вода, как объект анализа - Колледж Транспортного Строительства

Министерство общего и профессионального образования Свердловской области
Государственное автономное образовательное учреждение
среднего профессионального образования Свердловской области
«ЕКАТЕРИНБУРГСКИЙ КОЛЛЕДЖ ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА»
620062, г. Екатеринбург, ул. Первомайская, д. 73, тел. (343) 374-04-01
ВОДА, КАК ОБЪЕКТ АНАЛИЗА
Номинация: «Учебно-методическая продукция»
Вид методической продукции: учебно-методическое пособие
Автор: Хурамшина Ирина Зинуровна
преподаватель ГАОУ СПО СО «ЕКТС»
e-mail:[email protected]
тел: +79045428959
Екатеринбург 2015
Аннотация
Пособие состоит из трех частей. В теоретической части пособия даны
общие сведения о воде, представлен химический состав природных вод,
рассмотрены основные источники загрязнения природных вод.
В практической части, представлены методики для определения таких
показателей воды, как сухой остаток, общая жесткость, суммарное содержание
аммиака и иона аммония, содержание общего железа, нитритов, нитратов,
сульфатов, и окисляемости (БПК и ХПК), выполняемые в соответствии с ГОСТ
на питьевую воду с использованием химических и физико-химических
методов анализа.
В
дидактической
части
пособия
предложены
задачи
для
самостоятельного решения.
В приложении к пособию приведен краткий перечень ПДК основных
загрязняющих веществ в водных объектах.
При составлении пособия систематизирован материал собственной
работы и работы коллег, работающих в данной области. В списке литературы
даны ссылки на соответствующих авторов.
Пособие предназначено для студентов 3 курса специальности 280711
«Рациональное использование природохозяйственных комплексов» при
подготовке к семинарским и лабораторным занятиям по разделу 2 МДК
«Методы определения загрязняющих веществ в природной среде». А также
рекомендуется для самостоятельной работы студентам заочной формы
обучения специальности 270813 «Водоснабжение и водоотведение».
Данное пособие находится в открытом доступе для студентов на сайте
колледжа. Путь доступа: www.ects.ru. → студентам → открытое образование
→ специальность 280711 Рациональное использование природохозяйственных
комплексов → Хурамшина И.З. «Вода, как объект анализа».
2
Содержание
Пояснительная записка .............................................................................................. 4
Часть I. Общие сведения о воде............................................................................... 5
1.1. Формирование химического состава природных вод ...................................... 5
1.2.Основные источники загрязнения природных вод ............................................ 7
Часть II. Анализ воды ............................................................................................. 14
2.1. Современные методы анализа природных вод ............................................... 14
2.1.1. Ионная хроматография ................................................................................... 14
2.1.2 Каппилярный электрофорез ............................................................................ 15
2.1.3. Атомная спектроскопия. ................................................................................. 16
2.2. Отбор и консервация проб воды. ...................................................................... 16
2.2.1. Отбор проб воды ............................................................................................. 16
2.2 2. Предварительная обработка, хранение и консервация проб
воды............................................................................................................................. 17
2.3. Определение органолептических показателей качества воды ...................... 19
2.4. Определение химических показателей качества воды ................................... 21
2.4.1.Определение водородного показателя (рН) .................................................. 21
2.4.2. Определение сухого остатка .......................................................................... 21
2.4.3. Определение общей жесткости ...................................................................... 22
2.4.4. Определение суммарного содержания аммиака и ионов
аммония ..................................................................................................................... 23
2.4.5. Определение содержания общего железа ..................................................... 25
2.4.6. Определение нитритов .................................................................................... 26
2.4.7. Определение нитратов .................................................................................... 27
2.4.8. Определение сульфатов .................................................................................. 28
2.4.9. Дихроматометрическое определение окисляемости воды ......................... 30
2.4.10. Определение биохимического потребления кислорода ............................ 31
2.4.11. Определение растворенного кислорода ...................................................... 33
Часть III. Задачи для самостоятельного решения .............................................. 36
Библиографический список .................................................................................... 44
Приложения ............................................................................................................... 45
3
Пояснительная записка
Современный человек живет в постоянно изменяющихся условиях
окружающей среды. Развитие промышленности, в том числе и химической,
увеличение добычи ископаемого сырья, расширение использования транспорта
сопровождается поступлением в окружающую среду больших количеств
различных загрязняющих веществ. Учитывая, что вода является источником
жизни человека, можно говорить о том, что здоровье в значительной степени
зависит от качества употребляемой воды. Вследствие неблагоприятного
антропогенного воздействия на сегодняшний день состояние водоемов таково,
что вода повсеместно становится экологически опасной для человека
Контроль за содержанием вредных веществ в объектах окружающей
среды регламентируется санитарно-гигиеническими нормативами - ПДК.
Контроль необходим для получения информации об уровне загрязнения, а
также об источниках выбросов, причинах и факторах, определяющих
загрязнение.
Образование современного студента эколога предполагает овладение
методиками анализа воды, позволяющие объективно оценивать качество воды
и определять ее отдельные характеристики. Актуальность составления данного
пособия состоит в том, что отсутствует систематизированная литература по
анализу воды.
В
пособии представлены методики
определения
нормируемых компонентов воды, рекомендованные в ГОСТ на питьевую
воду, которые возможно осуществить в условиях учебной лаборатории.
Данное пособие составлено в соответствии с требованиями ФГОС СПО
по специальности 280711 «Рациональное использование природохозяйственных
комплексов». При изучении МДК «Методы определения загрязняющих
веществ
в
природной среде» предполагается
проведение
цикла
лабораторных работ по анализу воды методами химического и физикохимического анализа.
Цель составления пособия: оказание
помощи студентам в
приобретении теоретического знаний, практического опыта и закреплении
полученных знаний при изучении МДК «Методы определения загрязняющих
веществ в природной среде» для овладения методиками организации работы
по экологической оценке питьевой воды и сточных вод.
Задачи:
 Представить студентам информацию о химическом составе природных
вод, об основных источниках загрязнения воды;
 Представить студентам
методики
определения
химических
показателей
воды методами химического и физико-химического анализа,
рекомендованные в ГОСТ на питьевую воду, для подготовки к видам
профессиональной деятельности и овладения ОК и ПК.
 Предложить студентам задачи для самостоятельного решения, для
лучшего усвоения учебного материала и обобщения полученных знаний.
4
Часть I. Общие сведения о воде
1.1. Формирование химического состав природных вод
Природные воды являются сложными растворами различных веществ,
так как в процессе естественного круговорота они соприкасаются с большим
количеством разнообразных минералов, органических соединений, газов,
растворяя их. Поэтому под химическим составом природных вод
подразумевается весь сложный комплекс растворѐнных газов, различных
минеральных солей и органических соединений. В ПВ найдено свыше 50
элементов, которые находятся в виде ионов, недиссоциированных молекул (в
том числе газов) и коллоидов. Химические компоненты природных вод делятся
на пять групп:
Первую группу составляют главные ионы, так называемые макрокомпоненты.
К ним относятся: K+, Na+, Mg2+, Ca2+, Сl-, SO42-, HCO3-, и CO32-. Важнейшим
источником поступления в природные воды катионов и анионов различных
элементов являются: залежи Na+ в виде хлористых солей, находящиеся среди
осадочных пород морского, а засушливых районах и континентального
происхождения,
ионы K+ содержится в кислых изверженных породах
(ортоклаз, мусковит), Са2+ содержится в известняках, гипсе и осадочных
породах, ионы Mg2+ поступает в воду при растворении доломитов, мергелей и
ли продуктов выветривания коренных пород, SO42- находится в осадочных
породах в состав которых входит гипс,
Cl- содержатся в продуктах
выветривания магматических пород, ионы HCO3- и CO32- - поступают в воду
при растворении солей угольной кислоты карбонатов кальция (СaCO3) и
магния (MgCO3).
Вторую группу составляют растворѐнные газы: O2, N2, CO2, H2S, СH4 и др.
Наибольшее значение из них имеют O2 и CO2. Кислород находится в природной
воде в виде растворѐнных молекул. Наличие в воде растворѐнного кислорода
является одной из причин коррозионной агрессивности природных вод по
отношению к металлам. Оксид углерода (IV) находится в природной воде в
виде растворѐнных молекул CO2. Сероводород
и метан содержатся в
природной воде вследствие сброса неочищенных сточных вод.
Третью группу составляют биогенные вещества, к которым относятся
соединения азота, фосфора, железа и кремния. Важными источниками
биогенных элементов являются внутри водоѐмные процессы и поступление с
речным стоком, атмосферными осадками и промышленными водами.
Основными источниками появления их в природной воде являются сложные
органические вещества животного и растительного происхождения,
содержащие в своѐм составе белок. Важным источником непосредственного
обогащения природных вод нитратами являются образующиеся окислы азота
при атмосферных электрических разряда. В природных водах в растворѐнном
состоянии соединения фосфора встречаются как в виде ионов ортофосфорной
кислоты, так и в виде соединений в органическом комплексе. Соединения
железа встречаются вследствие перехода их в раствор из горных пород.
5
Кремний находится в воде в виде коллоидных и растворѐнных форм
кремниевой и поликремневой кислоты.
Четвѐртую группу составляют органические вещества: органические кислоты,
сложные эфиры, фенолы, азотосодержащие соединения (белки, аминокислоты,
амины), углеводы, гумусовые вещества. Существуют два основных источника
поступления органических веществ в природные воды. Во-первых, с площади
водосбора с атмосферными и талыми водами. Во-вторых, образование
органического вещества в самом водоѐме в результате роста растений,
способных синтезировать органическое вещество из минеральных соединений.
Пятую группу составляют микроэлементы, включающие все металлы, кроме
главных ионов (Na+, K+, Ca2+, Mg2+) и железа. В природных водах этих
микроэлементов содержится очень малое количество, но, несмотря на это, их
роль в жизненных процессах достаточно велика.
По общей минерализации (общее количество растворенных веществ)
природные воды делят на три группы: пресные воды (минерализация менее 1
г/л); минерализованные (от 1 до 50 мг/л); рассолы (более 50мг/ л).
Минерализация ПВ лежит в пределах от 100 до 500 мг/л, но иногда
превосходит эти значения. ПВ обычно минерализованы за счет хлористых,
сернокислых и двууглекислых солей кальция, натрия и магния. Для
большинства рек и озер наибольшую долю солей в минерализации составляет
гидрокарбонат кальция (50 – 80 %). Следует отметить, что химический состав
речных и озерных вод заметно меняется во времени и определяется, прежде
всего, составом вод, питающих данную реку.
Наибольшим разнообразием по степени минерализации и соотношению
между отдельными составными частями отличаются подземные воды. Наряду
со слабоминерализованными пресными водами встречаются подземные воды с
концентрацией солей гораздо более высокой, нежели в морской воде.
Слабоминерализованные воды залегают обычно на небольшой глубине,
незначительно отличаются по составу от среднего состава поверхностных вод,
но их минерализация, как правило, более высокая. Обычно они содержат
больше свободной углекислоты и гидрокарбонатов, что связано с обогащением
вод свободной углекислотой в поверхностных слоях грунта при инфильтрации
этих вод.
Химический состав природной воды в качественном и количественном
отношении зависит от среды, в которой происходит его формирование, т.е. от
состава и растворимости веществ, с которыми соприкасается вода, и от
условий, в которых происходит это взаимодействие. Химический состав
поверхностных вод формируется под воздействием совокупности природных и
антропогенных факторов, влияющих на направленность и глубину протекания
различных процессов в толще воды, в донных отложениях и природных слоях у
поверхности раздела твѐрдой и жидкой фаз.
Формирование химического состава природной воды начинается в
атмосфере,
когда
мельчайшие
капли
воды
взаимодействуют
с
микрокомпонентами атмосферы. При этом вода атмосферы обогащается
6
растворѐнными в ней газами, прежде всего О2, СО2, N2 и оксидами азота,
анионами SO42, NO3- и Cl-, твѐрдыми аэрозолями, микроорганизмами.
Атмосферные осадки выпадают на земную поверхность и взаимодействуют с
почвенным покровом. Вода, фильтруясь через почву, выщелачивает еѐ
растворимые
части, изменяя при этом свой химический состав. При
взаимодействии с почвой содержание в воде кислорода уменьшается, а оксида
углерода (IV) увеличивается. Связано это с тем, что в почвах обычно
содержится определѐнное количество органического вещества, на окисление
которого расходуется растворѐнный в воде кислород при одновременном
выпадении CO2. Главным этапом формирования химического состава
природных вод является взаимодействие их с минералами литосферы.
Процессы взаимодействия между водой и минералами литосферы сыграли
важную роль не только в формировании химического состава природных вод,
но и наружных слоѐв литосферы. На протяжении истории развития Земли
изверженные на еѐ поверхность горные породы подвергались химическому и
физическому выветриванию под действием воды, солнечной энергии, ветра и
микроорганизмов. Процессы химического и физического выветривания горных
пород протекают на сравнительно небольших глубинах от поверхности Земли и
охватывают десятки, реже сотни метров земной коры, однако они имеют
исключительное значение в процессах формирования химического состава
природных вод. Для минерализации воды особое значение имеет выветривание
различных алюмосиликатов и, в частности, полевых шпатов, таких как
ортоклаз, плагиоклаз, альбит, анортит и
др. В результате процессов
выветривания образуются хорошо растворимые соли, которые выносятся водой
в виде ионов HCO3-, Ca2+, Mg2+, K+, а так же в виде производных кремниевой
кислоты. Выделяются при выветривании массивных кристаллических пород и
хлоридные ионы, которые содержатся в них.
1.2. Основные источники загрязнения природных вод
Производственная деятельность человека достигла такого уровня, что
стало негативно сказываться на состоянии биосферы в целом и отдельных еѐ
компонентах. В особо сильной степени загрязнения коснулись гидросферы.
Гидросфера – это прерывистая водная оболочка Земли, которая
находится между литосферой и атмосферой. В неѐ входят: океаны, моря, озѐра,
реки и ледяной покров планеты. Вода находится в постоянном круговороте.
Испаряясь с поверхностей водоѐмов, она выпадает обратно на землю в виде
атмосферных осадков. Атмосферные осадки являются основным источником
пресной воды. Чистая вода и природные воды являются ценным полезным
ископаемым, содержащим многие химические элементы. Загрязнение чистых
природных вод, очень сильно сказывается на здоровье людей.
По своему происхождению загрязнения подразделяются на минеральные,
органические и бактериальные. К минеральным загрязнителям относят песок,
глину, землю, минеральные соли, кислоты, щѐлочи, ионы металлов. В состав
органических загрязнителей входят вещества растительного и животного
7
происхождения, а так же различные органические соединения синтетического
происхождения. К бактериальным загрязнителям относятся живые
микроорганизмы, в том числе и патогенные возбудители инфекционных
заболеваний.
Наиболее распространенными загрязнителями поверхностных вод
являются нефтепродукты, фенолы, легко окисляемые органические вещества,
ионы тяжѐлых металлов, синтетические поверхностно активные вещества
(СПАВ), пестициды, радиоактивные вещества.
Под загрязнением водоемов понимается снижение их биосферных
функций в результате поступления в них вредных веществ.
Основные источники загрязнения нефтью и нефтепродукты связаны с
хозяйственной деятельностью человека: нефтедобычей, переработкой,
транспортировкой и использованием нефти в качестве топлива и
промышленного сырья. По оценкам экспертов, в океан ежегодно попадает
около 10 млн. тонн нефти. Нефть на воде образует тонкую пленку,
препятствующую газообмену между водой и воздухом. Оседая на дно, нефть
попадает в донные отложения, где нарушает естественные процессы
жизнедеятельности донных животных и микроорганизмов.
Со сточными водами химических предприятий в водоѐмы поступает
большое количество самых разнообразных по составу и свойствам химических
соединений. Среди них: минеральные соли, кислоты, основания (соединения
кадмия, цинка и других тяжелых металлов), а так же спирты, органические
кислоты, фенолы и их галогенсодержащие соединения, которые попадают в
водные объекты со сбросами предприятий по производству клеев, пластмасс и
тому подобное. Очень опасны органические растворители (хлорированные
углеводороды), широко применяемые в различных технологиях.
Значительно возрос выброс в океан, реки, водоемы бытовых и
промышленных сточных вод, содержащих токсичные синтетические моющие
вещества и компоненты, преимущественно фосфаты, входящие в их состав.
Наличие синтетических моющих средств в воде затрудняет очистку сточных
вод и водоснабжение: в отстойных бассейнах и в реках образуется пена,
снижается эффективность биологический очистки, замедляется осаждение
взвешенных частиц, ухудшаются условия флокуляции, качество питьевой воды
– вкус и запах – в распределительной сети понижается. Образование пены при
очистке сточных вод, обусловленное содержанием синтетических моющих
средств, зависит от концентрации этих веществ и их природы, а также от
наличия неорганических солей, взвешенных твердых частиц и интенсивности
продувания воздухом.
Синтетические моющие средства, применяемые для мытья столовой
посуды, тары, оборудования пищевых предприятий, могут попадать в организм
человека. Вместе со сточными водами моющие средства попадают в реки и
водоемы, поэтому важно знать токсические свойства синтетических моющих
веществ и моющих средств. Токсичность выражают в единицах LD50. Эти
единицы показывают количество граммов на 1 кг массы введенного
8
синтетического моющего вещества, при котором погибает 50% подопытных
животных. Наиболее токсичными являются катионоактивные поверхностноактивные вещества (КПАВ), а наименее токсичными – неионогенные
соединения. Токсичность анионактивных и неионогенных поверхностноактивных веществ, вырабатываемых в настоящее время, сравнительно мала, и
летальная доза составляет примерно 2-5 г/кг массы, поэтому эти вещества не
являются более опасными, чем обычные вещества, применяемые в быту без
всяких предосторожностей. Некоторые ученые считают, что наличие в
питьевой воде синтетических моющих веществ в концентрации ниже 1 мг/дм 3
не является для людей токсичным и не придает питьевой воде плохого вкуса и
запаха. Производные моноэфира сульфоянтарной кислоты являются
практически нетоксичными. LD50 для этих соединений равна 7 г/кг. Еще менее
токсичными являются продукты конденсации жирных кислот с полипептидами.
Для них LD50=35 г/кг. Соли эфиров низкомолекулярных спиртов и
сульфожирных кислот, являясь хорошими моющими веществами, не вызывают
раздражения кожи и мало токсичны.
Линейные алкилбензолсульфонаты биологически легко разрушаются в
сточных водах. Были проведены исследования действия этих веществ на рыб.
Установлено, что они действуют на рыб в большей степени, чем
тетрапропиленбензолсульфонат. Это действие зависит от длины алкильной
цепи и положения фенильной группы. Для соединений с длиной алкильной
цепи С13, С15, С16 LD50 для рыб равно менее 1 мг/л. При длине алкильной
цепи до С12 рыбы труднее переносят алкилбензолсульфонаты с фенильной
группой во втором положении, а в случае алкильной цепи С14 и выше легче
переносят алкилбензолсульфонаты с фенильной группой во втором положении,
чем при среднем положении. По другим данным, предельная концентрация
линейных алкилбензолсульфонатов при длине цепи от С10 до С11 равна 0,01
г/дм3, при длине цепи С13 – 0,001 г/дм3. Для тетрапропиленбензолсульфоната
LD50 для рыб составляет 13 мг/дм3, а для алкилсульфатов – 22,5 мг/дм3.
Смертельная доза синтетических моющих средств для мальков рыб зависит
также от жесткости воды. В жесткой воде смертельная доза в мг/дм3 равна:
лаурилсульфата 6-7; додецилбензолсульфоната – 6-7; полигликолевых эфиров –
2-3; четвертичных аммониевых соединений – 19-20; пальмитата натрия – 900950; стеарата натрия – 250-300. Микроорганизмы, находящиеся в реках,
переносят концентрации синтетических моющих веществ от 60 до 125 мг/дм 3.
Алкилбензолсульфонат и алкилсульфонат в концентрациях 5 и 10 мг/дм3 не
оказывают влияния на развитие сапрофитной бактериальной флоры .
Исследовалось действие синтетических моющих веществ на мальков и
икринки, в частности, на икринки и мальки форели. Установлено, что
устойчивость к алкиларилсульфонатам зависит от происхождения мальков,
условий
оплодотворения,
среды.
При
содержании
в
воде
3
алкилбензолсульфонатов в количестве 0,35 мг/дм половина мальков погибала в
течение 48 часов.
9
С появлением синтетических моющих средств стали отмечать
обезжиривающее, раздражающее действие их на кожу человека. Действие
моющих средств на кожный покров человека может проявляться в
повреждении кислого защитного покрова щелочными соединениями
(алкализация), набухании, раздражении, обезжиривании кожи. Растворы мыл
вследствие гидролиза их имеют щелочную реакцию и могут вызывать
временное повреждение буферного защитного слоя кожи. Алкализация кожи
определяется не только рН раствора, но и количеством находящейся в нем
титруемой щелочи. В стиральных порошках содержится больше щелочных
солей, поэтому они сильнее повреждают кожу, чем обычное хозяйственное
мыло. Длительное воздействие мыльных растворов моющих средств вследствие
высокой величины рН при высокой температуре может вызвать сильное
набухание кожи, приводящее к дерматитам. Минеральные соли, входящие в
состав моющих средств, повышают их способность вызывать набухание кожи,
поэтому синтетические моющие средства, несмотря на нейтральный характер
входящих в их состав органических повехностно-активных веществ, вызывают
набухание кожи за счет наличия больших количеств щелочных электролитов.
Исследования многих ученых показывают раздражающее действие мыл и
алкилсульфатов зависит от длины и строения их цепи. Наибольшая величина
проникновения как у алкилсульфатов, так и у мыл наблюдается при длине цепи
С12, далее следуют С14-С10 и С16.По мнению некоторых ученых, на кожу
большое воздействие оказывают поверхностно-активные вещества с
сульфонатной группой SO3H, а также соединения с короткими сильно
разветвленными цепями. Щелочные растворы синтетических моющих средств
приводят к нарушению защитного слоя кожи, к набуханию эпидермиса и
реакции протеина кожи (кератина) с синтетическими моющими средствами.
Повышение температуры усиливает действие синтетических моющих средств.
Разбавленные растворы оказывают большее действие, чем концентрированные.
Концентрация синтетических моющих средств в сточных водах, как правило,
составляет 5-15 мг/дм3 при ПДК, равной 0,1 мг/дм3. Эти вещества могут
образовывать в водоемах слой пены, особенно заметный на перекатах, порогах,
шлюзах. Уже при концентрации, равной 1-2 мг/дм3 эти вещества способны к
пенообразованию.
В сточных водах предприятий гидролизной промышленности
загрязняющими веществами являются: спирты и фурфурол, сивушные масла,
эфирно-альдегидные и скипидарные вещества.
Предприятия целлюлозно-бумажной промышленности сбрасывают в
поверхностные водоѐмы сточные воды, содержащие целлюлозное волокно и
растворѐнные органические вещества: углеводы, жиры, смолы, а так же дурно
пахнущие вещества (тиоспирты и тиоэфиры).
Весьма неблагоприятное воздействие на поверхностные водоѐмы
оказывают
сточные
воды
предприятий
металлургической
и
машиностроительной
промышленности.
Эти
предприятия
являются
источниками загрязнения природных вод ионами железа ртути, свинца, меди,
10
хрома, цинка, олова, марганца и других тяжѐлых металлов, многие из которых
проявляют высокую степень токсичности. Наибольшую опасность для водной
среды представляют свинец, ртуть и их соединения.
Загрязнение водной среды ядохимикатами происходит в результате
прямого внесения их при обработке водоемов для борьбы с вредителями,
поступления в водоемы воды, стекающей с поверхности обработанных
сельскохозяйственных полей, сброса в водоемы отходов предприятийпроизводителей, а также потерь при транспортировке, хранении и с
атмосферными осадками. Сельскохозяйственные стоки, кроме ядохимикатов,
содержат большое количество остатков удобрений: азота, фосфора, калия.
Большие количества органических соединений азота и фосфора попадают со
стоками животноводческих ферм и с канализационными стоками.
Вода – уникальный растворитель, поэтому в ней растворены все
имеющиеся в атмосфере природные газы, прежде всего, кислород и СО2, а
также газы, выбрасываемые предприятиями в атмосферу: СО2, SO2, (NO)x, HCl,
ацетон, формальдегид, метиловый спирт, летучие фенолы и др. Во всех водных
системах неорганические и органические загрязняющие вещества находятся
или в растворенном или в суспендированном состоянии. Загрязняющие
вещества в воде ведут себя по-разному. Одни растворяются и переносятся на
большие расстояния за счет движения воды, другие адсорбируются на
взвешенных твердых частицах и оседают на дно, третьи могут вовлекаться в
биологические циклы и переноситься различными организмами. Распределение
загрязняющих веществ в воде водоемов и рек зависит от многих факторов:
скорости и характера движения воды, осадков, наносов, их физико-химических
свойств и устойчивости в воде. Если условно рассечь водную массу
вертикальной плоскостью, то можно выделить места повышенной реакционной
способности: поверхностную пленку, основную водную массу и донный
осадок. В свою очередь, основная водная масса, в зависимости от глубины
делится на поверхностную, промежуточную или глубинную и придонную.
В поверхностный слой проникает солнечный свет, поэтому в нем
наблюдается повышенная биологическая активность, обусловленная
фотосинтезом, приводящая к образованию питательных веществ. Свойства
глубинных вод в значительной степени определяются течением водных масс,
поэтому для каждого конкретного района неодинаковы. В придонной массе
воды происходит перенос вещества от воды к осадку и обратно. Например,
ртуть хорошо адсорбируется осадками и может медленно высвобождаться,
растворяясь в воде. В результате образуется вторичный источник хронического
загрязнения, который может существовать длительное время после ликвидации
первоначального источника. При этом ртуть легко трансформируется в хорошо
растворимое соединение – метилртуть, усвояемое планктоном и моллюсками и
через пищевую цепочку попадающее в организм человека.
Поверхностная пленка и придонный осадок являются зонами
концентрирования загрязняющих воду веществ. Поверхностная пленка – особая
область, ее толщина составляет 50-500 мкм. Равновесные процессы
11
массообмена между воздухом и водой протекают именно в этой пленке.
Установлено, что в поверхностной пленке толщиной 100-150 мкм содержатся
загрязняющие вещества многих видов. Пленка является зоной активных
реакций для многих компонентов, которые влияют на диффузию газов из воды.
На дно оседают нерастворимые в воде соединения, а сам осадок является
хорошим адсорбентом для многих веществ. Осадки могут накапливать
загрязнения и взаимодействовать с массами воды, находящимися над ними.
Донные обитатели воды могут поглощать и преобразовывать некоторые
загрязняющие вещества. Эти вещества могут накапливаться в живых
организмах. Для любого химического элемента найдется хотя бы один вид
планктона, способный эффективно его концентрировать. Загрязненный
планктон является пищей для водных обитателей. При использовании их
людьми в качестве продуктов питания они могут стать источниками
отравления. Известно, что планктон может концентрировать медь в
соотношении – 90000:1, свинец – 12000:1, кобальт – 16000:1, которые
содержатся в воде в микро- и субмикроколичествах (10-10 моль/дм3 и меньше).
Установлено, что кадмий поглощают крабы и тем больше, чем выше
температура воды и ниже ее соленость. Концентрация металлов в придонных
остатках на много порядков выше, чем в воде. Например, концентрация ртути в
воде составляет 0,1÷3,6 мкг/дм3, а в осадке – 80÷800 мкг/дм3.
В воде протекают химические, фотохимические и биологические
превращения. Следует учитывать и дыхание живых организмов, которое
сопровождается поглощением кислорода. Фотохимические реакции протекают
в поверхностной пленке под действием солнечного излучения. Недостаток
кислорода в воде ведет к нарушению дыхания живых организмов, обитающих в
воде, а также к изменению химического состава содержащихся в воде веществ.
При недостатке кислорода нарушаются окислительно-восстановительные
процессы, протекающие в воде, что приводит к резкому увеличению
концентрации таких газов как H2S, NH3, CO2. Снижается окисляемость
металлов, отмечается переход в состояние с более низкой степенью окисления,
что уменьшает их растворимость в воде. Например, железо (III) переходит в
железо (II). Многие металлы, в нормальных условиях склонные к образованию
соединений, выпадающих в осадок, теряют это свойство. Разлитая в море нефть
частично растворяется (низкие углеводороды) или образует с водой эмульсии
(главным образом, ароматические углеводороды), усваивается живыми
организмами и выпадает в осадок. Выброшенные в атмосферу углеводороды
образуют жидкие и твердые аэрозоли, которые оседают на поверхность воды.
Газообразные загрязнители из атмосферного воздуха попадают в воду
через поверхностную пленку, благодаря диффузии и перемешиванию
равномерно распределяются в воде. При этом растворимость газов зависит не
только от температуры, но и от содержания в воде солей и толщины
поверхностной водной пленки.
Одним из видов промышленного загрязнения водоѐмов является тепловое
загрязнение, обусловленное сбросом промышленными предприятиями,
12
электростанциями (ТЭС, АЭС) нагретых сточных вод. Повышение температуры
воды водоѐма приводит к уменьшению содержания растворѐнного кислорода,
увеличению токсичности загрязняющих воду примесей, нарушению
биологического равновесия, смене видового состава водных организмов. С
повышением температуры в загрязнѐнной воде наблюдается бурное
размножение болезнетворных микроорганизмов.
Значительным источником загрязнения природных вод стало сельское
хозяйство. Химизация сельскохозяйственного производства является причиной
повышения содержания в поверхностных водах токсичных веществ, в связи с
вымыванием пестицидов с полей. Пестициды распыляют в воздухе или вводят в
почву, которая является накопительным резервуаром. В результате вымывания
загрязнений из почвы, а также с атмосферными осадками пестициды попадают
в воду водоемов и рек. Хлорорганические пестициды и сельхозудобрения
устойчивы, плохо растворимы, попадая в воду, распределяются в
поверхностной пленке и в осадке, где сохраняются долгое время без изменения.
Фосфорорганические пестициды менее устойчивы и распадаются в
поверхностной пленке и в осадке за сравнительно короткое время. Сами
фосфорорганические соединения и продукты их распада очень токсичны.
Пестициды переносятся в водоѐмах на значительные расстояния. Многие
из них не поддаются биологическому разложению, вызывают глубокие
нарушения в водных экосистемах, снижают потенциал размножения
биоценозов и опасны для человека. Смываемые с сельскохозяйственных полей
в водные объекты минеральные удобрения, содержат биогенные вещества,
которые стимулируют цветение воды в водоѐме. При отмирании водорослей
протекают процессы микробиологического окисления органического вещества,
на которое потребляется значительное количество кислорода, и тем самым
создаются условия для развития анаэробных микроорганизмов. Процессы
анаэробного окисления приводят к образованию в воде NH3, CH4 и H2S.
С территории животноводческих ферм и комплексов происходит вынос и
смыв в водоѐмы различных отходов органического происхождения.
Коммунальные (хозяйственно-бытовые) сточные воды содержат примерно 20%
от всего объѐма стоков, поступающих в поверхностные водоѐмы. К ним
относятся: фекальные стоки, сточные воды бытовых помещений
промышленных предприятий, больниц, образовательных учреждений,
предприятий бытового обслуживания, жилых и общественных зданий,
ливневые стоки и тому подобное. Основными загрязняющими веществами
коммунальных стоков являются взвешенные вещества, азотсодержащие (NH4+,
NO2-, NO3-), фосфорсодержащие (P2O5), СПАВ, хлориды и органические
вещества. Хозяйственно-бытовые сточные воды несут в себе и бактериальные
загрязнения, поскольку содержат большое количество различных бактерий, в
том числе и патогенных. Такие воды могут явиться причиной возникновения
инфекционных заболеваний.
13
Часть II. Анализ воды
2.1. Современные методы анализа природных вод
Правильность анализа воды зависит от правильности отбора пробы. Но и
правильный отбор пробы не гарантирует верного результата, если неверно
выбран метод концентрирования определяемого вещества (в случае анализа
природных и питьевых вод) или не проведено ее консервирование.
В соответствии с «Правилами охраны поверхностных вод от загрязнения
сточными водами» №1166 от 15.05.74 и ГОСТ 27384 – 87 «Вода. Нормы
погрешности измерений показателей состава и свойств» для контроля за
состоянием ПВ могут использоваться разнообразные физические и физикохимические методы анализа. К ним относятся хроматография, капиллярный
электрофорез, атомно-абсорбционная, атомно-эмиссионная спектроскопия и
другие.
2.1.1 Ионная хроматография
Хроматографические методы широко используются для определения
содержания в воде как органических, так и неорганических компонентов.
Контроль содержания в воде ионов проводят с использованием ионной
хроматографии (ИХ). В классической ИХ разделение происходит за счет
ионного обмена, и она применяется для разделения как неорганических, так и
органических ионов. Использующиеся при этом катиониты и аниониты могут
быть изготовлены как на основе силикагеля, так и на полимерной основе. Если
для определения содержания в водах катионов существуют альтернативные
методы
(атомно-абсорбционная
спектроскопия,
атомно-эмиссионная
спектроскопия с индуктивно - связанной плазмой), то для анализа анионов они
практически отсутствуют. Метод же ИХ позволяет определять все виды
анионов. Так, одновременный анализ многокомпонентных смесей катионов или
анионов (10 и более) можно провести в течение 2 – 15 минут. Основные анионы
( F-, Cl-, NO3-, SO4-, PO43- ) можно разделить на качественных ионообменниках
за 2-5 минут. К достоинствам ИХ следует отнести возможность разделения и
определения ионов, находящихся в разных валентных состояниях (например,
ионы железа, хрома). Предел обнаружения (10-3 мкг/мл) может быть снижен
путем применения предварительной концентрирующей колонки до 10 -5-10-6
мкг/ мл. Наиболее распространенный и универсальный детектор –
кондуктометрический, но могут использоваться спектрофотометрический,
рефрактометрический, атомно-абсорбционный, флуоресцентный, системы на
основе индуктивно- связанной плазмы, масс-спектрометрический и др.
Небольшой объем анализируемой пробы (10 – 50 мкл), простая процедура
пробоподготовки, а в ряде случаев ее отсутствие,
использование
разнообразных детекторов или их комбинаций, а также возможность создания
14
полностью автоматизированного режима анализа делают метод ИХ удобным
для проведения мониторинга состава ПВ.
В настоящее время существует ряд аттестованных и включенных в
Госреестр методик по определению различных показателей ПВ с
использованием хроматографического метода анализа.
Например, ПНД Ф
14.1:2:4.131 – 98 «МВИ массовых концентраций ионов натрия, калия, магния,
кальция, бария и аммония в пробах природной, питьевой и сточной воды»,
ПНД Ф 14.1:2:4.132-98 «МВИ массовых концентраций ионов NO2-, NO3,Cl-, F,SO42-,PO43- в пробах природной, питьевой и сточной воды».
2.1.2. Капиллярный электрофорез
Метод капиллярного электрофореза (КЭ) основан на разделении сложных
смесей компонентов, находящихся в электролите, заполняющем кварцевый
капилляр, при приложении к нему разности потенциалов и прямого УФдетектирования в потоке жидкости. Эффект разделения достигается за счет
различия в электрофоретической подвижности ионов в присутствии
электроосмотического потока (ЭОП). Использование кварцевых капилляров
позволяет реализовать процессы разделения с градиентом потенциала до 2,5 КВ
см-1, эффективностью до 1,5 107 теоретических тарелок. Основными
достоинствами метода КЭ являются высокая эффективность, малый объем
пробы, простая пробоподготовка, относительно недорогое оборудование,
возможность полной автоматизации процесса, включая процедуру
пробоподготовки.
Использование
высокочувствительных
способов
детектирования
(например,
лазер-индуцированное
флуоресцентное
детектирование) при одновременном концентрировании пробы позволяет
использовать КЭ для анализа предельно малых количеств вещества (10-16 – 10-21
М).
Наиболее распространенными вариантами КЭ являются зонный (КЗЭ) и
мицеллярный. В случае КЗЭ первыми на электрофореграмме регистрируются
катионные компоненты пробы. Затем детектора достигает зона исходного
раствора, в который перемещаются нейтральные компоненты. Нейтральные
компоненты мигрируют с одинаковой скоростью, равной скорости ЭОП, и не
могут быть разделены (им на электрофореграмме соответствует пик,
называемый системным). Поведение анионных компонентов пробы зависит от
соотношения скоростей миграции ЭОП и анионов. Если скорость
электромиграции аниона меньше скорости ЭОП, он может быть
зарегистрирован на той же электрофореграмме после системного пика, что
делает КЗЭ пригодным для определения катионов и медленно мигрирующих
анионов. Определение анионных комплексов методом КЗЭ возможно после
модификации поверхности кварцевого капилляра катионными ПАВ.
Мицеллярная электрокинетическая капиллярная хроматография (МЭКХ)
объединяет принципы электрофореза и хроматографии и обеспечивает
возможность разделения как ионогенных, так и незаряженных компонентов
15
проб. Данный вариант КЭ введен в 1984 году японским ученым Терабе.
Разделение нейтральных соединений стало возможным благодаря введению в
состав ведущего электролита ПАВ
мицеллообразователей (чаще всего
анионных). В последнее время КЭ быстро развивается, находя применение во
многих видах анализа природных объектов.
2.1.3. Атомная спектроскопия
Современное оборудование позволяет проводить анализ неорганических
объектов в интервале концентраций от десятков % до частей на квадрильон
(ppq). Для этих целей могут использоваться атомно-абсорбционные, ИСП
(индукционно-связанная плазма)-эмиссионные спектрометры, ИСП-массспектрометры. В атомно-абсорбционных спектрометрах атомизаторы могут
быть пламенными или электротермическими. В настоящее время имеются
приборы, позволяющие проводить одновременное определение нескольких (до
80) элементов, контролировать не только элементный, но и изотопный (ИСП МС) состав пробы, что делает методы атомной спектроскопии эффективным
инструментом решения проблем контроля состояния ПВ, атмосферных
осадков, водохранилищ и т.д.
2.2. Отбор и консервация проб воды
2.2.1.Отбор проб воды
Способ отбора пробы зависит от цели анализа. Состав отбираемой для
анализа воды может заметно меняться во времени. Перед отбором пробы
необходимо иметь сведения о возможных изменениях с тем, чтобы отобрать
среднюю или среднепропорциональную пробу в течение того времени, когда
предполагается изменение состава.
Для характеристики изменения состава воды, например отдельных
стоков, в различное время дня надо отбирать разовые пробы. При спуске стоков
в водоемы нельзя ограничиваться анализом только самих стоков, нужно
контролировать состав воды выше и ниже сброса.
Отбор проб является ответственной частью анализа, от которой зависит
достоверность получаемой информации. Выбор места отбора, частота и
техника
отбора
должны
в
определенной
степени
обеспечивать
представительность проб, на основе анализа которых в дальнейшем делаются
выводы о состоянии водного объекта. Объем отбираемой пробы, необходимой
для анализа, зависит от числа определяемых компонентов и обычно колеблется
от 1 до 2 литров. Пробы воды на химический анализ следует брать на стреже
потока с поверхности (0,2-0,5 м), при этом проба воды осторожно
зачерпывается (без взбалтывания) каким-либо большим сосудом (тазом,
ведром), который во избежание загрязнений пробы должен употребляться
16
только для этих целей. Для взятия глубинных проб употребляются специальные
приборы - батометры, снабженные краном.
Если в воде присутствует свободный H2S,то правильный отбор пробы
особенно важен. В таких случаях на месте отбирают специальные пробы воды
только для определения сероводорода. В этом случае пробу отбирают либо в
сосуды с раствором едкого натра, либо с раствором ацетата кадмия.
Стекло, из которого изготовлена обычная стеклянная посуда, разрушается
агрессивными компонентами сточных вод (особенно при хранении), поэтому
для хранения проб воды следует пользоваться посудой из боросиликатного
стекла (пайрекс) или из полиэтилена.
Способ отбора пробы зависит от цели анализа. Состав отбираемой для
анализа воды может заметно меняться во времени. Перед отбором пробы
необходимо иметь сведения о возможных изменениях с тем, чтобы отобрать
среднюю или среднепропорциональную пробу в течение того времени, когда
предполагается изменение состава.
Для характеристики изменения состава воды, например отдельных
стоков, в различное время дня надо отбирать разовые пробы. При спуске стоков
в водоемы нельзя ограничиваться анализом только самих стоков, нужно
контролировать состав воды выше и ниже сброса.
Отбор проб является ответственной частью анализа, от которой зависит
достоверность получаемой информации. Выбор места отбора, частота и
техника
отбора
должны
в
определенной
степени
обеспечивать
представительность проб, на основе анализа которых в дальнейшем делаются
выводы о состоянии водного объекта. Объем отбираемой пробы, необходимой
для анализа, зависит от числа определяемых компонентов и обычно колеблется
от 1 до 2 литров. Пробы воды на химический анализ следует брать на стреже
потока с поверхности (0,2-0,5 м), при этом проба воды осторожно
зачерпывается (без взбалтывания) каким-либо большим сосудом (тазом,
ведром), который во избежание загрязнений пробы должен употребляться
только для этих целей. Для взятия глубинных проб употребляются специальные
приборы - батометры, снабженные краном.
Если в воде присутствует свободный H2S,то правильный отбор пробы
особенно важен. В таких случаях на месте отбирают специальные пробы воды
только для определения сероводорода. В этом случае пробу отбирают либо в
сосуды с раствором едкого натра, либо с раствором ацетата кадмия.
Стекло, из которого изготовлена обычная стеклянная посуда, разрушается
агрессивными компонентами сточных вод (особенно при хранении), поэтому
для хранения проб воды следует пользоваться посудой из боросиликатного
стекла (пайрекс) или из полиэтилена.
2.2.2. Предварительная обработка, хранение
и консервация проб воды
17
Подавляющее число компонентов и свойств воды необходимо определять
по возможности быстро, в только что отобранной пробе, чтобы избежать
нарушения равновесия ионов, потери растворенных газов, разложения
органических веществ, вызываемых деятельностью микроорганизмов. В том
случае, когда немедленный анализ пробы невозможен по какой-либо причине,
пробы должны быть подвергнуты предварительной обработке и
законсервированы для стабилизации химического состава. Предварительная
обработка пробы заключается в фильтрации ее через плотный бумажный
фильтр для устранения взвесей. Универсального способа консервации проб не
существует, поэтому пробу делят на несколько частей и консервируют
различными способами (см. табл. 1.).
Для стабилизации легко разрушающихся и быстро разлагающихся
компонентов воды рекомендуется охлаждение воды до 3-4°С, а иногда и
глубокое замораживание (-15-20°С).
Консервирование
допускается
только
в
том
случае,
если
консервирующий реагент не препятствует определению тех или иных
компонентов и если определение невозможно провести непосредственно после
отбора пробы.
Таблица 1. Способы консервации проб воды для определения различных
компонентов
Определяемый
компонент
Посуда
для отбора
Вкус
Стеклянная
Цвет
Полиэтилен
pH
или стекло
Растворенный
кислород
Взвешенные
вещества
Сухой остаток
Полиэтилен
Аммонийные соли или стекло
и аммиак
Нитриты
Нитраты
Железо
Сульфаты
Хлориды
Фенол
стекло
Способ
консервирования
Охлаждение при 4°С
Охлаждение при 4°С
Макс. время
между отбором
и анализом
6-24 ч
24ч
сразу
сразу
Охлаждение при 4°С,
2-4 мл хлороформа
(СНС13)
на 1 литр воды
1-3 суток
Не консервируют
7 суток
5 г NaOH / 1л Н2О
1-3 суток
18
1-3 суток
1-3 суток
1-3 суток
2.3.Определение органолептических показателей качества воды
Температура. Измерение температуры пробы воды производят во время
отбора пробы ртутным термометром с ценой деления 0,1-0,5°С, который
опускают на заданную глубину и выдерживают в течении 3-10 мин. После
извлечения термометра тотчас измеряют показания.
Прозрачность. Измерение прозрачности с помощью шрифта проводят в
лабораторных условиях. Для измерения используют стеклянный цилиндр с
внутренним диаметром 2,5 см и высотой около 50 см. В качестве стандартного
шрифта используют шрифт ГОСТа 3551-46 с высотой букв 3,5 мм. Проба воды
рассматривается при рассеянном дневном свете. Мерой прозрачности служит
высота столба воды в см, при котором можно наблюдать на белой бумаге
шрифт.
Цветность. Цветность воды (кажущаяся) определяется в не
фильтрованной пробе воды путем сравнения цвета анализируемой воды со
стандартной окраской имитационной шкалы. Для приготовления имитационной
шкалы готовят два раствора:
Раствор 1. В мерной колбе с объемом 1 литр растворяют в
дистиллированной воде 0,0875г K2Cr2O7 и 2г CoSO4⋅7Η2Ο, добавляют 1 мл
конц. H2SO4 и доливают колбу дистиллированной водой до метки.
Раствор 2. 1 мл конц. H2SO4 разбавляют дистиллированной водой и
доводят объем до 1 литра. Смешивая растворы 1 и 2 в нижеуказанных
соотношениях, получают имитационную шкалу цветности.
р-р 1
0
1
р-р 2
100 99
градусы 0
5
2
98
10
3
97
15
4
96
20
5
95
25
6
94
30
8
92
40
10
90
50
12
88
60
14
86
70
16
84
80
Определение цветности с помощью шкалы стандартов: в чистый
сухой цилиндр отмеривают 100 мл исследуемой воды и просматривая его
сверху, сравнивают окраску воды с окраской стандартных растворов, налитых в
такие же цилиндры. При совпадении окрасок цветность определяется градусом
данного стандарта шкалы.
Правила спуска сточных вод в водоем требуют, чтобы вода в водоеме
после смешения ее со сточной водой не имела видимой окраски при толщине
слоя 10 см. На практике определяют разбавление сточной воды, при котором ее
цвет при указанной толщине слоя перестает различаться. Для этого берут 3
цилиндра из бесцветного стекла и помещают их на лист белой бумаги. В
первый цилиндр наливают сточную воду, во второй — разбавленную сточную
воду (разбавление фиксируют), в третий — дистиллированную воду.
Разбавление проводят до тех пор, пока при просматривании сверху через воду
во втором и третьем цилиндрах бумага не будет выглядеть одинаково (высота
слоя воды —20–25 см).
19
Запах воды. Для определения используют 250 мл пробы, помещенной в
коническую колбу при 20°С, которую закрывают пробкой, несколько раз
сильно взбалтывают, затем открывают и тотчас же органолептически
определяют характер запаха и его интенсивность. Такое же определение
выполняют при 60°С, подогревая колбу на водяной бане, накрытую часовым
стеклом и воронкой.
Результат определения запаха выражают описательно: хлорный — запах
свободного хлора; землистый — запах влажной почвы; фенольный; запах
нефти; аптечный; сероводородный; навозный; затхлый; запах гниющего сена;
рыбный; гнилостный и т.д.
Может проводиться приближенно-количественное определение запаха.
Если запах воды вызван веществами, имеющими кислотные или основные
свойства, запах надо определять при оптимальном значении рН.
Испытания проводят в помещении, в которое не проникают запахи.
Запах воды характеризуется по виду и интенсивности в баллах (см. табл.
2 и 3).
Таблица 2.Определение вида запаха
Обозначение
Классификация
запаха
Примеры и возможные
источники происхождения
А
ароматный или пряный
C
химический
Ch
углеводородный
Cc
Cm
Cs
хлорный
лекарственный
сернистый
неприятный или
очень неприятный
рыбный
навозный
гнилостный
землистый
торфяной, травянистый
затхлый
плесневый
овощной
D
Df
Dp
Ds
Е
Ep
M
Mm
V
камфара, гвоздика, лимон
промышленные сточные воды
или химическая обработка
стоки
нефтеочистительных
заводов
свободный хлор
фенол и йодоформ
сероводород
Uroglenopsis, Dinobryon
Anabaena
застоявшиеся сточные воды
сырая земля
торф
преющая солома
сырой подвал
корни овощей
Таблица 3. Определение интенсивности запаха воды
Интенсивность
запаха
Характеристика
0
никакого запаха
Проявление запаха
отсутствие ощутимого запаха
20
1
очень слабый
2
слабый
3
заметный
4
отчетливый
5
очень сильный
запах
не
замечаемый
потребителем, но ощутимый
специалистом
запах, обнаруживаемый если
обратить внимание на это
запах легко обнаруживаемый;
может быть причиной того, что
вода непригодна для питья
запах обращающий на себя
внимание; может заставить
воздержаться от питья
запах настолько сильный, что
делает воду непригодной для
питья
2.4. Определение химических показателей качества воды
Методы анализа, выбираемые для контроля, определяются его целями. В
настоящем пособии рассмотрены те методы, которые рекомендованы в ГОСТе
на питьевую воду. Они могут быть использованы также и при анализе прочих
вод.
2.4.1.Определение водородного показателя (рН)
Определение величины водородного показателя (pH) служит важным
показателем кислотности или щелочности природной воды и является
результирующей величиной кислотно-основного взаимодействия ряда ее
минеральных и органических компонентов. Определение проводится либо
колориметрически, либо электрометрически. Приближенное значение pH
пробы воды можно получить, используя универсальную индикаторную бумагу,
погрузив конец полоски в пробу на 1-5 минут. Вынув полоску из пробы нужно
сравнить ее со шкалой, изображенной на обложке пакетика с индикаторной
бумагой.
2.4.2.Определение сухого остатка
Сухой остаток — масса остатка, получаемого выпариванием
профильтрованной пробы сточной или природной воды и высушиванием при
103–105о C или 178–182о C.
21
Выполнение определения
В прокаленную, охлажденную и взвешенную фарфоровую или кварцевую
чашку помещают 50–250 мл анализируемой воды. Воду выпаривают на
водяной бане досуха. Затем переносят чашку с остатком в сушильный шкаф и
высушивают при 103–105о C или 178–182о C до постоянной массы. Чашку
охлаждают и вновь взвешивают.
Расчеты:
Сухой остаток =
а−б
,
𝐕
где a — масса чашки с сухим остатком, мг;
где a — масса чашки с сухим остатком, мг;
б — масса пустой чашки, мг;
V— объем анализированной сточной воды, мл.
2.4.3.Определение общей жесткости
Определение Ca2+и Mg2+основано на титровании исследуемого раствора в
нейтральной или слабощелочной среде (рН 7–11) раствором трилона Б в
присутствии индикатора ЭХЧ-Т с образованием прочных, хорошо растворимых
в воде внутрикомплексных соединений.
Me2+ + H2У2-→ МеУ2- + 2Н+
Определению жесткости рассматриваемым методом мешает присутствие
ионов Сu2+, Zn2+ и Мп2+. Ионы Сu2+ и Zn2+ удаляют прибавлением к раствору
5%-го Na2S. Если присутствует Мп2+ , то до введения реактивов к аликвоте
прибавляют 5 капель 1 %-го солянокислого гидроксиламина NH2OH·HCl.
Приготовление рабочих растворов
Трилон Б (0,05н) — 9,3 г трилона Б растворяют в мерной колбе на 1 л в
небольшом количестве воды и доводят до метки дистиллированной водой. При
необходимости титр полученного раствора проверяют по раствору MgSO 4
известной концентрации.
Аммиачный буфер — к 50 мл 25 %-го NH4OHприбавляют 10 г сухого
NH4Cl и разбавляют дистиллированной водой до 500 мл.
Индикатор — эриохром черный Т (ЭХЧТ) — смешивают индикатор
ЭХЧТ с КСl в соотношении 1:200 и тщательно растирают в ступке.
Выполнение определения
К 100 мл исследуемой воды (или к меньшему объему, доведенному до
100 мл дистиллированной водой, проба должна содержать не более 0,5 мг.-экв.
22
Ca2+и Mg2+) прибавляют 5 мл аммиачного буфера, 20–30 мг индикатора ЭХЧТ и
титруют 0,05 н раствором трилона Б до перехода винно-красной окраски в
синюю.
Расчеты:
СН𝐦р ∙ 𝐕𝐦р ∙ 𝟏𝟎𝟑
Ж=
,
𝐕𝐇𝟐 𝐎
где Сн mp – нормальность раствора трилона Б, моль/л;
Vmр – объем раствора трилона Б, пошедший на титрование, мл;
VH 2 O – объем воды, взятой для анализа, мл.
2.4.4.Определение суммарного содержания
аммиака и иона аммония (NН3 и NH4+)
Метод основан на взаимодействии иона аммония с реактивом Несслера в
щелочной среде с образованием комплекса йодистого меркураммония желтобурого цвета. Интенсивность окраски
образующегося соединения
пропорциональна концентрации иона аммония:
NH4++ 2[HgI4]2-+ OH-→ [OHg2NH2] I↓ + 7I- + ЗН2О
Часто (особенно при значительных концентрациях NH3 и NH4+) возможно
формирование высокодисперсного осадка. В этих случаях необходимо дать
раствору постоять.
Определению NH4+мешают:
а) активный хлор, если его содержится больше 0,5 мг/дм3, то к исследуемому
раствору добавляют эквивалентное количество Na2S2O3;
б) соли жесткости Са2+ и Mg2+ — для их маскирования добавляют 0,5 мл 50%
раствора виннокислого калия-натрия KNaC4H4O6,который с большинством
указанных катионов образует комплексные соединения; если содержание ионов
Са2+ и Mg2+ больше 100 мг/л, то воду перед анализом умягчают или
перегоняют;
в) большие количества железа Fe3+, цвет или мутность, если вода мутная или
цветная, то для ее осветления к 250–300 мл воды добавляют 2–5 мл суспензии
А1(ОН)3.а затем отбирают для анализа прозрачный слой (в крайнем случае
фильтруют через фильтр с синей лентой).
Приготовление рабочих растворов
Реактив Несслера (смесь комплексной соли K2:[Hgl4] и КОН). Для его
приготовления 100 г йодной ртути HgI и 70 г иодида калик КI помещают в
мерную колбу на 1 л. растворяют в небольшом количестве дистиллированной
23
воды, добавляют NaOH (160 г NaOH растворяют в 500 см3 воды), доводят до
метки дистиллированной водой, отстаивают, используют прозрачный раствор.
Основной стандартный раствор NH4Cl (1 мл раствора содержит 1 мг
иона NH+4) — 2,972г растворяют в колбе на 1 литр и доводят дистиллированной
водой до метки (раствор хранится в течение года).
Рабочий стандартный раствор NH4Cl (1 мл раствора содержит 0,05 мг
иона NH4+). Рабочий раствор готовят в день проведения анализа разбавлением
основного стандартного раствора NH4Cl в 20 раз дистиллированной водой.
Маскирующие реагенты
а) KNaC4H4O6·4H2O — 50 г KNaC4H4O6·4H2O растворяют в небольшом
количестве дистиллированной воды в колбе на 1 л, доводят водой до метки,
добавляют 5–10 мл реактива Несслера. После осветления раствор не содержит
иона NH4+(если содержит, то добавляют еще 2–5 мл реактива Несслера);
б)суспензия Al(OH)3.
Выполнение определения
Построение градуировочного графика: в мерные колбы на 50 мл вносят
0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 3,0 мл рабочего стандартного раствора NH 4Cl, доводят
до метки дистиллированной водой, добавляют 1 мл раствора KNaC 4H4O6—
перемешивают, 1 мл реактива Несслера, перемешивают. Дают постоять 10
минут и фотометрируют со светофильтром с λ = 400–425 нм. По полученным
данным строят график зависимости оптической плотности (А) от содержания
аммиака.
Анализ исследуемого раствора: аликвотную часть исследуемой (или
осветленной) пробы помещают в мерную колбу на 50 мл и доводят
дистиллированной водой до метки, прибавляют 1 мл раствора
KNaC4H4O6:перемешивают, прибавляют 1 мл реактива Несслера, вновь
перемешивают. Дают 10 минут постоять и фотометрируют относительно
раствора сравнения (λ —400–425 нм). Используя величину измеренной
оптической плотности, находят по градуировочному графику содержание иона
NH4+в исследуемом растворе.
Расчеты:
Сх =
Сград. ∙ 50
,
𝑉
где Сх – концентрация NH4+ в исследуемой пробе, мг/л;
Сград – концентрация NH4+, определенная по градуировочному графику, мг/л;
V – объем пробы, взятый для анализа (аликвотной части), мл;
50 –объем мерной колбы, мл.
24
2.4.5.Определение содержания общего железа
Метод основан на взаимодействии Fe3+ в сильнокислой среде с роданидионами с образованием комплексного соединения, окрашенного в кровавокрасный цвет.
Для получения воспроизводимых результатов при фотометрических
определениях Fe3+ необходимо соблюдать равенство концентраций роданидионов в исследуемых и стандартных растворах и поддерживать определенную
кислотность раствора. Обычно добавляют большой избыток роданида (при
этом в растворе преимущественно образуется комплексный ион [Fe(CNS)4]
оптимальной кислотностью считают рН 1,0–1,5. При соблюдении этих условий
растворы подчиняются закону Бугера–Ламберта–Бера в большом интервале
концентраций железа.
ВНИМАНИЕ!
Окраска
образующихся
комплексов
из-за
3+
восстановления
Fe ионами
роданида
малоустойчива,
поэтому
фотометрировать раствор необходимо сразу же после добавления раствора
роданида.
Определению железа в виде роданида мешают:
а) ионы, образующие с Fe3+ комплексные соединения: F−, Cl−,PO43−, SO42− и др.
б) восстановители, способные восстанавливать трехвалентное железо до
двухвалентного: S2−, SO32−,I− ,Sn2+;
в)окислители, разрушающие роданид-ион: MnO4−,NO2−,Cr2+,H2O2, разбавленная
H2SO4.
Приготовление рабочих растворов
Основной стандартный раствор соли Fe3+ (1 мл раствора содержит 0.1
мг Fe3+) – 0.8607г свежеперекристаллизованных железоаммонийных квасцов
NH4Fe(SO4)2·12Н2O растворяют в мерной колбе емкостью 1 л в небольшом
количестве дистиллированной воды, добавляют 5 мл серной кислоты
(плотность 1,84 г/см3) и доводят объем раствора дистиллированной водой до
метки.
Рабочий стандартный раствор соли Fe3+(1 мл раствора содержит 0,01
мг Fe3+) готовят в день проведения анализа разбавлением основного
стандартного раствора в 10 раз дистиллированной водой.
Роданид калия (или аммония) — 10 % раствор.
Азотная кислота — разбавленная 1:1.
Выполнение определения
Построение градуировочного графика: в мерные колбы емкостью 25
мл последовательно вливают 0,00; 0.25; 0,50; 0,75; 1,00; 1,50: 2.00; 3.00;4.00;
5,00 мл рабочего стандартного раствора соли Fe3+(в 1 мл раствора — 0,01 мг
Fe), добавляют в каждую из колб по 1 мл НNОз (1:1), затем последовательно
добавляют в каждую колбу по 4 мл KCNS(или NH4CNS), доводят объем
25
раствора до метки дистиллированной водой, тщательно перемешивают и сразу
же измеряют оптическую плотность растворов с синим светофильтром. По
полученным данным строят градуировочный график зависимости оптической
плотности от содержания железа.
Анализ исследуемого раствора: в мерную колбу емкостью 25 мл
отбирают 20 мл исследуемой воды или меньший объем, если содержание Fe
более 1 мг/л, добавляют 1 мл HNO3(1:1), 4 мл KCNS, перемешивают и
измеряют оптическую плотность с синим светофильтром. По градуировочному
графику находят содержание железа.
Расчеты:
Содержание общего железа (Cx ) вычисляют по формуле:
Сх =
Сград. ∙ 25
,
𝑉
где Сград – концентрация ионов железа, определенная по градуировочному
графику (мг/л);
V – объем пробы, взятой для определения (мл);
25 – объем мерной колбы (мл).
2.4.6.Определение нитритов
Метод основан на взаимодействии нитрит-иона с сульфаниловой
кислотой, входящей в состав реактива Грисса, с образованием азосоединения
розового цвета. Метод позволяет определить от 0,005 до 0,03 мг NO2−.
Определению нитрит-иона мешают мутность и цвет анализируемого
раствора. Для его осветления добавляют суспензию Al(OH)3. Реакция
ускоряется при нагревании на водяной бане до 50–60°С.
Приготовление рабочих растворов
Основной стандартный раствор азотистокислого калия (1 мл раствора
содержит 1 мг нитрит-иона). Для этого 1,497 г NaNO2 помещают в колбу
емкостью 1 л, растворяют в небольшом количестве дистиллированной воды и
доводят до метки водой. В качестве консерванта добавляют 1 мл хлороформа.
Рабочий стандартный раствор азотистокислого калия (1 мл раствора
содержит 0,001 мг NO2-) готовят в день проведения анализа разбавлением
основного стандартного раствора в 1000 раз дистиллированной водой.
Реактив Грисса: 10 г сухого реактива Грисса растворяют в 100 мл 12 %-й
СН3СООН. СН3СООН (12 %-я): 25 мл ледяной СН3СООН доводят
дистиллированной водой до метки в мерной колбе на 200 мл.
26
Выполнение определения
Построение градуировочного графика: в мерные колбы на 50 мл вносят
0,10; 0,20; 0,50; 1,00; 1,50; 2,00; 5,00; 10,00 мл рабочего стандартного раствора
KNO2, добавляют 2 мл свежеприготовленного реактива Грисса (либо ≈0,1 г
сухого реактива Грисса), перемешивают и доводят до метки дистиллированной
водой. Колбы закрывают пробками и помещают в темное место.
Через 30–40 минут измеряют оптическую плотность (А) растворов
с
зеленым светофильтром (λ= 520 нм). По полученным данным строят
градуировочный график зависимости оптической плотности от содержания
нитрит-иона.
Анализ исследуемого раствора: в мерную колбу на 50 мл вносят
аликвотную часть анализируемой (или осветленной) пробы (≈ 10 мл),
добавляют 2 мл свежеприготовленного реактива Грисса, перемешивают,
доводят дистиллированной водой до метки, закрывают пробкой, помещают в
темное место и через 30–40 минут измеряют оптическую плотность с зеленым
светофильтром. По градуировочному графику определяют содержание NO2-.
Расчеты:
Сград. ∙ 50
Сх =
,
𝑉
где Сх – концентрация NO2− в исследуемой пробе (мг/л);
Сград. – концентрация NO2− по градуировочному графику (мг/л);
V – объем пробы, взятый для анализа (мл);
50 – объем мерной колбы (мл).
2.4.7.Определение нитратов
Метод основан на взаимодействии нитрат-иона с раствором салициловокислого натрия (подкисленного серной кислотой) с образованием соединения
желтого цвета.
Определению нитрат-иона мешают:
а) хлориды (>200 мг/л), для их удаления добавляют ионы Ag+ в
количестве,
эквивалентном
присутствующим
хлорид-ионам;
осадок
отфильтровывают;
б) железо, перед выпариванием анализируемой воды для маскировки
мешающего действия ионов железа добавляют 8–10 капель раствора калия
натрия-виннокислого KNaC4H4O6.
Приготовление рабочих растворов
Основной стандартный раствор азотнокислого калия (1мл раствора
содержит 0,1 мг NO3−). Для этого 0,1630 г KNO3 высушивают при 105±2°С,
помещают в колбу емкостью 1 л, растворяют в небольшом количестве
27
дистиллированной воды и доводят до метки водой. В качестве консерванта
добавляют 1 мл хлороформа.
Рабочий стандартный раствор азотнокислого калия (1 мл раствора
содержит 0,001 мг NO3−). Готовят в день проведения анализа разбавлением
основного стандартного раствора в 100 раз дистиллированной водой.
Салициловокислый натрий 5–10 % раствор.
Едкий натр 1 н раствор (40г едкого натрия растворяют в мерной колбе
на 1 литр).
Выполнение определения
Построение градуировочного графика: 0,40; 0,80; 1,20; 1,60; 2,00; 3,00;
4,00 мл рабочего стандартного раствора KNO3 добавляют по 1 мл
салициловокислого натрия; 8–10 капель KNaC4H4O6 и выпаривают досуха в
фарфоровых чашках (не дать пригореть!), охлаждают, добавляют по 1 мл
концентрированной H2:SO4, перемешивают, оставляют постоять на 10 минут, а
затем количественно переносят в мерные колбы на 50 мл. В каждую колбу 4
раза добавляют дистиллированную воду (≈по 5 мл), 7 мл 10 н раствора NaOH,
доводят водой до метки и сразу фотометрируют (λ=400 нм).
ВНИМАНИЕ! Окраска устойчива только в течение 10 минут.
По полученным данным строят градуировочный график зависимости
оптической плотности от содержания нитрат-иона.
Анализ исследуемого раствора: аликвоту анализируемой воды (5–10 мл)
помещают в фарфоровую чашку, добавляют 1 мл салициловокислого натрия, 8–
10 капель KNaC4H406 и выпаривают досуха. После охлаждения сухой остаток
увлажняют 1 мл концентрированной H2SO4,тщательно растирают стеклянной
палочкой и оставляют на 10 минут. Затем переносят количественно в мерную
колбу на 50 мл, добавляют 7 мл 10 н NaOH, добавляют дистиллированной
водой до метки, перемешивают и фотометрируют (λ=400 нм). По
градуировочному графику определяют содержание нитрат-ионов в воде.
Расчеты:
Сград. ∙ 50
,
𝑉
где Сx– концентрация NO3− в исследуемой пробе (мг/л);
С град – концентрация NO3− по градуировочному графику (мг/л);
V –объем аликвоты, взятый для анализа (мл);
50 – объем мерной колбы (мл).
Сх =
2.4.8. Определение сульфатов
Метод основан на титровании сульфата бария раствором трилона Б по
остатку. При этом проводят несколько стадий определения:
а) сульфат-ион связывают ионами Ва2+в осадок BaSO4;
б)образовавшийся осадок BaSO4 растворяют в избытке трилона Б;
28
в)избыток трилона Б оттитровывают раствором MgSO4 с индикатором ЭХЧТ.
Приготовление рабочих растворов
Раствор BaCl2 для качественного определения сульфат–ионов 10 %.
Раствор BaCl2 для количественного определения сульфат-ионов – 0,05 н.
Раствор трилона Б – 0,1 н.
Раствор MgSO4 –0,1 н.
Выполнение определения
Качественное определение SO42-с приближенной количественной
оценкой: к 5 мл исследуемой воды добавляют 4–5 капель HCI(1:1) и 0,5 мл
10%-го раствора BaCl2,раствор перемешивают. Приближенное содержание
SO42-определяют в соответствии с таблицей.
Таблица 4. Качественное определение сульфат-ионов
Признаки
Отсутствие
мути
Слабая муть
через несколько
минут
Слабая муть
появляется
сразу
Сильная муть
быстро
оседает
5
5-10
10-100
100-500
Содержание
SO42- (мг/г)
Количественное определение SO42- комплексонометрическим методом
титрования по остатку: к 350 мл анализируемой воды добавляют HCI до кислой
среды (по универсальному индикатору) и упаривают до 50 мл. К аликвоте
упаренной воды (≈ 50 мл) добавляют 25 мл 0,05 н раствора ВаСl 2, кипятят 10
минут и оставляют на 1 час на выключенной плитке. Затем отфильтровывают
образовавшийся осадок, промывают его на фильтре дистиллированной водой
4–5 раз до отрицательной реакции на присутствие хлорид-ионов (проба с
раствором AgNO3). Фильтр с осадком переносят в колбу для титрования (или
стакан), добавляют 5 мл концентрированного аммиака, 10 мл 0,1 н раствора
трилона Б и кипятят до растворения осадка (среда должна быть щелочной,
иначе комплекс не образуется). Если все условия выполнены, а осадок не
растворяется, необходимо добавить еще точно отмеренное количество трилона
Б (которое также учитывают при расчетах).
Полученный раствор охлаждают, добавляют 5–10 мл аммиачного буфера,
индикатор ЭХЧТ (до синей окраски) и титруют 0,1 н раствором MgSO4 до
перехода окраски в винно-красную.
Расчеты:
С𝐒𝐎𝟐− =
(СH mp .Б ∙ Vmp .Б − СH MgSO 4 ∙ VMgSO 4 ) ∙ MэSO 2−
4
VH 2 O
𝟒
29
,
Vтр.Б – объем трилона Б, добавленного до полного растворения осадка (мл);
V(MgSO4) – объем раствора MgSO4, пошедший на титрование избытка трилона
Б (мл);
M Э (SO42-) – молярная масса эквивалента сульфат-иона, равная 96 мг/моль;
V (H2O) – объем анализируемой воды, выраженный в литрах (0, 35 л).
2.4.9. Дихроматометрическое определение окисляемости
воды (химическое потребление кислорода)
Окисляемость характеризует суммарное содержание органических
веществ в воде. Определение химического потребления кислорода (ХПК)
данным методом основано на окислении органических веществ бихроматом
калия в кислой среде в присутствии катализатора Ag2SO4.
Cr2O72− +14H + + 6e → 2Cr 3+ + 7H 2O .
Избыток бихромата титруют раствором железоаммонийных квасцов.
Данным методом можно анализировать пресные воды с содержанием
органических веществ от 5 до 50 мг кислорода на 1 л.
Определению мешают хлорид-ионы. Для их удаления добавляют HgSO4:
если [Cl]<1 г/л, то к исследуемому раствору прибавляют 0.1 г HgSO4 на
10 мг Cl - ;
если [Cl] >1 г/л, то добавляют HgSO4 в 15 раз больше к содержанию Cl-.
Одновременно в пробу вносят 5 мл концентрированной H2SO4 для растворения
HgSO4,
Приготовление рабочих растворов
Основной стандартный раствор K2Cr2O7 (0,25 н) –12,258 г х.ч. К2Сr207,
высушенного в течение 2 часов при 105°С, растворяют в дистиллированной
воде и доводят объем до 1 литра.
Рабочий стандартный раствор K2Cr2O7(0,025 н) готовят разбавлением
основного стандартного раствора в 10 раз.
Основной стандартный раствор железоаммонийных квасцов (FeSO4·
(NH4)2SO4·6H2O) 0,25 н — 98 г квасцов растворяют в дистиллированной воде,
добавляют 20 мл концентрированной H2SO4,охлаждают и доводят объем
дистиллированной водой до 1 литра.
Рабочий стандартный раствор FeS04·(NH4)2SO4·6H2О(≈0,025 н) –
готовят разбавлением основного стандартного раствора в 10 раз. Нормальность
раствора устанавливают по бихромату калия.
Раствор катализатора (Ag2SO4 в концентрированной H2SO4) – 13 г
Ag2SO4 (ч.д.а.) растворяют в 1 литре концентрированной H2SO4,
Раствор NaOH (0,1 н) — 0,1 г NaOH растворяют в дистиллированной
воде и доводят объем до 250 мл.
30
Определение нормальности рабочего стандартного раствора
FeSO4·(NH4)2SO4·6H2O
В коническую колбу 750 мл наливают 25 мл 0,025 н раствора К2Сr207,
добавляют 175 мл дистиллированной воды, 15 мл раствора H2SO4 (1:1),
охлаждают, добавляют 15 капель фенилантраниловой кислоты и титруют
≈0,025 н раствором железоаммонийных квасцов до перехода окраски от краснофиолетовой в зеленую. По результатам титрования рассчитывают нормальность
раствора железоаммонийных квасцов.
Выполнение определения
Пробу исследуемой воды 20 мл (или меньший ее объем, доведенный
дистиллятом до 20 мл) помещают в колбу со шлифом для кипячения,
добавляют 10 мл 0,025 н раствора К2Сr207, 30 мл раствора Ag2SO4в H2SO4и 2
стеклянных капилляра для равномерного кипения. К колбе присоединяют
обратный холодильник и кипятят на самом слабом нагреве два часа. Затем
охлаждают, снимают холодильник и промывают его стенки 25 мл
бидистиллята. Содержимое колбы количественно переносят в коническую
колбу на 750 мл, обмывая ее стенки 100 мл бидистиллята и охлаждают. К
полученному раствору добавляют 15 капель раствора индикатора и избыток
непрореагировавшего К2Сr207титруют 0,025 н раствором железоаммонийных
квасцов до перехода окраски из красновато-синей в синевато-зеленую,
энергично перемешивая.
Аналогично проводят контрольный (холостой) опыт, в котором вместо
анализируемой воды берут 20мл бидистиллята.
По результатам титрования рассчитывают бихроматную окисляемость
(ХПК), выраженную в миллиграммах кислорода на 1 литр сточной воды.
Расчеты:
(𝑉1 − 𝑉2 ) ∙ 𝐶𝐻 ∙ 8 ∙ 1000
ХПК =
,
𝑉
где ХПК – химическое потребление кислорода, мг О2/л;
V1 –объем раствора железоаммонийных квасцов, израсходованный на
титрование в контрольном опыте, мл;
V2 – объем раствора железоаммонийных квасцов, израсходованный на
титрование пробы, мл;
Сн – нормальность раствора железоаммонийных квасцов (моль/л);
V – объем анализируемой воды, мл;
8 – эквивалент кислорода, г/моль-экв.
2.4.10. Определение биохимического потребления кислорода
При хранении воды в склянке с притертой пробкой в темноте содержание
растворенного в ней кислорода убывает. Он затрачивается на окисление
31
имеющегося в воде органического вещества, а также на окисление
восстановленных неорганических веществ, если они присутствуют.
Наблюдающаяся в аэробных условиях убыль растворенного кислорода за
определенный промежуток времени называется биохимическим потреблением
кислорода (БПК), которая выражается в миллиграммах кислорода на литр (мг
О2/л).Обычно инкубация проводится в течение 5 суток, в темноте, при
температуре 20°С и обозначается через БПК5. Это определение дает
относительное представление о содержании в воде легкоокисляющегося
органического вещества. Чем выше его концентрация, тем больше потребление
кислорода. Однако повышенное потребление кислорода может иметь место и
при высоком содержании гуминовых соединений. Поэтому для правильной
оценки полученных результатов определения БПК5 их необходимо
сопоставлять с величиной пермангантной окисляемости в мг О 2/л. Если
отношение БПК5 к кислороду окисляемости меньше 0,5, то в воде преобладает
стойкое органическое вещество.
В поверхностных водах обычно БПК5 составляет от 0,5 до 4 мгО2/л.
Использование величины БПК очень важно при контроле за работой
очистных сооружений. По величине БПК можно судить о степени загрязнения
воды.
Таблица 5. Определение степени загрязнения воды по БПК
Степень загрязнения
Очень чистые
Чистые
Умеренно загрязненные
Загрязненные
Грязные
Очень грязные
БПК5 (мг О2/л)
0,5 – 1
1,1 – 1,9
2,0 – 2,9
3,0 – 3,9
4,0 – 10
>10
Скляночный метод определения БПK5
Определение БПК5 проводят по разности между содержанием кислорода
до и после инкубации анализируемой воды в темноте в течение 5 суток при
20°С без доступа воздуха.
Метод применяют до значения БПК5 не выше 6 мг О2/л.
Исследуемую воду набирают в склянку 1,5 л так, чтобы не оставлять в
ней воздуха, и сразу же обрабатывают или обкладывают льдом.
В пробе определяют рН, и если он отличается от значения 6,0–8,0, то
нейтрализуют раствор 1 н НСl или 1 н NaOH.
Анализируемую воду переливают в колбу, доводят до 20°С (нагревая
пробу или охлаждая ее), взбалтывают в течение 1 минуты для насыщения воды
воздухом или для удаления его избытка. Дав выйти пузырькам воздуха с
помощью сифона, наполняют три склянки с притертыми пробками водой
наполовину, ополаскивают и потом наполняют до краев. В одной из склянок
определяют растворенный кислород, две другие ставят в кювету термостата (в
32
темноту), горлом вниз на 5 суток, затем в них определяют оставшийся
растворенный кислород и вычисляют среднюю величину. Разность между
начальным и конечным определениями, пересчитанная на1 литр, дает величину
кислорода, пошедшего на окисление органических веществ в воде в течение 5
суток.
Для загрязненных вод растворенного кислорода не хватает на окисление,
поэтому в таких случаях воду предварительно разбавляют специально
заготовленной водой так, чтобы за 5 суток убыль кислорода была не менее 2
мг/л, а остаток его по истечении 5 суток был не ниже 2 мг/л. Обычно для
разбавления используют воду с БПК5 не более 0.3 мг/л. Если БПК исследуемой
воды совершенно не известна, то делают несколько разбавлений: 1:1; 1:2; 1:3;
1:4.
2.4.11. Определение растворенного кислорода
Метод основан на взаимодействии в щелочной среде Мп(ОН)2 с
растворенным в воде кислородом с образованием нерастворимого соединения
Мп4+коричневого цвета. При подкислении раствора в присутствии избытка
К1выделяется
12,количество
которого
эквивалентно
содержащемуся
растворенному в воде кислороду. Выделившийся йод титруют тиосульфатом
натрия.
Мn2+ + 2OH-→Мn(ОН)2
белый
2 Мn(ОН)2 + О2→ 2Мn (ОН)4
бурый
+
Мn(ОН)4 + 4Н +ЗI → Мn2+ + I3− + ЗН2О
I3− +2S2O32− →3I− +S4O62−
Метод применяют при содержании растворенного кислорода в воде выше
0,05 мг/л.
Определению мешают:
а) взвешенные и окрашенные вещества – их удаляют, добавляя 10 мл 10
%-го раствора алюмокалиевых квасцов и 2 мл концентрированного
NH4OH.Раствор отстаивают и сливают с помощью сифона в кислородную
склянку.
Если вещества плохо осаждаются, то проводят осветление раствора. Для
этого добавляют 10 мл раствора сульфаминовой кислоты и хлорида ртути (II)
(32 г сульфаминовой кислоты растворяют в 450 мл дистиллированной воды; 54
г хлорида ртути (II) растворяют при нагревании в 450 мл дистиллированной
воды; оба раствора смешивают и доводят дистиллированной водой до 1 литра);
б) NO2- – при содержании NO2->0,05 мг/л перед растворением осадка
гидроокисей в кислоте добавляют несколько капель 5 %-го водного раствора
азида натрия или 40 %-го раствора сульфаминовой кислоты или мочевины;
в) железо – при содержании железа более 1 мг/л в пробу перед
растворением осадкагидроокисей добавляют 1 мл 40 %-го раствор KF. После
33
подкисления пробы быстрым титрованием устанавливают точное содержание
выделенного йода;
г) восстановители –
в присутствии восстановителей сначала в
кислородную склянку добавляют 0,5 мл H2SO4(1:4), затем 0,5 мл смешанного
раствора гипохлорита натрия и сульфата натрия (200 мл 25 %-го раствора
Na2SO4 смешивают с 30 мл 3 %-го раствора NaCIO и помещают в темную
склянку).
Склянку закрывают пробкой, взбалтывают раствор и оставляют в темном
месте на 30 минут. Для устранения избытка NaClO добавляют 1 мл раствора
KCNS (2 г KCNS растворяют в 200 мл 25 %-го раствора Na2SO4) и пробу
взбалтывают. Через 10 минут определяют растворенный кислород.
Приготовление рабочих растворов
Раствор MnCl2 – 210 г МпС12·4Н2Орастворяют в 200 мл
дистиллированной воды, фильтруют и доводят объем раствора до 500 мл
дистиллированной водой. Можно использовать МпSO4·4Н2О(240г), и
MnSO4·2H2O(200 г).
Щелочной раствор KI – 15 г х.ч. К1(или 13,6 г NaI) растворяют в 20 мл
дистиллированной воды и 50 г NaOH (или 70 г КОН) растворяют в 50 мл
дистиллированной воды, оба раствора смешивают и доводят объем до 100 мл
дистиллированной водой.
Раствор HCI (2:1) – 340 мл концентрированной НСl смешивают со 170
мл дистиллированной воды. Можно использовать H2SO4(1:4).
Раствор Na2S2O3(0,02н)–5 г Na2S2O3·5H2Oрастворяют в дистиллированной
воде и доводят объем до 1 литра, затем прибавляют 10 мл амилового или
изобутилового спирта или 1–2 мл хлороформа. Используют через 10 дней,
проверяя его нормальность по К2Сr207.
Раствор К2Сr207 – 0,02 н.
Раствор крахмала – 0,5 %.
Выполнение определения
Склянку заполняют водой до краев (100 мл должно вылиться). Затем в
склянку с пробой воды добавляют 1 мл раствора МпС12,1 мл щелочного
раствора KI, перемешивают. Осадку дают отстояться не меньше 10 минут,
добавляют 5 мл раствора НС1,закрывают, перемешивают.
Отбирают из склянки 50 мл раствора в коническую колбу на 250 мл и
титруют 0,02 н раствором Na2S2O3 до светло-желтой окраски. Затем добавляют
1 мл крахмала и титруют дальше раствором Na2S2O3до исчезновения синей
окраски.
По результатам титрования рассчитывают содержание растворенного
кислорода в воде в мг/л и затем — значение БПК5.
34
Расчеты:
Сх =
Сн ∙ 1000 ∙ 𝑉 ∙ 8 ∙ 𝑉1
50(𝑉 − 2)
где Cх – содержание растворенного кислорода в воде, мг О2/л;
Сн – нормальность раствора Na2S2O3, моль/л;
V1– объем раствора Na2S2O3,пошедший на титрование, мл;
V – объем склянки, в которую отбиралась проба, мл;
2·50 – объем пробы, вылившийся при фиксации растворенного кислорода;
8 – эквивалент кислорода.
БПК =
БПК,
мг/л:
[(О1 − О2 ) − О3 ∙ (1000 − 𝑝 /1000)] ∙ 1000
1000
где О1 – содержание растворенного кислорода в пробе в день определения
мг/л; О2 – содержание растворенного кислорода в пробе спустя 5 суток,
О3– БПК5 разбавляющей воды, мг/л; р – разведение, т.е. количество
миллилитров исследуемой воды в литре смеси исследуемой и разбавляющей
воды.
35
Часть III. Задачи для самостоятельного решения
1. Определите суточный расход хлора на хлорирование воды в городе с
миллионом жителей, если принять, что расход воды на человека 350 л, а норма
расхода хлора 2⋅10–4 г/л. Ответ: 70 кг.
2. Какова минимальная суммарная масса каждого из перечисленных металлов,
которые могут ежедневно проходить через городскую сеть водоснабжения
мощностью 1⋅107 л в день, если концентрация этих металлов не должна
превышать: цинка - 5 мг/л, кадмия - 0,01 мг/л, марганца - 0,05 мг/л, меди - 1
мг/л. Ответ: 50; 0,1; 0,5; 10 кг.
3. Сколько л морской воды нужно обработать, чтобы получить 10 8 кг брома,
если концентрация брома 0,67 г/кг или 8,3⋅10–4 моль/л. Ответ: 1,5⋅1013л.
4. Кислотные дожди попадают в почву и разрушают нерастворимые соединения
металлов, например оксиды. Таким образом, тяжелые металлы в избыточных
количествах попадают в воду, а затем в кровь животных и человека, вызывая
различные заболевания и массовую гибель рыбы. В состав глины входит 10-40
% оксида алюминия. Какое количество алюминия окажется в воде, если вместе
с осадками выпало 10- т серной кислоты. Ответ: 1,837 тонн.
5. В пресной воде, предназначенной для водоснабжения, концентрация ионов
кальция составляет 2,2⋅10–3 моль/л, а концентрация бикарбонат - иона равна
1,3⋅10–3 моль/л. Какие количества гидроксида кальция и карбоната натрия
необходимы для снижения уровня содержания ионов кальция в четыре раза,
если требуется подготовить 1⋅107 л воды. Ответ: 583 и 240,5 кг.
6. Содержание фосфора в морской воде составляет 0,07 г фосфора на 106 г
воды. Если весь этот фосфор находится в виде фосфат - иона, то каковы будут
молярные концентрации фосфата? Ответ: 2,3 ⋅ 10–6 моль/л.
7. В аквариум вместимостью 20 л просыпалось 100 г натриевой селитры (ω = 80
%). Сколько времени есть в запасе, чтобы достать новую, пригодную для
содержания золотых рыбок воду, если известно, что при концентрации нитрат ионов 6 г/л рыбки погибают через 6,5 часов, при концентрации 5 г/л - через 37
часов, при 4 г/л - через 80 часов. Ответ: 4 г/л.
8. В воде содового источника объемом 1 л содержится 0,1 моль гидрокарбонат ионов. Рассчитайте, сколько моль натрий - ионов содержится в стакане такой
воды емкостью 200 мл. Какое физиологическое действие на организм может
оказать такая вода? Ответ: 0,02 моль/л.
9. Фтор поступает в организм человека с продуктами питания и водой. В
некоторых районах содержание фтористых солей в питьевой воде в пересчете
на фторид натрия составляет 2 мг/л. Считая, что человек в среднем потребляет
в сутки 2 л воды, вычислите сколько фтора вводится ежедневно в организм
человека? Напишите уравнение диссоциации фторида натрия и укажите в
каком виде фтор поступает в организм. К чему может привести избыток фтора
в организме? Ответ: 1,8 мг.
36
10. ПДК железа в воде 0,3 мг/л. Содержание железа в Тамбовской области
превышено в 4 раза. Это приводит к повышению заболеваемости желудочнокишечного тракта, ишемической болезни сердца. Предложите способы
обезвреживания, учитывая, что в данной области ионы железа находятся в виде
гидрокарбоната железа (II), который может перейти в осадок - гидроксид
железа (Ш). Напишите уравнения реакций этого перехода (Fe(HCO3)2
→Fe(OH)2→ Fe2(SO4)3→ Fe(OH)3 ).
11. Химкомбинат по производству азотных удобрений из-за поломки главного
конвейера допустил сброс нитрата аммония в близлежащее озеро. Выживут ли
ушастые окуни, живущие в озере, если известно, что сбросили 30 т нитрата
аммония, а объем озера - 5 тыс. л. Токсическая концентрация нитрата аммония
для ушастых окуней составляет 800 мг/л. Ответ: 6⋅106 мг/л.
12. Для определения содержания сульфат - ионов в воде минерального
источника к 150,0 мл ее прибавили 25,00 мл 0,1115 М раствора хлорида бария.
Не фильтруя осадок сульфата бария, добавили к смеси аммонийный буфер,
содержащий комплексонат магния, и оттитровали 14,00 мл 0,01242 М ЭДТА.
Вычислить концентрацию сульфат - ионов (мг/л). Ответ: 67,16 мг/л.
13. Определите молярную концентрацию хлора в воде, если для его удаления из
воды объемом 1 м3 потребовался раствор тиосульфата натрия объемом 500 мл
(с = 0,1 моль/л). Ответ: 2⋅ 10–4 моль/л.
14. Гидроксид магния получают из морской воды путем осаждения ионов
магния известковым молоком. Сколько кубометров воды нужно переработать,
чтобы получить 1 т гидроксида магния, если общая минерализация морской
воды составляет 35 г/л, причем содержание магния в виде хлорида составляет
9,44 %? Ответ: 495,7 м3.
15. Для определения кислорода, растворенного в воде, взяли две пробы в
склянки емкостью 500 мл. В первую склянку (рабочий опыт) ввели 1,00 мл
MnCl2 и 3,00 мл щелочного раствора йодид - йодатной смеси; во вторую
(контрольный опыт) - 1,00 мл MnCL2, 3,00 мл KI + KIO3 + KOH и 5,00 мл HCl
(пл. 1,19 г/мл). После соответствующей обработки из каждой склянки отобрали
по 100 мл раствора. На титрование йода в 100 мл раствора было израсходовано
10,25 мл в рабочем опыте и 2,20 мл 0,01 н раствора тиосульфата натрия в
контрольном опыте (К = 1,1440). Вычислить содержание кислорода,
растворенного в воде, в мг/л при нормальных условиях. Ответ: 7,41 мг/л.
16. Для определения кислорода, растворенного в воде, взяли две пробы. В
первую склянку емкостью 200 мл (рабочий опыт) ввели 1,00 мл MnCl 2 и 3,00
мл щелочного раствора иодид-иодатной смеси; во вторую емкостью 180 мл
(контрольный опыт) - 1,00 мл MnCL2, 3,00 мл KI + KIO3 + KOH и 5,00 мл HCl
(пл. 1,19 г/мл). После соответствующих операций на титрование йода в рабочем
опыте израсходовано 8,76 мл и 1,40 мл раствора тиосульфата натрия в
контрольном опыте Т(Na2S2O3/O2) = 0,0002600 г/мл. Вычислить содержание
кислорода, растворенного в воде, в мг/л при нормальных условиях. Ответ: 9,75
мг/л.
37
17. Для определения кислорода, растворенного в воде, взяли две пробы в
склянки емкостью 330,0 мл (рабочий опыт) и 340,0 мл (контрольный опыт). В
первую склянку ввели 1,00 мл MnCl2 и 3,00 мл щелочного раствора иодидиодатной смеси; во вторую - 1,00 мл MnCL2, 3,00 мл KI + KIO3 + KOH и 5,00
мл HCl (пл. 1,19 г/мл). После соответствующих операций на титрование иода в
рабочем опыте израсходовано 8,40 мл 0,1 н раствора тиосульфата натрия (К=
0,7810), а на титрование иода в контрольном опыте - 4,25 мл того же раствора.
Вычислить содержание кислорода, растворенного в воде, в мг/л при
нормальных условиях. Ответ: 9,96 мг/л.
18. Для определения кислорода, растворенного в воде, взяли две пробы в
склянки емкостью 295,2 мл (рабочий опыт) и 250,0 мл (контрольный опыт). В
первую склянку ввели 1,00 мл MnCl2 и 3,00 мл щелочного раствора иодидиодатной смеси; во вторую (контрольный опыт) - 1,00 мл MnCL2, 3,00 мл KI +
KIO3 + KOH и 5,00 мл HCl (пл. 1,19 г/мл). После соответствующей обработки
на титрование иода в рабочем опыте израсходовано 6,20 мл раствора
тиосульфата натрия T(Na2S2O3) = 0,01581г/мл, а на титрование йода в
контрольном опыте – 2,80 мл того же раствора. Вычислить содержание
кислорода, растворенного в воде, в мг/л при нормальных условиях. Ответ: 7,76
мг/л.
19. Для определения кислорода, растворенного в воде, взяли две пробы в
склянки емкостью 315,0 мл (рабочий опыт) и 290,0 мл (контрольный опыт). В
первую склянку ввели 1,00 мл MnCl2 и 3,00 мл щелочного раствора иодидиодатной смеси; во вторую (контрольный опыт) - 1,00 мл MnCl2, 3,00 мл KI +
KIO3 + KOH и 5,00 мл HCl (пл. 1,19 г/мл). После соответствующей обработки
на титрование йода в рабочем опыте израсходовано 15,40 мл раствора
тиосульфата натрия T(Na2S2O3/Fe) = 0,002234г/мл, а на титрование йода в
контрольном опыте – 3,60 мл того же раствора. Вычислить содержание
кислорода, растворенного в воде, в мг/л при нормальных условиях. Ответ:
11,75 мг/л.
20. Для определения сульфат ионов пробу воды обработали катионитом в нформе. На титрование 100 мл полученной воды после соответствующей
обработки было израсходовано 12,20 мл 0,1 н раствора нитрата свинца
К[Pb(NO3)2] = 0,8875. Вычислить содержание сульфат ионов в мг/л
анализируемой воды. Ответ: 519,7 мг/л.
21. Для определения сульфат ионов пробу воды обработали катионитом в нформе. На титрование 200 мл воды после соответствующей обработки было
израсходовано 15,40 мл 0,05 н раствора нитрата свинца К[Pb(NO 3)2] =1,246.
Вычислить содержание сульфат ионов в мг/л анализируемой воды. Ответ:
230,2 мг/л.
22. При определении свободного диоксида углерода на титрование 200 мл воды
было израсходовано 1,80 мл 0,01 н (К = 0,9930) раствора едкого кали в
присутствии фенолфталеина. Вычислить содержание СО2 в анализируемой
пробе в мг/л. Ответ: 2,18 мг/л.
38
23. На титрование 200 мл воды в присутствии фенолфталеина израсходовано
2,20 мл раствора едкого натра (ТNaOH = 0,0003628 г/мл). Сколько мг свободного
диоксида углерода содержалось в 1 л анализируемой воды? Ответ: 1,99 мг/л.
24. Для определения железа в воде колориметрическим методом в две мерные
колбы емкостью 25,00 мл ввели в первую 6,00 мл и во вторую 9,00 мл
стандартного раствора железа (ТFe = 0,0100 г/мл), в третью колбу - 20 мл
испытуемого раствора. После добавления соответствующих реактивов были
определены оптические плотности растворов на фотоэлектроколориметре: А1=
0,33; А2= 0,63; Ах= 0,51. Вычислить содержание железа в анализируемой воде в
мг/л. Ответ: 3,9 мг/л.
25.Для определения железа в воде в мерных колбах емкостью 50,00 мл были
приготовлены стандартный и испытуемый растворы. Для приготовления
стандартного раствора взяли 8,00 мл раствора соли железа (Ш) (ТFe= 0,0100
г/мл), а для приготовления испытуемого - 25,00 мл воды. После добавления
соответствующих реактивов оптические плотности растворов определили на
фотоэлектроколориметре: Аст=0,65; Ах=0,62. Вычислить концентрацию железа
в испытуемой воде в мг/л. Ответ: 3,05 мг/л.
26. На титрование 200 мл воды из Невы было затрачено 2,25 мл 0,1 н раствора
KMnO4 (К= 0,8466). Вычислить окисляемость воды и сделать вывод о
загрязнении ее восстановителями, если норма окисляемости по кислороду 7,6
мг/л. Ответ: 7,62 мг/л.
27. На титрование 100 мл воды из Амура было затрачено 2,80 мл 0,1 н раствора
KMnO4 (К= 0,9450). Вычислить окисляемость воды и сделать вывод о
загрязнении ее восстановителями, если норма окисляемости по кислороду 21,2
мг/л. Ответ: 21,16 мг/л.
28. На титрование 200 мл воды из Волги было затрачено 2,40 мл раствора
KMnO4 (Т KMnO4/O = 0,0008240 г/мл). Вычислить окисляемость воды и
сделать вывод о загрязнении ее восстановителями, если норма окисляемости по
кислороду 5,5 мг/л. Ответ: 9,89 мг/л.
29. Осадок оксида серебра (I) при контакте с водой в небольшой степени
переходит в раствор. Укажите молекулярную формулу соединения, в виде
которого серебро находится в воде. Определите рН его насыщенного раствора
при 25°С. Предельно допустимая массовая концентрация ионов Ag + в питьевой
воде составляет 0,01 мг/л. Докажите расчетом, что значение той же величины в
насыщенном растворе над твердым Ag2O превышает предельно допустимое. Во
сколько раз надо разбавить насыщенный раствор, чтобы эти значения стали
равными?
30. Во сколько раз за сутки растение элодея канадская массой 200 кг может
снизить концентрацию гидрокарбоната кальция в водоеме объемом 1000 м3,
если 100 кг этого растения за 10 часов вызывают осаждение 2 кг углекислого
кальция? Начальная равновесная концентрация [CO2] = 30 мг/л. Ответ: в 1,2
раза.
31.Массовая доля йода в морской воде 5⋅10–6 %, в морских водорослях - 0,5 %,
зола морских водорослей содержит 2-3 % йода в виде солей. Зола
39
обрабатывается водой и упаривается. Хлориды и сульфаты, содержащиеся в
золе, выпадают в осадок, а йодиды как более растворимые остаются в растворе.
Йод получают обработкой маточного раствора хлором или оксидом марганца
(IV) в кислой среде. Напишите уравнения реакций получения йода. Какую
массу золы нужно обработать для получения йода массой 1 кг?. Какую массу
морских водорослей нужно для этого сжечь? В каком объеме воды будет
содержаться эта масса йода? Ответ: 40 кг; 200 кг; 2⋅107 кг.
32. рН крови здорового человека составляет 6,35, желудочного сока - 1,5.
Рассчитайте концентрацию водородных ионов в крови и желудочном соке.
33. Оптимальная для здоровья человека массовая концентрация ионов фтора в
питьевой воде составляет 1,25 мг/л. Установите, будет ли (да, нет) при 25°С
годной для питья вода, прошедшая очистку от фторид ионов осаждением
фторида кальция (без применения избытка ионов кальция).
34. Предельно допустимая концентрация катионов свинца (П) в промышленных
сточных водах равна 0,1 мг/л. Установите, обеспечивается ли (да, нет) очистка
сточных вод от свинца осаждением: а) хлорида; б) сульфата; в) ортофосфата
свинца (П) при 25°С.
35. Для осветления питьевой воды к ней добавляют сульфат алюминия.
Образуется гидроксид алюминия, студнеобразные хлопья которого хорошо
сорбируют взвешенные в воде частицы. Установите остаточную концентрацию
катионов алюминия в воде с рН 6,55 при 25°С.
36. Два цеха направляют сточные воды в общий коллектор. Первый сток ( 20
м3/мин) содержит хлорид кальция с массовой концентрацией 0,733 г/л, а второй
сток (10 м3/мин) - сульфат калия с концентрацией 1,185 г/л. Определите будет
ли (да, нет) при 25°С происходить засорение коллектора осадком?
37. Предельно допустимая массовая концентрация ионов меди в воде
составляет 0,1 мг/л. Для очистки промышленных стоков от ионов Cu2+
осаждают гидроксид меди (П) добавлением щелочи. Какое значение рН при
25°С необходимо поддерживать в растворе для снижения содержания ионов
меди до предельно допустимого?
38. Промышленные стоки некоторого предприятия содержат серебро (в виде
ионов Ag+). Перед их сбросом проводится осаждение AgCl при 25°С и
концентрации ионов Cl– равной 0,001 моль/л (предельно допустимое
содержание ионов Cl– в пресной воде). Какая масса (г) серебра рассеивается в
окружающую среду за год работы этого предприятия, если дебит сброса 1000
л/сутки? Эффективен ли данный способ очистки?
39. Осадок оксида серебра (I) при контакте с водой в небольшой степени
переходит в раствор. Укажите молекулярную формулу соединения, в виде
которого серебро находится в воде, и определите рН его насыщенного раствора
при 25°С. Предельно допустимая концентрация ионов Ag + в питьевой воде
составляет 0,01 мг/л. Докажите расчетом, что значение той же величины в
насыщенном растворе над твердым Ag2O превышает предельно допустимое. Во
сколько раз надо разбавить насыщенный раствор, чтобы эти значения стали
равными?
40
40. Определите массу никеля (г), рассеивающегося за год в окружающую среду
со сточными водами предприятия (сброс равен 40 000 л в год), если
предварительно проводится осаждение гидроксида никеля (П) с помощью 0,001
М раствора щелочи при 25°С. Эффективна ли такая очистка?
41. Определение мышьяка в сточной воде методом сравнения выполняют в
среде 0,04 М H2SO4 потенциал пика равен - 0,97 В насыщенного каломельного
электрода. При полярографировании двух стандартных растворов мышьяка с
молярными концентрациями 0,001000 и 0,001500 получены волны высотой 25,6
и 31,5 мм. Определить молярную концентрацию исследуемого раствора
мышьяка, если условия полярографирования одинаковы, а высота волны в этом
случае равна 30,0 мм. Ответ: 1,304⋅10–3 моль/л.
42. Для определения в сточной воде суммарного содержания тяжелых металлов
(свинец, медь, кадмий и т.д.) их извлекают из воды в виде дитизонатных
комплексов четыреххлористым углеродом, далее, после удаления избытка
дитизона, обрабатывают солью двухвалентной ртути для перевода в дитизонат
ртути, который фотометрируют. Оптическая плотность дитизоната ртути,
полученного обработкой 500 мл воды, равна 0,110 при λ = 485 нм. 500 мл
стандартного раствора, содержащего 2 мл Cd(NO3)2⋅4 H2O с Т=0,00001542 г/мл,
провели через все стадии анализа аналогично исследуемому раствору.
Оптическая плотность его оказалась равной 0,280. Каково суммарное
содержание металлов в сточной воде (в ммоль/л)? Ответ: 2⋅10–4 ммоль/л; ниже
ПДК.
43. Для определения в сточной воде висмута (в мг/л) пробу ее 10 мл поместили
в мерную колбу вместимостью 50 мл, подкислили разбавленной азотной
кислотой, прибавили раствор висмутола-1 (реагент на висмут), довели до метки
водой. Оптическая плотность полученного раствора при λ = 440 нм в кювете с l
= 2 см оказалась равной 0,150. Оптическая плотность стандартного раствора,
полученного обработкой 1 мл 10–4 М раствора Bi(NO3)3⋅ 5 H2O, в аналогичных
условиях, равна 0,200. Каково содержание висмута в воде? Не превышает ли
оно ПДК равное 0,5 мг/л? Ответ: 1,6 мг/л; превышает ПДК.
44. Для определения содержания ацетона в сточной воде используют реакцию
конденсации его с фурфуролом; в результате этой реакции образуется
соединений, окрашенное в кислой среде в фиолетово-красный цвет, максимум
поглощения которого приходится на 520-540 нм. Для анализа отобрали 200 мл
воды, отогнали из нее 2/3 объема, отгон разбавили в мерной колбе
вместимостью 250 мл. Для анализа отобрали 2,5 мл пробы. По
градуировочному графику нашли, что в аликвоте содержится 2,5 мкг ацетона.
Определить содержание ацетона в воде (в мг/л). Ответ: 1 мг/л.
45. ПДК для фенола (PhOH) в природной воде равна 0,001 мг/л. Для
определения фенолов в воде производства формальдегидных смол 100 мл воды
разбавили до 500 мл, пропустили через колонку с активированным углем для
удаления
примесей,
мешающих
определению.
Далее
фенолы
проэкстрагировали в кислой среде, к экстракту прибавили 4аминоантипирин, с
которым фенолы при рН = 10,00 образуют окрашенные соединения с
41
максимумом поглощения при λ = 460 нм. Оптическая плотность исследуемого
раствора равна 0,160. Стандартный раствор приготовлен разбавлением 1 мл
раствора с Т(PhOH)= 1 мкг/мл в мерной колбе вместимостью 500 мл.
Оптическая плотность стандартного раствора, проведенного через все стадии
анализа, оказалась равной 0,175. Какова концентрация фенола в сточной воде?
Можно ли ее выпустить в естественный водоем? Ответ: 9,1 мкг/л; превышает
ПДК в 9,1 раза.
46. 50 м3 сточных вод гальванического цеха содержат сульфат железа (П) с
концентрацией 15,2 кг/м3. Для осаждения железа используется 0,1 н раствор
щелочи. Определить объем раствора щелочи, необходимый для осаждения
железа. Ответ: 100 м3.
47. В каком объемном соотношении необходимо смешать кислотные стоки,
содержащие 4,9 кг/ м3 серной кислоты, и щелочные стоки, содержащие 56 кг/
м3, для их взаимной нейтрализации. Ответ: 10:1.
48. Предприятие сбрасывает азотнокислые стоки в количестве 150 м3/сутки,
содержащие 6,3 кг/ м3 азотной кислоты. Какое количество извести необходимо
для нейтрализации кислотных стоков? Товарный продукт содержит 50 % СаО.
Ответ: 3,840 кг.
49. Сточные воды содержат 7,4 кг/ м3 Са(ОН)2, объем стоков составляет 20 м3.
Какой объем соляной кислоты, концентрация которой равна 7 г/л, требуется для
их полной нейтрализации. Ответ: 20 м3.
50. Сточные воды, содержащие хлорид железа (Ш), обрабатывают 0,1 н
раствором NaOH. Объем щелочи равен 50 м3. Вычислить сколько килограммов
гидроксида железа перейдет в осадок. Ответ: 178,5 кг.
51. Сточные воды одного их цехов содержат 12,6 кг/ м3 хлорида марганца.
Объем стоков равен 200 м3. Для осаждения марганца используется 1 н раствор
щелочи. Определить объем раствора щелочи, необходимый для осаждения
марганца. Ответ: 40 м3.
52. Сточные воды травильного цеха содержат 4,9 г/л серной кислоты и 7,6 г/л
сульфата железа (П). Определить необходимое для нейтрализации кислоты и
осаждения железа количество извести (СаО), учитывая, что в товарном
продукте содержится 50 % оксида кальция. Обработке подвергается 400 м3
сточных вод. Ответ: 4,48 т.
53. При анализе сточной воды к пробе объемом 100,0 мл добавили 25,00 мл
0,02 М BaCl2 (К = 0,9816) при нагревании. Избыток хлорида бария оттитровали
в присутствии аммонийного буфера, содержащего комплексонат магния, и
эриохром черный Т, затратив 17,00 мл 0,02 М ЭДТА (К = 1,018). Вычислить
концентрацию ионов SO42– (г/л). Ответ: 0,1390 г/л.
54. При определении железа в сточной воде объемом 200,0 мл его окислили до
трехвалентного, осадили аммиаком, отделили от раствора и после растворения
в соляной кислоте оттитровали 5,14 мл 0,005 М ЭДТА (К = 1,101). Найти
общую концентрацию (мг/л) железа в воде. Ответ: 7,90 мг/л.
55. При анализе пробы производственных сточных вод объемом 100,0 мл
сульфат ионы осадили раствором хлорида бария, осадок сульфата бария
42
отфильтровали, промыли и растворили в 30,00 мл 0,025 М ЭДТА (К = 1,001).
Избыток ЭДТА оттитровали 15,00 мл хлорида магния (К = 0,9987). Определить
концентрацию SO42– - ионов (мг/л). Ответ: 361,4 мг/л.
56. На химкомбинате в резервуар с питьевой водой высыпалось из плохо
упакованного пакета 3,5 кг гидроксида бария, полностью перешедшего в
раствор. Специалисты СЭС предложили очистить питьевую воду с помощью
серной кислоты. Какую массу серной кислоты необходимо взять, если имеется
60 % раствор?
57. С целью обнаружения фенола в промышленных сточных водах используют
его способность образовывать окрашенные комплексные соединения с
некоторыми неорганическими веществами. Назовите эти вещества. Приведите
примеры производств, сбрасывающих в воду отходы, содержащие фенол. Как
его можно обезвредить?
43
Список литературы
1. Охрана окружающей природной среды /И.Н. Липунов [и др.]. Учебное
пособие. Екатеринбург: УГЛТА, 2001.- 538 с.
2. Липунов И.Н. Учебно-методическое пособие к лабораторному
практикуму по курсу природопользование и охрана окружающей среды.
3. Федорова А.И., Никольская А.Н. Практикум по экологии и охране
окружающей среды: Учебное пособие для студ. высш. учеб. заведений.
— М.: Гуманит. изд. Центр ВЛАДОС, 2003. — 288 с.
4. Вода питьевая. Гигиенические требования к качеству воды
централизованных систем питьевого водоснабжения. Санитарноэпидимиологические правила и нормативы СанПиН 2.1.4.1074-01.
5. Шпигун, О.А.,. / Ионная хроматография. О.А. Шпигун, Ю.А. Золотов.
М.: МГУ, 1990. С. 198.
6. Система капиллярного электрофореза. Основа метода. Аппаратура.
Примеры использования систем капиллярного электрофореза / под.ред.
Н.В. Комаровой. СПб: Петрополис, 2001. С. 65.
7. Лобачев А. Л., Степанова Р. Ф.,Лобачева И. В. Анализ неорганических
загрязнителей природных и питьевых вод. Учебное пособие.
Издательство «Самарский университет» 2006.- 50 с.
8. Чибисова Н.В.практикум по экологической химии: Учебное пособие
/Калинингр. ун-т. - Калининград 1999. - 94 с.
9. Химия загрязняющих веществ и экология : монография / В.Н.
Вернигорова, Н.И. Макридин, Ю.А. Соколова, И.Н. Максимова. – М. :
Издательство «Палеотип», 2005. – 240 с.
10. РД 52.24. 483–95. Методика выполнения измерений массовой
концентрации сульфатов в водах весовым методом. Ростов – н/Д:
Гидрохимический институт, 1995. С. 20.
11. ПНД Ф 14.1:2. 50–96. Методика выполнения измерений массовой
концентрации общего железа в природных водах фотометрическим
методом. М.: ГУАК Минприроды РФ, 1996. С. 7.
12. ПНД Ф 14.1:2.4 – 95. Методика выполнения измерений массовой
концентрации нитрат-ионов в природных и сточных водах
фотометрическим методом с салициловой кислотой. М.: ГУАК
Минприроды РФ, 1995. С. 12.
13. ПНД Ф 14.1:2.3. – 95. Методика выполнения измерений массовой
концентрации нитрит – ионов в пробах природной воды
фотометрическим методом с реактивом Грисса. М.: ГУАК Минприроды
РФ, 1995. С. 14.
14. ПНД Ф 14.1.1–95. Методика выполнения измерений массовой
концентрации ионов аммония в природных водах. М.: ГУАК
Минприроды РФ, 1995. С. 13.
44
Приложение 1
Предельно допустимые концентрации некоторых загрязняющих веществ
в водных объектах (мг/л).
№
п/п
1
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Аммиак
Анилин
Ацетон
Ацетонитрил
Барий
Бензол
Бромбензол
Бромнафталин
Лимитирующий показатель
вредности (ЛПВ)
3
токсикологический
токсикологический
токсикологический
санитарно-токсикологический
органолептический
токсикологический
токсикологический
токсикологический
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
Борная кислота
Бромид ион
Бутиловый спирт
Бутиловый спирт третичн.
Ванадий
Вольфрам ион (VI)
Гексан
Гидрохинон
Гранозан
токсикологический
токсикологический
токсикологический
токсикологический
токсикологический
токсикологический
токсикологический
токсикологический
токсикологический
18.
19.
20.
21.
22.
ДДТ технический
Диметиламин
1,2 дихлорэтан
Диэтиламин (ингибитор)
Диэтилдитиокарбамат
натрия
Железо ион (П)
Железо ион (Ш)
Изобутиловый спирт
Изопрен
Изопропиловый спирт
И-21-Д Ингибитор коррозии
металлов
Йодид ион
токсикологический
токсикологический
токсикологический
токсикологический
токсикологический
23.
24.
25.
26.
27.
28.
29.
Вещество
2
токсикологический
токсикологический
токсикологический
санитарно-токсикологический
токсикологический
токсикологический
токсикологический
45
ПДК
4
0,05
0,0001
0,05
0,7
2,0
0,5
0,0001
отсутствие
0,000001
0,1
12,0
0,03
1,0
0,001
0,0008
0,5
0,001
отсутствие
0,00001
отсутствие
0,005
0,1
0,01
0,0001
0,005
0,05
2,4
0,01
0,01
0,0001
0,2 *
30.
31.
32.
33.
34.
35.
36.
Кадмий ион (П)
Калия ион
Калий бромистый
Калий двухромовокислый
Калий йодистый
Кальций катион
Катаран (ядохимикат)
токсикологический
токсикологический
санитарный
токсикологический
токсикологический
санитарно токсикологический
токсикологический
37.
38.
39.
40.
41.
42.
43.
44.
45.
46.
47.
48.
49.
50.
51.
52.
53.
54.
55.
56.
57.
58.
59.
60.
61.
62.
Карбофос
Кобальт ион (П)
Ксилол
Литий ион
Магний ион (П)
Марганец ион (П)
Медь ион (П)
Метанол
2-метил-5-этилпиридин
Молибден ион (VI)
Муравьиная кислота
Мышьяк
Натрий катион
Нафталин
Нефть и нефтепродукты
Никель ион (П)
Нитрат ион (NO3–)
Нитрит ион (NO2–)
Нитробензол
Олово двухлористое
Олово четыреххлористое
ОП-10 (СПАВ)
Перекись водорода
Пикриновая кислота
Пиридин
Ртуть ион (П)
токсикологический
токсикологический
органолептический
токсикологический
токсикологический
токсикологический
токсикологический
санитарно токсикологический
санитарно токсикологический
токсикологический
токсикологический
токсикологический
санитарно токсикологический
токсикологический
рыбохозяйственный
токсикологический
санитарно токсикологический
токсикологический
токсикологический
токсикологический
токсикологический
токсикологический
токсикологический
токсикологический
токсикологический
токсикологический
63.
64.
65.
66.
67.
Рубидий катион
Свинец ион (П)
Селен ион
Сера
Сероуглерод
токсикологический
санитарно токсикологический
токсикологический
токсикологический
токсикологический
46
0,005
10,0 *
2,0
0,05
0,1
180,0
отсутствие
0,00007
отсутствие
0,01
0,05
0,0007
50,0
0,01
0,001 *
0,1
0,001
0,0012 *
1,0
0,05
120,0
0,004
0,05
0,01
40,0
0,08
0,01
1,25
0,02
0,5
0,01
0,01
0,01
отсутствие
0,00001
0,1 *
0,03
0,0016 *
10,0
1,0
68.
69.
70.
71.
Спирт поливиниловый
Стирол
Стронций
Сулема
органолептический, токсикол.
органолептический
токсикологический
токсикологический
72.
73.
74.
75.
76.
77.
78.
79.
80.
81.
82.
83.
84.
85.
86.
87.
88.
89.
90.
91.
92.
Сульфат (анион)
Сульфит ион
Теллур ион
Тетраборат натрия
Тиомочевина
Тиосульфат ион
Толуол
Трилон Б
Трихлорбензол
Уксусная кислота
Фенолы
Формальдегид
Фосфор элементарный
Фосфор треххлористый
Фосфор пятихлористый
Фтор ион
Фуран (фурфуран)
Хлор свободный
Хлориды (анион)
Хлорбензол
Хлорофос и его токсичные
продукты распада
Хлороформ
Хром шестивалентный
Хром трехвалентный
Цезий катион
Цианиды
Циклогексан
Цинк ион (П)
Цирконий ион
Этилбензол
Этиленгликоль
Этиловый спирт
Этилцеллюлоза
Янтарная кислота
санитарно токсикологический
токсикологический
токсикологический
токсикологический
токсикологический
санитарно токсикологический
органолептический
санитарно токсикологический
токсикологический
токсикологический
рыбохозяйственный
санитарно токсикологический
токсикологический
санитарно токсикологический
санитарно токсикологический
токсикологический
токсикологический
токсикологический
санитарно токсикологический
токсикологический
токсикологический
1,0
0,1
10,0
отсутствие
0,00001
100,0
1,9
0,0026 *
0,05
1,0
1,6
0,5
0,5
0,001
0,01
0,001
0,05
отсутствие
0,1
0,1
0,05 *
0,01
отсутствие
300,0
0,001
отсутствие
токсикологический
санитарно токсикологический
Органолептический
токсикологический
токсикологический
токсикологический
токсикологический
токсикологический
токсикологический
санитарно- токсикологический
токсикологический
токсикологический
токсикологический
0,005
0,001
0,5
1,0 *
0,05
0,01
0,01
0,07
0,001
0,25
0,01
7,0
0,01
93.
94.
95.
96.
97.
98.
99.
100.
101.
102.
103.
104.
105.
47
48