biodegradatsiooni vees.

Õli ja rasv III ● ● ● ● Mõõtmine Peamiseks meetodiks on vedelik-vedelik ekstraktsioon. Orgaanilise solvendina kasutatakse kloorfluorsüsinikku (CFC 113), heksaan CFC-113 lõhub stratosfääri osoonikihti ja annab tulevikus ruumi heksaani kasutusele. Tavaliselt proov hapestatakse, segatakse mitme koguse orgaanilise solvendiga, orgaaniliste solventide kogused valatakse kokku ja aurustatakse. Jääk kaalutakse. Kui kasutatav solvent on CFC, siis ei ole tarvis solventi aurustada, vaid seda võib analüüsida IR-spektromeetriga. Kui eesmärgiks on ainult naftaproduktide analüüs, siis absorbeeritakse polaarsemad bioloogilise päritoluga rasvad silikageelile. Kasutatakse ka tahke faasi ekstraktsiooni (uuem meetod)

Metallid I ● ● ● Metallid on elemendid, mis keemilises reaktsioonis annavad ära elektrone. Tahkete ainetena on nad head elektrijuhid ning valguse peegeldajad. Ühendites on nad sageli positiivse laenguga ja kalduvad ühinema mittemetallidega. Mõned metallidest (Fe, Mg) on olulise rolliga bioloogiliselt aktiivsetes ühendites (n. ensüümides). Teised metallid nagu Hg ja Cd, Sn on mürgised, kuna nad häirivad bioloogiliste ühendite normaalset funktsioneerimist. USA Keskkonnakaitse regulatsiooni järgi liigitatakse üheksa tööstuslikult kasutusel olevat metalli primaarseteks saasteaineteks: As, Cd, Cr, Cu, Pb, Hg, Ni, Ag, Zn

Metallid II Määramine ● ● ● Metallide määramiseks vees on arvukalt kolorimeetrilisi meetodeid. Paljud neist töötavad hästi joogivee puhul, kuid ei sobi näiteks heitvee analüüsiks. Üks populaarsemaid meetodeid on aatomspektroskoopia Samuti on kasutusel elektrokeemilised meetodid nagu polarograafia ja anoodne kooriv voltameetria. Need meetodid on üsna tundlikud, kuid keerulised (seetõttu ei kasutata neid reeglina rutiinanalüüsis).

Tsüaniid ● ● CN-, kasutusel kaevandus- ja metallitööstuses, tavaliselt Na. CN või KCN-na. Tsüaniidil on omadus siduda metalle ja moodustada veeslahustuvaid soolasid Sama omadus teeb tsüaniidid elusorganismidele väga mürgiseks, kuna see takistab bioloogiliselt tähtsate metalle sisaldavate molekulide normaalset tegevust. Madalates kontsentratsioonides on tsüaniidid teatud bakterite poolt biodegradeeritavad. Määramine ● ● Tundlikud kolorimeetrilised/spektromeetrilised meetodid Ioonkromatograafia

Mürgised orgaanilised ühendid ● ● ● Erinevatel keskkonnaagentuuridel on erinevad nimekirjad Kergestilenduvad orgaanilised ühendid (paljud neist sisaldavad kloori), millede hulka kuuluvad ka naftas leiduvad süsivesikud Poollenduvad orgaanilised ained: lahustid, polütsüklilised aromaatsed süsivesikud (PAHs), pestitsiidid, polükloorbifenüülid (PCBs) Mõõtmine ● Rutiinseks mõõtmismeetodiks on gaasikromatograafia (sageli ühendatuna massispektromeetriaga). ● Kasutatakse ka kõrgsurve vedelikkromatograafiat ● Immuunosüsteemid (ELISA – enzyme-linked immunosorbent assay)

Patogeensed mikroorganismid I ● ● Vesi võib sisaldada mitmesuguseid haigusi tekitavaid mikroobe, nende hulgas viirused, bakterid, seened, ussid. Paljusid mikroorganisme saab uurida otse mikroskoobi all (mõningaid pärast kontsentreerimist) Peamine analüüsimeetod on indikaatororganismide kasutamine – organismid, mida on kerge detekteerida ja mis viitavad ohtlikumate organismide juuresolekule. Patogeensete mikroorganismide võimalikku esinemist vees hinnatakse indikaatormikroobide, mis kindlalt näitavad vee fekaalset reostust, sisalduse järgi.

Patogeensed mikroorganismid II Indikaatormikroobi tunnused: ● ● - peavad alati arvukalt esinema inimese ja soojavereliste loomade roojas; - peavad olema avastatavad lihtsate laboratoorsete meetoditega; - ei tohi paljuneda looduslikus vees ega püsida seal kauem kui patogeensed mikroorganismid; - patogeenidega võrdne või suurem vastupidavus desoainetele.

Patogeensed mikroorganismid III Määramine Mitmekordne katseklaasi fermentatsioon – teatud arvu katseklaasidesse pannakse koos spetsiaalse kasvukeskkonnaga erinev hulk proovi ja inkubeeritakse etteantud temperatuuril ja etteantud aja jooksul. Värvireaktsioon, fluorestsents või gaasi eraldumine on indikaatoriks, et proov sisaldab otsitavasse gruppi kuuluvat bakterit. Erinevate proovi kogustega saadud katseid võrreldakse olemasolevate andmebaasidega. Positiivseid tulemusi andnud proove analüüsitakse täiendavalt.

Patogeensed mikroorganismid IV Teine määramismeetod ➢Kindel ruumala uuritavat proovi filtreeritakse läbi tselluloosatsetaatfiltri. ➢Filtri poorid on piisavalt väikesed, et baktereid mitte läbi lasta. ➢Seejärel paigutatakse filter steriilsesse toitekeskkonda (näiteks agari geelile) ja nõu suletakse õhukindlalt. ➢Anumat inkubeeritakse etteantud aja jooksul soovitud temperatuuril. ➢Keskkonnas sisaldub värviindikaator, mis identifitseerib huvipakkuva bakteri. ➢Iga algproovis sisalduv bakter põhjustab koloonia tekke pärast inkubatsiooniperioodi. ➢Kolooniad on sedavõrd suured, et neid võib näha ka ilma võimsate mikroskoopideta. ➢Bakteri kontsentratsioon määratakse kolooniate arvu järgi. ➢Erinevatel bakteritel on erinevad kasvukeskkonnad. ●