Меню Рубрики

Методы анализа сточных вод pdf

Методы анализа. Выбор конкретного метода зависит от характера сточных вод анализируемых компонентов.

Гравиметрический – основан на определении массы вещества. В ходе анализа вещество отгоняется в виде какого-либо летучего соединения или осаждается из раствора в виде малорастворимого соединения.. Осадок взвешивается в виде соединения строго определенного состава, весовая форма по составу совпадает с осаждаемой. По весу высушенного или прокаленного осадка вычисляется содержание определенного компонента в данном образце. Достоинства: высокая точность, отсутствие необходимости калибровки, простота.. Недостатки: значительный расход времени на выполнение анализа.

Титриметрический .Основан на точном измерении количества реактива израсходованного на реакцию с определенными веществами. Титрированный раствор – раствор, концентрация которого известна с высокой точностью. Титрование – прибавление титрованного раствора к анализируемому для точного определения эквивалентного количества. Момент титрирования – точка эквивалентности. Титрирующий раствор – титрант. Используются реакции кислотно-основного взаимодействия, удовлетворяющие требованиям, которые предъявляются к титрометрическим реакциям. Взаимодействие должно происходить полностью и с высокой скоростью. – Методы кислотно-основного взаимодействия связанны с процессом передачи протона – Методы осаждения основаны на реакциях образования малорастворимых соединений – Методы комлексообразования используют реакции образования координационных соединений — методы окисления-восстановления объединяют многочисленную группу окислительно-восстановительных реакций. Достоинства: быстрота выполнения, простота оборудования, удобство выполнения серийных анализов, большой набор химических реакций. Недостатки: необходимость предварительной стандартофикации растворов титранта и калибровки мерной посуды.

Фотометрический. Измеряет поглощение света раствором. Приборы: Источник света – светофильтр – кювета с раствором – детектор. Конструкция прибора зависит от области спектра применения. Излучение выбирают такое, что бы соединение имело мах светопоглощение, а примеси – min. Достоинства – широкая область применения, высокая чувствительность. Недостатки: калибровка аппаратуры, посуды.

Жесткость воды отражает содержание в ней ионов кальция и магния. Жесткость, обусловленная наличием в воде гидрокарбонатов кальция и магния, называется временной, или карбонатной (Жвр). Жесткость, обусловленная хлоридами и сульфатами этих металлов, называется постоянной (Жп). Суммарная жесткость воды носит название общей жесткости. Жесткость воды (степень жесткости принято выражать в миллимолях ионов Са2+ или Mg2+ (или обоих ионов) в 1 дм3 или 1 кг воды – ммоль/дм3 или ммоль/кг. В технической литературе встречается единица измерения степени жесткости воды – мг экв/дм3 или мг-экв/кг. Зная, что молярные массы эквивалентов ионов Са2+ и Mg2+ соответственно равны 20,04 и 12,16 мг/дм3, можно рассчитать обжую жесткость воды (в ммоль/дм3): . Часто в расчетах жесткости используют формулу:

Содержание в питьевой воде большого количества растворимых солей магния и кальция не только ухудшает ее вкус, но и обуславливает жесткость воды. Жесткая вода неприменима в ряде отраслей промышленности, теплотехники и неблагоприятна при бытовом использовании. В ней труднее развиваются многие продукты, их питательная ценность уменьшается. Резко ухудшается моющая способность и возрастает расход мыла. Способствует развитию ряда заболеваний. Питьевая вода – жесткость не должна быть выше 7 ммоль/л.Один из методов устранения жесткости воды – введение соды (Na2CO3).

37. Виды сточных вод. Классификация производственных сточных вод. Сточные воды машиностроительных предприятий. Виды сточных вод. Сточные воды, отводимые с территории промышленных предприятий, по своему составу могут быть разделены на 3 вида:

производственные – использованные в технологическом процессе производства или получающиеся при добычи полезных ископаемых.

бытовые – от санитарных узлов производственных и не производственных корпусов и зданий, а также от душевых установок, имеющихся на территории, промышленных предприятий.

атмосферные – дождевые и оттаивание снега.

Производственные сточные воды делятся на 2 две основные категории:

незагрязненные (условно чистые)

Загрязненные производственные сточные воды содержат различные примеси и подразделяются на 3 группы:

загрязнённые преимущественно минеральными примесями (предприятия металлургической, машиностроительной, угледобывающей промышленности)

загрязнённые преимущественно органическими примесями (предприятия рыбной, мясной, молочной, пищевой, целлюлозно-бумажной промышленности)

загрязнённые минеральными неорганическими примесями (предприятия нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей, текстильной, лёгкой промышленности)

Машиностроительные заводы характеризуются наличием ряда водоёмких производственных процессов, а следовательно, и образованием значительного количества, производственных сточных вод, которые в основном загрязняются отходами травильных и гальванических цехов и нефтепродуктами.

В гальванических цехах детали из металлов и сплавов подвергаются различным видам химической или электрохимической обработки. В начале поверхность изделий подвергается предварительной обработки: обезжириванию и травлению с применением различных растворов кислот, щелочей, солей металлов. Отработанные растворы травильных ванн образуют кислые и щелочные сточные воды. В каждом травильном отделение существует 2 вида сточных вод: концентрированные и разбавленные. Разбавленные являются промывными водами.

38.Методы очистки сточных вод. Механические методы применяются как первая стадия в общей схеме очистки сточных вод. Выбор механического метода очистки осуществляется с учётом размера взвешенных частиц. Механическая очистка состоит из:

процеживания через решётки

Химические методы обработки сточных вод основаны на применение химических реакций. В результате которых загрязнения превращаются в соединения безопаснее для потребителя или легко выделяются в виде осадков. В особую группу химических методов следует выделить хлорирование и озонирование сточных вод, содержащих органические примеси, а также цианиды и другие пахнущие не органические вещества. Хлорирование и озонирование наиболее часто применяют для доочистки и обезвреживания питьевой воды на городских водопроводных станция.

Физико-химические методы. В большинстве случаев использование физико-химических методов выделения загрязняющих веществ из сточных вод позволяет в дальнейшем рекуперацию.

Биологическая очистка. Биологическое окисление осуществляется сообществом микроорганизмов, включающим множество различных бактерий, простейших и ряд более высокоорганизованных организмов, связанных между собой единый комплекс сложными взаимоотношениями. Главенствующая роль в том сообществе принадлежит бактериям.

При термической очистке сжигают жидки отходы нефтепродуктов и других горючих веществ в печах и горелках.

источник

Дата публикации: 01.09.2013 2013-09-01

Статья просмотрена: 13731 раз

Кутковский К. А. Виды сточных вод и основные методы анализа загрязнителей // Молодой ученый. — 2013. — №9. — С. 119-122. — URL https://moluch.ru/archive/56/7745/ (дата обращения: 01.06.2019).

Воды и атмосферные осадки, которые поступают в естественные водоемы с территорий населенных пунктов и предприятий, принято называть сточными водами. Отвод данных вод осуществляется посредством канализации или естественным путем.

Сточные воды это в большей или меньшей степени загрязненные в результате использования бытовые, промысловые и производственные воды, содержащие отбросы или отработанное тепло, а также отличающиеся изменившимися в отрицательную сторону физическими и биологическими свойствами [1, с. 1287]. Из этого можно сделать вывод о, безусловно, антропогенном происхождении и неоднородности стоков, а также о сложности очистки или утилизации данного продукта антропогенной деятельности.

Из-за ухудшившихся биологических и физических свойств, сточные воды пагубно влияют на развитие всей биосферы. Сточные воды провоцируют и ускоряют эвтрофикацию водоемов из обильного содержания в них фосфора и азота, а также приводят к изменению естественных биоценозов и, как следствие, гибели биологических видов, загрязнению объектов водопользования, используемые человеком в качестве источника питьевой воды. Так же происходит обильное воздействие на артезианские бассейны: их биологическая чистота несопоставима с их состоянием до научно-технической революции, обусловившей эру активного антропогенного воздействия на природу.

Вследствие научно-технической мысли, ее развитии и повсеместном внедрение, источниками сточных вод являются практически любые антропогенные объекты: жилые дома, образовательные учреждения, медицинские объекты, торговые склады и точки реализаций товаров, различные сервисные организации, АЗС, металлургическая промышленность, пищевая промышленность, фармацевтической промышленность, сельхозяйственные угодья и т. д.

Для контроля качества и объема поступления сточных вод разрабатываются законы и подзаконные акты, происходит внедрение и разработка как новых, так и уже зарекомендованных себя методов очистки. Формируется всесторонний анализ сточных вод, позволяющий разработать оптимальный алгоритм очистки (с учетом характера загрязнителей) для каждого промышленного объекта и оценить качество воды, покидающей очистные сооружения. Любые нарушения влекут за собой штрафы и санкции, прописанные как в Водном кодексе РФ, так и в Уголовном кодексе РФ.

Определим, какими характеристиками обладают сточные воды, и как загрязнители влияют на процесс очистки. Для начала определим классификацию сточных вод и особенности отдельных их типов.

Виды сточных вод

1) Хозяйственно-бытовые. Этот тип стоков в основном поступает из жилых домов, а так же объектов социального пользования(больницы, образовательные учреждения, торговые центры и т. д.). Отведение происходит посредством хозяйственно-бытовой и общесплавной канализации. Состав загрязнителей: 58 % — органика, 42 % — минеральные вещества. Особенность — высокое содержание азотсодержащих соединений и фосфатов, значительная степень фекального загрязнения.

2) Промышленные сточные воды. Основной загрязнитель — объекты промышленности и предприятия различного рода деятельности. Отведение происходит посредством промышленной канализации. Спектр загрязнителей характеризуется видом промышленной деятельности. Содержат органические и неорганические элементы. Наибольшую опасность для гидросферы и человека представляют нефтепродукты, органические красители, фенолы, поверхностно-активные вещества, сульфаты, хлориды и тяжелые металлы.

3) Поверхностные сточные воды. Основное поступление из дождевых и талых вод, формирующихся из атмосферных осадков, проникающих в почву и стекающих в водоемы посредством ливневой канализации с территории промышленных предприятий и населенных пунктов. Спектр возможных загрязнителей широк и определяется особенностями территории и видом антропогенной деятельности, преобладающей в районе стока.

Анализ сточных вод

Рассмотрим основные источники поступления сточных вод в экосистемы: промышленные и бытовые объекты, на них приходится основная доля поступающих на очистные сооружения стоков. [2, с. 59] Анализ именно этих источников позволяет понять специфику оценки качества сточных вод и спектр загрязнителей. На выходе из очистных сооружений не должно быть примесей, содержишихся в характерной для той или иной природы стоков, либо их количество должно быть минимальным (определяется нормативами).

Для анализа качества вод используются следующие параметры: температура, цветность, запах и прозрачность. Физические показатели качества воды малоинформативные и понятны на интуитивном уровне. Для всех типов сточных вод характерна повышенная температура, специфический запах и сниженная прозрачность (определяется по шрифту). Изменение цветности (измеряется в градусах платинокобальтовой шкалы) присущи промышленным сточным водам и зависят от вида производственной деятельности.

Так же важным методом анализа качества вод является химический анализ. Реакция (рН) коммунальных сточных вод, как правило, нейтральна (6,5–8), а реакция промышленных стоков подвержена изменениям от сильнокислой (рН менее 3) до сильнощелочной (рН более 11) в зависимости от источника поступления. В процессе очистки реакция сточных вод должна стать нейтральной.

Для определения доли примесей как сухих, так и растворенных, используется такой параметр как «сухой остаток», отражающий степень загрязненности воды примесями. Данный параметр берется из нефильтрованной пробы. Он указывает на количество в воде примесей, как взвешенных (руда, окалина, известняк, кокс и т. д.), так и растворенных. В зависимости от содержания примесей сточные воды принято делить на четыре категории: первая — сухой остаток менее 500 мг/л (коммунальные сточные воды), четвертая — выше 30 000 мг/л. Отметка 5000 мг/л разделяет вторую и третью категорию. [4, с. 76]

Процесс очистки сточных вод от взвешенных примесей происходит путем механических методов очистки, самым распространенным из которых является метод отстаивания. Для прогнозирования эффективности этого метода используется показатель «оседающие вещества». Проба воды помещается в цилиндр, после чего оценивается, какое количество взвешенных веществ осядет за 2 часа. Измеряется в мг/л и процентах от сухого остатка. Оседающие вещества в городских сточных водах, как правило, составляют 65–75 %.

Необходимость вычисления сухого остатка обусловлена дальнейшей обработкой промышленных и коммунальных стоков при помощи биологических методов (бактерии), и на этой стадии количество взвешенных веществ не должно превышать 10 г/л.

Следующим важным параметром сточных вод является зольность твердых примесей. Прокаливание сухого остатка проводят при температуре «красного» каления (500–600°С), в результате чего часть химических соединений сгорает и улетучиваются в виде оксидов, углерода, водорода, азота, серы и других примесей, вес пробы уменьшается. Массу остатка, называемого золой, делят на первоначальную массу образца и получают зольность, выраженную в процентах. Для городских сточных вод характерна зольность 25–35 %.

Еще одним показателем является окисляемость. Данный показатель является санитарным, сфера его актуальности распространяется также не только на сточные воды. Окисляемость указывает на степень загрязнения воды органическими и неорганическими веществами, но также он используется для оценки степени органического загрязнения. Окисляемость определяется при помощи аэробных гетеротрофных бактерий (биохимическая окисляемость) и посредством химических реакций (химическая окисляемость — бихроматная, иодатная и т. д.).

Единицами измерения окисляемости является потребление кислорода: БПК и ХПК — биохимическое и химическое потребление кислорода, выраженное в миллиграммах О2 на литр. Большое значение имеет соотношение БПК к ХПК, которое позволяет прогнозировать, какое количество загрязнителей может быть удалено при помощи биологических методов очистки. [3, с. 141]

Химическая окисляемость определяет общее содержание в воде восстановителей — органических и неорганических, реагирующих с окислителями. В сточных водах преобладают органические восстановители, поэтому, как правило, всю величину окисляемости относят к органическим примесям воды.

Важнейшими показателям для сохранности гидросферы и эффективности биологической очистки является содержание фосфора и азотистых соединений. В сточных водах определяется содержание общего, нитратного, нитритного и аммонийного азота. От количества соединений азота зависит степень эффективности биологической очистки. При малом содержание азота в производственных сточных водах на стадии биологической очистки добавляют в воду хлористый аммоний. В хозяйственных стоках концентрация соединений азота всегда высока, из-за обилия поступающих веществ, связанных с процессом человеческой жизнедеятельности.

Концентрация фосфора в сточных водах всегда превышает ПДК. Основой поступления фосфатов в сточные воды служат фосфатные компоненты синтетических моющих средств и фекальные стоки, поступающие как из хозяйственной, так и из промышленной сферы. Избыток фосфорсодержащих соединений является одной из главных причин эвтрофикации водоемов.

Следующими показателями состояния сточных вод являются сульфаты и хлориды. Концентрация сульфатов в городских сточных водах обычно находится на уровне 100- 150 мг/л, хлоридов — 150–300 мг/л. В промышленных стоках (в частности, на металлургических заводах) уровень хлоридов и сульфатов значительно выше, к тому же к ним добавляются цианиды, аммиак и роданистые соединения.

Представленные выше показатели важны для оценки загрязненности стоков, так же их следует учитывать и в процессе трактовки данных, полученных в ходе иных анализов. Концентрацию хлоридов важно знать при определении ХПК, так как хлориды окисляются бихроматом калия до молекулярного хлора. Поэтому при концентрации хлоридов более 200 мг/л требуется их предварительное осаждение или введение поправки к результату анализа ХПК. Синтетические поверхностно-активные вещества, или СПАВ, так же являются серьезными загрязнителями естественных водоемов. Воздействие СПАВ напрямую влияет на эвтрофикацию рек и озер, угнетение процессов самоочищения гидросферы, торможение биохимических процессов в водоемах, вызывая другие губительные для биоценоза процессы.

Большинство СПАВ — органические вещества, состоящие из двух частей: гидрофобной и гидрофильной. Гидрофобная часть СПАВ соединена обычно с одной гидрофильной группой. В зависимости от физико-химических свойств гидрофильной части СПАВ делятся на три основных типа: анионактивные, катионоактивные, неионогенные. Каждый тип в свою очередь делится на классы в зависимости от химического состава гидрофобной части.

Примерно 75–80 % всех СПАВ, применяемых в быту и промышленности, составляют анионактивные. Важнейшим из них являются: алкилсульфаты с общей формулой R—O—SO3Na (где R — углеводородный радикал с числом углеродных атомов от 10 до 20); алкилсульфонаты R—SO3Na (с числом углеродных атомов 12–15) и алкиларилсульфонаты R—C6Н4—SO3Na (с числом углеродных атомов в радикале 5–18).

Так же присутствие СПАВ резко отрицательно сказывается на работе очистных сооружений, во время очистки сточных вод поверхностно-активные вещества замедляют процессы осаждения твердых взвешенных частиц, провоцируют появление пены в очистных сооружениях и препятствуют биологической очистке. Для предотвращения данных процессов содержание СПАВ в стоках, поступающих на стадию биологической очистки, не должно превышать 20 мг/л. Некоторые фракции (в частности, жесткие СПАВ) предварительно должны быть полностью удалены химическими и физико-химическими методами.

Поверхностно-активные вещества присутствуют во всех сточных водах, в том числе и хозяйственно-бытовых. Источниками СПАВ в сточных водах является результат широкого применения их в быту и промышленности в качестве моющих средств, а также смачивающих, эмульгирующих, выравнивающих, дезинфицирующих препаратов.

Наиболее высокая концентрация токсических веществ определяется в промышленных сточных водах и классифицируются на две категории — неорганические и органические. К органическим токсическим веществам относятся нефтепродукты, смолы, карбоциклические соединения, пестициды, красители, кетоны, фенолы, спирты и СПАВ. Неорганические компоненты представлены солями, щелочами, кислотами и различными химическими элементами (хром, алюминий, свинец, никель, фтор, бор, железо, ванадий и т. д.).

В хозяйственно-бытовых и сельскохозяйственных сточных водах основными биологическим загрязнителями являются бактерии, вирусы, патогенные простейшие и яйца гельминтов, источником которых являются люди и животные.

Для оценки фекальной загрязненности сточных вод используются микробиологические анализы — определение общего микробного числа и количества общих колиформ (коли-тест). Основная задача данных анализов оценить степень фекального загрязнения воды, а не выявление самого факта наличия патогенных микроорганизмов. Вывод делается на основе степени загрязнения сточных вод фекалиями: чем выше уровень загрязнения, тем выше вероятность присутствия патогенных организмов в воде.

Бактериологический анализ сточных вод необходим для оценки эффективности работы очистных сооружений и дает представление о необходимых корректировках процесса очистки сточных вод. Дезинфекция проводится хлором, который оказывает негативное воздействие на качество воды.

Последним показателем является растворенный кислород. Содержание растворенного кислорода (РК) в воде характеризует кислородный режим водоема и имеет важнейшее значение для оценки его экологического и санитарного состояния. Он также необходим для самоочищения водоемов, т. к. участвует в процессах окисления органических и других примесей, разложения отмерших организмов. Снижение концентрации РК свидетельствует об изменении биологических процессов в водоеме, о загрязнении водоема биохимически интенсивно окисляющимися веществами (в первую очередь органическими). Потребление кислорода обусловлено также химическими процессами окисления содержащихся в воде примесей, а также дыханием водных организмов. Поэтому важным фактором является соблюдение качества очищенной воды, поступающей в естественные водоемы. [5, с. 49]

Оценка качественного и количественного состава загрязнителей сточных вод необходима не только для составления плана очистных мероприятий, но и для повышения их эффективности, а так же для мониторинга и последующего прогнозирования негативного антропогенного воздействия на гидросферу и экосистему в целом. Проблемы загрязненности сточных вод, методов очистки и возвращения в естественные источники или их повторное использование, давно перестали быть чем то далеким и несбыточным. За последние 150 лет качество наземных и подземных источников воды резко ухудшилось и требует не только использования современных норм и стандартов, но так же и поиск, разработку и внедрение новых идей и подходов, как к контролю поступающих загрязняющих веществ, так и к методам очистки сточных вод.

1. Советский энциклопедический словарь/Научно-редакционный совет: А. М. Прохоров (пред.).- М.: «Советская энциклопедия», 1981.- 1287 с.

2. Водоотведение и очистка сточных вод: Учебник для вузов/С. В. Яковлев, Я. А. Карелин, Ю. М. Ласков, В. И. Калицун.- М.:Стройиздат, 1996.- 59 с.

3. Комплексное использование и охрана водных ресурсов. Под редакцией О. А. Юшманова М.: Агропромиздат 1985.- 141 с.

4. Евилович А. З. Утилизация осадков сточных вод М.: Стройиздат 1989.- 76 с.

5. Методы охраны внутренних вод от загрязнения и истощения Под редакцией И. К. Гавич М.: Агропромиздат 1985.- 49 с.

источник

Дата публикации: 01.09.2013 2013-09-01

Статья просмотрена: 13731 раз

Кутковский К. А. Виды сточных вод и основные методы анализа загрязнителей // Молодой ученый. — 2013. — №9. — С. 119-122. — URL https://moluch.ru/archive/56/7745/ (дата обращения: 01.06.2019).

Воды и атмосферные осадки, которые поступают в естественные водоемы с территорий населенных пунктов и предприятий, принято называть сточными водами. Отвод данных вод осуществляется посредством канализации или естественным путем.

Сточные воды это в большей или меньшей степени загрязненные в результате использования бытовые, промысловые и производственные воды, содержащие отбросы или отработанное тепло, а также отличающиеся изменившимися в отрицательную сторону физическими и биологическими свойствами [1, с. 1287]. Из этого можно сделать вывод о, безусловно, антропогенном происхождении и неоднородности стоков, а также о сложности очистки или утилизации данного продукта антропогенной деятельности.

Из-за ухудшившихся биологических и физических свойств, сточные воды пагубно влияют на развитие всей биосферы. Сточные воды провоцируют и ускоряют эвтрофикацию водоемов из обильного содержания в них фосфора и азота, а также приводят к изменению естественных биоценозов и, как следствие, гибели биологических видов, загрязнению объектов водопользования, используемые человеком в качестве источника питьевой воды. Так же происходит обильное воздействие на артезианские бассейны: их биологическая чистота несопоставима с их состоянием до научно-технической революции, обусловившей эру активного антропогенного воздействия на природу.

Вследствие научно-технической мысли, ее развитии и повсеместном внедрение, источниками сточных вод являются практически любые антропогенные объекты: жилые дома, образовательные учреждения, медицинские объекты, торговые склады и точки реализаций товаров, различные сервисные организации, АЗС, металлургическая промышленность, пищевая промышленность, фармацевтической промышленность, сельхозяйственные угодья и т. д.

Для контроля качества и объема поступления сточных вод разрабатываются законы и подзаконные акты, происходит внедрение и разработка как новых, так и уже зарекомендованных себя методов очистки. Формируется всесторонний анализ сточных вод, позволяющий разработать оптимальный алгоритм очистки (с учетом характера загрязнителей) для каждого промышленного объекта и оценить качество воды, покидающей очистные сооружения. Любые нарушения влекут за собой штрафы и санкции, прописанные как в Водном кодексе РФ, так и в Уголовном кодексе РФ.

Определим, какими характеристиками обладают сточные воды, и как загрязнители влияют на процесс очистки. Для начала определим классификацию сточных вод и особенности отдельных их типов.

Виды сточных вод

1) Хозяйственно-бытовые. Этот тип стоков в основном поступает из жилых домов, а так же объектов социального пользования(больницы, образовательные учреждения, торговые центры и т. д.). Отведение происходит посредством хозяйственно-бытовой и общесплавной канализации. Состав загрязнителей: 58 % — органика, 42 % — минеральные вещества. Особенность — высокое содержание азотсодержащих соединений и фосфатов, значительная степень фекального загрязнения.

2) Промышленные сточные воды. Основной загрязнитель — объекты промышленности и предприятия различного рода деятельности. Отведение происходит посредством промышленной канализации. Спектр загрязнителей характеризуется видом промышленной деятельности. Содержат органические и неорганические элементы. Наибольшую опасность для гидросферы и человека представляют нефтепродукты, органические красители, фенолы, поверхностно-активные вещества, сульфаты, хлориды и тяжелые металлы.

3) Поверхностные сточные воды. Основное поступление из дождевых и талых вод, формирующихся из атмосферных осадков, проникающих в почву и стекающих в водоемы посредством ливневой канализации с территории промышленных предприятий и населенных пунктов. Спектр возможных загрязнителей широк и определяется особенностями территории и видом антропогенной деятельности, преобладающей в районе стока.

Анализ сточных вод

Рассмотрим основные источники поступления сточных вод в экосистемы: промышленные и бытовые объекты, на них приходится основная доля поступающих на очистные сооружения стоков. [2, с. 59] Анализ именно этих источников позволяет понять специфику оценки качества сточных вод и спектр загрязнителей. На выходе из очистных сооружений не должно быть примесей, содержишихся в характерной для той или иной природы стоков, либо их количество должно быть минимальным (определяется нормативами).

Для анализа качества вод используются следующие параметры: температура, цветность, запах и прозрачность. Физические показатели качества воды малоинформативные и понятны на интуитивном уровне. Для всех типов сточных вод характерна повышенная температура, специфический запах и сниженная прозрачность (определяется по шрифту). Изменение цветности (измеряется в градусах платинокобальтовой шкалы) присущи промышленным сточным водам и зависят от вида производственной деятельности.

Так же важным методом анализа качества вод является химический анализ. Реакция (рН) коммунальных сточных вод, как правило, нейтральна (6,5–8), а реакция промышленных стоков подвержена изменениям от сильнокислой (рН менее 3) до сильнощелочной (рН более 11) в зависимости от источника поступления. В процессе очистки реакция сточных вод должна стать нейтральной.

Для определения доли примесей как сухих, так и растворенных, используется такой параметр как «сухой остаток», отражающий степень загрязненности воды примесями. Данный параметр берется из нефильтрованной пробы. Он указывает на количество в воде примесей, как взвешенных (руда, окалина, известняк, кокс и т. д.), так и растворенных. В зависимости от содержания примесей сточные воды принято делить на четыре категории: первая — сухой остаток менее 500 мг/л (коммунальные сточные воды), четвертая — выше 30 000 мг/л. Отметка 5000 мг/л разделяет вторую и третью категорию. [4, с. 76]

Процесс очистки сточных вод от взвешенных примесей происходит путем механических методов очистки, самым распространенным из которых является метод отстаивания. Для прогнозирования эффективности этого метода используется показатель «оседающие вещества». Проба воды помещается в цилиндр, после чего оценивается, какое количество взвешенных веществ осядет за 2 часа. Измеряется в мг/л и процентах от сухого остатка. Оседающие вещества в городских сточных водах, как правило, составляют 65–75 %.

Необходимость вычисления сухого остатка обусловлена дальнейшей обработкой промышленных и коммунальных стоков при помощи биологических методов (бактерии), и на этой стадии количество взвешенных веществ не должно превышать 10 г/л.

Следующим важным параметром сточных вод является зольность твердых примесей. Прокаливание сухого остатка проводят при температуре «красного» каления (500–600°С), в результате чего часть химических соединений сгорает и улетучиваются в виде оксидов, углерода, водорода, азота, серы и других примесей, вес пробы уменьшается. Массу остатка, называемого золой, делят на первоначальную массу образца и получают зольность, выраженную в процентах. Для городских сточных вод характерна зольность 25–35 %.

Еще одним показателем является окисляемость. Данный показатель является санитарным, сфера его актуальности распространяется также не только на сточные воды. Окисляемость указывает на степень загрязнения воды органическими и неорганическими веществами, но также он используется для оценки степени органического загрязнения. Окисляемость определяется при помощи аэробных гетеротрофных бактерий (биохимическая окисляемость) и посредством химических реакций (химическая окисляемость — бихроматная, иодатная и т. д.).

Единицами измерения окисляемости является потребление кислорода: БПК и ХПК — биохимическое и химическое потребление кислорода, выраженное в миллиграммах О2 на литр. Большое значение имеет соотношение БПК к ХПК, которое позволяет прогнозировать, какое количество загрязнителей может быть удалено при помощи биологических методов очистки. [3, с. 141]

Химическая окисляемость определяет общее содержание в воде восстановителей — органических и неорганических, реагирующих с окислителями. В сточных водах преобладают органические восстановители, поэтому, как правило, всю величину окисляемости относят к органическим примесям воды.

Важнейшими показателям для сохранности гидросферы и эффективности биологической очистки является содержание фосфора и азотистых соединений. В сточных водах определяется содержание общего, нитратного, нитритного и аммонийного азота. От количества соединений азота зависит степень эффективности биологической очистки. При малом содержание азота в производственных сточных водах на стадии биологической очистки добавляют в воду хлористый аммоний. В хозяйственных стоках концентрация соединений азота всегда высока, из-за обилия поступающих веществ, связанных с процессом человеческой жизнедеятельности.

Читайте также:  Анализы воды и их критика

Концентрация фосфора в сточных водах всегда превышает ПДК. Основой поступления фосфатов в сточные воды служат фосфатные компоненты синтетических моющих средств и фекальные стоки, поступающие как из хозяйственной, так и из промышленной сферы. Избыток фосфорсодержащих соединений является одной из главных причин эвтрофикации водоемов.

Следующими показателями состояния сточных вод являются сульфаты и хлориды. Концентрация сульфатов в городских сточных водах обычно находится на уровне 100- 150 мг/л, хлоридов — 150–300 мг/л. В промышленных стоках (в частности, на металлургических заводах) уровень хлоридов и сульфатов значительно выше, к тому же к ним добавляются цианиды, аммиак и роданистые соединения.

Представленные выше показатели важны для оценки загрязненности стоков, так же их следует учитывать и в процессе трактовки данных, полученных в ходе иных анализов. Концентрацию хлоридов важно знать при определении ХПК, так как хлориды окисляются бихроматом калия до молекулярного хлора. Поэтому при концентрации хлоридов более 200 мг/л требуется их предварительное осаждение или введение поправки к результату анализа ХПК. Синтетические поверхностно-активные вещества, или СПАВ, так же являются серьезными загрязнителями естественных водоемов. Воздействие СПАВ напрямую влияет на эвтрофикацию рек и озер, угнетение процессов самоочищения гидросферы, торможение биохимических процессов в водоемах, вызывая другие губительные для биоценоза процессы.

Большинство СПАВ — органические вещества, состоящие из двух частей: гидрофобной и гидрофильной. Гидрофобная часть СПАВ соединена обычно с одной гидрофильной группой. В зависимости от физико-химических свойств гидрофильной части СПАВ делятся на три основных типа: анионактивные, катионоактивные, неионогенные. Каждый тип в свою очередь делится на классы в зависимости от химического состава гидрофобной части.

Примерно 75–80 % всех СПАВ, применяемых в быту и промышленности, составляют анионактивные. Важнейшим из них являются: алкилсульфаты с общей формулой R—O—SO3Na (где R — углеводородный радикал с числом углеродных атомов от 10 до 20); алкилсульфонаты R—SO3Na (с числом углеродных атомов 12–15) и алкиларилсульфонаты R—C6Н4—SO3Na (с числом углеродных атомов в радикале 5–18).

Так же присутствие СПАВ резко отрицательно сказывается на работе очистных сооружений, во время очистки сточных вод поверхностно-активные вещества замедляют процессы осаждения твердых взвешенных частиц, провоцируют появление пены в очистных сооружениях и препятствуют биологической очистке. Для предотвращения данных процессов содержание СПАВ в стоках, поступающих на стадию биологической очистки, не должно превышать 20 мг/л. Некоторые фракции (в частности, жесткие СПАВ) предварительно должны быть полностью удалены химическими и физико-химическими методами.

Поверхностно-активные вещества присутствуют во всех сточных водах, в том числе и хозяйственно-бытовых. Источниками СПАВ в сточных водах является результат широкого применения их в быту и промышленности в качестве моющих средств, а также смачивающих, эмульгирующих, выравнивающих, дезинфицирующих препаратов.

Наиболее высокая концентрация токсических веществ определяется в промышленных сточных водах и классифицируются на две категории — неорганические и органические. К органическим токсическим веществам относятся нефтепродукты, смолы, карбоциклические соединения, пестициды, красители, кетоны, фенолы, спирты и СПАВ. Неорганические компоненты представлены солями, щелочами, кислотами и различными химическими элементами (хром, алюминий, свинец, никель, фтор, бор, железо, ванадий и т. д.).

В хозяйственно-бытовых и сельскохозяйственных сточных водах основными биологическим загрязнителями являются бактерии, вирусы, патогенные простейшие и яйца гельминтов, источником которых являются люди и животные.

Для оценки фекальной загрязненности сточных вод используются микробиологические анализы — определение общего микробного числа и количества общих колиформ (коли-тест). Основная задача данных анализов оценить степень фекального загрязнения воды, а не выявление самого факта наличия патогенных микроорганизмов. Вывод делается на основе степени загрязнения сточных вод фекалиями: чем выше уровень загрязнения, тем выше вероятность присутствия патогенных организмов в воде.

Бактериологический анализ сточных вод необходим для оценки эффективности работы очистных сооружений и дает представление о необходимых корректировках процесса очистки сточных вод. Дезинфекция проводится хлором, который оказывает негативное воздействие на качество воды.

Последним показателем является растворенный кислород. Содержание растворенного кислорода (РК) в воде характеризует кислородный режим водоема и имеет важнейшее значение для оценки его экологического и санитарного состояния. Он также необходим для самоочищения водоемов, т. к. участвует в процессах окисления органических и других примесей, разложения отмерших организмов. Снижение концентрации РК свидетельствует об изменении биологических процессов в водоеме, о загрязнении водоема биохимически интенсивно окисляющимися веществами (в первую очередь органическими). Потребление кислорода обусловлено также химическими процессами окисления содержащихся в воде примесей, а также дыханием водных организмов. Поэтому важным фактором является соблюдение качества очищенной воды, поступающей в естественные водоемы. [5, с. 49]

Оценка качественного и количественного состава загрязнителей сточных вод необходима не только для составления плана очистных мероприятий, но и для повышения их эффективности, а так же для мониторинга и последующего прогнозирования негативного антропогенного воздействия на гидросферу и экосистему в целом. Проблемы загрязненности сточных вод, методов очистки и возвращения в естественные источники или их повторное использование, давно перестали быть чем то далеким и несбыточным. За последние 150 лет качество наземных и подземных источников воды резко ухудшилось и требует не только использования современных норм и стандартов, но так же и поиск, разработку и внедрение новых идей и подходов, как к контролю поступающих загрязняющих веществ, так и к методам очистки сточных вод.

1. Советский энциклопедический словарь/Научно-редакционный совет: А. М. Прохоров (пред.).- М.: «Советская энциклопедия», 1981.- 1287 с.

2. Водоотведение и очистка сточных вод: Учебник для вузов/С. В. Яковлев, Я. А. Карелин, Ю. М. Ласков, В. И. Калицун.- М.:Стройиздат, 1996.- 59 с.

3. Комплексное использование и охрана водных ресурсов. Под редакцией О. А. Юшманова М.: Агропромиздат 1985.- 141 с.

4. Евилович А. З. Утилизация осадков сточных вод М.: Стройиздат 1989.- 76 с.

5. Методы охраны внутренних вод от загрязнения и истощения Под редакцией И. К. Гавич М.: Агропромиздат 1985.- 49 с.

источник

Величина рН в воде водоемов хозяйственно-питьевого водопользования регламентируется в пределах 6,5 — 8,5. В большинстве природных вод рН составляет от 6,5 до 8,5 и зависит от соотношения концентраций свободного оксида углерода (IV) и HCO3 — . Более низкие значения рН могут наблюдаться в кислых болотных водах за счет повышенного содержания гуминовых и фульвокислот. Летом при интенсивном фотосинтезе рН может повышаться до 9. На величину рН влияет содержание карбонатов, гидроокисей, солей, подверженных гидролизу, гуминовых веществ и др.

В результате происходящих в воде химических и биологических процессов и потерь углекислоты рН воды может быстро меняться, поэтому рН следует измерять сразу же.

Для ориентировочного определения рН можно пользоваться универсальным бумажным индикатором.

Потенциометрический метод определения рН отличается большой точностью (0,02). Определению не мешают окраска, мутность, свободный хлор, окислители, восстановители, повышенное содержание солей.

После проверки потенциометра ополосните дистиллированной водой стаканчик и электроды. Налейте в стаканчик анализируемую воду и измеряйте рН 2 – 3 раза с интервалом 2 – 3 мин. Последние два показания прибора должны быть одинаковыми. Если исследуемая вода имеет низкую температуру (около 0 0 С), то она должна быть нагрета до комнатной температуры.

Определение цветности воды

Цветность природных вод обусловлена главным образом присутствием гуминовых веществ и комплексных соединений железа (III). Количество этих веществ зависит от геологических условий, водоносных горизонтов, характера почв, наличия болот и торфяников в бассейне реки и т.д.

Цветность воды определяют визуально. Результаты выражают в градусах цветности. Цветность от 0 до 50 0 выражается с точностью до 2 0 , от 51 до 100 0 – до 5 0 , от 101 до 250 0 – до 10 0 , от 251 до 500 0 до 20 0. . При цветности выше 80 0 воду необходимо разбавлять.

Приготовление стандартных растворов

Раствор 1: 0,0875 г K2Cr2O7, 2 г CoSO4×7H2O и 1 мл серной кислоты (пл. 1,84 г/см 3 ) растворите в дистиллированной воде в мерной колбе на 1 л, доведите объем раствора до метки дистиллированной водой. Этот раствора соответствует цветности 500 0 .

Раствор 2: 1 мл серной кислоты (пл. 1,84 г/см 3 ) растворите в дистиллированной воде в мерной колбе на 1 л, доведите объем раствора до метки дистиллированной водой.

Подготовка шкалы стандартных растворов. Смешивая растворы 1 и 2 в соотношениях, указанных в таблице, приготовьте шкалу цветности.

Раст-вор Градусы цветности
N1,мл N2,мл

В цилиндр, однотипный с теми, в которых приготовлена шкала, налейте 100 мл исследуемой воды. Просматривая сверху на белом фоне, подберите раствор шкалы с тождественной окраской.

Запах воды водоемов не должен превышать 2 баллов, обнаруживаемых непосредственно в воде. Определение основано на органолептическом исследовании характера и интен­сивности запаха воды при 20 0 и 60 0 С.

Запах воды обусловлен наличием в ней летучих и пахнущих веществ, которые попадают в неё естественным путем или сточными водами. По характеру запахи делятся на две группы.

Запахи естественного происхождения описываются по следующей терминологии.

Символ Характер запаха Примерный род запаха
А Ароматический Огуречный, цветочный
Б Болотный Илистый, тинистый
Г Древесный Запах мокрой щепы, древесный
З Землистый Прелый, свежевспаханной земли
Р Рыбный Рыбы, рыбьего жира
С Сероводород Тухлых яиц
Т Травянистый Сена, скошенной травы
Н Неопределенный Не подходящий под предыдущие определения

Чистые природные воды запахов не имеют.

Запахи искусственного происхождения (от промышленных выбросов, для питьевой воды – от обработки воды реагентами на водопроводных сооружениях и т.п.) называют по соответствующим веществам: хлорфенольный, камфорный, бензиновый, хлорный и т.п.

Интенсивность запаха оценивают по пятибалльной системе, приведенной в таблице.

Балл Интенсивность запаха Описание определения
Никакого Отсутствие ощутимого запаха.
Очень слабый Запах, обнаруживаемый опытным исследователем.
Слабый Запах, не привлекающий внимания, но такой, который можно заметить, если указать на него.
Отчетливый Запах, обращающий на себя внимание и делающий воду непригодной для питья.
Заметный Запах, легко обнаруживаемый и могущий дать повод относиться к воде с неодобрением.
Очень сильный Запах настолько сильный, что делает воду непригодной для питья

Водой, не имеющей запаха, считается такая, запах которой не превышает 2 балла.

100 мл исследуемой воды при 20 0 С налейте в колбу вместимостью 150 – 200 мл с ши­роким горлом, накройте часовым стеклом или притертой пробкой, встряхните вращательным движением, откройте пробку или сдвиньте часовое стекло и быстро определите характер и интенсивность запаха. Затем колбу нагрейте до 60 0 С на водяной бане и также оцените запах.

Определение прозрачности воды

Прозрачность воды обусловлена ее цветом и мутностью, т.е. содержанием в ней различных окрашенных и взвешенных органических и минеральных веществ. Мерой прозрачности служит высота столба воды, при котором можно различать на белой бумаге стандартный шрифт определенного размера и типа. Прозрачность по шрифту выражают в см и определяют с точностью 0,5 см. Стандартный шрифт имеет высоту букв 3,5 мм.

В цилиндр с внутренним диаметром 2,5 см и высотой 30 см налейте исследуемую воду и поместите его неподвижно над шрифтом на высоте 4 см. Сливая и доливая исследуемую воду, найдите высоту столба, еще позволяющую читать шрифт. Исследование проводите в хорошо освещенном помещении, но не на прямом свету, на расстоянии 1 м от окна. Измерение повторите 2 – 3 раза.

Определение перманганатной окисляемости

Окисляемость – общее количество содержащихся в воде восстановителей (неорганических и органических), реагирующих с сильными окислителями, например, бихроматом или перманганатом калия. Результаты определения окисляемости выражают в миллиграммах кислорода на 1 л воды (мг О/л).

Все методы определения окисляемости условны, а полученные результаты сравнимы только в том случае, когда точно соблюдены все условия анализа.

Наиболее полное окисление достигается бихроматом калия, поэтому бихроматную окисляемость нередко называют «химическим потреблением кислорода» (ХПК). Большинство соединений окисляется при этом на 95 – 100%. Нормативы ХПК воды водоемов хозяйственно-питьевого назначения – 15 мг О/л, культурно – бытового – 30 мг О/л.

Метод перманганатометрической окисляемости основан на окислении веществ, присутствующих в воде, 0,01 н. раствором KMnO4 в сернокислой среде при кипячении. Без разбавления можно определять окисляемость до 10 мг кислорода в 1 л.

При определении перманганатной окисляемости после реакции должно остаться не менее 40% введенного перманганата калия, так как степень окисления зависит от его концентрации. При большом расходе реагента пробу необходимо разбавлять.

В колбу поместите 100 мл исследуемой воды (или разбавленной до 100 мл), несколько капилляров или кусочков пемзы, прилейте 5 мл разбавленной серной кислоты (1:3) и 10 мл 0,01 н. раствора KMnO4. Смесь нагревайте так, чтобы она закипела не ранее, чем через 5 мин, и кипятите точно 10 мин, закрыв колбу маленькой конической воронкой для уменьшения испарения. К горячему раствору прибавьте 10 мл 0,01 н. раствора щавелевой кислоты. Обесцвеченную горячую (80-90 0 С) смесь титруйте 0,01 н. раствором KMnO4 до слабо розового окрашивания.

Если в процессе кипячения содержимое колбы потеряет розовую окраску или побуреет, то определение необходимо повторить, разбавив исследуемую воду. Определение также необходимо повторить, если при обратном титровании щавелевой кислоты израсходовано более 7 мл или менее 2 мл 0,01 н. раствора KMnO4.

Одновременно проведите холостой опыт со 100 мл дистиллированной воды, обрабатывая ее так же, как и анализируемую воду. Расход перманганата калия не должен превышать 0,3 мл.

;

где Х – перманганатная окисляемость, мг О/л;

V1 – объем перманганата калия, пошедший на титрование исследуемой воды, мл;

V2 – объем перманганата калия, пошедший на титрование холостой пробы воды, мл;

N – нормальность раствора перманганата калия;

V – объем пробы, взятой для анализа, мл.

Определение биологического потребления кислорода (БПК)

БПК — количество кислорода (мг), требуемое для окисления находящихся в 1 л воды органических веществ в аэробных условиях при 20 0 С в результате протекающих в воде био­химических процессов за определенный период времени (БПК за 3, 5, 10, 20 т.д. суток).

Установлено, что при загрязнении водоемов преимущественно хозяйственно-бытовыми сточными водами с относительно постоянным составом и свойствами БПК5 (5-суточное) составляет 70% БПК полного.

Нормативы БПК воды водоемов хозяйственно-питьевого назначения – 3 мг/л кисло­рода, культурно – бытового – 6 мг/л кислорода.

Среди различных методов определения БПК наиболее распространено определение по разности содержания кислорода до и после инкубации при стандартных условиях (при 20 0 С в аэробных условиях без дополнительного доступа воздуха и света).

БПК определяют в натуральной, тщательно перемешанной воде.

Проба для анализа БПК должна быть обработана в день отбора (или при условии хранения пробы в холодильнике на следующий день). Для отбора проб воды необходимо использовать посуду с притертыми пробками и следить, чтобы при отборе проб воды она переливалась через край склянок.

РН воды при определении БПК должна быть в пределах 6,5 – 8,5. Температура исследуемой воды должна быть 20 0 С. Для аэрации воды необходимо перед анализом встряхивать воду в колбе, заполненной водой на ¾ объема, в течение 1 мин. и затем быстро перенести воду в специальные колбы с притертыми крышками, заполняя колбы до самых краев.

Для фиксации кислорода введите в 8 колб емкостью 100 мл с анализируемой водой по 1 мл хлорида или сульфата марганца (400 г MnSO4×2H2O или 425 г MnCl2×2H2O растворите в 1 л дистиллированной воды) и по 1 мл щелочного раствора йодида калия (150 г KI растворите в 100 мл дистиллированной воды, 500 г NaOH растворите в 500 мл свежеприготовленной дистиллированной воды, оба раствора смешайте и доведите общий объем в мерной колбе до 1л). Пипетки на 1 мл следует погружать до дна колбы, часть жидкости при этом будет выливаться. После введения реактивов закройте склянки пробками, перемешайте резким перевертыванием. В таком виде оставьте склянки соответственно две на 3, две на 5 и две на 10 сут. Содержимое двух склянок проанализируйте сразу же.

Перед титрованием (осадок должен хорошо осесть) прибавьте в каждую склянку по 5 мл соляной кислоты (2:1), при этом часть жидкости будет переливаться через край. Каждую склянку закройте пробкой и содержимое её перемешайте, осадок гидроксида марганца при этом растворится и окислит йодистые соединения, а выделившийся йод окрасит раствор в желтый цвет. После перемешивания каждую пробу перенесите в колбу для титрования на 250 – 300 мл и быстро титруйте 0,02 н. раствором тиосульфата натрия в присутствии индикатора крахмала до исчезновения окраски.

;

где Х – содержание растворенного кислорода, мг/л;

V – объем тиосульфата натрия, пошедший на титрование исследуемой воды, мл;

V1 – объем кислородной склянки, мл;

V2 – объем всех реактивов, внесенных в воду для фиксации кислорода, мл;

N – нормальность раствора тиосульфата натрия;

где Х1 – содержание растворенного кислорода в пробе до начала инкубации (нулевой день);

Х2 – содержание растворенного кислорода в пробе после инкубации.

Определение щелочности или кислотности воды

После определения рН воды можно приступить к определению щелочности (если рН>7) или кислотности (если рН — , анионами слабых кислот (например, карбонаты и гидрокарбонаты). Щелочность определяется количеством сильной кислоты, необходимой для замещения этих анионов. Расход кислоты эквивалентен их общему содержанию и выражает общую щелочность воды. Щелочность выражают в мг-экв/л.

В обычных природных водах щелочность зависит в основном от присутствия гидрокарбонатов щелочноземельных металлов, в меньшей степени щелочных. В этом случае значение рН воды не превышает 8,3. Растворимые карбонаты и гидроксиды повышают значение рН.

Отберите 100 мл исследуемой воды, добавьте 2-3 капли индикатора метилоранжа и титруйте 0,1 н раствором соляной кислоты в присутствии контрольного раствора до перехода окраски из желтой в оранжевую.

;

где Щ – щелочность воды, мг-экв/л;

V – объем соляной кислоты, пошедший на титрование исследуемой воды, мл;

VП – объем пробы, взятый для анализа, мл;

N – нормальность раствора соляной кислоты;

Кислотностью называется содержание в воде веществ, вступающих в реакцию с гидроксил — ионами. Расход щелочи, пошедшей на реакцию, выражает общую кислотность воды. В обычных природных водах кислотность в большинстве случаев зависит только от содержания свободного CO2. Естественную часть кислотности создают также гуминовые и другие слабые органические кислоты. В этих случаях рН воды не бывает ниже 4,5. Кислотность выражают в мг-экв/л.

Отберите 100 мл исследуемой воды, добавьте 2-3 капли индикатора фенолфталеина и титруйте 0,1 н раствором гидроксида натрия до появления розовой окраски, не исчезающей в течение 30 секунд.

;

где К – кислотность воды, мг-экв/л;

V – объем гидроксида натрия, пошедший на титрование исследуемой воды, мл;

VП – объем пробы, взятый для анализа, мл;

N – нормальность раствора гидроксида натрия.

Определение жесткости воды

Определение карбонатной жесткости воды

Жесткость воды изучают, чтобы выяснить её пригодность для растениеводства, животноводства, а также для технических целей. Под жесткостью понимают суммарное содержание в воде солей кальция и магния. Общую жесткость определяют комплексонометрическим методом, а карбонатную или временную жесткость – методом нейтрализации. Карбонатная жесткость зависит от содержания в воде гидрокарбонатов кальция и магния. Она почти полностью устраняется кипячением, при котором гидрокарбонаты разлагаются:

Поэтому карбонатную жесткость называют также устранимой, или временной. Карбонатная жесткость отвечает той части катионов кальция и магния, которая эквивалентна содержащимся в воде анионам гидрокарбонатов этих металлов. Жесткость принято выражать в ммоль экв/л.

Поместите 100 мл исследуемой воды в коническую колбу. Прибавьте 2-3 капли индикатора метилоранжа, перемешайте и титруйте раствором HCl до перехода желтой окраски индикатора в оранжевую. Титрование повторите не менее трех раз, до получения хорошо сходимых результатов.

Результаты рассчитайте в ммоль экв/л.

Определение общей жесткости воды

Под общей жесткостью понимают суммарное содержание ионов кальция и магния в воде, выраженное в ммоль экв/л. Она складывается из карбонатной (временной) и некарбонатной (постоянной) жесткости воды. Некарбонатная жесткость обусловлена наличием в воде сульфатов, хлоридов, силикатов, нитратов и фосфатов этих металлов.

Жесткость воды колеблется в широких пределах: от 0,1-0,2 ммоль экв/л в реках и озерах, расположенных в зонах тайги и тундры, до 80 ммоль экв/л и более — в подземных водах, морях и океанах. Различают воду мягкую (общая жесткость до 2 ммоль экв/л), средней жесткости (2-10 ммоль экв/л) и жесткую (более 10 ммоль экв/л). В поверхностных водоисточниках преобладает, как правило, карбонатная жесткость (70-80% от общей). Наибольшего значения жесткость воды достигает в конце зимы, а наименьшего – в период паводка. Так, в реке Волге (г. Нижний Новгород) максимальная жесткость бывает в марте (4,3 ммоль экв/л), а минимальная — в мае (0,5 ммоль экв/л). В подземных водах жесткость воды наиболее постоянна и меньше изменяется в течение года.

Повышенная жесткость способствует усиленному образованию накипи в паровых котлах, отопительных приборах и бытовой металлической посуде, что значительно снижает интенсивность теплообмена. В воде с высокой жесткостью плохо развариваются овощи и мясо, так как катионы кальция образуют с белками пищевых продуктов нерастворимые соединения. Большая магниевая жесткость придает воде горький привкус, поэтому содержание магния не должно превышать 100 мг/л. Общая жесткость питьевой воды во избежание ухудшения ее органолептических свойств должна быть не более 7 ммоль экв/л.

Для устранения или уменьшения жесткости воды применяют специальные методы. Из реагентных методов наиболее распространен известково-содовый, а при комбинировании его с ионообменными методами можно получить глубоко умягченную воду.

Поместите 100 мл исследуемой воды в коническую колбу. Прибавьте 20 мл аммонийного буферного раствора (рН = 10) и на кончике шпателя — несколько кристалликов индикатора эриохрома черного Т или кислотного хром темно-синего. Раствор перемешайте, после появления винно-красной окраски титруйте 0,05 н. раствором трилона Б до перехода окраски в синюю. Титрование повторите не менее трех раз, до получения хорошо сходимых результатов.

Результаты рассчитайте в ммоль экв/л.

Определение нитратов потенциометрическим методом

с ион-селективным электродом

Предельно допустимая концентрация нитратов в воде водоемов 45 мг/л, лимитирующий показатель вредности санитарно-токсикологический.

Массовую долю нитратов в миллионных долях находят по величине рС(NO3 — ) с помощью данных, приведенных в ниже представленной таблице.

Для проведения анализа необходим иономер типа ЭВ-74, рН-милливольтметр рН-340 или рН-121 (с ион-селективным нитратным электродом и электродом сравнения хлорсеребряным).

Подготовка электрода к работе. До начала работы заполните электрод водным раствором, содержащим нитрат калия и хлорид калия (10,11 г KNO3 и 0,37 г KCl растворите в мерной колбе на 1 л и доведите до метки дистиллированной водой). После этого электрод сутки выдерживайте в 0,1 М растворе KNO3. Перед началом работы нитратный электрод поместите на 10 минут в стаканчик с дистиллированной водой.

50 мл воды поместите в стаканчик и измеряйте концентрацию иона нитрата. Перед измерением ион — селективный электрод тщательно ополосните дистиллированной водой и выдерживайте его в дистиллированной воде 10 мин. Измерения повторите три раза и возьмите среднеарифметическое значение трех измерений.

Измерение концентрации иона нитрата проводите непосредственно в логарифмических единицах рС(NO3 — ) = -lgС(NO3 — ) по шкале иономера, предварительно отградуированного по растворам сравнения.

Определение активного хлора

Хлор активный (суммарное содержание свободного хлора, хлорноватистой кислоты, гипохлорит — ионов и хлораминов) в воде водоемов должен отсутствовать, лимитирующий показатель вредности общесанитарный.

Метод основан на том, что свободный хлор, хлорноватистая кислота, гипохлорит — ионы и хлорамины в кислой среде выделяют из йодида калия йод, который оттитровывают тиосульфатом в присутствии крахмала.

Дата добавления: 2014-01-07 ; Просмотров: 756 ; Нарушение авторских прав? ;

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

источник

2 Общее содержание примесей

5 Оседающие и всплывающие вещества

8 Биохимическое потребление кислорода (БПК)

Разработан: ГипроНИсельхоз (Институт Гипронисельхоз )

Разработан: ЛИСИ Минвуза РСФСР

Разработан: Свинопром РСФСР

Разработан: Совхоз 50 лет СССР Калининской области

Издан: Главсельстройпроект Минсельхоза СССР

Издан: Департамент градостроительства и архитектуры Минземстроя России

Издан: Проектный институт Промстройпроект

Утвержден: ЗАО НПО Стройполимер 17.11.1980

Утвержден: КГУ Типография администрации Краснодарского края 17.11.1980

Утвержден: Министерство сельского хозяйства СССР 17.11.1980

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА СССР
ГЛАВСЕЛЬСТРОЙПРОЕКТ
ГИПРОНИСЕЛЬХОЗ

ИНСТРУКЦИЯ
ПО ЛАБОРАТОРНОМУ КОНТРОЛЮ
ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ
НА ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ КОМПЛЕКСАХ

МЕТОДЫ ХИМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА СТОЧНЫХ ВОД
ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ

В разработке инструкции приняли участие научно-исследовательские институты и организации: Гипронисельхоз (Н.Г. Ковалев, М.М. Еселевич, Н.С. Максимовский, И.К. Глазков, С.Д. Дурдыбаев, С.А. Кабанкова); Свинопром РСФСР, (Ю.М. Ревякин), совхоз «50 лет СССР» Калининской обл. (П.П. Смирнов); Укрниигипросельхоз (О.П. Смирнов), НИИТИМЭСХ Нечерноземной зоны РСФСР (В.Н. Афанасьев), ЛИСИ (Б.Г. Мишуков), ВНИИМЖ (Ю.Е. Шуть, В.И. Нетеча), ВНИИВС (И.Д. Гришаев), Росгипрониисельстрой (И.П. Можайцев), ВИГИС (А.А. Черепанов).

Инструкция включает правила организации лабораторий по контролю за работой очистных сооружений, методики отбора и хранения проб жидкого навоза и продуктов его переработки, проведение химических, санитарно-бактериологических и гельминтологических анализов, методы оценки результатов контрольных измерений, правила техники безопасности при работе в лаборатории и предназначена для использования в лабораториях действующих и строящихся комплексов по производству животноводческой продукции.

Инструкция согласована с Главным управлением ветеринарии Министерства сельского хозяйства СССР, Главживпромом СССР, Главсельстройпроектом, Минздравом СССР, Минводхозом СССР. Утверждена Министерством сельского хозяйства СССР 17 ноября 1980 г.

Температура. В стоках ее измеряют одновременно с отбором пробы ртутным термометром. При измерении температуры сточной воды определяют и температуру воздуха (± 0,5 °С).

В сосуд наливают не менее 1 л стоков и погружают нижнюю часть термометра. Показания термометра определяют через 5 мин. Сосуд в период определения температуры должен быть защищен от воздействий тепла и солнечного света [4, 5, 6].*

* Список литературы, см. III часть данной инструкции.

Окраска. Цвет воды определяют визуально — светло-желтый, бурый, серый и т.д. [4, 5, 6].

Цветность. При содержании большого количества взвешенных веществ цветность стоков определяют после отстаивания или фильтрации.

Пробу наливают в цилиндр с плоским дном. Высота столбика воды должна быть 10 см. Пробу в цилиндре рассматривают сверху на белом фоне при рассеянном дневном освещении, для контроля ставят такой же цилиндр с дистиллированной водой. Результат определения записывают, указывая оттенки и интенсивность окрашивания (бесцветная, зеленоватая, слабо-желтая, бурая и т.д.).

Прозрачность. Ее определяют, применяя цилиндры Снеллена. При отсутствии их используют широкий цилиндр (диаметр 5 — 7 см) и плоским дном, со шкалой на 30 — 50 см, разделенной на линейные миллиметры.

Пробу наливают в цилиндр, под который на расстоянии 2 см от дна цилиндра положен текст, напечатанный шрифтом Снеллена (высота букв 3,5 мм). Избыток воды спускают сифоном до тех пор, пока можно будет прочесть текст. Высоту столба жидкости отсчитывают по шкале или измеряют линейкой с миллиметровой шкалой. Результат выражают в сантиметрах, как среднее арифметическое двух определений [5, 6].

Мутность. Она обусловлена присутствием в пробе нерастворенных и коллоидных веществ неорганического и органического происхождения. Мутность воды характеризуют как прозрачная, опалесцентная, слабая муть, мутная и т.д. [7].

Запах. Определяют запах пробы в открытом сосуде. Если запах не ясен, то отливают небольшое количество стоков в колбу, накрывают ее часовым стеклом и подогревают до 50 — 65 °С, после чего запах определяют как гнилостный, фекальный, сероводородный, навозный и т.д. [4, 5, 7].

Концентрация ионов водорода (pH). Под активной реакцией (pH) подразумевают кислотные и щелочные свойства сточной воды, обусловленные концентрацией в воде ионов водорода (H+) и гидроксида (OH-). Условная величина pH равна отрицательному десятичному логарифму концентрации ионов водорода. Величину pH определяют колориметрическим или электрометрическим методом.

Ориентировочное определение pH проводят с помощью индикаторных бумажек. Для этого конец полоски универсальной индикаторной бумажки опускают в исследуемый раствор или каплю этого раствора наносят на полоску индикаторной бумаги с помощью стеклянной палочки. Появившуюся окраску сравнивают со стандартной шкалой с точностью ± 0,5 ед. pH.

Электрометрический метод определения pH со стеклянным электродом является наиболее точным методом, не зависящим от присутствия в пробе окислителей или восстановителей, наличия цветности и мутности, взвеси, свободного хлора, повышенного содержания солей в пробе. Метод основан на том, что изменение pH на единицу вызывает изменение потенциала электрода на 5,81 мВ при 20 °С. Результат определения зависит от температуры стоков. Температуру регулируют специальным устройством, вмонтированным в лабораторный pH-метр. Если такое устройство отсутствует, пробу следует нагреть или охладить до требуемой температуры.

Определение pH проводят на лабораторном pH-метре (потенциометре) со стеклянным электродом измерения и каломельным электродом. Методика определения дана в описании к прибору [5].

2.1. Определение сухого остатка.

Сухой остаток — это масса всех растворенных и взвешенных веществ, которую определяют при выпаривании определенного объема взболтанной пробы на водяной бане, высушивании остатка пробы при 105 °С до постоянной массы и взвешивании [7].

Аппаратура. Фарфоровые чашки, водяная баня, сушильный шкаф (105 °С), электрическая муфельная печь (600 °С), эксикатор.

Ход определения. В предварительно взвешенную фарфоровую чашку переносят 100 — 200 мл тщательно перемешанной сточной жидкости и выпаривают на водяной бане до сухого остатка. Дно чашки с наружной стороны обтирают фильтровальной бумагой, смоченной разбавленной соляной кислотой, а потом дистиллированной водой. После выпаривания сухой остаток сушат в сушильном шкафу при 105 °С до постоянной массы. Охлажденную в эксикаторе чашку с высушенным остатком взвешивают.

Расчет. Общее содержание примесей (X, мг/л — сухой остаток) вычисляют по формуле:

где m2 — масса чашки с высушенным остатком, мг;

m1 — масса пустой чашки, мг;

V — объем пробы, взятой для определения, мл;

1000 — единица перевода мл в л.

2.2. Определение сухого остатка пробы после прокаливания (золы).

Чашку с высушенным остатком пробы помещают в муфельную печь и прокаливают при 600 °C до постоянной массы, затем помещают в эксикатор, охлаждают и взвешивают.

Расчет. Массу золы (Y, мг/л) вычисляют по формуле

где m3 — масса чашки с остатком после прокаливания, мг;

m1 — масса пустой чашки, мг;

V — объем пробы, взятой для определения, мл;

1000 — единица перевода мл в л.

Если проба содержит большое количество органических веществ, остаток после прокаливания иногда бывает темного цвета. В этом случае после охлаждения чашку с остатком увлажняют дистиллированной водой, высушивают и снова прокаливают. Органические вещества пробы сильно загрязненных сточных вод удаляют при прокаливании с большим трудом, тогда остаток увлажняют 10 %-ным раствором нитрата аммония. Увлажнение и прокаливание, если необходимо, повторяют несколько раз.

2.3. Определение органического вещества пробы.

Содержание органического вещества сухого остатка (Z, мг/л) определяются по формуле

где m2 — масса чашки с высушенным остатком, мг;

m3 — масса чашки с остатком после прокаливания, мг;

V — объем пробы, взятой для определения, мл;

1000 — единица перевода мл в л.

3.1. Определение плотного остатка.

Плотный остаток определяют выпариванием определенного объема пробы, профильтрованной через бумажный фильтр, высушивают при 105 °С до постоянной массы и взвешивают.

Аппаратура та же, что и при определении общего содержания примесей.

Ход определения. В прокаленную и взвешенную фарфоровую чашку помещают 10 — 100 мл профильтрованной (фильтр с белой лентой) сточной воды и выпаривают на водяной бане. При выпаривании чашку наполняют не более чем на 3/4 ее объема. После выпаривания пробы чашку переносят в сушильный шкаф и сушат при 105 °С до постоянной массы, охлаждают в эксикаторе и взвешивают.

Расчет. Содержание плотного остатка (Х1, мг/л) вычисляют по формуле

где m2 — масса чашки с высушенным остатком, мг;

m1 — масса пустой чашки, мг;

V — объем пробы, взятой для определения, мл;

1000 — единица перевода мл в л.

3.2. Определение остатка после прокаливания (зола).

Для определения растворенных веществ фарфоровую чашку с высушенным остатком пробы помешают в муфельную печь и прокаливают при 600 °C до постоянной массы. Прокаливание ведут осторожно (чтобы избежать потери неорганических веществ) до тех пор, пока остаток в чашке не станет белого или буроватого цвета (при значительном содержании железа). Прокаленную чашку (с золой) помещают в эксикатор, охлаждают и взвешивают.

Расчет. Остаток пробы после прокаливания (Y1, мг/л — масса золы) рассчитывают по формуле

где m3 — масса чашки с остатком после прокаливания, мг;

m1 — масса пустой чашки, мг;

V — объем пробы, взятой для определения, мл;

1000 — единица перевода мл в л.

По разности между массой растворенных веществ и массой золы определяют приближенное содержание органических веществ или потерю их при прокаливании.

Примечание. При прокаливании сухого остатка улетучиваются, кроме органических веществ, частично и неорганические компоненты: кристаллизационная и гигроскопическая вода, углекислый газ из карбонатов кальция и магния, соляная кислота, окислы азота, образующиеся при восстановлении нитратов. Многие органические вещества испаряются при выпаривании. Натриевые соли органических кислот превращаются в углекислый натрий. Ошибка при расчетах будет тем больше, чем меньше органических загрязнений [8].

4.1. Определение взвешенных веществ фильтрованием через бумажный фильтр.

Сущность метода — задерживать на фильтре все взвешенные вещества, содержащиеся в отмеренном объеме тщательно перемешанной пробы, и определять их массу после высушивания в сушильном шкафу при 105 °С.

Метод применяют при содержании в пробе взвешенных веществ не менее 100 мг/л. Пробы для определения взвешенных веществ не консервируют [6].

Ход определения. Беззольные фильтры средней плотности (белая лента) помещают предварительно в бюксы и высушивают с открытыми крышками при 105 °С до постоянной массы. После сушки бюксы с фильтром закрывают крышками, помещают в эксикатор, охлаждают и взвешивают. Через фильтр, подготовленный таким образом, пропускают 10 — 1000 мл (в зависимости от содержания взвешенных веществ) тщательно перемешанной сточной жидкости. Для ускоренного фильтрования используют воронку Бюхнера и водоструйный насос. Пробу сточной воды отбирают мерным цилиндром. Оставшийся на стенках цилиндра осадок смывают небольшой порцией фильтрата. Фильтр помещают в тот же бюкс, в котором его взвешивали до фильтрования, высушивают в сушильном шкафу при 105 °C до постоянной массы, охлаждают в эксикаторе и снова взвешивают.

Расчет. Содержание взвешенных веществ (X2, мг/л) вычисляют по формуле

где m1 — масса бюкса с фильтром, мг;

m3 — масса бюкса с фильтром и высушенными взвешенными веществами, мг;

V — объем пробы, взятой для определения, мл;

1000 — единица перевода мл в л.

Количеств взвешенных веществ можно определить и другим способом: из показателя общего содержания примесей вычитают количество растворенных веществ.

4.2. Определение взвешенных веществ фильтрованием через мембранный фильтр.

Метод применяют при содержании в пробе взвешенных веществ меньше 100 мг/л. Используют пробы очищенных отстойников из контактного резервуара или биопрудов [9].

Аппаратура. Фильтровальный аппарат Олихова (рис. 1). Можно использовать и прибор Зейтца с металлической трубкой.

Мембранные фильтры (предварительные или № 4). Для удаления имеющегося в их порах воздуха, а также остатков растворителей фильтры кипятят в дистиллированной воде 5 — 10 мин, два — три раза, заменяя после каждого кипячения воду. Просушивают фильтры в сушильном шкафу при 105 °C до постоянной массы два — три часа.

Ход определения. Подготовленный мембранный фильтр, помеченный карандашом и взвешенный на аналитических весах, помещают в прибор для фильтрования. Через фильтр пропускают определенный объем сточной жидкости (объем зависит от количества взвешенных веществ). Если фильтрат недостаточно прозрачный, то его вторично пропускают через тот же фильтр. Для создания вакуума в приборе используют водоструйный или масляный насос. Осевший на стенках прибора осадок смывают фильтратом на мембранный фильтр. По окончании фильтрования фильтр с осадком подсушивают на воздухе, а затем в сушильном шкафу при 105 °C до постоянной массы и взвешивают.

Рис. 1. Прибор Олихова для фильтрования через мембранные фильтры:

1 — стеклянная трубка; 2 — гайка с резьбой; 3 — кран; 4 — вакуумный шланг; 5 — резиновая пробка.

Расчет. Содержание взвешенных веществ (Х, мг/л) вычисляют по формуле

где a — масса мембранного фильтра с осадком, мг;

b — масса мембранного фильтра без осадка, мг;

V — объем профильтрованной анализируемой сточной воды, мл;

Взвешенные вещества определяют измерением объема осадка, выпавшего или всплывшего в течение определенного времени в пробе. Количество оседающих или всплывающих веществ можно определить до и после отстаивания пробы.

Аппаратура. Цилиндры Лисенко (емкостью один литр) для определения небольшого количества оседающих веществ и мерные цилиндры емкостью один литр для определения большого количества оседающих и всплывающих веществ.

Ход определения. В цилиндр Лисенко или мерный цилиндр наливают тщательно перемешанную пробу. Объем оседающих или всплывающих частиц измеряют через 5, 10, 15, 30, 45, 60 и 120 мин. За пять минут до начала отсчета цилиндр несколько раз вращают вокруг вертикальной оси, чтобы отделить частицы, прилипшие к стенкам. Результаты опыта используют при построении графика, отмечая на оси ординат количество всплывающих или оседающих веществ, а на оси абсцисс — время всплывания или оседания частиц.

Если через два часа сточная вода полностью не отстоялась, продолжают наблюдения (в течение 3 — 12 ч). В сточных водах оседающие вещества составляют около 65 — 70 % взвешенных веществ по массе [4].

Количество кислорода, эквивалентное количеству расходуемого окислителя, называется окисляемостью.

В зависимости от применяемого окислителя различают окисляемость перманганатную, бихроматную и т.д. Все методы определения окисляемости условны. Результаты, полученные разными методами, могут быть различными для одной и той же пробы вследствие неодинаковой степени окисления, которая зависит от свойств окислителя, его концентрации, температуры, pH и др. Наиболее полное окисление пробы получают при обработке бихроматом калия в присутствии серной кислоты.

«Общая окисляемость» — это кислородный эквивалент всех окисляющихся органических и неорганических (за исключением хлорид-ионов) веществ.

«Окисляемость с поправкой» — это кислородный эквивалент только органических веществ. Его находят путем вычитания из результата общей окисляемости величин кислородных эквивалентов, присутствующих в пробе нитритов, сульфатов, сульфидов, железа и т.д. [4, 7]. Для сточных вод животноводческих комплексов, содержащих большое количество органических и трудноокисляемых веществ, рекомендуется бихроматный метод определения окисляемости, который в этом случае называют химическим потреблением кислорода (ХПК).

Для получения более точных результатов необходимо определять ХПК исходных навозных стоков во взболтанной пробе.

6.1. Бихроматная окисляемость (химическое потребление кислорода — ХПК).

Сущность метода. В 18 н. растворе серной кислоты (1:1) бихромат калия действует как сильный окислитель, который окисляет при кипячении большинство органических и некоторые минеральные вещества. Окисление органических веществ осуществляется до образования двуокиси углерода и воды, азот выделяется в виде газа. Метод основан на учете бихромата калия, расходуемого на окисление.

3C + 2K2Cr2O7 + 8H2SO4 = 2Cr2(SO4)3 + 2K2SO4 + 8H2O + 3Cl2.

Окисление происходит в сильнокислой среде и сопровождается восстановлением шестивалентного хрома в трехвалентный. Избыток бихромата калия, оставшийся в растворе после окисления, учитывают при титровании солью Мора.

K2Cr2O7 + 7H2SO4 + 6FeSO4 = Cr2(SO4)3 + 3Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 7H2O.

Для лучшего окисления органических веществ в пробе добавляют в качестве катализатора сульфат серебра. Сточные воды от свинооткормочных комплексов, поступающие на очистные сооружения, окисляются без катализатора в среднем на 56 % [10]. Поэтому добавление сернокислого серебра при определении ХПК сточных вод является обязательным.

Подготовка пробы для анализа. Определению качества сточной жидкости мешают хлориды, сульфиды, нитриты, двухвалентное железо. При содержании хлоридов более 200 мг/л результаты ХПК получаются завышенными из-за окисления их бихроматом калия до свободного хлора.

K2Cr2O7 + 7H2SO4 + 6NaCl = Cr2(SO4)3 + K2SO4 + 3Na2SO4 + 7H2O + 3Cl2.

Влияние хлоридов устраняют добавлением соли сернокислой ртути. Если концентрация хлорид-ионов превышает 1 г/л, то следует добавить в пробу на каждый миллиграмм хлорид-иона 15 мг ртути (22,5 мг сернокислой ртути) и 5 мл концентрированной серной кислоты для лучшего растворения сульфата ртути.

Влияние сульфидов можно устранить, добавив бихромат калия и небольшое количество серной кислоты к пробе перед определением, и затем смесь на несколько минут помещают в холодное место.

K2Cr2O7 + 3H2S + 4H2SO4 = Cr2(SO4)3 + 3S + K2SO4 + 4H2O.

При необходимости сероводород, нитриты, двухвалентное железо следует определять отдельно по общепринятым методикам и результат, пересчитанный в мг/г кислорода, вычитают из найденной величины окисляемости [11] .

1 мг H2S соответствует 0,47 мг кислорода

Реактивы. 1. Бихромат калия 0,25 н. Берут 12,259 г бихромата калия, предварительно высушенного в течение двух часов при 105 °С, растворяют в дистиллированной воде (в небольшом количестве) и доводят объем до 1 л.

2. Серная кислота, концентрированная ч.д.а. (плотность — 1,84).

3. Сернокислое серебро кристаллическое (ч.д.а.)

Его готовят следующим образом: растворяют 100 г азотнокислого серебра в 75 мл дистиллированной воды и 50 г сернокислого аммония в таком же объеме воды. Вливают горячий раствор сульфата аммония в горячий раствор азотнокислого серебра при энергичном помешивании стеклянной палочкой. Выделившийся при охлаждении кристаллический осадок серебра отфильтровывают через бумажный фильтр на воронке Бюхнера, и промывают холодной дистиллированной водой до удаления нитрат-ионов. Проводят контроль промывки: в пробирку отбирают немного фильтрата, добавляют такой же объем концентрированной серной кислоты, а затем по стенке пробирки осторожно приливают насыщенный раствор сернокислого железа. Если в фильтрате присутствует нитрат-ион, то в пробирке образуется бурое кольцо. Полученный осадок сернокислого серебра (80 г) сначала сушат между листами фильтровальной бумаги, а потом в сушильном шкафу при 50 °C также между листами фильтровальной бумаги. Хранят осадок в склянке из темного стекла. Все операции проводят быстро, так как сернокислое серебро на воздухе темнеет.

5. Соль Мора 0,25 н. Растворяют 98 г железоаммониевых квасцов (ч.д.а.) в дистиллированной воде, приливают 20 мл концентрированной серной кислоты (для предотвращения образования солей железа) и после охлаждения доводят до объема 1 л дистиллированной водой. При необходимости полученный раствор фильтруют. Хранят раствор в изолированном от воздуха сосуде (рис. 2).

Рис. 2. Прибор для хранения титрованного раствора соли Мора:

1 — раствор соли Мора; 2 — бюретка; 3 — трубка с FeSO4; 4 — склянка Тищенко со щелочным раствором пирогаллона; 5 — резиновая груша.

Титр раствора соли Мора устанавливают для каждой серии проводимых определений: отбирают 25 мл 0,25 н. хромовокислого калия, разбавляют дистиллированной водой приблизительно до 250 мл, приливают 20 мл концентрированной серной кислоты, перемешивают и после охлаждения титруют раствором соли Мора в присутствии индикатора-N-фенилантраниловой кислоты. Титр раствора соли Мора (K, мл) определяют по формуле

где A — объем раствора соли Мора, израсходованного на титрование, 25 мл; 0,25 н. хромовокислый калий, мл; 0,25 — концентрация хромовокислого калия.

6. Индикаторы: а) фенилантраниловая кислота (порошок) — растворяют 0,2 г индикатора в 100 мл. 0,2 %-ного раствора соды. Для лучшего смачивания порошка индикатора рекомендуется взятую навеску предварительно перемешать в фарфоровой чашечке стеклянной палочкой с 2 — 5 мл 0,2 %-ного раствора углекислого натрия до пастообразного состояния, а затем довести содой до объема 100 мл при тщательном перемешивании или 0,25 г фенилантраниловой кислоты растворить в 12 мл 0,1 н раствора едкого натра и разбавить дистиллированной водой до объема 250 мл. Раствор фенилантраниловой кислоты может сохраняться до использования. Прозрачный раствор постепенно темнеет, но не портится;

б) ферроин (порошок) — 1,5 г 1,10 — фенантролина и 0,7 г сернокислого железа растворяют в 100 мл дистиллированной воды. Индикатор сохраняется больше года;

в) дефиниламин (порошок) — 0,5 г растворяют в 100 мл концентрированной серной кислоты и приливают полученный раствор к 20 мл дистиллированной воды. Этот индикатор нужно применять в присутствии фосфорной кислоты (2 мл), устраняющей окислительное действие трехвалентного железа на дифениламин. Индикатор сохраняется больше года.

Аппаратура. Колбы емкостью 250 — 300 мл для кипячения и плоскодонные колбы со шлифом, снабженные пробками с обратным холодильником.

Ход определения. Загрязненные сточные воды перед определением разбавляют так, чтобы расход бихромата калия составлял не более 50 %. 20 мл пробы или меньший ее объем, доведенный до объема 20 мл дистиллированной водой, помещают в колбу со шлифом. Добавляют 10 мл 0,25 н. раствора бихромата калия, 0,4 г сульфата ртути, 0,4 г сульфата серебра. Раствор перемешивают и осторожно приливают к нему 30 мл концентрированной серной кислоты, после чего вставляют в колбу пришлифованный обратный холодильник и кипятят два часа. Прибор для определения ХПК представлен на рис. 3.

В процессе кипячения окраска раствора должна меняться от оранжевой до буровато-коричневой. Если она становится зеленой, опыт нужно повторить (недостаток окислителя). После окончания кипячения и остывания раствора отсоединяют холодильник, смывают остатки смеси из холодильника в колбу, промывают 100 мл дистиллированной водой и весь раствор снова охлаждают. Прибавляют 5 — 10 капель фенилантраниловой кислоты или 3 — 4 капли раствора ферроина или дифениламина (в присутствии фосфорной кислоты). Избыток бихромата калия титруют раствором соли Мора до изменения окраски индикатора (финилантраниловой кислоты: от вишнево-фиолетовой до буровато-зеленой; ферроина — от голубовато-зеленой до красновато-голубой; дифениламина — от оранжево-бурой до зеленой).

Параллельно проводят холостое определение с 20 мл дистиллированной воды.

Расчет. Бихроматную окисляемость (X, мг/л) кислорода вычисляют по формуле

где a — объем раствора соли Мора, израсходованной в холостом опыте, мг;

b — объем раствора соли Мора, израсходованной на титрование пробы, мл;

N — нормальность соли Мора;

K — поправочный коэффициент раствора соли Мора (0,25 н.);

V — объем пробы взятой для анализа, мл;

Бихроматным методом можно определять окисляемость кислорода 20 — 100 мг/л. Окисление проводят 0,05 н. или 0,025 н. раствором бихромата калия, а последующее титрование 0,05 н. или 0,025 н. раствором соли Мора.

При определении бихроматной окисляемости с использованием 0,025 н. бихромата калия используют исключительно чистую посуду, так как даже незначительное загрязнение раствора следами органических веществ может повлиять на результат определения. Необходимо делать пропарку колб и холодильников. Отклонение от получаемых результатов должно составлять 10 %.

Рис. 3. Установка для определения ХПК:

1 — колба со шлифом; 2 — обратный холодильник; 3 — плитка.

6.2. Регенерация солей серебра.

Отработанные растворы, содержащие соли, ионы серебра, собирают в бутыль. Когда остаток (растворов) будет примерно 1/2 или 3/4 объема бутылки, к раствору приливают при помешивании (5 % от общего количества жидкости) техническую соляную кислоту (плотность 1,19), чтобы полностью выделить из раствора ионы серебра. Проверяют полноту осаждения хлорида серебра (проба на Cl-), после чего раствор отстаивают не менее 12 ч. Осветленный раствор (над осадком) сливают сифоном и промывают осадок водой до удаления хлора и трехвалентного железа. К промытому осадку приливают разведенную (1:4) серную кислоту (техническую) и вносят металлический цинк для восстановления серебра, примерно 235 г цинка на 1 кг хлористого серебра.

Если осадок хлористого серебра восстановился не полностью, а выделение водорода прекратилось, то сливают отработанную кислоту и наливают разбавленную серную кислоту. При необходимости добавляют немного металлического цинка. Восстановление серебра следует проводить в вытяжном шкафу.

Выделившийся темно-серый осадок металлического серебра промывают водой до удаления свободной серной кислоты и ионов цинка, после чего серебро отфильтровывают на воронке Бюхнера и высушивают. Высушенное серебро растворяют в азотной кислоте. Растворение проводят в вытяжном шкафу небольшими порциями (по 50 г) с разбавленной (1:1) азотной кислотой.

Раствор азотнокислого серебра выпаривают на электроплитке до появления пленки, после чего его оставляют кристаллизоваться, а затем выделившийся осадок фильтруют с помощью воронки Бюхнера.

Соль высушивают при 50 — 60 °C в сушильном шкафу, а фильтрат снова выпаривают. Если азотнокислое серебро имеет нейтральную реакцию среды, то его можно использовать в качестве реактива, если кислую — соль перекристаллизовывают.

6.3. Ускоренный метод определения ХПК.

Вышеописанный метод определения бихроматной окисляемости (ХПК) занимает продолжительное время. Поэтому в отдельных случаях можно применять ускоренный метод (менее точный). Рекомендуется периодически проводить определение обоими методами для нахождения ориентировочного коэффициента пересчета [9].

Ход определения. Объем пробы для анализа зависит от степени загрязненности сточной воды. Если окисляемость анализируемой пробы 50 — 500 мг/л, то для анализа берут 5 мл пробы, если окисляемость 500 — 4000 мг/л берут 1 мл, если больше (4000 мг/л), то пробы разбавляют. При окисляемости ниже 50 мг/л метод применять нельзя.

Пробу помещают в термостойкую колбу емкостью 250 мл, добавляют 2,5 мл 0,25 н. раствора бихромата калия, 0,2 г сульфата ртути (двухвалентной) и при перемешивании концентрированную серную кислоту (7,5 мл на 1 мл пробы и 15 мл кислоты на 5 мл пробы). При этом температура раствора поднимается свыше 100 °C. Через 2 мин охлаждают раствор до комнатной температуры, приливают 100 мл дистиллированной воды и титруют избыток бихромата калия раствором соли Мора, как в арбитражном методе.

Расчет проводят, как описано выше, при определении ХПК арбитражным методом.

Содержание растворенного кислорода определяют при оценке качества сточной воды в открытых водоемах и контроле работы установок и сооружений для биологической очистки сточных вод. Минимальное содержание кислорода в воде для нормальной жизнедеятельности микроорганизмов в аэротенках составляет 2 мг/л. Определение растворенного кислорода является частью анализа при определении биохимического потребления кислорода (БПК). Пробы, предназначенные для определения кислорода, не консервируют.

Сущность метода. В анализируемую пробу сразу после отбора добавляют соль двухвалентного марганца и щелочь. Образуется осадок гидроокиси марганца, который, окисляясь, превращается в марганцоватистую кислоту, нерастворимую в воде.

При избытке серной кислоты и иодита калия осадок растворяется.

H2MnO3 + 4H+ + 2J- = Mn+2 + J2 + 3H2O.

Выделившийся йод титруют раствором тиосульфата натрия.

J2 + 2Na2S2O3 = Na2S4O6 + 2NaJ.

Количество выделившегося йода эквивалентно количеству кислорода, содержащегося во взятой пробе.

Этот метод используют при содержании в сточной воде не больше 0,1 мг/л азота нитритов и не более 10 мг/л окисного железа. Другие окислители или восстановители должны отсутствовать [7, 10].

Подготовка пробы к анализу. При определении растворенного кислорода необходимо учитывать присутствие в жидкости нитритов, солей железа, взвешенных веществ, сульфитов, свободного хлора. Устраняют их влияние, применяя одну из модификаций метода Винклера.

В биологически очищенных водах чаще всего определению мешают нитриты, которые в кислой среде, действуя как катализатор, способствуют окислению йодидов до йода кислородом воздуха, что приводит к повышенному расходу тиосульфата натрия и мешает окончанию титрования, так как окраска индикатора крахмала через некоторое время восстанавливается.

2KJ + 2KNO2 + 4HCl = 2NO + 4KCl + 2H2O + J2.

Влияние нитритов устраняют добавлением азида натрия, сульфаминовой кислоты или мочевины, с которыми азотистая кислота реагирует с выделением азота.

Определению мешает и большое количество взвешенных веществ, поэтому перед опытом пробу осветляют гидроокисью алюминия. Фильтрование не производят.

Выделение йода происходит при содержании в растворе свободного хлора, хлорамина, трехвалентного железа. Восстановление йода йодид вызывают сульфиты и сульфиды. Для их окисления применяют гипохлорид натрия. Влияние активного хлора устраняют добавлением роданида калия, а железа — фосфорной кислоты.

Аппаратура. Для определения растворенного кислорода применяют калиброванные склянки (от 150 до 250 мл) с пришлифованными пробками.

Калибрование склянок проводят следующим образом: на технических весах взвешивают пустую сухую склянку с пробкой с точностью до 0,01 г, заполняют ее доверху дистиллированной водой, закрывают пробкой (пузырьки воздуха не должны оставаться), воду с горлышка склянки убирают фильтровальной бумагой и снова взвешивают. По результатам двух взвешиваний определяют объем склянки [24].

Реактивы. 1. 0,5 %. раствор крахмала (5 г на 1 л). Растирают крахмал в ступке с небольшим количеством холодной дистиллированной воды и вливают при постоянном помешивании в кипящую дистиллированную воду, кипятят 5 — 10 мин и отстаивают 10 — 12 ч. После этого сливают прозрачный раствор. Для консервирования раствора добавляют салициловую кислоту (1,25 г на 1 л).

2. Сульфат марганца. В дистиллированной воде растворяют 480 г сульфита марганца (400 г сульфата марганца) или 425 г хлорида марганца. Фильтруют и доводят объем до 1 л дистиллированной водой.

Если неизвестно количество кристаллизационной воды в препарате, то плотность раствора сернокислого марганца доводят водой до 1,27 г/см3 при температуре 20 °С. В случае применения хлорида марганца для растворения осадка гидроокиси марганца применяют соляную кислоту (1:1).

3. Щелочной раствор йодида калия. В дистиллированной воде растворяют 700 г едкого кали или 500 г едкого натра, 150 г йодистого калия (ч.д.а.) и доводят объем до 1 л. В растворе должны отсутствовать карбонаты. При подкислении и разбавлении раствор не должен давать с крахмалом синего окрашивания (отсутствие нитритов йодидов, солей окиси железа), но должен синеть от добавления одной капли 0,1 н. раствора йода. Если в щелочном растворе есть вещества, выделяющие йод при подкислении, раствор обрабатывают сплавом Деварда. Для этого к раствору добавляют 1 г сплава Деварда, оставляют на 10 — 12 ч, затем нагревают до кипения (контрольная реакция на отсутствие нитритов с реактивом Грисса после нейтрализации), отстаивают и сливают прозрачный раствор. В случае поглощения щелочью йода (загрязнение сульфитами), обрабатывают щелочь раствором йода. Готовят несколько миллилитров щелочного йодида и проводят с ним, а также с проверенным щелочным йодидом несколько параллельных определений растворенного кислорода в пробе одной и той же воды. По изменению объема гипосульфита, пошедшего на титрование, и выделившегося йода в равных объемах воды, вычисляют количество йода, поглощенного испытуемым раствором йодида. Добавляют расчетное количество титрованного раствора йода в раствор щелочи и затем йодид.

Йодистый калий необходимо бережно хранить. Если он загрязнен, то приобретает слабо-желтоватый цвет, тогда его сушат при 110 °C, чтобы удалить йод (реактив становится белым).

4. Серная кислота (2:3). Разбавленный раствор серной кислоты не должен синеть в присутствии крахмала при добавлении к нему раствора йодистого калия, свободного от йодатов.

6. Тиосульфат натрия 0,01 н. раствор. В свежепрокипяченной дистиллированной воде растворяют 2,5 г серноватистокислого натрия (ч.д.а.) и доводят объем до 1 л. Добавляют 4 мл 1 н. едкого натра и 5 мл хлороформа. Раствор хранят в темной склянке без доступа углекислого газа.

Титр устанавливают по бихромату калия и периодически проверяют.

Установка титра по бихромату калия (K2Cr2O7).

В коническую колбу с притертой пробкой приливают 100 мл дистиллированной воды и добавляют 1,8 г йодистого калия, 15 мл 2 н. соляной кислоты и 20 мл 0,01 н. двухромовокислого калия.

После перемешивания раствор оставляют стоять в темном месте 15 мин и затем титруют 0,01 н. раствором тиосульфата натрия, предварительно добавив 1 — 2 мл крахмала (в качестве индикатора). Титр (K) тиосульфата натрия проверяют не реже одного раза в неделю.

где a — количество 0,01 н. раствора тиосульфата натрия, пошедшего на титрование, мл;

20 — количество титруемого 0,01 н. раствора двухромовокислого калия, мл.

7. Едкое кали с азидом. Растворяют 700 г едкого кали в 700 мл дистиллированной воды, 10 г азида натрия растворяют в 40 мл дистиллированной воды. Оба раствора смешивают и доводят объем до 1 л. Если раствор не прозрачен, то его отстаивают и сифонируют.

8. Едкое кали с йодидом и азидом натрия. В 700 мл дистиллированной воды растворяют 700 г едкого кали и 150 г йодида калия. Отдельно растворяют 40 г азида натрия в 40 мл дистиллированной воды. Оба раствора смешивают и объем доводят до 1 л. Если раствор не прозрачен, его отстаивают, а затем сифонируют.

9. Сульфаминовая кислота или мочевина, 40 %-ные водные растворы.

10. Едкое кали, 70 %-ный раствор.

11. Йодид калия, раствор 15 %-ной концентрации. Растворяют 15 г йодида калия (ч.д.а.) в дистиллированной воде, прибавляют 1 мл 1 н. раствора едкого натра и доводят до объема 100 мл. Для проверки раствора 2 мл его помещают в колбу со 100 мл дистиллированной воды и 5 мл серной кислоты (1:4). После добавления 5 мл раствора крахмала окраска не должна появляться.

12. Двухромовокислый калий 0,01 н. раствор. Растворяют 0,4904 г бихромата калия (ч.д.а.), высушенного при 105 °C, в дистиллированной воде и доводят объем до 1 л. 0,01 н. Раствор биохромата калия можно приготовить из 0,01 н. фиксанала, разбавляя его в 10 раз.

13. Соляная кислота 2 н. Берут 41,75 мл соляной кислоты (плотность 1,19) и доводят до объема 250 мл дистиллированной водой.

Ход определения. В склянки объемом 300 — 380 мл наливают по 2 мл реактивов, а в склянки на 150 — 250 мл и 125 мл и меньше — соответственно по 1 и 0,5 мл реактивов.

7.2. Определение кислорода при отсутствии нитритов.

В калиброванную кислородную склянку, заполненную доверху испытуемой водой, вводят пипеткой 1 мл раствора сульфата марганца, погружая ее до дна склянки. Другой пипеткой приливают 1 мл щелочного раствора йодида калия. В этом случае пипетку вводят в горлышко кислородной склянки. При этом выливается 2 мл анализируемой воды (сколько налили реактивов). При расчетах вносят соответствующую поправку.

При добавлении в склянки ёмкостью 250 мл 1 мл раствора сульфата марганца кислород полностью поглощается через 40 — 50 сек после тщательного перемешивания, при добавлении 2 мл раствора — через 25 — 30 сек. Перемешивают содержимое склянки и к осевшему осадку добавляют 3 мл серной кислоты (2:3) так, чтобы не взмутить осадок. После этого закрывают склянку пробкой и тщательно перемешивают содержимое. Если при приливании кислоты осевший осадок начинает всплывать (за счет выделяющегося углекислого газа), то это объясняется обилием карбонатов в щелочном растворе йодида и карбонатной жесткостью испытуемой воды. Чтобы избежать ошибки, в анализе перед подкислением из склянки отбирают 3 мл жидкости в колбу для титрования, в которой содержится немного серной кислоты. Вставляя пробку, собирают вытекшую воду в ту же колбу для титрования. После растворения осадка содержимое склянки переносят в колбу для титрования. Титруют 0,01 н. раствором тиосульфата натрия до бледно-соломенного цвета. Затем в колбу добавляют 1 мл раствора крахмала и быстро титруют до исчезновения синей окраски. Кислородную склянку ополаскивают титрованным раствором. При посинении раствора его дотитровывают тиосульфатом натрия.

Расчет. Содержание растворенного кислорода (X, мг/л) вычисляют по формуле

где a — количество 0,01 н. раствора тиосульфата натрия, пошедшего на титрование пробы, мг;

K — поправочный коэффициент раствора тиосульфата натрия;

0,08 — количество кислорода, которому соответствует 1 мл 0,01 н. раствора тиосульфата натрия;

V1 — объем склянки, в котором фиксировался кислород, мл;

V2 — объем реактивов, взятых для фиксации кислорода, мл;

Растворенный кислород в присутствии активного ила. При отборе проб из аэротенков на определение растворенного кислорода необходимо приостановить потребление кислорода активным илом. В качестве консервирующего вещества применяют 10 %-ный раствор сернокислой меди. Пробу иловой смеси отбирают при помощи специального устройства (рис. 4).

Для отбора проб используют склянки емкостью 400 — 500 мл с хорошо притертыми пробками. В склянку перед отбором пробы наливают сернокислую медь 2,5 мл на 1 г сухого ила.

Заполняют ее жидкостью так, чтобы не оставалось пузырьков воздуха. Замеряют температуру жидкости, закрывают склянку пробкой. После оседания ила сливают жидкость сифоном в калиброванную склянку с притертой пробкой.

7.3. Определение растворенного кислорода по Ридель-Стюарту (в присутствии нитритов).

Сущность метода. Метод основан на реакции окисления нитритов и нестойких органических веществ перманганатом калия в кислой среде и последующим определением растворенного кислорода йодометрическим способом (метод Винклера).

Рис.4. Прибор для взятия проб на растворённый кислород.

Подготовка пробы для анализа. Определению мешают активный ил, органические вещества, железо. Активный ил перед определением осаждают раствором сернокислой меди. Нитриты, нестойкие органические вещества окисляют перманганатом калия в кислой среде. Железо связывают фтористым калием. Метод не применяют при наличии закисных солей железа и нитритов больше 0,1 мг/л.

Реактивы. 1. Раствор перманганата калия 0,2 н. Берут 6,32 г перманганата калия, растворяют в 1 л дистиллированной воды.

2. Раствор щавелевой кислоты. 1,4 г щавелевой кислоты растворяют в 100 мл дистиллированной воды (раствор быстро портится). 1 мл раствора восстанавливает около 1,1 мл раствора перманганата калия.

3. Раствор фтористого калия. В дистиллированной воде растворяют 40 г фторида калия и объем доводят до 100 мл.

4. Фосфорная кислота, 85 %-ный раствор.

5. Серная кислота разведенная (2:3).

6. Реактивы для йодометрического определения растворенного кислорода (см. реактивы — Растворенный кислород).

Ход определения. В калиброванную склянку, заполненную испытуемой жидкостью, наливают 0,5 мл серной кислоты (2:3) и добавляют раствор перманганата калия. Если окраска при встряхивании исчезает, то добавляют еще раствор перманганата калия (по 0,5 или 1 мл) до появления фиолетовой окраски, не считаясь с коричневым окрашиванием. Если количество перманганата калия превысит 5 мл, то пользуются более концентрированным раствором (1 — 5 %-ным, в зависимости от содержания нитритов).

Пробе (фиолетовый цвет) дают постоять 15 мин. Затем приливают 0,5 мл раствора щавелевой кислоты для разрушения избытка перманганата калия. Если через 5 мин окраска сохраняется, снова добавляют 0,5 мл раствора и ждут полного обесцвечивания, так как даже следы коричневатой окраски дадут выделение йода из йодидов (получают не точный результат).

В присутствии солей железа обесцвечивание протекает иногда медленно (24 ч и более), тогда добавляют 2 мл фтористого калия. Влияние железа можно устранить, если при растворении осадка добавить 4 мл 85 %-ной фосфорной кислоты.

Если железа в пробе больше 1 мг/л, то обесцвечивание необходимо проводить в темноте, так как на свету щавелевая кислота восстанавливает соли железа из окисных в закисные. К обесцвеченному раствору прибавляют 1 мл сернокислого марганца и 3 мл щелочного раствора йодистого калия. Закрывают склянку пробкой и перемешивают. Когда выпадает осадок, открывают склянку и добавляют 3 мл серной кислоты (2:3). Закрывают склянку пробкой и перемешивают. Выливают содержимое склянки в колбу для титрования. Титруют 0,01 н. раствором тиосульфата натрия до бледно-соломенного цвета, приливают 1 мл крахмала и снова титруют до исчезновения синей окраски раствора. Последующее появление синей окраски не учитывают.

При большом содержании нитритов после растворения осадка в кислоте, содержимое кислородной склянки переливают в колбу для титрования, в которую предварительно наливают насыщенный раствор уксуснокислого натрия. Объем его зависит от объема склянки, реактивов, поэтому устанавливают один раз для данных условий опыта. Количество необходимого уксуснокислого натрия (46,25 г на 100 л воды) определяют в холостом опыте с дистиллированной водой, в которую вносят те же объемы реактивов, что и при определении растворенного кислорода в пробе. После титрования йода в колбу добавляют несколько капель индикатора (бром-фенолового синего, 2 %-ный спиртовой раствор) и при помешивании раствор уксуснокислого натрия до перехода окраски из желтой в сине-голубую, что соответствует pH 4 [13].

Если трудно установить границу изменения окраски, то в кислородную склянку с дистиллированной водой не наливают раствор сернокислого марганца. После добавления в пробу насыщенного раствора уксуснокислого натрия выделившийся йод титруют тиосульфатом натрия.

Расчет. Содержание растворенного кислорода (X, мг/л) вычисляют по формуле

где a — количество 0,01 н. раствора тиосульфата натрия, пошедшего на титрование пробы, в мл;

K — поправочный коэффициент раствора тиосульфата натрия;

0,08 — количество кислорода, которому соответствует 1 мл 0,01 н. раствора тиосульфата натрия;

V1 — объем склянки, в котором фиксировался кислород, мл;

V2 — объем реактивов, взятых для окисления и осаждения, в мл;

8.1. Метод разбавления (для неочищенных сточных вод).

Определение БПК основано на способности микроорганизмов минерализовать органические вещества. Биохимическое потребление кислорода не включает расхода кислорода на нитрификацию. Метод позволяет учитывать потребление кислорода в первую очередь относительно нестойких, легко окисляемых органических веществ.

Определяют пятисуточное потребление кислорода (БПК5) или полное биохимическое потребление кислорода (БПКполн.).

Сущность метода. Исследуемую сточную воду после двухчасового отстаивания разбавляют специально подготовленной дистиллированной водой, взятой в таком объеме, чтобы содержащегося в ней кислорода было достаточно для полного окисления органических веществ, находящихся в сточной жидкости (стоки вторичных отстойников не отстаивают). Определив содержание растворенного кислорода в полученной смеси, ее оставляют в закрытой склянке. Повторное определение проводят через 5, 10, 15, 20, 25, 30 суток.

Содержащийся кислород в первоначально разбавленной пробе будет обеспечивать нормальные условия протекания аэробных биохимических процессов, если анализируемая смесь пробы с разбавляющей водой будет насыщена кислородом перед началом определения опыта (приблизительно до 8,8 мг/л при 20 °С). Во время инкубационного периода потребление кислорода должно быть не менее 3 — 4 мг/л, а концентрация кислорода после инкубационного периода — не меньше 3 — 4 мг/л. Наиболее правильным считается результат анализа БПК, когда израсходовано приблизительно 50 % первоначально присутствовавшего кислорода.

Лабораториям всех ведомств рекомендуется для исходных и прошедших обработку сточных вод комплексов определять БПК полное [3, 14].

Подготовка пробы для анализа. Величина БПК зависит от процессов, которые протекают в пробе в период между отбором пробы и ее обработкой. Взятую пробу необходимо сразу обработать. Если невозможно выполнить анализ в день отбора пробы, то пробу хранят при низкой температуре в холодильнике. Определяют БПК во взболтанных, отстоянных или фильтрованных пробах. Предварительная обработка пробы зависит от характера исследуемого объекта или указаний контролирующего органа. Способ предварительной обработки пробы всегда приводится с результатами анализа.

Определению БПК мешают токсичные вещества (медь, свинец и другие тяжелые металлы, активный хлор и т.д.). Их действие проявляется и после разбавления пробы. В таких случаях правильную величину БПК можно определить после удаления из воды токсичных веществ или соответствующим разбавлением пробы при котором устраняется действие биоцидов [15].

При определении БПК сточных вод, обработанных хлором или хлорной известью, следует предварительно удалить избыток активного хлора. При малом его содержании (0,5 мг/л) вода должна отстояться один-два часа. При более высоком содержании активный хлор следует удалять сульфитом натрия [15]. Для определения требуемого количества сульфита натрия отбирают порцию сточной воды, подкисляют 0,02 н. соляной кислотой, приливают 10 мл 10 %-ного йодистого калия, крахмал и титруют 0,025 н. раствором сульфита натрия до исчезновения синего окрашивания раствора.

Можно также обрабатывать пробы тиосульфатом натрия. Необходимое его количество для восстановления свободного хлора определяют титрованием. К 100 мл пробы приливают 10 мл серной кислоты (1:50), 10 мл 10 %-ного раствора йодистого калия, титруют раствором тиосульфата натрия в присутствии индикатора-крахмала.

Раствор сульфита натрия — 3,5 г кристаллического сернистокислого натрия растворяют в 1 л воды, добавляют серную кислоту и устанавливают pH 4 — 5. Титр раствора устанавливают по йоду. Раствор тиосульфата натрия — 0,16 г растворяют в 100 мл дистиллированной воды непосредственно перед употреблением (раствор плохо сохраняется). К 100 мл испытуемой воды наливают эквивалентное количество раствора сульфита натрия, рассчитанное по результатам титрования. Качественными реакциями определяют присутствие свободного хлора и сернистокислого натрия (тиосульфата натрия). С этой целью к 10 мл пробы прибавляют раствор крахмала и одну каплю 0,01 н. раствора йода. Если нет избытка сернистокислого натрия, получают синее окрашивание. Пробу для определения БПК берут до хлорирования, так как усложненная методика определения БПК в присутствии активного хлора часто дает большие неточности в анализе [6].

Приготовление дистиллированной разбавляющей воды. Дистиллированная вода не должна содержать веществ, которые оказывают влияние при определении БПК — меди больше 0,01 мг/л, цинка — больше 1 мг/л, а также хлора, хлорамина и других бактерицидных веществ. Дистиллированную воду выдерживают в бутылях, закрытых ватным тампоном, в течение нескольких дней при комнатной температуре.

Свежеприготовленная дистиллированная вода аэрируется продолжительное время. Насыщенную кислородом дистиллированную воду тщательно предохраняют от загрязнений. Сосуды, предназначенные для хранения такой воды, нельзя использовать для других целей.

Перед применением в дистиллированную воду (1 л) прибавляют по 1 мл следующих растворов:

1) раствор сульфата магния — 22,5 г MgSO4 × 7H2O (ч.д.а.) растворяют в дистиллированной воде и доводят до объема 1 л;

2) раствор хлористого кальция — 27,5 г CaCl2 безводного (ч.д.а.) растворяют в дистиллированной воде и доводят до объема 1 л;

3) раствор хлористого железа — 0,25 г FeCl3 × 6H2O (ч.д.а.) растворяют в дистиллированной воде и доводят до объема 1 л:

4) фосфатный буферный раствор pH 7,2 — 8,5 г KH2PO4, 21,75 г K2HPO4, 33,4 г Na2HNO4 × 7H2O и 1,7 г NH4Cl растворяют в дистиллированной воде и доводят до объема 1 л. После прибавления солей воду хорошо перемешивают, но не аэрируют. Разбавляющая вода при 20 °C должна содержать приблизительно 8,8 мг/л растворенного кислорода.

Сточные воды свиноводческих комплексов содержат большое количество микроорганизмов, способных развиваться за счет загрязнения стока, поэтому искусственного заражения разбавляющей воды бактериальной затравкой не делают.

Разбавление сточной воды. Ориентировочно разбавление сточной водой рассчитывают по результату определения ХПК бихроматным методом.

Условно принимают, что БПК5 составляет 40 — 60 % от ХПК, вычисленное значение БПК5, выраженное в мг/л, делят на 4 или 5. Полученный результат показывает, во сколько раз надо разбавить анализируемую пробу.

Пример расчета. ХПК пробы равно 5000 мг/л. Принимаем БПК5 равным 42 % от ХПК, что составляет 2100 мг/л. Делим эту величину на 4 и получаем результат — сточную воду надо разбавить в 520 раз.

Правильность разбавления сточной воды проверяют следующим образом: после всего периода инкубации величина концентрации кислорода в жидкости и потребления кислорода должна быть не менее 3 — 4 мг/л.

Результаты анализа проб с разным разбавлением необязательно должны иметь одинаковые значения. Необходимо следить за тем, чтобы разбавленная смесь имела температуру 20 °C, а pH смеси 7 — 8,3.

Мерные колбы для разбавления и склянки для инкубации следует обезжиривать хромовой смесью, тщательно промывать и пропаривать, так как незначительное загрязнение при больших разбавлениях вызывает резкое увеличение БПК (рис. 5, 6).

Реактивы. (см. — растворенный кислород)

Аппаратура. 1. Кислородные склянки (см. растворенный кислород). Для устранения потерь кислорода или его добавочного поглощения во время инкубации необходимо применять водяные затворы.

Рис. 5. Склянка для инкубации при определении БПК:

1 — склянка; 2 — притертая пробка; 3 — колпачок; 4 — шлиф.

Рис. 6. Приборы для обработки посуды паром:

1 — колба с водой; 2 — трубка для пара; 3 — воронка для стока конденсированной воды; 4 — очищаемый сосуд.

Специальные склянки для определения БПК имеют колпачки, которые и выполняют роль водяных затворов (рис. 5). Если в лаборатории нет таких склянок, то можно использовать бутыли с притертыми пробками. В качестве водяного затвора могут быть использованы фотографические кюветы, заполненные дистиллированной водой и помещенные в термостат. В кювете ставят склянки пробкой вниз. Используют и резиновые соски. Соску заполняют водой, склянку переворачивают вверх дном и на ее горлышко натягивают соску с водой.

2. Термостат на 20 °С регулируется автоматически. Отклонение от нормы составляет ± 1 °С.

Xод определения. В мерную колбу емкостью 1 л наливают с помощью сифона (не должны попадать пузырьки воздуха) разбавляющую воду до половины колбы, приливают рассчитанный по ХПК точно отмеренный объем исследуемой сточной воды, предварительно взболтанной или отстоянной в течение двух часов, и доливают до метки разбавляющей водой. Колбу закрывают пробкой и содержимое тщательно перемешивают. Если требуется большее разбавление, то из полученного объема жидкости опять отбирают отмеренный объем жидкости и доводят объем до 1 л в другой колбе.

Разбавленную сточную воду разливают с помощью сифона в 7 калиброванных склянок для последующей инкубации на 5, 10, 15, 20, 25, 30 суток. При наличии достаточного количества склянок целесообразно проводить параллельные опыты, для чего разбавленную сточную воду разливают в 14 калиброванных склянок, наполняют их доверху и закрывают кососрезанными притертыми пробками так, чтобы не оставалось пузырьков воздуха. Затем эту воду наливают в колпачки от склянок и, перевернув склянки вверх дном, вставляют их в колпачки, вытесняя из последних воду так, чтобы пузырьки воздуха не попали в колпачки. Склянки ставят в нормальное положение и помещают в термостат при 20 °С. Таким же образом наполняют семь других калиброванных склянок только разбавляющей водой (контрольный опыт) и помещают их в термостат. После заполнения сосудов испытываемыми жидкостями сразу определяют растворенный кислород (см. растворенный кислород) в склянке с испытываемой водой и в склянке с разбавляющей водой. Остальные склянки инкубируют в термостате. Через 5, 10, 15, 20, 25, 30 суток от начала инкубации вынимают по одной склянке с испытуемой водой и по одной склянке с разбавляющей водой и определяют в них содержание растворенного кислорода по Винклеру и нитритов по Гриссу. Если в пробе начался процесс нитрификации (концентрация нитритов 0,1 мг/л), то дальнейшее определение БПК не проводят. Нитриты определяют в воде, налитой в колпачок.

При появлении следов нитритов следующее определение проводят чаще, через 2 — 3 дня.

Наиболее точные результаты при определении (БПК) получают в пробах, где нитрификация только началась.

Расчет. БПК (мг/л) рассчитывают по формуле

где A1 — концентрация растворенного кислорода в пробе, в начале инкубации, мг/л;

A2 — концентрация растворенного кислорода в пробе после инкубации, мг/л;

B1 — концентрация растворенного кислорода в разбавляющей воде в начале инкубации, мг/л;

B2 — концентрация растворенного кислорода в разбавляющей воде после инкубации, мг/л;

V — объем сточной воды в 1 л пробы после всех разведений, мл;

Определить истинное значение полной биохимической потребности в кислороде сложно, так как в пробе остается незначительное количество органических веществ, окисление которых проходит одновременно с процессом нитрификации.

Данный метод определения БПК имеет ряд недостатков: длительные сроки инкубации, предварительное разбавление сточной жидкости, неточность получаемых результатов (погрешность 10 — 20 %), объем окисленного вещества учитывают лишь до начала нитрификации.

Наряду с БПК используют показатель ХПК. Показатель ХПК можно определить за 2,5 — 3 ч с точностью ± 10 %. При автоматическом измерении ХПК титрометрами и специальными приборами продолжительность измерения сокращается, а точность определения составляет 0,5 — 1 % [5];

Для экскрементов свиней соотношение величины ХПК к БПКполн. и БПК5 составляет 1:0,84:0,42 (ОНТП 17-81). Для сточных вод эти соотношения определяют экспериментально для каждого конкретного случая.

8.2. Определение БПКполн. через ХПК. Методы определения с применением ингибиторов нитрификации (для неочищенных сточных вод).

Сущность метода. Разрушение органических веществ при биохимическом окислении происходит по схеме: органическое вещество + микроорганизмы CO2 + H2O + прирост биомассы + органическое вещество (оставшееся).

Если определить ХПК, то расход кислорода на окисление органических веществ до CO2 и H2O и на превращение их в биомассу есть величина БПК за время инкубации.

БПКполн. = (ХПКожидкости + ХПКобиомассы) — (ХПКпжидкости + ХПКпбиомассы)

БПКполн = (ХПКн.ж. + ХПКн.т.) — (ХПКк.ж. + ХПКк.т.),

где ХПКн.ж. + ХПКн.т. — значения ХПК жидкой и твердой (введенной затравки) фаз в начале инкубации;

ХПКк.ж. + ХПКк.т. — значения ХПК жидкой и твердой фаз в конце инкубации (вещества неокислившиеся и превратившиеся в биомассу).

Для определения БПК проводят определения ХПК до и после инкубации. При первом определении ХПК следует учитывать введенную затравку, а при втором — образовавшуюся биомассу, не отделяя ее фильтрованием.

Для доведения процесса биохимического окисления до конца, а не только до появления следов (0,1 мг/л) нитрит-ионов (как это делали при определении БПК методом разбавления, условно принимаемого за БПК полное), в раствор вводят ингибитор — этилентиомочевину, который подавляет жизнедеятельность нитрифицирующих бактерий, но не влияет на бактерии, осуществляющие основной процесс биохимического окисления [18].

Определение конечного ХПК (ХПКк.ж. + ХПКк.т.) проводят через 3, 5, 7 и т.д. суток до получения постоянной величины, которую и используют в приведенной выше формуле расчета.

Если в конце определения провести фильтрование аликвотной части пробы и определить ХПК фильтрата = ХПКк.ж., то можно рассчитать показатели, характеризующие способность сточной воды очищаться в биохимических сооружениях [19].

Величина А показывает, какая часть присутствующих в пробе органических веществ не подвергается биохимическому окислению.

Величина Б характеризует количество биомассы, которое образуется в процессе анализа биохимического потребления кислорода.

Показатель В — отношение величины БПК за определенное время суток к начальному ХПК, то есть к общему содержанию органических веществ. Он характеризует относительное количество «биохимически мягких» веществ.

Показатель Г характеризует относительное количество «биохимически жестких» органических веществ.

8.3. Определение БПКполн. с «продуванием воздуха» и применение ингибиторов нитрификации.

Метод апробирован в производственных условиях на свиноводческих неочищенных стоках, применение ограничено из-за этилентиомочевины.

Реактивы. Реактив А — 28,25 г фосфат калия однозамещенного и 149,25 г фосфат натрия растворяют в дистиллированной воде и объем доводят до 1 л. Реактив Б — 3,66 г хлорид кальция и 28,64 г хлорид аммония растворяют в дистиллированной воде и объем доводят до 1 л. Реактив В — 3,06 г сульфат магния, 0,7 г сульфат железа и 0,4 г сульфат цинка растворяют в дистиллированной воде и доводят той же водой до объема 1 л. Раствор этилентиомочевины 500 мг/л.

Ход определения. Если концентрация органических веществ в пробе превышает (в пересчете на ХПК) 3000 мг/л, то пробу предварительно разбавляют. В мерную колбу емкостью 250 мл наливают 150 мл пробы (неразбавленной или разбавленной, как указано выше), приливают 10 мл реактива А, 5 мл реактива В, 5 мл реактива С, 5 мл заражающей микроорганизмами воды (фильтрат очищенной воды из аэротенка или другая подобная жидкость, БПК ее не больше 5 — 8 мг/л), 0,25 мл 0,05 %-ного раствора этилентиомочевины, разбавляют анализируемой пробой до метки и хорошо перемешивают, pH полученного раствора должен быть 6,5 — 7,5. Отбирают 25 мл раствора и определяют начальное ХПК. Остальную жидкость переливают в коническую колбу емкостью 500 мл и туда подают воздух (250 мл/мин). Воздух должен быть очищенным и увлажненным. Для этого перед колбой с исследуемой жидкостью помещают сосуд и колбу с дистиллированной водой. Схема установки на рис. 7. Процесс инкубации проводят при 20 °C.

Через 3, 5, 7, 10 суток отбирают из колбы порции смеси (предварительно хорошо перемешивают раствор) и определяют в них величину ХПК. Фильтровать смесь не следует. Определяют сумму ХПКк.ж. + ХПКк.т.. Когда эта величина практически перестанет изменяться, процесс биохимического окисления считают законченным.

Расчет. Значение БПКполн. находят путем вычитания из результата начального ХПК значения конечного ХПК обеих фаз (жидкой и твердой). Эту величину разности умножают на 1,11 (коэффициент, отражающий разбавление пробы при добавлении реактивов) и на коэффициент, выражающий первоначальное разбавление пробы, если такое разбавление было сделано.

Рис. 7. Установка для определении БПК:

1 — цилиндр с ватой; 2 — колба с дистиллированной водой; 3 — колба со сточной жидкостью.

Вышеизложенный метод определения БПКполн. по сравнению с методом разбавления имеет преимущества: окисление органических веществ происходит не до начала нитрификации, а до конца благодаря применению ингибитора нитрификации — этилентиомочевины: сокращаются сроки инкубации до 5 — 10 суток; определяют БПКполн. сточных вод с содержанием органических веществ по ХПК до 3000 мг/л без разбавления.

Синтез этилентиомочевины. В двухлитровую круглодонную колбу помещают 120 г (1,83 моля) 92 %-ного этилендиамина, 300 мл 95 %-ного этилового спирта и 300 мл воды. Присоединяют к колбе обратный холодильник. В делительную воронку, соединенную при помощи пробки с вырезом с верхней частью холодильника, наливают 121 мл сероуглерода и по каплям добавляют его в круглодонную колбу. Когда начнется бурная реакция подставляют под колбу водяную баню, нагретую до 60 °C. Остаток сероуглерода добавляют так, чтобы пары его поднимались на 1/3 высоты обратного холодильника. На добавление сероуглерода требуется около двух часов. К концу этого времени температуру бани повышают до 100 °C и смесь кипятят еще в течение одного часа. Затем к содержимому колбы добавляют 15 мл концентрированной соляной кислоты и кипятят в вытяжном шкафу (температура бани 100 °C) 9 — 10 ч. После этого смесь охлаждают в бане со льдом. Препарат отфильтровывают (под вакуумом) на воронке Бюхнера и промывают холодным ацетоном (200 — 300 мл). Получают 155 — 167 г бесцветных кристаллов.

источник

Статус документа: Действует
Название: Часть II. Методы химического анализа сточных вод животноводческих комплексов
Краткое содержание:
Дата добавления в базу: 01.09.2013
Дата актуализации: 01.12.2013
Дата введение: 17.11.1980
Доступно сейчас для просмотра: 100% текста. Полная версия документа.
Организации: