ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ

Лабораторная работа № 4.

ВОДОПОДГОТОВКА.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЕРМАНГАНАТНОЙ ОКИСЛЯЕМОСТИ ВОДЫ МЕТОДОМ КУБЕЛЯ.

Цель работы: определить качество сточной либо природной воды по содержанию восстановителей. Определить эффективность применения коагулянтов для снижения содержания восстановителей в воде.

Общие сведения.

Окисляемость - это величина, характеризующая содержание в воде органических и минеральных веществ, окисляемых (при определенных условиях) одним из сильных химических окислителей. Этот показатель отражает общую концентрацию восстановителей (органических и неорганических) воде. Природа органических веществ может быть самой разной - и гуминовые кислоты почв, и сложная органика растений, бактериальное загрязнение, и химические соединения антропогенного происхождения.

Различают несколько видов окисляемости воды: перманганатную, бихроматную, йодатную. Наиболее высокая степень окисления достигается бихроматным методом. В практике водоочистки для природных малозагрязненных вод определяют перманганатную окисляемость, а в более загрязненных водах - как правило, бихроматную окисляемость (или ХПК - "химическое потребление кислорода").

Окисляемость выражается показателем количества кислорода в миллиграммах, расходуемого на окисление восстановителей в 1 л воды (мг О/дм³). Как правило, когда говорят об окисляемости, имеют в виду содержание в воде органических загрязнений.

Результаты определения окисляемости одной и той же воды, проведенного с применением различных окислителей, обычно различаются вследствие неодинаковой степени окисления этими окислителями различных веществ, присутствующих в воде. Это зависит от свойств окислителя, его концентрации, температуры, рН воды и т.п. Все методы определения окисляемости условны, а получаемые результаты сравнимы только в том случае, когда точно соблюдены все условия протекания анализа.

Величина окисляемости природных вод может варьироваться в широких пределах от долей миллиграммов до десятков миллиграммов кислорода на литр воды. Высокая окисляемость воды обусловливается наличием в воде продуктов распада органических веществ растительного и животного происхождения. Поверхностные воды имеют более высокую окисляемость по сравнению с подземными. Это понятно - органика из почвы и растительного опада легче попадает в поверхностные воды, чем в грунтовые, чаще всего ограниченные глинистыми водоупорами. Вода равнинных рек, как правило, имеет окисляемость 5-12 мг О/дм³, рек с болотным питанием - десятки миллиграммов на 1 дм³. Подземные воды имеют в среднем окисляемость на уровне от сотых до десятых долей миллиграма О/дм³. Хотя подземные воды в районах нефтегазовых месторождений, и торфянников могут иметь очень высокую окисляемость.

ПДК питьевой воды по перманганатной окисляемости согласно СанПиН 2.1.4.1175-02 «Гигиенические требования к качеству воды нецентрализованного водоснабжения. Санитарная охрана источников» составляет 5,0-7,0 мг/дм³.

Коагуляция примесей

Уменьшение содержание восстановителей в воде возможно при добавлении коагулянтов. Органические восстановители обычно содержатся в воде в виде растворов, коллоидных и механических взвесей. Коагуляцию коллоидных примесей (осветление воды) производят добавкой коагулянтов или флокулянтов. Коагулирующее действие одного из распространенных коагулянтов Аl₂(SО₄)₃ основано на образовании гидроокиси алюминия при взаимодействии с бикарбонатами, находящимися в очищаемой воде:

Аl₂(SО₄)₃ + 3Са (НСО₃)₂ = 3СаSО₄ + 2Аl(ОН)₃ + 6СО₂

При отсутствии растворенных бикарбонатов в воде специально добавляют известь для смещения равновесия реакции гидролиза Аl₂(SО₄)₃ в сторону образования молекул Аl(ОН)₃, обладающих большим положительным зарядом, что способствует коагуляции частиц. При этом частицы коллоидных примесей укрупняются вследствие агрегации (слипания) гидроокиси алюминия и увлекаются хлопьями вместе с органическими примесями и бактериями в осадок. Осадок после отстаивания отфильтровывают.

Определение перманганатной окисляемости воды

Определение перманганатной окисляемости (метод Кубеля) состоит в предварительном окислении вещества пробы раствором перманганата калия в серной кислоте при кипячении. После кипячения в пробу добавляется стандартный раствор щавелевой кислоты, которая реагирует с остатками перманганата. Избыток щавелевой кислоты оттитровывается стандартным раствором перманганата калия.

Без разбавления можно определить окисляемость до 10 мг кислорода в 1 дм³ воды. Перманганат калия при кипячении в течение 10 минут в кислой среде разлагается с выделением кислорода, который окисляет содержащиеся в воде примеси:

2КМnО₄ + 3Н₂SO₄  K₂SO₄ + 5O + 2МnSO₄ + 3Н₂О

Образовавшийся кислород окисляет находящиеся в воде примеси с образованием воды. Суммарное уравнение:

МnО₄^- + 8Н⁺ + 5е  Мn²⁺ + 4Н₂О

Не прореагировавший перманганат калия восстанавливается щавелевой кислотой:

2МnО₄^- + 5С₂О₄^2- + 16Н⁺  2Мn²⁺ + 8Н₂О + 10 СО₂

Избыток щавелевой кислоты оттитровывается раствором перманганата калия.

Определению содержания органических загрязнителей мешают хлорид-ионы (при концентрации >300 мг/л), которые можно маскировать добавкой сульфата ртути (II). Железо (II), сульфиды, нитраты также мешают определению. Они определяются другими методами анализа, а затем полученные значения содержания этих примесей вычитаются из результата определения перманганатной окисляемости. 1 мг нитратов потребляет 0,3 мг атомарного кислорода, 1 мг железа (II) - 0,14 мг кислорода.

Практическая часть.

Оборудование: Электроплитка

Посуда и материалы

1. Колбы конические вместимостью 250 см³.

2. Колбы мерные вместимостью 50 и 100 см³.

3. Пипетки с делениями вместимостью 5 см³, 10 см³

4. Цилиндр вместимостью 200 см³.

5. Бюретка вместимостью 25 см³.

6. Воронки конические

7. Стаканы вместимостью 250 см³

8. Бумага фильтровальная

Реактивы

1. Кислота щавелевая с молярной концентрацией эквивалента С( H₂C₂O₄) = 0.01 моль-экв/дм³ (1 см³ этого раствора требуется на окисление 0.08 мг кислорода).

2. Перманганат калия, раствор с молярной концентрацией эквивалента С( KMnO₄) = 0.01 моль-экв/дм³ (1 см³ этого раствора выделяет 0.08 мг кислорода).

3. Кислота серная разбавленная 1:2.

4. сульфат алюминия Al₂(SO₄)₃ 1 % раствор.