Пробы не консервируют, анализ проводят не позже чем через 4 ч после отбора пробы или консервируют 50 мл концентрированной серной кислоты, разбавленной в соотношении 1:3, на 1 л воды; в этом случае анализ проводят не позже чем через 1 сут после отбора пробы.
Без разбавления можно определять окисляемость только до 10 мг кислорода в 1 л. Наивысшее допустимое разбавление пробы — десятикратное. Это означает, что метод можно использовать только для проб, окисляемость которых ниже 100 мг кислорода в 1 л.
Определению мешают неорганические примеси — восстановители: железо (II), нитриты, сероводород. Практически поправку на потребление кислорода этими восстановителями можно установить предварительным титрованием исследуемой воды раствором перманганата калия в кислой среде на холоде. В этом случае результаты определения окисляемое™ дают косвенное представление о содержании в воде органических веществ.
Нефтепродукты являются основными загрязняющими веществами сточных вод, поскольку они присутствуют в стоках любого предприятия.
Нефтепродуктами условно считают содержащиеся в воде неполярные и малополярные соединения , экстрагируемые н-гексаном. В связи с этим понятие «нефтепродукты» включает только углеводороды (алифатические, алициклические, ароматические), являющиеся основной составной частью нефти.
Для определения содержания нефтепродуктов в сточной воде используется ряд методов: гравиметрический, ИК-спек-трометрии, ускоренный адсорбционно-люминесцентный, га-зохроматографический.
Гравиметрический метод. Поскольку этот метод не требует приготовления каких-либо стандартных растворов, он дает наиболее точные результаты и поэтому предлагается в качестве арбитражного метода.
Из пробы анализируемой воды сначала отгоняют летучие углеводороды и улавливают в специальной ловушке. Их содержание находят по занимаемому ими объему.
Этот 1-й этап проводят при анализе нефтесодержащих сточных вод. Природные воды и сточные воды, прошедшие биохимическую очистку в аэротенках, обычно содержат так мало летучих углеводородов, что их анализ можно сразу начинать со 2-го этапа — экстракции. Экстракцию проводят сначала хлороформом или четыреххлористым углеродом, затем последний отгоняют и остаток растворяют в гексане.
Если анализируемая вода свободна от взвешенных частиц, экстракцию можно сразу производить гексаном. Раствор нефтепродуктов в гексане пропускают через колонку с оксидом алюминия, отделяющей полярные соединения, отгоняют гек-сан и остаток взвешивают.
Определению мешают все вещества, не охватываемые приведенным выше определением понятия «нефтепродукты». Они устраняются в ходе анализа: часть остается нерастворен-ной в гексане, часть сорбируется оксидом алюминия.
Пробы отбирают в стеклянные бутыли, для анализа используют весь объем пробы; не консервируют, анализ проводят в день отбора пробы или консервируют 2—4 мл хлороформа на 1 л воды, и анализ проводят в течение 5 сут.
Метод ИК-спектрометрии не требует отгонки растворителя, служащего для извлечения нефтепродуктов из воды и поэтому не приводит к потере летучих нефтепродуктов, как это имеет место при использовании некоторых других методов. Нет необходимости в приготовлении специального стандартного раствора для каждого вида вод.
Для построения калибровочного графика используют смесь, состав которой соответствует составу наиболее распространенных нефтей нашей страны. Поскольку содержание метальных и метиленовых групп в разных нефтепродуктах различается, имеются соответствующие отклонения и в ИК-спектрах; однако эти отклонения невелики, и при использовании указанной смеси (декана 59 %, изооктана 2 % и бензола 39 % по объему) для построения калибровочного графика ошибки определения незначительны.
Метод заключается в экстракции из сточной воды нефтепродуктов четыреххлористым углеродом, пропусканием экстракта через колонку с оксидом алюминия и измерения оптической плотности в ИК-области при волновом числе 2962 емТЯ
Метод не уступает по точности гравиметрическому и поэтому принят в качестве арбитражного наряду с гравиметрическим.
Ускоренный адсорбционно-люминесцентный метод основан на выделении нефтепродуктов из воды четыреххлористым углеродом, отделении полярных соединений сорбцией на оксиде алюминия и измерении люминесценции нефтепродуктов в
органической фазе на флюорометре. Чувствительность метода 0,01 мг нефтепродуктов в пробе; погрешность определения + 10 %, время определения 15—20 мин.
Определение нефтепродуктов в сточных водах методом газовой хроматографии основано на экстракции нефтепродуктов н-гексаном и последующем газохроматографическом исследовании. Этим методом можно определять суммарное содержание, а также типы нефтепродуктов в сточных водах. Чувствительность метода менее 0,1 мг/л нефтепродуктов. Относительная ошибка определения 3—10 %. Наиболее эффективно анализировать этим методом сточные воды нефтеперерабатывающих предприятий. Кроме того, он может быть применен для определения концентрации нефтепродуктов в сточных водах, поступающих на биологическую очистку или прошедших ее.
2.7.3.6. Синтетические поверхностно-активные вещества
Синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ) входят в состав синтетических моющих средств. Различают анионактивные, катионактивные и неионогенные СПАВ.
Термином «анионактивные синтетические мОющие средства» обозначают поверхностно-активные соединения типа ал-килсульфонатов и алкиларилсульфонатов. Их содержание в бытовых сточных водах достигает 20 мг/л, а в промышленных сточных водах — даже несколько граммов на 1 л.
Для определения анионактивных СПАВ используют метод экстракционной фотоэлектроколориметрии, основанный на образовании окрашенного в голубой цвет растворимого в хлороформе ассоциата с метиленовым синим (метиленовый синий в хлороформе не растворяется). Экстракцию указанного комплексного соединения хлороформом проводят сначала в щелочной среде (буферный раствор с рН 10,0), а затем соединенные хлороформные экстракты промывают кислым раствором метиленового синего. Таким двойным экстрагированием устраняется мешающее действие хлоридов, нитратов, тиоциана-тов, сульфатов, фосфатов, фенолов и белков. Определению мешают также сульфиды, восстанавливающие метиленовый синий, но их влияние может быть исключено предварительным окислением пероксидом водорода. Пробу воды не консервируют. Анализ проводят в день отбора пробы.
Катионактивные моющие вещества (например, гидроксиды триалкиламмония с различными алкильными группами) не имеют большого распространения вследствие их высокой токсичности. Все же изредка возникает необходимость их определения. Они входят в состав некоторых дезинфекционных мыл и содержатся в сточных водах производства или использования этих мыл.
Пробы не консервируют. Отбирают пробы в стеклянные бутыли.
Метод определения катионактивных СПАВ подобен определению анионактивных СПАВ, но вместо основного красителя — метиленового синего — используют кислотный краситель — бромфеноловый синий, образующий с катионактивны-ми СПАВ растворимые в хлороформе окрашенные ассоциаты.
Чувствительность метода — 0,05 мг/л. Выполняют определение при рН 2,0, при котором бромфеноловый синий имеет желтую окраску, его комплекс с катионактивными СПАВ также имеет желтую окраску (1тах 416 нм). Краситель бромфеноловый синий в хлороформе не растворяется.
Неионогенные моющие вещества — производные полиокси-этиленов — являются одной из активных частей некоторых синтетических моющих средств. Они встречаются в бытовых сточных водах и в сточных водах различных производств.
Для определения неионогенных СПАВ предложен метод экстракционной фотоэлектроколориметрии, основанный на образовании продуктов присоединения к неионогенным веществам роданокобальтата. Образующийся продукт растворяется в хлороформе, при этом раствор окрашивается в синий цвет. Сам применяемый реактив роданокобальтат аммония в хлороформе нерастворим. Определению мешают анионактивные вещества в количествах, превышающих 0,75 мг во взятой для анализа порции (5 мл) сточной воды. Влияние их устраняется пропусканием анализируемой воды через анионит. Мешают определению также соли четвертичных аммониевых оснований (например, цетилтриметиламмоний хлорид), являющиеся катион-активными веществами. Их можно предварительно удалить подщелачиванием пробы и экстракцией эфиром.
Чувствительность реакции определения невелика, но поскольку определяемые вещества нелетучи, возможно предварительное концентрирование выпариванием анализируемого раствора досуха и растворением остатка в спирте и воде.
Нитриты являются промежуточным продуктом биологического окисления аммиака или восстановления нитратов. В поверхностных водах нитриты окисляются до нитратов.
Нитриты в больших количествах находятся в некоторых промышленных и биологически очищенных сточных водах.
Для определения нитритов в сточных и поверхностных водах применяется фотометрический метод, основанный на реакции образования азокрасителя с реактивом Грисса. Реактив Грисса состоит из растворов сульфаниловой кислоты и 1-наф-тиламина в 30 % уксусной кислоте.
Нитриты с сульфаниловой кислотой дают соль диазония, которая с 1-нафтиламином в кислой среде образует азокраси-тель красного цвета (Хтах 520 нм):
Вследствие нестойкости нитритов (так как превращение нитритов в нитраты или аммиак под действием микроорганизмов происходит непрерывно) их следует определять не консервируя не позже чем через 4 ч после отбора пробы. Если это невозможно, то пробу хранят при 4 °С в холодильнике (анализ проводят в течение суток) или консервируют 2—3 мл хлороформа, и в этом случае анализ проводят в течение 1— 2 сут после отбора пробы.
Без разбавления пробы можно определять от 0,001 до 0,6 мг/л нитрит-ионов.
Определению мешают взвешенные вещества и мутность воды, поэтому пробу перед анализом необходимо профильтровать.
Если сточная вода содержит коллоидные вещества, пробу осветляют коагулированием гидроксидом алюминия.
В анализируемой пробе не должны присутствовать сильные окислители и восстановители, которые мешают определению.
Мешающее влияние железа (III), ртути (II), висмута, сурьмы (III), свинца устраняют соответствующим разбавлением.
Медь (II) снижает результаты определения вследствие вызываемого ею каталитического распада диазотированной сульфа-ниловой кислоты. В присутствии меди пробу также разбавляют.
В анализируемой пробе также не должны присутствовать алифатические и ароматические амины, которые реагируют с нитритами.
Для построения калибровочного графика используют стандартный раствор нитрита натрия.
Нитраты встречаются почти во всех видах вод. Значительное количество нитратов содержат некоторые промышленные сточные воды.
Для определения нитратов в сточных водах чаще всего применяют фотометрические методы, основанные на нитро-Вании салициловой кислоты или 2,4-фенолдисульфокислоты.
Определение с салициловой кислотой основано на реакции нитратов с салицилатом натрия в концентрированной трихлорук-сусной кислоте с последующим добавлением раствора гидрокси-да натрия и образованием натриевой соли нитросалициловой кислоты, окрашенной в желтый цвет (?imax 410 нм). В среде три-хлоруксусной кислоты устраняется мешающее влияние некоторых неустойчивых органических веществ, которое наблюдается при применении концентрированной серной кислоты:
Метод позволяет определять нитраты при концентрациях от 0,1 до 20 мг/л. Большие концентрации можно определять указанным методом при соответствующем разбавлении пробы.
Пробу не консервируют, анализ проводят не позже чем через 4 ч после отбора пробы. В противном случае пробу консервируют 1 мл концентрированной серной кислоты или 2— 4 мл хлороформа на 1 л пробы воды, анализ проводят не позже 1—2 сут после отбора пробы.
Мешающее влияние нитритов, ионов железа и других катионов устраняют пропусканием пробы через колонку с ка-тионитом.
Расчет проводят по калибровочному графику, для построения которого используют стандартный раствор нитрата калия.
Определение с 2,4-фенолдисулъфокислотой основано на взаимодействии нитратов с указанным реактивом с образованием нитропроизводного 2,4-фенолдисульфокислоты желтого цвета. Окраска интенсивнее в щелочной среде при добавлении раствора аммиака (1.так 410 нм):
Способы консервации и сроки анализа пробы такие же, как в определении с салициловой кислотой.
Если исследуемая вода мутная или окрашенная, ее предварительно обесцвечивают и осветляют гидроксидом алюминия.
Определению мешают хлориды, влияние которых устраняют добавлением сульфата серебра. Выпавший осадок хлорида серебра отфильтровывают лишь в том случае, если в пробе содержится много хлоридов. При небольшом количестве хлоридов осадок AgCl растворяется в растворе аммиака при его до пилении к полученному нитропроизводному 2,4-фенолди-\ иьфокислоты.
Дни построения калибровочного графика используют станинный раствор нитрата калия.
2.7.3.9. Аммиак и ионы аммония
15 некоторых промышленных сточных водах содержится шлчительное количество аммиака и солей аммония, являющихся отходами производства, в том числе и химико-фарма-исктических предприятий.
Для определения аммиака используются:
- метод непосредственного фотоэлектроколориметриче-( кого определения с реактивом Несслера;
- метод отгонки с фотоэлектроколориметрическим или объемным окончанием;
3) метод фотометрического определения с гипохлоритом и
>енолом.
Если пробы анализируют не сразу после отбора, то их консервируют прибавлением 1 мл концентрированной серной кислоты или 2—4 мл хлороформа и анализируют не позже чем через 1—2 сут после отбора.
Фотоэлектроколориметрическое определение аммиака с реактивом Несслера. Метод основан на взаимодействии аммиака или ионов аммония с реактивом Несслера (K2HgI4 + КОН) с образованием йодида меркураммония желтого цвета (А,тах 400—425 нм, фиолетовый светофильтр):
источник
 | Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 |
Государственное бюджетное образовательное учреждение
«Иркутский государственный медицинский университет»
Министерства здравоохранения Российской федерации
Методы Анализа сточных вод
Учебное пособие обсуждено на методическом совете фармацевтического факультета ИГМУ, рекомендовано к печати и использованию в учебном процессе на кафедре фармацевтической и токсикологической химии Иркутского государственного медицинского университета, протокол № 1 от 20.09. 2013 г.
Авторы: – д-р хим. наук, профессор, зав. каф. фармацевтической и токсикологической химии ГБОУ ВПО ИГМУ,
– канд. фарм. наук, доцент каф. фармацевтической и токсикологической химии ГБОУ ВПО ИГМУ.
— доктор фармацевтических наук, профессор, зав. каф. управления экономики фармации ГБОУ ВПО ИГМУ;
— доктор фармацевтических наук, профессор кафедры технологии лекарственных форм ГБОУ ВПО ИГМУ.
И44 Анализ сточных вод: учеб. пособие / , ; ГБОУ ВПО ИГМУ Минздрава РФ. – Иркутск, 2013. – 53 с.
В учебном пособии по основам экологии и охране природы изложены основы органолептических, физических и химических методов используемых в анализе сточных вод химико-фармацевтических предприятий.
Учебное пособие предназначено для студентов фармацевтического факультета.
© ГБОУ ВПО ИГМУ Минздрава РФ, 2013
Отбор проб сточных вод. Консервация. 3
Органолептические и некоторые физические методы анализа сточных вод. 3
Определение прозрачности. 3
Определение реакции среды (рН) 3
Определение температуры.. 3
Химические и физико-химические методы анализа сточных вод 3
Общее содержание примесей. Сухой остаток. Взвешенные вещества. 3
Биохимическое потребление кислорода. 3
Дихроматная окисляемость. 3
Перманганатная окисляемость. 3
Синтетические поверхностно-активные вещества. 3
Общее содержание азота (общий азот) 3
Тестовые задания по теме «методы Анализа сточных вод». 3
Рекомендуемая литература. 3
Учебное пособие по основам экологии и охране природы предназначено для студентов при подготовке в качества специалиста экологической лаборатории. В пособии приведены основные способы и методы анализа сточных вод химико-фармацевтических предприятий.
Пособие составлено в соответствии с программой по основам экологии и охраны природы для студентов 4 курса фармацевтического факультета.
Анализ сточных вод — одна из наиболее сложных областей аналитической химии (а по отношению к химико-фармацевтическим предприятиям — фармацевтической химии), так как исследование качественного и количественного состава сточных вод затрудняется вследствие: а) сложного состава сточных вод, б) широкого интервала концентраций примесей, в) изменения состава (нестабильность сточных вод во времени), г) малой концентрации загрязняющих веществ.
Для анализа сточных вод используются как классические методы химического анализа, так и современные физические и физико-химические методы:
-спектрофотометрия в видимой и УФ областях спектра;
-пламенная эмиссионная спектроскопия;
-атомно-абсорбционная и атомно-эмиссионная спектроскопия;
-рентгеноструктурный анализ и др.
Для анализа сточных вод используют также органолептические и некоторые физические показатели.
В экологических лабораториях химико-фармацевтических предприятий наиболее часто используют классические химические методы, фотоэлектроколориметрию, спектрофотометрию в УФ и видимой областях спектра, органолептические, физические и некоторые другие методы.
Первостепенными задачами в разработке методик определения отдельных компонентов и групп веществ, присутствующих в сточной воде-, остаются максимальная инструментализация и целесообразная автоматизация работ, а также внедрение экспрессных тест-систем.
В последние годы для наблюдения за состоянием гидросферы все чаще применяются дистанционные методы с использованием авиации, аппаратуры спутников и околоземных космических станций.
Отбор проб сточных вод. Консервация
Результаты анализа сточной воды будут правильными только в том случае, если проба для анализа отобрана верно. Место отбора проб выбирается в зависимости от цели контроля, характера выпуска сточных вод, а также в соответствии с технологической схемой канализации.
К местам отбора проб должен быть свободный доступ. При отборе проб сточных вод с помощью автоматических пробоотборников доступ к ним посторонних лиц должен быть исключен. Способ отбора пробы сточной воды зависит от цели, которая ставится перед исследователем.
Состав сточной воды обычно сильно колеблется и всецело зависит от технологического процесса производства, поэтому перед отбором пробы необходимо подробно изучить этот процесс и брать средние или сред непропорциональные пробы в течение суток или нескольких суток в зависимости от условий спуска сточных вод, так как некоторые цеха спускают сточные воды не ежедневно и нерегулярно.
Если количество спускаемой воды более или менее постоянно, можно ограничиться только средними пробами. При нерегулярном спуске сточной воды составляют среднепропорциональные пробы, т. е. отбирают порции, пропорциональные объемам спускаемой сточной воды. И средние, и средне-пропорциональные пробы обычно берут в течение суток, сливая отдельные порции в большие, чисто вымытые бутыли. По истечении суток содержимое бутыли тщательно перемешивают и для анализа отливают часть жидкости (1—3 л) в чисто вымытую посуду. Если количество спускаемой воды непостоянно и ее спускают только в известные промежутки времени, это надо обязательно учитывать и согласовывать время и способы отбора проб с течением технологического процесса.
Для характеристики изменения состава воды отдельных стоков в различное время дня надо отбирать разовые пробы и определять в них отдельные компоненты, характерные для данного стока. Такие пробы следует брать через одинаковые промежутки времени, например через 1 ч, 2 ч, а иногда и через несколько минут (в зависимости от цели исследования) и тотчас же проводить анализ отобранной пробы.
Таким образом, различают простую и смешанную пробы. Простая проба характеризует состав воды в данный момент времени в данном месте.
Смешанная проба характеризует средний состав воды за определенный промежуток времени в определенном объеме. Как было указано выше, ее получают смешением простых проб, взятых в одном и том же месте через определенные промежутки времени (усреднение по времени).
При проведении массовых анализов различают среднесменную, среднесуточную и среднепропорциональную суточные пробы. Среднесменная или среднесуточная проба готовится смешением равных по объему проб через равные промежутки времени. Среднепропорциональная проба готовится смешением объемов воды, пропорциональных объемам спускаемой сточной воды, отобранных через равные промежутки времени.
Сроки отбора проб должны устанавливаться с учетом режима расхода и состава сточных вод данного производства. Доступ к точкам сброса (колодцам) имеется на предприятии или за его пределами.
Для отбора сточных вод применяют устройства различного типа, которые должны обеспечивать сохранение химического состава исследуемой воды и гарантировать исключение элементов случайности при отборе проб. В качестве пробоотборных сосудов используют химически стойкие к исследуемой сточной воде стеклянные, фарфоровые и пластмассовые сосуды (с притертыми или плотно навинчивающимися крышками) вместимостью, обеспечивающей определение всех исследуемых компонентов. При использовании автоматического анализатора должны быть применены стационарные автоматические пробоотборники. Стеклянную посуду моют и обеззараживают хромовой смесью, тщательно отмывают от кислоты и пропаривают. Полиэтиленовую посуду споласкивают смесью ацетона и хлороводородной кислоты (1:1), несколько раз водопроводной водой, а затем дистиллированной.
Консервация. При длительном стоянии отобранной для, анализа пробы могут произойти существенные изменения в составе предназначенной для анализа воды, связанные с протеканием химических, физико-химических и биохимических процессов. Могут изменяться и органолептические свойства воды — запах, цвет, мутность, поэтому, если нельзя начать анализ воды сразу или в крайнем случае через 4 ч после отбора пробы, нужно консервировать пробу для стабилизации ее химического состава.
Универсального консервирующего средства не существует, поэтому пробы для анализа отбирают в несколько бутылей. В каждой из них на. месте отбора воду консервируют, добавляя различные консерванты, в зависимости от определяемого компонента.
Способы консервации и сроки анализа проб воды для некоторых показателей качества представлены в табл. 1. Как следует из табл. 1, для определения некоторых показателей качества воды консервирование не допускается, например, при определении органолептических показателей (запах, цветность), а также рН, кислотности, хлоридов, сульфатов, активного хлора. Для многих показателей рекомендуется консервировать или охлаждать пробу. Охлаждение пробы до 4 °С приводит к замедлению биохимических процессов в про бах воды и, следовательно, к замедлению разрушения многих органических веществ.
Пробы для определения запаха, кислотности, ВПК, нефтепродуктов, фенолов отбирают в стеклянные бутыли.
источник
Основные методы определения неорганических компонентов сточных вод — фотометрия, атомно-абсорбционная спектрометрия и пламенно-эмиссионная спектрометрия.[ . ]
В фотометрических методах анализа измеряют поглощение света анализируемым раствором обычно после введения в него реактива, реагирующего с определяемым компонентом сточной воды с образованием интенсивно поглощающего свет соединения.[ . ]
Применяемые в фотометрии приборы состоят из четырех частей, последовательно расположенных одна за другой: источник света, светофильтр или монохроматор, кювета с раствором, детектор (фотоэлемент, превращающий энергию излучения в электрическую).[ . ]
Конструкции приборов зависят от того, в какой области спектра (ультрафиолетовой, видимой или инфракрасной) прово- > дят измерения. Источником видимого излучения служит обычная электрическая лампа, для получения УФ-излучения применяют водородную лампу.[ . ]
Обычно Для проведения анализа выбирают излучение в той области длин волн, в которой определяемое соединение имеет максимальное светопоглощение, а примеси — минимальное.[ . ]
В спектрофотометрах с помощью монохроматора выделяют очень узкий пучок света (шириной 1—2 нм), и в них имеется специальное приспособление, с помощью которого вычерчивается кривая светопоглрщения при непрерывном переходе от малых длин волн излучения к большим. В фотоколориметрах для той же цели (выделения излучения нужной длины) применяют светофильтры, пропускающие поток света значительно большей ширины (20—50 нм). Спектрофотометры, конечно, более пригодны для проведения точных исследований, но они значительно дороже и менее доступны, чем фотоколориметры.[ . ]
В анализе сточных вод измерения проводят чаще всего в видимой области спектра (т. е. измеряют светопоглощение окрашенных или мутных растворов), значительно реже — в УФ-об-ласти. ИК-спектрометрию используют в основном для идентификации и установления структуры органических соединений.[ . ]
Фотометрические методы анализа обязательно включают холостой опыт для устранения влияния посторонних веществ. Существуют два типа холостых опытов, друг друга не заменяющихз 1) холостой опыт с дистиллированной водой взамен анализируемого раствора при добавлении всех требуемых реактивов; так исключается влияние светопоглощения реактивами; 2) холостой опыт с анализируемым раствором без добавления реактивов; так исключается влияние посторонних веществ, присутствующих в самой анализируемой пробе. Иногда эти два типа холостого опыта совмещаются: к анализируемой пробе прибавляют все требуемые реактивы, кроме одного, без которого окрашенное соединение не создается. Это самый лучший способ, но и он часто не достигает цели, так как исключенный реактив может оказаться сильно поглощающим излучение. В этих случаях следует провести два холостых опыта (первого и второго типа), и результаты их вычесть из результата определения.[ . ]
Атомно-абсорбционная спектрометрия и пламенно-эмиссионная спектрометрия описаны соответственно в разд. 2.1 и 2.2.[ . ]
При анализе относительно концентрированных сточных вод (а иногда и разбавленных) используют титриметрические методы анализа с применением как цветных индикаторов для фиксирования конца титрования, так и специальных приборов — электрохимических (потенциометрическое титрование, ампёрометрическое, кондуктометрическое и т. п.) и оптических (турбидиметрическое титрование, нефелометрическое, колориметрическое). Титриметрические методы часто применяют для определения анионов, особенно тогда, когда одновременно присутствуют разные анионы, мешающие определению друг друга (см. разд. 10).[ . ]
источник
1. Ознакомление с основными методами очистки и обеззараживания сточных вод.
2. Изучение и химических методов анализа сточных водпредприятий.
3. Решение ситуационных задач.
Место проведения занятия: лаборатория гигиены воды.
Для очистки сточных вод применяются механические, физикохимические, электрохимические, биохимические и термические методы. Их можно подразделить на деструктивные и регенеративные . Деструктивные –
разрушение загрязняющих воду веществ путем их окисления или восстановления. Образующиеся при этом продукты распада удаляются из воды или остаются в ней в форме растворимых минеральных солей. Регенеративные – извлечение или утилизация содержащихся в воде ценных веществ. Однако регенеративные методы далеко не всегда очищают воду до такого состояния, в котором ее можно сбрасывать в водоемы.
Бытовые стоки отличаются высоким уровнем микробного загрязнения на фоне значительной концентрации взвешенных частиц и органических веществ. Поэтому перед обеззараживанием необходима их механическая и биологическая очистка.
При расположении промышленных предприятий в городах, а также при решении о совместной очистке сточных вод группы предприятий промышленной зоны и близлежащего жилого массива загрязненные производственные воды могут сбрасываться в городскую водоотводящую сеть. Очистка смеси бытовых и производственных сточных вод в этом случае осуществляется на единых очистных сооружениях. В связи с тем, что в сточных водах промышленных предприятий могут содержаться загрязняющие вещества, их спуск в городскую водоотводящую сеть ограничен требованиями, установленными «Правилами приема производственных сточных вод в системы канализации населенных пунктов». Производственные сточные воды,
не удовлетворяющие указанным требованиям, должны подвергаться предварительной очистке. При совместной биологической очистке производственных и бытовых сточных вод механическая очистка может быть как раздельной, так и совместной. Раздельную механическую очистку следует применять для взрывоопасных производственных стоков. При необходимости химической или очистки производственных сточных вод также применяется раздельная механическая очистка.
Первой ступенью очистки является механическая очистка процеживанием, отстаиванием или фильтрованием. При этом используется соответствующее оборудование: решетки, песколовки, отстойники, преаэраторы, нефтеловушки, гидроциклоны и фильтры. Сравнительно крупные частицы размером болеемм задерживают методом процеживания. Затем сточные воды поступают в песколовки, предназначенные для отделения более мелких минеральных примесей. Отстойники применяются для гравитационного выделения из сточных вод грубодисперсных примесей. Гидроциклоны также используются для выделения грубодисперсных примесей под действием центробежных сил. Фильтры служат для очистки стоков от тонкодисперсных примесей, не удаляемых механически на других стадиях. По типу конструкции бывают фильтры однослойные, двухслойные (из двух материалов разной плотности), многослойные,аэрируемые и с плавающей загрузкой. Фильтрующим материалом может служить кварцевый песок, керамическая крошка, пористая керамика, горные породы, дробленый антрацит. Размер зерен фильтрующего слоямм, высота фильтрующего слоя до 2 м. Один из наиболее распространенных методов механической очистки сточных вод является метод обратного осмоса (гиперфильтрации), при этом очищаемые стоки непрерывно фильтруются под давлением через полупроводниковые мембраны, задерживающие органические, неорганические и бактериальные примеси. Недостатком метода является высокая стоимость мембран и их быстрая изнашиваемость.
К методам очистки относятся: флотация; ионный обмен; адсорбция; кристаллизация; дистилляция; электродиализ и др. Для удаления из сточных вод тонкодисперсных нерастворимых взвесей применяют флотацию – метод, основанный на различной смачиваемости частиц. В резервуар с очищаемой водой подают снизу воздух, пузырьки которого адсорбируются на поверхности частиц извлекаемого вещества и выносят его на поверхность воды. Для глубокой очистки сточных вод от растворимых органических соединений (фенолов, пестицидов, ПАВ, красителей и др.)
применяют метод адсорбции . Очищаемую воду пропускают через фильтр, загруженный сорбентом, а после его насыщения загрязняющими веществами отделяют сорбент от очищенной воды отстаиванием или фильтрацией. В качестве адсорбентов применяют торф, опилки, золы, шлаки. Для извлечения из сточных вод металлов используется ионообменная очистка , позволяющая не только освобождать воду от загрязнения токсичными элементами, но и улавливать для повторного использования ряд ценных химических соединений. Для очистки сточных вод от фенолов, масел, органических кислот применяется метод экстракции . Если сточные воды содержат дурно пахнущие вещества – меркаптаны, амины, сероводород, альдегиды, некоторые углеводороды, они подвергаются дезодорации, т.е. устранению неприятного запаха. Дезодорация осуществляется различными методами, среди которых наибольшее распространение получил метод аэрации , заключающийся в продувании воздуха через сточные воды. Хотя очистка с применением этих методов требует дорогих реагентов, она широко используетсясвоей эффективности и невозможности произвести очистку стоков другими способами (например, многокомпонентных сточных вод с малой концентрацией загрязнений).
Химическую очистку применяют в тех случаях, когда обеззараживание стоков возможно лишь в результате химических реакций стоков с реагентами и образованием новых веществ, которые легче удалить из сточных вод. К химическим методам водоочистки относят коагуляцию и флокуляцию, нейтрализацию, окисление и восстановление. Все эти методы требуют расхода реагентов и поэтому дороги.
Коагуляция – процесс укрупнения частиц и объединения их в агрегаты под влиянием специально внесенных в раствор веществ – коагулянтов. В качестве коагулянтов используют соли железа, алюминия, полиакриламид. Флокуляцию проводят для интенсификации процесса образования хлопьев и повышения скорости их осаждения. Использование флокулянтов позволяет снизить дозы коагулянтов и при этом ускорить процесс осветления сточных вод.
В результате протекания реакций нейтрализации, окисления и восстановления появляются менее токсичные соединения; растворимые соединения превращаются в нерастворимые; кислые и щелочные стоки – нейтрализуются. Нейтрализацию сточных вод осуществляют разными путями: смешением кислых и щелочных стоков, фильтрованием сквозь нейтрализующие материалы, добавлением реагентов, сорбцией кислых газов щелочными водами.
В качестве окислителей используют хлор, озон, пероксид водорода, перманганат калия и др. Чаще всего в системах водоочистки используют хлор и хлорсодержащие соединения, способные выделять «активный» хлор. При введении хлора в воду образуются соляная и хлорноватистая кислоты, затем хлорноватистая кислота частично диссоциирует. Сумма соединений CI 2 +HCIO+CIO – называется свободным «активным» хлором. Его источниками могут быть также хлорная известь, гипохлориты, хлориты, диксид хлора. Процесс хлорирования проводят в хлораторах периодического и непрерывного действия, напорных и вакуумных. В этих установках сточные воды очищаются от сероводорода, гидросульфидов, метилсернистых соединений, фенолов, цианидов.
Прекрасным окислителем является пероксид водорода – бесцветная жидкость без запаха, которая легко разлагает нитриты, альдегиды и фенолы, содержащиеся в сточных водах.
Очень перспективным окислителем для сточных вод является озон O 3 . Озонирование не только очищает стоки от фенолов, нефтепродуктов, сероводорода, соединений мышьяка,веществ, цианидов, канцерогенных ароматических углеводородов, пестицидов и многих других токсичных примесей, но одновременно обесцвечивает и обеззараживает воду и устраняет ее запахи и привкусы. При обработке воды озоном патогенные микроорганизмы погибают в несколько тысяч раз быстрее, чем при ее хлорировании. В сточные воды озон подается в виде озоновоздушной или озонокислородной смеси, в которой содержание озона обычно не превышает 3%. В европейских странах, США, Японии этот метод достаточно широко используется (в Швейцарии на миллион жителей работает 24 озонаторные установки, а в России – только 0,02). При перемешивании озона с водой перспективно использовать явление кавитации (образование пустот в движущейся жидкости). В зоне кавитации создается глубокий вакуум и сюда за счет самовсасывания подводитсясмесь. Поскольку при этом часть жидкости переходит в парообразное состояние, то поверхность контакта фаз при кавитации увеличивается в тысячи раз, так как перемешивание происходи на уровне «газ с газом». Процесс очистки может быть существенно ускорен при совместном применении озона и ультразвуковой обработки или ультрафиолетового облучения сточных вод.
В тех случаях, когда сточные воды содержат легковосстанавливаемые вещества, используются методы восстановительной очистки. Эти методы часто применяются для удаления из сточных вод соединений хрома, ртути, мышьяка.
Электрохимические методы очистки сточных вод (электрокоагуляция,
электродиализ, анодное окисление и катодное восстановление) позволяют даже извлекать из промышленных стоков ценные продукты. Процессы анодного окисления разработаны для очистки сточных вод от цианидов, аминов, спиртов, альдегидов, нитросоединений, меркаптанов. В процессе электрохимического окисления распадаются или переходят в более простые и нетоксичные вещества, которые можно удалить из сточных вод другими методами. Процессы катодного восстановления используют для извлечения из сточных вод тяжелых и редких металлов (свинца, ртути, хрома, олова).
Биохимическая очистка стоков основана на способности некоторых микроорганизмов разрушать органические и неорганические соединения (сульфиды, соли аммония), превращая их в безвредные продукты окисления (вода, двуокись углерода,К недостаткам методов биологической очистки следует отнести незначительную скорость протекания окислительных процессов, что требует больших объемов очистных сооружений. Биологическая очистка является завершающей стадией очистки сточных вод химических предприятий.
Термическая очистка стоков заключается в полном окислении при высокой температуре (сгорании) примесей стоков с получением нетоксичного твердого остатка.
В результате очистки сточных вод образуется большое количество осадков, загрязненных токсичными веществами, склонных к загниванию и зараженных патогенными микроорганизмами. Это обусловливает необходимость специальной обработки осадков для последующего их использования. Осадки городских сточных вод (ОГСВ) образуются в результате переработки промышленных и бытовых стоков, а также стоков ливневой канализации. Они могут быть неорганическими или органическими с примерным распределением: белки (до 80%), жиры (до 20%), углеводы (до 8%). Способами утилизации ОГСВ могут быть:
• применение их в качестве удобрений (после нейтрализации токсичных веществ и снижения содержания металлов);
• термическая обработка ОГСВ для удаления органики с последующим использованием золы в производстве стройматериалов, если это экологически безопасно;
• захоронение ОГСВ на специальных площадках (первоначально организуется извлечение тяжелых металлов из отходов).
источник
Особенности анализа сточных вод. Сущность атомно-абсорбционной и пламенно-эмиссионной спектрометрии. Наиболее выделяемые способы и методы определения содержания некоторых загрязняющих веществ в стоке. Неуглеродные сорбенты в процессах водоочистки.
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Белорусский Государственный Университет
на тему: «Проблемы анализа и очистки промышленных сточных вод»
1. Классификация сточных вод
2. Характерные особенности анализа сточных вод
3. Физико-химические методы анализа сточных вод
4. Атомно-абсорбционная спектрометрия
5. Пламенно-эмиссионная спектрометрия
6. Оптические методы анализа
7. Наиболее выделяемые способы и методы определения содержания некоторых загрязняющих веществ в сточных водах
8. Применение сорбционных методов для очистки сточных вод
9. Активные угли в процессах водоподготовки
10. Неуглеродные сорбенты в процессах водоочистки
1. Классификация сточных вод
Загрязнение водных источников включает в себя любые изменения физических, химических, биологических свойств воды в водных объектах, обусловленных сбросом в них твердых, жидких и газообразных веществ, причиняющих или создающих проблемы, делающих воду опасной для потребления, нанося ущерб деятельности человека, здоровью человека и экологической безопасности населения. Загрязнения поверхностных водоемов и грунтовых вод можно классифицировать следующим образом:
· Механические — увеличение содержания механических примесей, относящееся в основном к поверхностным видам загрязнений,
· Химические — присутствие в воде неорганических и органических веществ токсичного и нетоксичного действия,
· Биологические и бактериологические — присутствие в воде разнообразных патогенных бактерий, грибов и водорослей,
· Тепловые — сброс в водоемы нагретых вод ТЭЦ и АЭС,
· Радиоактивные — наличие радиоактивных веществ в поверхностных или грунтовых водах.
Основными источниками загрязнений водных объектов являются недостаточно очищенные стоки производственных предприятий и коммунальных объектов, животно- и птицеводческих фабрик, твердые отходы, образующиеся при разработке полезных ископаемых, сточные воды горнодобывающих шахт, сточные воды, образующиеся при обработке и сплаве леса; сточные воды железнодорожного и водного видов транспорта, техногенные отходы металлургических предприятий.
Загрязняющие вещества, попадая в водные объекты, вызывают качественные изменения, которые проявляются в изменении физических и химических свойств воды (появление запаха, неприятного привкуса и пр.).
Промышленные сточные воды как правило загрязнены выбросами и отходами производства. Качественный и количественный состав данных сточных вод различен и зависит от отрасли промышленности и производственных процессов. По составу стоки подразделяют на три основных класса, содержащих:
· Неорганические загрязнения, включая токсичные,
· Неорганические и органические загрязнения.
К первому типу относятся сточные воды содовых, сульфатных, азотных предприятий, обогатительных заводов марганцевых, свинцовых, никелевых, цинковых, руд, в которых содержатся кислоты, щелочи, катионы тяжелых металлов и пр. Сточные воды этого типа как правило изменяют физические свойства воды.
Сточные воды второго типа сбрасываются НПЗ и нефтехимическими предприятиями, предприятиями органического синтеза и пр. В сточных водах присутствуют различные нефтепродукты, аммиак, альдегиды, смолы, фенолы и прочие вредные вещества. Токсикологическое воздействие стоков данного типа заключается, в основном, в процессах окисления, в результате которых снижается содержание кислорода в воде, возрастает биологическая (БПК) и химическая (ХПК) потребность в кислороде, происходит ухудшение органолептических свойств воды.
Сточные воды третьего типа образуются в процессах гальванической обработки поверхностей, производстве печатных плат приборостроительной и радиоэлектронной промышленности и прочих технологических процессах. В составе данных сточных вод присутствуют неорганические: щелочи, кислоты, катионы тяжелых и цветных металлов, и органические поверхностно-активные вещества, нефтепродукты, красители и другие вещества.
Нефть и нефтепродукты в настоящее время являются основными загрязняющими веществами внутренних вод и морей мирового океана. Попадая в водные объекты, они создают различные классы загрязнений: нефтяную пленку, плавающую на поверхности воды, растворенные или эмульгированные нефтепродукты, осевшие на дно водоема тяжелые нефтяные фракции. В результате происходит изменение вкуса, запаха, цвета, поверхностного натяжения и вязкости воды, снижается количество кислорода, образуются вредные органические вещества, вода приобретает токсические свойства и начинает представлять угрозу для животного мира и человека. При содержании нефти всего 0,01 г/л вода становится непригодной для употребления. Особо опасным загрязняющим веществом является фенол. Фенол присутствует в сточных водах большинства нефтеперерабатывающих и коксохимических предприятий. В присутствии фенолов значительно снижаются биологические процессы водных объектов, процесс самоочищения, вода приобретает довольно неприятный запах. [1,2]
2. Характерные особенности анализа сточных вод
Сточные воды — стоки бытовые, производственные и атмосферные, содержащие обычно множество неорганических и органических компонентов, причем точный состав их, даже в качественном отношении, не всегда можно заранее предвидеть. Последнее особенно справедливо в отношении сточных вод, прошедших через химическую или биохимическую очистку. Даже при простом смешении стоков от разных цехов предприятия происходят химические реакции между компонентами этих стоков, приводящие к образованию новых веществ. При хлорировании стоков появляются продукты окисления неорганических и органических веществ и их хлоропроизводные. Биохимической очистке подвергают промышленные сточные воды, смешанные с хозяйственно-бытовыми водами, и тогда в очищенных водах можно нередко обнаружить самые неожиданные органические соединения. Поэтому при появлении нового вида сточных вод, возникающих не только при создании новых производств, но и при внедрении нового технологического процесса и даже при любом существенном изменении в технологическом процессе, требуется предварительное исследование. В ход определения того или иного компонента, казалось бы, хорошо разработанный и постоянно применяющийся, приходится вносить изменения, а иногда и совершенно менять метод химического анализа.
Каждый «общепринятый», «стандартный» метод определения того или иного иона или органического вещества обязательно должен быть проверен на той сточной воде, которую приходится анализировать на данном предприятии. Для этого прибегают к методу стандартных добавок, можно также приготовлять искусственные смеси, имитирующие состав анализируемой воды.
Из трех основных требований, предъявляемых к аналитическим методам (чувствительность, точность, селективность) важнейшее в анализе вод — селективность.
Чувствительность должна быть достаточной для достижения цели анализа, но при этом не чрезмерной. Чрезмерная чувствительность — ошибка, часто совершаемая при выборе подходящего метода анализа. Большая чувствительность необходима лишь тогда, когда аналитик вынужден брать для анализа очень малые навески (или объёмы) анализируемого вещества, как правило, исходный объем пробы при анализе сточных вод— 100—200 мл. Часто берут для анализа 1 л и даже несколько литров, применяя затем подходящий способ концентрирования. Нередко публикуются статьи, авторы которых в заглавии подчеркивают, что предлагаемый ими метод анализа предназначен «для анализа сточных вод», единственным преимуществом которого является большая чувствительность. Но приводимый ими далее ход работы показывает, что для анализа приходится брать очень малый объем пробы и предварительно разбавлять ее в 10—20 раз дистиллированной водой или таким же способом в дальнейшем ходе анализа разбавлять аликвотную часть раствора; в чем же тогда ценность такой чувствительности? Однако чем больше чувствительность метода (т. е. чем меньше объем анализируемой пробы), тем больше значение мешающего влияния загрязнений (от применяемых реактивов, дистиллированной воды, от солей, выщелачиваемых из стекла посуды, и др.). Поэтому, например, широко известными дитизоновыми методами определения тяжелых металлов следует пользоваться с большой осторожностью. При использовании этих чрезвычайно чувствительных методов требуется тщательная предварительная очистка всех реактивов, включая и сам дитизон, и хлороформ, и дистиллированную воду, а также умелая работа опытного аналитика. Без применения этого метода вполне можно обойтись при определении свинца, меди, серебра, лишь в очень редких случаях к нему приходится прибегать при определении цинка, и только для определения кадмия и ртути, если нет возможности использовать атомно-абсорбционную спектрометрию, рекомендуется пользоваться дитизоновыми методами.
При оценке необходимой точности определения следует учитывать непостоянство состава сточных вод. Так называемые «случайные» пробы, взятые в течение дня, могут очень сильно различаться по составу, но и «среднесуточные» и «среднепропорциональные» пробы настолько различаются изо дня в день по своему количественному составу, что добиваться большой точности в определении того или иного компонента не имеет никакого смысла. Вполне допустимы результаты анализа, выраженные числами, содержащими только две значащие цифры.
Что касается селективности выбираемого метода анализа, то на нее должно быть обращено особое внимание. Малая селективность метода анализа может привести к очень большим, и притом систематическим ошибкам в результатах, совершенно недопустимым.
В приводимых методах определения различных веществ, в каждом описании того или иного метода имеется подраздел «Мешающие влияния», в котором приводятся хорошо известные и часто встречающиеся подобные влияния, но следует иметь в виду, что приводимый там их перечень не может быть полным, так как часто появляются совершенно неожиданные источники помех. Поэтому так необходима предварительная проверка любого аналитического метода на каждой новой по составу сточной воде, как об этом было сказано выше.
Приведем здесь некоторые общие положения.
Все мешающие вещества можно разделить на три типа:
1. Мешающее вещество реагирует так же, как и определяемый компонент сточной воды. Так, медь мешает при определении цинка оксихинолиновым способом, бромиды мешают определению хлоридов и т. д. Результаты определения получаются завышенными. К этому типу надо отнести и мешающее влияние мути при любом фотометрическом определении: муть так же уменьшает светопропускание, как и определяемый компонент.
2. Мешающее вещество вступает в реакцию с определяемым компонентом, уменьшая его концентрацию в растворе. Так действуют, например, различные комплексообразователи, связывая в комплексы определяемые ионы. Результаты определения получаются соответственно пониженными.
3. Мешающее вещество вступает в реакцию с применяемым реактивом, препятствуя его реакции с определяемым веществом. Так действует, например, хлор на цветные индикаторы или на реактивы, образующие с определяемым компонентом окрашенные соединения.
Приведем несколько часто применяемых способов устранения мешающих влияний:
1. Можно определяемый компонент и мешающее вещество физически разделить; например, определяя аммиак, отделить его от мешающих веществ отгонкой из щелочной среды, или удалить железо(III), мешающее определению многих компонентов, осаждением его в виде гидроксида и фильтрованием.
2. Можно, не проводя отделений, восстановить или окислить мешающее вещество и этим устранить его мешающее действие.
3. Можно, также не проводя отделений, маскировать мешающее вещество, связывая его в комплексное соединение прибавлением подходящего реагента. Так устраняют мешающее влияние солей железа (III) прибавлением фторида или пирофосфата, мешающее влиянию фторидов — добавлением борной кислоты и т. п.
4. Иногда для устранения мешающего влияния достаточно изменить рН раствора.
5. При использовании фотометрических методов анализа мешающее влияние нередко устраняется или сильно уменьшается изменением длины волны проходящего через раствор света.
Нередко используют комбинации перечисленных методов, например, мешающее вещество связывают в комплекс, а затем определяемый компонент отгоняют.
В описанных методах определения компонентов сточных вод приведены примеры применения всех перечисленных способов устранения или ослабления мешающих влияний, Каждый раз, когда при анализе новой сточной воды обнаруживаются неожиданные помехи, рекомендуется последовательно продумать, какой из перечисленных приемов мог бы послужить для их устранения и провести экспериментальную проверку. [3,4]
3. Физико-химические методы анализа сточных вод
Основные методы определения неорганических компонентов сточных вод — фотометрия, атомно-абсорбционная спектрометрия и пламенно-эмиссионная спектрометрия.
В фотометрических методах анализа измеряют поглощение света анализируемым раствором обычно после введения в него реактива, реагирующего с определяемым компонентом сточной воды с образованием интенсивно поглощающего свет соединения.
Применяемые в фотометрии приборы состоят из четырех частей, последовательно расположенных одна за другой: источник света, светофильтр или монохроматор, кювета с раствором, детектор (фотоэлемент, превращающий энергию излучения в электрическую).
Конструкции приборов зависят от того, в какой области спектра (ультрафиолетовой, видимой или инфракрасной) проводят измерения. Источником видимого излучения служит обычная электрическая лампа, для получения УФ-излучения применяют водородную лампу.
Обычно для проведения анализа выбирают излучение в той области длин волн, в которой определяемое соединение имеет максимальное светопоглощение, а примеси — минимальное.
В спектрофотометрах с помощью монохроматора выделяют очень узкий пучок света (шириной 1—2 нм), и в них имеется специальное приспособление, с помощью которого вычерчивается кривая светопоглощения при непрерывном переходе от малых длин волн излучения к большим. В фотоколориметрах для той же цели (выделения излучения нужной длины) применяют светофильтры, пропускающие поток света значительно большей ширины (20—50 нм). Спектрофотометры, конечно, более пригодны для проведения точных исследований, но они значительно дороже и менее доступны, чем фотоколориметры.
В анализе сточных вод измерения проводят чаще всего в видимой области спектра (т. е. измеряют светопоглощение окрашенных или мутных растворов), значительно реже — в УФ-области. ИК-спектрометрию используют в основном для идентификации и установления структуры органических соединений.
В лабораториях химического анализа сточных вод измерения проводят на указанных приборах, однако не следует исключать из практики анализа и визуальную колориметрию. Для выполнения ежедневных рядовых анализов она вполне применима, а в опытных руках может давать очень точные результаты. Преимущества визуальной колориметрии: 1) возможность использования в слабо оборудованных лабораториях и в полевых условиях; 2) простота и дешевизна аппаратуры; 3) цилиндры Неcслера имеют относительно большую высоту (30 см и более), это дает возможность при рассматривании сверху вниз измерять интенсивность цвета очень слабо окрашенных растворов; 4) если в исследуемом растворе неожиданно появится слабое помутнение или чуть изменится оттенок окраски, это сразу отмечается при визуальном измерении, но может быть не замечено при пользовании приборами.
Фотометрические методы анализа обязательно включают холостой опыт для устранения влияния посторонних веществ. Существуют два типа холостых опытов, друг друга не заменяющих: 1) холостой опыт с дистиллированной водой взамен анализируемого раствора при добавлении всех требуемых реактивов (так исключается влияние светопоглощения реактивами); 2) холостой опыт с анализируемым раствором без добавления реактивов (так исключается влияние посторонних веществ, присутствующих в самой анализируемой пробе). Иногда эти два типа холостого опыта совмещаются: к анализируемой пробе прибавляют все требуемые реактивы, кроме одного, без которого окрашенное соединение не создается. Это самый лучший способ, но и он часто не достигает цели, так как исключенный реактив может оказаться сильно поглощающим излучение. В этих случаях следует провести два холостых опыта (первого и второго типа), и результаты их вычесть из результата определения.
При анализе относительно концентрированных сточных вод (а иногда и разбавленных) используют титриметрические методы анализа с применением как цветных индикаторов для фиксирования конца титрования, так и специальных приборов — электрохимических (потенциометрическое титрование, амперометрическое, кондуктометрическое и т. п.) и оптических (турбидиметрическое титрование, нефелометрическое, колориметрическое). Титриметрические методы часто применяют для определения анионов, особенно тогда, когда одновременно присутствуют разные анионы, мешающие определению друг друга.
Гравиметрические методы применяют редко. Недостатки их общеизвестны, однако основное их достоинство — исключается построение калибровочных графиков. Гравиметрические методы применяют в качестве арбитражных при определении магния, натрия, кремнекислоты, сульфат-ионов, суммарного содержания нефтепродуктов, жиров.
Прямая потенциометрия находит применение при определении рН растворов, а также многих ионов с использованием ионоселективных электродов. В анализе природных вод и питьевой воды ионоселективные электроды применяют для определения кадмия, меди, свинца, серебра, щелочных металлов, бромид-, хлорид-, цианид-, фторид-, иодид- и сульфид-ионов. Применению этих электродов препятствует большое число мешающих влияний, поэтому в анализе сточных вод ими рекомендуется пользоваться с осторожностью, постоянно сверяя получаемые результаты с результатами других методов определения.
Полярографические методы анализа широко используют в химико-аналитических лабораториях предприятий цветной металлургии для определения меди, никеля, кобальта, цинка, висмута, кадмия, сурьмы, олова и других металлов в рудах, металлах, полупродуктах и отходах производств. В тех же лабораториях эти методы, естественно, используют и для анализа производственных сточных вод. Для анализа сточных вод других производственных процессов их применяют редко.
Для определения органических веществ в сточных водах применяют и фотометрические, и титриметрические методы, но особенно большую роль играют методы определения «суммарных показателей загрязнения вод» и все виды хроматографических методов. Хроматография стала основным методом раздельного определения органических веществ.
Чем больше органических соединений одновременно присутствует в растворе и подлежит хроматографическому разделению, чем меньше их концентрация и, наконец, чем меньше объем жидкости, имеющейся для анализа в распоряжении аналитика (например, при анализе биологических растворов), тем труднее задача аналитика и тем к более сложным (и дорогим) приборам приходится ему прибегать. И даже с помощью самых совершенных хроматографов полное разделение компонентов и их идентификация в трудных случаях не достигаются. Тогда применяют комбинированные приборы, в которых хроматография сочетается с другими физическими методами анализа — с масс-спектрометрией, ИК-спектрометрией и др.
Анализ сточных вод облегчен тем, что доступный объем анализируемой пробы сточной воды велик и, следовательно, возможности предварительного концентрирования практически безграничны. Используя способы, такие как сорбция, экстракция, выпаривание и др., можно повысить концентрацию в тысячи и десятки тысяч раз. Кроме того, и это особенно важно, в процессе концентрирования можно выделить отдельные группы органических соединений, определить суммарное содержание в пробе каждой группы, а затем проводить хроматографические разделения внутри групп, т. е. разделять уже сравнительно малое число индивидуальных веществ.
Такого рода разделения могут быть сделаны на простых и доступных хроматографах, которые должна иметь каждая современная лаборатория анализа вод. Органические соединения разделяют на группы, исходя из различных свойств этих соединений: по кислотно-основным свойствам, в соответствии с их температурами кипения; по размерам молекул (гель-хроматография, молекулярные сита); по отношению к разным групповым реактивам (например, хроматография продуктов, получаемых при проведении химических реакций на функциональные группы) и т. д. [3,4,5]
4. Атомно-абсорбционная спектрометрия
Метод основан па поглощении ультрафиолетового или видимого излучения атомами газа. Чтобы перевести пробу (хотя бы частично) в газообразное атомное состояние, ее впрыскивают в пламя. В качестве источника излучения применяют лампу с полым катодом из определяемого металла. Интервал длин волн спектральной линии, испускаемой источником света, и линии поглощения того же самого элемента в пламени очень узок, поэтому мешающее поглощение других элементов практически не сказывается на результатах анализа.
Существенным отличием атомной абсорбции от пламенно- эмиссионной спектрометрии является то, что в последнем методе измеряется излучение, испускаемое атомами в возбужденном состоянии в пламени, а атомная абсорбция основана на измерении излучения, поглощенного нейтральными, невозбужденными атомами, находящимися в пламени, которых в пламени во много раз больше, чем возбужденных. Этим объясняется высокая чувствительность метода при определении элементов, имеющих высокую энергию возбуждения, т. е. трудно возбуждающихся. С другой стороны, элементы, легко возбуждающиеся, будут очень эффективно испускать излучение, если их поместить в высокотемпературное пламя, и их с большей чувствительностью можно определять методом эмиссионной спектрометрии. Наибольшую чувствительность атомно-абсорбционная спектроскопия проявляет при определении As, Be, Bi, Cd, Hg, Mg, Pb, Те, Zn, Cs, In. Значительно большую чувствительность эмиссионный метод показывает при определении Li, К, Na, Ва, Sr, Т1. Чувствительность определения других элементов (не учитывая редких) примерно одинакова при определении их обоими методами.
В принципе атомно-абсорбционная спектрометрия подобна обычной спектрофотометрии, аналогична и используемая в обоих методах аппаратура. В обоих методах излучение пропускают через анализируемую пробу, которая частично его поглощает, а пропущенный свет проходит через монохроматор и попадает на фотодетектор — регистрирующее устройство, отмечающее количество пропущенного или поглощенного света. Различия этих методов — в источнике света и в кювете для пробы.
Источником света в ААС служит лампа с полым катодом, испускающая свет, имеющий очень узкий интервал длин волн, порядка 0,001 нм. Линия поглощения определяемого элемента несколько шире испускаемой полосы, что позволяет измерять линию поглощения в ее максимуме. Прибор содержит необходимый набор ламп, каждая лампа предназначается для определения только одного какого-либо элемента. Существуют лампы, предназначенные для определения нескольких элементов (например, Mg, Са, А1), но применение их не рекомендуется.
«Кюветой» в ААС служит само пламя. Поскольку в ААС соблюдается закон Бера, чувствительность метода зависит от длины поглощающего слоя пламени, которая должна быть постоянной и достаточно большой. Применяют специальные щелевые горелки с узкой щелью длиной от 5 до 10 см.
При атомизации элемента в пламени небольшая часть его атомов может возбудиться и испускать свет. Поскольку длины волн испускаемого и поглощаемого света совпадают, то свет, испускаемый в пламени, будет накладываться на излучение, прошедшее через пламя, что искажает получаемый результат. Для того чтобы этого затруднения избежать, в приборе имеется так называемый модулятор.
Источники пламени. Применяют пламя, для получения которого в качестве горючего используют ацетилен, пропан или водород, а в качестве окислителя — воздух, кислород или оксид азота (I). Выбранная газовая смесь определяет температуру пламени. Воздушно-ацетиленовое пламя и воздушно-пропановое имеют низкую температуру (2200—2400°С). Такое пламя используют для определения элементов, соединения которых легко разлагаются при этих температурах. Таких элементов большинство, и потому в дальнейшем тексте, если нет специальных указаний, предполагается использование воздушно-ацетиленового пламени. Воздушно-пропановое пламя используют тогда, когда имеются затруднения в получении ацетилена; такая замена осложняет работу, поскольку в техническом пропане имеются примеси, загрязняющие пламя. При определении элементов, образующих трудно диссоциирующие соединения, используют высокотемпературное пламя (3000—3200°С), создаваемое смесью оксид азота (I) —ацетилен. Такое пламя необходимо при определении алюминия, бериллия, кремния, ванадия и молибдена. Для определения мышьяка и селена, превращенных в их гидриды, требуется восстановительное пламя, образующееся сжиганием водорода в аргоно-воздушной смеси. Ртуть определяют «беспламенным методом», поскольку она может существовать в парообразном состоянии и при комнатной температуре.
Мешающие влияния. Мешающих влияний при использовании атомно-абсорбционной спектрометрии немного, проявляются они редко, что и является одним из главных преимуществ этого метода. Упомянем «химическое влияние», состоящее в том, что в пламени образуются термостойкие соединения, молекулы которых не поглощают излучения. Происходит так называемое «гашение», и результаты получаются заниженными. Это наблюдается, например, при определении магния, если присутствуют фосфаты, а также при определении марганца в присутствии кремнекислоты. В первом случае затруднение преодолевается введением соли лантана, во втором случае — добавлением соли кальция.
Другой причиной появления систематических ошибок является уменьшение концентрации свободных атомов вследствие их ионизации. Это явление наблюдается при определении малых содержаний элементов с низкими потенциалами ионизации, например щелочных металлов, и может быть устранено введением в пробу элемента, имеющего еще меньший потенциал ионизации, например при определении бария вводят натрий или калий. При определении ртути беспламенным методом мешающее влияние могут оказать некоторые летучие органические вещества, поглощающие свет при л = 253,7 нм. В таких случаях определение проводят дважды: сначала в обычных условиях, потом, второй раз, в окислительных условиях, т. е. без прибавления хлорида олова. Истинное содержание ртути определяют по разности между полученными результатами. [3,4]
5. Пламенно-эмиссионная спектрометрия
Методы анализа в атомно-эмиссионной спектрометрии различаются главным образом по способу возбуждения атомов. Из существующих методов возбуждения (дуговой, искровой, пламенный) последний в анализе вод применяют чаще других. Температура пламени относительно низка, и метод применяют преимущественно для определения легко возбуждаемых атомов — лития, натрия, калия и стронция.
Сущность метода. Исследуемый раствор вводят в виде аэрозоля в пламя горелки, работающей на смеси газов (воздушно-пропановой, воздушно-ацетиленовой). Давление воздуха и горючего газа поддерживается постоянным. В пламени атомы металлов возбуждаются и, переходя обратно из возбужденного в нормальное состояние, излучают свет определенных длин волн. Из спектра эмиссии монохроматором (в простых приборах светофильтрами) выделяются характерные для определяемых металлов линии. Для определения натрия л=589 нм, калия л =768 нм, лития л =671 нм, стронция л = 460,7 нм. По интенсивности этих линий судят о концентрации определяемых элементов в пробе, для чего строят калибровочные графики по стандартным растворам солей этих металлов. Чувствительность определения очень высока (менее 0,1 мг/л); относительная ошибка метода мала. Мешающие вещества. Определению мешает кальций, если отношение Са:Na или Са:К превышает 10. Кроме того, определению калия мешает натрий при отношении Na:К больше 5 и, наоборот, определению натрия мешает калий, если отношение К:Na больше 5. Для преодоления мешающих влияний имеется несколько способов: 1) содержание мешающего элемента (К при определении Na, Na при определении К, Са при определении щелочных металлов) находят раньше, чем содержание определяемого элемента, и соответствующие количества мешающих элементов вводят в стандартные растворы при построении калибровочных графиков; 2) в анализируемую пробу вводят спектроскопический буферный раствор [50 г CsCl и 250 г (A1(N03)3*3H20 в 1 л] в количестве 5 мл на 50 мл анализируемого или стандартного раствора; 3) для устранения мешающего влияния Са, Ва и Sr при определении щелочных металлов вводят по 5 мл смеси растворов Na2S04 (5 г/л) и Na2C03 (10 г/л) на 50 мл; 4) можно ввести в анализируемый раствор известное количество определяемого иона и определить эмиссию раствора с этой добавкой. Мешают также многие органические вещества, которые при высоких температурах закупоривают распылитель. При значительном содержании органических веществ в пробе проводят предварительную обработку. [3,4] сточный вода спектрометрия загрязняющий
6. Оптические методы анализа
Фотометрический анализ основан на измерении и пропускании, поглощении или рассеяния света определяемым веществом в области ультрафиолетовых, видимых и инфракрасных волн. Фотометрические методы подразделяются на визуальные, в которых наблюдения ведут глазом, и объективные, в которых наблюдение осуществляется физическими приборами, например, фотоэлементами, термоэлементами и болометрами. В зависимости от характера взаимодействия анализируемого вещества со световой энергией, способа ее измерения и типа ее используемого оптического измерительного прибора различают следующие методы. Спектрофотометрия — определение количества вещества по поглощению монохроматического света, измеряемого спектрофотометрами, например СФ — 4А. Фотоэлектроколориметрия — определение количества вещества по поглощению полихроматического света, пропущенного светофильтром и измеряемого фотоэлементом в достаточно узких интервалах спектра, например на ФЭК _ 57, ФЭК _ М. Колориметрия — визуальное определение концентрации вещества по интенсивности окраски раствора на простейших оптических приборах (колориметр Дюбокса, фотометр Пульфриха). В фотоколориметрии и колориметрии измеряют интенсивность света, прошедшего через окрашенный раствор, цвет которого дополняет цвет поглощенного света. Tурбидиметрия — определение концентрации по поглощению света взвешенными в жидкости частицами анализируемого вещества; степень мутности жидкости пропорциональна концентрации. Нефелометрия — определение концентрации по интенсивности света, рассеянного (отраженного) взвешенными частицами мутной системы, например коллоидного раствора, суспензии, эмульсии. Интенсивность светорассеяния пропорциональна концентрации взвешенных частиц. Турбидиметрические и нефелометрические измерения проводят на нефелометре НФМ со светофильтрами или на ФЭК — Н — 57. Флуорометрия — определение количества вещества по интенсивности флуоресценции, возникающей при облучении анализируемого вещества УФ лучами и пропорциональной его концентрации. Определяют на флуорометрах ФМ-1, ФМ-2 со ртутными кварцевыми лампами ДРС-50.При фотометрических измерениях, по закону Ламберта, слои вещества равной толщины поглощают равные части света. Этот закон рассматривает постепенное ослабление параллельного монохроматического пучка света при его распространении в поглощающем веществе. Закон Бугера — Ламберта — Бера определяет зависимость поглощения монохроматического пучка света от концентрации и толщины слоя светопоглощающего вещества в растворе. Если имеются два раствора одного и того же вещества в одном и том же растворителе, из которых один в два раза концентрированнее другого, то светопоглощение (абсорбция) в первом растворе будет равно светопоглощению во втором растворе при условии, что толщина слоя первого раствора в два раза меньше, чем толщина слоя второго раствора.
Закон Бугера — Ламберта — Бера гласит, что интенсивность параллельного монохроматического пучка света при распространении его в поглощающей среде ослабляется.
Закон выражается следующей формулой:
I (l) — интенсивность параллельного монохроматического пучка света;
I0 — интенсивность входящего пучка,
l — толщина слоя вещества, через которое проходит свет,
kл — показатель поглощения.
Показатель поглощения — коэффициент, показывающий свойства вещества и зависящий от длины волны л поглощаемого света. Эта зависимость называется спектром поглощения вещества. [5]
7. Наиболее выделяемые способы и методы определения содержания некоторых загрязняющих веществ в сточных водах
1. Биохимическое потребление кислорода — измеряется прибором БПК — тестер.
2. Взвешенные вещества — определяется фильтрованием через мембранный фильтр. Стеклянный фильтр, кварцевый или фарфоровый, бумажный не рекомендуется из-за гигроскопичности.
3. Азот аммонийных солей — метод основан на взаимодействии иона аммония с реактивом Несслера, в результате образуются йодистый меркур — аммоний желтого цвета
4. Сульфаты — метод основан на взаимодействии сульфат-ионов с хлоридом бария, в результате чего образуется нерастворимый осадок, который потом взвешивается.
5. Нитраты — метод основан на взаимодействии нитратов с сульфасалициловой кислотой с образованием при рН = 9,5-10,5 комплексного соединения желтого цвета. Измерения проводят при 440 нм.
6. Нефтепродукты определяются весовым методом, предварительно обрабатывая исследуемую воду хлороформом.
7. Хром — метод основан на взаимодействии хромат-ионов с дифенилкарбазидом. В результате реакции образуется соединение фиолетового цвета. Измерения проводят при л=540 нм.
8. Медь — метод основан на взаимодействии ионов Cu2+ с диэтилдитиокарбонатом натрия в слабоаммиачном растворе с образованием диэтилдитиокарбонатом меди, окрашенного в желто-коричневый цвет.
9. Никель — метод основан на образовании комплексного соединения ионов никеля с диметилглиоксином, окрашенного в коричневато-красный цвет. Измерения проводят при л=440 нм.
10. Цинк — метод основан ( при рН = 7.0 — 7.3 ) на соединении цинка с сульфарсазеном, окрашенного в желто-оранжевый цвет. Измерения проводят при л = 490 нм.
11. Свинец — метод основан на соединении свинца с сульфарсазеном, окрашенного в желто-оранжевый цвет. Измерения проводят при л=490 нм.
12. Фосфор — метод основан на взаимодействии молибденовокислого аммония с фосфатами. В качестве индикатора применяется раствор двухлористого олова. Измерения проводят на КФК — 2 при л=690-720 нм.
13. Нитриты — метод основан на взаимодействии нитритов с реактивом Грисса с образованием комплексного соединения желтого цвета. Измерения проводят при л=440 нм.
14. Железо — метод основан сульфасалициловая кислота или ее соли (натриевая ) образуют комплексные соединения с солями железа, причем в слабокислой среде сульфасалициловая кислота реагирует только с солями Fe+3 (окрашивание красное), а слабощелочной — с солями Fe+3 и Fe+2 (желтое окрашивание).
15. Хлориды. При взаимодействии хлоридов с нитратом ртути (II), хлорид-ионы связываются в виде практически не диссоциированного хлорида ртути (II).
Конец реакции определяют по появлению розового окрашивания в момент добавления избытка раствора Hg(NO3)2 к исследуемому раствору, содержащему индикатор бромнитрозол. [4,6,7]
8. Применение сорбционных методов для очистки сточных вод
Реальные сточные воды — это не чистые стабильные растворы, а гетерогенная смесь растворенных, коллоидных и взвешенных в воде примесей органического и неорганического характера, многие из которых нестабильны, окисляются. Практика работы систем очистки сточных вод показывает, что сорбционная обработка целесообразна как «финишная» операция, после механической и других более дешевых видов очистки от грубодисперсных, коллоидных и части растворенных примесей. Обычная оптимальная последовательность процессов физико-химической очистки: коагуляция — отстаивание (флотация) — фильтрование — сорбция.
Так, например, обессоливание природных и сточных вод целесообразно проводить на ионитах в случае исходного солесодержания до 1 г/л.
Создание комбинированных схем, включающих предварительную коагуляцию и осветление воды позволяет в несколько раз снизить расход активного угля на локальных станциях водоподготовки, тем самым решить технико-экономическую проблему обеспечения отдельных районов дополнительными водными ресурсами в обозримом будущем. [8,9]
9. Активные угли в процессах водоподготовки
Фильтрование воды через слой гранулированного угля или введение в воду порошкообразного активного угля являются наиболее универсальными методами удаления из воды растворенных органических веществ природного и неприродного происхождения.
Поскольку содержание в питьевой воде органических веществ природного происхождения нормировано только косвенно (по цветности, запахам и привкусам воды), а цветность воды обычно достаточно хорошо снижается коагулированием и хлорированием, активный уголь, являющийся дорогим материалом, применяется на коммунальных водопроводах главным образом для удаления веществ, обуславливающих запахи и привкусы воды, а также для удаления из воды органических загрязнений неприродного происхождения — различных детергентов, пестицидов, нефтепродуктов и других токсичных веществ, попадающих в открытые водоемы со сточными водами городов и промышленных предприятий.
При удалении из воды веществ, придающих ей запахи и привкусы, их концентрацию нужно снизить до очень малых величин, при которых запах и привкус уже не ощущаются.
Концентрации различных веществ, при которых ощущается их запахи или привкус в воде, неодинаковы. Сероводород ощущается при концентрации его в воде более 0.2-0.3 мг/л, хлор — при концентрации более 0.3 мг/л, хлорфенол — при концентрации более 0.02 мг/л, продукты жизнедеятельности актиномицетов, придающие воде землистый запах, ощущаются при концентрации более 110-8 мг/л.
Естественно, что при столь низких остаточных концентрациях удаляемого вещества степень использования сорбционной емкости активного угля в статических условиях при ввдении в воду угля в виде порошка будет мала. Так во время контакта порошкообразного угля (ПАУ) с очищаемой водой невелико, сорбируемое вещество обычно не успевает проникнуть в глубь частички угля, поэтому сорбционная способность ПАУ возрастает с увеличением степени его измельчения.
Косвенно сорбционная способность ПАУ характеризуется его фенольным числом — числом милиграммов активного порошкообразного угля, требуемого для снижения концентрации фенола в 1 л воды с 0.1 до 0.01 мг при перемешивании воды с активным углем в течение 1 ч. Чем выше фенольное число угля, тем меньше его сорбционная способность в отношении фенола, тем хуже, как правило, этот уголь будет сорбировать из воды вещества, обуславливающие привкусы и запахи воды. ПАУ, применяемые на фильтровальных станциях для удаления из воды привкусов и запахов, должны иметь фенольное число не более 30; хорошие образцы активных углей имеют фенольное число менее 15.
Практика обработки воды ПАУ на Тюменском водопроводе показала, что из числа порошкообразных углей наиболее эффективен уголь марки А-щелочной. В каждом конкретном случае марка ПАУ должна подбираться пробной обработкой воды в лабораторных условиях, при этом должны ставится опыты как с предварительным хлорированием воды, так и без него.
ПАУ, применяемый для удаления из воды веществ, которые придают ей привкусы и запахи, может вводится как перед отстойниками так и после них, непосредственно перед фильтрами. Однако введение в воду пред фильтрами возможно только в тех случаях, когда его доза не превосходит 5-7 мг/л при длительном применении угля и 10-12 мг/л при кратковременном, эпизодическом. При поступлении на фильтры большого количества активного угля потеря напора в них обычно быстро растет и резко возрастает расход промывной воды. Двухслойные фильтры лучше обычных приспособлены к осветлению воды, содержащей ПАУ. При малых дозах активный уголь целесообразно вводить в воду после отстойников; в этом случае сорбционная способность угля используется более полно, чем при введении его в воду перед отстойниками, в которых уголь быстро оседает, не успев сорбировать содержащиеся в воде органические вещества.
Реализация процесса углевания не требует значительных капитальных затрат, необходимо лишь строительство блока приготовления и дозирования ПАУ и склада ПАУ.
Вследствие сильного пыления и взрывоопасности ПАУ в сухом виде в воду вводят редко. Обычно предварительно готовят суспензию 2-10% ПАУ в воде, которую и направляют в основной поток обрабатываемой воды. Дозу ПАУ выбирают с учетом загрязненности воды и сорбционных свойств угля. В России (1982 г) как правило, Dу=1-5 мг/дм3, в Финляндии 5-15 мг/дм3, в ФРГ (водозаборы на Рейне) 25-40мг/дм3, во Франции 5-40 мг/дм3, в Англии и США 5-30 мг/дм3. Большие дозы ПАУ свидетельствуют о сильной загрязненности источников за рубежом.
Постоянное использование ПАУ для водоподготовки обычно не выгодно из-за нерентабельности и невозможности его регенерации и потерь при дозировании.
Для постоянной сорбционной обработки воды используют гранулированные активные угли (ГАУ), которые можно регенерировать, что снижает стоимость очистки воды, хотя ГАУ и дороже, а их применение требует больших капитальных затрат. Фильтрование через ГАУ дает воду лучшего и более постоянного качества по сравнению с углеванием (срок службы ГАУ при очистке природных вод — от 2 до 30 мес)
Одно из традиционных направлений использования активных углей в водоподготовке — дехлорирование питьевой воды, реализуемое на угольных фильтрах. Высоту фильтра назначают в зависимости от скорости фильтрования, начальной и конечной концентрации свободного хлора.
Дехлорирующие фильтры регенерируют один раз в месяц горячим раствором соды или едкого натра. До регенерации 1 кг ГАУ дехлорирует 50-100 м3 воды.
Механизм дехлорирования воды на ГАУ состоит из сорбции и последующего разложения хлорноватистой кислоты. Ион OCl- менее реакционноспособен и хуже сорбируется чем HOCl, поэтому сдвиг рН, приводящий к увеличению степени диссоциации HOClH++OCl-, снижает дехлорирующий эффект. [8,9,10]
10. Неуглеродные сорбенты в процессах водоочистки
Для очистки воды все большее применение находят неуглеродные сорбенты естественного и искусственного происхождения (глинистые породы, цеолиты и некоторые другие материалы).
Использование таких сорбентов обусловлено достаточно высокой емкостью их, избирательностью, катионообменными свойствами некоторых из них, сравнительно низкой стоимостью и доступностью (иногда как местного материала).
Глинистые породы — наиболее распространенные неорганические сорбенты для очистки воды. Они обладают развитой структурой с микропорами, имеющими различные размеры в зависимости от вида минерала. Большая часть из них обладает слоистой жесткой или расширяющейся структурой.
Механизм сорбции загрязнений на глинистых материалах достаточно сложен и включает Ван-дер-ваальсовые взаимодействия углеводородных цепочек с развитой поверхностью микрокристаллов силикатов и кулоновское взаимодействие заряженных и поляризованных молекул сорбата с положительно заряженными участками поверхности сорбента, содержащими ионы Н+ и Al3+.
Наибольшее распространение глинистые материалы получили для обесцвечивания воды, удаления неорганических примесей и особо токсичных хлорорганических соединений и гербицидов, различных ПАВ.
Природные сорбенты добывают в непосредственной близости от места потребления, что постоянно расширяет масштаб их применения для очистки воды.
Цеолиты — разновидности алюмосиликатных каркасных материалов. Эти материалы имеют отрицательный трехмерный алюмосиликатный каркас со строго регулярной тетраэдрической структурой. В промежутках каркаса находятся гидратированные положительные ионы щелочных и щелочно-земельных металлов, компенсирующих заряд каркаса, и молекулы воды. В адсорбционные полости цеолитов сорбируется лишь молекулы веществ, критический размер которых меньше эффективного размера входного окна, от этого и их второе название — молекулярные сита.
Известно более 30 видов природных цеолитов, но лишь часть из них образует крупные месторождения (80% концентратов) удобные для промышленной переработки. Наиболее распространенные природные цеолиты:
шабазит (Na2Ca)OAl2O34SiO26H2O с размером окон 0.37-0.50 нм;
морденит (Na2K2Ca)OAl2O310SiO26.7H2O с размером окон 0.67-0.70 нм;
Для получения прочных и водостойких фильтрующих материалов из природных цеолитов их, так же, как и глины, нагревают в печах с хлоридом карбонатом натрия при 10000С.
Обработка поверхности цеолитов кремнийорганическими соединениями делает ее гидрофобной, что улучшает сорбцию нефти из воды.
Природные цеолиты используются в виде порошков и фильтрующих материалов для очистки воды от ПАВ, ароматических и канцерогенных органических соединений, красителей, пестицидов, коллоидных и бактериальных загрязнений.
Кроме цеолитов и природных глин перспективными являются неорганические иониты. Среди них можно выделить следующие:
Гранулированные методом замораживания труднорастворимые фосфаты металлов (циркония, титана, хрома, железа, тория, сурьмы и др.), прежде всего, цирконилфосфат (ZrO)m(H2PO4)n с различным отношением m:n, отличающийся высокой емкостью обмена, термической и радиационной устойчивостью и высокой селективностью к ионам цезия, рубидия, калия и аммония, а также таллия. Цирконилфосфат устойчив в концентрированных кислотных и солевых растворах, сохраняя в них высокую ионообменную емкость и избирательность к вышеуказанным катионам.
Цирконилфосфат может быть использован для извлечения из сильнокислых и сильноминерализованных радиоактивных растворов долгоживущего изотопа 137Cs; для разделения продуктов радиоактивного распада урана в атомных реакторах: 89Sr-137Cs, 89Sr-144Cs, 90Sr-90U; для отделения 95Nb и 95Zr от 106Ru; для извлечения ионов таллия из растворов в производстве и при использовании солей таллия.
Синтетические титано- и цирканосиликаты, обладающие молекулярноситовыми свойствами цеолитового уровня, высокой обменной емкостью и селективностью к ряду катионов.
Труднорастворимый кристаллический оксалат циркония, селективный по отношению к катионам свинца и калия.
Труднорастворимые соли поли- и гетерополикислот: фосфомолибдаты, фосфорвольфраматы, вольфраматы, фосфорарсенаты, производные фосфорносурьмяной кислоты, кремнесурьмяной кислот и другие обладающие селективностью к редким щелочным, щелочноземельным и тяжелым металлам.
Ферроцианиды щелочных и тяжелых металлов (железа, меди, цинка, молибдена, никеля, титана, олова, ванадия, урана, вольфрама и т.п.), способные к избирательной сорбции ионов Pb+, используются для поглощения Rb, Cs из растворов и Tl+ из водных растворов. Например, с помощью ферроцианида щелочного металла и никеля эффективно извлекается рубидий из отработанного раствора при переработке карналлитовых руд.
Нерастворимые сульфиды и гидроксиды металлов. Например, известно о возможности успешной очистки никелевых электролитов от примесей ионов меди, свинца, кадмия, мышьяка, сурьмы, олова, висмута с помощью нерастворимого сульфида никеля, от примесей железа (II) и кобальта (II) с помощью гидроксидов никеля в сочетании с органическим сильноосновным анионитом АВ-17 на конечной стадии очистки.
Многие катиониты в том числе цеолиты (за исключением клиноптилолита, эрионита и морденита) и глинистые минералы, могут работать только в солевых формах (натриевой, кальциевой и т.д.). Они не могут быть переведены в водородную форму, так как при этом разрушается их структура, и, следовательно, не могут применяться в технологии обессоливания и опреснения сточных и природных вод. Кроме того, обессоливание воды невозможно без одновременного использования анионитов, которые среди неорганических минералов и соединений встречаются весьма редко.
Эти обстоятельства в немалой степени способствовали бурному развитию синтеза органических катионитов и анионитов на основе синтетических органических соединений, получивших широкое применение в технологии обессоливания воды, в гидрометаллургии драгоценных и цветных металлов, в технологии очистки сточных вод и в других отраслях. [8,9,10]
В данной работе были рассмотрены наиболее предпочтительные и часто используемые методы идентификации различных веществ в сточных водах, а также некоторые методы очистки этих вод. Однако немногие из методик, в том числе и основанных на использовании самых современных физических методов, дают возможность надёжно определять поллютанты на уровне ПДК.
Таким образом, анализ сточных вод относится к определению следовых количеств веществ в композиционно весьма сложной системе. Оптимальная методология таких работ до настоящего времени ещё не разработана и их проведение не обеспечено как надежной критериальной базой, так и методическими разработками. Эти обстоятельства и определяют основные проблемы и направления развития аналитической химии сточных вод (да и вод вообще).
1. Соловьев Ф.С., Губанов И.Н., Беднова Л.М. /Отчеты по научно-исследовательской работе/ “Очистка сточных вод или рекуперация ценных технологических веществ в гальваническом производстве” ВНТИЦ, /копия отчета о НИР/, М., 1988г.
2. Хенце М., Армоэс П., Ля-Кур-Янсей Й /“Очистка сточных вод: Биологические и химические процессы”./Пер. с англ. Учебное пособие.-МИР 2004.
3. Лурье Ю.Ю., Рыбникова А.И./ Сборник методик химического анализа производственных сточных вод, “Министерство электронной промышленности СССР”/ М., 1976 г.
4. Лурье Ю.Ю. /“Аналитическая химия промышленных сточных вод”/ М., 1984 г.
5. Соловьев Ф.С., Губанов И.Н., Беднова Л.М. /Отчеты по научно-исследовательской работе/ “Очистка сточных вод или рекуперация ценных технологических веществ в гальваническом производстве” ВНТИЦ, /копия отчета о НИР/, М., 1988г.
источник