4 Контрольные вопросы

1 В виде каких соединений сера содержится в нефтях?

2 Укажите источники загрязнения сточных вод сероводородом.

3 В виде каких соединений сера содержится сточных водах?

4 Какие нормативы установлены на допустимое содержание сероводорода в сточных водах и в водоёмах?

5 Какие методы обезвреживания сероводородных стоков вам известны? Кратко охарактеризуйте наиболее перспективные из них.

Лабораторная работа №4 фотометрическое определение ионов железа

1 Теоретическая часть

Железо относится к числу тяжёлых металлов. Употребляемый иногда термин «токсический элемент» неудачен, так как любые элементы и их соединения могут стать токсичными для живых организмов при определённой концентрации и условиях окружающей среды.

Главным природным источником тяжёлых металлов являются породы (магматические и осадочные) и породообразующие минералы.

Поступление тяжёлых металлов в биосферу вследствие техногенного рассеяния осуществляется разнообразными путями. Важнейшим из них является выброс при высокотемпературных процессах (чёрная и цветная металлургия, обжиг цементного сырья, сжигание минерального топлива).

Железо в тех или иных количествах содержится почти во всех подземных водах. В поверхностных водах его почти нет или оно есть в ничтожных концентрациях. Высокое содержание железа в поверхностных водах указывает на загрязнение их как непосредственно с промышленных предприятий, так и через их сточные воды (или шахтные сточные воды) и твёрдые бытовые отходы в местах их захоронения и складирования. Поверхностные воды озёр, прудов, водохранилищ, рек в наибольшей степени подвержены загрязнению и ущербу. Ежегодно в поверхностные воды России сбрасывается соединений железа 51,2 тыс. тонн.

Железо в зависимости от рН и окислительно-восстановительного потенциала встречается в природных водах в двух- и трёхвалентном состояниях. Соединения трёхвалентного железа наиболее распространены, двухвалентное железо обнаруживается в водах с низкими окислительными потенциалами.

Для каждого из валентных состояний характерны гидрологические моно- и полиядерные формы:

для Fe (III) – [Fe(OH)₃]⁰, [Fe(OH)₂]⁺, [Fe(OH)]²⁺, [Fe₂(OH)₃]³⁺, [Fe₂(OH)₂]⁴⁺, [Fe₂(OH)]⁵⁺, [Fe₃(OH)₂]⁷⁺;

для Fe (II) – [Fe(OH)₂]⁰, [Fe(OH)]⁺, [Fe₂(OH)₃]^-.

Формы содержания железа в природных водах могут быть различными. Это могут быть ионы Fe⁺² и Fe⁺³ в виде солей, гидроксидов и в виде комплексных соединений с органическими веществами. Форма присутствия железа зависит от рН среды и природы органических веществ. Соотношение Fe⁺² и Fe⁺³ определяется насыщенностью воды кислородом и диоксидом углерода. Кроме растворённого ионного железа (Fe²⁺, Fe³⁺) в природных водах присутствуют коллоидные неорганические и органические формы. Значительная часть железа мигрирует в поверхностных водах в форме взвешенных частиц. В природных водах многие соединения железа малоустойчивы, поскольку подвергаются гидролизу с последующим осаждением гидроксидов. Важным фактором в стабилизации двух- и трёхвалентного железа в растворённом виде являются органические вещества природных вод, которые образуют с железом прочные комплексы.

Формы миграции железа в почвенно-грунтовых водах меняются посезонно: в период весеннего половодья при большом количестве взвешенного материала преобладают взвешенные формы, в межень большую роль в переносе железа играет органическое вещество.

Содержание железа в природных водных объектах непостоянно и меняется во времени. В летний период его количество в воде наименьшее вследствие интенсивного фотосинтеза и хорошей аэрации воды (аэрация – насыщение воды, почвы воздухом). В зимний период потребление железа растительностью прекращается, образование окисного железа из закисного в результате прекращения аэрации практически отсутствует и поэтому содержание железа возрастает значительно. Однако наибольшее количество железа воды содержат в период половодья, когда наиболее интенсивно растворяются железистые соединения, находящиеся в почвенном слое.

Железо включают в группу биогенных элементов, наряду с азотом, фосфором, кремнием и серой, поскольку они необходимы живым организмам, а их содержание в некоторых случаях достигает нескольких миллиграммов на 1 л воды.

Выделение биогенных элементов в отдельную группу до некоторой степени условно, поскольку множество других элементов также необходимо для нормального функционирования организмов. Содержание их колеблется в очень широких пределах: от следов, часто не улавливаемых существующими методами определения, до единиц и десятков миллиграммов на 1 л. В наименьших количествах в природных водах встречается фосфор, содержание которого редко превышает 0,5 мг/л. Наибольшие уровни концентрации характерны для кремния, они достигают иногда 15 мг/л. Азот и железо занимают промежуточное положение, причём в морских и океанических водах они содержатся в меньших количествах, чем в речных.

Наиболее важные источники поступления биогенных элементов в природные воды разделяют на две большие группы: внешние и внутренние:

1) внешние источники обеспечивают поступление биогенных веществ в водоёмы с речным стоком, атмосферными осадками, промышленными, хозяйственно-бытовыми и сельскохозяйственными сточными водами;

2) внутренние источники обеспечивают накопление биогенных элементов в результате процессов, протекающих в самих водоёмах; значительная роль в этом принадлежит первичной продукции органического вещества: поступлению из залитого ложа водохранилищ в первые годы их существования, минерализации древесной, луговой и высшей водной растительности и отмершего планктона, а также донным отложениям.

Растения способны накапливать микроэлементы, в том числе и тяжёлые металлы, в тканях или на их поверхности, являясь промежуточным звеном в цепи «почва – растение – животное – человек». Токсичность металлов проявляется по-разному. Некоторые металлы при токсичных уровнях концентраций ингибируют деятельность ферментов (медь, ртуть). Некоторые тяжёлые металлы образуют хелатоподобные комплексы с обычными метаболитами, нарушая нормальный обмен веществ (железо). Такие металлы, как кадмий, медь, железо (II), взаимодействуют с клеточными мембранами, изменяя их проницаемость и другие свойства (например, разрыв клеточных мембран).

Содержание общего железа имеет большое значение при промышленно-бытовом водоснабжении. Несмотря на сравнительно малое содержание (от нескольких мкг до нескольких мг в 1 л), присутствие железа вносит очень большое осложнение при использовании такой воды в технических целях. Соли железа, как и соли других тяжёлых металлов (свинца, меди, хрома и др.), являются опасными загрязнителями. При попадании в организм большинство металлов очень трудно выводится, имеет свойства постоянно накапливаться в различных органах (биоаккумуляция), и при превышении определённой пороговой концентрации наступает резкое отравление организма. В организм человека железо поступает с пищей и водой, вызывая цирроз печени и заболевание кровеносной системы при попадании высоких доз.

ПДК железа (суммарно: Fe³⁺+Fe²⁺) в водных объектах хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования составляет 0,5 мг/л. ПДК железа (суммарно) в питьевой воде составляет 0,3 мг/л.

Для определения общего содержания железа в различных водах имеются фотометрические методы определения трехвалентного железа с сульфосалициловой кислотой, двухвалентного железа с ортофенантролином и др.

Для сточных вод, содержащих большое количество железа, можно применить и объемный метод титрования комплексом III (три).

В отдельных случаях требуется определить раздельно разные формы железа II и III, коллоидные растворы и нерастворимые взвеси.