Анализ питьевой воды на щелочность

В таблицах СанПиН РФ («Питьевая вода») предельно допустимая концентрация по щелочным показателям не указывается, поэтому большинство источников при определении нормы щёлочности воды ссылаются на стандарты ВОЗ, директиву ЕС или санитарные правила стран со сходным нормативным порядком.

Так, величина в 30 мг НСО3-/л устанавливается в ЕС-директиве при определении качества предназначенной для потребления человеком воды. В украинских актуальных правилах ГСанПиН для водопроводной воды параметр не устанавливается, а величина в 3 указывается только для фасованной и бюветной воды. Приведённые в российских тематических источниках значения чаще всего варьируются в пределах от 0,5 до тех же 6,5 ммоль/м 3 .

При этом существует ГОСТ 31957-2012 – Межгосударственный стандарт, подписанный органами по стандартизации 6 стран и модифицированный по отношению к другим международным стандартам. Россия, наряду с Арменией, Казахстаном, Киргизией, Таджикистаном, Узбекистаном, входит в число стран, подписавших документ, в котором описываются методы определения щёлочности в концентрации 0,1-100 ммоль/дм 3 .

Щёлочностью воды («Щ» в формулах) называют сумму содержащихся в ней веществ – гидроксильных ионов/анионов слабых кислот, – вступающих с сильными кислотами в реакцию с разделением на:

Единица измерения – миллиграмм-эквивалент кислоты, записывающийся как мг-экв/л. Общая щёлочность как сумма анионов слабых кислот – силикатов, боратов, карбонатов, гидрокарбонатов, сульфидов, гидросульфидов, сульфитов, гидросульфитов, фосфатов, анионов гуминовых кислот) – это способность связывать сильные кислоты (их эквивалентное количество). Концентрация некоторых ионов незначительна, поэтому, когда говорят об общей щёлочности, то имеют в виду, главным образом, карбонатный тип (определяющийся ионами угольной кислоты), где гидролизованные анионы образуют гидроксид-ионы:

Щелочной показатель для поверхностных вод связывают с присутствием в них в основном гидрокарбонатов щелочноземельных металлов (и щелочных – в меньшей степени), и для природных вод с pH 8,5 происходит возникновение гидратного типа.

Щелочной параметр необходим для:

• определения содержания карбонатов, а также баланса угольной кислоты (вместе с рН),
• дозирования химических веществ, применяемых в водоснабжении,
• реагентной очистке,
• установлении пригодности водоресурса для ирригации (при избытке щелочноземельных металлов).

Северные районы России с низкими щелочными показателями и pH для природной воды характеризуются повышенной коррозионной агрессивностью, от которой страдают трубопроводы и конструкции из черных металлов и бетона.

По мнению японских исследователей, в районах, где пьют более щелочную воду (выше показателя 6,5, но ниже 9) продолжительность жизни выше на 20-30%. В целом щелочные показатели должны быть достаточными для прохождения химической коагуляции, однако при этом они не должны быть слишком высокими, чтобы не провоцировать физиологические расстройства у водопотребителей. Минимальные щелочные значения составляют +/- 30 мг/л, а максимальные в пределах 450-500 мг/л.

Распространившееся среди обладателей различных модифицированных аэраторов мнение об их влиянии на щелочные свойства гидропотока не подтверждается. Эти аэраторы-экономители ( http://water-save.com/ ) позволяют сократить водорасход, но не влияют на химические характеристики водоресурса.

В межгосударственном стандарте описаны 2 титриметрических метода расчёта щёлочности воды:

1. Свободная и общая щёлочность. Для питьевой – расфасованной (негазированной) и из источников питьевого водоснабжения, – природной, а также сточной вод путём титрования (постепенного смешивания) до значения pH 8,3, а также 4,5. Полученные значения применяются для расчётов концентрации карбонатов (в диапазоне 6-6000 мг/дм 3 ) и гидрокарбонатов (6,1-6100 мг/дм 3 ).
2. Карбонатная щёлочность. Для воды питьевой, природной, технической на разных стадиях технологических процессов путём титрования до pH 5,4 ед.

Конечная точка титрования определяется при изменении значения на рН-метре или окраски индикатора:

• рН-переход от розового к бесцветному при 8,3-8,0 даёт величину параметра «по фенолфталеину»,
• рН-переход от оранжевого к жёлтому при 4,4 даёт величину параметра «по метиловому оранжевому».

Равным нулю параметр принимается, если для анализируемой пробы рН

источник

Вода является основным жизненно важным элементом, без которого невозможно здоровое функционирование не только человеческого организма, но и всего живого на планете. Однако нередко случается так, что та вода, которая поступает в жилища людей или на промышленные предприятия, является настолько засоренной и непригодной для употребления и использования, что остро нуждается в проверке на несколько основных показателей и срочной очистке. Для того чтобы произвести правильную и эффективную очистку воды для бытового использования, сначала нужно понять из чего она состоит, выяснить определение щелочности воды ГОСТ и то, какие патогенные реакции и химические процессы загрязнение может вызвать при попадании в организм.

Для того чтобы понять важность своевременной проверки жидкостей на пригодность и определение щелочности воды, нужно также понимать, насколько важна и необходима жидкость для человеческого организма. Важность этого элемента и его необходимость человек может не замечать и принимать как данность. Однако от жидкости в теле человека зависит множество реакций и функций. Крепкое и здоровое тело – результат употребление здоровых продуктов питания и воды. Поэтому от чистоты и качества состава жидкости зависит напрямую длительность и качество жизни каждого человека. В воде, которую мы ежедневно употребляем в пищу или в чистом виде, может содержаться большое количество патогенных веществ и микроэлементов, бактерий и вирусов, которые при повышенной концентрации могут спровоцировать появление побочных заболеваний, инфекций, раковых опухолей и эпидемий.

Важно помнить, что отказаться от воды нельзя, поскольку человеческий организм состоит по большей части из жидкостей, запасы которых нужно постоянно пополнять. Поэтому избежать проблемы загрязнения и очистки воды невозможно. Международные организации постоянно работают над тем, чтобы придумать максимально эффективные и действенные способы как определить щелочность воды, проверить и очистить жидкости, дабы каждый человек мог быть уверенными в том, что употребляет максимально качественный фильтрованный продукт без наличия побочных примесей, бактерий и тяжелых металлов.

Для того чтобы понять, зачем нужно очищать и делать анализ воды на щелочность, стоит сначала разобраться в том, какие основные свойства и критерии воды считаются жизненно важными для человеческого функционирования и здоровья. В настоящее время существует несколько стандартизирующих организаций, которые могут определить качество воды и нормы ее загрязненности:

• правила санитарного характера, которые устанавливает научное сообщество микробиологов и химиков Российской Федерации (ГОСТ щелочности воды, СанПиН РФ);
• стандарты качества воды и нормы ее очистки, которые регламентируются международными организациями по охране окружающей среди и здравоохранения (ВОЗ);
• нормы и рамки здорового очищения и состава воды, которые были оговорены научными сообществами и организациями стран Европейского Союза.

Все вышеуказанные инстанции диктуют своеобразные правила и стандарты кислотности, определение общей щелочности воды, которую человек употребляет в бытовых или промышленных целях. Согласно многолетним исследованиям и научным экспериментам, максимально допустимым показателем щелочности питьевой воды принято считать pH от 7 до 7,5 ммоль/л. При этом жесткость жидкости не должна превышать показатель в 7 ммоль на литр. Минералы и соли побочного характера в воде должны быть в концентрации не выше 1 г на литр. В таком же количестве в воде допускается содержание побочных химических элементов, биологических и физических примесей, металлов и солей. Однако, стоит отметить, что все международные организации и регламенты полностью отрицают регламентированное наличие в питьевой воде бактерий или вирусов патогенного характера функционирования, поскольку их присутствие может стать причиной появления эпидемий и массовых заражений людей различного рода инфекциями и заболеваниями.

Щелочность питьевой воды в норме или, другими словами, кислотность воды, является специальным понятием, которое отображает наличие в воде активных ионов водорода, без которых невозможно осуществление многих химических и биологических реакций. Важно отметить, что впервые понятие щелочности воды единицы измерения было выведено и оформлено в единый показатель лишь в 1909 году датским ученым. Тогда для определения кислотности воды был введен символ pH. На что влияет щелочность воды? Примеси водорода в жидкости можно встретить практически везде, щелочь также присутствует в организме человека, что подтверждает важность данного химического понятия и его открытия. В начале двадцатого века было проведено много химических и микробиологических исследований, которые доказали наличие активной концентрации ионов водорода в человеческих тканях и жидкостях. Из этого следует, что от правильной нормы щелочности воды зависит напрямую слаженное и здоровое функционирование человеческого организма и всех его систем.

Щелочность питьевой воды является регламентированным и строго контролируемым показателем, рамки которого устанавливает и контролирует каждая страна. Прибор для определения кислотности и щелочности воды сигнализирует о том, что кислотность питьевой воды может отличаться от регламентированной кислотности воды для промышленных целей. В зависимости от типа производства и целей использования жидкости, многие предприятия имеют специальные буферы, в которых стабильно поддерживается постоянный уровень концентрации ионов водорода, необходимый для осуществления химических или биологических реакций.

Питьевая вода, согласно регламентированным международным рамкам, должна содержать водород в концентрации не более 9 единиц. Превышение этой нормы считается опасным для человеческого здоровья, поскольку из-за перенасыщения тканей тела водородом в жидкостях происходят необратимые химические реакции, которые влекут за собой биологические деформации и развитие патологий.

В последние несколько лет японские микробиологи и ученые проводили эксперименты и пытались определить, как снизить щелочность воды и как влияет повышенный уровень щелочности на функционирование и здоровье человека. В результате исследований прибор для измерения щелочности воды показал, что при постоянном употреблении воды с повышенной кислотностью на протяжении нескольких лет, продолжительность жизни и показатели здоровья человека могут понизиться на 20-30%. Из-за усиленной кислотной среды в организме человека может появиться много злокачественных образований, воспалений и паразитирующих инфекций.

Поскольку из воды и жидких веществ состоит основная часть человеческих тканей и органов, употребление жидкого вещества является необходимым ритуалом, без которого невозможно прожить ни единого дня. По этой причине очень важно постоянно следить за составом и качеством воды, которая употребляется ежедневно. Малейшие сбои и отклонения от регламентированных рамок могут губительно сказаться на организме и его функционировании, спровоцировать появление многих опасных и даже неизлечимых недугов.

Как определить щелочность воды в домашних условиях? Максимально пригодной и полезной для повседневного употребления человеком считается вода со щелочным показателем не выше 7,5-8,5. Такая норма называется слабой кислотностью и сигнализирует о нейтральном содержании активных ионов водорода, количество которых удовлетворяет все жизненно важные потребности и функции организма. Щелочность — как повысить щелочность воды? Очищается вода от лишней кислотности специальными фильтрующими установками или с помощью химических добавок. Если у человека нет возможности осуществлять регулярную очистку воды, использовать методику определения щелочности котловой воды и производить контроль ее качества, стоит приобретать уже очищенную воду в таре, которая продается в супермаркетах.

Правильная щелочность воды может повлиять на следующие факторы:

• Обменные процессы. Техника определения щелочности воды, видео которой мы привели выше, говорит о том, что стабилизация концентрации ионов водорода в воде приводит к тому, что в человеческом организме налаживаются обменные процессы и восстанавливается бактериальная флора желудочно-кишечного тракта.
• Умственная деятельность.Измеритель щелочности воды помог установить, что из-за нормированного поступления щелочности мозг человека работает слаженно, поскольку в него поступает достаточное количество кислорода и полезных веществ.
• Иммунитет. Благодаря поступлению в организм правильного количества щелочи стабилизируется иммунная система и налаживается работа эндокринной железы.

От качества и чистоты воды зависит активность человека, его хорошее самочувствие и светлое настроение на каждый день.

источник

Сущность метода. В основе метода определения общей щелочнос­ти воды лежит принцип образования нейтральных солей при взаимодей­ствии кислоты с гидратами, гидрокарбонатами и карбонатами щелочных и щелочнозечельных металлов, а также свойство различных индикато­ров изменять свой цвет в зависимости от величины рН.

Учитывая эти свойства, исследуемую пробу воды подвергают титро­ванию раствором соляной или серной кислоты требуемой концентрации в присутствии индикаторов фенолфталеина и метилоранжа.

Применяемые реактивы:

децинормальный (0,1 н.) раствор соляной или серной кислоты;

1%-ный спиртовый раствор фенолфталеина для определения гидратной и карбонатной щелочности;

0,1%-ный раствор метилоранжа, служащий индикатором при определении карбонатной и гидрокарбонатной щелочности.

Подготовка_пробы воды. При титровании воды кислота вступает во взаимодействие как со щелочами, так и с веществами, которые могут находиться в воде во взвешенном состоянии и которые не обусловли­вают щелочность воды. Чтобы уменьшить расход кислоты на ненужные реакции и обеспечить правильность определения щелочности, анализи­руемую пробу охлаждают до 20°С, если она была горячей, и пропускают через бумажный фильтр.

Порядок анализа. К 100 мл соответственно подготовленной для титрования пробы воды добавляют 2-3 капли фенолфталеина.

При окрашивании пробу титруют раствором соляной или серной кислоты соответствующей нормальности (0,1 н. или 0,01 н.) до исчез­новения окраски. Титрование проводят медленно, тщательно перемеши­вая пробу воды.

Количество 0,1 н. или 0,01 н. раствора соляной или серной кислоты, пошедшее на титрование с фенолфталеином, записывают с по­меткой «фф». Если в процессе прибавления фенолфталеина окрашивания не наступает, значит, в воде отсутствуют гидратная и карбонатная щелочности. В этом случае титровать пробы воды раствором кислоты не нужно, так как щелочность по фенолфталеину отсутствует.

После этого в эту же пробу добавляют 2-3 капли метилоранжа и титруют 0,1 н. или 0,01 н. раствором кислоты до перехода окраски пробы из желтой в оранжевую. Количество раствора кислоты, пошедшее на титрование с метилоранжем, записывают с пометкой «МО».

Для расчета общей щелочности воды берут суммарный расход кис­лоты, пошедшей на титрование с фенолфталеином и метилоранжем.

Расчет результатов анализа. Расчет результатов анализа осно­ван на том, что каждый 1 мл нормального раствора соляной или серной кислоты оттитровывают 1 мг×экв щелочности. Соответственно этому 1 мл децинорнального (0,1 н.) раствора соляной кислоты оттитровы­вает 0,1 мг×экв. щелочности, а 1 мл сантинормального (0,01 н.) раствора оттитровывает 0,01 мг×экв щелочности.

Следовательно, общая щелочность воды

, (7)

где Щ — общая щелочность воды, мг×экв/кг;

1000 — перерасчет резуль­татов анализа на 1 л воды;

К — коэффициент нормальности раствора кислоты;

Б — суммарный расход кислоты на титрование, мл;

100 -объем пробы воды, взятой для анализа, мл.

При титровании 100 мл пробы воды децинормальным раствором кислоты (0,1 н.) формула упрощается:

При использовании саитинормального раствора кислоты (0,01 н.):

Для воды типа конденсата щелочность принято выражать в микро-грамм эквивалентах на литр (мкг×экв/кг). В этом случае

Щ =Б 0.01 × 1000 × 1000/100

СОСТАВЛЕНИЕ ОТЧЕТА

Для оформления отчета необходимо заполнить табл. 3.

Результаты расчетов

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Чем обусловлена и в каких единицах измеряется карбонатная жесткость?

2. Чем обусловлена и в каких единицах измеряется некарбонат­ная жесткость?

3. Что такое общая жесткость?

4. Как определить класс жесткости воды?

5. Почему карбонатная жесткость устраняется при кипячении? Напишите, какие при этом протекают реакции.

6. Как устраняют жесткость воды в промышленных условиях?

7. Как определяют карбонатную жесткость?

8. Как определяют некарбонатную жесткость?

9. Как определяют общую жесткость?

10. Что такое окисляемоеть воды и чем она обусловлена, в каких единицах измеряется?

11. Как определяют окисляемоеть воды?

12. Что такое общая щелочность воды, в каких единицах измеря­ется?

13. Как определяют щелочность воды?

14. Что такое сухой остаток, в каких единицах измеряется и как определяется?

источник

ИССЛЕДОВАНИЯ КАЧЕСТВА ИСХОДНОЙ (СЫРОЙ) КОТЛОВОЙ ВОДЫ ПАРОВОЙ КОТЕЛЬНОЙ И СЕТЕВОЙ ВОДЫ ВОДОГРЕЙНОЙ КОТЕЛЬНОЙ И ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ

Цель работы: Практическое освоение методики аналитического контроля общей щелочности воды и отдельных форм щелочности; приобретение навыков анализа воды, используемой в теплоэнергетических установках.

Щелочность воды, реактивы, применяемые при ее определении

Щелочность воды – это общее содержание в воде веществ, обуславливающих при диссоциации или в результате гидролиза повышенную концентрацию ионов ОН —.

В исходной воде щелочность обычно связана с присутствием ионов . В умягченной и котловой воде, кроме перечисленных веществ, щелочность обусловливается также ионамиВ зависимости от того, какой анион присутствует в воде, щелочность называется соответственно бикарбонатной Щ_б, карбонатной Щ_к или гидратной Щ_г.

Большая щелочность воды определяется количеством соляной кислоты, затраченной на титрование анализируемой пробы воды (100 мл пробы) в присутствии индикатора фенолфталеина (I этап) и метилоранжа (II этап) 0,1 н. Количество кислоты (мл), израсходованной при титровании, равно щелочности испытуемой воды при рН = 3. 4 .

Малая щелочность воды определяется путем титрования 100 мл пробы в присутствии фенолфталеина (I этап) и метилрота или смешанного индикатора (II этап) 0,01 н. раствором серной или соляной кислоты. Величина щелочности при этом определяется по формуле:

,

где п – количество израсходованного 0,01 н. раствора кислоты, мл.

Анализы по определению отдельных форм щелочности основаны на том, что при титровании пробы воды сильной кислотой, реакции, протекающие между кислотой и различными анионами, обусловливающими форму щелочности, заканчиваются при различных значениях рН раствора. Титрование проводится в присутствии двух индикаторов, каждый из которых рассчитан на определенный диапазон значений рН. Одним индикатором является метилоранж, окраска которого изменяется на желтую в кислой среде при рН=3. 4, вторым — фенолфталеин, окраска которого изменяется на розовую в щелочной среде при рН > 8,4. Следует особо отметить, что значение рН=8,4 имеют растворы чистых гидрокарбонатов (НСО3), постоянно присутствующих в водах. При анализе пробы воды на первом этапе используется фенолфталеин, а на втором — метилоранж.

Оценка отдельных форм щелочности производится в соответствии с полученными при титровании данными. При этом возможны следующие случаи:

1) фенолфталеин не дает розового окрашивания, т.е. Ф = 0, где Ф — расход соляной кислоты, пошедшей на титрование пробы, окрашенной фенолфталеином, мл. Метилоранж дает желтое окрашивание пробы, которая затем титруется соляной кислотой до изменения окраски. В этом случае в воде присутствуют только бикарбонаты (бикарбонатная щелочность) Щб, которая подсчитывается по формуле (1), где А = М, а М — расход кислоты на титрование пробы воды, окрашенной метилоранжем, мг-экв/л;

2) фенолфталеин дает розовое окрашивание, причем при титровании пробы оказалось, что 2Ф М. В этом случае в воде присутствуют карбонаты и гидраты. Для расчета Щк в формулу (1) следует подставить А=2(М-Ф), а для расчета Щг — А = (2Ф — М);

5) фенолфталеин дает розовое окрашивание, причем М = 0 (т.е. после обесцвечивания фенолфталеина дальнейшее увеличение объема метилоранжа сразу вызывает оранжевую окраску пробы воды). В этом случае присутствуют только гидраты; для расчета Щг в формулу (1) следует подставить А = Ф. При Кн = 0,1 мг-экв/л и V = 100 мл для определения формы и численного значения щелочности удобно пользоваться таблицей.

Оценка точности значений щелочности, вычисленных по формуле (1), производится в случае однократного измерения с учетом погрешностей измерения объемов анализируемой пробы Av, мл, и кислоты АА, мл, пошедшей на титрование, мг-экв/л

Сухой остаток – это суммарное количество нелетучих веществ в воде, выраженное в мг/кг. Он получается путем осторожного выпаривания профильтрованной пробы с последующим высушиванием при температуре 110-120°С. Количество этих веществ, определенное взвешиванием и пересчитанное на 1 кг воды, составляет сухой остаток.

При оперативном обслуживании теплового оборудования, ХВО, тепловых сетей метод определения солесодержания воды путем выделения каждый раз сухого остатка не применяется из-за большого количества времени, затрачиваемого на него. Так как практически в каждой воде находятся ионы , солесодержание воды можно определить с достаточной степенью точности по концентрации хлоридов из соотношения

,

где K – коэффициент пропорциональности, Cl – концентрация хлоридов, мг/кг.

3. Концентрация хлоридов, реактивы, применяемые для ее определения.

Для определения концентрации хлоридов проба титруется раствором азотнокислой окисной ртути в присутствии спиртового раствора индикатора дифенилкарбазида. Для создания оптимального значенияpH используется 5% раствор азотной кислоты.

Расчет концентрации хлоридов ведется по формуле

,

где a – расход раствора азотнокислой окисной ртути, мг; Т – титр раствора азотнокислой ртути по хлор-иону, мг/л; V – объем пробы воды на анализ, мл.

Относительная щелочность котловой воды паровых котлов.

Для правильного ведения режимов непрерывной и периодической продувок паровых котлов очень важно оптимальное соотношение щелочности и солесодержания котловой воды. Правилами Госгортехнадзора относительная щелочность нормируется:

,

где 40 – эквивалент NaOH, мг/кг*экв;

Щ – общая щелочность котловой воды, мг*экв/кг; S — сухой остаток, мг/кг.

Величина относительной щелочности более 50% вызывает межкристаллитную коррозию металла барабана котла.

5. Описание лабораторной установки

Установка состоит (рис. 2) из колбы-1, бюретки-3 со сливным устройством-2, емкости-4 с 0,1 н раствором HCI, мерной колбы-5 и пипеток с индикаторами (на рис. 2 не показаны).

Порядок выполнения лабораторной работы

Ознакомиться с лабораторной установкой, назначением и порядком включения двухходового крана-6, конструкцией и порядком работы со сливным устройством-2 бюретки-3. Записать технические и метрологические характеристики средств измерений, используемых в работе.

Определить общую щелочность анализируемой пробы воды; для этого:

а) мерной колбой — 5 отмерить 100 мл воды и перелить ее в колбу-1, добавить туда же 2-3 капли фенолфталеина до появления розовой окраски (при отсутствии реакции на фенолфталеин выполнить п.»б» и переходить сразу к п.»г»);

б) открыть двухходовой кран-6 и заполнять бюретку-3 до тех пор, пока середина мениска кислоты в бюретке не совпадет с любой оцифрованной отметкой в диапазоне 15. 20 мл; перекрыть кран, записать значение начального объема Ан в таблицу по форме 1; в эту же таблицу занести результаты последующих опытов и расчетов;

в) поставить колбу-1 под сливное устройство бюретки-3, сжимая пальцами шарик сливного устройства-2, титровать пробу соляной кислотой до обесцвечивания пробы; прекратить титрование, занести в таблицу значение объема кислоты, затраченной на титрование Аф;

г) добавить в анализируемую пробу воды 2-3 капли метилоранжа. Если проба воды окрасилась в оранжевый цвет, эксперимент считается законченным, следует занести в таблицу значение объема кислоты затраченной на титрование Ам=0, и перейти к расчетам, как это указано в п.»д»; при появлении желтой окраски следует титровать пробу, как это указано в п.»в», до появления оранжевой окраски; прекратить титрование, занести в таблицу значение объема кислоты, затраченной на титрование Ам!

д) вычислить расход кислоты Ф, затраченной на титрование пробы воды, окрашенной фенолфталеином; расход кислоты М, затраченной на титрование пробы воды, окрашеннойметилоранжем; суммарный расход кислоты А; общую щелочность Що;

е) повторить еще два раза опыты и расчеты, как это указано в пп. «а. д», вычислить среднеарифметическое значение щелочности Що, доверительные границы и записать окончательный результат;

4. Определить отдельные формы щелочности и вычислить, пользуясь таблицей по форме 1, их численные значения.

1. Краткое описание лабораторной установки, технические и метрологические характеристики средств измерений, краткие пояснения проводимых опытов.

2. Результаты опытов и расчетов, таблицы.

3. Выводы по работе и анализ результатов (см. «Общие указания»).

1. Белан Ф.И, Водоподготовка. М.: Госэнергоиздат 1958.

2. Фрог Б.Н., Левченко А.П. Водоподготовка: Учебное пособие для вузов.

М. Издательство МГУ, 1996 г. 680 с; 178 ил.

3. Руководящие указания по водоподготовке и водно–химическому режиму тепловых сетей. / СЦНТИ Энергоатомиздат. М., 1973. С. 3 — 50

источник

Объемный (количественный) анализ.Объемный метод количественного анализа основан на точном измерении реагирующих веществ, концентрация одного из которых известна. Растворы с точно установленной концентрацией называются титрованными, т.к. они используются для определения концентрации исследуемых растворов, то их называют рабочими или стандартными. Процесс прибавления стандартного титрованного раствора к раствору исследуемого вещества называется титрованием. Титрование ведется до достижения точки эквивалентности, т.е. до того момента, когда количество прибавленного стандартного раствора будет эквивалентно количеству определяемого вещества согласно уравнению реакции. Необходимое условие объемного анализа – точная фиксация точки эквивалентности, поэтому используют реакции, конец которых характеризуется определенным внешним признаком (изменение окраски, выпадение осадка). Часто для фиксации точки эквивалентности употребляют специальные вещества, изменяющие цвет или другие свойства с изменением концентрации исследуемого иона. Такие вещества называются индикаторами.

Требования к реакциям, применяемым в объемном анализе:

— возможность тем или иным способом фиксировать точку эквивалентности;

— количественное течение реакции до равновесия, характеризующегося соответствующей величиной константы равновесия реакции;

— можно применять только те реакции, которые протекают с достаточной скоростью;

— при титровании не должны протекать побочные реакции, делающие точное вычисление результатов анализа невозможным.

В зависимости от типа реакции, которая протекает при титровании, выделяют методы объемного анализа:

1 Нейтрализация. В основе метода лежит реакция нейтрализации:

Этим методом определяют кислотность, щелочность, карбонатную жесткость воды.

2 Окислительно-восстановительные методы, в основе которых применяют окислительно-восстановительные реакции, в ходе которых исследуемое вещество количественно переводят в окисленную или восстановленную форму.

3 Осаждение. Объемные определения метода основаны на осаждении определенного иона в виде труднорастворимого соединения.

4 Комплексометрия. В методе исследуемый ион связывается водным реактивом в малодиссоциированный комплекс. Метод применяется при определении жесткости воды Mg 2+ , Ca 2+ , иона Fe 3+ .

Измерение объемов. Для точного измерения в объемном анализе используют бюретки, пипетки, мерные колбы.

1 Бюретки служат для титрования и представляют собой цилиндрические трубки с суженным концом, отсчет ведется сверху вниз.

2 Пипетки служат для точного отмеривания каких-либо определенных объемов исследуемого раствора.

3 Мерные колбы служат для разбавления исследуемого раствора до определенного объема.

Щелочность обусловлена присутствием в воде веществ, содержащих гидроксоанион, а также веществ, реагирующих с сильными кислотами (соляной, серной). К таким соединениям относятся:

1 сильные щелочи (KOH, NaOH) и летучие основания (например, NH₃×H₂O), а также анионы, обуславливающие высокую щелочность в результате гидролиза в водном растворе при рН > 8,4 (СО₃ 2– , S 2– , PO₄ 3– , SiO₃ 2– и др.);

2 слабые основания и анионы летучих и нелетучих слабых кислот (HCO₃ – , H₂PO₄ – , HPO₄ 2– , CH₃COO – , HS – , анионы гуминовых кислот и др.).

Щелочность пробы воды измеряется в моль-экв/л или моль-экв/л и определяется количеством сильной кислоты (обычно используют соляную кислоту с концентрацией 0,05 или 0,1 ммоль-экв/л), израсходованной на нейтрализацию раствора.

При нейтрализации до значений рН = 8,0 – 8,2 в качестве индикатора используют фенолфталеин. Определяемая таким образом величина называется свободной щелочностью. При нейтрализации до значений

рН = 4,2 – 4,5 в качестве индикатора используют метиловый оранжевый. Определяемая данным образом величина называется общей щелочностью. При рН = 4,5 проба воды имеет нулевую щелочность.

Соединения первой группы из приведенных выше определяются по фенолфталеину, второй – по метилоранжу.

Щелочность природных вод в силу их контакта с атмосферным воздухом и известняками обусловлена, главным образом, содержанием в них гидрокарбонатов и карбонатов, которые вносят значительный вклад в минерализацию воды. Соединения первой группы могут содержаться также в сточных и загрязненных поверхностных водах.

Экспериментальная часть

Определение свободной щелочности. В коническую колбу наливают 100 мл исследуемой воды, прибавляют 2 – 3 капли индикатора фенолфталеина и титруют раствором HCl до обесцвечивания раствора. Расчет производят по формуле:

где х – свободная щелочность воды, мг-экв/л;

С_H(HCl) – молярная концентрация эквивалента раствора HCl, моль/л;

Определение общей щелочности. В ту же колбу, где проводили титрование, добавляют 2 – 3 капли индикатора метилового оранжевого и продолжают титрование до тех пор, пока окраска индикатора из желтой не перейдет в оранжевую.

Эксперимент повторяют три раза, результаты эксперимента записывают в таблицу 1. Из полученных результатов находят среднее арифметическое значение объема рабочего раствора.

Таблица 1 – Результаты титрования

Перед каждым титрованием заполняют бюретку раствором до нулевого деления шкалы.

Расчет производят по формуле:

где х – общая щелочность воды, мг-экв/л;

С_H(HCl) – молярная концентрация эквивалента раствора HCl, моль/л;

V (H₂О) – взятый объем воды, мл.

Аналогично щелочности при анализе сточных и технологических вод определяют кислотность воды.

Кислотность воды обусловлена содержанием в воде веществ, реагирующих с гидроксоанионами. К таким соединениям относятся:

1) сильные кислоты: соляная HCl, азотная HNO₃, серная H₂SO₄;

2) слабые кислоты: уксусная CH₃COOH; сернистая H₂SO₃; угольная H₂CO₃; сероводородная H₂S и т.п.;

3) катионы слабых оснований: аммоний NH₄ + ; катионы органических аммонийных соединений.

Кислотность пробы воды измеряется в моль-экв/л или моль-экв/л и определяется количеством сильной щелочи (обычно используют растворы КОН или NaOH с концентрацией 0,05 или 0,1 моль/л), израсходованной на нейтрализацию раствора.

Различают свободную и общую кислотность. Свободная кислотность определяется при титровании до значений рН = 4,3 – 4,5 в присутствии в качестве индикатора метилового оранжевого. В этом диапазоне оттитровываются HCl, HNO₃, H₂SO₄, H₃PO₄.

Общая кислотность определяется при титровании до значений рН = 8,2 – 8,4 в присутствии фенолфталеина в качестве индикатора. В этом диапазоне оттитровываются слабые кислоты – органические, угольная, сероводородная, катионы слабых оснований.

Естественная кислотность обусловлена содержанием слабых органических кислот природного происхождения (например, гуминовых кислот). Загрязнения, придающие воде повышенную кислотность, возникают при кислотных дождях, при попадании в водоемы не прошедших нейтрализацию сточных вод промышленных предприятий и др.

Экспериментальная часть

Определение свободной кислотности. В коническую колбу наливают 100 мл исследуемой воды, прибавляют 2 – 3 капли индикатора метилового оранжевого и титруют раствором щелочи до перехода оранжевой окраски раствора в желтую.

Эксперимент повторяют три раза, результаты эксперимента записывают в таблицу 2. Из полученных результатов находят среднее арифметическое значение объема рабочего раствора.

Таблица 2 – Результаты титрования

Расчет проводят по формуле:

где х – свободная кислотность воды, мг-экв/л;

V (NaOH) – объем раствра щелочи, мл;

С_H(NaOH) – молярная концентрация эквивалента раствора щелочи, моль/л;

Определение общей кислотности. В коническую колбу наливают 100мл исследуемой воды, прибавляют 2 – 3 капли индикатора фенолфталеина и титруют раствором щелочи появления малиновой окраски индикатора.

Эксперимент повторяют три раза, результаты эксперимента записывают в таблицу 3. Из полученных результатов находят среднее арифметическое значение объема рабочего раствора.

Таблица 3 – Результаты титрования

Расчет проводят по формуле:

где х – свободная кислотность воды, мг-экв/л;

V (NaOH) – объем раствора щелочи, мл;

С_H(NaOHl) – молярная концентрация эквивалента раствора щелочи, моль/л;

Вопросы для самоконтроля

1 На титрование 100 мл исследуемой воды пошло 20 мл 0,1 н раствора соляной кислоты по метиловому оранжевому. Определите щелочность воды.

2 Вода содержит (мг/л): CaSO₄ – 50, Ca(HCO₃)₂ – 100, Mg(HCO₃)₂ – 25. Какова величина щелочности.

3 Какова общая щелочность воды, содержащей СО₃ 2- – 50 мг/л, НСО₃ — – 122 мг/л.

4 При определении щелочности воды было израсходовано 0,1 н кислоты на титрование 100 мл пробы с индикатором фенолфталеином 3 мл и дополнительно с индикатором метиловым оранжевым 5 мл. Рассчитайте общую и отдельные виды щелочности воды.

5 Вода имеет жесткость равную 9 мг-экв/л. Постоянная жесткость составляет 60 % от общей жесткости (соли натрия отсутствуют). Какова величина щелочности воды.

6 В 1 л воды содержится 210 мг NaHCO₃ и 5,3 мг Na₂CO₃. Определите общую щелочность воды.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА

Дата добавления: 2016-11-20 ; просмотров: 6223 | Нарушение авторских прав

источник

Когда заходит речь о качестве питьевой воды, мы, прежде всего, обращаем внимание на отсутствие вредных примесей, цвет, запах и т.п. А вот о важности такого показателя как щёлочность воды знают далеко не все. В этой статье мы попробуем разобраться, почему норма щёлочности воды так важна для нашего с вами здоровья, как она определяется и как достичь оптимальных показателей щёлочности воды.

Для начала попробуем разобраться, что же собственно такое «щёлочность воды». Справочная литература предлагает такое определение щёлочности: это общее число содержащихся в воде гидроксильных ионов, а также анионов слабых кислот. Щёлочность воды может быть гидратная, карбонатная, бикарбонатная, в зависимости от наличия в ней определённых веществ. Также следует разграничить понятие «щёлочность воды» и её водородный показатель (pH). Он показывает концентрацию в воде свободных ионов водорода. Если pH низкий ( 7) – о щелочной. Взаимосвязь pH и щёлочности прямопропорциональна: чем больше щёлочность воды, тем выше показатель pH. Щёлочность измеряется в ммоль/дм3, а рН – просто число единиц.

Согласно Государственным санитарным нормам, оптимальный показатель pH для питьевой воды от 6,5 до 8,5 единиц. Это совпадает с требованиями, применяющимися для контроля качества питьевой воды в США. Нормативы ЕС в этом вопросе отличаются несущественно (от 6,5 до 9,5). Показатель дистиллированной воды – 7 единиц. Это условно нейтральная вода. Показатели pH питьевой воды строго контролируются во всех странах.

А вот нормы щёлочности воды украинскими Государственными санитарными нормами не регулируются. Хотя и учитываются на предприятиях водоснабжения для правильного расчета реагентов, которые используют для обработки воды.

Относительно расчёта щёлочности воды стоит отметить, что оптимальные нормы немного отличаются в зависимости от того, для каких нужд используется вода.

Давайте попробуем разобраться, почему такое большое значение придаётся нормам щёлочности воды? Оказывается, от щёлочности воды напрямую зависит состояние нашего организма. Оптимальная норма щёлочности воды поможет наладить такие функции организма:

• обменные процессы
• восстановление микрофлоры кишечника
• активизация мозговой деятельности за счёт обогащения мозга кислородом
• укрепление иммунитета

Это неудивительно, поскольку в самом организме человека преобладают нейтральные или слабощелочные жидкости. Интересно, что pH человеческой крови составляет 7,43 (т.е. практически нейтрален).

Поэтому очень важным является определение щёлочности питьевой воды и контроль этих показателей.

Японские учёные установили, что если человек постоянно употребляет воду щёлочностью 6,5 – 7, то продолжительность жизни увеличивается на 20 – 30%. Дело в том, что кислая среда (низкая щёлочность воды) создаёт идеальные условия для развития различных болезней.

Для поддержания нормального кислотно-щелочного баланса и хорошего самочувствия важно «не закислять» организм. Но проблема в том, что большинство продуктов имеют кислую среду. А значит, для поддержания баланса важно пить воду, именно она способствует тому, что кровь может переносить больше кислорода. Но полезна не всякая вода. В первую очередь нужно обращать внимание на её щёлочность. Лучше, если она близка к нейтральной. Государственные санитарные нормы регламентируют щёлочность питьевой бутилированной воды и воды из бюветов на уровне 6,5 ммоль/дм3. Норма щёлочности воды, поступающей в централизованные водопроводные системы, регулируется ещё на этапе водоподготовки. Повышенная кислотность может наблюдаться в сильно загрязнённых природных водах (например, после сброса отходов промышленных предприятий, когда в воду попадает большое количество сильных кислот и их солей).

Кстати, вода повышенной щёлочности также не слишком полезна. Так, после водных процедур в такой воде может появляться:

• зуд на коже
• высыпания
• раздражения на слизистых

В разных регионах уровень pH водопроводной воды колеблется от 5,5 до 10 единиц. При необходимости этот показатель можно и нужно регулировать. Для измерения рН в домашних условиях можно использовать специальные тестеры. А вот для определения щёлочности воды понадобиться сдать образцы на анализ в специализированную лабораторию. После того, как вы получите результаты исследования, специалисты «УкрХимАнализ» дадут необходимые рекомендации. Если вода имеет повышенную щёлочность, то эффективным способом её снижения может стать фильтр. Хорошо справляются с данной проблемой, в частности, системы обратного осмоса. Они помогают не только снизить щёлочность воды, но и нормализовать её состав в целом, уменьшить минерализацию и жёсткость.

источник

Сущность метода заключается в титровании пробы стандартным раствором кислоты в присутствии индикаторов фенолфталеина или метилового оранжевого.

Чувствительность метода 50 мкг-экв./дм 3 .

Диапазон определяемых значений — от 0,5 до 20 мг-экв./л.

Комплектация рассчитана на проведение 1000 определений.

Необходимые для проведения анализа приборы и материалы:

Колбы мерные 2-1000-2 по ГОСТ 1770.
Колбы Кн-250 ТХС по ГОСТ 25336Е.
Цилиндры мерные вместимостью 100 см 3 по ГОСТ 1770
Воронка коническая стеклянная по ГОСТ 23932.
Бюретка 1-2-25-0,1 по ГОСТ 29251.

Вода дистиллированная по ГОСТ 6709 (вода обессоленная, конденсат).

Состав набора:

Кислота соляная, стандарт-титр для приготовления раствора с концентрацией 0,1 г-экв./дм 3 .
Метиловый оранжевый, индикатор, 0,1% водный раствор по ГОСТ 4919.1.
Фенолфталеин, индикатор, сухая смесь, по ГОСТ 4919.1.

Реактивы, входящие в состав набора, проверяются на соответствие требованиям действующих стандартов и технических условий.

Поправочные коэффициенты на нормальность стандартных растворов находятся в пределах 1±0,003.

Приготовление рабочих растворов.

Перед проведением анализа необходимо приготовить раствор соляной кислоты.

Для приготовления раствора соляной кислоты необходимо количественно перенести содержимое ампулы в мерную колбу, растворить примерно в 800-900 мл дистиллированной воды, хорошо перемешать и довести объем раствора до метки дистиллированной водой.

Время, затрачиваемое на проведение операции — около 20 минут.

Поправочный коэффициент для растворов, приготовленных из стандарт-титров, равен единице.

Готовый раствор перелить в емкости для хранения.

Проведение анализа.

1. В чистую коническую колбу Кн 2-250 мерным цилиндром отмеряют 100 см 3 анализируемой воды и прибавляют индикатор фенолфталеин.

Если проба имеет розовую окраску, ее титруют стандартным раствором соляной кислоты до обесцвечивания раствора. Результат титрования заносят в журнал. После чего к пробе прибавляют 3-4 капли раствора индикатора метилового оранжевого. Проба окрасится в желтый цвет.

Если после прибавления к пробе фенолфталеина окрашивание не проявляется. К пробе следует сразу прибавить 3-4 капли раствора индикатора метилового оранжевого. Проба окрасится в желтый цвет.

2. Окрашенную в желтый цвет пробу титруют стандартным раствором соляной кислоты до перехода окраски в апельсиновую.

3. Величина щелочности определяется по формулам:

Щ_фф — щелочность пробы по фенолфталеину, мг-экв./дм 3 ;
а_фф — расход кислоты на титрование с индикатором фенолфталеином, см 3
С — концентрация применяемого для титрования раствора соляной кислоты, г-экв./дм 3 (С=0,1 или 0,01);
V — объем взятой на титрование пробы, см 3 .

Щ_мо — щелочность пробы по метиловому оранжевому (общая щелочность), мг-экв./дм 3 ;
а_мо — расход кислоты на титрование с индикатором метиловым оранжевым (в случае последовательного титрования за объем кислоты, пошедший на титрования с метиловым оранжевым берется суммарный расход кислоты с начала титрования), см 3 ;
С — концентрация применяемого для титрования раствора соляной кислоты, г-экв./дм 3 (С=0,1 или 0,01);
V — объем взятой на титрование пробы, см 3 .

источник

Температура воды поверхностных источников зависит от температуры воздуха, его влажности, скорости и характера движения воды и ряда других факторов. Она может изменяться в весьма широких пределах по сезонам года (от 0,1 до 30* С). Температура воды подземных источников более стабильна (8-12 * С).

Оптимальной температурой воды для питьевых целей считается 7-11*С.

Для некоторых производств, в частности для систем охлаждения и конденсации пара, температура воды имеет большое значение.

Мутность (прозрачность, содержание взвешенных веществ) характеризует наличие в воде частиц песка, глины, илистых частиц, планктона, водорослей и других механических примесей, которые попадают в нее в результате размыва дна и берегов реки, с дождевыми и талами водами, со сточными водами и т.п. Мутность воды подземных источников, как правило, невелика и обуславливается взвесью гидрооксида железа. В поверхностных водах мутность чаще обусловлена присутствием фито- и зоопланктона, глинистых или илистых частиц, поэтому величина зависит от времени паводка (межени) и меняется в течении года.

По нормам СанПиН 2.1.4.1074-01 мутность питьевой воды должна быть не выше 1,5 мг/л.

На многих производствах можно использовать воду с гораздо большим содержанием взвешенных веществ, чем определено ГОСТом. В то же время для некоторых производств химической, пищевой, электронной, медицинской и других видов промышленности требуется вода такого же или даже более высокого качества.

Цветность воды (интенсивность окраски) выражается в градусах по платиново-кобальтовой шкале. Один градус шкалы соответствует цвету 1 литра воды, окрашенного добавлением 1 мг соли — хлорплатината кобальта. Цветность воды подземных вод вызывается соединениями железа, реже — гумусовыми веществами (грунтовка, торфяники, мерзлотные воды); цветность поверхностных — цветением водоемов.

По нормам СанПиН 2.1.4.1074-01 на питьевую воду, цветность воды не должна быть выше 20 град. (в особых случаях не выше 35 град.)

Многие виды промышленности предъявляют гораздо более жесткие требования в отношении цветности используемой воды.

Запахи и привкусы воды обусловливаются присутствием в ней органических соединений. Интенсивность и характер запахов и привкусов определяют органолептически, т.е. с помощью органов чувств по пятибалльной шкале или по «порогу разбавления» испытуемой воды дистиллированной водой. При этом устанавливают кратность разбавления, необходимую для исчезновения запаха или привкуса. Запах и вкус определяют непосредственным дегустированием при комнатной температуре, а также при 60″С, что вызывает их усиление. По ГОСТ 2874-82 привкус и запах, определяемые при 20″С, не должны превышать 2 баллов.

0 баллов — запах и привкус не обнаруживается
1 балл — очень слабые запах или привкус (обнаруживает только опытный исследователь)
2 балла — слабые запах или привкус, привлекающие внимание неспециалиста
3 балла — заметные запах или привкус, легко обнаруживаемые и являющиеся причиной жалоб
4 балла — отчётливые запах или привкус, которые могут заставить воздержаться от употребления воды
5 баллов — настолько сильные запах или привкус, что вода для питья совершенно непригодна.

Вкус вызывается наличием в воде растворенных веществ и может быть соленым, горьким, сладким и кислым. Природные воды обладают, как правило, только солоноватым и горьковатым привкусом. Солёный вкус вызывается содержанием хлорида натрия, горький — избытком сульфата магния. Кислый вкус воде придаёт большое количество растворённой углекислоты (минеральные воды). Вода может иметь также чернильный или железистый привкус, вызванный солями железа и марганца или вяжущий привкус, вызванный сульфатом кальция, перманганатом калия, щелочной привкус — вызван содержанием поташи, соды, щелочи.

Привкус может быть естественного происхождения (присутствие железа, марганца, сероводорода, метана и т.д.) и искусственного происхождения (сброс промышленных стоков)

По нормам СанПиН 2.1.4.1074-01 привкус должен быть не более 2 баллов.

Запахи воды определяются живущими и отмершими организмами, растительными остатками, специфическими веществами, выделяемыми некоторыми водорослями и микроорганизмами, а также присутствием в воде растворенных газов — хлора, аммиака, сероводорода, меркаптанов или органических и хлорорганических загрязнений. Различают природные (естественного происхождения) запахи: ароматический, болотный, гнилостный, древесный, землистый, плесневый, рыбный, травянистый, неопределённый и сероводородный, тинистый и др. Запахи искусственного происхождения называют по определяющим их веществам: хлорный, камфорный, аптечный, фенольный, хлор-фенольный, смолистый, запах нефтепродуктов и так далее.

По нормам СанПиН 2.1.4.1074-01 запах воды должен быть не более 2 баллов.

Содержание растворенных веществ (сухой остаток). Общее количество веществ (кроме газов), содержащихся в воде в растворенном состоянии, характеризуется сухим остатком, получаемых в результате выпаривания профильтрованной воды и высушивания задержанного остатка до постоянной массы. В воде, используемой для хозяйственно-питьевых целей, сухой остаток не должен превышать 1000 мг/л в особых случаях — 1500 мг/л. Общее солесодержание и сухой остаток характеризуют минерализацию (содержание растворенных солей в воде).

По СанПиН 2.1.4.1074-01 на питьевую воду, сухой остаток должен быть не более 1000 мг/л

Активная реакция воды — степень её кислотности или щёлочности — определяется концентрацией водородных ионов. Обычно выражается через рН — водородный и гидроксильный показатель. Концентрация ионов водорода определяет кислотность. Концентрация ионов гидроксила определяет щелочность жидкости. При рН = 7,0 — реакция воды нейтральная, при рН 7,0 — среда щелочная.

По нормам СанПиН 2.1.4.1074-01 рН питьевой воды должен быть в пределах 6,0. 9,0

Для вод большинства природных источников значение рН не отклоняется от указанных пределов. Однако после обработки вод реагентами значение рН может существенно измениться. Для правильной оценки качества воды и выбора способа очитски необходимо знать значение рН воды источника в различные периоды года. При низких значениях сильно возрастает ее коррозирующее действие на сталь и бетон.

Очень часто для описания качества воды используется термин — жесткость. Пожалуй, самое большое расхождение между российскими нормами и директивой Совета ЕС по качеству воды относится к жесткости: 7 мг-экв/л у нас и 1 мг-экв/л у них. Жесткость самая наиболее распространенная проблема качества воды.

Жесткость воды определяется содержанием в воде солей жесткости (кальция и магния). Она выражается в миллиграмм-эквивалентах на литр (мг-экв/л). Различают карбонатную (временную) жесткость, некарбонатную (постоянную) жесткость и общую жесткость воды.

Карбонатная жесткость (устранимая), определяется наличием в воле двууглекислых солей кальция и магния — характеризуется содержанием в воде гидрокарбоната кальция, который при нагревании или кипячении воды разлагается на практически нерастворимый карбонат и углекислый газ. Поэтому её еще называют временной жесткостью.

Некарбонатная или постоянная жесткость — содержание некарбонатных солей кальция и магния — сульфаты, хлориды, нитраты. При нагревании или кипячении воды они остаются в растворе.

Общая жесткость — определяется как суммарное содержание в воде солей кальция и магния, выражается как сумма карбонатной и некарбонатной жесткости.

Вода поверхностных источников, как правило, относительно мягкая (3. 6 мг-экв/л) и зависит от географического положения — чем южнее, тем жесткость воды выше. Жесткость подземных вод зависит от глубины и расположения горизонта водоносного слоя и годового объема осадков. Жесткость воды из слоёв известняка составляет обычно 6 мг-экв/л и выше.

По нормам СанПиН 2.1.4.1074-01 жесткость питьевой воды должна быть не выше 7 (10) мг-экв/л, ( или не более 350 мг/л).

Жесткая вода просто неприятна на вкус, в ней излишне много кальция. Постоянное употребление внутрь воды с повышенной жесткостью приводит к снижению моторики желудка, к накоплению солей в организме, и, в конечном итоге, к заболеванию суставов (артриты, полиартриты) и образованию камней в почках и желчных путях.

Хотя очень мягкая вода не менее опасная, чем излишне жесткая. Самая активная — это мягкая вода. Мягкая вода способна вымывать из костей кальций. У человека может развиться рахит, если пить такую воду с детства, у взрослого человека становятся ломкие кости. Есть еще одно отрицательное свойство мягкой воды. Она, проходя через пищеварительный тракт, не только вымывает минеральные вещества, но и полезные органические вещества, в том числе и полезные бактерии. Вода должна быть жесткостью не менее 1,5-2 мг-экв/л.

Использование воды с большой жесткостью для хозяйственных целей также нежелательно. Жесткая вода образует налет на сантехнических приборах и арматуре, образует накипные отложения в водонагревательных системах и приборах. В первом приближении это заметно на стенках, например, чайника.

При хозяйственно-бытовом использовании жесткой воды значительно увеличивается расход моющих средств и мыла вследствие образования осадка кальциевых и магниевых солей жирных кислот, замедляется процесс приготовления пищи (мяса, овощей и др.), что нежелательно в пищевой промышленности. Во многих случаях использование жесткой воды для производственных целей (для питания паровых котлов, в текстильной бумажной промышленности, на предприятиях искусственного волокна и др.) не допускается, так как это связано с рядом нежелательных последствий.

В системах водоснабжения — жесткая вода приводит к быстрому износу водонагревательной технике (бойлеров, батарей центрального водоснабжения и др.). Соли жесткости (гидрокарбонаты Ca и Mg), отлагаясь на внутренних стенках труб, и образуя накипные отложения в водонагревательных и охлаждающих системах, приводят к занижению проходного сечения, уменьшают теплоотдачу. Не допускается использовать воду с высокой карбонатной жесткостью в системах оборотного водоснабжения.

Щёлочность воды. Под общей щёлочностью воды подразумевается сумма содержащихся в ней гидратов и анионов слабых кислот (угольной, кремниевой, фосфорной и т.д.). В подавляющем большинстве случаев для подземных вод имеется в виду гидрокарбонатная щёлочность, то есть содержание в воде гидрокарбонатов. Различают бикарбонатную, карбонатную и гидратную щелочность. Определение щелочности (мг-экв/л) необходимо для контроля качества питьевой воды, полезно для определения воды как пригодной для полива, для расчета содержания карбонатов, для последующей очистки сточных вод.

ПДК по щелочности составляет 0,5 — 6,5 ммоль / дм3

Содержание сульфатов и хлоридов. Сульфаты и хлориды кальция и магния образуют соли некарбонатной жесткости.

Хлориды присутствуют практически во всех водах. В основном их присутствие в воде связано с вымыванием из горных пород наиболее распространённой на Земле соли — хлорида натрия (поваренной соли). Хлориды натрия содержатся в значительных количествах в воде морей, а также некоторых озер и подземных источников

ПДК хлоридов в воде питьевого качества — 300. 350 мг/л (в зависимости от стандарта).

Повышенное содержание хлоридов в совокупности с присутствием в воде аммиака, нитритов и нитратов может свидетельствовать о загрязнённости бытовыми сточными водами.

Сульфаты попадают в подземные воды в основном при растворении гипса, находящегося в пластах. Повышенное содержание сульфатов в воде приводит к расстройству желудочно-кишечного тракта (тривиальные названия сульфата магния и сульфата натрия (солей, обладающих слабящим эффектом) — «английская соль» и «глауберова соль» соответственно).

ПДК сульфатов в воде питьевого качества — 500 мг/л.

Содержание кремниевых кислот. Кремниевые кислоты встречаются в воде как подземных, так и поверхностных источников в различной форме (от коллоидной до ионодисперсной). Кремний отличается малой растворимостью и его в воде, как правило, не много. Попадает кремний в воду и с промышленными стоками предприятий, производящих керамику, цемент, стекольные изделия, силикатные краски.

Воды, содержащие кремниевые кислоты, не могут быть использованы для питания котлов высокого давления, так как образуют силикатную накипь на стенках.

Фосфаты обычно присутствуют в воде в небольшом количестве, поэтому их присутствие указывает на возможность загрязнения промышленными стоками или стоками с сельскохозяйственных полей. Повышенное содержание фосфатов оказывает сильное влияние на развитие сине-зелёных водорослей, выделяющих токсины в воду при отмирании.

ПДК в питьевой воде соединений фосфора составляет 3,5 мг/л.

Фториды и йодиды. Фториды и йодиды в чём-то похожи. Оба элемента при недостатке или избытке в организме приводят к серьёзным заболеваниям. Для йода это — заболевания щитовидной железы («зоб»), возникающие при суточном рационе менее 0,003 мг или более 0,01 мг. Для восполнения дефицита йода в организме возможно употребление йодированной соли, но лучший выход — это включение в рацион рыбы и морепродуктов. Особенно богата йодом морская капуста.

Фториды входят в состав минералов — солей фтора. Как недостаток, так и избыток фтора могут приводить к серьезным заболеваниям. Содержание фтора в питьевой должно поддерживаться в пределах 0,7 — 1,5 мг/л (в зависимости от климатических условий)

Воды поверхностных источников характеризуются преимущественно низким содержанием фтора (0,3-0,4 мг/л). Высокие содержания фтора в поверхностных водах являются следствием сброса промышленных фторсодержащих сточных вод или контакта вод с почвами, богатыми соединениями фтора. Максимальные концентрации фтора (5-27 мг/л и более) определяют в артезианских и минеральных водах, контактирующих с фторсодержащими водовмещающими породами.

При гигиенической оценке поступления фтора в организм важное значение имеет содержание микроэлемента в суточном рационе, а не в отдельных пищевых продуктах. В суточном рационе содержится от 0,54 до 1,6 мг фтора (в среднем 0,81 мг). Как правило, с пищевыми продуктами в организм человека поступает в 4-6 раз меньше фтора, чем при употреблении питьевой воды, содержащей оптимальные его количества (1 мг/л).

Повышенное содержание фтора в воде (более 1,5 мг/л) оказывает вредное влияние на людей и животных, у населения развивается эндемический флюороз («пятнистая эмаль зубов»), рахит и малокровие. Отмечается характерное поражение зубов, нарушение процессов окостенения скелета, истощение организма. Содержание фтора в питьевой воде лимитируется. Установлено, что систематическое использование населением фторированной воды снижает и уровень заболеваний, связанных с последствиями одонтогенной инфекции (ревматизм, сердечно-сосудистая патология, заболевания почек и др.). Недостаток фтора в воде (менее 0,5 мг/л) приводит к кариесу. При пониженном содержание фтора в питьевой воде рекомендуется пользоваться зубной пастой с добавлением фтора. Фтор — один из немногих элементов, которые лучше усваиваются организмом из воды. Оптимальная доза фтора в питьевой воде составляет 0,7. 1,2 мг/л.

ПДК фтора составляет 1,5 мг/л.

Окисляемость обусловлена содержанием в воде органических веществ и отчасти может служить индикатором загрязнённости источника сточными водами. Различают окисляемость перманганатную и окисляемость бихроматную (или ХПК — химическая потребность в кислороде). Перманганатная окисляемость характеризует содержание легкоокисляемой органики, бихроматная — общее содержание органических веществ в воде. По количественному значению показателей и их отношению можно косвенно судить о природе органических веществ, присутствующих в воде, о пути и эффективности технологии очистки.

По нормам СанПиН перманганатная окисляемость воды должна быть не выше 5,0 мг О2/л и предельно допустимая концентрация (ПДК) 2 мг-экв/л.

Если меньше 5 мг-экв/л вода считается чистой, больше 5 грязной.

Содержание соединений железа. Железо может встречаться в природных водах в следующих видах:

— Истинно растворённом виде (двухвалентное железо, прозрачная бесцветная вода);
— Нерастворённом виде (трёхвалентное железо, прозрачная вода с коричневато-бурым осадком или ярко выраженными хлопьями);
— Коллоидном состоянии или тонкодисперсной взвеси (окрашенная желтовато-коричневая опалесцирующая вода, осадок не выпадает даже при длительном отстаивании);
— Железоорганика — соли железа и гуминовых и фульвокислот (прозрачная желтовато-коричневая вода);
— Железобактерии (коричневая слизь на водопроводных трубах);

В поверхностных водах средней полосы России содержится от 0,1 до 1 мг/дм3 железа, в подземных водах содержание железа часто превышает 15-20 мг/дм3.

Значительные количества железа поступают в водоемы со сточными водами предприятий металлургической, металлообрабатывающей, текстильной, лакокрасочной промышленности и с сельскохозяйственными стоками. Очень важен анализ на содержание железа для сточных вод. Концентрация железа в воде зависит от рН и содержания кислорода в воде. Железо в воде колодцев и скважин может находится как в окисленной, так и в востановленной форме, но при отстаивании воды всегда окисляется и может выпадать в осадок. Много железа растворено в кислых бескислородных подземных водах.

По нормам СанПиН 2.1.4.1074-01 содержание железа общего допускается не более 0,3 мг/л.

Длительное употребление человеком воды с повышенным содержанием железа может привести к заболеванию печени (гемосидерит), увеличивает риск инфарктов, негативно влияет на репродуктивную функцию организма. Такая вода неприятна на вкус, причиняет неудобства в быту.

На многих промышленных предприятиях, где вода употребляется для промывки продукта в процессе его изготовления, в частности в текстильной промышленности, даже невысокое содержание железа в воде приводит к браку продукции.

Марганец встречается в аналогичных модификациях. Марганец активизирует ряд ферментов, участвует в процессах дыхания, фотосинтеза, влияет на кроветворение и минеральный обмен. Недостаток марганца в почве вызывает у растений некрозы, хлорозы, пятнистости. При недостатке этого элемента в кормах животные отстают в росте и развитии, у них нарушается минеральный обмен, развивается анемия. На почвах, бедных марганцем (карбонатных и переизвесткованных), применяют марганцевые удобрения.

Для человека опасен как недостаток, так и переизбыток марганца.

По нормам СанПиН 2.1.4.1074-01 содержание марганца допускается не более 0,1 мг/л.

Избыток марганца вызывает окраску и вяжущий привкус, заболевание костной системы.

Присутствие в воде железа и марганца может способствовать развитию в трубах и теплообменных аппаратах железистых и марганцевых бактерии, продукты жизнедеятельности которых вызывают уменьшение сечения, а иногда их полную закупорку. Содержание железа и марганца строго ограничено в воде, используемой при производстве пластмасс, текстильной, пищевой промышленности и т.п.

Повышенное содержание обоих элементов в воде вызывает потёки на сантехнике, окрашивает бельё при стирке и придаёт воде железистый или чернильный привкус. Длительное употребление такой воды для питья вызывает отложение указанных элементов в печени и по вредности значительно обгоняет алкоголизм.

ПДК железа — 0,3 мг/л, марганца — 0,1 мг/л.

Натрий и калий попадают в подземные воды за счёт растворения коренных пород. Основным источником натрия в природных водах являются залежи поваренной соли NaCl, образовавшиеся на месте древних морей. Калий встречается в водах реже, так как он лучше поглощается почвой и извлекается растениями.

Биологическая роль натрия крайне важна для большинства форм жизни на Земле, включая человека. Организм человека содержит около 100 г натрия. Ионы натрия активируют ферментативный обмен в организме человека.

ПДК натрия составляет 200 мг/л. Избыточное содержание натрия в воде и пище приводит к гипертензии и гипертонии.

Отличительная особенность калия — его способность вызывать усиленное выведение воды из организма. Поэтому пищевые рационы с повышенным содержанием элемента облегчают функционирование сердечно-сосудистой системы при ее недостаточности, обусловливают исчезновение или существенное уменьшение отеков. Дефицит калия в организме ведет к нарушению функции нервно-мышечной (парезы и параличи) и сердечно-сосудистой систем и проявляется депрессией, дискоординацией движений, мышечной гипотонией, гипорефлек-сией, судорогами, артериальной гипотонией, брадикардией, изменениями на ЭКГ, нефритами, энтеритами и др.

ПДК калия составляет 20 мг/л

Медь, цинк, кадмий, свинец, мышьяк, никель, хром и ртуть преимущественно попадают в источники водоснабжения со стоками промышленных вод. Медь и цинк могут также попадать при коррозии соответственно оцинкованных и медных водопроводных труб из-за повышенного содержания агрессивной углекислоты.

ПДК в питьевой воде согласно СанПиН меди составляет 1,0 мг/л; цинка — 5,0 мг/л; кадмия — 0,001 мг/л; свинца — 0,03 мг/л; мышьяка — 0,05 мг/л; никеля — составляет 0,1 мг/л (в странах ЕС — 0,05 мг/л), хрома Cr3+ — 0,5 мг/л, хрома Cr4+ — 0,05 мг/л; ртути — 0,0005 мг/л.

Все вышеперечисленные соединения относятся к тяжёлым металлам и обладают кумулятивным действием, то есть свойством накапливаться в организме и срабатывать при превышении определённой концентрации в организме.

Кадмий — очень токсичный металл. Избыточное поступление кадмия в организм может приводить к анемии, поражению печени, кардиопатии, эмфиземе легких, остеопорозу, деформации скелета, развитию гипертонии. Наиболее важным в кадмиозе является поражение почек, выражающееся в дисфункции почечных канальцев и клубочков с замедлением канальцевой реабсорбции, протеинурией, глюкозурией, последующими аминоацидурией, фосфатурией. Избыток кадмия вызывает и усиливает дефицит Zn и Se. Воздействие на протяжении продолжительного времени может вызывать поражение почек и легких, ослабление костей.

Симптомы кадмиевого отравления: белок в моче, поражение центральной нервной системы, острые костные боли, дисфункция половых органов. Кадмий влияет на кровяное давление, может служить причиной образования камней в почках (в почках он накапливается особенно интенсивно). Опасность представляют все химические формы кадмия

Алюминий — легкий серебристо-белый металл. Попадает в воду в первую очередь в процессе водоподготовки — в составе коагулянтов и при сбросе сточных вод переработки бокситов.

ПДК в воде солей алюминия составляет — 0,5 мг/л

Избыток алюминия в воде приводит к повреждению центральной нервной системы.

Бор и селен присутствуют в некоторых природных водах в качестве микроэлементов в весьма незначительной концентрации, однако, при их превышении возможно серьёзное отравление.

Содержание газов. В воде природных источников чаще всего присутствуют следующие газы: кислород О2, диоксид углерода (углекислый газ) СО2 и сероводород Н2S

Кислород находится в воде в растворенном виде. Растворенный кислород в подземных водах отсутствует, содержание в поверхностных водах соответствует парциальному давлению, зависит от температуры воды и интенсивности процессов, обогащающих или обедняющих воду кислородом и может достигать 14 мг/л

Содержание кислорода и двуокиси углерода даже в значительных количествах не ухудшает качества питьевой воды, но способствует коррозии металла. Процесс коррозии усиливается с повышением температуры воды, а также при движении её. При значительном содержании в воде агрессивной двуокиси углерода коррозии подвергаются также стенки бетонных труб и резервуаров. В питательной воде паровых котлов среднего и высокого давления присутствие кислорода не допускается. Содержание сероводорода придает воде неприятный запах и, кроме того, вызывает коррозию металлических стенок труб, баков и котлов. В связи с этим присутствие Н2S не допускается в воде, употребляемой для хозяйственно-питьевых и для большинства производственных нужд.

Вещества, содержащиеся в воде и их свойства, ухудшающие качество питьевой воды и вредно влияющие на организм человека.

Соединения азота. Азотосодержащие вещества (нитраты NO3-, нитриты NO2- и аммонийные соли NH4+) почти всегда присутствуют во всех водах, включая подземные, и свидетельствуют о наличии в воде органического вещества животного происхождения. Являются продуктами распада органических примесей, образуются в воде преимущественно в результате разложения мочевины и белков, поступающих в неё с бытовыми сточными водами. Рассматриваемая группа ионов находится в тесной взаимосвязи.

Первым продуктом распада является аммиак (аммонийный азот) — является показателем свежего фекального загрязнения и является продуктом распада белков. В природной воде ионы аммония окисляются бактериями Nitrosomonas и Nitrobacter до нитритов и нитратов. Нитриты являются лучшим показателем свежего фекального загрязнения воды, особенно при одновременном повышенным содержании аммиака и нитритов. Нитраты служат показателем более давнего органического фекального загрязнения воды. Недопустимо содержание нитратов вместе с аммиаком и нитратами.

По наличию, количеству и соотношению в воде азотсодержащих соединений можно судить о степени и давности заражения воды продуктами жизнедеятельности человека.

Отсутствие в воде аммиака и в то же время наличие нитритов и особенно нитратов, т.е. соединений азотной кислоты, свидетельствуют о том, что загрязнение водоема произошло давно, и вода подверглась самоочищению. Наличие в воде аммиака и отсутствие нитратов указывают на недавнее загрязнение воды органическими веществами. Следовательно, в питьевой воде не должно быть аммиака, не допускаются соединения азотной кислоты (нитриты).

По нормам СанПиН ПДК в воде аммония составляет 2,0 мг/л; нитритов — 3,0 мг/л; нитратов — 45,0 мг/л.

Наличие иона аммония в концентрациях, превышающих фоновые значения, указывает на свежее загрязнение и близость источника загрязнения (коммунальные очистные сооружения, отстойники промышленных отходов, животноводческие фермы, скопления навоза, азотных удобрений, поселения и др.).

Употребление воды с повышенным содержанием нитритов и нитратов приводит к нарушению окислительной функции крови.

Хлор появляется в питьевой воде в результате её обеззараживания. Сущность обеззараживающего действия хлора заключается в окислении или хлорировании (замещении) молекул веществ, входящих в состав цитоплазмы клеток бактерий, отчего бактерии гибнут. Очень чувствительны к хлору возбудители брюшного тифа, паратифов, дизентерии, холеры. Даже сильно заражённая бактериями вода в значительной мере дезинфицируется сравнительно малыми дозами хлора. Однако отдельные хлоррезистентные особи сохраняют жизнеспособность, поэтому полной стерилизации воды не происходит.

Ввиду того, что свободный хлор относится к числу вредных для здоровья веществ, гигиенические номы СанПиН строго регламентирует содержание остаточного свободного хлора в питьевой воде централизованного водоснабжения. При этом СанПиН устанавливает не только верхнюю границу допустимого содержания свободного остаточного хлора, но и минимально-допустимую границу. Дело в том, что, что несмотря на обеззараживание на станции водоочистки, готовую «товарную» питьевую воду подстерегает немало опасностей по пути к крану потребителя. Например, свищ в стальной подземной магистрали, сквозь которые не только магистральная вода попадает наружу, но и загрязнения из почвы могут попасть в магистраль.

Остаточный хлор (оставшийся в воде после обеззараживания) необходим для предотвращения возможного вторичного заражения воды во время прохождения по сети.

По нормам СанПиН 2.1.4.559-96 содержание остаточного хлора в водопроводной воде должно быть не менее 0,3 мг/л и не более 0,5 мг/л.

Хлорированная вода неблагоприятно воздействует на кожу и слизистые оболочки, поскольку хлор является сильным аллергическим и токсическим веществом. Так, хлор вызывает покраснения различных участков кожи, а также становится причиной аллергического конъюктевита, первыми признаками которого являются жжение, слезотечение, отек век и другие болевые ощущения в области глаз. Дыхательная система также подвергается вредному воздействию: у 60% пловцов регистрируется проявление бронхоспазма после нескольких минут нахождения в бассейне с хлорированной водой.

Исследования показали, что около 10% хлора, используемого при хлорировании, участвует в образовании хлорсодержащих соединений. Приоритетными хлорсодержащими соединениями являются хлороформ, четырёххлористый углерод, дихлорэтан, трихлорэтан, тетрахлоэтилен. В сумме образующихся при водоподготовке ТГМ хлороформ составляет 70 — 90 %. Хлороформ вызывает профессиональные хронические отравления с преимущественным поражением печени и центральной нервной системы.

При хлорировании есть вероятность образования чрезвычайно токсичных соединений, тоже содержащих хлор, — диоксинов (диоксин в 68 тыс. раз ядовитее цианистого калия).

Хлорированная вода обладает высокой степенью токсичности и суммарной мутагенной активностью (СМА) химических загрязнений, что многократно увеличивает риск онкологических заболеваний.

По оценке американских экспертов, хлорсодержащие вещества в питьевой воде косвенно или непосредственно виновны в 20 онкозаболеваниях на 1 млн. жителей. Риск онкозаболеваний в России при максимальном хлорировании воды достигает 470 случаев на 1 млн. жителей. Предполагается, что 20-35% случаев заболевания раком (преимущественно толстой кишки и мочевого пузыря) обусловлены потреблением питьевой воды.

Сероводород, встречающийся в подземных водах, преимущественно неорганического происхождения. Он образуется в результате разложения сульфидов (пирит, серный колчедан) кислыми водами и восстановления сульфатов сульфатредуцирующими бактериями.

Сероводород обладает резким неприятным запахом, вызывает коррозию металлических стенок труб, баков и котлов и является общеклеточным и каталитическим ядом. Соединяясь с железом образует черный осадок сернистого железа FeS. По этим причинам, а также вследствие интенсификации процессов коррозии, сероводород следует полностью удалять из воды хозяйственно-питьевого назначения (по ГОСТ 2874-82 «Вода питьевая»).

СанПиН 2.1.4.559-96 (СанПиН2.1.4.1074-01) на питьевую воду мало того, что допускает присутствие сероводорода в воде до 0,03 мг/л, а сульфидов — до 3 мг/л, так эти цифры ещё никак не согласуется с элементарными знаниями химии: по данным диссоциации сероводорода и сульфидов в воде, при рН=9,0 (верхняя граница норматива на питьевую воду) доля сульфидов составляет примерно 98,5-99%, то есть в сто раз выше, чем сероводорода, и ПДК сульфидов соответственно должен быть не выше 0,3 мг/л .

Микробиологические показатели. Общая бактериальная загрязненность воды характеризуется количеством бактерий, содержащихся в 1 мл воды. Согласно ГОСТу, питьевая вода не должна содержать более 100 бактерий в 1 мл.

Особую важность для санитарной оценки воды имеет определение бактерий группы кишечной палочки. Присутствие кишечной палочки свидетельствует о загрязнении воды фекальными стоками и, следовательно, о возможности попадания в нее болезнетворных бактерий, в частности бактерий брюшного тифа.

В связи с тем, что при биологическом анализе воды определение патогенных бактерий затруднено, бактериологические определения сводятся к определению общего числа бактерий в 1 мл воды, растущих при 37″С, и кишечной палочки — бактерии коли. Наличие последней имеет индикаторные функции, т.е. свидетельствует о загрязнении воды выделениями людей и животных и т.п. Минимальный объем испытуемой воды, мл, приходящейся на одну кишечную палочку, называется колититром, а количество кишечных палочек в 1 л воды — коли-индексом. По ГОСТ 2874-82 допускается коли-индекс до 3, колититр — не менее 300, а общее число бактерий в 1 мл — до 100.

По нормам СанПиН2.1.4.1074-01 допустимо общее микробное число 50 КОЕ/мл, общие колиформные бактерии КОЕ/100мл и термотолетарные колиформные бактерии КОЕ/100мл — не допускаются.

Бактерии и вирусы из числа патогенных, т.е. паразитов, живущих на живом субстрате, развивающиеся в воде, могут вызвать заболевания брюшным тифом, амебиазом, парафитом, дизенте­рией, бруцеллезом, инфекционным гепатитом, острым гастроэнтеритом, сибирской язвой, холерой, полиомиелитом, туляремией, туберкулезом, диареей и др.

Экспертами всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) установлено, что 80% всех заболеваний в мире связано в той или иной степени связаны с неудовлетворительным качеством питьевой воды и нарушением санитарно-гигиенических и экологических норм водообеспечения. В связи с чем, проблема обеспечения высококачественной водой является актуальной.

источник