169907 (Основные характеристики воды и их определение)

ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВОДЫ И ИХ ОПРЕДЕЛЕНИЕ

1. Концентрация ионов водорода

Концентрацию ионов водорода (вернее, их активность) выражают величиной рН. В сточных водах рН определяют электрометрическим способом, пользуясь стеклянным электродом. Метод основан на том, что при изменении рН на единицу потенциал стеклянного электрода изменяется при 25 °С на 59,1 мВ, при 20 ºС на 58,1 мВ.

Для измерения рН выпускаются специальные приборы — рН-метры (например, ЛП-5, МТ-58, ЛПУ-01 и др.), к которым прилагаются инструкции по их применению.

Стеклянные электроды этих приборов должны быть прокалиброваны по буферным растворам, имеющим определенные значения рН. Поскольку зависимость между потенциалом электрода и значением рН раствора, в который он погружен, линейна, для калибрования достаточно было бы двух буферных растворов. Все же отклонения от линейной зависимости иногда наблюдаются, поэтому желательно проведение сравнения с буферным раствором, рН которого возможно более близок к рН анализируемой сточной воды. Поэтому ниже приводятся способы приготовления нескольких буферных растворов, имеющих различные значения рН.

Буферный раствор, рН = 1,68 при 20 "С. Растворяют 12,710 г гидрооксалата калия КНз(С20₄)₂-2Н₂0 чда в свежепрокипяченной и охлажденной дистиллированной воде и доводят при 20 °С объем до 1 л.

Буферный раствор, рН = 4,00 при 20 °С (4,01 при 25 °С). Растворяют 10,211 г высушенного при 110 °С гидрофталата калия КНС₈Н₄0₄ чда в свежепрокипяченной и охлажденной дистиллированной воде и доводят объем при 20 °С до 1 л.

Буферный раствор, рН = 6,88 при 20 °С (6,86 при 25 °С). Растворяют 3,40 безводного дигидрофосфата калия КН₂Р0₄ и 3,55 г безводного гидрофосфата натрия Na₂HP0₄, предварительно высушенных при 110—130 °С, в свежепрокипяченной и охлажденной дистиллированной воде и доводят объем при 20 °С до 1 л.

Буферный раствор, рН = 9,23 при 20 "С (9,18 при 25 °С). Растворяют 3,814 г Na₂B₄C>7- 10Н₂О чда, сохранявшегося продолжительное время над расплывающимися кристаллами бромида натрия, в свежепрокипяченной и охлажденной дистиллированной воде и доводят объем при 20 °С до 1 л.

Буферный раствор, рН=11,0 при 20 °С. Приготовляют два раствора: 1) растворяют 12,367 г борной кислоты Н₃В0₃ в свежепрокипяченной и охлажденной дистиллированной воде, приливают 100 мл 1 н. раствора едкого натра н разбавляют до 1 л; 2) приготовляют точно 0,1 н. раствор едкого натра NaOH. Затем смешивают 501 мл раствора 1 с 499 мл раствора 2.

Буферные растворы хранят в склянках из полиэтилена или стекла типа "пирекс".

При использовании рН-метров для определения рН сточных вод необходимо уделять особое внимание чистоте обоих электродов, поскольку сточные воды часто содержат жиры, масла, нефтепродукты и другие вещества, покрывающие электроды пленками. Электрод следует обтирать тонкой, мягкой тканью, смоченной эфиром или раствором синтетического моющего вещества, затем промывать несколько раз дистиллированной водой, вытирая после каждого промывания таким же куском ткани для удаления моющего вещества. При необходимости электрод регенерируют, погружая его на 2 ч в 2%-ный раствор соляной кислоты, и тщательно промывают дистиллированной водой. В нерабочее время электрод следует хранить в дистиллированной воде.

2. Грубодисперсные примеси (взвешенные вещества), сухие и прокаленные

Сточные воды содержат обычно кроме истинно растворенных веществ также коллоидно-растворенные и суспендированные (взвешенные) частицы различной степени дисперсности. О степени дисперсности можно составить некоторое представление (весьма приближенное) по внешнему виду исследуемой воды, который характеризуют словами: "вода мутная", "вода опалесцирует", "вода содержит грубую взвесь". Такие качественные описания имеют некоторую ценность, поэтому их следует включать в протокол исследования сточных вод, но перечисленные термины требуют уточнения.

Опалесцирующей называют воду, прозрачную в проходящем свете, но мутную в отраженном свете; мутной называют воду, непрозрачную и в проходящем свете, отдельные взвешенные частицы в ней неразличимы невооруженным глазом, и при отстаивании в течение 5—6 ч взвешенные частицы из раствора не выделяются; грубой взвесью называют частицы, заметные невооруженным глазом, более или менее полно выделяющиеся из раствора при отстаивании его в течение 5—6 ч.

Рекомендуется название обозначения сопровождать добавлениями: "слабая", "заметная", "значительная" и т. п. Следует отметить также цвет взвешенных частиц или осадка и присутствие всплывшей на поверхность воды пленки, если такая пленка будет замечена.

Количественное определение глубокодисперсных примесей следует, по возможности, проводить сейчас же после отбора пробы, лишь в исключительных случаях применяя консервирование пробы (см. разд. 3.2). Для определения примесей их отделяют, фильтруя воду через различные пористые материалы,— мембранные фильтры, стеклянные, кварцевые или фарфоровые фильтрующие пластинки, бумажные фильтры не рекомендуются вследствие гигроскопичности фильтровальной бумаги.

Поскольку размеры пор в указанных материалах различны, определение грубодисперсных примесей в одной и той же воде (но с применением разных фильтров) может привести к различным результатам, и само понятие "количество грубодисперсных примесей" становится неопределенным. Поэтому рекомендуется всегда в записи результатов анализа указывать, через какой фильтрующий материал проводилось фильтрование.

Эти фильтры негигроскопичны (в отличие от бумажных), фильтрование через них происходит быстро. Применение мембранных фильтров особенно рекомендуется при определении небольших количеств грубодисперсных примесей.

3. Определение фильтрованием через мембранный фильтр

Приборы

Прибор для фильтрования. Для фильтрования через мембранные фильтры имеется большое число различных приборов. Очень удобен прибор Олихова, показанный на рис. 1. Этот прибор может быть легко собран в любой лаборатории.

Стеклянная трубка 1 прочно закреплена в своем гнезде (например, при помощи расплавленной серы). Отверстие в металлической части оправы 2 закрыто сверху латунной сеткой.

Кроме прибора Олихова можно применять прибор Зейтца с металлической трубкой вместо стеклянной трубки 1.

Мембранные фильтры № 6, так называемые "предварительные". Для удаления имеющегося в их порах воздуха фильтры кипятят в дистиллированной воде 5—10 мин. Кипячение проводят 2—3 раза, сливая после каждого раза воду и заменяя ее свежей, после чего фильтры подсушивают в сушильном шкафу 1 ч при 60 °С. Ход определения. Содержание грубодисперсных примесей. Подготовленный мембранный фильтр, высушенный в сушильном шкафу при 60 °С, взвешенный на аналитических весах и помеченный карандашом, помещают в прибор для фильтрования. Через фильтр пропускают 100—500 мл исследуемой воды (объем воды зависит от количества грубодисперсных примесей). Если фильтрат недостаточно прозрачен, его вторично пропускают через тот же фильтр. Необходимый вакуум в приборе достигается при помощи водоструйного или масляного насоса, можно также отсасывать воздух ртом или резиновой грушей.

Приставший к стенкам прибора осадок смывают на мембранный фильтр порцией фильтрата. Промывание осадка на фильтре дистиллированной водой не допускается. По окончании фильтрования фильтр с осадком подсушивают сначала на воздухе, а затем в сушильном шкафу при 60 °С в течение 1 ч, после чего взвешивают.

Расчет. Содержание грубодисперсных примесей (х) в мг/л вычисляют по формуле

где а — масса мембранного фильтра с осадком, мг; b — масса мембранного фильтра без осадка, мг; V — объем профильтрованной анализируемой сточной воды, мл.

Остаток после прокаливания. Для определения остатка после прокаливания грубодисперсных примесей (прокаленных грубодисперсных примесей) взвешенный мембранный фильтр берут тигельными щипцами или пинцетом и очень осторожно сжигают над фарфоровым тиглем, предварительно прокаленным и взвешенным. Золу прокаливают 5—20 мин в том же тигле.

Расчет. Содержание прокаленных грубодисперсных примесей (х) в мг/л вычисляют по формуле

где с — масса фарфорового тигля с золой, мг; d — масса пустого фарфорового тигля, мг; V — объем профильтрованной анализируемой воды, мл.

При прокаливании пустого мембранного фильтра получается так мало золы, что ею при расчете можно пренебречь.

4. Определение фильтрованием через фильтрующие тигли

Для фильтрования могут быть применены стеклянные и кварцевые фильтрующие тигли № 4 и фарфоровые тигли с пористым дном.

Стеклянные фильтрующие тигли используют только тогда, когда ограничиваются определением в сточной воде содержания грубодисперсных примесей, высушивая их при 100—105 °С и взвешивая. Если же необходимо затем определить массу остатка после прокаливания этих примесей, надо применять кварцевые или фарфоровые тигли.

Перед определением фильтрующий тигель (стеклянный, кварцевый или фарфоровый) тщательно промывают дистиллированной водой, высушивают 1 ч при 100—105 °С, охлаждают в эксикаторе и взвешивают. Затем соединяют тигель при помощи пробки или резиновой муфты с колбой Бунзена, которую присоединяют к водоструйному насосу.

Ход определения. Содержание грубодисперсных примесей. Пропускают через тигель 100—500 мл (в зависимости от содержания грубодисперсных примесей) исследуемой сточной воды при небольшом вакууме. Приставшие к посуде частицы смывают порцией фильтрата и переносят в тот же тигель. После фильтрования тщательно вытирают наружные стенки тигля, высушивают его 2 ч при 100—105 °С и по охлаждении взвешивают. Высушивание повторяют несколько раз до достижения постоянной массы.

Остаток после прокаливания. Прокаливать фарфоровый или кварцевый тигель с отфильтрованными грубодисперсными примесями рекомендуется в электрической муфельной печи 10—15 мин при 600 °С.

5. Кинетика выпадения и всплывания грубодисперсных примесей

При расчете отстойных сооружений (отстойников для взвешенных веществ и смол, ловушек для масел и нефтепродуктов, шламонакопителей и т. п.) требуются данные о скорости осаждения или всплывания (о так называемой гидравлической крупности) взвешенных частиц, обеспечивающей необходимую или возможную степень очистки воды. Такую скорость определяют на основании кинетики осаждения или всплывания грубодисперсных примесей.

Кинетику осаждения или всплывания следует определять сейчас же после отбора проб сточных вод, так как только в этих случаях получаются результаты, которые могут быть использованы для расчетов аппаратуры. Объясняется это тем, что и содержание грубодисперсных примесей, и дисперсность нерастворимой в воде фазы изменяются при стоянии. Образуются смолы из веществ, растворимых в воде, могут образоваться осадки вследствие выделения водой диоксида углерода или, наоборот, вследствие поглощения ею СО₂ из воздуха, может произойти агломерация частиц взвешенного осадка, что отразится на кинетике их выпадения, и т. д. Плотность одной и той же смолы при разных температурах может быть больше или меньше единицы, т. е. при одной температуре смола окажется тонущей, при другой —всплывающей.

Роль температуры воды настолько велика, что во многих случаях рекомендуется определять кинетику выпадения для двух крайних из возможных температур — максимальной и минимальной. За максимальную температуру можно принять ту, при которой сточная вода поступает в отстойник, а за минимальную условно можно принять 16—20 °С.

Измерение объема, занимаемого осевшими (или всплывшими) грубодисперсными примесями

Тщательно перемешав анализируемую сточную воду, переносят ее в цилиндр Лысенко вместимостью 500 или 1000 мл, наливая до верхней метки, еще раз перемешивают и через определенные промежутки времени (например, через 5, 10, 15, 20, 30, 45, 60, 90 и 120 мин) отмечают объем, занимаемый осевшими частицами. Через 20 мин от начала отстаивания и за 3 мин до всех последующих измерений осторожно 3 раза придают жидкости в сосуде вращательное движение. Если через 2 ч сточная вода полностью не отстоялась, продолжают наблюдения (в течение 3— 12 ч).