3.4. Дослщження хімічних властивостей води

•

Визначення водневого показника (рН) води. Водневий показ­ник (рН) води вимірюється на рН-метрі будь-якої моделі зі скля­ним електродом та похибкою вимірювань, що не перевищує 0,1 рН.

Водневий показник (рН) питної води повинен становити 6,0-9,0 (Держстандарт 2874-82).

Визначення твердості води. Метод базується на утворенні ком­плексної сполуки трилону Б з іонами кальцію та магнію.

Для визначення твердості до 100 мл досліджуваної води дода­ють 5 мл буферного розчину, п'ять —сім крапель індикатора або приблизно 0,1 г сухої суміші індикатора з хлористим натрієм і тит­рують при інтенсивному струшуванні 0,05 н. розчином трилону Б до зміни забарвлення в еквівалентній точці: синього з фіолетовим відтінком при додаванні індикатора хром-темно-синього та синього із зеленим відтінком при додаванні індикатора хромоген-чорного. Незначна зміна забарвлення в еквівалентній точці свідчить про на­явність у воді міді та цинку. Для усунення їх впливу до води необ­хідно додати 1-2 мл розчину сульфіду натрію. Якщо після цього розчин знебарвлюється, що зумовлюється присутністю марганцю, до води потрібно додати п'ять крапель 1% розчину солянокислого гід-роксиламіну.

Твердість, що визначають у некип'яченій воді, має назву загальна твердість. Для визначення постійної твердості досліджувану во­ду попередньо кип'ятять ЗО хв, відфільтровують осад, який утворив­ся після кип'ятіння, після чого титрують три лоном у присутності індикатора. Різниця між загальною та постійною твердістю становить твердість, що усувається.

Твердість води (мг-екв/л) обчислюється за формулою

де а — кількість розчину трилону Б, використаного для титрування, мл; К — поправковий коефіцієнт трилону Б; V — об'єм досліджу­ваної води, мл.

Якщо на титрування досліджуваної води витрачається більше ніж 10 мл розчину трилону Б, то її необхідно розвести дистильова­ною водою.

Загальна твердість питної води не повинна перевищувати 7,0 мг-екв/л (Держстандарт 2874-82).

Визначення вмісту загального заліза у воді. У сильнокислому середовищі окисне залізо, взаємодіючи з роданідом, утворює ком­плексну сполуку роданового заліза, яка надає воді червоного забар­влення.

До 10 мл досліджуваної води додають дві краплі розчину соля­ної кислоти щільністю 1,12 г/см³, декілька кристаликів персульфа­ту амонію, 0,2 мл 50% розчину роданіду амонію або калію, ретельно перемішуючи вміст після додавання кожного інгредієнта. Про приб-

лизний вміст заліза у воді свідчить інтенсивність утворюваного за­барвлення:

Забарвлення при розгляданні збоку	Забарвлення при розгляданні зверху вниз	Вміст заліза, мг/л
Забарвлення немає	Забарвлення немає	Менше 0,05
Ледь помітне жовтувато-рожеве	Надзвичайно слабке жовтувато-рожеве	0,1
Дуже слабке жовтувато-блідо-рожеве	Слабке жовтувато-блідо-рожеве	0,25
Слабке жовтувато-блідо-рожеве	Ясно-жовтувато-блідо-рожеве	0,5
Ясно-жовтувато-блідо-рожеве	Жовтувато-рожеве	1,0
Сильне жовтувато-блідо-рожеве	Жовтувато-червоне	2,0
Червоне	Яскраво-червоне	Понад 2,0

Для кількісного визначення вмісту заліза до 100 мл досліджува­ної води, вміщеної у колориметричний циліндр Несслера, по черзі додають 2 мл концентрованої соляної кислоти, декілька кристаликів персульфату амонію і 2 мл розчину роданіду калію або амонію, ре­тельно перемішуючи вміст після додавання кожного реактиву. Па­ралельно в інший циліндр наливають 100 мл дистильованої води і вносять ті ж реактиви, після чого з мікробюретки до контрольного зразка води повільно, через кожні 10-15 с додають невеликими пор­ціями розчин амонійного галуну, поки не буде досягнуто забарвлення досліджуваного зразка. Забарвлення порівнюють на білому тлі при розгляданні зверху вниз.

Вміст загального заліза у воді (мг/л) обчислюють за формулою

де а — кількість робочого стандартного розчину галуну для титру­вання, мл; 0,01 — вміст заліза в 1 мл робочого стандартного розчи­ну, мг; V — об'єм проби, взятої для визначення, мл.

При високому (понад 2,0 мг/л) вмісті заліза в досліджуваній пробі воду слід розводити дистильованою водою.

У питній воді повинно міститися не більше 0,3 мг/л заліза (Держ­стандарт 2874-82).

Визначення вмісту фтору у воді. Метод базується на зміні чер­воного забарвлення алізарин-цирконієвого реактиву на жовте вна­слідок здатності фтору утворювати з цирконієм безбарвний комп­лекс та вивільненні алізарин-сульфонової кислоти, яка надає дослід­жуваній воді жовтого забарвлення.

Для визначення фторидів до 100 мл води додають 5 мл розчину алізаринового червоного і 5 мл кислого розчину хлориду цирконілу, ретельно перемішують і залишають на 1 год при кімнатній темпера­турі.

Вміст фтору у воді знаходять за калібрувальним графіком, для побудови якого в колби місткістю 100 мл вносять 1, 3, 5, 10, 15, 20, 25 і 50 мл робочого стандартного розчину фтористого натрію, який міс­тить 0,005 мг фтору в 1 мл, що відповідає вмістові 0,05, 0,15, 0,25, 0,50, 0,75, 1,0, 1,25 і 2,5 мг іона фтору віл води, після чого об'єм рідини в кожній колбі доводять до 100 мл дистильованою водою.

Далі у кожну колбу додають по 5 мл розчину алізаринового черво-, ного С і по 5 мл кислого розчину хлориду цирконілу. Після ретель­ного перемішування розчин залишають на 1 год при кімнатній тем­пературі (20°С).

Утворене забарвлення стандартної шкали беруть за основу для визначення вмісту фтору у досліджуваному зразку води.

Оскільки температура істотно впливає на розвиток інтенсивно­сті забарвлення, температура досліджуваної води й розчинів стан­дартної шкали повинна бути однакова.

При підвищеному змісті у воді сульфатів (понад 40 мг/л), хлори­дів (понад 180 мг/л), заліза (понад 5 мг/л), фосфатів (понад 5 мг/л), алюмінію (понад 0,2 мг/л) і при її колірності понад 25° фтор від­ганяють водяною парою у вигляді кремнефтористоводневої кислоти і визначають колориметричним циркон-алізариновим методом.

Питна вода І і II кліматичних районів повинна містити не біль­ше 1,5 мг/л фтору, III кліматичного району — не більше 1,2 мг/л, IV кліматичного району — не більше 0,7 мг/л фтору. Концентра­ції фтору у воді нижче 0,7 мг/л оцінюють як занижені.

Визначення вмісту хлоридів у воді ґрунтується на осаджуванні іона хлору азотнокислим сріблом у присутності хромовокислого ка­лію. Хромовокислий калій у присутності іонів хлору надає воді жов­того забарвлення, а в точці еквівалентності (після повного осаджен­ня хлоридів) її колір змінюється на оранжево-жовтий внаслідок утворення хромовокислого срібла.

У процесі якісного визначення хлоридів у колориметричну про­бірку до 5 мл досліджуваного зразка води додають три краплі 10% розчину азотнокислого срібла. Про приблизний вміст хлоридів су­дять за характером осаду або каламуті:

Характеристика осаду або каламуті	Вміст СІ", мг/л
Опалесценція, або слабка каламуть	1-Ю
Сильна каламуть	10-50
Утворюються пластівці, осаджуються не одразу	50-100
Білий товстий осад	Понад 100

При кількісному визначенні хлоридів до 100 мл заздалегідь від­фільтрованої води додають 1 мл 5% розчину хромовокислого ка­лію, а потім титрують розчином азотнокислого срібла, 1 мл якого еквівалентний 0,5 мл СІ", до появи блідо-оранжевого забарвлення. При значному вмісті хлоридів, щоб уникнути утворення осаду AgCl, досліджувану воду розводять дистильованою водою таким чином, щоб у досліджуваному зразку приблизний вміст хлоридів не пере­вищував 100 мг/л.

Вміст хлор-іона (мг/л) обчислюють за формулою

де а — кількість азотнокислого срібла, витраченого на титрування, мл; К — поправковий коефіцієнт до титру розчину азотнокислого срібла; 0,5 — кількість хлор-іона, що відповідає 1 мл розчину азот-

нокислого срібла, мг; V — об'єм проби води, взятої для досліджен­ня, мл.

Вміст хлоридів у питній воді не повинен перевищувати 350 мг/л (Держстандарт 2874-82).

Визначення вмісту сульфатів у воді ґрунтується на тому, що в кислому середовищі сульфати реагують з хлористим барієм з утво­ренням сірчанокислого барію, який осаджується у вигляді осаду на дно пробірки.

Для наближеного визначення вмісту сульфат-іона готують стан­дартну шкалу. Для цього в шість пробірок діаметром 14-15 мм на­ливають відповідно 2, 4, 8 мл робочого розчину сірчанокислого ка­лію, який містить в 1 мл 0,05 мг сульфат-іона, і 1,6, 3,2 та 6,4 мл основного розчину, який містить 0,5 мг сульфат-іона в 1 мл. Далі об'єм рідини у всіх пробірках доводять до 10 мл дистильованою водою, внаслідок чого й досягається приготування стандартної шка­ли з вмістом 10, 20, 40, 80, 160 та 320 мг/л сульфат-іона. У всі про­бірки, а також у пробірку з 10 мл досліджуваної води додають по 0,5 мл розчину соляної кислоти (1:5) і по 2 мл 50% розчину хло­ристого барію, закривають їх корками і збовтують. Інтенсивність ут­ворюваного в пробірці з водою осаду порівнюють з такою ж у при­готованій шкалі.

Принцип кількісного визначення сульфатів полягає в осадженні сульфат-іонів хлористим барієм. Утворений осад розчиняють титро­ваним розчином трилону Б. Кількість трилону, використаного на розчинення осаду, еквівалентна кількості сульфат-іона в досліджу­ваній воді.

Для кількісного визначення сульфатів 100 мл води наливають у конічну колбу місткістю 250 мл, підкислюють трьома краплями кон­центрованої сірчаної кислоти, додають 25 мл 0,05 н. розчину хлори­стого барію і кип'ятять упродовж 10 хв від початку кипіння, після чого залишають на водяній бані на 1 год. Далі розчин фільтрують, використовуючи беззольний фільтр, попередньо промитий гарячою дистильованою водою. Утворений осад сірчанокислого барію пови­нен залишитися в колбі. Колбу з осадом промивають п'ять-шість разів підігрітою до 50-60°С дистильованою водою, а рідину, що утво­рюється після кожного промивання, відфільтровують через той са­мий фільтр.

Фільтр, на який потрапив осад сірчанокислого барію, вносять у ту ж колбу, де проводилось осаджування сульфатів, додають 5 мл 9 н. розчину аміаку, а тоді скляною паличкою вивертають фільтр таким чином, щоб осад із фільтра опинився на дні колби. Для розчинення осаду до вмісту колби додають 6 мл 0,05 н. розчину трилону Б на кожні 5 мг передбачуваної кількості сульфат-іонів, про приблизний вміст яких можна судити на основі заздалегідь проведеної якісної проби з хлористим барієм. Далі колбу вміщують на піщану баню, нагрівають до кипіння і кип'ятять 3 —5 хв у нахиленому положенні при періодичному перемішуванні рідини до повного розчинення осаду. Після охолодження до розчину додають 50 мл дистильованої

води, 5 мл аміачного буфера та декілька крапель (або 0,1 г) індика­тора хромогену чорного. Надмір трилону Б зв'язують 0,05 н. розчи­ном хлористого магнію до зміни синього забарвлення на лілове. Вміст сульфат-іонів у воді обчислюють за формулою

де п — кількість доданого розчину трилону Б, мл; К — поправковий коефіцієнт до титру розчину трилону Б; т — кількість хлористого магнію, витраченого на титрування надлишку трилону Б; К_{ — по­правковий коефіцієнт до титру розчину хлористого магнію; V — об'єм досліджуваної води, мл.

Воду, вміст сульфат-іонів у якій перевищує 250 мг/л, належить попередньо розвести, а при вмісті менше 50 мг/л сульфат-іонів для аналізу слід взяти більшу кількість води з наступним концентру­ванням сульфат-іона шляхом випарювання досліджуваної води, під­кисленої кількома краплями концентрованої соляної кислоти (не доводити до кипіння!).

Вміст сульфатів у питній воді не повинен перевищувати 500 мг/л (Держстандарт 2874 — 82).

Визначення вмісту аміаку та амонійних солей у воді. Аміак, реагуючи з реактивом Несслера, утворює аміачно-йодисту сполуку NH₂Hg₂IO, яка надає воді жовтого забарвлення. Для визначення азо­ту амонійних солей беруть два циліндри Геннера (мал. 45). Перший наповнюють 100 мл досліджуваної води, а другий — 1 мл розчину хлористого амонію, що містить 0,01 мг азоту амонійних солей, і 99 мл дистильованої води. Потім у обид­ва циліндри додають по 2 мл сегне­тової солі та реактиву Несслера. Вміст обидвох циліндрів перемішують скля­ною паличкою. Через 10 хв розвива­ється забарвлення, інтенсивність якого визначають дивлячись зверху, в про­хідному світлі, на білому тлі. Випус­каючи розчин із циліндра з більш ін­тенсивним забарвленням, досягають однакового забарвлення в обох цилін­драх.

Вміст амонійних солей (мг/л) у досліджуваній воді знаходять за фор­мулою

Мал. 45. Циліндри Геннера.

де 0,01 — вміст азоту амонійних со­лей у розчині хлористого амонію, мг/ мл; 100 — об'єм досліджуваної во-

ди, мл; / — об'єм розчину хлористого амонію, мл; //, — висота стовпчика досліджуваного зразка води, см; Н₂ — висота стовпчика стандартного розчину хлористого амонію, см.

Якщо твердість води понад 10°, то її зм'якшують, додаючи до 100 мл води 2 мл розчину їдкого натру та кальцинованої соди, який готується розчинюванням 100 г кальцинованої соди та 50 г їдкого натру в 300 мл дистильованої води з наступним кип'ятінням (уп­родовж 15 хв) і фільтруванням води через скляну вату.

Досліджувану воду, колірність якої перевищує 30°, попередньо знебарвлюють, додаючи 0,5 г гідроокису алюмінію на 100 мл води. При підвищеному вмісті сульфідів у воді на кожні 100 мл води вносять 10 крапель 3% розчину оцтовокислого цинку. Після двого­динного відстоювання для аналізу беруть прозору надосадну ріди­ну.

У чистих природних водах вміст азоту амонійних солей стано­вить 0,01-0,10 мг/л.

Визначення вмісту азоту нітритів у воді. Нітрити, реагуючи з реактивом Грісса, що являє собою суміш сульфанілової кислоти і а-нафтиламіну в оцтовій кислоті, утворюють азофарбу, яка надає до­сліджуваній воді червоного забарвлення.

Для визначення вмісту азоту нітритів беруть дві конічні колби місткістю 250 мл. В одну наливають 100 мл досліджуваної води, а в ДРУ^ГУ — 10 мл стандартного розчину азоту нітритів, який містить в 1 мл 0,001 мг азоту нітритів, і 90 мл дистильованої води. Далі в обидві колби додають по 5 мл розчину Грісса, після чого для роз­витку забарвлення колби ставлять на 10 хв на водяну баню при температурі 50 —60°С. Колориметрування розчинів проводять у ци­ліндрах Геннера. Обережно відливаючи частину вмісту з циліндра з інтенсивнішим забарвленням, досягають однакового забарвлення в обидвох циліндрах.

Вміст азоту нітритів (мг/л) у досліджуваній воді знаходять за формулою

де 10 — кількість стандартного розчину азоту нітритів, мл; 0,001 — вміст азоту нітритів у стандартному розчині, мг/мл; 100 — об'єм досліджуваної води, мл; Я₍ — висота стовпчика досліджуваної води, см; Н₂ — висота стовпчика стандартного розчину, см.

У чистих природних водах вміст азоту нітритів не перевищує 0,005 мг/л.

Визначення вмісту нітратів у воді. У пробірку до 5 мл води додають декілька кристаликів дифеніламіну або бруцину, а потім обережно на стінку пробірки нашаровують декілька крапель кон­центрованої сірчаної кислоти. За наявності у воді нітратів розвива­ється синє (при додаванні дифеніламіну) або рожеве (при дода­ванні бруцину) забарвлення, яке змінюється на жовте.

Унаслідок реакції нітратів із фенолдисульфоновою кислотою* в лужному середовищі утворюється пікрат амонію, що надає розчино-ві жовтого забарвлення. Для визначення азоту нітратів 10 мл води випарюють у фарфоровій чашці насухо на піщаній бані. Паралельно в другу чашку наливають 10 мл стандартного розчину, який містить в 1 мл 0,1 мг азоту нітратів, і також випарюють. Після охолодження до залишку в обох чашках додають 2 мл розчину фенолдисульфо-нової кислоти і ретельно розтирають скляною паличкою до повного розчинення залишку, після чого доливають по 20 мл дистильованої поди і 5-6 мл концентрованого розчину аміаку.

Забарвлений розчин із фарфорових чашок переливають у ци­ліндри Геннера, чашки двічі-тричі ополіскують дистильованою во­дою, яку заливають у ці ж циліндри, а потім об'єм рідини в цилін­драх доводять дистильованою водою до 100 мл.

Для визначення кількості нітратів у воді випускають розчин із циліндра з більш інтенсивним забарвленням, досягаючи зрівнюван­ня забарвлення розчинів у обидвох циліндрах. Колориметрування розчину здійснюють зверху, в прохідному світлі, на білому тлі.

Кількість нітратів (мг/л) у воді визначають за формулою

де 0,1 — вміст азоту нітратів у 1 мл стандартного розчину, мг/мл; 10 — кількість стандартного розчину азоту нітратів, мл; 10" — кіль­кість досліджуваної води, мл; hi — висота стовпчика досліджуваної води, cm; H₂ — висота стовпчика стандартного розчину, см.

При підвищеному вмісті у воді хлоридів (понад 10 мг/л), які заважають визначенню, у воду додають 0,44% розчин сірчанокисло­го срібла. При високій колірності води (понад 25°) воду освітлю­ють шляхом коагуляції.

Вміст нітратів у питній воді не повинен перевищувати 45,0 мг/л (Держстандарт 2874-82).

Визначення окисності води. Окисність води — це кількість кисню, необхідна для хімічного окислення органічних та неорганічних ре­човин, які містяться віл води. Кількість кисню, затрачувана на окислення органічних речовин, що є у воді, незрівнянно більша від затрачуваної на окислення неорганічних речовин води. Отже, окис-ність характеризує ступінь забруднення води органічними речови­нами.

Принцип пропонованого методу визначення окисності полягає в тому, що перманганат калію в кислому середовищі при кип'ятінні окислює речовини, присутні у воді. Окисність виражається в мілі­грамах кисню, еквівалентного витраті окислювача на 1 л води.

Для визначення окисності у конічну колбу на 250 мл вносять 100 мл досліджуваної води, 5 мл розчину сірчаної кислоти (1:2) і 20 мл 0,01 н. розчину перманганату калію. Колбу накривають по­кривним склом. Розчин кип'ятять 10 хв. Далі додають 20 мл 0,01 н.

розчину щавлевої кислоти і титрують 0,01 н. розчином пермангана­ту калію до появи блідо-рожевого забарвлення. Окисність води обчислюють за формулою

де а — кількість розчину перманганату калію, витраченого на тит­рування досліджуваної води, мл; Ь — кількість робочого розчину перманганату калію, витраченого на титрування дистильованої во­ди (холоста проба), мл; К — поправковий коефіцієнт до титру 0,01 н. розчину перманганату калію; V — об'єм аналізованої проби во­ди, мл; 8 — еквівалент кисню (кількість кисню, що виділяється 1 мл 1 н. розчину перманганату калію, мл).

У тому випадку, якщо при кип'ятінні досліджувана проба води знебарвиться або побуріє, аналіз повторюють, попередньо розвівши її дистильованою водою. Одночасно визначають окисність дистильо­ваної води, використаної для розведення (паралельна проба).

Найменшу окисність (1-3 мг/дм³ О) мають глибокі підземні води. Окисність ґрунтових вод 5-15 мг/дм³ О, води відкритих водойм — 7-20 мг/дм³ О.

Визначення розчиненого у воді кисню. Розчинений у воді кисень, реагуючи з закисом марганцю, утворює еквівалентну кількість окису марганцю, який у кислому середовищі окислює йодистий калій з ви­діленням вільного йоду. Кількість йоду визначається титруванням гі­посульфітом натрію.

Воду відбирають у калібровані флакони з притертим корком таким чином, щоб під пробкою не залишалось повітря. На місці за­бирання до досліджуваної води для фіксації розчиненого у ній кисню додають 2 мл розчину хлориду марганцю. Наповнену реак­тивом піпетку занурюють на дно склянки, а потім, відкривши пі­петку, її повільно виймають. Іншою піпеткою в цю ж склянку таким же чином додають 2 мл розчину їдкого калію з йодидом калію. Склянку щільно закривають пробкою і вміст ретельно збовтують, декілька разів перевертаючи склянку догори дном. У такому ви­гляді досліджувану пробу води можна транспортувати від місця забирання в лабораторію. Після відстоювання осаду окису марган­цю відсмоктують прозору надосадну рідину, а до осаду доливають З мл концентрованої соляної кислоти й перемішують до його роз­чинення. Виділений йод титрують 0,01 н. розчином гіпосульфіту натрію до отримання блідо-жовтого забарвлення, після чого дода­ють 1-2 мл розчину крохмалю і титрують забарвлений розчин до знебарвлення.

Вміст розчиненого кисню (мг/л) обчислюють за формулою

де а — об'єм розчину гіпосульфіту, витраченого на титрування, мл; k — поправковий коефіцієнт до нормальності титрованого розчину

гіпосульфіту; N — нормальність розчину гіпосульфіту; У, — мі-' сткість каліброваного флакона, мл; V₂ — об'єм реактивів, внесених у флакон для фіксації кисню, мл; 8 — еквівалент кисню (кількість кисню (мг), що відповідає 1 мл 1 н. розчину гіпосульфіту).

Ступінь насичення води киснем збільшується з підвищенням ат­мосферного тиску і зниженням температури води. У водоймах з чистою водою кількість розчиненого кисню повинна бути не менше 4 мг/л (Держстандарт 17.1.5.02-80).

Визначення біохімічної потреби в кисні. Біохімічна потреба в кисні (БПК) — це кількість кисню, яка необхідна для біохімічного окислейня органічних речовин, що містяться віл води. БПК харак­теризує інтенсивність процесів самоочищення води у відкритих во­доймах.

БПК визначається за різницею кисню в досліджуваній воді до і після інкубації при 20°С без доступу світла та кисню. Як звичайно, час інкубації становить 5 або 20 діб, відповідно БПК₅ і БПК₂₀. До­сліджувану воду (нерозведену або розведену відповідним чином) нагрівають до 20°С, насичують киснем, аеруючи її 10 хв, і розлива­ють у калібровані флакони з притертим корком так, щоб під корком не залишалося повітря. В одному флаконі визначають кількість роз­чиненого у воді кисню, а інші вміщують у термостат при температу­рі 20°С. Щоб іззовні не потрапляв кисень, склянки з водою, щільно закривши притертими корками, а потім перевернувши догори дном, занурюють у дистильовану воду (так званий водяний затвор). Через 5 (20) діб зберігання в пробах води визначають вміст розчиненого кисню. Різниця у вмісті кисню в досліджуваній воді до і після завер­шення дослідження становить БПК.

БПК_повне води дуже чистих водойм повинна становити до 3 мг/л, порівнянсГчистої води — 5 — 7 мг/л О₂ (Держстандарт 2761-84).