Ympäristö- ja yhdyskuntavesien monitorointi Saimaan vesistöalueella

Diplomityössä tutkittiin kromatografian, elektroforeesin ja spektrometrian käyttöä ympäristövesianalytiikassa. Kokeellisessa osassa analysoitiin Saimaan Vesi- ja Ympäristötutkimus Oy:n keräämistä kaatopaikka-, jätevesi-, pohjavesi-, vesistö-, uimahalli-, yksityiskaivo-, poreallas- ja suovesinäytteistä epäorgaaniset anionit (F-, Cl-, Br-, NO3-, NO2- SO42-ja PO42-) sekä ionikromatografilla että kapillaarielektroforeesilla. Näytteet on kerätty Saimaan alueen ympäristökunnista. Kapillaarielektroforeesilla analysoitiin lisäksi tiosulfaatti. Liekkiatomiabsorptio-spektrometrilla analysoitiin Cu, Fe, Na ja Al. Natriumia löytyi jokaisesta vesinäytteestä. Pohjavesistä ei löytynyt rautaa eikä alumiinia ja kuparipitoisuudet olivat alle määritysrajan. Vesistövesistä kahdessa näytteessä oli alle määritysrajan olevia rautapitoisuuksia. Muissa näytteissä ei rautaa ollut. Suovesistä kuparia löytyi hyvin pieniä määriä ja yhdestä näytteestä alumiinia alle määritysrajan. Kaatopaikkavesissä kuparipitoisuudet sekä kolmessa näytteessä alumiinipitoisuudet olivat alle määritysrajan. Jätevesistä oletettiin löytyvän suuria määriä typpispesieksiä ja fosforia. Niitä kuitenkin esiintyi isoissa pitoisuuksissa vain suovesinäytteissä. Jätevesinäytteet sisälsivät bromidia, nitraattia ja fluoridia jopa yli 140 mg/l. Kapillaarielektroforeesilla ja ionikromatografilla mitatut anionipitoisuudet korreloivat hyvin toisiaan. Kontaminoituja vesiä löytyi pohja-, kaatopaikka-, jäte- ja vesistövesistä sekä uima-altaan terapiaaltaan vedestä.

Electrometric investigations on the formation of cerium(III) tungstates as a function of PH

The course of reaction between cerium(III) nitrate and different sodium tungstates (Na2WO4, Na10W12O41 and Na6W12O39) has been followed by means of pH and conductometric titrations between the reactants at different pH levels, in aqueous and alcoholic media, with each of the reagents alternatively used as titrant. The electrometric experiments provide definite evidence of the formation of normal-Ce2O3.3WO3 and para- 5Ce2O3.36WO3 tungstates of cerium in the vicinity of pH 6.2 and 5.3. The formation of normal tungstate is almost quantitative and the pH titrations offer a simple means for determination of cerium(III) or tungstate solutions at suitable concentrations and pH range.

Voimalaitos- ja jätevesitutkimus

Tässä työssä tutkittiin Stora Enso Oyj:n Heinolan Flutingtehtaan voimalaitos- ja jätevesien seuranta-analyysimenetelmien kehittämistä. Käytössä olevia menetelmiä vertailtiin vaihtoehtoisiin uusiin menetelmiin, jotka perustuvat erotustekniikoihin ja automaatioon. Flutingtehtaalla nykyisin käytössä olevat analyysimenetelmät perustuvat suurelta osin standardimäärityksiin, joissa käytetään pääasiassa titrausta. Määritykset vievät paljon aikaa, koska titraukset toteutetaan manuaalisesti. Titrausten päätepisteet tulkitaan esim. indikaattorin värinmuutoksella ja saostamalla, joten määritysten tarkkuus vaihtelee. Kokeellisessa osassa Flutingtehtaan puhtaista voimalaitosvesistä yhdistetty sekoitenäyte analysoitiin kahdella ionikromatografilla, liekkiatomiabsorptiospektrometrillä ja kapillaarielektroforeesilla. Yksittäisiä näytteitä ei tutkittu. Lisäksi vesilaboratoriossa määritettävistä jätevesistä yhdistettiin sekoitenäyte, joka analysoitiin kapillaarielektroforeesilla. Samat sekoitenäytteet analysoitiin myös nykyisillä menetelmillä tehtaan vesilaboratoriossa. Tulokset osoittivat, että kokeellisessa osassa tutkitut menetelmät soveltuvat sekoitenäytteen perusteella hyvin vesilaboratoriossa käytössä oleviin kuukausianalyyseihin. Automaattisella näytteensyötöllä varustettuna kaikki kolme kokeellisessa osassa tutkittua menetelmää ovat yksikertaisia käyttää ja ne nopeuttavat analyysejä. Päivittäisiä titrausanalyysejä voidaan tehostaa ja nopeuttaa automaation avulla. Erotustekniikoilla esimerkiksi typpi voidaan määrittää kokonaistyppenä, mutta myös komponentteinaan eli ammoniakkina, nitraattina ja nitriittinä. Lisäksi samalla erotuksella voidaan määrittää useita alkali- ja maa-alkalimetalleja sekä raskas-metalleja toistomittauksilla. Menetelmän käyttöalue on laajempi erotustekniikoilla kuin perinteisillä liuoskemian mittauksilla. Erotustekniikoilla tunnistetaan helposti määritysten oikeellisuus detektointimahdollisuuksien monipuolisuuden vuoksi.

Electrometric studies on formation of cerium vanadates as a function of pH

The precise nature of the reaction between nitric acid and sodium ortho-vanadate solutions has been studied by means of electrometric techniques involving potentiometric and conductometric titrations. The well defined inflections and breaks in the titration curves confirm the existence of the anions, pyro-V2O7(4-), meta-VO3- and poly-H2V10O28(4-) corresponding to the ratios of VO4(3-):H+ as 1:1, 1:2 and 1:2.6 in the neighborhood of pH 10.5, 7.4 and 3.6, respectively. The interaction of cerium(III) nitrate with sodium vanadate solutions, at specific pH levels 12.4, 10.5, 7.4 and 3.6 was also studied by potentiometric and conductometric titrations between the reactants. The end-points obtained from the sharp inflections in the titration curves provide definite evidence for the formation and precipitation of cerium ortho-Ce2O3.V2O5, pyro-2Ce2O3.3V2O5 and meta-Ce2O3.3V2O5 vanadates in the neighborhood of pH 7.4, 6.2 and 4.8, respectively. Analytical investigations on the precipitates formed confirm the results of the electrometric study.

Argentimetric assay of ranitidine in bulk drug and in dosage forms

Two simple, rapid and cost-effective methods based on titrimetric and spectrophotometric techniques are described for the assay of RNH in bulk drug and in dosage forms using silver nitrate, mercury(II)thiocyanate and iron(III)nitrate as reagents. In titrimetry, an aqueous solution of RNH is treated with measured excess of silver nitrate in HNO3 medium, followed by determination of unreacted silver nitrate by Volhard method using iron(III) alum indicator. Spectrophotometric method involve the addition a known excess of mercury(II)thiocyanate and iron(III)nitrate to RNH, followed by the measurement of the absorbance of iron(III)thiocyante complex at 470 nm. Titrimetric method is applicable over 4-30 mg range and the reaction stoichiometry is found to be 1:1 (RNH: AgNO3). In the spectrophotometric method, the absorbance is found to increase linearly with concentration of RNH which is corroborated by the correlation coefficient of 0.9959. The system obey Beer's law for 5-70 µg mL-1. The calculated apparent molar absorptivity and sandell sensitivity values are found to be 3.27 ´ 10³ L mol-1 cm-1, 0.107 µg cm-2 respectively. The limits of detection and quantification are also reported for the spectrophotometric method. Intra-day and inter-day precision and accuracy of the methods were evaluated as per ICH guidelines. The methods were successfully applied to the assay of RNH in formulations and the results were compared with those of a reference method by applying Student's t and F-tests. No interference was observed from common pharmaceutical excipients. The accuracy of the methods was further ascertained by performing recovery tests by standard addition method.

Potentiometric and conductometric studies on the system acid-isopolytungstate and the formation of lanthanum tungstates

The stoichiometry of the polyanions formed by the action of nitric acid on sodium tungstate (< 0.01M) has been studied by means of electrometric techniques involving pH-potentiometric and conductometric titrations. The well defined inflections and breaks in the titration curves provide evidence for the existence of the polyanions, para-W12O41(10-) and meta-W12O39(6-) corresponding to the ratio of H+:WO4(2-) as 7:6 and 9:6 in the pH ranges 5.7-6.0 and 3.6-4.1, respectively. The interaction of lanthanum nitrate with sodium tungstate solutions, at specific pH levels 8.0, 5.9 and 4.0 was also studied by pH and conductometric titrations, in aqueous and alcoholic media, with each of the reagents alternatively used as titrant. The electrometric experiments provide definite evidence of the formation of normal-La2O3.3WO3, para-5La2O3.36WO3 and meta-La2O3.12WO3 tungstates in the vicinity of pH 6.3, 5.0 and 4.2, respectively. Analytical investigations on the precipitates formed confirm the results of the electrometric study.

Photo-Fenton process for treating biological laboratory wastewater containing formaldehyde

Laboratories consume great amounts of hazardous chemicals substances and consequently generate wastewater containing them, for example formaldehyde. This substance is widely utilized to preserve biological samples generating many liters of this residue every year. The present work proposes the use of the photo-Fenton process to treat formaldehyde wastewater using sunlight irradiation. Some aspects were investigated such as the iron source, sample and hydrogen peroxide concentration and also the use of stirred systems. The use of ferrioxalate (0.5 mmol L-1) improved the efficiency of the process in relation to the use of iron nitrate, while at least 1.0 mol L-1 H2O2 is necessary to treat the sample of the 500 mg C L-1. Under these conditions, every formaldehyde detectable was degradeted and 89% of the dissolved organic carbon was removed in two hours of exposure to sunlight. These results are satisfaction considerate for São Paulo State Environmental Agency.

Potentiometric and conductimetric studies of chemical equilibria for pyridoxine hydrochloride in aqueous solutions: simple experimental determination of pKa values and analytical applications to pharmaceutical analysis

The combination of two low-cost classical procedures based on titrimetric techniques is presented for the determination of pyridoxine hydrochloride in pharmaceuticals samples. Initially some experiments were carried out aiming to determine both pKa1 and pKa2 values, being those compared to values of literature and theoretical procedures. Commercial samples containing pyridoxine hydrochloride were electrochemically analysed by exploiting their acid-base and precipitation reactions. Potentiometric titrations accomplished the reaction between the ionizable hydrogens present in pyridoxine hydrochloride, being NaOH used as titrant; while the conductimetric method was based on the chemical precipitation between the chloride of pyridoxine hydrochloride molecule and Ag+ ions from de silver nitrate, changing the conductivity of the solution. Both methods were applied to the same commercial samples leading to concordant results when compared by statistical tests (95 and 98% confidence levels). Recoveries ranging from 99.0 to 108.1% were observed, showing no significant interference on the results.

Conductometric determination of propranolol hydrochloride in pharmaceuticals

In this paper the conductometric titration of propranolol hydrochloride in pharmaceutical formulations using silver nitrate as titrant is proposed. The method was based on the formation of an insoluble salt (AgCl(s)) between the chloride of propranolol hydrochloride molecule and Ag(I) ions of the titrant AgNO3. The effect of the PROP-AgNO3 concentrations and the interval of time between the successive additions of the titrant on the shape of the titration curve were studied. The obtained recoveries for four samples ranged from 96.8 to 105%. The proposed method was successfully applied in the determination of propranolol hydrochloride in several pharmaceutical formulations, with results in close agreement at a 95 % confidence level with those obtained using official spectrophotometric method.

Jatkuvatoiminen ioninvaihto ja kompleksoituvien metallien sorptio kloridiympäristössä

Työn tarkoituksena oli tutkia kompleksoituvien metallien erotusta kloridiliuoksesta ioninvaihdolla. Kirjallisessa osassa perehdyttiin metallikompleksien muodostumiseen, ja erityisesti hopean, kalsiumin, magnesiumin, lyijyn ja sinkin muodostamiin komplekseihin kloridin ja nitraatin kanssa. Kirjallisessa osassa käsiteltiin myös metallien erottamista kiintopetikolonneissa jatkuvatoimisilla ioninvaihtomenetelmillä. Tässä työssä jatkuvatoimisen ioninvaihdon prosessivaihtoehdot jaoteltiin pyöriviin ja paikallaan pysyviin kolonneihin, sekä tarkasteltiin eri prosessivaihtoehtoja kolonnien kytkentöjen suhteen. Työn kokeellisessa osassa tutkittiin kahdenarvoisten metallien erottamista yhdenarvoisista metalleista sekä luotiin koedataa vastaavanlaisen erotusprosessin simulointiin. Kokeissa käytettiin anioninvaihtohartsia ja kelatoivaa selektiivistä ioninvaihtohartsia. Kahdenarvoisen kalsiumin, magnesiumin, lyijyn ja sinkin adsorptiota hartseihin tutkittiin tasapaino-, kinetiikka- ja kolonnikokeilla. Anioninvaihtohartsilla tehtyjen tasapaino- ja kolonnikokeiden tulokset osoittivat, että hartsi adsorboi tehokkaasti sinkkiä kloridiliuoksista, koska sinkki muodostaa stabiileja anionisia klorokomplekseja. Muiden tutkittujen kahdenarvoisten metallien adsorptio hartsiin oli huomattavasti vähäisempää. Tulosten perusteella tutkittu anioninvaihtohartsi on hyvä vaihtoehto sinkin erottamiseen muista tutkituista kahdenarvoisista metalleista kloridiympäristössä. Kelatoivalla hartsilla tehdyt tasapaino- ja kolonnikokeet osoittivat, että hartsi adsorboi kloridiliuoksista hyvin kahdenarvoista kalsiumia, magnesiumia, lyijyä ja sinkkiä, mutta ei adsorboi yhdenarvoista hopeaa. Tulosten perusteella kahdenarvoisten metallien erottaminen yhdenarvoisista metalleista voidaan toteuttaa kokeissa käytetyllä kelatoivalla ioninvaihtohartsilla.

Harvinaisten metallien talteenotto epäorgaanisista jätevirroista

Taloudellisesti tärkeiden metallien varannot ja tuotanto eivät ole jakautuneet tasaisesti. Maantieteelliset alueet, joilla ei ole omia varantoja ovat riippuvaisia muualta tuoduista raaka-aineista. Euroopan komissio ja USA:n energiaministeriö ovat luokitelleet tietyt metallit kriittisiksi niiden taloudellisen merkittävyyden ja saatavuuteen liittyvien epävarmuustekijöiden johdosta. Tällaisten metallien saatavuutta voitaisiin mahdollisesti parantaa lisäämällä niiden talteenottoa jätteistä. Tutkimuksessa kartoitettiin Euroopan komission kriittiseksi luokittelemien metallien pitoisuuksia eräissä jätevirroissa. Kartoitetut jätteet olivat teollisissa poltto-prosesseissa syntyneitä polttojätteitä, prosessiteollisuuden jätesakkoja ja sähkö- ja elektroniikkajätteitä. Kartoituksen perusteella valittiin lupaavimmat jätteet ja suoritettiin niille talteenottokokeita. Talteenottokokeita suoritettiin kolmelle jätteelle. Yhdestä jätesakasta liuotettiin indiumia rikki- ja suolahapoilla. Kahden eri polttojätteen seoksesta liuotettiin galliumia rikkihapolla. Käytettyjen loisteputkien käsittelyprosessista peräisin olleesta sakasta liuotettiin maametalleja rikki- ja suolahapoilla sekä rikki- ja typpihapon seoksella. Indium liukeni heikosti (korkeintaan 25 %) huoneenlämmössä rikkihapolla. Suolahapolla se liukeni paremmin (68 %). Polttojätteen liuotuskokeissa galliumin talteenottoasteen todettiin riippuvan käytetyn liuottimen määrästä. Loisteputkijätesakasta liukeni yttriumia ja europiumia kaikilla käytetyillä happoliuoksilla noin 70–100 %. Käytetyillä happokonsentraatioilla ei havaittu suuria eroja yttriumin ja europiumin liukoisuuksissa. Näitä metalleja voitaisiin mahdollisesti ottaa talteen tämän tyyppisestä sakasta liuottamalla ne happoliuoksella ja saostamalla oksalaattina. Tarvittaessa liuokset voitaisiin puhdistaa tai metallit erottaa toisistaan neste–nesteuutolla, joka on tärkein maametallien tuotantoon käytetty hydrometallurginen menetelmä.

Sensibility analysis of the pearl model for pesticide leaching in the State of Mato Grosso do Sul, Brazil

For an accurate use of pesticide leaching models it is necessary to assess the sensitivity of input parameters. The aim of this work was to carry out sensitivity analysis of the pesticide leaching model PEARL for contrasting soil types of Dourados river watershed in the state of Mato Grosso do Sul, Brazil. Sensitivity analysis was done by carrying out many simulations with different input parameters and calculating their influence on the output values. The approach used was called one-at-a-time sensitivity analysis, which consists in varying independently input parameters one at a time and keeping all others constant with the standard scenario. Sensitivity analysis was automated using SESAN tool that was linked to the PEARL model. Results have shown that only soil characteristics influenced the simulated water flux resulting in none variation of this variable for scenarios with different pesticides and same soil. All input parameters that showed the greatest sensitivity with regard to leached pesticide are related to soil and pesticide properties. Sensitivity of all input parameters was scenario dependent, confirming the need of using more than one standard scenario for sensitivity analysis of pesticide leaching models.

Mapping of use and occupation of the soil and irrigation water quality in the city of Salto do Lontra-Paraná, Brazil

The objective of this study consisted on mapping the use and soil occupation and evaluation of the quality of irrigation water used in Salto do Lontra, in the state of Paraná, Brazil. Images of the satellite SPOT-5 were used to perform the supervised classification of the Maximum Likelihood algorithm - MAXVER, and the water quality parameters analyzed were pH, EC, HCO3-, Cl-, PO4(3-), NO3-, turbidity, temperature and thermotolerant coliforms in two distinct rainfall periods. The water quality data were subjected to statistical analysis by the techniques of PCA and FA, to identify the most relevant variables in assessing the quality of irrigation water. The characterization of soil use and occupation by the classifier MAXVER allowed the identification of the following classes: crops, bare soil/stubble, forests and urban area. The PCA technique applied to irrigation water quality data explained 53.27% of the variation in water quality among the sampled points. Nitrate, thermotolerant coliforms, temperature, electrical conductivity and bicarbonate were the parameters that best explained the spatial variation of water quality.

Application of response surface methodology to study the biological removal of nitrogen from effluent of cattle slaughterhouse in a sequencing batch reactor

The aim of this study was to evaluate the efficiency of a sequencing batch reactor (SBR) on biological removal of nitrogen from cattle slaughterhouse wastewater by nitrification/denitrification processes. The effects of initial concentration of ammoniacal nitrogen were investigated at 100; 150 and 200 mg L-1 and air flow rate at 0.125; 0.375 and 0.625 L min¹ Lreactor-1 on the nitrogen compounds removal, by a Central Composite Rotational Design (CCRD) configuration. There were variations from 9.2 to 94.9%, 4.0 to 19.6% and 20.8 to 92.0% in the conversion of ammoniacal nitrogen to nitrate and nitrite concentration and removal of total nitrogen, respectively. The increase of air flow rate and decrease of the initial concentration of ammoniacal nitrogen resulted in higher efficiencies of total nitrogen removal, as well as the conversion of ammoniacal nitrogen to nitrate. During the pre-established intervals of this study, the removal and conversion efficiencies of nitrogen compounds above 85% were achieved in air flow rate variations from 0.375 to 0.725 L min-1 Lreactor-1 and initial concentration of ammoniacal nitrogen from 80 to 200 mg L-1. On denitrification process, we obtained efficiencies from 91.5 to 96.9% on the removal of nitrite/nitrate and from 78.3 to 87.9% on the removal of organic matter.

Sweet grape mini tomato grown in culture substrates and effluent with nutrient complementation

The objective of this study was to evaluate production of Sweet Grape mini tomato (Lycopersicum esculentum Mill.) using culture substrates and nutrient solution sewage effluent, applied by drip irrigation (fertigation). The experiment was conducted at the University of Goiás State (UEG-UnUCET), from June to November 2011 in Anápolis-GO, Brazil. The experimental design was a 2 x 3 factorial arrangement in a randomized complete block design with four repetitions. The plots were made by combining two nutrient solutions, effluent supplemented with mineral fertilizers (EcS); conventional nutrient solution (SnC); in addition three cultivation substrates: 60% of fine sand washed + 40% substrate composed by 20% coconut fiber plus 80% pine bark (S1); 20% coconut fiber and 80% pine bark (S2) and natural coconut fiber (S3). Sewage effluent were determined nitrate, calcium, potassium, manganese, total phosphate, total iron, magnesium, chloride, sulphate, boron, zinc and molybdenum. We evaluated average mass and average number of fruits per bunch, total fruit and total yield per plant. Statistical difference absence among tested solutions indicates sewage effluent can be used as an alternative source of nutrients in growing mini tomatoes in hydroponics.