Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ,МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАІНИ

ДОНЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ХІМІЧНИЙ ФАКУЛЬТЕТ

КАФЕДРА АНАЛІТИЧНОЙ ХІМІЇ

Курсова робота

Определение свободного активного хлора в питьевой водопроводной воде города Донецка

Виконала:

студентка групи 2-А

Сіроштан Ольга

Перевірила: к.х.н. Чагір Т.С.

Донецьк 2011



Оглавление

• Введение
• I. Литературный обзор
• 1. Бактерицидное и вирулицидное действие хлора
• 2. Хлоропоглощаемость природных и сточных вод
• 3. Технология хлорирования воды, реагенты для хлорирования воды
• 4. Взаимодействие хлора с примесями воды
• II. Экспериментальная часть
• 1. Методы определения хлора в воде
• III. Результаты и их обсуждение
• Выводы
• Список литературы


Введение

Основные задачи хлорирования воды

Одной из самых главных проблем обеспечения качества водопроводной воды, как в нашей стране, так и во всем мире, является выбор технологии и безвредного варианта ее обеззараживания. Хлорирование водопроводной воды начали проводить в начале ХХ века. Если в 1983 году в наиболее благополучных странах СНГ 19 % проб водопроводной воды не соответствовали стандартам по химическим показателям, а 7 % - по бактериологическим, то сейчас нормативам по химическим показателям не соответствует уже около 25…30 % проб, а по бактериологическим - 10…13 %.

Если спросить кого-либо о том, как он относится к хлорированию воды, то очень часто можно слышать, что этот процесс приводит к тому, что в водопроводной воде при обработке хлором возникает некоторое количество хлороформа. А это якобы может привести ко многим заболеваниям и даже к таким страшным, как рак.

Подобный вывод был сделан учеными еще четверть века назад, когда на животных было показано, что хлороформ может вызывать рак. Тогда же эпидемиологи сравнили карту распределения опухолевых заболеваний мочевого пузыря и кишечника в США с картой хлорирования воды, и оказалось, что там, где люди пьют хлорированную воду, опухоли встречаются чаще.

По мнению многих экспертов, хлорирование воды -- это самое крупное изобретение в медицине XX века, принесшее наибольшую пользу человеку. Именно хлорирование воды, а не открытие антибиотиков, инсулина или пересадка сердца спасло больше всего жизней. Оно остановило распространение кишечных инфекций в городах.

В последнее время появляются новые методы обеззараживания воды. Но они пока еще дороже хлорирования и не гарантируют от заражения уже обработанной воды после того, как она пошла по трубам. А потому отказываться от хлора еще рано. Во всяком случае, когда это для сокращения числа раковых заболеваний сделали в Перу, там в 1991 году возникла вспышка холеры.



І. Литературный обзор

1. Бактерицидное и вирулицидное действие хлора

Эффективность обеззараживания воды зависит от дозы и вида активного хлора, времени контакта с хлором, рН и температуры среды, наличия взвешенных частиц и органических веществ, исходной величины бактериальной загрязненности, резистентности (устойчивости к хлору) микроорганизмов и ряда других факторов.

Очевидно, что с увеличением дозы хлора, температуры и времени контакта эффект обеззараживания возрастает. Такое же влияние оказывает понижение рН среды, тщательное удаление из воды перед обеззараживание взвешенных и органических веществ. Следует обратить внимание на четкие указания исследователей на необходимость глубокого осветления питьевой воды (мутность не должна превышать 0,5 мг/л) перед обеззараживанием от вирусов и на резкое снижение вирулицидного действия хлора в противном случае.

Общепринято и зафиксировано в ГОСТ 2874-82, что необходимая степень обеззараживания (до ? 3 кл/л) природных вод с бактериальным заражением 103-104 кл/л фекальных кишечных палочек достигается при дозах хлора, обеспечивающих через 30 мин. контакта наличие 0,3-0,5 мг/л свободного хлора или через 60 мин. 0,8-1,2 мг/л связанного хлора.

Однако, в настоящее время бактериальное загрязнение в открытых источниках доходит и до 106-107 кл/л. в этих случаях необходимо применять хлорирование послепереломными дозами хлора и коагулирование. Кроме того, необходимо тщательно поддерживать санитарный режим во всех очистных сооружениях (отстойниках, фильтрах, резервуарах и др.), что достигается постоянным наличием свободного хлора на уровне 0,7-1 мг/л.

В случае неблагоприятной эпидемической обстановки величина остаточного хлора в питьевой воде по указанию санитарно-эпидемиологической службы может быть повышена с целью глубокого обеззараживания и консервации воды в системах водоснабжения. В этом случае максимальный уровень остаточного хлора после резервуаров не должен превышать 2 мг/л, если хлор находится в связанной форме, и 1 мг/л - при его нахождении в свободной форме. При одновременном присутствии свободного и связанного хлора следует ориентироваться на ту форму остаточного хлора, которая превалирует.

Продолжительность работы с повышением содержанием остаточного хлора в воде устанавливается в зависимости от конкретной эпидемической обстановки. Однако следует учесть, что длительная эксплуатация водопроводных сооружений с повышенными концентрациями остаточного свободного хлора (в отличие от связанного) может привести к химической коррозии трубопроводов. В результате расхода свободного хлора на коррозийные процессы в ближайших точках водовода он будет отсутствовать в распределительной системе города. Поэтому в подобных ситуациях рекомендуется для связывания хлора и продления его действия проводить хлораммонизацию воды.

Действие хлора проявляется особенно сильно в течение первых 30 мин. контакта. При этом из патогенных микроорганизмов наиболее чувствительны к хлору возбудители брюшного тифа, дизентерии и холеры. Паратиф В, энтерококки, а также вирусы являются более резистентными. На споровые формы хлорирование при обычно применяемых дозах почти не действует.

В связи с участившимися случаями вирусных заболеваний, передающихся водным путем, необходимо обратить особое внимание на контроль за содержанием в очищенной питьевой воде бактериофага кишечной палочки в 1 л очищенной воды необходимо немедленно принять меры к повышению эффективности обеззараживания воды, а также по ее проверке на отсутствие вирусов гепатита А.

Степень удаления из воды поверхностных источников бактерий и вирусов находится в непосредственной зависимости от эффективности и полноты протекания процесса коагуляции (хорошей флокуляции взвесей и коллоидов и полноты удаления из воды остаточного алюминия и взвесей).

Наиболее часто эпидемии гепатита приурочены к осенне-зимнему периоду, когда коагуляция ухудшается, а бактерицидное и вирулицидное действие хлора, особенно связанного, резко падает.

Вследствие малых размеров вирус гепатита А (0,027-0,04 мкм) имеет наибольшую возможность проскочить через фильтры водоочистных станций (т.к. его размеры в 100 раз меньше бактерии кишечной палочки, а его масса - почти в миллион раз!).

Вследствие наличия аммиака в осенне-зимний период в наших водоемах хлор часто находится в связанном состоянии и его воздействие на вирус гепатита А может оказаться недостаточным.

Следует отметить, что осветление воды до норм ГОСТ 2874-82 “Вода питьевая” (мутность 1,5 мг/л, остаточный алюминий - 0,5 мг/л) для эффективного удаления вируса гепатита А является недостаточным. Так, американским ученым Хадсоном еще в 1962 г. были опубликованы данные о зависимости между мутностью подаваемой населению хлорированной воды и заболеваемостью инфекционным гепатитом. По его данным, собранным в 12 крупных городах США, заболеваемость гепатитом при мутности воды 0,15 мг/л составляла всего 3 человека на 100 тыс. населения, при 0,3 мг/л - уже 31 человек, а при 1 мг/л - 130 человек или в 43 раза больше.

Работами американских ученых еще в 1960 годы было показано, что недостаточно также и одного хлорирования и фильтрования поверхностной воды для предотвращения эпидемии гепатита. В то время как хлорирование (в соответствии с установленными нормами) полностью предупреждало заболеваемость брюшным типом и дизентерией, эпидемия гепатита А развивалась.

Эти наблюдения подтверждает и наша практика. Таким образом, для эффективного удаления вируса гепатита А необходимо не только использование всей бактерицидной силы свободного хлора в виде хлорноватистой кислоты HСlO, но и соблюдения рекомендаций по обеспечению эффективной коагуляции, сорбции вирусного загрязнения и его наиболее полного удаления из воды. Как известно, такие условия совпадают с условиями наиболее полного удаления из воды остаточного алюминия и гидроксида алюминия.

Для повышения бактерицидности и вирулицидности хлора необходимо:

· добиться наличия в воде, поступающей на фильтры, 0,6-1,0 мг/л свободного хлора (контроль остаточного хлора по метилоранжу или по методу Пейлина);

· добиться наличия в воде над фильтром 0,3-0,5 мг/л хлорноватистой кислоты в составе свободного хлора, что достигается пониженным рН до 6,8-7,2.

Сточные воды, даже прошедшие полную биологическую очистку, инфицированы в тысячи раз сильнее, чем природные. Так, после очистных сооружений в них содержатся 106-109 кл/л фекальной кишечной палочки.

Санитарными правилами и нормами охраны поверхностных вод от загрязнения (СанПиН № 4630-88) запрещено сбрасывать в водные объекты сточные воды, содержащие возбудителей инфекционных заболеваний. Они могут сбрасываться только после очистки и обеззараживания до коли-индекса не более 1000 и индекса коли-фагов не более 1000 БОЕ/дм3.

В соответствии с требованиями органов Госсанэпиднадзора необходимо проводить пробное хлорирование очищенных сточных вод и опытным путем определять необходимую дозу хлора для обеспечения вышеуказанных нормативов.

Следует отметить, что эти нормативы не соблюдаются большинством наших очистных сооружений, а нормы СНиП 2.04.03-85 на расход хлора для обеззараживания сточных вод занижены.

Опыт эксплуатации аналогичных сооружений в США показал, что для достижения в 2 раза менее жесткого норматива (2.103 кл/л) необходимо 8-15 мг/л хлора при 30 мин. контакте, а не 3-5 мг/л, как это предусмотрено СНиП. Активная турбулизация хлорированной сточной жидкости в специальных реакторах позволяет значительно интенсифицировать процесс обеззараживания и уменьшить необходимые дозы хлора.

2. Хлоропоглощаемость природных и сточных вод

Хлоропоглощаемость воды представляет собой разность между дозой введенного в воду активного хлора и его концентрацией в воде через некоторый промежуток времени (обычно через 30 минут). Хлоропоглощаемость воды характеризует ее загрязненность органическими и некоторыми неорганическими (Fe2+, H2S, SO32-, Na2S2O3 и др.) веществами. Она зависит от концентрации этих загрязнений в воде, дозы хлора, времени взаимодействия, температуры, рН среды и других факторов.

Вода, не содержащая веществ, взаимодействующих с хлором, хлоропоглощаемостью не обладает.

Взаимодействие хлора с азотистыми органическими соединениями зависит от их природы. Хлор быстро взаимодействует с аминокислотами, медленнее с протеинами, пептонами, мочевиной и совсем не реагирует с гаппуровой кислотой. Соединения, содержащие аминогруппы (аминокислоты, протеины и др.), образуют с хлором органические хлорамины.

Систематическое определение хлоропоглощаемости воды в лабораториях водопроводов дает нам дополнительные сведения о качестве природных вод, позволяет его прогнозировать.

Кривые хлоропоглощаемости при наличии дополнительных данных (о запахе и привкусе воды, ее бактериологических показателях) позволяют научно обоснованно выбрать дозу хлора для обработки воды.

При определении хлоропоглощаемости сточных вод точка перелома С позволяет судить о степени нитрификации в процессе биологической очистки, вычислять содержание в очищенной сточной жидкости аммонийных соединений.

При проведении пробного хлорирования очищенных сточных вод следует параллельно с отбором проб на остаточный хлор (после 30-минутного контакта) производить бакпосевы на коли-индекс и коли-фаг. После получения результатов баканализа выбирается большая из доз хлора, которая обеспечивает нормативные показатели обеззараживания сточных вод как по коли-индексу (103 ос/л) так и по коли-фагу (103 БОЕ/л).

Представляем результаты, полученные нами при пробном хлорировании сточных вод ЦОС-2 г. Запорожье. Так, для обеззараживания по коли-фагу оказалось достаточной доза хлора 1,9 мг/л, но для обеззараживания по коли-индексу требуется доза не менее 5 мг/л и величина остаточного хлора 2,5 мг/л. Последние данные и должны быть приняты для обеспечения обеззараживания сточной жидкости в данном случае.

Таблица 1 Результаты анализа воды до и после хлорирования

	Хлороформ, мкг/л	Четырёххлористый углерод, мкг/л
	Исходная вода	После первичного хлорирования	Резервуар чистой воды	Исходная вода	После первичного хлорирования	Резервуар чистой воды
Волга Днепр	25,3 59,2	190,9 152,6	71,8 50,1	4 146	158 1030	80 180

3. Технология хлорирования воды, реагенты для хлорирования воды

Цель прехлорирования - предварительная обработка воды перед очистными сооружениями для улучшения или облегчения дальнейшей ее очистки. Прехлорирование в случае ухудшения качества воды по бактериологическим показателям, появления неприятных запахов привкусов должно проводиться повышенными дозами, соответствующими точке перелома на кривой хлоропоглощаемости, или большими. Свободный активный хлор в большинстве случаев обеспечивает значительное улучшение качества воды за счет активного окисления органических веществ. Метод предварительного хлорирования воды послепереломными дозами широко применяется в практике водоподготовки (Киев, Николаев, Винница, Днепропетровск и др.).

Постхлорирование используется для обеззараживания воды, которое является завершающим этапом очистки воды. Постхлорирование проводится небольшими дозами, обеспечивающими наличие остаточного хлора после резервуаров чистой воды на уровне требований ГОСТ 2874-82. излишек хлора, недопустимый по гигиеническим соображениям, перед подачей воды населению должен быть удален.

Для дехлорирования питьевой воды используют сернистый газ SO2 (ГОСТ 2918) и гипосульфит натрия NaS2O3 (ГОСТ 4215) ,а также гранулированный активированный уголь и аммиак NН3 (ГОСТ 6221). Расходы этих реагентов на 1 мг/л активного хлора следующие:

SO2 - 0,9 мг/л; NaS2O3 - 0,8-7,1 мг/л; NН3 - 0,13 мг/л.

Активированный уголь крупностью 1,5-2,5 мм используется в качестве загрузки фильтров слоем 2,5 м, скорость фильтрования достигает 20-30 м/ч.

Кроме того, предложен ряд КОМБИНИРОВАННЫХ МЕТОДОВ хлорирования воды: хлорирование с аммонизацией, хлорирование с манганированием, хлор-серебрянный метод.

хлор сточный вода титриметрический

4. Взаимодействие хлора с примесями воды

Взаимодействие хлора с аммиаком и азотсодержащими веществами было рассмотрено в предыдущей статье.

Свободный хлор способен окислять марганец, но скорость окисления при рН < 10 невелика. Для окисления 1 мг/л марганца необходимо 1,25 мг/л свободного хлора. Двуокись хлора окисляет марганец практически мгновенно. Железо легко окисляется хлором в более широком интервале рН (7 и выше) и для окисления 1 мг/л железа требуется 0,6 мг/л хлора. Окисление интенсифицируется в присутствии катализатора - сульфата меди (0,2 мг/л).

Реакция хлора с другими неорганическими восстановителями происходит быстро. Так, нитриты легко окисляются хлором до нитратов, а сероводород - до элементарной серы или сульфатов

H2S+HClO>S+HCl+H2O

H2S+4HClO>H2SO4+4HCl

При взаимодействии хлора с органическими веществами возможны реакции окисления (гуминовых веществ, спиртов и др.) и замещения (хлорирование фенолов и др.).

В реакциях окисления основную роль играет окислительно-восстановительный потенциал окислителя, определяющий возможность протекания окислительно-восстановительной реакции между веществами, а при наличии нескольких окислителей в растворе можно определить приоритет их взаимодействия. Окислительно-восстановительный (ОВ) потенциал сильно зависит от рН среды, уменьшаясь с увеличением рН. Приводим для ориентировки стандартные ОВ потенциалы основных окислителей:

Озон - + 2,07 В (кислая среда)

КМnO4 - + 1.51 В -//-

СlO2 - + 1,5 В (рН 1)

НСlO - + 1,2 В (рН 4)

NaСlO - + 0.84 В (рН 8)

Кислород - + 0.84 В (рН 7)

Дихлорамин - + 0,75 В

Монохлорамин - + 0,7 В

В реакциях замещения хлорирующие агенты располагаются в следующий ряд: Сl2 > НСlO > СlO-. Однако, кинетика (скорость) процесса осветления не всегда определяется величиной ОВ потенциала окислителя, а зависит от образования различных активных форм окисляющегося вещества, промежуточных продуктов реакции и их химических свойств.

Сложность состава природных вод и наличие в них широкого спектра органических и неорганических веществ, реагирующих с хлором, являются причиной того, что до настоящего времени эти сложные процессы комплексно оцениваются лишь суммарной характеристикой - величиной хлоропоглощаемости.

Анализ химизма взаимодействия хлора с окрашенными органическими кислотами почвенного гумуса показал, что основной реакцией при всех значениях рН является окисление, сопровождающееся обесцвечиванием. Обесцвечивание хлором водного гумуса зависит от его фракционного состава. Так, при хлорировании креновых кислот снижение цветности на 1 градус достигается 3,5 мг/л, а апокреновых - 0,2 мг/л хлора. Максимальное обесцвечивание наблюдается при рН 7-8. однако, хлорирование гумусовых веществ не является деструктивным процессом и не может обеспечить такую же глубину обесцвечивания воды, как озонирование.

Обесцвечивание воды хлорированием применялось на московских и киевских водопроводах. Так, на Днепровском водопроводе г. Киева введение 10-15 мг/л хлора при контакте 6 часов обеспечивало удаление цветности на 40-70%. Удельный расход хлора составлял 0,15-0,5 мг/град, в то же время, как удельный расход сернокислого алюминия был на уровне - 1-4,5 мг/град. Замена значительной части коагулянта меньшим количеством хлора (в 6-9 раз) давала значительный экономический эффект. Однако, такая практика должна быть прекращена в связи с указаниями на образование высокотоксичных тригалоидметанов при хлорировании гумуса (в концентрациях прямо пропорциональных дозах хлора). Эта сторона проблемы подробно освещена в разделе 3 данной лекции.

В Институте Коллоидной химии и химии воды (ИКХХВ) АН УССР проведен ряд важных работ по хлорированию и озонированию многих органических примесей воды (фенолов, нефтепродуктов, пестицидов и др.). Эти исследования показали, что хлорирование может быть применено для окисления фенолов (удельный расход хлора от 2,4 мг/мг для гидрохинона до 6-8 мг/мг для фенола). Для удаления нефтепродуктов и изученных пестицидов (хлорофоса, дихлофоса, метафоса, гептахлора) хлорирование непригодно. В отдельных случаях образуются еще более токсичные хлопроизводные, например, при хлорировании гептахлора, хлорофоса, дихлофоса и метафоса. Удовлетворительно обеззараживается хлором лишь фосфамид (расход хлора 25 М на 1 М пестицида).

Показано, что все изученные пестициды достаточно хорошо обеззараживаются озонированием.



ІІ. Экспериментальная часть

Термины и определения

Свободный хлор- хлор, присутствующий в воде в виде хлорноватистой кислоты ион гипохлоритов или растворенного элементарного хлора.

Связанный хлор-часть общего хлора присутствующая в воде в виде хлораминов и органических хлораминов.

Общий хлор-- хлор, присутствующий в воде в виде свободного хлораили связанного или обоих вместе.

Хлорамины- производные аммиака, образованные путём замещения одного, двух или трех атомов водорода атомами хлора (монохлорамин NH₂Cl, дихлорамин NHCl₂ , трихлорид азота NCl₃) и все хлорированные производные соединения органического азота определённые по ИСО 7393-1

Таблица 2 Термины и их синонимы, относящиеся к соединениям хлора в воде

Название	Синонимы	Состав
Свободный хлор	Свободный активный хлор	Элементарный хлор, хлорноватистая кислота
	Потенциально свободный хлор	Гипохлорит
Общий хлор	Общий остаточный хлор	Элементарный хлор, хлорноватистая кислота, гипохлорит, хлорамины

1. Методы определения хлора в воде

Титриметрический метод

ИСО 7393-1 устанавливает титриметрический метод с использованием N₂N-диэтил-1,4-фенилендиаминсульфата (ЦПВ-1) для определения свободного и общего хлора в воде (от 0,0004 до 0,07 ммоль/л или от 0,03 до 5 мг/л).

Морская вода и вода, содержащая бромиды и йодиды, составляют группу веществ, для анализа которых необходимы особенные методики.

Данный метод применяют для обычных концентраций общего хлора в питьевой воде в пересчете на хлор (Cl₂),а при более высоких концентрациях контроль проводят путем разбавления проб.

Для концентраций свыше 0,07 ммоль/л можно применять метод, описанный в ИСО 7393-3

Сущность метода заключается во взаимодействии свободного хлора с ЦПВ-1 с образованием при рН 6,2-6,5 соединения красного цвета. Затем проводят титрирование соединения стандартным раствором соли Мора до исчезновения красного цвета.

Реактивы

Вода, не содержащая окисляющих и восстанавливающих веществ. Чтобы получить воду нужного качества, деминерализованную или дистиллированную, воду сначала хлорируют до концентрации хлора 0,14 ммоль/л (10 мг/л) и хранят в плотно закрываемой стеклянной бутыли для кислот. Затем воду дехлорируют ультрафиолетовым излучением или солнечным светом в течение нескольких часов или активированным углём. Окончательно проверяют качество, применяя методику описанную ниже:

в две конические колбы вместимостью 250 мл помещают последовательно: а) в первую - 100 мл воды, качество которой нужно определить, и около 1 г иодида калия; перемешивают и через 1 мин добавляют 5 мл буферного раствора или 5 мл реактива ЦВП-1.

б) во вторую - 100 мл воды, качество которой необходимо проверить, добавив одну или две капли раствора гипохлорита натрия, затем через 2 мин 5 мл буферного раствора или 5 мл реактива ЦВП-1.

В первой колбе не должно происходить окрашивание, в то время как во второй появляется бледно-розовая окраска.

Буферный раствор рН 6,5 . Последовательно растворяют в воде 24 г безводного двухзамещенного фосфорита натрия (Na₂ НPO₄) или 60,5 г двенадцативодного двухзамещенного фосфорита натрия (Na₂ PO₄ *12H₂O) или 46 г однозамещенного фосфата калия (KH₂PO₄). Добавляют 100 мл раствора трилона Б концентрацией 8 г/л (или 0,8 г твердого вещества).

Если нужно добавляют 0,020 г хлорида ртути (II)(HgCl₂), чтобы предотвратить рост плесени и мешающее влияние следов иодида в реактивах при проведении испытаний на имеющийся свободный хлор.

Полученный раствор разбавляют до 1 л перемешивают.

Раствор ЦВП-1, 1,1 г/л. Смешивают 250 мл воды, 2,1 мл серной кислоты (g=1,84) и 25 г раствора трилона Б концентрацией 8 г/л (или 0,2 твердого вещества). В этой смеси растворяют 1,1 г безводного ЦВП-1 или 1,5 г пентагидрата ЦВП-1, разбавляют водой до 1 л и перемешивают.

Реактив хранят в темной бутылке, защищенной от нагревания. Раствор обновляют через месяц хранения или после его обесцвечивания.

Кристаллы иодид калия

Соль Мора, основной раствор [Fe(NH₄)₂(SO₄)₂*6H₂O] - 0,056 моль/л. Растворяют 22 г гексагидрата аммоний-сернокислого железа (II) (соли Мора) приблизительно в 250 мл воды, содержащей примерно 5 мл серной кислоты (g=1,84) в мерной колбе вместимостью 1 л. Разбавляют водой до метки и перемешивают. Хранят в затемненной склянке.

Стандартный раствор перед использованием или ежедневно при большом количестве определений готовят следующим образом:

в мерную коническую колбу 250 мл помещают 50 мл основного раствора соли Мора, приблизительно 50 мл воды, 5 мл ортофосфорной кислоты (g=1,71), и 4 капли индикатора дефениламинсульфоната бария. Титруют раствором бихромата калия. Конечная точка титрования наступает, когда одна капля вызывает интенсивное темно-красное окрашивание, которе не изменяется после последующего добавления раствора бихромата калия.

Концентрацию (C₁) Cl₂, выраженную в ммоль/л, вычисляют по формуле:



C₁ =V₂*(C₂/V₁),

Где C₂ - концентрация стандартного раствора бихромата калия, в данном случае 100 ммоль/л;

V₁ - объем основного раствора соли Мора, мл; в данном случае 50 мл;

V₂ - объем стандартного раствора бихромата калия, использованный при титровании, мл.

Примечание. Когда V₂ становится меньше чем 22 мл, готовят свежий раствор.

Стандартный раствор соли Мора, с [Fe(NH₄)₂(SO₄)₂*6H₂O] - 2,8 ммоль/л.

Помещают 50 мл свежестандартизированного основного раствора в мерную колбу вместимостью 1 л. Разбавляют до метки и перемешивают. Помечают темную бутылку.

Такой раствор готовят по мере необходимости или ежедневно, если делают большое количество определений.

Концентрацию (C₁) Cl₂, выраженную в ммоль/л, вычисляют по уравнению:

C₁ =C₁/20

Раствор арсената натрия (NaAsO₂) c=2г/л, или раствором тиоацетамида (CH₃CSNH₂).

Раствор хлорноватистого натрия, с(Cl₂), около 0,1 г/л. Готовят путем разбавления концентрированного раствора хлорноватистого натрия.

Раствор индикатора дефениламинсульфоната бария, 3 г/л. Разбавляют дефениламин-сульфонат бария [(C₂H₅-NH-C₂H₄SO₃)Ba] в 100 мл воды.

Стандартный раствор бихромата калия, с(1/6K₂Cr₂O₇)=100 ммоль/л. Взвешивают в точности до миллиграмма 4,904 г безводного бихромата калия. Растворяют в мерной колбе вместимостью 1 л.

Приборы и оборудование

Используется обычное лабораторное оборудование и микробюретку вместимостью до 5 мл с делением 0,02 мл.

Необходимую посуду готовят путем заполнения ее хлорноватистого натрия, затем через 1 час тщательно ополаскиваю водой. Во время исследований одну партия посуды следует иметь для определения свободного хлора, а другую для определения общего хлора, чтобы избежать загрязнения.

Методика определения

Определение начинают сразу же после отбора проб. Во всех случаях следует избегать яркого света, взбалтывания, подогрева.

Берут две исследуемые порции, каждую по 100 мл. Если концентрация превышает 0,07 ммоль/л (5 мг/л), необходимо брать меньший объем исследуемой пробы или разбавлять водой до 100 мл.

Определение свободного хлора

Быстро помещают в коническую колбу вместимостью 250 мл, последовательно 5 мл буферного раствора, 5 мл реактивного раствора ЦВП-1 и первую исследуемую порцию. Перемешивают и сразу же титруют до обесцвечивания раствором соли Мора. Записывают объем V₃ мл, использованный при титрировании.

Если качество воды не известно, возможна сильно кислая или сльно щелочная, или же вода с высоким содержанием солей, то следует убедиться, что объем добавленного буферного раствора достаточно для доведения рН воды до 6,2-6,5. Если же этого нет, используют большой объем буферного раствора.

Определение общего хлора

Быстро помещают в коническую колбу вместимостью 250 мл, последовательно 5 мл буферного раствора, 5 мл реактивного раствора ЦВП-1, вторую порцию и около 1 г иодида калия.

Перемешивают и через 2 мин титруют до обесцвечивания раствором соли Мора. Если в течении 2 мин наблюдается изменения окраски, то продолжают титровать до обесцвечивания. Записывают объем V₄ мл, использованный при титрировании.

Если качество воды не известно, возможна сильно кислая или сльно щелочная, или же вода с высоким содержанием солей, то следует убедиться, что объем добавленного буферного раствора достаточно для доведения рН воды до 6,2-6,5. Если же этого нет, используют большой объем буферного раствора.

Если в пробе присутствует марганец, то определяют влияние окисленного марганца, выполняя дополнительное определение. Используют порцию исследуемой пробы, предварительно обработанной раствором арсенита натрия или тиоацетамида, чтобы нейтрализовать все окисленные соединения, кроме окисленных соединений марганца. Для этого исследуемую порцию помещают в коническую колбу вместимостью 250 мл, добавляют 1 мл раствора арсенита натрия или раствором тиоацетамидаи перемешивают. Вновь добавляют 5 мл буферного раствора и 5 мл реактива ЦВП-1. Сразу же титруют до обесцвечивания раствором соли Мора. Записывают объем V₅, мл, соответствующий окисленному марганцу.

Выражение результатов

Расчет концентрации свободного хлора

Концентрацию свободного хлора c(Cl₂), выраженную в ммоль/л, вычисляю по уравнению:

c(Cl₂)=(c₃(V₃-V₂))/V₅

где c₃ -концентрация раствора соли Мора, ммоль/л;

V₂ -объем исследуемой пробы, мл;

V₃ - объем раствора соли Мора, используемый при титрировании, мл;

V₅ - объем соли Мора, используемый для устранения влияния марганца. При отсутствии марганца V₅=0 мл.

Расчет концентрации общего хлора

Концентрацию общего хлора c(Cl₂), выраженную в ммоль/л, вычисляю по уравнению:

c(Cl₂)=(c₃(V₄-V₃))/V₅

где V₄ - объем раствора соли Мора, используемый при титровании, мл.

Переход от молярной концентрации к массовой. Концентрация хлора, выраженная в моль/л, может быть выражена в г/л умножением на коэффициент пересчета 70,91.

Мешающее влияние

Могут быть выделены два вида мешающих влияний.

1) Мешающее влияние соединений хлора, содержащих диоксид хлора. Эти влияния могут корректироваться путем определения диоксида хлора в воде.

2) Мешающее влияние других соединений, кроме соединений хлора. Окисление ЦВП-1 вызывается не только соединениями хлора. В зависимости от концентрации и потенциала химического окисления реактив подвергается воздействию и других окислителей. Особенно следует упомянуть следующие вещества: бром, йод, бромамиды, иодамиды, озон, перекись водорода, хромат, окисленный марганец, нитрат, железо (III) и медь. При наличии меди (II) (менее 8 мг/л) и ионов железа (III) (менее 20 мг/л) помехи устраняют добавлением трилона Б в буферный раствор и в раствор ЦВП-1.

Отчет об определении

Отчет об определении должен содержать следующую информацию:

а) ссылку на международный стандарт ИСО 7393-1

б) всю информацию, необходимую для полной идентификации пробы

в) результаты и использованный метод их выражения

г) детали какого-либо процесса, не включенные в данный стандарт или рассматриваемые как не обязательные совместно с какими-либо подробностями, которые могут повлиять на результат.

Метод иодиметрического титрирования

ИСО 7393-3 устанавливает метод иодиметрического титрирования для определения общего хлора в воде.

Данный метод рекомендуется для измерений концентраций хлора c(Cl₂) от 0,01 до 0,21 ммоль/л (0,71 - 15 мг/л).

Некоторые вещества оказывают мешающие в ходе определения, о чем будет сказано ниже.

В приложении стандарта представлен метод прямого титрирования. Его обычно применяют для определения концентраций хлора выше 7 мкмоль/л (0,5 мг/л) в обработанной питьевой воде.

Сущность метода заключается во взаимодействии проб воды с общим хлором и раствором иодида калия с выделением свободно йода, который сразу же восстанавливается известным избытком стандартного раствора тиосульфата, предварительно добавленного в раствор. Затем титруют избытком тиосульфата стандартным раствором иодида калия.

Реактивы

Вода, не содержащая хлора и других восстанавливающих веществ.

Кристаллы иодида калия(KI).

Раствор фосфорной кислоты(H₃PO₄), приблизительно 0,87 моль/л. Растворяют 64 г фосфорной кислоты, охлаждают и разбавляют до 1 л.

Стандартный титрированный раствор иодида калия, с(1/6KIO₃)=10 ммоль/л. Взвешивают 0,36 г с точностью до 1 г сухого иодида калия.

Стандартный титрированный раствор тиосульфата натрия с(Na₂S₂O₃*5H₂O)=10ммоль/л. Растворяют 2,48г тиосульфата натрия приблизительно в 250мл воды в мерной колбе вместимостью 1л, разбавляют до метки водой и перемешивают.

Проверку титра раствора проводят ежедневно или непосредственно перед использованием следующим образом: помещают 200мл воды в коническую колбу вместимостью 500 мл. Добавляют приблизительно 1г иодида калия, затем вводят с помощью пипетки 10мл раствора тиосульфата натрия, 2мл фосфорной кислоты и 1 мл раствора крахмала. Сразу же титруют стандартным титрованным раствором иодида калия до появления синей окраски, сопровождающейся не менее 30с. Записывают объем иодида калия, использованный на титрирование. Титр С₁ раствора тиосульфата натрия, выраженный в ммоль/л вычисляют по уравнению

С₁ =(V₂ -С₂)/V₁

Где С₂ - концентрация стандартного титрированного раствора иодида калия, ммоль/л

V₁ - объем раствора тиосульфата натрия, использованный при установлении титра, мл (V1=10мл)

V₂ - объем стандартного титрированного раствора иодида калия, использованного при титрировании, мл

Раствор крахмала, 5 г/л или подобный индикатор, выпускаемый в промышленности.

Приборы и оборудования

Используют обычное лабораторное оборудование и бюретку с тонким наконечником со скоростью подачи 30капель/мл, объемом до 25мл с ценой деления 0,05мл.

Нужную посуду готовят, заполняя её раствором гипохлорита натрия с=0,1г/л, затем через 1 час тщательно ополаскивают дистиллированной водой и водой, не содержащей хлора.

Методики определения

Определение начинает сразу же после отбора проб. При проведении анализа следует избегать воздействия на пробу яркого света, перемешивания, подогрева.

Отбирают исследуемую порцию (V6), объем котрого не превышает 200мл, содержащую не более чем 0,21 ммоль/л (15г/л) общего хлора. Если количество общего хлора превышает эту концентрацию, разбавляют исследуемую порцию водой и отбирают часть исследуемой порции, объем которой не превышает 200мл.

Помещают исследуемую порцию в коническую колбу вместимостью 500мл. Добавляют поочередно 1г иодида калия, 2мл фосфорной кислоты и с помощью пипетки 10мл (V4) стандартного раствора тиосульфата натрия и затем 1мл раствора крахмала. Реагенты должны вводиться в строго определенной последовательности, так как в противном случае может иметь место нестехиометрическое превращение гипохлорита при воздействии тиосульфата.

Сразу же титруют стандартным титрированным раствором иодида калия до установления постоянной синей окраски в течении 30с., записывают объем иодида калия использованный на титрирование (V3)

Выражение результатов

Концентрация общего хлора c(Cl₂), выраженную ммоль/л, вычисляют по формуле

c(Cl₂)=( V₄* С₁- V₃* С₁)/( V₂* V₄)

где С1 - фактическая концентрация стандартного титрированного раствора тиосульфата натрия, ммоль/л

V2 - объем исследуемой порции перед разбавлением (если оно было), мл

V3 - объем стандартного раствора иодида калия, используемый на титрирование, мл

V4 - объем стандартного раствора тиосульфата натрия, использованный на титрирование, мл (V4=10).

Мешающие явления

Окисление иодида-иона до иона вызывается не только хлором. В зависимости от концентрации и химического потенциала окисления вызывают все окислители. Поэтому данный метод может применяться только при отсутствии других окисляющих веществ; особо следует отметить бром, йод, бромамины, йодамины, озон, перекись водорода, перманганат, иодат, бромат, хромат, диоксид хлора, хлорит, окисленный марганец, нитрит, ионы железа (III), ионы меди ( II) и марганца (III).

Отчет об определении

Отчет об определении должен содержать следующую информацию:

а) ссылку на международный стандарт ИСО 7393-1

б) всю информацию, необходимую для полной идентификации пробы

в) результаты и использованный метод их выражения

г) детали какого-либо процесса, не включенные в данный стандарт или рассматриваемые как не обязательные совместно с какими-либо подробностями, которые могут повлиять на результат.



ІІІ. Результаты и их обсуждение

Точность титриметрического метода

Лаборатории по контролю и защите окружающей среды американского Агентства по охране окружающей среды (ЕРА) получила следующие результаты.

Для проб дистиллированной воды при концентрациях c(Cl₂)=4,79; 9,17 и 48,6 мкмоль/л или c(Cl₂)=0,43; 0,65 и 3,45 мг/л общего хлора, относительные стандартные отклонения составили соответственно 5,6; 0,5 и 0,5 %. При использовании питьевой воды, содержащей c(Cl₂)=13,8 мкмоль/л (0,89 мг/л) общего хлора, относительное стандартное отклонение составило 1,2 %. При анализе более загрязненных вод была получена почти такая же точность, как при анализе питьевой воды. Исключение составляют неочищенные сточные воды, где при концентрации общего хлора c(Cl₂)=11,1 мкмоль/л относительное стандартное отклонение составило 3,3 %.

Результаты, опубликованные Британским отделом по охране окружающей среды, показали для концентрации общего хлора c(Cl₂)=14 и 71 мкмоль/л (1 и 5 мг/л) относительные стандартные отклонения соответственно 1,4 и 0,88%.

Результаты, перечисленные выше, относятся к повторным определениям, проведенным в одной и той же лаборатории, и таким оброзам обеспечивают изменение сходимости метода. Попытки определить воспроизводимость метода путем распределения проб среди различных лаборатарий привело к тому, что были получены неточные результаты из-за общей нестабильности растворов, содержащий свободный и связанный хлор.

Отделом гарантии качества Лаборатории мониторинга в Цинциннати было установлено, что герметизированный в ампуле раствор гипохлорита натрия в очень чистой воде весьма стабилен при хранении в темном металлическом цилиндре.

Точность метода иодиметрического титрирования

(Данный только метода прямого титрирования).

Лаборатория мониторинга и защиты окружающей среды США оценило метод иодиметрического титрирования, используя оксид фениларсина в качестве стандартного восстановителя тиосульфата натрия.

Для проб дистиллированной воды при концентрации общего хлора c(Cl₂) = 3,5и 56,7 мкмоль/л (0,25 и 4,02 мг/л) относительные стандартные отклонения соответственно составили 0,23 и 0,76 %. При анализе проб питьевой воды, содержащих c(Cl₂)=9,6 мкмоль/л (0,68 мг/л) общего хлора, относительное стандартное отклонение составило 5,2%. При анализе речной воды, содержащей c(Cl₂)=4,2 мкмоль/л (0,3 мг/л) общего хлора, относительное стандартное отклонение составило 9,7 %.

Выводы

Определение свободного активного хлора в питьевой водопроводной воде города Донецка

Проводили анализ водопроводной воды, отобранной в разных районах города Донецка. Содержание свободного активного хлора отличалось незначительно. Разница составляла менее 10 % относительных. Среднее содержание для 30 проб. отобранных в декабре 2008 г составило 0,42+- 0,02 мг/л. ПДК = 0,5 мг/л. Как видно из результатов исследования не превышает ПДК

Список литературы

1. Пилипнмнко А. Т., Пяпницкий И. В., Аналитическая химия: В двух книгах: кн. 1 - М.: Химия, 1990. 480 с.: ил.

2. Пилипнмнко А. Т., Пяпницкий И. В., Аналитическая химия: В двух книгах: кн. 2 - М.: Химия, 1990. 481-846 с.: ил.

3. Основы аналитической химии. Практическое руководство во: Учебное пособие для вузов/ В. И. Фадеева, Т. Н. Шеховцова, В. М. Иванов и др.; Под редакцией Ю. А. Золотова.- М.: Высшая школа.,2001.- 463 с.: ил.

4. Основы аналитической химии. В 2 кн. Кн.1. Общие вопросы. Методы химического анализа: Учеб. для вузов/ Ю. А. Золотов, Е. Н. Дорохова, В. И. Фадеева и др.; Под редакцией Ю. А. Золотова.- 2-е издание, перераб. и дов.- М.: Высшая школа.,1999.-351 с.: ил.

5. Основы аналитической химии. В 2 кн. Кн. 2. Методы химического анализа: Учеб. для вузов/ Ю. А. Золотов, Е. Н. Дорохова, В. И. Фадеева и др.; Под редакцией Ю. А. Золотова.- 2-е издание, перераб. и дов.- М.: Высшая школа.,2002.; -494 с.: ил.

6. Дорохова Е.Н., Прохорова Г. В. Аналитическая химия. Физико-химические методы анализа: Учеб, для почвенно-агрохим. спец. университетов и вузов.- М.: Высшая школа., 1991.-256с.: ил.

Размещено на Allbest.ru