Производство  ->  Энергетика  | Автор: | Добавлено: 2015-03-23

Химическое исследование питьевой воды

«Пользу воды мы понимаем, когда колодец пересыхает», - так сказал около двух с половиной столетий назад великий ученый-естествоиспытатель и политик, один из отцов-основателей США Бенджамин Франклин. Он произнес эти слова в те времена, когда люди нашей Земли имели в достатке чистую питьевую воду.

Сейчас человек столкнулся с проблемой получения воды, безопасной для здоровья. Дело в том, что 97% мировых запасов – это соленая вода, а из оставшихся 3% пресной воды две трети находятся в виде льда.

Основной ущерб водной среде наносит человек. На качество воды отрицательно влияют не только отходы промышленности, стоки с полей, разливы нефтепродуктов, но также и наследие прошлых времен, когда чистоте окружающей среды уделяли недостаточно внимания.

Максимально допустимые концентрации загрязнений в питьевой воде, воде технического назначения и стоках регулируются национальными стандартами. В России в 2001 году утверждены новые нормативные документы (СанПиН и ГОСТ Р), которые регламентируют гигиенические требования к качеству питьевой воды и порядок и правила контроля качества питьевой воды.

Целью моей работы являлось химическое исследование питьевой воды.

Любое знакомство со свойствами воды, сознаем мы это или нет, начинается с определения органолептических показателей, т. е. таких, для определения которых мы пользуемся нашими органами чувств(зрением, обонянием, вкусом). Органолептическая оценка приносит много прямой и косвенной информации о составе воды и может быть проведена быстро и без каких-либо приборов. К органолептическим характеристикам относятся цветность, мутность, запах, вкус и привкус, пенистость.

Минеральный состав воды интересен тем, что отражает результат взаимодействия воды с почвообразующими минералами и породами, с воздушной средой и содержащейся в ней влагой и минеральными компонентами. Кроме того, минеральный состав воды обусловлен целым рядом протекающих в разных средах физико-химических процессов - растворение и кристаллизация, коагуляция, испарение и конденсация и др.

Большое влияние на минеральный состав воды оказывают протекающие в атмосфере и других средах химические реакции с участием соединений азота, углерода, кислорода, серы и др.

-) Основные компоненты минерального состава воды.

Компонент минерального состава воды Предельно-допустимая концентрация (ПДК)

Группа 1

1. Катионы:

Кальций (Ca2+) 200 мг/л

Натрий (Na+) 200 мг/л

Магний (Mg 2+) 100 мг/л

2. Анионы:

Гидрокарбонат (HCO3 -) 1000 мг/л

Сульфат (SO42-) 500 мг/л

Хлорид (Cl -) 350 мг/л

Карбонат (CO32 100 мг/л

Группа 2

1. Катионы:

Аммоний (NH 4+) 2,5 мг/л

Тяжелые металлы (сумма) 0,001 ммоль/л

Железо общее (Fe2+ + Fe 3+ ) 0,3 мг/л

2. Анионы:

Нитрат (NO3- ) 45 мг/л

Ортофосфат (PO 43-) 3,5 мг/л

Нитрит (NO2-) 0,1 мг/л Концентрации растворенных в воде минеральных солей определяют, как правило, химическими методами: титриметрическим, колориметрическим и др.

ХЛОРИДЫ

Хлориды присутствуют практически во всех пресных поверхностных и грунтовых водах, а также в питьевой воде, в виде солей металлов. Если в воде присутствует хлорид натрия, она имеет соленый вкус уже при концентрациях свыше 250 мг/л. Именно по органолептическому показателю – вкусу – установлена ПДК для питьевой воды по хлоридам – 350 мг/л.

Высокие концентрации хлоридов в питьевой воде не оказывают токсических эффектов на людей, хотя соленые воды очень коррозионно активны по отношению к металлам, пагубно влияют на рост растений, вызывают засоление почв.

В питьевой воде города Гусева концентрация хлоридов составляет 20 – 120 мг/л, в зависимости от того, какие скважины работают.

Метод определения массовой концентрации хлорид-аниона основан на титровании хлорид-анионов раствором нитрата серебра, в результате чего образуется суспензия практически нерастворимого хлорида серебра. Уравнение химической реакции записывается следующим образом:

Ag+ + Cl = AgCl

В качестве индикатора используется хромат калия, который реагирует с избытком нитрата серебра с образованием хорошо заметного оранжево-бурого осадка хромата серебра по уравнению:

Ag + + CrO4 = Ag2CrO4

Оранжево-бурый

Данный метод получил название метода аргентометрического титрования. Титрование можно выполнять в пределах рН 5,0-8,0.

Массовую концентрацию хлорид-аниона (С) в мг/л вычисляют по уравнению:

Vхл х H х 35,5 х 1000

Vв где: Vхл - объём раствора нитрата серебра, израсходованное на титрование, мл;

Н – концентрация титрованного раствора нитрата серебра с учетом поправочного коэффициента, г-экв/л;

Vв - объем воды, взятой для анализа, мл;

35,5 – эквивалентная масса хлора;

1000 – коэффициент пересчета единиц измерения из г/л в мг/л.

АММОНИЙ.

Соединения аммония содержат атом азота в минимальной степени окисления «-3».

Катионы аммония являются продуктом микробиологического разложения белков животного и растительного происхождения. Образовавшийся таким образом аммоний вновь вовлекается в процесс синтеза белков, участвуя тем самым в биологическом круговороте веществ (цикле азота). По этой причине аммоний и его соединения в небольших концентрациях обычно присутствуют в природных водах.

Существуют два основных источника загрязнения окружающей среды аммонийными соединениями. Аммонийные соединения в больших количествах входят в состав минеральных и органических удобрений, избыточное и неправильное применение которых приводит к соответствующему загрязнению водоёмов. Кроме того, аммонийные соединения в значительных количествах присутствуют в нечистотах( фекалиях). Не утилизированные должным образом нечистоты могут проникать в грунтовые воды или смываться поверхностными стоками в водоёмы. Стоки с пастбищ и мест скопления скота, сточные воды от животноводческих комплексов, а также бытовые и хозяйственно-фекальные стоки всегда содержат большие количества аммонийных соединений.

Метод определения массовой концентрации катиона аммония основан на его реакции с реактивом Несслера образовывать соединения, окрашенные в щелочной среде в желтый цвет.

2K2HgJ4 + NH3 + 3KOH = Hg2OJNH2 + 7KJ + 2H2 O желтый

Мешающее влияние железа устраняют добавлением к пробе сегнетовой соли: KCOO(CHOH)COONa.

Концентрацию катионов аммония определяют колориметрическим методом с помощью фотоколориметра КФК.

Оптическая плотность окрашенных растворов пропорциональна концентрации катионов аммония.

ЖЕЛЕЗО ОБЩЕЕ

Железо – один из самых распространенных элементов в природе. Его содержание в земной коре составляет около 4,7 % по массе, поэтому железо, с точки зрения его распространенности в природе, принято называть макроэлементом. Известно свыше 300 минералов, содержащих соединения железа. Среди них – магнитный железняк a- FeO(OH), бурый железняк Fe3O4 х H2O, гематит (красный железняк), гемит (бурый железняк), сидерит FeCO3, магнитный колчедан FeSx (x=1 – 1,4), и др. Железо также является жизненно важным микроэлементом для живых организмов и растений, т. е. элементом, в малых количествах необходимым для жизнедеятельности.

В малых концентрациях железо всегда встречается практически во всех природных водах. Наша питьевая вода из скважин содержит до 6,0 мг/л общего железа, поэтому перед подачей в город она проходит очистку с помощью специальных фильтров до концентрации 0,1-0,3 мг/л.

Железо образует 2 рода растворимых солей, образующих катионы Fe2+ и Fe3+, однако в растворе железо может находится и во многих других формах.

В нерастворимой форме железо может быть представлено в виде различных взвешенных в воде твердых минеральных частиц различного состава.

Перевод железа в растворимую форму, пригодную для анализа, проводят, добавляя к пробе определенное количество сильной кислоты (азотной, соляной, серной) до рН = 1-2.

Метод определения железа основан на способности катиона железа(11) в интервале рН 3-9 образовывать с орто-фенантролином комплексное оранжево-красное соединение.

При наличии в воде железа (111), оно восстанавливается до железа (11) солянокислым гидроксиламином в нейтральной или слабокислой среде по реакции:

Fe3+ + 2NH2OH х HCl = Fe2+ + N2 + 2H2O + 2HCl + 2H+

Таким образом определяется суммарное содержание железа (11) и железа (111). Анализ проводится в ацетатном буферном растворе при рН 4,5-4,7.

Концентрацию железа в анализируемой воде определяют с помощью КФК(фотоэлектрический колориметр).

Практическая часть

РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЯ МАССОВОЙ

КОНЦЕНТРАЦИИ ИОНОВ АММОНИЯ

В ПИТЬЕВОЙ ВОДЕ

Для анализа берем две пробы питьевой воды из водопроводного крана: одна объемом 25 мл, а другая объемом 5 мл, разбавленная до 25 мл дистиллированной водой. Добавляем реактивы в соответствии с прописью методики. Получаем окрашенные в желтый цвет растворы, интенсивность окраски которых различна (первая проба более ярко окрашена, чем другая).

С помощью фотоэлектрического колориметра (КФК) измеряем оптическую плотность окрашенных растворов (Д). Данные измерения заносим в таблицу. По формуле зависимости массовой концентрации ионов аммония (X мг/л) от оптической плотности (Д)

Х= 11,081 Д находим значение массовой концентрации ионов аммония в исследуемых пробах питьевой воды и данные заносим в таблицу:

№№ п/п У,мл Д (оптич. плотность) Х(концентрация) мг/л

1. 25 0,18 1,99

2. 5 0,04 0,44

РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЯ МАССОВОЙ

КОНЦЕНТРАЦИИ ЖЕЛЕЗА ОБЩЕГО В

ПИТЬЕВОЙ ВОДЕ

Для анализа взяты две пробы питьевой воды из крана: одна объемом 25 мл и другая объемом 5 мл, доведенная до объема 25 мл дистиллированной водой (разбавленная проба).

После добавления реактивов в каждую пробу в соответствии с прописью методики, получили окрашенные растворы, с различной интенсивностью окраски. С помощью фотоэлектрического колориметра (КФК-2) измерили оптическую плотность (Д) окрашенных растворов. Получили данные, которые занесли в таблицу. По формуле расчета зависимости концентрации ионов (X) мг/л в растворе от оптической плотности раствора:

X = 8,324 Д

рассчитали концентрацию ионов железа общего в каждом растворе. Результаты расчета также занесли в таблицу:

№№ п/п V, мл Д(оптич. плотность) Х(концентрация) мг/л

1. 25 0,60 4,99

2. 5 0,12 0,99

РЕЗУЛЬТАТЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХЛОРИДОВ В

ПИТЬЕВОЙ ВОДЕ

Взята проба питьевой воды из водопроводного крана объемом 25 мл. Добавили реактив в соответствии с прописью методики. Получили раствор желтого цвета. Оттитровали его раствором азотнокислого серебра до перехода окраски из желтой в оранжевую. На титрование 25 мл питьевой воды пошло 1,1 мл раствора нитрата серебра. Подставляем это значение в формулу для расчета массового содержания хлоридов:

1,1x0,05x35,5x1000

X == 78,1 мг/л,

25 Получили содержание хлоридов в питьевой воде 78,1 мг/л.

Определение химического состава питьевой воды

Таблица №1

Показатель пдк Измер. значение рН 6-9 7,2-7,8

Окисляемость перманганатная 5 мгО/л 2,5-3,6

Жесткость общая 7 м^юль/л 5,5-6,7

Железо об идее 0,3 мг/л 0,1-0,3

Сухой остаток 1000 м г/л 600- 700

Хлориды 350 мг/л 60-80

Аммоний 2 мг/л 1,3-1,7

Нитриты 3 мг/л 0,003

Нитраты 45 мг/л 0,4

Нефтепродукты 0,1 мг/л 0,005

Заключение

Для исследования питьевой воды в лабораториях МУП «ВКХ» используются следующие методы анализа:

1. Титриметрический, основанный на количественном определении объема раствора одного или двух веществ, вступающих между собой в реакцию, причем концентрация одного из них должна быть точно известна. Этим методом определяют общую жидкость, перманганатную окисляемость, хлориды.

2. Электрофотоколориметрический, с помощью прибора КФК-2, действие которого основано на сравнении качественного и количественного изменения потоков видимого света при их прохождении через исследуемый раствор и раствор сравнения.

Определяемый компонент при помощи химико-аналитической реакции переводится в окрашенное соединение, после чего измеряется интенсивность окраски полученного раствора. Этим методом определяют концентрацию в питьевой воде железа, иона аммония, нитриты, нитраты.

3. Гравиметрический метод, с помощью которого определяют массовую концентрацию сухого остатка. Метод основан на взвешивании на аналитических весах высушенного при температуре 105оС остатка, полученного при выпаривании аликвотной части отфильтрованной пробы исследуемой воды.

4. Флуориметрический метод для определения содержания нефтепродуктов в питьевой воде. Этот метод основан на экстракции их гексаном и измерении интенсивности флуоресценции экстракта на анализаторе жидкости «Флюорат – 02».

Во всех пробах питьевой воды из водопроводных кранов, взятых для анализа, массовая концентрация ионов аммония, катионов железа, анионов хлора соответствует гигиеническим требованиям, утвержденным нормативными документами (СаН ПиН и ГОСТР).

Комментарии


Войти или Зарегистрироваться (чтобы оставлять отзывы)