МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ “ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА”

ВИЗНАЧЕННЯ МІНЕРАЛЬНОГО СКЛАДУ ПРИРОДНИХ ВОД

Методичні вказівки та інструкція

до лабораторної роботи з курсів “Теоретичні основи хімії і технології води”, “Хімія води і мікробіологія” для студентів базових напрямів

6.051301 “Хімічна технологія”, 6.060103 “Гідротехніка (водні ресурси)”

Затверджено

на засіданні кафедри хімії і

технології неорганічних речовин

Протокол №16 від 27.04.2012 р.

Львів – 2012

Визначення мінерального складу природних вод: Методичні вказівки та інструкція до лабораторної роботи з курсів “Теоретичні основи хімії і технології води”, “Хімія води і мікробіологія” для студентів базових напрямів 6.051301 “Хімічна технологія”, 6.060103 “Гідротехніка (водні ресурси)” /Укл.: Л.В.Савчук, З.О.Знак, Р.Р.Оленич – Львів: Видавництво Національного університету “Львівська політехніка”, 2012. – 20 с.

Укладачі Савчук Л.В., канд. техн. наук, доц.,

Знак З.О., д-р техн. наук, проф.,

Оленич Р.Р., канд. хім. наук, доц.

Відповідальний за випуск Яворський В.Т., д-р техн. наук, проф.

Рецензент Ятчишин Й.Й., д-р хім. наук, проф.

Мета роботи: засвоєння методів хімічного аналізу для визначення вмісту основ­них катіонів і аніонів, які містяться у природних водах, методик складання катіонно-аніонного балансу, розрахунку загальної мінералізації, сухого залишку та гіпотетичного сольового складу води, а також формулювання висновків щодо відповідності якості досліджуваної води вимогам ДСанПіН 2.2.4-171-10.

1. Теоретичний вступ

1.1. Загальна характеристика домішок у природних водах

Природні води  багатокомпонентні гетерогенні системи. Вони завжди містять домішки (гази, мінеральні і органічні речовини, мікроорганізми), які можуть знаходитись у розчиненому, колоїдному та дисперсному станах. Ці речовини потрапляють у воду із ґрунту й атмосфери внаслідок життє­діяльності і відмирання рослинних і тваринних організмів, які на­селяють воду, а також з атмосферними, побутовими і виробничими стічними водами.

Домішки природних вод за їх фазово-дисперсним станом згідно з класифікацією Л.Кульського поділяють на чотири групи. Домішки першої і другої груп утворюють гетерогенні системи, домішки третьої і четвертої груп  гомогенні.

До першої групи домішок належать важкорозчинні у воді речовини з розмірами частинок 1^.10^7 1^.10^5 м (пісок, глина, мул, карбонатні породи, гідроксиди металів, органічні речовини, мікроорганізми, планктон), які утворюють з водою кінетично нестійкі суспензії й емульсії та зумовлюють каламутність води. Їх досить ефективно ви­водять із води під дією гравітаційних сил (осаджуванням) або фільтруванням.

До другої групи домішок належать важко- і малорозчинні речовини з розмірами частинок 1^.10^8 1^.10^7 м, які утворюють з водою відносно стійкі колоїдні розчини та зумовлюють каламутність і забарвленість води. Зокрема, у воді можуть міститися у колоїдному ста­ні мінеральні речовини (Алюмінію і Феруму гідроксиди, силікатні кислоти тощо), високо-молекулярні органічні сполуки (білки, вуглеводи та продукти їх розкладу, гумінові кислоти), віруси та інші організми, що наближаються за розмірами до колоїдних частинок. Домішки колоїдного ступеня дисперсності виво­дять із води коагуляцією з наступним відділенням осаду відстоюванням і фільтруванням або центрифугуванням, а також ультрафільтрацією через мем­бранний фільтр.

До третьої групи домішок належать: розчинені у воді гази (O₂, N₂, CO₂, H₂S, SO₂, NH₃ та інші); органічні речовини біологічного та антропогенного походження (наприклад, продукти життєдіяльності бактерій, водоростей, плісеневих грибів, а також феноли, альдегіди, спирти та інші органічні речовини, які потрапляють у природні води зі стоками). Ці домішки можуть надавати водам специфічного запаху, присмаку, рідше забарвленість. Розмір їх частинок 1^.10^9 1^.10^8 м. Вони утворюють з водою молекулярні розчини (переважно розчини неелектролітів).

До четвертої групи домішок належать речовини, які утворюють з водою розчини електролітів (іонні розчини). Основна частина цих домішок  мінеральні солі, а саме, гідроген­карбонати, хлориди, сульфати Кальцію, Магнію, Натрію, Калію, Феруму тощо. Ці солі належать до сильних електролітів і у воді повністю дисоціюють на іони. Розмір їх частинок < 1^.10^8 м, тобто іони перебувають у воді в гідратованому вигляді.

Хімічний аналіз води включає визначення вмісту у воді катіонів: Кальцію Са²⁺, Магнію Mg²⁺, Натрію Na⁺, Калію K⁺, Феруму Fe²⁺ і Fe³⁺ тощо і аніонів: гідрогенкарбонату НCО_з^, хлориду Cl^, сульфату SO₄^2 тощо.

Під час проведення титрометричного аналізу найчастіше використовують розчини, концентрацію яких виражають через нормальність (молярну концентрацію еквівалента). Під нормальністю розчину с_N розуміють число моль-еквівалентів розчиненої речовини, що міститься у одному дециметрі кубічному розчину (моль-екв/дм³)

(1)

де m – маса розчиненої речовини, г;

Е – еквівалентна маса (молярна маса еквівалента) розчиненої речовини, г/моль-екв;

V – об’єм розчину, дм³.

Концентрації іонів у воді виражають через масу (мг/дм³) і число еквіва­лентів (ммоль-екв/дм³) розчинених речовини у розчині. Для перерахунку концентрацій з однієї в іншу форму використовують формули:

(2)

, (3)

де  еквівалентна маса відповідного іона, г/моль-екв.

Загальний вміст солей (загальну мінералізацію) визначають на основі катіонно-аніонного складу води та виражають через масу (мг) розчинених мінеральних речовин в одному кубічному дециметрі (літрі) води (мг/дм³).

Уміст розчинених у воді речовин визначають також випарову­ванням профільтрованої проби води, висушуванням одержаного залишку за температури 105°С до постійної маси та його зважуванням. Цей показник нази­вають сухим залишком. Крім експериментального визначення його можна розрахувати на основі даних катіонно-аніонного складу води. Сухий залишок також виражають в міліграмах на 1 дм³ води.