Лабораторна робота №10 оцінка органічного забруднення води
Мета роботи: навчитись визначати присутність органічних речовин у воді методом перманганатометрії.
Основні теоретичні відомості
У природі немає хімічно чистої води. Навіть найчистіші атмосферні опади над Антарктидою містять до 5 мг/дм3 розчинених солей. А вміст солей в дощовій воді в районах з інтенсивною вулканічною діяльністю досягає 1000 мг/дм3.
Найголовнішими природними сполуками, що визначають склад природних вод, є: галіт NaCl; гіпс CaSO4·2H2O; кальцит CaCO3; доломіт CaMg(CO3)2.
У результаті антропогенного впливу на гідросферу помітно змінюється склад природних вод. Це пов'язано з великою розчинювальною здатністю води, а також тим, що водоймища є кінцевим пунктом руху стічних вод і природним акумулятором більшості забруднювачів, що надходять в атмосферу і літосферу.
Загальна маса забруднювачів гідросфери величезна – близько 15 см3 млрд. т. на рік.
Дія забруднювачів на природні водоймища різна. Теплове забруднення викликає інтенсифікацію процесів життєдіяльності, що порушує рівновагу екосистеми.
Зважені частинки зменшують прозорість води, знижують процеси фотосинтезу і аерацію водного середовища, сприяють замулюванню дна при малій швидкості течії. Крім того, на таких частинках можуть сорбуватись забруднювачів, які потім осідають на дно і викликають вторинне забруднення.
До найбільш небезпечних забруднювачів відносяться солі важких металів, феноли, пестициди та інші органічні отрути, нафтопродукти, насичена бактеріями біогенна органіка, синтетичні ПАР і інші миючі засоби, мінеральні добрива.
Особливо токсичними є діоксини, які увійшли до групи так званої «брудної дюжини»:
- пестициди: алдрин, хлордан, ДДТ, диелдрин, ендрин, гептахлор, мірекс, токсафен;
- промислові продукти: гексахлорбензол, ПХБ;
- небажані побічні продукти: діоксини, фурани.
У більшості урбанізованих районів додається нітратне і нітритне забруднення підземних вод, джерелами якого є забруднені зони санітарної охорони (ЗСО) джерел води, аварійні витоки стоків з каналізаційних систем і повсюдне використання відстійників для збору господарсько-побутових стічних вод та ін.
Всі сполуки “брудної дюжини“ та значна кількість забруднюючих речовин, що надходять з урбанізованих територій належать до групи органічних речовин. Водні екосистеми мають здатність до самоочищення і встановлення біологічної рівноваги в результаті сукупної дії фізичних, хімічних і біологічних чинників.
До фізичних чинників відносяться інтенсивний рух річок, що забезпечує перемішування, осідання і зниження концентрації забруднюючих речовин і т.п. З хімічних чинників можна виділити окислення органічних речовин. Але вирішальну роль в самоочищенні водоймищ грають водні біоценози (біологічний). Водні організми спільно забезпечують через трофічні зв'язки мінералізацію органіки і переведення її в донні відкладення.
При надмірному надходженні органічних забруднювачів, особливо зі стічними водами може відбуватись порушення процесу самоочищення. Вміст органічних речовин регулюється показниками БСК, ХСК, швидкості мінералізації азотовмісних речовин, інтенсивності розвитку і відмирання водної мікрофлори.
Показники, що характеризують епідемічну безпеку води, тобто вміст мікроорганізмів та органічних речовин загалом, класифікують на групи:
- санітарно-мікробіологічні: мікробне число, колі-індекс, коли-титр, наявність патогенних бактерій і вірусів. Мікробне число – загальне число колоній, що зростають протягом 24 годин при температурі 37ºС при посіві 1 см3 досліджуваної води на 1,5 % агарі. Колі-індекс показує кількість кишкових паличок, що містяться в 1 см3 води. Вважається, що вода безпечна по цьому показнику, якщо колі-індекс <3. При низькому змісті кишкової палички указують якнайменшу кількість води, в якій виявляється хоча б одна кишкова паличка (колі-титр).
- cанітарно-хімічні: перманганатна і біхроматна окиснюваність, БПК, вміст азоту в різних формах (нітритній, нітратній, амонійній), метиленова проба на наявність поверхнево-активних речовин. Разом з азотовмісними речовинами у воду потрапляють патогенні мікроорганізми, тому наявність їх у пробі є непрямим доказом епідемічної небезпеки води. «Перманганатна проба» характеризує концентрацію нестабільних органічних речовин в мільйонних частках кисню, тобто описує кількість органічного забруднення, яке піддається перетворенню в процесі самоочищення природних вод.
Під окиснюваністю води розуміють кількість кисню окиснювача (перманганату калію або біхромату калію), що витрачається на окислення органічних речовин, що містяться у воді. Пряме визначення вмісту органічних речовин у воді є важкою задачею, тому для експрес-контролю використовуються непрямі методи, засновані на окисленні. Підвищена окиснюваність може указувати на забруднення води:
- до 1,2 мг/дм3 О2 – 1 клас (глибокі підземні води);
- до 2,5 мг/дм3 О2 – 2 клас;
- від 5,15 мг/дм3 О2 – 3 клас.
У ґрунтових водах окиснюваність звичайно відповідає 2–4 мг/дм3 О2, причому тим більше, чим вище кольоровість води. Висока окиснюваність при невеликій кольоровості свідчить про забруднення води. У воді відкритих водоймищ окиснюваність звичайно складає 4–6 мг/дм3, а для водосховищах – 6–8 мг/дм3. Найбільше значення окиснюваності з природних вод мають води боліт. Забруднення води органічними сполуками, що окислюються, збільшує забруднення бактеріями.
Кількість окислювача (перманганату калію) може варіюватися в широких межах і, як правило, складає 40–50 % від дійсної окиснюваності органічних речовин до вуглекислого газу. В реакцію можуть вступати і неорганічні домішки, наприклад, що містять іони NO2-, Fe2+, S2- та інші. При значній присутності неорганічних відновників їх вплив враховують при розрахунках.
Метод перманганатометрії дозволяє швидко і достатньо точно визначати окиснюваність води.
Даний спосіб заснований на реакції (приведена напівреакція):
MnO + 8H+ + 5e- = Mn2+ + 4H2O.
Перманганат калію, що не прореагував, реагує з щавлевою кислотою по рівнянню:
2MnO4 + 5C2H2O4 + 6H+ = 2Mn2+ + 8H2О + 10CO2 .
Надлишок щавлевої кислоти титрують перманганатом калію відповідно до цього ж рівняння.
Точність методу складає 0,4 мг/дм3 (якщо окиснюваність до 4 мг/дм3), при більш високій окиснюваності помилка може складати до 10 %.
Вода вважається придатною для господарських і питних цілей, якщо перманганатна окиснюваність не перевищує 3,0 мг/дм3.
Матеріали та обладнання: бюретки для титрування; піпетки 10 см3, 15 см3, 50 см3, 100 см3; колби плоскодонні; воронка для фільтрування; фільтри паперові; скляні палички; розчин KMnO4 (0,01н); розчин Н2SО4 (1:3); розчин щавлевої кислоти (0,01н).