Лабораторные работы ВВ

Перманганатная окисляемость воды по методу Кубеля

Сущность метода.Метод Кубеля основан на окислении веществ, присутствующих в пробе воды, раствором перманганата калия в сернокислой среде при кипячении. Реакция протекает следующим образом:

2 KMnO4 + 5 H2C2O4 + 3 H2SO4 = 2MnSO4 + K2SO4 + 10 CO2 + 8 H2O

Без разбавления можно определить окисляемость до 10 мг О2/дм3. Наивысшее допустимое разбавление проб – десятикратное. Это означает, что метод можно использовать только для проб, окисляемость которых ниже 100 мг О2/дм3.

Реактивы и оборудование

Серная кислота, разбавленная 1:3

Щавелевая кислота, раствор с концентрацией 0,01 моль-экв/дм3

Перманганат калия, раствор с концентрацией 0,01 моль-экв/дм3

Коническая колба

Пипетка Мора на 100 см3

Мерная пробирка

Плитка

Стеклянная воронка

Бюретка

Анализ пробы воды. В коническую колбу на 200-250 см3 наливают пипеткой 100 см3 испытуемой воды. Прибавляют 5 см3 раствора серной кислоты (1:3) и ставят на плитку. При появлении первых пузырьков (начало кипения) в пробу добавляют из бюретки точно 10 см3 0,01 Н раствора перманганата калия. После этого пробу кипятят на малом огне 10 минут. Для равномерного кипения рекомендуется поместить в колбу несколько стеклянных капилляров, запаянных с одного конца. Колбу при кипячении прикрывают стеклянной воронкой, которая выполняет функцию обратного холодильника. Если во время кипячения исследуемая вода обесцветилась или потеряла характерную малиновую окраску перманганата калия, определение надо начать сначала, предварительно разбавив исследуемую воду дистиллированной водой.

По окончании кипячения пробу снимают с огня и в нее добавляют из бюретки точно 10 см3 0,01 Н раствора щавелевой кислоты С2Н2О4. Обесцветившуюся горячую жидкость оттитровывают 0,01 Н раствором KMnO4 до появления слабо-розового оттенка.

Стандартизация титранта.Стандартизация титранта проводится одновременно с анализом. В только что оттитрованную пробу, имеющую температуру около 50 – 60ºС, снова прибавляют 10 см3 0,01 н раствора щавелевой кислоты и снова титруют раствором перманганата калия до появления слабо-розовой окраски. Поправку к титру раствора KMnO4 определяют из соотношения:

К=10/V

где К – поправочный коэффициент к концентрации титранта;

10 – объем раствора щавелевой кислоты, см3;

V– объем раствора перманганата калия, см3.

Определение перманганатной окисляемости при разведении воды. При разведении испытуемой воды дистиллированной при подсчете окисляемости вводят поправку на дистиллированную воду. Для этого проводят все определения со 100 см3 дистиллированной воды совершенно так же, как и с исследуемой водой. Объем раствора перманганата калия (в см3), пошедший на окисление дистиллированной воды, при подсчете окисляемости вычитают из объема раствора KMnO4, израсходованного на окисление пробы.

Расчет.Перманганатную окисляемость Х в мг О2 /дм3 рассчитывают по формуле:

X=(V1-V2)·N·K·ЭО2·1000

                 Vпробы

где V1 - объем раствора перманганата калия, пошедшего на титрование пробы, см3;

V2 – объем раствора перманганата, пошедшего на титрование дистиллированной воды, см3;

Н – концентрация титранта – перманганата калия, моль-экв/дм3;

К – поправочный коэффициент к концентрации титранта;

ЭО2– эквивалент кислорода, 8 г/моль-экв.;

Vпробы – объем анализируемой воды, см3;

1000– коэффициент для перехода от граммов к миллиграммам.

Арбитражный метод определения ХПК

Сущность метода.Органические вещества окисляют дихроматом калия в серной кислоте, разбавленной водой (1:1). Дихромат при этом восстанавливается до солей хрома (III) согласно уравнению

Cr2O72- + 14H+ + 6e- = 2Cr3+ + 7H2O

Окисление органических веществ в этих условиях ускоряется и охватывает практически все органические вещества, если вводить в реакционную смесь катализатор – сульфат серебра. При анализе природных вод определение проводят без катализатора. Количество неизрасходованного на окисление дихромата калия в растворе определяют титрованием солью Мора Fe(NH4)2(SO4)2 ´ 6H2O. При этом протекает окислительно-восстановительная реакция:

K2Cr2O7 + 6 Fe (NH4)2(SO4)2 + 7H2 SO4 =

=K2 SO4 + Cr2 (SO4)3 + 6 (NH4)2SO4 + 3Fe2 (SO4)3 + 7 H2O

Это основной метод определения окисляемости, он используется при анализе сточных и загрязненных вод, окисляемость которых равна или превышает 100 мг О2/дм3.

В этих условиях не окисляются пиридин и его гомологи, пиррол, пирролидин, пролин, никотиновая кислота и некоторые другие азотсодержащие гетероциклические соединения, бензол, толуол и другие ароматические углеводороды, парафин, нафталин.

Если анализируемая проба содержит неорганические восстановители, то количество их, определяемое отдельно соответствующими методами, должно быть вычтено (в пересчете на кислород) из результата определения ХПК.

Мешающие вещества.Мешающее влияние хлоридов, окисляющихся в процессе определения до молекулярного хлора, устраняют маскированием их сульфатом ртути (II) в количестве 22,2 мг HgSO4 на 1 мг Cl–. Образующийся очень мало диссоциирующий хлорид ртути (II) достаточно устойчив даже в присутствии большой концентрации серной кислоты и бихромата.

Мешают определению нитриты, часто присутствующие в сточных водах, прошедших биохимическую очистку. Для их устранения в колбу вводят по 10 мг сульфаминовой кислоты на 3 мг NO2–. При кипячении раствора нитрит – ионы восстанавливаются до молекулярного азота, а избыток сульфаминовой кислоты переходит в сульфат аммония:

H2NSO2OH + HNO2 = N2 + H2SO4 + H2O

H2NSO2OH + H2O = NH4HSO4

Реактивы и оборудование

Серная кислота концентрированная

Сульфат серебра.

N – Фенилантраниловая кислота или ферроин

Дихромат калия, 0,25 Н раствор.

Соль Мора, 0,25 Н. раствор.

Сульфат ртути (II)

Колбы для титрования

Бюретки

Колба с обратным холодильником

Кипелки или кусочки пемзы

Цилиндры

Пипетки

Подготовка пробы. Анализировать можно предварительно профильтрованную пробу или всю пробу вместе с присутствующим в ней осадком (в зависимости от поставленной цели). Фильтр надо предварительно промыть горячей водой и, проводя фильтрование, отбросить первую порцию (200 – 250 см3) фильтрата. Нельзя фильтровать сточную воду, содержащую вещества, которые могут улетучиваться во время фильтрования или окисляться кислородом воздуха. В таких случаях фильтрование заменяют продолжительным отстаиванием сточной воды и для анализа отбирают пипеткой верхний прозрачный слой.

Стандартизация титранта. Титр раствора соли Мора устанавливают по стандартному раствору бихромата калия. Берут 10 см3 стандартного раствора, разбавляют его дистиллированной водой до 250 см3, приливают 20 см3 концентрированной серной кислоты и дают остыть. Затем прибавляют 3 – 4 капли раствора ферроина или 5 – 10 капель раствора N – фенилантраниловой кислоты и титруют раствором соли Мора.

Определение дихроматной окисляемости.Отбирают такой объем анализируемой сточной воды, чтобы на окисление расходовалось не более 20 см3 стандартного раствора дихромата калия и чтобы в ней содержалось не более 40 мг хлорид-ионов, разбавляют до 50 см3 дистиллированной водой и переносят в круглодонную колбу вместимостью 300 см3. Прибавляют 1 г сульфата ртути (II), 5 см3 серной кислоты, перемешивают до растворения сульфата ртути, затем вливают 25,0 см3стандартного раствора дихромата калия. Очень осторожно, малыми порциями вливают 70 см3 серной кислоты, всыпают 0,4 – 0, 5 г сульфата серебра, вводят в колбу несколько стеклянных бусин или кусочков пемзы, закрывают пробкой, соединенной с обратным холодильником, и нагревают при слабом кипении 2 часа. Затем охлаждают, обмывают стенки холодильника 25 см3 дистиллированной воды и переносят содержимое этой колбы в коническую колбу вместимостью 500 см3, обмывая стенки первой колбы несколько раз дистиллированной водой. Добавив дистиллированную воду до объема 350 см3, вводят 3 – 4 капли раствора ферроина или 10 – 15 капель раствора N – фенилантраниловой кислоты и оттитровывают избыток дихромата титрованным ратвором соли Мора. При титровании раствор вначале приобретает фиолетовую окраску, а затем изумрудно-зеленую, что является сигналом окончания титрования.

Проводят холостой опыт; для этого берут 50 см3 дистиллированной воды и проводят ее через все ступени анализа.

Расчет.Химическое поглощение кислорода (ХПК), выраженное числом миллиграммов кислорода на 1 дм3 сточной воды, вычисляют по формуле:

 XПК=(V1-V2)·N·ЭО2·1000

                            Vпробы

где V1–объем раствора соли Мора, израсходованного на титрование в холостом опыте, см3;

V2 – объем раствора соли Мора, израсходованного на титрование пробы, см3;

H – концентрация титрованного раствора соли Мора, моль-экв/дм3;

ЭО2–– эквивалент кислорода, 8 г/моль-экв.;

Vпробы – объем анализируемой сточной воды, см3;

1000– коэффициент для перехода от граммов к миллиграммам.

Ускоренный метод определения ХПК

Этот метод предназначен для постоянных ежедневных анализов, проводимых для контроля работы очистных сооружений или состояния воды в водоеме. Результаты определения, как правило, получаются несколько ниже, чем при анализе арбитражным методом, но они обычно достаточно хорошо воспроизводимы. Рекомендуется периодически проводить определения обоими методами, ускоренным и арбитражным, для нахождения приблизительного коэффициента пересчета. Следует учитывать, что расхождения между результатами обоих методов особенно велики, когда проба содержит трудноокисляемые вещества, такие как уксусная кислота, аланин, бензол и др.

Главная особенность ускоренного метода – повышенная концентрация Н2SO4. Нагревания извне не требуется, температура повышается за счет тепла, выделяющегося при смешении воды с концентрированной серной кислотой.

Ход определения.

Если ХПК анализируемой воды – в пределах 500 – 400 мг/дм3 кислорода, берут для анализа 1 см3 пробы, если ХПК 50 – 500 мг/дм3, отбирают 5 см3 пробы, если ХПК выше 4000 мг/дм3, пробу предварительно разбавляют, если же ХПК ниже 50 мг/дм3, этот метод применять нельзя.

В пробу вводят 2,5 см3 0,25 Н раствора дихромата калия, затем 0,2 г сульфата ртути (II) и при перемешивании – концентрированную серную кислоту (7,5 см3 на 1 см3 пробы, 15 см3 на 5 см3 пробы). Осторожно! При этом температура раствора поднимается выше 100°С! Через 2 минуты охлаждают раствор до комнатной температуры, приливают 100 см3 дистиллированной воды и титруют избыток бихромата, как в арбитражном методе

Расчет.Химическое поглощение кислорода (ХПК), выраженное числом миллиграммов кислорода на 1 дм3 сточной воды, вычисляют по формуле:

 XПК=(V1-V2)·N·ЭО2·1000

                            Vпробы

где V1–объем раствора соли Мора, израсходованного на титрование в холостом опыте, см3;

V2 – объем раствора соли Мора, израсходованного на титрование пробы, см3;

H – концентрация титрованного раствора соли Мора, моль-экв/дм3;

ЭО2–– эквивалент кислорода, 8 г/моль-экв.;

Vпробы – объем анализируемой сточной воды, см3;

1000– коэффициент для перехода от граммов к миллиграммам.

Биохимическое потребление кислорода

Сущность метода. Метод основан на определении концентрации растворенного кислорода в воде через определенное количество времени(БПК за 5, 7, 20 суток) в анаэробных условиях при температуре 20°С.

Ход определения

1–1,5 дм3 исследуемой воды наливают в колбу или бутыль, наполняя ее на 2/3, и аэрируют ее в течение 1 минуты путем интенсивного встряхивания. Набирают воду в 2 откалиброванные специальные колбы с пробками для определения растворенного кислорода. В одной колбе сразу определяют содержание растворенного кислорода по Винклеру (см. работу №9). Вторую колбу выдерживают в термостате при 20°С в течение определенного количества времени и затем снова определяют содержание растворенного кислорода.

Расчет. Расчет БПК в мг О2 /дм3 производится по разности между содержанием кислорода в исходной воде и в воде, выдержанной определенное время.

Определение органолептических свойств воды

Цель занятия. Знакомство с законодательными документами, положенными в основу гигиенического нормирования в области гигиены водоснабжения: СанПиН 2.1.4.1074-01 для централизованного водоснабжения и СанПиН 2.1.4.1175-02 для децентрализованного (местного) водоснабжения, правилами выбора источников водоснабжения, организации зон санитарной охраны водопроводов и источников водоснабжения, физическими, органолептическими, химическими и бактериологическими показателями качества воды. Научиться анализировать питьевую воду на соответствие ее основным гигиеническим требованиям СанПиН путем решения ситуационных задач. Научиться давать развернутое гигиеническое заключение о пригодности исследуемого образца воды для хозяйственно-питьевых целей.

Практические навыки. Умение разобраться с основными физическими, химическими и бактериологическими показателями загрязнения воды. Решить ситуационную задачу и дать развернутое гигиеническое заключение и рекомендации по улучшению качества воды.

1. Определение запаха и вкуса воды

     Запах воды определяется при обычной температуре (20°С) и при нагревании до 60°С. Колбу емкостью 150-200 мл наполнить на ⅔ исследуемой водой. Накрыв ее часовым стеклом, интенсивно встряхнуть и затем, быстро открыв, определить запах воды по характеру (хлорный, землистый, гнилостный, болотный, нефтяной, аптечный, ароматический, неопределенный) и по интенсивности. Количественно запах оценивается по пятибалльной шкале. При определении запаха воды руки и одежда исследователя не должны иметь посторонних запахов (духов и проч.), воздух помещения должен быть чистым. При централизованной системе водоснабжения допускается запах воды, предназначенной для питья, не более 2-х баллов при 20°С и 60°С и не более 3-х баллов - при нецентрализованной (местной) системе водоснабжения. Специфические запахи, появляющиеся при хлорировании, не должны превышать 1 балл.

     Вкус воды определяется только при уверенности, что она безопасна (отсутствуют ядовитые вещества и бактериальное загрязнение). Полость рта ополаскивается 10 мл исследуемой воды и, не проглатывая ее, определяют вкус («солоноватый», «горький», «кислый», «сладкий»), привкус может быть «рыбный», «металлический», «неопределенный». Интенсивность привкуса также оценивается в баллах.

Шкала интенсивности запаха и привкуса питьевой воды