Лабораторна робота 1 Визначення основних фізичних показників якості природних вод

Мета роботи – ознайомити студентів зі стандартними методами визначення основних фізичних показників якості вод з природних джерел.

Загальні правила відбору проб природних вод

Будь-якому аналізу води з природного джерела повинен передувати правильний відбір проб і правильна їх доставка до лабораторії. Ці правила є стандартизованими, тому спеціаліст повинен пам’ятати важливіші з них.

Проби з відкритих природних джерел за наявності водозабору, що експлуатується, відбираються безпосередньо після насосів, зв’язаних з водозабором. Для водозаборів, що проектуються, відбір проб здійснюється в місці, де планується проводити забір води, на поверхні і на глибині, яка відповідає майбутньому розташуванню водозабору, що проектується. При цьому відбір проб здійснюється не менше трьох разів на протязі кожного з сезонів (весняна повінь, літо, зима).

У разі використання підземних природних джерел проби відбираються з водоносного горизонту майбутнього або існуючого водозабору. Кількість проб для артезіанських напірних свердловин становить не менше двох (через 24 години одна після іншої), для безнапірних підземних джерел – не менше дев’яти (3 проби у кожний з сезонів).

Для відбору і зберігання проб води найчастіше використовують скляні пляшки з прозорого безкольорового хімічно тривкого скла, які мають гумові або притерті пробки. Місткість пляшки для проби – 2 л. Попередньо пляшки необхідно ретельно вимити та знежирити хромовою сумішшю. Потім їх промивають дистильованою водою і водою, яку відбирають.

Бажано проби води доставляти у лабораторію для аналізу в день відбору. При аналізі води за деякими показниками якості проби необхідно піддавати так званій консервації. Це дозволяє зафіксувати властивості води і речовин, які присутні в ній, відразу ж після відбору проб. Умови консервації і крайні строки проведення аналізу після відбору проб наведені у відповідних стандартах та спеціальних інструкціях.

Експеримент 1. Визначення прозорості води “за хрестом”

Визначення прозорості (світлопроникності) води базується на вимірюванні у сантиметрах висоти водяного стовпа, крізь який стає видним чорний хрест, що зображений на білому фоні і має визначені розміри (рис. 1.1).

1 – скляний циліндр; 2 – шкала з поділками в 1 см; 3 – тяга затискача; 4 – білий фарфоровий диск з чорними лініями і крапками; 5 – гумова пробка з прорізами; 6 – гумовий шланг для зливу; 7 – затискач з вагою; 8 – електрична лампа у кожуху

Рисунок 1.1 – Прилад для визначення прозорості “за хрестом”

Для дослідження використовується скляна трубка діаметром 3 см, довжиною 350 см, яка градуйована через 1 см. У нижній частині трубки на гумовій пробці розташовується фарфоровий диск з хрестом із чорних ліній шириною 1 мм. У проміжках цього хреста в кожній чверті диска нанесено круглі чорні крапки діаметром 1 мм (див. рис. 1.1, деталь 4). Визначення проводиться при освітленні лампою потужністю 300 Вт, яка встановлена в нижній частині трубки. Зливання проб води здійснюють крізь отвір у пробці.

Спочатку трубку заповнюють водою до рівня, при якому хрест стає невидимим, потім воду зливають до появи в полі зору крапок. Око спостерігача повинне знаходитися на висоті 5 см над верхнім кінцем скляної труби. Прозорість води характеризується товщиною її шару, в сантиметрах, у момент появи крапок.

Експеримент 2. Визначення прозорості води за шрифтом

Рисунок 1.2 – Прилад Снеллена для визначення прозорості води за шрифтом

Для визначення прозорості води за шрифтом використовується так званий прилад Снеллена, який являє собою циліндр діаметром 2,53 см, висотою 30 см, градуйований через 1 см (рис. 1.2). У нижній частині циліндра є зливний отвір. Дно циліндра повинне бути скляним і не спотворювати зображення предметів, розташованих під ним.

Пробу води збовтують, наповнюють нею циліндр і встановлюють його на відстані 40 мм над шрифтом з висотою літер 3,5 мм. Крізь зливний отвір починають повільно зливати воду з циліндра, спостерігаючи зверху крізь шар води за шрифтом. Зливання води припиняють у той момент, коли шрифт починає читатися. Прозорість води відповідає висоті її стовпа, в сантиметрах, у момент візуальної появи шрифту.

Визначення проводять у добре освітленому приміщені, але не на прямому сонячному світлі.

Експеримент 3. Візуальне визначення каламутності води

Для даного експерименту залежно від каламутності, що визначається, користуються стандартними суспензіями, які містять 1,0 мг або 0,1 мг SiO₂ чи каоліну в 1 л дистильованої води.

Для дослідження потрібно мати два мірних циліндра з внутрішнім діаметром 2,5 см заввишки 50 см, градуйованих через 1 см.

Однакові об’єми проби води і стандартної суспензії наливають у циліндри та порівнюють каламутність. За необхідності суспензію додають в один з циліндрів до однакової каламутності в обох циліндрах при спостеріганні за ними зверху вниз.

Розрахунок проводять за формулою

, (1.1)

де Х – каламутність води, мг/л; С – концентрація стандартної суспензії, мг/мл; V₂ – об’єм проби води, мл; V₁ – об’єм стандартної суспензії, мл.

Експеримент 4. Визначення завислих речовин у пробі води

Зважують на аналітичних терезах бюкс з сухим цупким паперовим фільтром (синя стрічка).

Пробу води після перемішування фільтрують крізь цей фільтр. Осад на фільтрі промивають холодною водою. Далі фільтр з осадом переносять до зваженого бюкса, висушують до сталої маси при температурі 105 ^оС і зважують. Як правило, об’єм проби, що фільтрується, коливається від 12 до 0,1 л за наявності у воді завислих речовин приблизно від 10 до 500 мг/л.

Розрахунок проводять за формулою

, (1.2)

де Х – загальний вміст завислих речовин, мг/л; m₂ – маса бюкса з фільтром після сушіння, мг; m₁ – маса бюкса з фільтром до фільтрування, мг; V – об’єм проби води, яка фільтрувалася, мл.

Експеримент 5. Визначення кольоровості природної води

Таблиця 1.1 – Еталонна біхромат-

кобальтова шкала

Об’єм, мл		Градуси кольоровості
розчин № 1	розчин № 2
0	100	0
1	99	5
2	98	10
3	97	15
4	96	20
5	95	25
6	94	30
8	92	40
10	90	50
12	88	60
14	86	70
16	84	80

Для цього визначення використовується еталонна біхромат-кобальтова шкала, яку одержують змішуванням визначених об’ємів розчинів № 1 і № 2 (табл. 1.1). Розчин № 1 містить 0,0875 г K₂Cr₂O₇, 2 г CoSO₄7Н₂О та 1 мл H₂SO₄ (густина 1,84 г/см³). Розчин № 2 – це 1 мл H₂SO₄ (густина 1,84 г/см³) в 1 л води.

Рисунок 1.3 – Циліндри Генера для визначення кольоровості вод візуальним методом

Експеримент з визначення кольоровості води візуальним методом проводять у так званих колориметричних циліндрах Генера (Несслера) об’ємом 100 мл з безкольорового скла з плоским дном (рис. 1.3).

В один з циліндрів наливають воду, що досліджується, до верхньої мітки; в інший – стандартний розчин з відомою кольоровістю. Ставлять циліндри на білу поверхню і відливають стандартний розчин до того моменту, коли кольори в обох циліндрах зрівняються (при спостереженні зверху).

Розрахунок проводять за такою формулою:

, (1.3)

де Ц – кольоровість води, що аналізується, град.; Ц_ет – кольоровість еталона, град.; а – висота стовпа стандартного розчину, см.

Примітки до Експерименту 5. При проведенні дослідження необхідно ураховувати:

1. Точність методу залежить від кольоровості води, яка аналізується, так, як показано у табл. 1.2.

Таблиця 1.2 – Залежність точності методу визначення від кольоровості

води, що аналізується

Кольоровість, град.	1–50	51–100	101–250	251–500
Точність, град.	2	5	10	20

2. Дуже каламутні води необхідно фільтрувати.

3. При прозорості води нижче 20 см за Снелленом (див. Експеримент 2) воду центрифугують.

4. При кольоровості проби води вище 80 град. визначення проводять після розведення проби дистильованою водою й ураховують розведення при розрахунку.