Определение окисляемости природных вод

Окислительно-восстановительные процессы в природных водах представляют собой, главным образом, превращения органических соединений. Одним из непременных условий существования водных экосистем являются процессы разложения органических соединений, в результате которых идет окисление соединений до углекислого газа, воды и различных соединений азота, фосфора, серы. Пока имеется в воде свободный кислород, окисление органических соединений идет, как правило, до оксидов элементов в высшей степени окисления, в идеале до СО₂ и Н₂О.

В анаэробных условиях (при недостатке или отсутствии кислорода в воде) окислительно-восстановительные процессы идут несколько иначе. Микроорганизмы для окисления органических соединений используют кислород нитратов, сульфатов и других соединений. В виде общей схемы процесс анаэробного окисления можно представить так:

C_OPГ + 2NO₃^– + 2H⁺à N₂+ 2, 5CO₂+ H₂O

Или так:

C_OPГ + SO₄^2– + 2H₂Oà H₂S + 2HCO₃^–

Разложение органических веществ в анаэробных условиях осуществляется путем брожения с образованием продуктов неполного окисления (спиртов и альдегидов). Примером могут служить следующие реакции:

C₆H₁₂O₆ à 2CO₂ + 2C₂H₅OH – спиртовое брожение

C₆H₁₂O₆ à CH₃–CH₂–CH₂–COOH +2СO₂+2H₂ – маслянокислое

брожение

CH₃–CH₂–OH à CH₃–COOH+ H₂– метановое

CH₃–COOH à CO₂ + CH₄ брожение

4H₂+СO₂à 2Н₂O + CH₄

Реальные процессы окисления органических соединений еще сложнее и разнообразнее.

Одной из характеристик природных вод может служить их окисляемость – общее количество содержащихся в воде восстановителей (чаще органических соединений), реагирующих с сильными окислителями, например, бихроматом, перманганатом и др.

Результаты определения окисляемости выражают в миллиграммах кислорода на 1 л воды (мг О/л). По этому показателю можно предположить, какое количество органических веществ содержится в исследуемой воде. Изменение степени окисления органических веществ в пробе, а значит и их содержание в воде, можно контролировать, отбирая пробы воды и определяя величину их окисляемости через различные промежутки времени.

Наиболее полное окисление соединений достигается при использовании бихромата калия, поэтому бихроматную окисляемость нередко называют " химическим потреблением кислорода" (ХПК). Это основной метод определения окисляемости. Большинство соединений окисляется при этом на 90 – 100 % с образованием диоксида углерода и воды, азот выделяется в виде газа.

Есть, однако, небольшое число соединений (бензол, толуол, пиридин и др.), которые совсем не окисляются бихроматом калия даже в присутствии катализатора.

Нормативы ХПК воды водоемов хозяйственно-питьевого водопользования составляют 15 мг О/л, культурно-бытового – 30 мг О/л.

Однако представленный способ определения окисляемости природных вод недостаточно точно позволяет смоделировать процессы в водоемах. Гораздо ближе отражает естественные процессы определение количества кислорода (мг), необходимого для окисления находящихся в 1 л воды органических веществ в аэробных условиях при 20^оС в результате протекающих в воде биохимических процессов за определенный период времени (3, 5, 10, 20 суток и т.д.). Такой показатель называют БПК – биохимическое потребление кислорода. Наиболее распространен метод установления БПК по разности содержания растворенного кислорода до и после инкубации пробы воды, с внесенными в нее микроорганизмами, при стандартных условиях (20⁰С, аэробные условия, без доступа воздуха и света).

Установлено, что при загрязнении водоемов преимущественно хозяйственно-бытовыми сточными водами с относительно постоянным составом и свойствами БПК₅(пятисуточное) составляет 70 % БПК полного.

Развитие промышленности обусловило увеличение сброса сточных вод, содержащих загрязняющие вещества с самыми разнообразными свойствами. Среди них могут быть как тормозящие процессы БПК, так и увеличивающие потребление кислорода. В зависимости от категории водоема регламентируется величина полного БПК: не более 6 мг/л кислорода для водоемов хозяйственно-бытового и культурного водопользования и не более 3 мг/л кислорода для водоемов хозяйственно-питьевого водопользования.

Для водоемов с хорошо сбалансированной экосистемой показатели ХПК и БПК отличаются незначительно (на величину органических веществ, идущих на построение клеток тела микроорганизмов). Для водоемов, загрязненных химическими и незначительно биологическими отходами антропогенного характера, величина бихроматной окисляемости (ХПК) гораздо выше, чем БПК.

Цель работы: познакомиться со способами определения суммарного количества органических загрязнителей в воде через определение окисляемости природных вод.

Реактивы: серная кислота плотностью 1, 84 г/см³; N – фенилантраниловая кислота (0, 25 г кислоты растворяют в 12 мл 0, 1 н. раствора NaOH и разбавляют водой до 250 мл); бихромат калия 0, 25 н. стандартный раствор; соль Мора 0, 25 н. раствор (титр раствора соли Мора предварительно устанавливают по стандартному раствору бихромата калия.

Порядок выполнения работы

В пробу воды (в количестве 5 мл) ввести 2, 5 мл 0, 25 н. раствора бихромата калия и при перемешивании концентрированную серную кислоту в количестве 15 мл. При этом температура раствора поднимается выше 100°С. Через 2 мин к остывшей до комнатной температуры смеси прилить 100 мл дистиллированной воды и оттитровать избыток бихромата. Для этого ввести 10–15 капель раствора N – фенилантраниловой кислоты и с помощью бюретки добавлять в смесь раствор соли Мора, взаимодействующий с непрореагировавшим количеством бихромата калия.

Провести холостой опыт. Для этого с использованием 5 мл дистиллированной воды проводят те же операции, что и с анализируемой пробой природной воды.

Величину ХПК, мг О/л определяют по формуле

где a – объем раствора соли Мора, пошедшего на титрование холостой пробы, мл; b – объем раствора соли Мора, пошедшего на титрование анализируемой пробы, мл; N – нормальность соли Мора; V – объем анализируемой пробы, мл; 8 – эквивалент кислорода.

Требования к отчету

В отчете приводят название и цель работы, результаты расчета химического потребления кислорода бихроматным методом; делают вывод о содержании органических загрязняющих веществ в анализируемой воде.

Лабораторная работа № 6

Предыдущая 123 4 5 6 7 Следующая