книги / Очистка и рекуперация промышленных выбросов

Методика определения

С помощью электрофотоколориметра и шкалы цветности, приготовленной по данному выше описанию, определяется оптическая плотность растворов и строится градуировочный график. Для этого используются кюветы с толщиной поглощающего свет слоя 5–10 мм. Контрольной жидкостью служит дистиллированная вода. Оптическая плотность измеряется в синей части спектра со светофильтром при длине волны 380 нм.

Цветность определяется по градуировочному графику и выражается в градусах цветности.

5. ЖЕСТКОСТЬ ВОДЫ

Жесткость – свойство воды, обусловленное содержанием растворенных в ней солей магния и кальция. Различают жесткость воды временную, постоянную и общую.

Временная (карбонатная) жесткость характеризуется содержа-

нием в воде растворенных бикарбонатов кальция и магния, которые при кипячении переходят в средние или основные соли и выпадают в осадок:

Са(НСО3)2 = СаСО3↓ + Н2О + СО2

2Mg(HCO3)2 = MgCO3 · Mg(OH)2↓ + 3CO2 + H2O.

Постоянная жесткость обусловлена содержанием в воде всех других солей магния и кальция, остающихся при кипячении в растворенном состоянии. Общая жесткость – сумма временной и постоянной жесткости.

5.1.Определение общей жесткости воды комплексометрическим методом

Комплексометрический метод определения общей жесткости воды основан на том, что ионы кальция и магния связываются трилоном Б в комплексные соединения.

11

Индикатором служит кислотный хром темно-синий или черный, который с Са2+- и Mg2+-ионами образует окрашенные комплексные соединения, при этом собственная окраска индикатора изменяется. Устойчивость комплексных соединений кальция и магния с индикатором меньше, чем с трилоном Б. Следовательно, если в растворе присутствуют Са2+- и Mg2+-ионы, не связанные трилоном Б, окраску раствору придают соединения индикатора с этими ионами. Если же Са2+-

иMg2+-ионы связаны в комплекс трилона Б, то раствор будет иметь окраску раствора индикатора.

Оконце реакции судят по изменению цвета индикатора хромоге-

на черного от розово-малинового до синевато-серого. Появление си- невато-серого окрашивания свидетельствует об отсутстуии ионов Са2+

иMg2+ в растворе, т.е. о полном связывании их трилоном Б.

Метод заключается в титровании воды раствором трилона Б в присутствии индикаторов хромогена (синего или счерного) в аммиачной среде (рН 9–10).

Методика определения

Для выполнения анализа в коническую колбу вместимостью 250 см3 отмеривают 100–150 см3 исследуемой воды, добавляют 5 см3 аммиачного буферного раствора, 6–7 капель индикатора хромогена и медленно титруют раствор 0,1 н. раствором трилона Б до перехода розово-малиновой окраски в синевато-серую (фиолетовую). Общую жесткость воды (мг-экв/дм3) вычисляют по формуле

Ж0 V1 K N 1000V ,

12

где V1 – объем 0,1 н. раствора трилона Б, израсходованный на титрование пробы, см3; N – нормальность раствора трилона Б; V – объем исследуемой пробы воды, см3; К – поправочный коэффициент раствора трилона Б к данной нормальности.

5.2.Определение карбонатной

инекарбонатной жесткости воды

Методика определения

Титруют 100 см3 анализируемой воды 0,1 н. НСl с индикатором метиловым оранжевым до перехода окраски в розовую. Карбонатную жесткость (мг-экв/дм3) рассчитывают по формуле

где N – нормальность НС1; V1 – объем НС1, затраченный на титрование, см3; V2 – объем воды, взятый для анализа, см3.

Некарбонатная жесткость определяется по разности между общей и карбонатной жесткостью:

Жн = Жо – Жк.

6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОКИСЛЯЕМОСТИ ВОДЫ ПЕРМАНГАНАТНЫМ МЕТОДОМ

Окисляемость обусловлена наличием в воде органических примесей, выражается в миллиграммах кислорода, расходуемого на окисление веществ, содержащихся в 1 л воды.

Метод определения перманганатной окисляемости предназначен для быстрого определения количества кислорода, необходимого для химического окисления легкоокисляемых веществ, содержащихся в анализируемой воде.

Определение окисляемости воды титрованием ее перманганатом калия в кислой среде осуществляется при содержании в ней хлоридов

13

до 300 мг/л. Перманганат калия реагирует с присутствующими в воде восстановителями:

MnO4– + 8Н+ + 5е– = Мn2+ + 4Н2О.

Избыток перманганата калия реагирует с вводимой в раствор щавелевой кислотой:

2МnО4– + 5С2О42– + 16Н+ = 2Мn2+ +10СО2 + 8Н2О.

Не вступившая в реакцию щавелевая кислота оттитровывается перманганатом калия по приведенному выше уравнению.

Методика определения

В коническую колбу вместимостью 250 см3 помещают 100 см3 исследуемой воды, приливают 5 см3 разбавленной (1:3) серной кислоты и нагревают до кипения, после чего из бюретки прибавляют 20 см3 0,01 н. раствора перманганата калия и, накрыв колбу часовым стеклом или воронкой, кипятят в течение 10 мин. Затем снимают колбу с плитки и к горячему раствору приливают из бюретки 20 см3 0,01 н. раствора щавелевой кислоты (если раствор в колбе обесцветится или побуреет в процессе 10-минутного кипячения до прибавления щавелевой кислоты, анализ необходимо повторить, взяв меньшее количество исследуемой воды и доведя объем до 100 мл дистиллированной водой). После прибавления щавелевой кислоты содержимое колбы должно обесцветиться. Избыток щавелевой кислоты после охлаждения оттитровывают 0,01 н раствором перманганата калия до слаборозовой окраски раствора. 1 см3 0,01 н раствора перманганата калия соответствует 0,08 мг кислорода или 0,316 мг перманганата.

Окисляемость в миллиграммах кислорода на литр воды F0 рассчитывают по формуле

где V1 – количество точно 0,01 н. раствора перманганата калия, прилитое к исследуемой пробе воды, см3; V2 – количество точно 0,01 н. раствора перманганата калия, израсходованное на титрование избытка

14

точно 0,01 н. щавелевой кислоты, см3; V – объем исследуемой воды, взятый на анализ, см3.

Окисляемость в миллиграммах перманганата на литр воды Fn вычисляют по формуле

7. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОКИСЛЯЕМОСТИ ВОДЫ БИХРОМАТНЫМ МЕТОДОМ

(ХИМИЧЕСКОГО ПОТРЕБЛЕНИЯ КИСЛОРОДА)

Под химическим потреблением кислорода (ХПК) понимают массу кислорода (мг), необходимую для полного окисления органических примесей, содержащихся в 1 л (дм3) воды, бихроматом калия.

Метод предназначен для определения количества кислорода, которое расходуется на окисление органических и неорганических веществ, присутствующих в анализируемой воде. Химическое потребление кислорода (ХПК) выражают в миллиграммах кислорода на 1 дм3 анализируемой воды (мг/дм3). Этот показатель характеризует загрязненность воды всеми видами веществ, которые можно окислить.

Метод основан на реакции окисления органических и неорганических веществ, находящихся в анализируемой воде, бихроматом калия в кислой среде в присутствии катализатора (сульфата серебра). Шестивалентный хром восстанавливается при этом до трехвалентного:

Сг2О72– + 14Н+ + 6е– = 2Сг3+ + 7Н2О.

При этом окисление большинства органических веществ идет до образования СО2, Н2О и N2.

Содержание веществ в воде, способных к окислению, пропорционально потребленному бихромату калия.

Методика определения

Отобранную пробу воды разбавляют дистиллированной водой до 50 см3, переносят в круглодонную колбу вместимостью 300 см3; прибавляют 25 см3 титрованного раствора бихромата калия, всыпают суль-

15

фат серебра (массу, достаточную для осаждения хлорид-ионов и сверх того 0,3–0,4 г), вливают 75 см3 концентрированной серной кислоты малыми порциями, тщательно перемешивая после прибавления каждой порции. Для равномерного кипячения в смесь помещают несколько стеклянных шариков или палочек; колбу закрывают пробкой, соединенной с обратным холодильником, ставят на песчаную баню. Содержимое колбы доводят до кипения, кипятят на слабом огне 2 ч, охлаждают и переносят в коническую колбу вместимостью 500 см3, обмывая несколько раз стенки колбы и холодильника дистиллированной водой; при этом объем раствора не должен превысить 350 см3. В раствор вводят 3–4 капли дифениламина, затем избыток бихромата оттитровывают раствором соли Мора до перехода окраски в изумрудно-зеленую.

Аналогично проводят холостой опыт, в котором вместо 50 см3 исследуемой воды берут 50 см3 дистиллированной и проводят ее окисление как в опыте.

ХПК – количество миллиграммов кислорода, израсходованное на окисление веществ, содержащихся в 1 дм3 анализируемой воды (мг/ дм3), вычисляют по формуле

где V1 – объем 0,25 н. раствора соли Мора, пошедшего на титрование в холостом опыте, см3; V2 – объем 0,25 н. раствора соли Мора, взятый на титрование пробы, см3; V – объем пробы, израсходованный на анализ, с учетом разбавления, см3; 2 – количество кислорода, эквивалентное 1 см3 0,25 н. раствора соли Мора или двухромовокислого калия.

8. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХИМИЧЕСКИ ПОТРЕБЛЯЕМОГО КИСЛОРОДА (ХПК)

ЭКСПРЕССНЫМ МЕТОДОМ

Метод предназначен для быстрого определения ХПК и основан на окислении органических и неорганических веществ бихроматом калия. Отличительной особенностью метода является применение

16

серной кислоты повышенной концентрации, что позволяет окислить 78–82 % всех окисляемых веществ за 2 мин без дополнительного нагревания.

Методика определения

В коническую колбу с притертой пробкой вместимостью 100 см3 вливают 1 или 5 см3 анализируемой пробы, добавляют 2,5 см3 0,25 н. раствора бихромата калия и при помешивании струей вливают 15 см3 концентрированной серной кислоты плотностью 1,84 г/см3. Реагирующую жидкость, имеющую температуру около 100 °С за счет разбавления кислоты, перемешивают и оставляют в покое на 2 мин. Затем реакционную смесь охлаждают до комнатной температуры, добавляют 20–30 см3 дистиллированной воды, 10–15 капель раствора дифиниламина и титруют 0,25 н. раствором соли Мора.

Параллельно проводят холостой опыт.

Вычисляют XIIK по формуле, приведенной в бихроматном методе определения ХПК.

9. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЛИЧЕСТВА РАСТВОРЕННОГО КИСЛОРОДА (МЕТОД ВИНКЛЕРА)

Содержание растворенного кислорода определяют в чистых водах и в сточных водах, прошедших очистку, перед спуском их в водоемы.

Определение растворенного кислорода является частью хода анализа приопределении биохимическогопотребления кислорода(БПК) водой.

Метод основан на йодометрическом определении кислорода, израсходованного на окисление двухвалентного марганца в четырехвалентный. Кислород, растворенный в анализируемой воде, фиксируют, окисляя им двухвалентный марганец в четырехвалентный в щелочной среде. Реакции протекают по следующим уравнениям:

MnSO4+ 2NaOH → Mn(OH)2 + Na2SO4;

2Mn(OH)2 + O2 → 2H2MnО3.

17

Белый осадок гидроксида марганца быстро окисляется кислородом, растворенным в воде, при этом образуется метамарганцоватистая кислота (Н2МnO3), которая выпадает в виде коричневого осадка. Когда весь растворенный кислород прореагирует с марганцем, выпавший осадок марганцоватистой кислоты растворяют в серной кислоте в присутствии йодистого калия. Четырехвалентный марганец восстанавливается йодом в двухвалентный по уравнению:

Н2МnO3 + 2H2SO4 + 2KJ = MnSO4 + J2 + K2SO4 + 3H2O.

Количество выделившегося свободного йода эквивалентно количеству кислорода в анализируемой воде, определяют титрованием раствором тиосульфата натрия.

Методика определения

Фиксирование растворенного кислорода проводят в инкубационной склянке, предварительно определив ее вместимость при закрытой пробке.

Колбу (инкубационную склянку) вместимостью 100–150 см3 наполняют доверху исследуемой водой и закрывают пробкой. При заполнении склянки необходимо обеспечить перелив воды во избежание появления воздушного пузырька под пробкой.

Затем пробку вынимают, на дно склянки пипеткой осторожно вводят 1 см3 раствора сернокислого марганца, другой пипеткой вводят 1 см3 щелочного раствора йодида калия, колбу закрывают притертой пробкой, энергично перемешивают в течение 40–50 с и ждут, когда осядет коричневый осадок.

Вылитые 2 см3 воды учитывают при вычислении растворенного кислорода. Потом склянку открывают, осторожно, по стенке, над жидкостью вводят 3 мл серной кислоты (2:3), быстро закрывают пробкой и перемешивают содержимое склянки, перевертывая ее вверх дном несколько раз. После растворения осадка жидкость количественно переносят в колбу для титрования емкостью 250–300 см3 и оттитровывают выделившийся йод 0,01 н. раствором тиосульфата натрия в присутствии крахмала до исчезновения синей окраски.

18

Содержание растворенного кислорода в анализируемой воде вычисляют по формуле

V – емкость склянки, установленная при ее калибровке, см3; 0,08 – количество кислорода, эквивалентное 1 см3 0,01 н. раствора Na2S2O3, мг.

10. ОПРЕДЕЛЕНИЕ БИОХИМИЧЕСКОГО ПОТРЕБЛЕНИЯ КИСЛОРОДА (БПК)

Под БПК принимают расход кислорода (мг/дмз) за определенный промежуток времени на аэробное биохимическое окисление (разложение) нестойких органических веществ, содержащихся в воде. В зависимости от периода времени, за которое определяют БПК, различают БПК5 (за пять суток), БПК10 (за десять суток), вплоть до БПКполн (полное), когда все биологически окисляемые вещества разложились микроорганизмами. В зарубежной практике вместо БПК5 определяют БПК7.

Методика определения

Пробу воды без разбавления переливают в бутыль, заполняя ее на 2/3 объема, доводят температуру воды до 20 °С (нагревая ее на водяной бане или охлаждая) и сильно встряхивают в течение 1 мин для насыщения воздухом. С помощью сифона исследуемую воду из бутыли переливают в две склянки с притертыми пробками. Воду в склянки наливают до пробки. В одной склянке тотчас определяют растворенный кислород (см. метод определения кислорода с применением йодида калия), а в другую с испытуемой водой ставят на 5 суток в термостат при постоянной температуре 20 °С. По истечении 5 суток определяют оставшийся растворенный кислород по формуле

19

Х = С1 – С2,

где X – искомое БПК, мг О2/ дм3; С1 – содержание растворенного ки-

слорода в воде до инкубации, мг О2/ дм3; С2 – то же, после инкубации, мг О2/ дм3.

11.ОПРЕДЕЛЕНИЕ КИСЛОТНОСТИ ИЛИ ЩЕЛОЧНОСТИ ВОДЫ

Степень кислотности или щелочности воды определяет соотношение концентрации водородных и гидроксильных ионов.

Химически чистая вода диссоциирует: H2O ↔ H+ + OH–.

При 25 °С концентрация ионов водорода (и гидроксильных ионов) равна 1·10–7 грамм-ионов. Обычно используют водородный показатель – рН, который численно равен отрицательному десятичному логарифму активности или концентрации ионов водорода, выраженной в молях на литр:

pH = –lg [ H+].

Приближенная величина рН может быть определена с помощью индикаторной бумаги.

Для точного определения рН растворов используют pH-метры. В рН-метрах реализуется потенциометрический принцип анализа, в основе которого лежит измерение электродвижущей силы цепи, состоящей из двух электродов.

Вкачестве электрода с нулевым потенциалом применяют водородный электрод (платиновая пластина, покрытая слоем губчатой платины и насыщенная водородом при 20 °С и 760 мм рт. ст.).

На практике водородный электрод сравнения часто заменяют более простым в обращении – каломельным, имеющим устойчивый потенциал.

Внастоящей работе для определения величины рН используют рН-метр pH-150МИ (рис. 2) с комбинированным электродом, который

20