Определение водородного показателя (рН)

Водородный показатель представляет собой отрицательный логарифм концентрации водородных ионов в растворе: рН = –lg[Н+] (Муравьев, 2004).

Величина рН воды – один из важнейших показателей качества вод. Она имеет большое значение для химических и биологических процессов, происходящих в природных водах. От нее зависит развитие и жизнедеятельность гидробионтов, микроорганизмов; устойчивость различных форм миграции элементов, агрессивное действие воды на металлы и бетон. Величина рН также влияет на процессы превращения различных форм биогенных элементов, изменяет токсичность загрязняющих веществ.

Величина рН воды водоемов хозяйственно-питьевого, культурно- бытового и рыбохозяйственного назначения регламентируется в пределах 6,5–8,5, Определение проводили по цвету кислотно-основного индикатора, зафиксированного на индикаторной бумаге. Возникшую окраску индикатора сравнивали с окраской стандарта. Результаты выражали в десятых долях рН и считали приближенными (Пименова, 2011).

Определение общей жесткости

Жесткость воды – одно из важнейших свойств, имеющее большое значение при водопользовании. Если в воде находятся ионы металлов, образующие с мылом нерастворимые соли жирных кислот, то в такой воде затрудняется образование пены при стирке белья или мытье рук, в результате чего возникает ощущение жесткости (Пименова, 2011).

Жесткость воды обусловлена присутствием растворимых и малорастворимых солей-минералов, в грунтовых природных водах практически исключительно кальция ( ) и магния ( ). Величина жесткости воды может варьироваться в широких пределах в зависимости от типа пород и почв, слагающих бассейн водосбора, а также от сезона года, погодных условий. Из всех солей, относящихся к солям жесткости, выделяют гидрокарбонаты, сульфаты и хлориды. Содержание других растворимых солей кальция и магния в природных водах обычно очень мало. Суммарная жесткость воды, т.е. общее содержание растворимых солей кальция и магния, получила название общей жесткости.

Метод определения общей жесткости как суммарной массовой концентрации катионов кальция и магния основан на реакции солей кальция и магния с реактивом – трилоном Б (двунатриевой солью этилендиаминтетрауксусной кислоты) (Муравьев, 2004)

R® СаR+2

+ R® MgR+2

где R – радикал этилендиаминтетрауксусной кислоты –

NС N(С

Анализ проводили в аммиачном буферном растворе при рН 10,0–10,5 титриметрическим методом в присутствии индикатора хром темно-синего кислотного [7].

Общую жесткость ( ) в ммоль/л экв. вычисляют по формуле:

=

где: – объем раствора трилона Б, израсходованного на титрование, мл;

Н – концентрация титрованного раствора трилона Б, моль/л экв.;

– объем воды, взятой на анализ, мл;

1000 – коэффициент пересчета единиц измерения из моль/л в ммоль/л.

Допустимая величина общей жесткости для питьевой воды источников нецентрализованного водоснабжения составляет не более 7 ммоль/л экв. (в отдельных случаях – до 10 ммоль/л экв.), лимитирующий показатель вредности – органолептический (Муравьев, 2004).

Определение нитратов

Нитраты являются солями азотной кислоты и обычно присутствуют в воде. Нитратобразующие бактерии превращают нитриты в нитраты в аэробных условиях. Под влиянием солнечного излучения атмосферный азот превращается также преимущественно в нитраты посредством образования оксидов азота. Многие минеральные удобрения содержат нитраты, которые при избыточном или нерациональном внесении в почву приводят к загрязнению водоемов. Источниками загрязнения нитратами являются также сточные воды предприятий, поверхностные стоки и т.п (Пименова, 2011).

Повышенное содержание нитратов в воде может служить индикатором загрязнения в результате распространения фекальных либо химических загрязнений. Питьевая вода и продукты питания, содержащие повышенное количество нитратов, могут вызывать заболевания, и в первую очередь у младенцев (так называемая метгемоглобинемия). Вследствие этого расстройства ухудшается транспортировка кислорода с клетками крови и возникает синдром «голубого младенца» (гипоксия) (Пименова, 2011).

Смертельная доза нитратов для человека составляет 8–15 г. Допустимое суточное потребление по рекомендациям ФАО/ВОЗ – 5 мг/кг массы тела. ПДК по нитратам составляет 45 мг/л (Сапожникова, 2009).

Метод основан на реакции нитратов с салициловокислым натрием в присутствии серной кислоты с образованием соли нитросалициловой кислоты, окрашенной в желтый цвет (ГОСТ, 1973).

Содержание нитратов (X), мг/ , вычисляют по формуле в пересчете на нитратный азот (ГОСТ, 1973)

X = С,

где С - содержание нитратов, найденное по графику, мг/

Определение железа общего

Железо – один из самых распространенных элементов в природе. Его содержание в земной коре составляет около 4,7% по массе, поэтому железо с точки зрения его распространенности в природе принято называть макроэлементом. Известно свыше 300 минералов, содержащих соединения железа.

В малых концентрациях железо всегда встречается практически во всех природных водах и особенно – в сточных водах.

Поскольку соединения железа в воде могут существовать в различных формах как в растворе, так и во взвешенных частицах, точные результаты могут быть получены только при определении суммарного железа во всех его формах, так называемого общего железа (Пименова, 2011).

В данной работе для определения общего железа в воде использовали метод соответствующий ГОСТ 4011. Он является визуально-колориметрическим и основан на способности катиона железа(II) в интервале рH 3–9 образовывать с ортофенантролином комплексное оранжево-красное соединение. Реакцию можно представить схемой (Муравьев, 2004).

При наличии в воде железа(III), оно восстанавливается до железа(II) солянокислым гидроксиламином в нейтральной или слабокислой среде:

+2N ОH´HСl = + +2 О+2HСl+2

Таким образом определяется суммарное содержание железа(II) и железа(III). Анализ проводился в ацетатном буферном растворе где рН 4,5–4,7. Концентрацию железа в анализируемой воде определяли по окраске пробы, визуально сравнивая ее с окраской образцов на контрольной шкале (Муравьев, 2004).

ПДК общего железа в воде водоемов составляет 0,3 мг/л, лимитирующий показатель вредности – органолептический (Государственный доклад...,2014).

Определение хлоридов

Хлориды присутствуют практически во всех пресных поверхностных и грунтовых водах, а также в питьевой воде в виде солей металлов. Если в воде присутствует хлорид натрия, она имеет соленый вкус уже при концентрациях свыше 250 мг/л; в случае хлоридов кальция и магния соленость воды возникает при концентрациях свыше 1000 мг/л. Именно по органолептическому показателю – вкусу установлена ПДК для питьевой воды по хлоридам (350 мг/л), лимитирующий показатель вредности – органолептический.

Большие количества хлоридов могут образовываться в промышленных процессах концентрирования растворов, ионного обмена, высоливания и т.д., образуя сточные воды с высоким содержанием хлорид-аниона. Высокие концентрации хлоридов в питьевой воде не оказывают токсического воздействия на человека, хотя соленые воды очень коррозионно активны по отношению к металлам, пагубно влияют на рост растений, вызывают засоление почв (Пименова, 2011).

Использованный метод для определения массовой концентрации хлорид-аниона описан в ГОСТ 1030 и ИСО 9297. Он основан на титровании хлорид-анионов раствором нитрата серебра, в результате чего образуется суспензия практически нерастворимого хлорида серебра:

+

В качестве индикатора использовался хромат калия, который реагирует с избытком нитрата серебра с образованием хорошо заметного оранжево-бурого осадка хромата серебра:

+ =

Данный метод получил название метода аргентометрического титрования. Титрование можно выполнять в пределах рН 5,0–8,0. Массовую концентрацию хлорид-аниона ( ) в мг/л вычисляют по уравнению:

= ,

где: – объем раствора нитрата серебра, израсходованный на титрование, мл;

Н – концентрация титрованного раствора нитрата серебра с учетом поправочного коэффициента, моль/л экв.;

– объем воды, взятой на анализ, мл;

35,5 – эквивалентная масса хлора;

1000 – коэффициент пересчета единиц измерений из г/л в мг/л (Муравьев, 2004).

Определение сульфатов

Сульфаты – распространенные компоненты природных вод. Их присутствие в воде обусловлено растворением некоторых минералов – природных сульфатов (гипс), а также переносом с дождями содержащихся в воздухе сульфатов. Последние образуются при реакциях окисления в атмосфере оксида серы (IV) до оксида серы (VI), образования серной кислоты и ее нейтрализации (полной или частичной):

2S + =2S

S + О = S

Сульфаты в питьевой воде не оказывают токсического воздействия на человека, однако ухудшают вкус воды: ощущение вкуса сульфатов возникает при их концентрации 250–400 мг/л (Муравьев, 2004).

Метод определения массовой концентрации сульфат-аниона основан на реакции сульфат-анионов с катионами бария с образованием нерастворимой суспензии сульфата бария по реакции:

+ = BаS ¯

О концентрации сульфат-анионов судят по количеству суспензии сульфата бария, которое определяют турбидиметрическим методом. Предлагаемый, наиболее простой, вариант турбидиметрического метода основан на измерении высоты столба суспензии по его прозрачности и применим при концентрациях сульфат-анионов не менее 30 мг/л. Анализ выполняли в прозрачной воде. Для работы необходим мутномер – несложное приспособление, которое может быть изготовлено и самостоятельно. ПДК сульфатов в воде водоемов хозяйственно-питьевого назначения составляет 500 мг/л, лимитирующий показатель вредности – органолептический (Муравьев, 2004).