close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

984.Мониторинг водных объектов

код для вставкиСкачать
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОУ ВПО
УФИМСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ
ЭКОНОМИКИ И СЕРВИСА
МОНИТОРИНГ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ
Методические указанияпо выполнению лабораторных работ
Уфа-2007
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Составитель: Абдюкова Г.М.
УДК 504.45.064
М 54
Мониторинг водных объектов: Методические указания по выполнению
лабораторных работ / Г.М. Абдюкова. – Уфа: Уфимск. гос. академия
экономики и сервиса, 2007. – 33 с.
В методических указаниях по выполнению лабораторных работ
«Мониторинг водных объектов» рассматриваются методы химического
мониторинга водных объектов.
Предназначены для студентов очной и заочной формы обучения
специальности 280201.65 Охрана окружающей среды и рациональное
использование природных ресурсов и направления подготовки бакалавров
280200.62 Защита окружающей среды.
Рецензент: Яхина М.Р. канд.биол. наук, доцент кафедры «Охрана
окружающей среды и рациональное использование природных ресрсов»
УГАЭС
© Абдюкова Г.М., 2007
© Уфимская государственная академия
экономики и сервиса, 2007
2
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
СОДЕРЖАНИЕ
Введение ……………………………………………………………………..4
ОТБОР ПРОБ ВОДЫ ………………………………………………………..5
Тема 1. Общие и суммарные показатели качества воды …………………7
Работа 1. Определение органолептических свойств воды ……………….7
Работа 2. Определение активной реакции (рН) ……………………………9
Работа 3. Определение растворенного кислорода ……………………….11
Работа 4. Определение биохимического потребления
кислорода……………………………………………………………………14
Работа 5. Определение химического потребления кислорода …………..15
Тема II. Неорганические вещества в водных объектах…………………..18
Работа 6. Определение ионов аммония …………………………………...18
Работа 7. Определение нитрат- ионов …………………………………….20
Работа 8. определение нитрит-ионов ……………………………………..22
Работа 9. Определение сульфат- ионов………………………………….. 24
Работа 10. Определение Хлорид-ионов…………………………………..25
Тема III. Органические вещества в водных объектах……………………27
Работа 11. Опрекделение нефтепродуктов………………………………..27
Работа 12. ОПРЕделение ПАВ…………………………………………….29
Список литературы ………………………………….……………………..32
3
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ВВЕДЕНИЕ
Проблема взаимодействия человека с ОС приобрела особую остроту и
значимость в условиях усиливающегося антропогенного воздействия на
природу, превышающего ее восстановительный потенциал. В результате
нарушается динамическое равновесие взаимодействия общества и природы и
устойчивость цивилизации.
Уникальность и неоценимость воды неоспорима. На Земле нет ни одного
существа и ни одного растения, которое не имело бы в своем составе воды и
могло бы без нее обходиться. Любые изменения в окружающей среде влияют
на водные ресурсы, и наоборот, изменение режима водных объектов- один из
факторов изменения окружающей среды.
Водные экосистемы играют огоромную роль в существовании всего
живого на планете. Без воды невозможно представить себе большую часть
природных и антропогенных процессов.
Во все времена поселения людей и размещение промышленных объектов
организововались в непосредственной близости от водоемов, используемых
для питьевых, гигиенических, сельскохозяйственных и производственных
целей. Использование воды почти всегда сопровождается ее загрязнением, а
неизбежный возврат возврат этой воды в источники приводит, в свою очередь,
к загрязенению природных вод.
Давление антропогенного фактора на природу, в частности на водные
ресурсы, увеличивается с каждым годом. На планете практически не осталось
водоемов, где протекают естественные природные процессы.
Вопрос охраны водных экосистем и рационального использования их
ресурсов- это вопрос жизни на Земле. Принятие решений в этой области
должно быть основано на достоверной информации о состоянии водных
объектов и тенденциях его изменения.
Задачи наблюдения, оценки и прогноза состояния окружающей среды
призвана решать система экологического мониторинга, которая немыслима
без сбора, анализа и интерпретации годрохимических данных. Причем во
многих случаях критическую роль в получении достоверной информации
играет именно интерпретация результатов наблюдений.
4
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ОТБОР ПРОБ ВОДЫ
Процедура отбора проб воды регламентируется требованиями ГОСТ Р
51592-2000 «Вода. Общие требования к отбору проб», ГОСТ Р 51593-2000
«Вода питьевая. Отбор проб» и др. Чаще всего на водоеме отбирают так
называемые разовые пробы. Однако при обследовании водоема может
возникнуть необходимость отбора серий проб — из поверхностного,
глубинного, придонного слоев вод и т. д. Пробы могут быть отобраны также
из подземных источников, водопровода и т. п. Усредненные данные о составе
вод дают смешанные пробы.
Проба воды должна быть представительной (репрезентативной), т. е. в
максимальной степени характеризовать качество воды по данному
показателю, типичной и неискаженной вследствие концентрирования и других
факторов. Различные виды водоемов (водоисточников) обусловливают
некоторые особенности отбора проб в каждом случае.
При отборе проб воды можно решить две задачи: получить
характеристику водоема (водотока); получить характеристику источника
загрязнения и оценить его влияние на окружающую среду.
Если решается первая задача, то не рекомендуется отбирать пробы:
- в местах, подверженных влиянию притоков (для водотоков) и в
устьевых районах (для водоемов);
- вблизи мест с активной антропогенной деятельностью (вблизи
населенных пунктов, предприятий, пристаней);
- в местах слабого водообмена, заливах, заводях, зарослях макрофитов, в
затонах, на мелководье.
Если решается вторая задача, то, напротив, следует стремиться к отбору
проб вблизи источника загрязнения или в нем самом.
Пробы из рек и водных потоков отбирают для определения качества
воды в бассейне реки, пригодности воды для пищевого использования,
орошения, для водопоя скота, рыборазведения, купания и водного спорта,
установления источников загрязнения.
Различают две основные пробы: разовую и среднюю. Разовую пробу
получают путем отбора требуемого объема воды за один раз. Средняя проба
получается смешением равных объемов проб, отобранных через равные
промежутки времени. Средняя проба тем точнее, чем меньше интервала между
отдельно взятыми составляющими ее пробами.
Воду на анализ отбирают в чистую посуду, предварительно 2-3 раза
ополоснув ее исследуемой водой. С открытых водоемов пробы отбирают с
фарватере реки с глубины 50 см. Бутыль с грузом опускают на глубину, после
чего пробку открывают с помощью прикрепленного к ней держателя. Лучше
для этой цели использовать специальные приборы- батометры, которые
позволяют применять посуду разной формы и емкости. Батометр состоит из
зажима, плотно обхватывающего посуду, и приспособления для открывания
пробки на нужной глубине.
5
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Хранение проб воды, в том числе содержащих следовые количества
исследуемых веществ, осложнено потерями ее из-за сорбции на стенках
сосудов и разрушения в растворителях и на поверхностях носителей под
действием кислорода, света и других факторов внешней среды.
В воде протекают процессы окисления-восстановления, биохимические
процессы с участием бактерий и других живущих в ней объектов, а также
физические и физико-химические процессы сорбции, седиментации и др. В
водных растворах, например, нитраты в присутствии органики могут
Рис. 1. Батометр
восстанавливаться до нитритов или даже до ионов аммония (в отсутствие
органики эти процессы могут идти в обратную сторону из-за наличия в воде
растворенного кислорода), а сульфаты — до сульфитов. Растворенный
кислород может расходоваться на окисление органических веществ. Могут
изменяться и органолептические свойства воды — запах, цвет, мутность, вкус.
Некоторые элементы и их соединения способны довольно легко
адсорбироваться на стенках сосудов (Fe, А1, Си, Cd, Mn, Cr, Zn, PC>4~ и др.).
Из стекла (особенно темного) или пластмассы бутылей, напротив, ряд
микроэлементов и следы веществ могут выщелачиваться (В, Si, Na, К).
Указанные процессы иногда довольно значительно сказываются на
достоверности и точности анализа, поэтому очень важно соблюдать
предписанные технологические процедуры хранения и стабилизации проб.
Для обычных, наиболее часто загрязняющих воду веществ применяют
довольно простые и проверенные способы консервации и хранения проб.
Однако при добавлении к водным пробам стабилизаторов всегда необходимо
всесторонне учитывать те осложнения, которые могут возникнуть при анализе
из-за их применения.
Универсального консервирующего средства не существует, поэтому
пробы для анализа отбирают в несколько бутылей. В каждый из них на месте
отбора пробу консервируют, добавляя различные реагенты.
Подготовка воды непосредственно перед анализом заключается в
следующем:
6
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
- конскрвированные пробы при необходимости нейтрализуют, а
охлажденные нагревают до комнатной температуры;
- если определению мешают мутность и цветность, то проводят
специальную подготовку: пробы фильтруют отстаивают или коагулируют.
Коагуляцию проводят добавлением 5 см3 суспензии гидроксида
алюминия на 1 дм3 воды, после чего смесь хорошо взбалтывают и дают
отстояться.
Выделяют 3 группы показателей, определяющих качество воды:
- показатели, характеризующие органолептические свойства;
- показатели характеризующие химический состав воды;
- показатели, характеризующие эпидемическую безопасность.
ТЕМА 1. Общие и суммарные показатели качества воды
Задание:
1. Определить интенсивность запаха и пороговую концентрацию в
исследуемых водах при различных температурах.
2. Определить РН исследуемых вод, и определить к какой группе
природных вод относятся исследуемые воды.
3. Определить концентрацию растворенного кислорода в исследуемых
водах, сравнить с нормативным показателем и определить уровень
загрязненности исследуемых вод. Рассчитать степень насыщения воды
кислородом.
4. Определить БПК 5 в исследуемых водах, сравнить с нормативным
показателем и определить уровень загрязненности исследуемых вод.
Работа № 1. Определение органолептических свойств воды
Органолептические свойста нормируются по интенсивности их
восприятия на человеком. Это запах, привкус, цветность, прозрачность,
мутность, температура, примеси.
Запах
Запах воды в водоемов не должен превышать 2 баллов, обнаруживаемых
непосредственно в воде или ( для водоемов хозяйственно-питьевого
назначения) после ее хлорирования.
Принцип метода. Определение основано на органолептическом
исследовании характера и интенсивности запаха воды при 20 и 60 оС.
Ход определения. Характер и интенсвность запаха воды исследуют при
комнатной температуре и при нагревании до 60 °С. Для этого 100 мл
исследуемой воды при 20 °С наливают в колбу вместимостью 150-200 мл с
широким горлом, накрывают часовым стеклом или притертой пробкой,
встряхивают вращательным движением, открывают пробку или сдвигают в
сторону часовое стекло и быстро определяют характер и интенсивность
7
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
запаха. Затем колбу нагревают до 60 °С на водяной бане и также оценивают
запах.
По характеру запахи делятся на 2 группы:
1. Запахи естественного происхождения (от живущих и .отмерших в воде
организмов, от влияния почв и т.п.) находят по классификации, приведенной
ниже:
Характер запаха
Ароматический
Болотный
Гнилостный
Древесный
Землистый
Плесневый
Сероводородный
Травянистый
Примерый род запаха
Огуречный, цветочный
Илистый, тинистый
Фекальный, сточной воды
Мокрой щепы, древесной коры
Прелый, свежевспаханной земли
Затхлый, застойный
Запах тухлых яиц
Скошенной травы, сена
2. Запахи искусственного происхождения (от промышленных выбросов,
для питьевой воды - от обработки воды реагентами на водопроводных
сооружениях и т. п.) называют по соответствующим веществам:
хлорфенольный, камфорный, бензиновый и т. п.
Интенсивность запаха также оценивают при 20 и 60 °С по 5-балльной
системе согласно таблице.
Определение интенсивности запаха методом разбавления.
Интенсивность
запаха
количественно
выражают
пороговой
концентрацией при разбавлении водой, лишенной запаха. Запах разбавленной
воды находят при 20 и 60 °.
Воду, лишенную запаха, готовят, пропуская водопроводную воду с
небольшой скоростью через колонку с активированным гранулированным
углем. Можно добавить 0,6 г активированного угля на 1 дм3 водопроводной
воды, перемешать и профильтровать через вату.
1. Для определения порога запаха берут 200 см3 исследуемой воды,
помещают в коническую колбу на 400-500 см3, добавляют в нее 200 см3 воды
без запаха, смешивают, получая разведение в 2 раза. Помещают 200 см3
разведенной воды в другую колбу, вновь приливают 200 см 3 воды без запаха,
что дает разведение в 4 раза. Продолжая таким образом, получают разведение
в 8, 16, 32 раза и т. д. до тех пор, пока запах перестанет обнаруживаться в двух
наибольших разведениях. После энергичного встряхивания колб, начиная с
наибольшего разведения, отмечают наличие, характер и интенсивность запаха
или его отсутствие. Разведение, при котором запах еще сохраняется, считается
пороговым.
Интенсивность запаха исследуемой воды рассчитывают по формуле:
И = 200 / V,
8
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
где V — объем пробы, взятой для приготовления смеси, в которой был
обнаружен ощутимый запах, дм3.
Таблица 1
Интенсивность запаха воды, баллы
Балл
0
1
Интенсивность
Запаха
Никакой
Очень слабая
2
Слабая
3
Заметная
4
Отчетливая
5
Очень сильная
Качественная характеристика
Отсутствие ощутимого запаха
Запах, не поддающийся
обнаружению потребителем, но
обнаруживаемый в лаборатории
опытным путем
Запах, не привлекающий внимания
потребителя, но обнаруживаемый
если на него обратить внимание
Запах легко обнаруживаемый и
дающий повод относиться к воде с
неодобрением
Запах, обращающий на себя
внимание и делающий воду
непригодной для питья
Запах, настолько сильный, что вода
становится непригодной для питья
Работа 2. Определение активной реакции (рН)
Водородный показатель выражают величиной рН, представляющей
собой десятичный логарифм концентрации ионов водорода, взятый с
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 бикарбонат-иона.
Более низкие значения рН 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
9
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
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.
Электрометрический (потенциометрический) метод определения рН
воды отличается большой точностью (до 0,02), позволяет проводить
исследование практически в любой воде независимо от ее окраски, мутности,
солевого состава.
Метод основан на измерении разности потенциалов, возникающих на
границах между внешней поверхностью стеклянной мембраны электрода и
исследуемым раствором, с одной стороны, и внутренней поверхностью
мембраны и стандартным раствором - с другой. Внутренний стандартный
раствор стеклянного электрода имеет постоянную концентрацию ионов
водорода, поэтому потенциал на внутренней поверхности мембраны не
меняется. Измеряемая разность потенциалов определяется потенциалом,
возникающим на границе внешней поверхности электрода и исследуемого
раствора. Изменение значения рН на единицу вызывает изменение потенциала
электрода на 58,1 мВ при 20 °С. Пределы линейной зависимости потенциала
электрода от рН обусловлены свойствами стеклянного электрода. Результат
определения не зависит от окраски, мутности, взвеси, присутствия свободного
хлора, окислителей или восстановителей, повышенного содержания солей.
Влияние
температуры
компенсируется
специальным
устройством,
вмонтированным в прибор.
Для измерения рН можно пользоваться потенциометрами (рН-метрами)
различных марок. Стеклянные электроды этих приборов калибруются по
буферным растворам.
Оборудование, реактивы, материалы:
- рН метр;
- стаканчик на 200 см3;
- фильтравальная бумага.
Ход определения
Перед началом работы ознакомиться с инструкцией на прибор.
Определить рН поверхностной, грунтовой и сточной воды в cooтветствии с
инструкцией.
Таблица 2
Группы природных вод в зависимости от рН
Группа
рН
Примечание
Сильнокислые воды
<3
Результат гидролиза солей тяжелых
металлов (шахтные и рудничные воды)
Кислые воды
3–5
поступление в воду угольной кислоты,
фульвокислот и других органических
кислот
в
результате
разложения
органических веществ
10
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Слабокислые воды
5–6,5
Нейтральные воды
Слабощелочные воды
Щелочные воды
Сильнощелочные воды
6,5–7,5
7,5–8,5
8,5–9,5
9,5
Окончание табл. 2
присутствие гумусовых кислот в почве и
болотных водах (воды лесной зоны)
наличие в водах Ca(HCO3)2, Mg(HCO3)2
наличие в водах Ca(HCO3)2, Mg(HCO3)2
присутствие Na2CO3 или NaHCO3
присутствие Na2CO3 или NaHCO3
Работа 3. Определение растворенного кислорода
Растворенный кислород находится в природной воде в виде молекул О2.
На его содержание в воде влияют две группы противоположно направленных
процессов: одни увеличивают концентрацию кислорода, другие уменьшают ее.
К первой группе процессов, обогащающих воду кислородом, следует отнести:
- процесс абсорбции кислорода из атмосферы;
- выделение кислорода водной растительностью в процессе
фотосинтеза;
- поступление в водоемы с дождевыми и снеговыми водами, которые
обычно пересыщены кислородом.
Абсорбция кислорода из атмосферы происходит на поверхности водного
объекта. Скорость этого процесса повышается с понижением температуры, с
повышением давления и понижением минерализации. Аэрация — обогащение
глубинных слоев воды кислородом — происходит в результате
перемешивания водных масс, в том числе ветрового, вследствие вертикальной
температурной циркуляции и т. д.
Фотосинтетическое выделение кислорода происходит при ассимиляции
диоксида углерода водной растительностью (прикрепленными, плавающими
растениями и фитопланктоном). Процесс фотосинтеза протекает тем сильнее,
чем выше температура воды, интенсивность солнечного освещения и больше
биогенных (питательных) веществ (Р, N и др.) в воде. Продуцирование
кислорода происходит в поверхностном слое водоема, глубина которого
зависит от прозрачности воды, которая для каждого водоема и сезона может
быть различной: от нескольких сантиметров до нескольких десятков метров.
К группе процессов, уменьшающих содержание кислорода в воде,
относятся реакции его потребления на окисление органических веществ:
биологическое (дыхание организмов), биохимическое (дыхание бактерий,
расход кислорода при разложении органических веществ) и химическое
(окисление Fe2+, Mn+В воде открытых водоемов всегда присутствуют
растворенный кислород и микроорганизмы. Скорость потребления кислорода
увеличивается с повышением температуры, количества бактерий и других
водных организмов и веществ, подвергающихся химическому и
биохимическому окислению. Если вода при данных температуре и давлении
окажется пересыщенной кислородом, то может происходить его выделение в
атмосферу из поверхностных слоев.
11
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В поверхностных водах содержание растворенного кислорода варьирует
в широких пределах — от 0 до 14 мг/дм3 — и подвержено сезонным и
суточным колебаниям.
Дефицит кислорода чаще наблюдается в водных объектах с высокими
концентрациями загрязняющих органических веществ и в эвтрофированных
водоемах, содержащих большое количество биогенных и гумусовых веществ.
В соответствии с требованиями к составу и свойствам воды водоемов у
пунктов питьевого и санитарного водопользования содержание растворенного
кислорода в пробе, отобранной до 12 часов дня, не должно быть ниже 4 мг/дм3
в любой период года; для водоемов рыбохозяйственного назначения
концентрация растворенного в воде кислорода не должна быть ниже 4 мг/дм 3 в
зимний период (при ледоставе) и 6 мг/дм3 — в летний.
Определение кислорода в поверхностных водах включено в Программы
наблюдений с целью оценки условий обитания гид
Содержание растворенного кислорода в воде определяют по методу
Винклера, по которому растворенный в воде кислород (реакция 2) замещается
эквивалентным количеством свободного иода (реакция 3), который титруют
тиосульфатом натрия (реакция 4). В качестве индикатора используют крахмал,
который в присутствии свободного иода дает темно-синее окрашивание. В
конечной точке титрования раствор обесцвечивается.
1) MnCl2 + 2КОН = Mn(OH)2 + 2КСl
2) 2Mn(OH)2 + O2 + 2H2O = 2Mn(OH)4
3) Mn(OH)4 + 2KJ = J2 + Mn(OH)2 + 2KOH
4) J2+ 2Na2S2 O3 = Na2S4O6 + 2NaJ
Содержание растворенного кислорода в воде рассчитывают по
следующей формуле:
Ко =
8  N1000
,
V2
где  - количество дм3 0.01N раствора Na2S2O3, израсходованного на
титрование пробы воды;
8 – эквивалент кислорода в мг, соответствующий 1 дм3 0,01N раствора
Na2S2O3;
N – нормальность раствора тиосульфата натрия;
1000 – коэффициент пересчета см3 в дм3;
V – объем пробы воды (см. на склянке) в дм3;
2 – количество см3 воды, вытесненное из склянки при введении
реактивов для определения кислорода (MnCl2 и KJ).
Оборудование, реактивы, материалы :
- калиброванная склянка с притертой пробкой;
- пипетка на 1 см3 и 5 см3;
- пипетка для раствора крахмала;
- колба коническая плоскодонная объемом 250 см3;
12
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
-
стаканы химические на 50-100 см3;
микробюретка со штативом;
раствор MnCl2 ( 420 г MnCl24H2O на 1 дм3 воды) ;
щелочной раствор KJ (75 г KJ + 350 г KOH на 500 дм3 воды);
разбавленная серная кислота (1:4);
раствор крахмала в воде (1 г крахмала на 200 дм3 воды);
0,01N раствор тиосульфата натрия ;
Ход определения:
Анализируемую воду наполняют в калиброванную склянку так, что бы
вода переливалась через край. Вводят в склянку с водой с помощью пипетки 1
мм3 раствора MnCl2 таким образом, чтобы носик пипетки касался дна склянки.
Другой пипеткой вводят в склянку с водой 1 см3 раствора KJ+KOH. При этом
наблюдается образование осадка (реакции 13). Закрывают склянку с
притертой пробкой так, чтобы в склянке не оставалось пузырьков воздуха и
перемешивают содержимое, несколько раз переворачивая склянку. Склянку
оставляют на 1015 мин для завершения реакции. Затем открывают склянку и
пипеткой вводят 5 см3 раствора H2SO4, содержимое перемешивают до полного
растворения осадка Mn(OH)4. При этом раствор, из-за выделения свободного
иода, окрашивается в желтый цвет. Раствор из склянки количественно
переносят в коническую колбу для титрования объемом 250 см3, ополаскивают
склянку 2 раза порциями дистиллированной воды по 10-15 см3, которые также
присоединяют к реакционной смеси в коническую колбу. Раствор в
конической колбе титруют 0,01N раствором тиосульфата натрия до почти
полного исчезновения желтой окраски затем добавляют 2-3 капли крахмала
(индикатор) и продолжают титровать до обесцвечивания. Рассчитывают
концентрацию растворенного кислорода К0 в анализируемой воде.
Относительное содержание кислорода в воде, выраженное в процентах
его нормального содержания, называется степенью насыщения кислородом.
Эта величина зависит от температуры воды, атмосферного давления и
солености. Вычисляется по формуле:
,
где M – степень насыщения воды кислородом, %;
а – концентрация кислорода, см3 /дм3;
Р – атмосферное давление в данной местности, Па;
N – нормальная концентрация кислорода при данной температуре,
минерализации (солености) и общем давлении 101 308 Па.
13
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 4
Содержание кислорода в водоемах с различной степенью загрязненности
Уровень загрязненности воды и
Растворенный кислород
класс качества
Лето, мг/дм3
зима,
%
3
мг/дм
насыщения
Очень чистые, I
9
14–13
95
Чистые, II
8
12–11
80
Умеренно загрязненные, III
7–6
10–9
70
Загрязненные, IV
5–4
5–4
60
Грязные, V
3–2
5–1
30
Очень грязные, VI
0
0
0
Работа № 4. Определение биохимического потребления кислорода
(БПК)
Степень загрязнения воды органическими соединениями определяют как
количество кислорода, необходимое для их окисления микроорганизмами в
аэробных условиях. Биохимическое окисление различных веществ происходит
с различной скоростью. К легкоокисляющимся («биологически мягким»)
веществам относят формальдегид, низшие алифатические спирты, фенол,
фурфурол и др. Среднее положение занимают крезолы, нафтолы, ксиленолы,
резорцин, пирокатехин, анионоактивные ПАВ и др. Медленно разрушаются
«биологически жесткие» вещества, такие как гидрохинон, сульфонол,
неионогенные ПАВ и дрПри попадании в воду загрязняющих веществ,
микроорганизмы, всегда присутствующие в воде, начинают процесс
окисления этих соединений с использованием растворенного в воде кислорода,
что приводит к снижению его концентрации в воде. Помимо окисления с
участием микроорганизмов, может происходить и фотохимическое окисление.
Чем выше концентрация в воде примесей, тем, следовательно, больше
требуется кислорода на их окисление. По количеству израсходованного
кислорода можно судить о концентрации в воде вредных примесей. Массовую
концентрацию растворенного кислорода, потребленного при определенных
условиях в процессе биологического окисления органических и/или
неорганических веществ, содержащихся в воде, называют биохимическим
потреблением кислорода или БПК. Различают БПК5(7) (через 5(7) суток) и
БПК(20), что составляет 80 % от БПК полного. БПК полное определяют в тех
случаях, когда необходимо полное окисление всех присутствующих в воде
органических примесей, но это требует значительного времени (до 1,5
месяцев).
Принцип метода определения БПК заключается в том, что
концентрацию растворенного кислорода в воде измеряют дважды: в начале и в
конце опыта методом Винклера, сущность которого изложена в работе № 1.
14
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
По разнице в содержании растворенного кислорода судят о его количестве,
израсходованном на процесс окисления.
Значение БПК определяют по следующей формуле:
БПК5(7) = Ко  К5(7), [мг/дм3 О2],
где Ко - содержание растворенного кислорода в начале опыта, мг/дм3
О2;
К5(7) - содержание растворенного кислорода через 5(7) дней от начала
опыта, мг/дм3 О2.
Для водоемов, загрязнении преимущественно хозяйственно-бытовыми
сточными водами, БПК5 обычно около 70 % БПКП.
В зависимости от категории водоема величина БПК регламентируется
следующим образом: не более 2 мг О2 / дм3 для водоемов питьевого и
хозяйственно-бытового водоснабжения и не более 4 мг О2 / дм3 для водоемов
рекреационного водопользования.
Таблица 5
Величины БПК5 в водоемах с различной степенью загрязненности
Степень агрязнения
(классы водоемов)
БПК5, мг О2/ДМ3
Очень чистые
0,5-1,0
Чистые
1,1-1,9
Умеренно загрязненные
2,0-2,9
Загрязненные
3,0-3,9
Грязные
4,0-10,0
Очень грязные
10,0
Работа № 5. Определение химического потребления кислорода
(ХПК) ускоренным бихроматным методом
Величина, характеризующая содержание в воде органических и
минеральных веществ, окисляемых одним из сильных химических
окислителей при определенных условиях, называется окисляемостью.
Существует несколько видов окисляемости воды: перманганатная,
бихроматная, йодатная, цериевая. Наиболее высокая степень окисления
достигается методами бихроматной и йодатной обработки воды.
Окисляемость выражается в миллиграммах кислорода, пошедшего на
окисление органических веществ, содержащихся в 1 дм3 воды.
Состав органических веществ в природных водах формируется под
влиянием многих факторов. К числу важнейших относятся внутриводоемные
биохимические процессы продуцирования и трансформации, поступления из
15
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
других водных объектов, с поверхностными и подземными стоками, с
атмосферными осадками, с промышленными и хозяйственно-бытовыми
сточными водами. Образующиеся в водоеме и поступающие в него извне органические вещества весьма разнообразны по своей природе и химическим
свойствам, в том числе по устойчивости к действию разных окислителей.
Соотношение между содержащимися в воде легко- и трудноокисляемыми
веществами в значительной мере влияет на Окисляемость воды в условиях
того или иного метода ее определения.
В соответствии с требованиями к составу и свойствам воды водных
объектов в контрольных створах и местах питьевого и хозяйственно-бытового
водоснабжения величина ХПК не должна превышать 15,0 мг О/дм3; в зонах
рекреации в водных объектах допускается величина ХПК до 30 мг О/дм 3.
Перманганатная Окисляемость питьевой воды не должна превышать 5,0 мг
О/дм3.
Бихроматный метод основан на применении сильных неорганических
окислителей.
Сущность метода заключается в том, что в анализируемую пробу воды
вводят определенное количество K2Cr2O7. Не вступивший в реакцию с
органическими соединениями избыток K2Cr2O7 оттитровывают раствором
соли Мора (Fe(NH4)2(SO4)26H2O) в присутствии индикатора ферроина до
перехода зеленой окраски в красно-коричневую:
K2Cr2O7 + 6FeSO4 + 7H2SO4 = Cr2 (SO4)3+ 3FeSO4 + K2SO4 + 7H2O
(аb) N81000
Формула расчета: ХПК=
,
V
где а  количество см соли Мора, израсходованное на титрование
холостой пробы (дистиллированной воды);
b  количество см3 соли Мора, израсходованное на титрование
анализируемой пробы воды;
N  нормальность раствора соли Мора;
8  эквивалент кислорода, соответствующий 1 дм3 раствора соли Мора;
1000  коэффициент пересчета ;
V  объем пробы воды, см3.
3
Оборудование, реактивы, материалы
- пипетка на 5 см3
- мерный цилиндр на 25 см3.
- мерный цилиндр на 100 см3
- коническая колба на 250 дм3- стаканы химические на 500-100 см3
- индикаторная пипетка
- микробюретка со штативом.
- 0,25 N раствор бихромата калия
16
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
- Кристаллический сульфат ртути
- Серная кислота ( = 1,84 г/дм3)
- N-фенилантраниловая кислота (0,25 г кислоты в 250 см3 воды) или
Раствор ферроина (1,485 г ферроина в 100 см3 воды)
- Соль Мора 0,25 N
Ход определения:
Берут 5 см3 исследуемой пробы воды, вводят в пробу 2,5 см3 0,25N
раствора бихромата калия K2Cr2O7. В реакционную смесь добавляют 0,2 г
сульфата ртути для разрушения хлоридов, если таковые имеются в пробе
воды. Осторожно, при перемешивании в реакционную смесь добавляют 15 см 3
концентрированной серной кислоты H2SO4. Через 2 мин реакционную смесь
охлаждают до комнатной температуры и добавляют 100 см3 дистиллированной
воды. Затем в реакционную смесь вводят 10-15 капель N-фенилантраниловой
кислоты или 5-6 капель раствора ферроина и оттитровывают избыток
бихромата титрованным раствором соли Мора до перехода окраски от зеленой
к красно-коричневой. Далее проводят холостой опыт с дистиллированной
водой.
Таблица 6
Величины ХПК в водоемах с различной степенью загрязненности
Степень загрязнения (классы водоемов)
ХПК, мг О/дм3
Очень чистые
1
Чистые
2
Умеренно загрязненные
3
Загрязненные
4
Грязные
5–15
Очень грязные
>15
Для вычисления концентрации углерода, содержащегося в органических
веществах, значение ХПК (мг О/дм3) умножается на 0,375 (коэффициент,
равный отношению количества вещества эквивалента углерода к количеству
вещества эквивалента кислорода).
Контрольные вопросы
Какую роль играет температура воды при исследование качества
водоема?
Какие факторы оказывают влияние на запах воды ?
При каких температурах нужно проводить исследования по
определению интенсивности запаха в водных объектах?
Чем обусловлена мутность природных вод?
Каким методом определяют мутность воды?
Какие требования предьявляются к качеству питьевой воды и
поверхностных водоемов по мутности и запаху?
17
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В каких пределах обычно варьирует рН в речных водах?
Какие процессы увеличивают концентрацию растворенного кислорода
в природной воде, а какие уменьшают ее?
Какие виды окисляемости воды вы знаете?
ТЕМА 2. Неорганические вещества в водных объектах
Задание:
1. Определить содержание аммония в водных объектах, сравнить с
нормативным показателем и определить уровень загрязненности исследуемых
вод.
2. Определить содержание нитратов и нитритов водных объектах,
сравнить с нормативным показателем и определить уровень загрязненности
исследуемых вод.
3. Определить содержание сульфатов и хлоридов водных объектах,
сравнить с нормативным показателем.
Работа № 6. Определение ионов аммония
Содержание ионов аммония вприродных водах варьирует в интервале от
10 до 200 мкг/м3 в пересчете на азот. Присутствие в незагрязненных
поверхностных водах ионов аммония связано главным образом с процессами
биохимической
деградации
белковых
веществ,
дезаминированием
аминокислот, разложением мочевины под действием уреазы.
Основными источниками поступления ионов аммония в водные объекты
являются животноводческие фермы, хозяйственно-бытовые сточные воды,
поверхностный сток с сельхозугодий при использовании аммонийных
удобрений, а также сточные воды предприятий пищевой, коксохимической,
лесохимической и химической промышленности.
При переходе от олиготрофных к мезо- и эвтрофным водоемам
возрастают как абсолютная концентрация ионов аммония, так и их доля в
общем балансе связанного азота.
Таблица 7
Содержание аммония в водоемах с различной степенью загрязненности
Степень
загрязнения Аммонийный
азот,
(классы водоемов)
мг/дм3
Очень чистые
0,05
Чистые
0,1
Умеренно загрязненные
Загрязненные
Грязные
0,2-0,3
0,4-1,0
1,1-3,0
Очень грязные
>3,0
18
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Концентрация аммония в воде водоемов не должна превышать 2 мг/дм3
по азоту. Лимитирующий показатель вредности -токсикологический.
Ионы аммония определяют фотометрически по реакции с реактивом
Несслера. Принцип метода основан на том, что аммоний с реактивом Несслера
образует йодид меркураммония, который окрашивает раствор в желтокоричневый цвет. Интенсивность окраски пропорциональна содержанию
аммония в воде.
NH4 + 2К2HgJ4 + 2КОН -> NH2HgJ3 + 5KI + 2Н2О + К+
Так как соли кальция и магния, обычно содержащиеся в природных
водах, при взаимодействии с реактивом Несслера могут выпасть в осадок, их
связывают раствором виннокислого натрия-калия (сегнетовой солью).
Диапазон определяемых концентраций аммония - 0,05-4 мг/дм3.
Как правило, в чистых природных водах содержится 0,01-0,1 мг/л
аммонийных солей. Предельно допустимые концентрации аммиака в воде
водоемов 2 мг/л (по азоту).
Оборудование, реактивы, материалы
- фотоколориметр
- электроплитка
- мерные колбы на 50 см3
- пипетки на 1 и 10 см3
- раствор раствор сегнетовой соли KNaCtH4O6 • 4Н2О
- 10 %-го раствора NaOH
- реактив Несслера (щелочной раствор тетраиодмерюрата кали
- безаммиачная вода
- стандартный раствор NH4CI
Ход определения
В колбу помещают 50 см3 исследуемой воды или разбавленной пробы.
Приливают 1 см3 50 % тартрата калия-натрия и 1 мл реактива Неслера,
перемешивают. Через 10 минут фотоколоримитрируют на кюветах с толщиной
оптического слоя 2-5 см, в зависимости от концентрации аммиака, с
фиолетовым светофильтром ( λ 425 нм) по отношению к безаммиачной воде, в
которую добавлены соответствующие реактивы. Окраска устойчива 1 час.
Содержание ионов аммония находят по калибровочному графику или
визуально сравнивая интенсивность окраски пробы и шкалы стандартных
растворов, приготовленных одновременно.
Построение калибровочного графика
В мерные колбы на 50 см3 наливают 0,1,2,3,4,6 и 10 см3 стандартного
раствора NH4CI концентрации 5 мкг NHCL в 1 дм3. Разбавляют до метки
безаммиачной водой, перемешивают, отбирают колбы по 10 см3 и переносят в
19
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
пробирки. Конщентрация ионов аммония в растворах составляет 0; 0,1; 0,2;
0,3; 0,65 и 1 мг/дм3. Определение ионов аммония ведут по методике,
описавшей выше.
Калибровочный график строят в координатах оптическая плотностьсодержание ионов аммония.
Х = А х 100 / V,
где А – содержание ионов NH4, найденное по калибровочному графику
или шкале стандартных растворов;
V – объем пробы, взятой для анализа, см3.
Для выражения результатов в форме аммонийного азота (мг N/дм3)
полученную величину умнажают на коэффициент 0,77.
Работа 7. Определение нитратных ионов
Присутствие нитратных ионов в природных водах связано: с
внутриводоемными процессами нитрификации аммонийных ионов в
присутствии кислорода под действием нитрифицирующих бактерий;
атмосферными осадками, которые поглощают образующиеся при
атмосферных электрических разрядах оксидыазота (концентрация нитратов в
атмосферных осадках достигает 0,9-1 мг/дм3); промышленными и
хозяйственно-бытовыми сточными водами, особенно после биологической
очистки, когда концентрация достигает 50 мг/дм3; стоком с
сельскохозяйственных угодий и сбросными водами с орошаемых полей, на
которых изменяются азотныеудобрения.
Главными процессами, направленными на понижение концентрации
нитратов, являются потребление их фитопланктоном и денитрофицирующими
бактериями, которые при недостатке кислорода используют кислород
нитратов на окисление органических веществ.
Концентрация нитратов в поверхностных водах подвержена заметным
сезонным колебаниям: минимальная в вегетационный период, она
увеличивается осенью и достигает максимума зимой, когда при минимальном
потреблении азота происходит разложение органических веществ и переход
азота из органических форм в минеральные. Амплитуда сезонных колебаний
может служить одним из показателей эвтрофирования водного объекта.
В незагрязненных поверхностных водах концентрация нитрат-ионов не
превышает нескольких десятков микрограммов в 1 дм3 (в пересчете на азот). С
нарастанием эвтрофикации абсолютная концентрация нитратного азота и его
доля в сумме минерального азота возрастают.
Подземные водоносные горизонты в большей степени подвержены
нитратному загрязнению, чем поверхностные водоемы, что обусловлено
отсутствием потребителя нитратов.
20
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ПДКв нитратов составляет 45 мг/дм3 (по NO3) (тождественно равен
стандарту США для питьевой воды), ПДКвр — 40 мг/дм3 (по NO3) или 9,1
мг/дм3 (по азоту).
Принцип метода. Метод основан на реакции между нитратами и
фенолдисульфоновой кислотой с образованием нитропроизводных фенола,
которые со щелочами образуют соединения, окрашенные в желтый цвет.
Чувствительность метода 0,1 мг/дм3 нитратного азота.
Оборудование, реактивы, материалы
- фотоэлектроколориметр;
- баня водяная, электроплитка;
- колбы мерные 50, 100, 500 и 1000 см3;
- пипетки 1-2 см3 с делениями 0,01 см3 и 5-10 см3 ;
- стаканы стеклянные;
- цилиндры колориметрические стеклянные вместимостью 50 или 100
см3;
- чашки фарфоровые выпарительные вместимостью 150-200 см3 ;
- аммиак водный.
- калий азотнокислый;
- квасцы алюмоаммонийные (алюминий-аммоний сернокислый);
- квасцы алюмокалиевые (алюминий-калий сернокислый);
- фенол кристаллический;
- хлороформ (трихлорметан);
- серебро сернокислое
Ход определения
Определению мешают хлориды в концентрации более 10 мг/дм 3. Их
влияние устраняют в ходе анализа добавлением сернокислого серебра. При
содержании нитритов более 0,7 мг/дм3 получаются завышенные результаты
(обычно в питьевых водах нитриты в этих концентрациях не встречаются).
Определению мешает цветность воды (более 20-25°). В этом случае к 150 см3
исследуемой воды добавляют 3 см3 суспензии гидроокиси алюминия, пробу
тщательно перемешивают и после отстаивания в течение нескольких минут
осадок отфильтровывают, первую порцию фильтрата отбрасывают. Для
анализа отбирают 10 или 100 см3 прозрачной воды или фильтрата (содержание
нитратного азота в этом объеме не должно превышать 0,6 мг), добавляют
раствор сернокислого серебра в количестве, эквивалентном содержанию хлориона в исследуемой пробе. Выпаривают в фарфоровой чашке на водяной бане
досуха (осадок хлорида серебра отфильтровывают в том случае, когда
содержание Сl превышает 15 мг в определяемом объеме). После охлаждения
сухого остатка добавляют в чашку 2 см3 раствора фенолдисульфоновой
кислоты и тотчас растирают стеклянной палочкой до полного смешения с
сухим остатком. Добавляют 20 см3 дистиллированной воды и около 5-6 см3
концентрированного раствора аммиака до максимального развития окраски.
21
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Окрашенный раствор переносят в колориметрический цилиндр вместимостью
100 или 50 см3 и доводят дистиллированной водой до метки. Сравнение
окраски исследуемой пробы производят визуальным методом, пользуясь
шкалой стандартных растворов, или фотометрическим методом, измеряя
оптическую плотность окрашенного раствора исследуемой пробы в тех же
условиях, как при построении калибровочной кривой.
Содержание нитратов (X), мг/дм3 вычисляют по формуле в пересчете на
нитратный азот
Х = А х 100 / V,
где А – содержание нитратов, найденное по калибровочному графику
или шкале стандартных растворов, мг/дм3;
V – объем пробы, взятый для анализа, см3.
Построение калибровочного графика
Для приготовления стандартных растворов в колориметрические
пробирки с отметкой на 10 см3 отбирают 0,0; 0,5; 1,0; 2,0; 3,0; 4,0; 6,0 и 10 см3
рабочего стандартного раствора азотнокислого калия (1 см3 - 0,01 мг N) и
доводят дистиллированной водой до отметки. Содержание нитратного азота в
растворах соответственно будет равно 0,5; 1,0; 2,0; 3,0; 4,0; 6,0; 10,0 мг/дм 3.
Определение нитратов ведут по методике, описавшей выше.
Работа 8. Определение нитритных ионов
Нитриты представляют собой промежуточную ступень цепи
бактериальных процессов окисления аммония до нитрат (нитрификация только в аэробных условиях) и, напротив восстановления нитратов до азота и
аммиака (денитрификация - при недостатке кислорода). Подобные
окислительно-восстановительные реакции характерны для станций аэраг тем
водоснабжения и собственно природных вод.
В поверхностных водах нитриты находятся в растворенном виде. В
кислых водах могут присутствовать небольшие концентрации азотистой
кислоты (HNO2) (не диссоциированной на ионы). Повышенное содержание
нитритов указывает на усиление процессов разложения органических веществ
в условиях более медленного окисления NOJ в NOJ, что указывает на загрязнение водного объекта, т. е. является важным санитарным показателем.
Концентрация нитритов в поверхностных водах составляет сотые
(иногда даже тысячные) доли миллиграмма в 1 дм3; в подземных водах
концентрация нитритов обычно выше, особенно в верхних водоносных
горизонтах (сотые, десятые доли миллиграмма в 1 дм3).
Сезонные колебания содержания нитритов характеризуются отсутствием
их зимой и появлением весной при разложении неживого органического
вещества. Наибольшая концентрация нитритов наблюдается в конце лета, их
присутствие связано с активностью фитопланктона (установлена способность
22
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
диатомовых и зеленых водорослей восстанавливать нитраты до нитритов).
Осенью содержание нитритов уменьшается.
Одной из особенностей распределения нитритов по глубине водного
объекта являются хорошо выраженные максимумы, обычно вблизи нижней
границы термоклина и в гиполимнионе, где концентрация кислорода
снижается наиболее резко.
Для нитритов ПДКв установлена в 3,0 мг/дм3 в виде иона NО2 или 0,9
мг/дм3 в пересчете на азот, ПДКвр — 0,08 мг/дм3 в виде иона NO, или 0,02
мг/дм3 в пересчете на азот.
Предел обнаружения 0,002 мг NO-2/л. Диапазон измеряемых количеств
нитритов в пробе 0,1-15 мкг.
Принцип метода. Метод основан на способности нитритных ионов
давать
интенсивно
окрашенные
диазосоединения
с
первичными
ароматическими аминами. При определении используется реакция с
сульфаниловой кислотой и α-нафтиламином (реактив Грисса) с образованием
розовой окраски, интенсивность которой пропорциональна содержанию
нитритов в воде.
Оборудование, реактивы, материалы
- фотоэлектроколориметр;
- колбы мерные 50, 100, 500 и 1000 см3;
- пипетки 1-2 см3 с делениями 0,01 см3 и 5-10 см3 ;
- стаканы стеклянные;
- реактив Грисса;
- уксусая кислота, 12 % раствор;
- гидроксид алюминия;
- нитрит натрия.
Ход определения
В колбу или стаканчик помещают 50 см3 исследуемой, или осветленной,
или предварительно разбавленной воды , так чтобы в ней содержалось до 15
мкг NO-2, прибавляют 0,1 г сухого или 5 см3 10 % реактива Грисса и
перемешивают. Окраска появляется через 40 минут (или через 10 минут при
нагревании на водяной бане при 50-60 0С) и сохраняется неизменной в течении
3-х часов. Через 40 минут растворы фотоколориметрируют в кюветах с
толщиной оптического слоя 2-5 см3с зеленым светофильтром (λ 530 нм) по
отношению к дистиллированной воде с добавлением реактива Грисса.
Содержание нитритов (мкг) находят по калибровочному графику или
визуально сравнивая интенсивность окраски пробы и шкалы стандартных
растворов.
Концентрацию нитритов (мг/л) рассчитывают по формуле:
X = A . 100 / V
где А – содержание нитритов, найденное по калибровочному графику
или шкале стандартных растворов, мкг;
23
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
V – объем пробы, взятой для анализа, см3.
Для выражения результатов в форме нитритного азота (мг N/л)
полученную величину (мг NO-2/л) умножают на коэффициент 0,3.
Работа 9. Определение сульфат-ионов
Главным источником сульфатов в поверхностных водах являются
процессы химического выветривания и растворения серосодержащих
минералов, в основном гипса, а также окисления сульфидов и серы:
2FeS2 + 702 + 2Н20 = 2FeSO, + 2H2SO4 2S + 302 + 2Н2О = 2H2SO4
Значительные количества сульфатов поступают в водоемы в процессе
отмирания организмов, окисления наземных и водных веществ растительного
и животного происхождения и с подземным стоком.
В больших количествах сульфаты содержатся в шахтных водах и в
промышленных стоках производств, в которых используется серная кислота,
например окисление пирита. Сульфаты выносятся также со сточными водами
коммунального хозяйства и сельскохозяйственного производства.
Ионная форма SO2- характерна только для маломинерализованных вод.
При увеличении минерализации сульфатные ионы склонны к образованию
устойчивых ассоциированных нейтральных пар типа CaSO4, MgS04.
Концентрация сульфате» в поверхностных водах подвержена заметным
сезонным колебаниям и обычно коррелирует с изменением общей
минерализации воды. Повышенные содержания сульфатов ухудшают
органолептические свойства воды и оказывают физиологическое воздействие
на организм человека. Поскольку сульфат обладает слабительными
свойствами, его предельно допустимая концентрация строго регламентируется
нормативными актами. Весьма жесткие требования по содержанию сульфатов
предъявляются к водам, питающим паросиловые установки, поскольку
сульфаты в присутствии кальция образуют прочную накипь. Вкусовой порог
сульфата магния лежит от 400 до 600, для сульфата кальция – от 250 до 800
мг/дм3. Наличие сульфата в промышленной и питьевой воде может быть как
полезным, так и вредным.
ДКа сульфатов составляет 500 мг/дм3, ПДКвр — 100 мг/дм3.
Метод основан на определении сульфат-иона в виде BaSO4 в
солянокислой среде с помощью гликолевого реагента. Гликоль, введенный в
реакционную смесь при осаждении сульфата бария, стабилизирует
образующуюся суспензию BaSO4 делает возможным турбидиметрическое
микроопределение сульфатов. Чувствительность метода 2 мг/л SO4
Ход определения
К 5 см3 исследуемой пробы или концентрата воды, отобранный в
мерный цилиндр вместимостью 10 см3, прибавляют 1-2 капли соляной
кислоты (1:1) и 5 мл гликолевого реагента, тщательно перемешивают. После
30 мин экспозиции измеряют оптическую плотность раствора 24
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
фотоэлектроколориметром, в кюветах 1=20 мм и светофильтром с длиной
волны 364 нм. Исследуемая проба воды с добавлением гликолевого реагента,
приготовленного без BaCl2 является раствором сравнения. Содержание
сульфатов находят по калибровочной кривой.
Построение калибровочного графика
В ряд мерных колб вместимостью 50 мл вносят 0; 0,1; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8;
1,0; 1,2; 1,4; 1,6; 1,8; 2,0 мл основного стандартного раствора K 2SO4(0,5 мг
SO2-4 в 1 мл) и доводят объем до метки дистиллированной водой.
Приготовленные растворы содержат: 0,0; 1,0; 2,0; 4,0; 6,0: 8.0; 10; 12; 14; 16;
18; 20 мг/л SO2-4. Отмеривают по 5 мл из каждого раствора в мерные цилиндры
вместимостью 10 мл (или в мерные колориметрические пробирки с отметкой
10 мл).
В каждой цилиндр с образцовым раствором прибавляют 1-2 капли HCl
(1:1) и 5 мл гликолевого реагента, тщательно перемешивают, через 30 мин
измеряют оптическую плотность, затем строят калибровочный график.
Оптимальные интервалы концентрации для турбидиметрического определения
сульфат-иона находятся в пределах 2-25 мг/л. При концентрации SO2-4 меньше
2 мг/л необходимо предварительное концентрирование пробы воды
упариванием.
Работа 10. Опредение хлорид- ионов
В речных водах и водах пресных озер содержание хлоридов колеблется
от нескольких долей миллиграмма до нескольких сотен, а иногда и нескольких
тысяч миллиграммов на 1 дм3. В морских и подземных водах содержание
хлоридов значительно выше - вплоть до пересыщенных растворов и рассолов.
Хлориды – преобладающие анионы в высокоминерализованных водах.
Концентрация хлоридов в поверхностных водах подвержена заметным
сезонным колебаниям, коррелирующим с изменением общей минерализации
воды.
В отличие от сульфатных и карбонатных ионов хлориды не склонны к
образованию ассоциированных ионных пар. Из всех анионов хлориды
обладают наибольшей миграционной способностью, что объясняется их
хорошей растворимостью, слабо выраженной способностью к сорбции
взвешенными веществами и потреблением водными организмами.
Повышенные содержания хлоридов ухудшают вкусовые качества воды,
делают ее малопригодной для питьевого водоснабжения и ограничивают
применение в ряде технических и хозяйственных целей, а также для орошения
сельскохозяйственных угодий. Если в питьевой воде есть ионы натрия, то
концентрация хлорида выше 250 мг/дм3 придает воде соленый вкус.
Концентрация хлоридов и ее колебания, в том числе суточные, могут служить
одним из критериев загрязненности водоема хозяйственно-бытовыми стоками.
ПДКВ составляет 350 мг/дм3, ПДК ,р — 300 мг/дм3.
25
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Определение хлоридов в водных объектах ведется по методу Мора.
Принцип метода Мора основан на осаждении хлоридов азотнокислым
серебром в присутствии хромата калия K2Cr04. При наличии в растворе
хлоридов AgNOs связывает я с ними, а затем образует хромат серебра
оранжево-красного цвета.
NaCI + AgNO3 -> AgCl + NaN03
2AgNO2 +K2Cr04 ->Ag2CrО4 + 2KN03
Оборудование, реактивы, материалы:
- конические колбы на 200 см3;
- пипетки на 10 см3;
- цилиндры мерные на 100 см3;
- бюретки для титрования;
- дистиллированная вода;
- 0,01 н раствор AgNO3-' растворяют 1,6987 г AgN03 в 1 дм3
дистиллированной воды; - 0,01 н раствор NaCI. готовится из фиксанала;
- 5 %-ый раствор K2Cr04.
Ход работы
Вначале устанавливают титр AgN03s. Для этого в коническую колбу на
200 см3 вносят 10 см3 раствора NaCI и 90 см3 дистиллированной воды,
прибавляют 5 капель K2Cr04 Содержимое колбы титруют раствором AgN03 до
перехода лимонно-желтой окраски мутного раствора в оранжево-красную, не
исчезающую в течение 15-20 сек.
Поправочный коэффициент к титру AgN03 рассчитывают по результатам
трех титрований.
К = 30 / П1+П2+П3,
где
П1, П2, П3 – объем в см3 AgN03, использованный на каждое из трех
титрований.
При содержании хлоридов менее 250 мг/дм3 берут 100 см3
фильтрованной испытуемой воды. При большем содержании хлоридов берут
10-50 см3. Испытуемую воду наливают в две конические колбы, доводят до
100 см3 дистиллированной водой, прибавляют 5 капель раствора K2Cr04.
Раствор и одной колбе титруют AgN03 а вторая колба используется для
контроля.
Содержание хлор - иона в воде рассчитывается по формуле:
X =П . К . 0,355 . 1000 / V,
X – содержание хлор-иона в мг/дм3;
П – количество раствора AgNO3, истраченное на титрование, см3;
К – поправочный коэффициент к титру;
26
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
0,355 – эквивалентное количество хлора, соответствующее 1 мл 0,01 н
раствору AgNOs, мг;
V – объем исследуемой пробы, дм3.
Контрольные вопросы:
Назовите основные источники поступления ионов аммония в водные
объекты.
С какими процессами связано присутствие нитратных ионов в водных
объектах?
С чем связано, что подземные воды в большей степени подвержены
нитратному загрязнению?
В какое время года наблюдается наибольшая концентрация нитритов в
водных объектах?
Хлориды или сульфаты обладают наибольшей миграционной
способностью?
Назовите основные источники поступления сульфатов в водные
объекты.
ТЕМА 3. Органические вещества в водных объектах
Задание:
1. Определить содержание нефтепродуктов в водных объектах, сравнить
с показателем ПДК.
2. Определить содержание ПАВ в водных объектах, сравнить с ПДК.
Работа 11. Определение нефтепродуктов
Большие количества нефтепродуктов поступают в поверхностные воды
при перевозке нефти водным путем, со сточными водами предприятий
нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей, химической, металлургической
и других отраслей промышленности, с хозяйственно-бытовыми водами.
Некоторое количество углеводородов поступает в воду в результате
прижизненных выделений растительными и животными организмами, а также
в результате их посмертного разложения.
Нефтепродукты находятся в различных миграционных формах:
растворенной, эмульгированной, сорбированной на твердых частицах взвесей
и донных отложений, в виде пленки на поверхности воды. Обычно в момент
поступления основная масса нефтепродуктов сосредоточена в пленке. По мере
удаления от источника загрязнения происходит перераспределение между
основными формами миграции, направленное в сторону повышения доли
растворенных, эмульгированных, сорбированных нефтепродуктов.
В незагрязненных нефтепродуктами водных объектах концентрация
естественных углеводородов может колебаться в морских водах от 0,01 до 0,10
мг/дм3 и выше, в речных и озерных водах от 0,01 до 0,20 мг/дм , достигая 1-1,5
27
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
мг/дм . Содержание естественных углеводородов определяется трофическим
статусом водоема и в значительной мере зависит от биологической ситуации в
водном объекте.
Входящие в состав нефтепродуктов низкомолекулярные алифатические,
нафтеновые и особенно ароматические углеводороды оказывают токсическое
и в некоторой степени наркотическое воздействие на организм, поражая
сердечно-сосудистую и нервную системы. Наибольшую опасность
представляют полициклические конденсированные углеводороды типа 3,4бенз(а)пирена, обладающие канцерогенными свойствами. Нефтепродукты
обволакивают оперение птиц, поверхность тела и органы других
гидробионтов, вызывая заболевания и гибель.
Отрицательное влияние нефтепродуктов, особенно в концентрациях
0,001-10 мг/дм3 и присутствие их в виде пленки сказывается на развитии
высшей водной растительности и микрофитов.В присутствии нефтепродуктов
вода меняет цвет, рН, приобретает специфический вкус и запах, ухудшается
газообмен с атмосферой.
ПДКВ нефтепродуктов составляет 0,1 мг/дм3 (лимитирующий
показатель вредности – органолептический), ПДКвр – 0,05 мг/дм3
(лимитирующий показатель вредности – рыбохо-зяйственный). Присутствие
канцерогенных углеводородов в воде недопустимо.
Принцип метода. Метод основан на извлечении нефтепродуктов из воды
при помощи экстрагента, на отгоне растворителя и последующем взвешивании
выделенных нефтепродуктов.
Оборудование, реактивы, материалы
- делительные воронки;
- водяная баня;
- сушильный шкаф;
- хлороформ;
- хлористоводородная кислота;
- гексан
Ход определения
При проведении анализа пробу воды энергично взбалтывают,
переливают в делительную воронку соответствующей емкости, подкисляют
концентрированной соляной кислотой плотности 1,19 г/см3 так, чтобы рН
воды стал меньше пяти. Склянку, в которой находилась проба, ополаскивают
20 мл хлороформа для удаления со стенок склянки приставших
нефтепродуктов и переносят его в делительную воронку, в которой находится
проба. Пробу воды с растворителем сильно встряхивают в течение 1-2 минут и
дают отстояться до разделения слоев. Воду сливают в склянку из-под пробы, а
экстракт – в маленькую делительную воронку. Затем воду переливают в
делительную воронку, в которой проводилась экстракция, добавляется свежая
28
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
порция экстрагента (20мл) и повторяют экстракцию. Общее число экстракции
– не менее трех.
Если трехкратной экстракции окажется недостаточно (экстракт от
третьей экстракции окрашен), экстракцию повторяют новыми порциями до
полного извлечения нефтепродуктов (до получения бесцветной вытяжки).
Вытяжки собирают в одну делительную воронку и фильтруют экстракт через
сухой беззольный фильтр «желтая лента» в сухую колбу емкостью 150
мл, предварительно доведенную до постоянного веса в сушильном шкафу.
Колбу присоединяют к прибору и отгоняют растворитель на кипящей водяной
бане со скоростью 2-3 капли в секунду. После отгона растворителя колбу
тщательно вытирают; если на наружной поверхности колбы образовались
отложения солей, то их удаляют слабым раствором соляной кислоты.
По окончании отгона следы растворителя выдувают воздухом,
предварительно осушенным и очищенным, посредством груши. Для этого
резиновым шлангом присоединяют к груше стеклянную трубку, опускают ее в
колбу с нефтепродуктами так, чтобы она не касалась ни стенок колбы, ни
нефтепродукта, и 4-5 раз легко нажимают резиновую грушу. Отдувают до
отсутствия запаха растворителя. После этого колбочку помещают на полчаса в
эксикатор, заполненный безводным сульфатом натрия или хлористым
кальцием, и взвешивают на аналитических весах до постоянного веса.
Остаток отгонки хлороформа обрабатывают 1-2 см3 сухого и чистого
гексана и переносят раствор в колонку с активированной окисью алюминия.
Колбочку несколько раз смывают небольшими порциями гексана (1-2 см3),
которые переносят в колонку, следя за тем, чтобы уровень гексана в колонке
не опускался ниже верхней границы слоя окиси алюминия. После этого
промывают колонку еще несколькими порциями гексана, отбирая их в одну
колбочку, доведенную предварительно до постоянного веса. Затем производят
отгон и доведение колбы с нефтепродуктом до постоянного веса как описано
выше.
Содержание нефтепродуктов в природной воде в мг/л определяется по
формуле:
Х= ((а+b)*1000*1000) / V,
(1)
где а – вес колбы с извлеченными нефтепродуктами, г;
b – вес пустой колбы, г;
V – объем пробы воды, взятой на анализ, см3.
Работа 12. Определение поверхностно-активных веществ
СПАВ представляют собой обширную группу соединений, различных по
своей структуре, относящихся к разным классам. Эти вещества способны
адсорбироваться на поверхности раздела фаз и понижать вследствие этого
поверхностную энергию (поверхностное натяжение). В зависимости от
29
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
свойств, проявляемых СПАВ при растворении в воде, их делят на
анионоактивные
вещества
(активной
частью
является
анион),
катионоактивные (активной частью молекул является катион), амфотерные и
не-ионогенные, которые совсем не ионизируютсяАнионоактивные СПАВ в
водном растворе ионизируются с образованием отрицательно заряженных
органических ионов. Из анионоактивных СПАВ широкое применение нашли
соли сернокислых эфиров (сульфаты) и соли сульфокислот (сульфонаты).
Радикал R может быть алкильным, алкиларильным, алкил-нафтильным, иметь
двойные связи и функциональные группы.
Катионоактивные СПАВ – вещества, которые ионизируются в водном
растворе с образованием положительно заряженных органических ионов. К
ним относятся четвертичные аммониевые соли, состоящие из углеводородного
радикала с прямой цепью, содержащей 12-18 атомов углерода, метального,
этильного или бензильного радикала, хлора, брома, йода или остатка метилили этилсульфата.
Амфотерные СПАВ ионизируются в водном растворе различным
образом в зависимости от условий среды: в кислом растворе проявляют
катионоактивные свойства, а в щелочном — анионоактивные.
Неионогенные СПАВ представляют собой высокомолекулярные
соединения, которые в водном растворе не образуют ионов. В водные объекты
СПАВ поступают в значительных количествах с хозяйственно-бытовыми
(использование синтетических моющих средств в быту) и промышленными
(текстильная, нефтяная, химическая промышленность, производство
синтетических каучуков) сточными водами, а также со стоком с сельскохозяйственных угодий (в качестве эмульгаторов входят в состав пестицидов).
Главными факторами понижения их концентрации являются процессы
биохимического окисления, сорбция взвешенными веществами и донными
отложениями. Степень биохимического окисления СПАВ зависит от их
химического строения и условий окружающей среды.
По биохимической устойчивости, определяемой структурой молекул,
СПАВ делят на мягкие, промежуточные и жесткие с константами скорости
биохимического окисления (сут ), соответственно не менее 0,3; 0,3-0,05; менее
0,05. К числу наиболее легко окисляющихся СПАВ относятся первичные и
вторичные алкилсульфаты нормального строения. С увеличением разветвления цепи скорость окисления понижается, и наиболее трудно разрушаются
алкилбензолсульфонаты.
Оборудование, реактивы, материалы:
- пероксид (перекись) водорода, 3 %
свежеприготовленным.
- фосфатный буферный раствор рН 10;
- гидроксид натрия, 0,1 н. раствор;
- нейтральный раствор метиленового синего;
- хлороформ.
30
раствор.
Применяют
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
- серная кислота, 0,3 % раствор;
- стандартные растворы ПАВ
Ход определения.
В пробирку приблизительно на 20 мл вносят 10 мл исследуемой воды и
последовательно прибавляют 1 мл 3 % пероксида водорода, 1 мл фосфатного
буферного раствора, 1 мл метиленового синего. После добавления каждого
реактива раствор перемешивают. Затем наливают 3 мл хлороформа, осторожно
перемешивают в течение 1 мин, приливают 1 мл 0,3 % серной кислоты и снова
перемешивают 1 мин. После разделения слоев колориметрируют, сравнивая
окраску нижнего хлороформного слоя с окраской соответствующего
стандартного раствора на белом фоне.
Анализ можно проводить в делительных воровках вместимостью
25-30 дм3. В этом случае окрашенный хлороформный слой сливают в сухую
пробирку и определяют количество ПАВ, визуально сравнивая окраску пробы
со шкалой стандартных растворов или фотометрируют с красным
светофильтром (λ 650 нм) в кюветах с толщиной оптического слоя 1 см. В
последнем случае концентрацию анионного ПАВ находят по калибровочному
графику.
Построение калибровочного графика
В ряд колориметрических пробирок или делительных воронок
вместимостью 25-30 см3 вносят 0—0,1—0,2—0,3—0,4—0,5—0,6—0,8—1 см3
рабочего стандартного раствора, что соответствует концентрациям ПАВ 0—
0,1—0,2—0,3—0,4—0,5—0,6—0,8—1 мг/дм3, разбавляют до 10 см3
дистиллированной водой. Добавляют все реактивы и проводят операции, как
при исследовании пробы. Для визуального определения шкала устойчива 2-3
дня при хранении в холодильнике. При фотометрическом определении строят
калибровочный график в координатах оптическая плотность — концентрация
ПАВ (мг/дм3).
Контрольные вопросы:
Назовите основные источники поступления нефтепродуктов водные
объекты.
За счет каких процессов концентрация нефтепродуктов в водных
объектах может снижаться?
В каких миграционных формах нефтепродукты могут находиться в
водных объектах?
Назовите основные источники поступления СПАВ в водные объекты.
Какое влияние оказывают СПАВ попадая в водные объекты?
Нейтральна или слабощелочная среда благоприятна для процесса
самочищения от СПАВ?
31
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Молчанова Я.П. Гидрохимические показатели состояния окружающей
среды / Я.П. Молчанова, Е.А. Заика, Э.И. Бабкина. – М.: Форум-Инфрам-М,
2007. – 189 с.
2. Экологический мониторинг / под ред. Т.Я. Яшихминой. – М.:
Академический проект, 2006. – 407 с.
3. Карлович И.А. Геоэкология / И.А. Карлович. – М.: Академический
проект, 2005. – 509 с.
4. Трифонов К.И. Физико-химические процессы
в техносфере /
К.И. Трифонов, В.А. Девисилов. – М.: Форум-Инфрам, 2007. – 239 с.
5. Болдырев И.В. Требования к аккредитованным экоаналитическим
лабораториям // Экология производства. – № 7. – 2006. – C. 31-34.
6. Карпов Ю.А., Савостин А.П. Методы пробоотбора и пробоподготовки/
Ю.А. Карпов, А.П. Савостин – М.: БИНОМ; Лаборатория знаний, 2003.
7. Методы и приборы контроля окружающей среды. Экологический
мониторинг: Учебное пособие / В.И. Купаев и др. – М.: РГОТУПС, 2003. –
353 с.
8. Средства оснащения современного экологического практикума:
Каталог-справочник / Сост. А.Г. Муравьев и др. – 4-е изд. – СПб.: Крисмас+,
2004. – 3489 с.
9. Афанасьев Ю.А. Мониторинг и методы контроля окружающей среды.
Учебное пособие в 2 частях / Ю.А. Афанасьев, С.А. Фолин. – М.: МНЭПУ. –
1998.
10. Новиков Ю.В. Методы исследования качества воды водоемов / Ю.В.
Новиков, К.О. Ласточкина, З.Н. Болдина. – М.: Медицина, 1990.
32
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Составитель: АБДЮКОВА Гузалия Мазгаровна
МОНИТОРИНГ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ
Методические указания
по выполнению лабораторных работ
Технический редактор: Р.С. Юмагулова
Подписано в печать 23.10.2007. Формат 60х84 1/16.
Бумага газетная. Гарнитура «Таймс».
Усл. печ. л. 1,92. Уч.-изд. л. 2,5. Тираж 100 экз.
Цена свободная. Заказ № 189.
Отпечатано с готовых авторских оригиналов
на ризографе в издательском отделе
Уфимской государственной академии экономики и сервиса
450078, г. Уфа, ул. Чернышевского, 145, к. 227; тел. (347) 278-69-85.
33
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
34
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
35
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
36
Документ
Категория
Химические науки
Просмотров
86
Размер файла
463 Кб
Теги
мониторинг, 984, водных, объектов
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа