Главная > Пластиковые панели

Что такое щелочность воды и расчет pH. Определение щелочности воды титриметрическим методом Как рассчитать щелочность воды формула

Вода является основным жизненно важным элементом, без которого невозможно здоровое функционирование не только человеческого организма, но и всего живого на планете. Однако нередко случается так, что та вода, которая поступает в жилища людей или на промышленные предприятия, является настолько засоренной и непригодной для употребления и использования, что остро нуждается в проверке на несколько основных показателей и срочной очистке. Для того чтобы произвести правильную и эффективную очистку воды для бытового использования, сначала нужно понять из чего она состоит, выяснить определение щелочности воды ГОСТ и то, какие патогенные реакции и химические процессы загрязнение может вызвать при попадании в организм.

Для того чтобы понять важность своевременной проверки жидкостей на пригодность и определение щелочности воды, нужно также понимать, насколько важна и необходима жидкость для человеческого организма. Важность этого элемента и его необходимость человек может не замечать и принимать как данность. Однако от жидкости в теле человека зависит множество реакций и функций. Крепкое и здоровое тело – результат употребление здоровых продуктов питания и воды. Поэтому от чистоты и качества состава жидкости зависит напрямую длительность и качество жизни каждого человека. В воде, которую мы ежедневно употребляем в пищу или в чистом виде, может содержаться большое количество патогенных веществ и микроэлементов, бактерий и вирусов, которые при повышенной концентрации могут спровоцировать появление побочных заболеваний, инфекций, раковых опухолей и эпидемий.

Важно помнить, что отказаться от воды нельзя, поскольку человеческий организм состоит по большей части из жидкостей, запасы которых нужно постоянно пополнять. Поэтому избежать проблемы загрязнения и очистки воды невозможно. Международные организации постоянно работают над тем, чтобы придумать максимально эффективные и действенные способы как определить щелочность воды, проверить и очистить жидкости, дабы каждый человек мог быть уверенными в том, что употребляет максимально качественный фильтрованный продукт без наличия побочных примесей, бактерий и тяжелых металлов.

Для того чтобы понять, зачем нужно очищать и делать на щелочность, стоит сначала разобраться в том, какие основные свойства и критерии воды считаются жизненно важными для человеческого функционирования и здоровья. В настоящее время существует несколько стандартизирующих организаций, которые могут определить качество воды и нормы ее загрязненности:

  • правила санитарного характера, которые устанавливает научное сообщество микробиологов и химиков Российской Федерации (ГОСТ щелочности воды, СанПиН РФ);
  • стандарты качества воды и нормы ее очистки, которые регламентируются международными организациями по охране окружающей среди и здравоохранения (ВОЗ);
  • нормы и рамки здорового очищения и состава воды, которые были оговорены научными сообществами и организациями стран Европейского Союза.
Все вышеуказанные инстанции диктуют своеобразные правила и стандарты кислотности, определение общей щелочности воды, которую человек употребляет в бытовых или промышленных целях. Согласно многолетним исследованиям и научным экспериментам, максимально допустимым показателем щелочности питьевой воды принято считать pH от 7 до 7,5 ммоль/л. При этом не должна превышать показатель в 7 ммоль на литр. Минералы и соли побочного характера в воде должны быть в концентрации не выше 1 г на литр. В таком же количестве в воде допускается содержание побочных химических элементов, биологических и физических примесей, металлов и солей. Однако, стоит отметить, что все международные организации и регламенты полностью отрицают регламентированное наличие в питьевой воде бактерий или вирусов патогенного характера функционирования, поскольку их присутствие может стать причиной появления эпидемий и массовых заражений людей различного рода инфекциями и заболеваниями.

Что такое щелочность воды и для чего она нужна?

Щелочность питьевой воды в норме или, другими словами, кислотность воды, является специальным понятием, которое отображает наличие в воде активных ионов водорода, без которых невозможно осуществление многих химических и биологических реакций. Важно отметить, что впервые понятие щелочности воды единицы измерения было выведено и оформлено в единый показатель лишь в 1909 году датским ученым. Тогда для определения кислотности воды был введен символ pH. На что влияет щелочность воды? Примеси водорода в жидкости можно встретить практически везде, щелочь также присутствует в организме человека, что подтверждает важность данного химического понятия и его открытия. В начале двадцатого века было проведено много химических и микробиологических исследований, которые доказали наличие активной концентрации ионов водорода в человеческих тканях и жидкостях. Из этого следует, что от правильной нормы щелочности воды зависит напрямую слаженное и здоровое функционирование человеческого организма и всех его систем.

Закажите бесплатно консультацию эколога

Щелочность питьевой воды является регламентированным и строго контролируемым показателем, рамки которого устанавливает и контролирует каждая страна. Прибор для определения кислотности и щелочности воды сигнализирует о том, что кислотность питьевой воды может отличаться от регламентированной кислотности воды для промышленных целей. В зависимости от типа производства и целей использования жидкости, многие предприятия имеют специальные буферы, в которых стабильно поддерживается постоянный уровень концентрации ионов водорода, необходимый для осуществления химических или биологических реакций.

Питьевая вода, согласно регламентированным международным рамкам, должна содержать водород в концентрации не более 9 единиц. Превышение этой нормы считается опасным для человеческого здоровья, поскольку из-за перенасыщения тканей тела водородом в жидкостях происходят необратимые химические реакции, которые влекут за собой биологические деформации и развитие патологий.

Как определить удовлетворительный уровень щелочности?

Поскольку из воды и жидких веществ состоит основная часть человеческих тканей и органов, употребление жидкого вещества является необходимым ритуалом, без которого невозможно прожить ни единого дня. По этой причине очень важно постоянно следить за составом и качеством воды, которая употребляется ежедневно. Малейшие сбои и отклонения от регламентированных рамок могут губительно сказаться на организме и его функционировании, спровоцировать появление многих опасных и даже неизлечимых недугов.

Как определить щелочность воды в домашних условиях? Максимально пригодной и полезной для повседневного употребления человеком считается вода со щелочным показателем не выше 7,5-8,5. Такая норма называется слабой кислотностью и сигнализирует о нейтральном содержании активных ионов водорода, количество которых удовлетворяет все жизненно важные потребности и функции организма. Щелочность - как повысить щелочность воды? Очищается вода от лишней кислотности специальными фильтрующими установками или с помощью химических добавок. Если у человека нет возможности осуществлять регулярную очистку воды, использовать методику определения щелочности котловой воды и производить контроль ее качества, стоит приобретать уже очищенную воду в таре, которая продается в супермаркетах.

Правильная щелочность воды может повлиять на следующие факторы:

  • Обменные процессы. Техника определения щелочности воды, видео которой мы привели выше, говорит о том, что стабилизация концентрации ионов водорода в воде приводит к тому, что в человеческом организме налаживаются обменные процессы и восстанавливается бактериальная флора желудочно-кишечного тракта.
  • Умственная деятельность.Измеритель щелочности воды помог установить, что из-за нормированного поступления щелочности мозг человека работает слаженно, поскольку в него поступает достаточное количество кислорода и полезных веществ.
  • Иммунитет. Благодаря поступлению в организм правильного количества щелочи стабилизируется иммунная система и налаживается работа эндокринной железы.
От качества и чистоты воды зависит активность человека, его хорошее самочувствие и светлое настроение на каждый день.

Мутность – показатель качества воды, обусловленный присутствием в воде нерастворенных и коллоидных веществ неорганического и органического происхождения. Причиной мутности поверхностных вод являются илы, кремниевая кислота, гидроокиси железа и алюминия, органические коллоиды, микроорганизмы и планктон. В грунтовых водах мутность вызвана преимущественно присутствием нерастворенных минеральных веществ, а при проникании в грунт сточных вод – также и присутствием органических веществ. В России мутность определяют фотометрическим путем сравнения проб исследуемой воды со стандартными суспензиями. Результат измерений выражают в мг/дм3 при использовании основной стандартной суспензии каолина или в ЕМ/дм3 (единицы мутности на дм3) при использовании основной стандартной суспензии формазина. Последнюю единицу измерения называют также Единица Мутности по Формазину (ЕМФ) или в западной терминологии FTU (Formazine Turbidity Unit). 1FTU=1ЕМФ=1ЕМ/ дм3. В последнее время в качестве основной во всем мире утвердилась фотометрическая методика измерения мутности по формазину, что нашло свое отражение в стандарте ISO 7027 (Water quality - Determination of turbidity). Согласно этому стандарту, единицей измерения мутности является FNU (Formazine Nephelometric Unit). Агентство по Охране Окружающей Среды США (U.S. EPA) и Всемирная Организация Здравоохранения (ВОЗ) используют единицу измерения мутности NTU (Nephelometric Turbidity Unit). Соотношение между основными единицами измерения мутности следующее: 1 FTU(ЕМФ)=1 FNU=1 NTU.

ВОЗ по показаниям влияния на здоровье мутность не нормирует, однако с точки зрения внешнего вида рекомендует, чтобы мутность была не выше 5 NTU (нефелометрическая единица мутности), а для целей обеззараживания – не более 1 NTU.

Мера прозрачности – высота столба воды, при которой можно наблюдать опускаемую в воду белую пластину определенных размеров (диск Секки) или различать на белой бумаге шрифт определенного размера и типа (шрифт Снеллена). Результаты выражаются в сантиметрах.

Характеристика вод по прозрачности (мутности)

Цветность

Цветность – показатель качества воды, обусловленный главным образом присутствием в воде гуминовых и фульфовых кислот, а также соединений железа (Fe3+). Количество этих веществ зависит от геологических условий в водоносных горизонтах и от количества и размеров торфяников в бассейне исследуемой реки. Так, наибольшую цветность имеют поверхностные воды рек и озер, расположенных в зонах торфяных болот и заболоченных лесов, наименьшую – в степях и степных зонах. Зимой содержание органических веществ в природных водах минимальное, в то время как весной в период половодья и паводков, а также летом в период массового развития водорослей – цветения воды - оно повышается. Подземные воды, как правило, имеют меньшую цветность, чем поверхностные. Таким образом, высокая цветность является тревожным признаком, свидетельствующим о неблагополучии воды. При этом очень важно выяснить причину цветности, так как методы удаления, например, железа и органических соединений отличаются. Наличие же органики не только ухудшает органолептические свойства воды, приводит к возникновению посторонних запахов, но и вызывает резкое снижение концентрации растворенного в воде кислорода, что может быть критично для ряда процессов водоочистки. Некоторые в принципе безвредные органические соединения, вступая в химические реакции (например, с хлором), способны образовывать очень вредные и опасные для здоровья человека соединения.

Цветность измеряется в градусах платино-кобальтовой шкалы и колеблется от единиц до тысяч градусов – Таблица 2.

Характеристика вод по цветности
Вкус и привкус
Вкус воды определяется растворенными в ней веществами органического и неорганического происхождения и различается по характеру и интенсивности. Различают четыре основных вида вкуса: соленый, кислый, сладкий, горький. Все другие виды вкусовых ощущений называются привкусами (щелочной, металлический, вяжущий и т.п.). Интенсивность вкуса и привкуса определяют при 20 °С и оценивают по пятибалльной системе, согласно ГОСТ 3351-74*.

Качественную характеристику оттенков вкусовых ощущений – привкуса – выражают описательно: хлорный, рыбный, горьковатый и так далее. Наиболее распространенный соленый вкус воды чаще всего обусловлен растворенным в воде хлоридом натрия, горький – сульфатом магния, кислый – избытком свободного диоксида углерода и т.д. Порог вкусового восприятия соленых растворов характеризуется такими концентрациями (в дистиллированной воде), мг/л: NaCl – 165; CaCl2 – 470; MgCl2 – 135; MnCl2 – 1,8; FeCl2 – 0,35; MgSO4 – 250; CaSO4 – 70; MnSO4 – 15,7; FeSO4 – 1,6; NaHCO3 – 450.

По силе воздействия на органы вкуса ионы некоторых металлов выстраиваются в следующие ряды:

O катионы: NH4+ > Na+ > K+; Fe2+ > Mn2+ > Mg2+ > Ca2+;

O анионы: ОН- > NO3- > Cl- > HCO3- > SO42- .

Характеристика вод по интенсивности вкуса

Интенсивность вкуса и привкуса

Характер появления вкуса и привкуса

Оценка интенсивности, балл

Вкус и привкус не ощущаются

Очень слабая

Вкус и привкус не ощущаются потребителем, но обнаруживаются при лабораторном исследовании

Вкус и привкус замечаются потребителем, если обратить на это его внимание

Заметная

Вкус и привкус легко замечаются и вызывают неодобрительные отзывы о воде

Отчетливая

Вкус и привкус обращают на себя внимание и заставляют воздержаться от питья

Очень сильная

Вкус и привкус настолько сильные, что делают воду непригодной к употреблению
Запах
Запах – показатель качества воды, определяемый органолептическим методом с помощью обоняния на основании шкалы силы запаха. На запах воды оказывают влияние состав растворенных веществ, температура, значения рН и целый ряд прочих факторов. Интенсивность запаха воды определяют экспертным путем при 20 °С и 60 °С и измеряют в баллах, согласно требованиям.

Следует также указывать группу запаха по следующей классификации:

По характеру запахи делят на две группы:

  • естественного происхождения (живущие и отмершие в воде организмы, загнивающие растительные остатки и др.)
  • искусственного происхождения (примеси промышленных и сельскохозяйственных сточных вод).
Запахи второй группы (искусственного происхождения) называют по определяющим запах веществам: хлорный, бензиновый и т.д.
Запахи естественного происхождения

Обозначение запаха

Характер запаха

Примерный род запаха

Ароматический

Огуречный, цветочный

Болотный

Илистый, тинистый

Гнилостный

Фекальный, сточный

Древесный

Запах мокрой щепы, древесноый коры

Землистый

Прелый, запах свежевспаханной земли, глинистый

Плесневый

Затхлый, застойный

Запах рыбьегожира, рыбный

Сероводородный

Запах тухлых яиц

Травянистый

Запах скошенной травы, сена

Неопределенный

Запахи естественного происхождения, не попадающие под предыдущие определения

Интенсивность запаха по ГОСТ 3351-74* оценивают в шестибальной шкале – см. следующую страницу.
Характеристика вод по интенсивности запаха

Интенсивность запаха

Характер появления запаха

Оценка интенсивности, балл

Запах не ощущаются

Очень слабая

Запах не ощущаются потребителем, но обнаруживаются при лабораторном исследовании

Запах замечаются потребителем, если обратить на это его внимание

Заметная

Запах легко замечаются и вызывают неодобрительные отзывы о воде

Отчетливая

Запах обращают на себя внимание и заставляют воздержаться от питья

Очень сильная

Запах настолько сильные, что делают воду непригодной к употреблению
Водородный показатель (рН)
Водородный показатель (рН) - характеризует концентрацию свободных ионов водорода в воде и выражает степень кислотности или щелочности воды (соотношение в воде ионов Н+ и ОН- образующихся при диссоциации воды) и количественно определяется концентрацией ионов водорода pH = - Ig

Если в воде пониженное содержание свободных ионов водорода (рН>7) по сравнению с ионами ОН-, то вода будет иметь щелочную реакцию, а при повышенном содержании ионов Н+ (рН<7)- кислую. В идеально чистой дистиллированной воде эти ионы будут уравновешивать друг друга. В таких случаях вода нейтральна и рН=7. При растворении в воде различных химических веществ этот баланс может быть нарушен, что приводит к изменению уровня рН.

Определение pH выполняется колориметрическим или электрометрическим методом. Вода с низкой реакцией рН отличается коррозионностью, вода же с высокой реакцией рН проявляет склонность к вспениванию.

В зависимости от уровня рН воды можно условно разделить на несколько групп:

Характеристика вод по рН

Контроль над уровнем рН особенно важен на всех стадиях водоочистки, так как его "уход" в ту или иную сторону может не только существенно сказаться на запахе, привкусе и внешнем виде воды, но и повлиять на эффективность водоочистных мероприятий. Оптимальная требуемая величина рН варьируется для различных систем водоочистки в соответствии с составом воды, характером материалов, применяемых в системе распределения, а также в зависимости от применяемых методов водообработки.

Обычно уровень рН находится в пределах, при которых он непосредственно не влияет на потребительские качества воды. Так, в речных водах pH обычно находится в пределах 6.5-8.5, в атмосферных осадках 4.6-6.1, в болотах 5.5-6.0, в морских водах 7.9-8.3. Поэтому ВОЗ не предлагает какой-либо рекомендуемой по медицинским показателям величины для рН. Вместе с тем известно, что при низком рН вода обладает высокой коррозионной активностью, а при высоких уровнях (рН>11) вода приобретает характерную мылкость, неприятный запах, способна вызывать раздражение глаз и кожи. Именно поэтому для питьевой и хозяйственно-бытовой воды оптимальным считается уровень рН в диапазоне от 6 до 9.

Кислотность
Кислотностью называют содержание в воде веществ, способных вступать в реакцию с гидроксид-ионами (ОН-). Кислотность воды определяется эквивалентным количеством гидроксида, необходимого для реакции.

В обычных природных водах кислотность в большинстве случаев зависит только от содержания свободного диоксида углерода. Естественную часть кислотности создают также гуминовые и другие слабые органические кислоты и катионы слабых оснований (ионы аммония, железа, алюминия, органических оснований). В этих случаях pH воды не бывает ниже 4.5.

В загрязненных водоемах может содержаться большое количество сильных кислот или их солей за счет сброса промышленных сточных вод. В этих случаях pH может быть ниже 4.5. Часть общей кислотности, снижающей pH до величин < 4.5, называется свободной.

Жесткость
Общая (полная) жесткость – свойство, вызванное присутствием растворенных в воде веществ, в основном - солей кальция (Ca2+) и магния (Mg2+), а также других катионов, которые выступают в значительно меньших количествах, таких как ионы: железа, алюминия, марганца (Mn2+) и тяжелых металлов (стронций Sr2+, барий Ba2+).

Но общее содержание в природных водах ионов кальция и магния несравнимо больше содержания всех других перечисленных ионов – и даже их суммы. Поэтому под жесткостью понимают сумму количеств ионов кальция и магния – общая жесткость, складывающаяся из значений карбонатной (временной, устраняемой кипячением) и некарбонатной (постоянной) жесткости. Первая вызвана присутствием в воде гидрокарбонатов кальция и магния, вторая наличием сульфатов, хлоридов, силикатов, нитратов и фосфатов этих металлов.

В России жесткость воды выражают в мг-экв/дм3 или в моль/л.

Карбонатная жесткость (временная) – вызвана присутствием растворенных в воде бикарбонатов, карбонатов и углеводородов кальция и магния. Во время нагревания бикарбонаты кальция и магния частично оседают в растворе в результате обратимых реакций гидролиза.

Некарбонатная жесткость (постоянная) – вызывается присутствием растворенных в воде хлоридов, сульфатов и силикатов кальция (не растворяются и не оседают в растворе во время нагревания воды).

Характеристика вод по значению общей жесткости

Группа вод

Еденица измерения, ммоль/л

Очень мягкая

Средней жесткости

Очень жесткая
Щелочность
Щелочностью воды называется суммарная концентрация содержащихся в воде анионов слабых кислот и гидроксильных ионов (выражена в ммоль/л), вступающих в реакцию при лабораторных исследованиях с соляной или серной кислотами с образованием хлористых или сернокислых солей щелочных и щелочноземельных металлов.

Различают следующие формы щелочности воды: бикарбонатная (гидрокарбонатная), карбонатная, гидратная, фосфатная, силикатная, гуматная – в зависимости от анионов слабых кислот, которыми обусловливается щелочность. Щелочность природных вод, рН которых обычно < 8,35, зависит от присутствия в воде бикарбонатов, карбонатов, иногда и гуматов. Щелочность других форм появляется в процессах обработки воды. Так как в природных водах почти всегда щелочность определяется бикарбонатами, то для таких вод общую щелочность принимают равной карбонатной жесткости.

Железо, марганец
Железо, марганец - в натуральной воде выступают преимущественно в виде углеводородов, сульфатов, хлоридов, гумусовых соединений и иногда фосфатов. Присутствие ионов железа и марганца очень вредит большинству технологических процессов, особенно в целлюлозной и текстильной промышленности, а также ухудшает органолептические свойства воды.

Кроме того, содержание железа и марганца в воде может вызывать развитие марганцевых бактерий и железобактерий, колонии которых могут быть причиной зарастания водопроводных сетей.

Хлориды
Хлориды – присутствие хлоридов в воде может быть вызвано вымыванием залежей хлоридов или же они могут появиться в воде вследствие присутствия стоков. Чаще всего хлориды в поверхностных водах выступают в виде NaCl, CaCl2 и MgCl2, причем, всегда в виде растворенных соединений.
Соединения азота
Соединения азота (аммиак, нитриты, нитраты) – возникают, главным образом, из белковых соединений, которые попадают в воду вместе со сточными водами. Аммиак, присутствующий в воде, может быть органического или неорганического происхождения. В случае органического происхождения наблюдается повышенная окисляемость.

Нитриты возникают, главным образом, вследствие окисления аммиака в воде, могут также проникать в нее вместе с дождевой водой вследствие редукции нитратов в почве.

Нитраты - это продукт биохимического окисления аммиака и нитритов или же они могут быть выщелочены из почвы.

Сероводород

O при pH < 5 имеет вид H2S;

O при pH > 7 выступает в виде иона HS-;

O при pH = 5: 7 может быть в виде, как H2S, так и HS-.

Воде. Они поступают в воду вследствие вымывания осадочных горных пород, выщелачивания почвы и иногда вследствие окисления сульфидов и серы – продуктов расклада белка из сточных вод. Большое содержание сульфатов в воде может быть причиной болезней пищеварительного тракта, а также такая вода может вызывать коррозию бетона и железобетонных конструкций.

Двуокись углерода

Сероводород придает воде неприятный запах, приводит к развитию серобактерий и вызывает коррозию. Сероводород, преимущественно присутствующий в подземных водах, может быть минерального, органического или биологического происхождения, причем в виде растворенного газа или сульфидов. То, под каким видом проявляется сероводород, зависит от реакции pH:

  • при pH < 5 имеет вид H2S;
  • при pH > 7 выступает в виде иона HS-;
  • при pH = 5: 7 может быть в виде, как H2S, так и HS-.
Сульфаты
Сульфаты (SO42-) – наряду с хлоридами являются наиболее распространенными видами загрязнения в воде. Они поступают в воду вследствие вымывания осадочных горных пород, выщелачивания почвы и иногда вследствие окисления сульфидов и серы – продуктов расклада белка из сточных вод. Большое содержание сульфатов в воде может быть причиной болезней пищеварительного тракта, а также такая вода может вызывать коррозию бетона и железобетонных конструкций.
Двуокись углерода
Двуокись углерода (CO2) – в зависимости от реакции pH воды может быть в следующих видах:
  • pH < 4,0 – в основном, как газ CO2;
  • pH = 8,4 – в основном в виде иона бикарбоната НСО3- ;
  • pH > 10,5 – в основном в виде иона карбоната CO32-.
Агрессивная двуокись углерода – это часть свободной двуокиси углерода (CO2), которая необходима для удержания растворенных в воде углеводородов от разложения. Она очень активна и вызывает коррозию металлов. Кроме того, приводит к растворению карбоната кальция СаСО3 в строительных растворах или бетоне и поэтому ее необходимо удалять из воды, предназначенной для строительных целей. При оценке агрессивности воды, наряду с агрессивной концентрацией двуокиси углерода, следует также учитывать содержание солей в воде (солесодержание). Вода с одинаковым содержанием агрессивного CO2, тем более агрессивна, чем выше ее солесодержание.
Растворенный кислород
Поступление кислорода в водоем происходит путем растворения его при контакте с воздухом (абсорбции), а также в результате фотосинтеза водными растениями. Содержание растворенного кислорода зависит от температуры, атмосферного давления, степени турбулизации воды, минерализации воды и др. В поверхностных водах содержание растворенного кислорода может колебаться от 0 до 14 мг/л. В артезианской воде кислород практически отсутствует.

Относительное содержание кислорода в воде, выраженное в процентах его нормального содержания и называется степенью насыщения кислородом. Этот параметр зависит от температуры воды, атмосферного давления и уровня минерализации. Вычисляется по формуле: M = (ax0,1308x100)/NxP, где

М – степень насыщения воды кислородом, %;

А – концентрация кислорода, мг/дм3;

Р – атмосферное давление в данной местности, МПа.

N – нормальная концентрация кислорода при данной температуре и общем давлении 0,101308 МПа, приведенная в следующей таблице:

Растворимость кислорода в зависимости от температуры воды

Температура воды, °С
Окисляемость
Окисляемость – это показатель, характеризующий содержание в воде органических и минеральных веществ, окисляемых сильным окислителем. Окисляемость выражается в мгO2 необходимого на окисление этих веществ, содержащихся в 1 дм3 исследованной воды.

Различают несколько видов окисляемости воды: перманганатную (1 мг KMnO4 соответствует 0,25 мг O2), бихроматную, иодатную, цериевую. Наиболее высокая степень окисления достигается бихроматным и иодатным методами. В практике водоочистки для природных малозагрязненных вод определяют перманганатную окисляемость, а в более загрязненных водах – как правило, бихроматную окисляемость (называемую также ХПК – химическое потребление кислорода). Окисляемость является очень удобным комплексным параметром, позволяющим оценить общее загрязнение воды органическими веществами. Органические вещества, находящиеся в воде весьма разнообразны по своей природе и химическим свойствам. Их состав формируется как под влиянием биохимических процессов протекающих в водоеме, так и за счет поступления поверхностных и подземных вод, атмосферных осадков, промышленных и хозяйственно-бытовых сточных вод. Величина окисляемости природных вод может варьироваться в широких пределах от долей миллиграммов до десятков миллиграммов О2 на литр воды.

Поверхностные воды имеют более высокую окисляемость, а значит в них содержится высокие концентрации органических веществ по сравнению с подземными. Так, горные реки и озера характеризуются окисляемостью 2-3 мг О2/дм3, реки равнинные – 5-12 мг О2/дм3, реки с болотным питанием – десятки миллиграммов на 1 дм3.

Подземные же воды имеют в среднем окисляемость на уровне от сотых до десятых долей миллиграмма О2/дм3 (исключения составляют воды в районах нефтегазовых месторождений, торфяников, в сильно заболоченных местностях, подземных вод северной части РФ).

Электропроводность
Электропроводность – это численное выражение способности водного раствора проводить электрический ток. Электрическая проводимость природной воды зависит в основном от степени минерализации (концентрации растворенных минеральных солей) и температуры. Благодаря этой зависимости, по величине электропроводности можно с определенной степенью погрешности судить о минерализации воды. Такой принцип измерения используется, в частности, в довольно распространенных приборах оперативного измерения общего солесодержания (так называемых TDS-метрах).

Дело в том, что природные воды представляют собой растворы смесей сильных и слабых электролитов. Минеральную часть воды составляют преимущественно ионы натрия (Na+), калия (K+), кальция (Ca2+), хлора (Cl–), сульфата (SO42–), гидрокарбоната (HCO3–).

Этими ионами и обуславливается в основном электропроводность природных вод. Присутствие же других ионов, например трехвалентного и двухвалентного железа (Fe3+ и Fe2+), марганца (Mn2+), алюминия (Al3+), нитрата (NO3–), HPO4–, H2PO4– и т.п. не столь сильно влияет на электропроводность (конечно при условии, что эти ионы не содержатся в воде в значительных количествах, как например, это может быть в производственных или хозяйственно-бытовых сточных водах). Погрешности же измерения возникают из-за неодинаковой удельной электропроводимости растворов различных солей, а также из-за повышения электропроводимости с увеличением температуры. Однако, современный уровень техники позволяет минимизировать эти погрешности, благодаря заранее рассчитанным и занесенным в память зависимостям.

Электропроводность не нормируется, но величина 2000 мкС/см примерно соответствует общей минерализации в 1000 мг/л.

Окислительно-восстановительный потенциал (редокс-потенциал, Eh)
Окислительно-восстановительный потенциал (мера химической активности) Eh вместе с рН, температурой и содержанием солей в воде характеризует состояние стабильности воды. В частности этот потенциал необходимо учитывать при определении стабильности железа в воде. Eh в природных водах колеблется в основном от -0,5 до +0,7 В, но в некоторых глубоких зонах Земной коры может достигать значений минус 0,6 В (сероводородные горячие воды) и +1,2 В (перегретые воды современного вулканизма).

Подземные воды классифицируются:

  • Eh > +(0,1–1,15) В – окислительная среда; в воде присутствует растворенный кислород, Fe3+, Cu2+, Pb2+, Mo2+ и др.
  • Eh – 0,0 до +0,1 В – переходная окислительно-восстановительная среда, характеризуется неустойчивым геохимическим режимом и переменным содержанием кислорода и cероводорода, а также слабым окислением и слабым восстановлением разных металлов;
  • Eh < 0,0 – восстановительная среда; в воде присутствуют сероводород и металлы Fe2+, Mn2+, Mo2+ и др.
Зная значения рН и Eh, можно по диаграмме Пурбэ установить условия существования соединений и элементов Fe2+, Fe3+, Fe(ОН)2, Fe(ОН)3, FeСО3, FeS, (FeOH)2+.

Сущность метода. В основе метода определения общей щелочнос­ти воды лежит принцип образования нейтральных солей при взаимодей­ствии кислоты с гидратами, гидрокарбонатами и карбонатами щелочных и щелочнозечельных металлов, а также свойство различных индикато­ров изменять свой цвет в зависимости от величины рН.

Учитывая эти свойства, исследуемую пробу воды подвергают титро­ванию раствором соляной или серной кислоты требуемой концентрации в присутствии индикаторов фенолфталеина и метилоранжа.

Применяемые реактивы:

децинормальный (0,1 н.) раствор соляной или серной кислоты;

1%-ный спиртовый раствор фенолфталеина для определения гидратной и карбонатной щелочности;

0,1%-ный раствор метилоранжа, служащий индикатором при определении карбонатной и гидрокарбонатной щелочности.

Подготовка_пробы воды. При титровании воды кислота вступает во взаимодействие как со щелочами, так и с веществами, которые могут находиться в воде во взвешенном состоянии и которые не обусловли­вают щелочность воды. Чтобы уменьшить расход кислоты на ненужные реакции и обеспечить правильность определения щелочности, анализи­руемую пробу охлаждают до 20°С, если она была горячей, и пропускают через бумажный фильтр.

Порядок анализа. К 100 мл соответственно подготовленной для титрования пробы воды добавляют 2-3 капли фенолфталеина.

При окрашивании пробу титруют раствором соляной или серной кислоты соответствующей нормальности (0,1 н. или 0,01 н.) до исчез­новения окраски. Титрование проводят медленно, тщательно перемеши­вая пробу воды.

Количество 0,1 н. или 0,01 н. раствора соляной или серной кислоты, пошедшее на титрование с фенолфталеином, записывают с по­меткой "фф". Если в процессе прибавления фенолфталеина окрашивания не наступает, значит, в воде отсутствуют гидратная и карбонатная щелочности. В этом случае титровать пробы воды раствором кислоты не нужно, так как щелочность по фенолфталеину отсутствует.



После этого в эту же пробу добавляют 2-3 капли метилоранжа и титруют 0,1 н. или 0,01 н. раствором кислоты до перехода окраски пробы из желтой в оранжевую. Количество раствора кислоты, пошедшее на титрование с метилоранжем, записывают с пометкой "МО".

Для расчета общей щелочности воды берут суммарный расход кис­лоты, пошедшей на титрование с фенолфталеином и метилоранжем.

Расчет результатов анализа. Расчет результатов анализа осно­ван на том, что каждый 1 мл нормального раствора соляной или серной кислоты оттитровывают 1 мг×экв щелочности. Соответственно этому 1 мл децинорнального (0,1 н.) раствора соляной кислоты оттитровы­вает 0,1 мг×экв. щелочности, а 1 мл сантинормального (0,01 н.) раствора оттитровывает 0,01 мг×экв щелочности.

Следовательно, общая щелочность воды

где Щ - общая щелочность воды, мг×экв/кг;

1000 - перерасчет резуль­татов анализа на 1 л воды;

К - коэффициент нормальности раствора кислоты;

Б - суммарный расход кислоты на титрование, мл;

100 -объем пробы воды, взятой для анализа, мл.

При титровании 100 мл пробы воды децинормальным раствором кислоты (0,1 н.) формула упрощается:

Щ = Б, мг×экв/кг.

При использовании саитинормального раствора кислоты (0,01 н.):

Щ = 0.1 Б, мг×экв/кг.

Для воды типа конденсата щелочность принято выражать в микро-грамм эквивалентах на литр (мкг×экв/кг). В этом случае

Щ =Б 0.01 × 1000 × 1000/100

или Щ=100 Б мкг×экв/кг.

СОСТАВЛЕНИЕ ОТЧЕТА

Для оформления отчета необходимо заполнить табл. 3.

Таблица 3

Результаты расчетов

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Чем обусловлена и в каких единицах измеряется карбонатная жесткость?

2. Чем обусловлена и в каких единицах измеряется некарбонат­ная жесткость?

3. Что такое общая жесткость?

4. Как определить класс жесткости воды?

5. Почему карбонатная жесткость устраняется при кипячении? Напишите, какие при этом протекают реакции.

6. Как устраняют жесткость воды в промышленных условиях?

7. Как определяют карбонатную жесткость?

8. Как определяют некарбонатную жесткость?

9. Как определяют общую жесткость?

10. Что такое окисляемоеть воды и чем она обусловлена, в каких единицах измеряется?

11. Как определяют окисляемоеть воды?

12. Что такое общая щелочность воды, в каких единицах измеря­ется?

13. Как определяют щелочность воды?

14. Что такое сухой остаток, в каких единицах измеряется и как определяется?

Жесткость воды зависит от присутствия в ней растворимых солей кальция и магния. Различают карбонатную (устранимую) жесткость и постоянную. Карбонатная жесткость обусловлена присутствием в растворе бикарбонатов кальция и магния Са(НСО 3) 2 и Mg (НСО 3) 2 . Постоянная жесткость воды обусловлена присутствием в воде других растворимых солей кальция и магния (сульфатов). Сумма постоянной и карбонатной жесткости составляет общую жесткость воды. Общая щелочность воды обусловлена присутствием ионов ОН - , СОз 2- , НСОз - .

Определение основано на титровании раствора, содержащего NaOH и Na 2 CO 3 , стандартным раствором хлорводородной кислоты с двумя индикаторами - фенолфталеином и метиловым оранжевым, применяемыми последовательно. При титровании раствора, содержащего эти вещества, хлорводородной кислотой в присутствии фенолфталеина происходят следующие реакции:

HCl+NaOH= NaCl +H 2 O

HCl+ Na 2 CO 3 =NaCl + NaHCO 3

Следовательно по фенолфталеину оттитровывается вся щелочь и карбонат до бикарбоната и обесцвечивание фенолфталеина указывает на то, что обе реакции полностью завершились, и вместо исходных веществ в растворе имеются NaCl и NaHCO 3 . Бесцветный раствор, содержащий эти продукты реакции, имеет слабощелочную реакцию, при добавлении метилового оранжевого он окрашивается в желтый цвет, и если продолжать титрование кислотой, будет происходить следующая реакция:

HCl + NaHCO 3 = NaCl+H 2 CO 3 = NaCl+CO 2 +H 2 O

Следовательно, по метиловому оранжевому оттитровывается бикарбонат. Изменение желтой окраски на розовую свидетельствует о том, что реакция полностью закончилась.

Разность объемов хлорводородной кислоты (V HCl м-о - V HCl ф-ф), затраченных на титрование смеси с метиловым оранжевым и фенолфталеином, соответствует половине количества карбоната натрия, присутствующего в растворе. Удваивая эту разность, получают объем кислоты , эквивалентный количеству всего карбоната. Вычитая указанную разность из объема V HCl ф-ф, израсходованного на титрование смеси с фенолфталеином, находят объем кислоты, эквивалентный количеству гидроксида натрия.

У подавляющего большинства природных вод ионы НСОз - связаны только с ионами кальция и магния. Поэтому в тех случаях, когда щелочность по фенолфталеину равна нулю, можно считать, что общая щелочность воды равна ее карбонатной жесткости.

Порядок выполнения работы. 1. Из общего раствора объемом 100 мл исследуемой воды, отбирают 20 мл пипеткой или цилиндром в коническую колбу вместимостью 100 мл.

2. Добавляют 2-3 капли раствора фенолфталеина и быстро титруют кислотой. До 12-15 мл титрование проводят быстро, перемешивая раствор, а под конец титрант добавляют по каплям до обесцвечивания. Записывают отсчет по бюретке (V HCl ф-ф),

3. Прибавляют в колбу 2 капли метилового оранжевого и продолжают титрование до перехода окраски из желтой в оранжевую. Производят второй отсчет по бюретке (V HCl м-о).

Щелочность воды определяются присутствием соединений, взаимодействующих с сильными кислотами. Это могут быть свободные гидроксиды (в производственных сточных водах) или соли, образованные слабыми кислотами и сильными основаниями (например, гидрокарбонаты, карбонаты, силикаты, сульфиды, ацетаты щелочных металлов). Щелочность, обусловленная наличием растворимых гидроксидов (ионами ОН -), называется гидратной щелочностью.

В природных водах щелочность обычно вызывается гидрокарбонатами НСО 3 - (гидрокарбонатная), в щелочных водах – также и карбонатами СО 3 2- (карбонатная).

Щелочность воды характеризуется количеством кислоты, необходимым для нейтрализации 1 л воды. Выражается она в мг-экв/л.

Различают свободную и общую щелочностью воды. Если рН исследуемой воды более 8,3, то считается, что вода имеет свободную щелочность. Ее величина определяется количеством кислоты, необходимым для нейтрализации компонентов щелочности (ОН - , SiO 3 -2 . CO 3 -2 и др.) до достижения величины рН исследуемой воды до 4,5 (или по изменению окраски метилоранжа). Если рН воды меньше 4,5, то щелочность воды принимается равной нулю. Считается, что воды, имеющие величину рН<8,3, не содержат свободной щелочности.

Определение щелочности воды проводится непосредственно после отбора пробы или не позднее 24 часов при условии хранения воды в закрытой посуде, заполненной под пробку.

Затруднения при проведении анализа и получение неточных результатов может быть вызвано наличием взвешенных веществ, свободной углекислоты, хлора и гипохлоритов, соединений, обуславливающих цветность воды. Мешающее влияние взвешенных веществ, устраняется фильтрованием воды. Гипохлориты и свободный хлор вызывают обесцвечивание кислотно-щелочных индикаторов, поэтому они предварительно восстанавливаются 0,1н раствором тиосульфата натрия, взятом в эквивалентном количестве. Иногда для удаления гипохлоритов используют 3%-ный раствор пероксида водорода. Цветность воды может быть снижена при фильтровании ее через слой активированного угля или макропористого анионита. Свободный углекислый газ удаляется путем продувания воздуха через анализируемую воду. Если в воде наряду с гидрокарбонатами в заметном количестве присутствуют гидросиликаты, силикаты, гидросульфиты, сульфиды или другие соединения, вызывающие щелочность воды, то для вычислений карбонатной (гидрокарбонатной) щелочности необходимо вычесть из полученного результата данные, полученные при определении этих компонентов (в мг-экв/л). Для вод с малой величиной щелочности для получения более точного результата (менее 0,2 мг-экв/л) необходимо использовать 0,05 н растворы кислот (соляной или серной).

Определение щелочности воды может проводиться объемным методом нейтрализации и электрометрическим (по величине рН).

Рекомендуем также

Loading...Loading...