265

запахи воды. Поскольку после перехлорирования воды остаточная концентрация хлора в ней достаточно велика (1...10 мг/дм3), приходится прибегать к последующему дехлорированию воды. При этом чаще применяют добавку сульфита натрия, сернистого газа и фильтрование дехлорируемой воды через активированный уголь. Расход сульфита натрия составляет 3,5 мг (считая на Nа2SО3·7Н2O) на 1 мг связанного хлора. На 1 мг связываемого хлора расходуется 0,9 мг сернистого газа. Для дозирования сернистого газа в воду применяется такая же аппаратура, как и для дозирования хлора.

Если питьевая вода значительное время находится в резервуарах и водоводах (более 1,5 ч), то для обеспечения более длительного действия хлора в воду, кроме того, вводят и аммиак. При введении аммиака сокращается расход хлора и, в ряде случаев, улучшается вкус воды. В результате реакции хлорноватистой кислоты (образуется под влиянием хлорирования воды) с аммиаком получаются монохлорамины, которые, гидролизуясь, образуют сильный окислитель – гипохлоритный ион. Гидролиз хлораминов протекает довольно медленно, в связи с чем окислительное действие хлораминов в первое время ниже, чем хлора, однако длительность бактерицидного действия хлораминов значительно больше. Соотношение доз хлора и аммиака зависит от качества исходной воды. Обычно оптимальная доза аммиака, обеспечивающая образование монохлораминов, в 5...6 раз меньше дозы хлора.

Для дозирования хлора, аммиака и сернистого газа (при дехлорировании) применяют газодозаторы. Наибольшее распространение получили вакуумные газодозаторы системы ЛОНИИ-100.

Вследствие больших затрат теплоты на испарение хлора, при обычной комнатной температуре с одного стандартного баллона можно получить газа хлора 0,5...0,7 кг/ч. На крупных водоочистных комплексах с большим расходом хлора приходится устанавливать целый ряд рабочих баллонов либо для уменьшения их количества прибегать к специальному обогреву баллонов (теплой водой или подогретым воздухом), что повышает объем хлора с баллонов в 10 раз. На водоочистных заводах большой производительности применяют больше объемную тару - бочки, величина съема хлора с которых составляет около 3 кг/ч на 1 м2 боковой поверхности при комнатной температуре.

Поскольку хлор является отравляющим газом, при проектировании хлораторных установок предусматриваются мероприятия, обеспечивающие безопасность обслуживающего персонала. Например, два выхода из хлораторной (один наружу, другой в помещение очистной станции), хлораторную располагают на первом этаже, предусматривают приточно-вытяжную вентиляцию с устройством вытяжки в наиболее низкой части хлораторной – в месте, противоположном от входа;

21

электроосвещение оснащается газозащитной герметической аппаратурой, устраивается тамбур для спецодежды и противогазов.

Трудности, связанные с транспортировкой и хранением токсичного хлора, являются недостатком метода хлорирования воды. Опасность утечки хлора из базисных складов на водоочистных комплексах, расположенных вблизи населенных пунктов, во многих случаях является препятствием для применения этого метода обеззараживания воды.

Один из наиболее перспективных способов хлорирования питьевых и сточных вод в сельских и малонаселенных пунктах – использование гипохлорита натрия (NаСlO), получаемого на месте путем электролиза растворов поваренной соли. Выпускается унифицированный ряд непроточных электролизных установок типа ЭН производительностью 1...100 кг активного хлора в сутки.

На малых установках по очистке питьевых и сточных вод рекомендуется применять электролизеры ЭН-1 и ЭН-5 производительностью 1 и 5 кг активного хлора в сутки. При необходимости на одном из пунктов можно осуществлять централизованное получение гипохлорита натрия с последующей доставкой его к отдельным потребителям. В этом случае могут применяться установки ЭН-25 производительностью до 25 кг активного хлора в сутки.

Электролизная установка (непроточного типа) состоит из бака для растворения соли, электролизера с зонтом вытяжной вентиляции, баканакопителя гипохлорита натрия, выпрямительного агрегата и элементов автоматики. Установка работает следующим образом: в растворный бак загружают поваренную соль, заливают воду и с помощью насоса перемешивают до получения насыщенного (280…300 г/дм3) раствора поваренной соли. Приготовленный раствор насосом подают в электролизер, где разбавляют водопроводной водой до рабочей концентрации (100...120 г/дм3 NаСl). Готовый раствор сливают в бакнакопитель, откуда дозируют в обрабатываемую воду.

А. Определение свободного активного хлора метилоранжевым методом

Реактивы и растворы:

1)соляная кислота (HCl), 5 н раствор;

2)метиловый оранжевый, 1 см3 раствора которого соответствует 0,0217 мг свободного хлора (для приготовления раствора 50 мг метилового

оранжевого растворяют в дистиллированной воде и объем доводят до

1 дм3).

22

Посуда:

1)колба объемом 250 см3;

2)пипетка объемом 100 см3;

3)стеклянная палочка;

4)бюретка объемом 5 см3;

5)стаканчик объемом 50 см3 для титранта.

Ход работы

В колбу объемом 250 см3 отбирают пробу воды объемом 100 см3, добавляют 2…3 капли 5 н раствора соляной кислоты и, помешивая стеклянной палочкой, быстро титруют метиловым оранжевым до окрашивания раствора в розовый цвет.

Результаты анализа

Расчет свободного активного хлора производят по формуле

X = (0,04+0,0217а·1000)/V,

где X – содержание свободного активного хлора, мг/дм3; 0,04 – эмпирический коэффициент;

0,0217 – 1 см3 метилового оранжевого соответствует 0,0217 мг свободного хлора;

а – расход раствора метилового оранжевого, см3; 1000 – множитель для перевода содержания хлора в дм3; V – объем пробы, взятой для анализа, см3.

Б. Определение активного хлора йодометрическим методом

Определение активного хлора осуществляют йодометрическим методом, основанным на выделении хлором при определенном значении рН эквивалентного количества йода из водных растворов иодида калия:

Реактивы, приборы:

1)уксусная кислота ледяная, (СН3СООН ч.д.а.);

2)иодид калия (KI) твердый;

3)тиосульфат натрия (Na2S2O3), 0,1 н и 0,01 н растворы;

4)крахмал, 0,5 %-ный раствор;

23

5)дихромат калия (К2Сг2O7), 0,01 н раствор для проверки титра тиосульфата натрия.

Посуда:

1)колбы объемом 1 дм3;

2)мерный цилиндр объемом 500 см3;

3)часовое стекло для взвешивания;

4)шпатель для взятия навески;

5)бюретка для титрования объемом 25 см3;

6)пипетка объемом 1 см3.

Ход работы

К пробе объемом от 500 до 1000 см3 прибавляют 5 см3 ледяной уксусной кислоты, 1 г твердого иодида калия и титруют 0,01 н раствором тиосульфата (не на прямом солнечном свете) до получения светло-желтой окраски. После этого прибавляют около 1 см3 раствора крахмала и титруют до исчезновения синего окрашивания.

Результаты анализа

Расчет содержания активного хлора производят по формуле

Х= (а–b)·К·0,01·35,45·1000/V,

где X – содержание активного хлора, мг/дм3;

а – расход 0,01 н раствора тиосульфата, см3;

b – расход 0,01 н раствора тиосульфата на холостое определение, см3;

К – поправка для приведения молярной концентрации эквивалента раствора тиосульфата к 0,01 н;

0,01 – нормальность раствора тиосульфата;

35,45 – атомная масса хлора; 1000 – множитель для перевода содержания хлора в дм3; V – объем пробы, см3.

Лабораторная работа 3. Определение показателей эпидемической безопасности

Опыт 1. Определение активной реакции (рН)

Водородный показатель выражают величиной рН, представляющей собой десятичный логарифм концентрации ионов водорода, взятый с

24

обратным знаком; рН определяют в интервале от 1 до 14. В большинстве природных вод рН находится в пределах от 6,5 до 8,5 и зависит от соотношения концентраций свободного диоксида углерода и бикарбонатиона. Более низкие значения могут наблюдаться в кислых болотных водах. Летом при интенсивном фотосинтезе рН может повышаться до 9,0. На величину рН влияет содержание карбонатов, гидроокисей, солей, подверженных гидролизу, гуминовых веществ и т.п. Данный показатель является индикатором загрязнения открытых водоемов при выпуске в них кислых или щелочных сточных вод.

В результате происходящих в воде химических и биологических процессов и потерь углекислоты рН воды может быстро изменяться, и этот показатель следует определять сразу же после отбора пробы, желательно на месте отбора.

Для определения рН воды применяются специальные реактивы – индикаторы, а также приборы рН-метры со стеклянными электродами. С помощью универсальной индикаторной бумаги можно определить рН с точностью до 0,2…0,3 единиц рН. Измерение рН цветных растворов и суспензий индикаторным способом невозможно.

Оборудование:

1)цилиндр с плоским дном;

2)индикаторная бумага;

3)шкала бумажного универсального индикатора. Материал – вода водоема.

Ход работы

Полоску индикаторной бумаги опустить в исследуемую воду и сравнить со шкалой бумажного универсального индикатора.

Опыт 2. Определение растворенного кислорода

Количество кислорода, растворенного в воде, имеет большое значение для оценки состояния водоема. Его снижение указывает на резкое изменение биологических процессов в водоемах, а также на загрязнение водоемов веществами, интенсивно окисляющимися.

Концентрация растворенного кислорода в воде зависит, кроме того, от природных факторов - атмосферного давления, температуры воды, содержания растворенных солей. Концентрация кислорода в воде для питьевого и бытового использования должна быть не менее 4 мг/дм3 в любой период года. Одним из методов определения растворенного кислорода в воде является метод Винклера. Принцип метода определения

25

основан на использовании растворенного кислорода, содержащегося в определенном объеме воды, для окисления гидроксида марганца (II) в гидроксид марганца (III):

MnSO4 + 2NaOH = Mn(OH)2 + Na2SO4;

4Mn(OH)2 + O2 + H2O = 4Mn(OH)3.

Гидроксид марганца (III), в свою очередь, окисляет в кислой среде Kl с образованием свободного йода в количестве, эквивалентном кислороду.

2Mn(OH)3 + 3H2SO4 + 2KI = 2MnSO4 + K2SO4 + I2 + 6H2O;

I2 + 2Na2S2O3 = 2NaI + Na2S4O6.

Предел обнаружения растворенного кислорода по этому методу составляет 0,05 мг/дм3.

Оборудование, реактивы:

1)склянки с притертой пробкой на 120 см3;

2)пипетки на 1 см3, 2 см3;

3)конические колбы на 250 см3;

4)бюретка для титрования;

5)сульфат или хлорид марганца (II) раствор. Для приготовления раствора

200 г MnSO4·2H2O (или 240 г MnSO4·4H2O, или 182 г MnSO4·H2O, или

212,5 г MnCl2·4H2O) растворяют в дистиллированной воде и доводят объем до 0,5 дм3. Фильтруют через бумажный фильтр. В кислой среде при добавлении KI разбавленный раствор не должен выделять свободного йода;

6)щелочной раствор KI: а) 75 г KI растворяют в 50 см3 дистиллированной

воды. При подкислении разбавленный раствор не должен выделять йод; б) 250 г NaOH или 350 г KOH растворяют в 250 см3 дистиллированной

прокипяченной воды (для удаления CO2). Оба раствора смешивают и доводят объем до 0,5 дм3;

7)серная кислота (пл. 1,84 г/см3), разбавленный раствор 1:1;

8)тиосульфат натрия Na2S2O3·5H2O, 0,02 н;

9)крахмал, 1 %-ный раствор.

Материал - вода водоема.

Ход работы

Пробы воды отбирают в прокалиброванные стеклянные емкости с притертой пробкой вместимостью 120 см3. Склянки опускают на глубину 0,5 м, вынимают и сразу закрывают пробкой, чтобы под пробкой не образовались пузырьки воздуха. После этого сразу же на месте отбора фиксируют кислород, для чего в склянки при помощи пипетки на 1 см3,

26

погружая ее до дна, вносят 1 см3 раствора MnSO4 или MnCl2. Другой такой пипеткой в верхнюю часть склянки вносят 1 см3 щелочного раствора KI. Излишек жидкости из склянки стекает через край на подставленную чашку Петри. Склянку осторожно закрывают пробкой, слегка наклонив ее, при этом из склянки выливают 2 см3 исследуемой воды, т. е. столько, сколько налили реактивов. В склянке не должно оставаться пузырьков воздуха. Склянка не должна оставаться открытой. Затем жидкость перемешивают перевертыванием.

Перед титрованием (осадок должен хорошо осесть) приливают 2 см3 H2SO4 (1:1). Раствор H2SO4 вносят пипеткой в нижнюю часть склянки, при этом часть жидкости переливается через край. Закрывают склянку пробкой по тем же правилам и перемешивают до растворения осадка Mn(OH)3.

После этого всю пробу переливают в коническую колбу для титрования вместимостью 250 см3 и титруют 0,02 н раствором тиосульфата натрия при непрерывном помешивании до слабо-желтого цвета, после чего прибавляют 1 см3 раствора крахмала и титруют до исчезновения синей окраски.

Расчет содержания растворенного кислорода в воде X (мг/дм3) производится по формуле

X A H 8 1000 ,

V1 V2

где А – объем тиосульфата натрия, пошедшего на титрование, см3; H – нормальность Na2S2O3 с учетом поправки;

V1 – объем пробы в склянке, см3 (120 см3);

V2 – объем реактивов, добавленный до образования Mn(OH)2 (2 см3); 1000 – пересчет на 1 дм3; 8 – эквивалентная масса кислорода, соответствующая 1 см3 1 н

раствора Na2S2O3.

X A 0,16 K 1000,

120 2

где К – поправочный коэффициент.

Результаты анализа воды занести в табл. 5.

Таблица 5

Характеристики испытаний воды

Показатель

Качественная Количественные характеристика показатели

1. Органолептические показатели

Осадок

27

В выводе отразить качественные и количественные характеристики исследуемой воды по органолептическим показателям, химическому составу и эпидемической безопасности.

2. Анализ снега

Для экологической характеристики местности, имеющей снеговой покров, необходимо изучение основных показателей загрязнения снега. Оценку загрязнения снега можно сделать после проведения несложных анализов: определение количества твердых загрязняющих частиц,

величины рН, качественное обнаружение ионов Сl-, CrO42-, SO42-, CO32-, HCO3-; Ca2+.

Загрязнение снега твердыми частицами происходит преимущественно за счет техногенного фактора через осаждение пыли, золы, сажи (агломераты углеродных частиц), дыма.

При сжигании угля и нефти в атмосферу поступает огромное количество летучей тонкой золы, аэрозолей, рН которых колеблется от 2,8…3 до 9…12. Попадание таких компонентов в снег, а затем в почву вызывает подкисление или подщелачивание среды.

В твердых загрязняющих веществах могут содержаться наиболее токсичные для живых организмов свинец, ртуть, кадмий, цинк (тяжелые металлы), силикатная пыль, сажа. Поэтому в лабораториях мониторинга природной среды проводят анализы твердых загрязняющих веществ снега на наличие тяжелых металлов.

Газопылевые техногенные выбросы часть тяжелых металлов и токсичных элементов содержат в газообразной форме (сурьма, мышьяк. кадмий, цинк), а часть - в пылеватой фракции (сульфиды, сульфаты, оксиды, арсениты металлов) При оседании их на снеговой покров и в дальнейшем при таянии снега происходит образование растворимых форм

28

некоторых металлов и миграция их в верхние слои почвы. В верхних гумусовых горизонтах почв удерживается основная масса поступивших из снега загрязняющих тяжелых металлов и неметаллов. Здесь же происходит их первичная трансформация. Степень и направление трансформации соединений в почвах зависят от свойств почв и вида загрязняющих веществ. Почва не загрязняется, если химические превращения загрязняющих веществ в ней приводят к ликвидации их токсичности вследствие перехода в неподвижное или малоподвижное состояние или нетоксичные формы.

Для лабораторных занятий студенты приносят пробы снега, взятые в районе местожительства. Существуют правила отбора проб снега. Для достоверности отбирают 3 пробы в одном месте. Исследуемая площадка должна иметь форму треугольника со сторонами не менее 10 м. В вершинах треугольника размечают по квадрату размером 1x1 м, в которых берут пробы снега методом «конверта», т.е. по углам квадрата (4 пробы) и в центре его – всего 5 проб. Потом эти пробы объединяют в одну и используют для анализа. С трех квадратов одного треугольника в конечном счете будет отобрано 3 пробы снега. Для учебных целей допускается объединение их в одну пробу.

Рекомендуется на анализ отбирать снег на всю глубину (при небольшой толщине слоя) или максимально возможную, чтобы суммировать загрязнения, накопившиеся за зимние месяцы. Пробы можно отбирать цилиндром, совком, ложкой или лопатой в чистые полиэтиленовые пакеты, стеклянные банки. Взятые пробы помещают в другие пакеты, куда вкладывают этикетки с указанием места, даты отбора, фамилии исследователя. Хранить пакеты можно на балконе, за окном, в холодильнике.

Перед анализом визуально определяют степень загрязнения снега по его цвету (белый, серый, грязно-белый и др.). Затем снег перекладывают в химический стакан и при комнатной температуре оставляют до полного таяния. Полученную воду используют для анализа

Лабораторная работа 4. Определение загрязненности талого снега

Опыт 1. Определение сухого остатка

Оборудование, реактивы:

1)весы;

2)фильтры;

3)стеклянные воронки;

4)колбы;

5)мерные цилиндры;

29

6)стеклянные палочки;

7)сушильный шкаф. Материал – талый снег.

Ход работы

Подученную воду после измерения объема фильтруют по стеклянной палочке через складчатый бумажный фильтр в колбу или мерный цилиндр. При окончании фильтрования для анализа оставляют 150…200 см3 фильтрата, остальной сохранить до конца исследования.

Фильтры после стекания воды аккуратно снимают с воронок, складывают и помещают в сушильный шкаф для полного высушивания при t° не выше 100°C. Одновременно высушивают такой же чистый фильтр-контроль. Высушенные фильтры взвешивают на аналитических весах и вычисляют количество твердых загрязняющих частиц (г/дм3) по формуле

X (a b) 1000 ,

V

где а – масса сухого фильтра с осадком, г; b – масса сухого чистого фильтра, г;

V – общий объем фильтра талого снега, см3;

1000 – коэффициент пересчета на 1 дм3 фильтрата.

Опыт 2. Определение активной реакции (рН)

Величина рН снега обусловлена попаданием из атмосферы не только твердых частиц, как было отмечено выше, но и газообразных загрязняющих веществ: сернистый газ SO2, оксид углерода СО, диоксид углерода CO2, оксиды азота N2O, NO, NO2. Этот показатель очень важен, так как может сильно повлиять на реакцию среды почвы после таяния снега (подкислить или подщелочить).

Для определения величины рН фильтрата используют колориметрический или потенциометрический методы.

Более быстро измерить рН можно с помощью универсальной индикаторной бумаги.

Чистый снег, как и чистая дождевая вода, имеет рН = 5,6, что связано с наличием в воздухе CO2, образующего угольную кислоту. Если в воздухе много оксидов азота, сернистого газа, диоксида серы и других кислотных оснований, то снег или дождевая вода будут иметь величину рН < 5,6 (снег кислый). Если снег имеет значение рН выше 5,6, то он имеет щелочную реакцию и загрязнен оксидами металлов, автомобильными выхлопами.

30