Практикум по экологическому мониторингу окружающей среды Учебное пособие

Вид материала

Практикум

Содержание Вкус и запах воды, предназначенной для питьевых целей при 20 Цветность природных вод Предельно допустимая величина цветности в питьевых водах 20 Мутность питьевой воды согласно санитарным нормам, действующим в нашей стране не должна превышать 1,5 мг/л по каолину. Ход определения. В водоемах - источниках водоснабжения сухой остаток не должен превышать 1000 мг/л. Сухой остаток Ход определения. Потенциометрический метод Норматив на БПК Аппаратура, реактивы Ход определения. 3.2.3.Определение БПК в воде, содержащей свободный хлор Оборудование, реактивы Определение нормальности Определение общей жесткости пробы.

Подобный материал:

• Г. В. Плеханова (технический университет) М. А. Пашкевич, В. Ф. Шуйский экологический, 1176.09kb.
• В. Н. Масляев охрана окружающей среды учебное пособие, 1544.73kb.
• Черноморец Альберт Евгеньевич доктор юридических наук, профессор Алексеев Алексей Павлович, 1348.21kb.
• 1. 13. Федеральная служба по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, 60.92kb.
• Мониторинг загрязнения окружающей среды на сети наблюдений гу «Алтайский цгмс», 65.15kb.
• Практикум для вузов Москва владос губарева Л. И., Мизирева О. М., Чурилова Т. М., Практикум, 2037.65kb.
• Учебное пособие санкт-петербург 2 004 удк 669. 2/8; 669. 4 (075. 80) Ббк 34., 990.55kb.
• Учебное пособие Санкт-Петербург 2000 удк 681, 344.56kb.
• Учебное пособие содержит лекции по методологии истории экономики, по развитию экономических, 90.36kb.
• Учебное пособие Миронова Т. Л., Подсолонко Е. А. Менеджмент окружающей среды. Симферополь,, 1405.95kb.

- запахи искусственного происхождения, вызываемые примесями некоторых промышленных сточных вод. Их называют по соответствующим веществам: фенольный, хлорфенольный, камфорный, бензинный, хлорный и т.д.

Интенсивность запаха оценивают по 5-бальной шкале, приведенной в табл. 3 (ГОСТ 3351).

Таблица 3

Шкала интенсивности запахов в воде

Оценка интенсивности запаха	Интенсивность запаха	Характер проявления запаха
0	никакого запаха	отсутствие ощутимого запаха
I	очень слабая	запах не замечаемый потребителем, но об-наруживаемый при тщательном исследовании (при нагревании воды)
II	слабый	запах, обнаруживаемый потребителем, если обратить на это внимание
III	заметная	запах,легко обнаруживаемый; вода неприятна для питья
IV	отчетливая	запах, обращающий на себя внимание, может заставить воздержаться от питья
V	очень сильная	запах, настолько сильный что делает воду непригодной для питья

Чистые природные воды запахов не имеют.

Вкус и привкус также определяют органолептически по 5-бальной шкале (ГОСТ 3351 ). Различают 4 вида вкуса: соленый, горький, сладкий, кислый. Остальные виды вкусовых ощущений называют привкусами ( щелочной, железистый, металлический, вяжущий и др.)

Вкус и запах воды, предназначенной для питьевых целей при 20⁰С не должны быть более 2 баллов.

Аппаратура: коническая колба 150 – 250 мл; часовое стекло; электроплитка.

Материал: вода водоема.

Ход определения. Исследуемой водой наполняют 2/3 объема колбы емкостью 150 – 250 мл, накрывают часовым стеклом и встряхивают вращательными движениями. Затем открывают колбу и определяют запах. Оценку интенсивности запаха проводят при 60⁰С, для чего воду в колбе нагревают.

Определение вкусов и привкусов ведется с заведомо безопасной в эпидемиологическом отношении водой при 20⁰С. Воду набирают в рот малыми порциями и задерживают на 3 – 5 сек, не проглатывая. Отмечают наличие вкуса ( соленый, горький, кислый, сладкий ) или привкуса и их интенсивность в баллах по шкале, аналогично определению интенсивности запаха.

2. . Определение цветности и окраски воды
   

Цветность – показатель качества воды, характеризующий интенсивность ее окраски и обусловленный содержанием окрашенных соединений.

Цветность природных вод обусловлена наличием в воде гуминовых и фульвокислот, их солей и соединений железа. Ее определяют после предварительного отстаивания пробы.

Можно определять цветность качественно ( ГОСТ 1030 ), характеризуя цвет воды в пробирке высотой 10 – 12 см, рассматривая ее сверху на белом фоне при достаточном боковом освещении. Например, слабо-желтая, желтая, интенсивно-желтая, коричневая, красно-коричневая и т.д.

Однако, чаще используют метод количественного определения цветности (ГОСТ 3351).

Измерение проводят визуально- колориметрическим сравниванием цвета пробы со стандартным раствором, имитирующим природную цветность и приготовленным из бихромата калия и сульфата кобальта в разных соотношениях (табл. 4 ).

Прямого соответствия между цветностью и количеством веществ, вызывающих окраску нет, поэтому степень цветности выражают не в мг/л , а в градусах хромово-кобальтовой шкалы.

Предельно допустимая величина цветности в питьевых водах 20⁰ по хромово- кобальтовой шкале цветности.

В отдельных случаях, по согласованию с органами санитарного надзора, допускается цветность до 35⁰.

Материал: вода водоема.

Ход определения. Приготавливают шкалу цветности, для чего смешивают раствор №1

( 0,0875 г K₂Cr₂O₇ + 2 г CoSO₄•7H₂O + 1мл H₂SO_4конц + дистиллированная вода до 1 л ), который соответствует цветности 500 и раствор №2 ( 1 мл H₂SO_4конц, доведенный дистиллированной водой до объема 1 л ).

Таблица 4

Соотношение растворов для приготовления шкалы цветности.

Раствор №1, мл	0	1	2	3	4	5	6	8	10	12	14
Раствор №2, мл	100	99	98	97	96	95	94	92	90	88	86
Цветность	0	5	10	15	20	25	30	40	50	60	70

Растворы наливают в цилиндры емкостью 100 мл. и получают шкалу цветности.

Шкалу хранят в темном месте и через 1 – 2 месяца ее заменяют.

В цилиндр наливают 100 мл профильтрованной воды и сравнивают со шкалой цветности (рис.1), просматривая цилиндры сверху на белом фоне.

У сточных вод определяют окраску, которая обусловлена, в основном, красителями, используемыми особенно широко на предприятиях легкой промышленности.

Окраска определяется визуально в фильтрованных пробах в цилиндрах из бесцветного стекла ( розовая, слабо- желтая , буроватая и т.д. ), интенсивность окраски характеризуют степенью разбавления исследуемой воды дистиллированной , при которой окраска исчезает. Цилиндры, в которые наливают исследуемую и дистиллированную воду просматривают сверху на белом фоне. Результат записывают отношением, например, 1 : 500 ( 1 часть исследуемой пробы, 500 - сумма 499 частей разбавляющей воды и 1 части исследуемой ).



Рис. 1. Цилиндры для колориметрирования

Цветность можно более точно определить на фотоколориметре. Для этого строят градуировочный график по хромово-кобальтовой шкале цветности. Растворы с различной цветностью фотометрируют в кювете на 5 см в синей части спектра относительно профильтрованной дистиллированной воды.

3. Определение мутности воды
   

Мутность природных вод обусловлена присутствием нерастворимых и коллоидных веществ неорганического ( глина, песок, гидроксид железа ) и органического ( илы, микроорганизмы, планктон, нефтепродукты ) происхождения.

Качественное определение степени мутности проводят визуально- по степени мутности столба высотой 10 – 12 см в мутномерной пробирке. Пробу описывают следующим образом: прозрачная; слабо опалесцирующая; опалесцирующая; слабо мутная; мутная; очень мутная (ГОСТ 1030)

Количественно мутность определяют фотометрически: турбидиметрически- по ослаблению проходящего света или нефелометрически – по светорассеянию в отраженном свете (ИСО 7027). Для этого сравнивают пробу со стандартным раствором, мутность которого создается внесением в дистиллированную воду стандартной суспензии диоксида кремния SiO₂ или каолина

( тонкодисперсной породы продуктов выветривания полевых шпатов ) . Результаты выражают в мг/л.

Мутность питьевой воды согласно санитарным нормам, действующим в нашей стране не должна превышать 1,5 мг/л по каолину.

Аппаратура, реактивы: фотоэлектроколориметр; цилиндр на 100 мл; стандартные суспензии каолина.

Материал: вода водоема.

Ход определения. Мутность воды определяют турбидиметрически путем сравнения проб исследуемой воды со стандартными суспензиями ( 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 1,0; 1,5, 5,0 мг/л каолина ). По оптическим плотностям стандартных суспензий и соответствующим им концентрациям строят калибровочный график. Для измерений используют ФЭК с зеленым светофильтром.

3. Определение прозрачности воды
   

Прозрачность, или светопропускание воды обусловлена ее цветом и мутностью, т.е. содержанием в ней различных окрашенных и минеральных веществ. Прозрачность определяют наряду с мутностью, особенно в тех случаях, когда вода имеет незначительную окраску и мутность, которые затруднительно обнаружить.

Прозрачность определяют в цилиндрах из бесцветного стекла высотой 30 – 50 см с плоским дном (рис.2). Мерой прозрачности служит высота столба воды, через который можно прочитать текст, напечатанный специальным шрифтом (средней жирности, высотой 3,5 мм ) или же четко видеть крест, нанесенный черными линиями толщиной 1 мм ( ИСО 7027 ).Результаты выражают в сантиметрах с указанием способа измерения ( “по шрифту Снеллена» или “по кресту”). Воды, подаваемые для питьевого водоснабжения должны иметь прозрачность не менее 30 см.

Аппаратура: цилиндр с плоским дном; шрифт, высота букв которого составляет 3,5 мм, а ширина линий букв – 0,35 мм.

Материал: вода водоема.

Ход определения. Исследуемую воду наливают в цилиндр, который устанавливают на высоте 4см над штифтом и через краник сливают воду до тех пор, пока можно будет прочитать отдельные слова текста.



Рис. 2 Цилиндр для определения прозрачности воды

Таблица 5

Взаимосвязь прозрачности с содержанием взвешенных веществ

Прозрачность	По шрифту Снеллена	Содержание взвеси, мг/дм3
Прозрачная Слабомутная Среднемутная Мутная Очень мутная	30 25 – 30 20 – 25 10 – 20 < 10	< 5 5 – 20 20 – 50 50 – 300 > 300

При содержании взвешенных веществ менее 3мг/л определение прозрачности становится затруднительным из-за применения цилиндра большой высоты. В этом случае определяют величину, обратную прозрачности – мутность воды (см. раздел 1.3).

Прозрачность природных вод также определяют по опускаемой в водоем белой пластине определенных размеров, известной как диск Секки (ИСО 7027). Диск Секки представляет собой диск, отлитый из бронзы, покрытый белой краской и прикрепленный к цепи ( шнуру ).диск обычно имеет диаметр 200 мм с шестью отверстиями, каждое диаметром 55 мм, расположенными по кругу диаметром 120 мм. Его опускают в воду настолько, чтобы он был едва заметен. Измерения проводят с моста, обрывистого берега или наклонных над водой деревьев.

Контрольные вопросы

1. 
   Как производится определение физических и органолептических свойств воды? Что такое балльная система оценки вкуса и запаха?
   
2. Как определяются прозрачность, мутность и цветность воды?
   
3. При определении цветности воды ее окраска совпала с 5-м цилиндром хромовокобальтовой шкалы. Какова цветность воды и соответствует ли она нормам?
   
4. Какой из показателей качества воды определяют с помощью текста, напечатанного специальным шрифтом?
   
5. Какому баллу соответствует заметная интенсивность запаха питьевой воды?
   
6. Какая цветность и прозрачность допускается нормативами для питьевой воды?
   
7. Дайте гигиеническую оценку органолептическим свойствам воды из шахтного колодца: прозрачность – более 30 см, цветность – 30⁰, запах и вкус – землистые, 2 балла.
   
8. Для чего при определении показателей качества воды используется каолин?
   
9. Какой из показателей качества воды характеризуется степенью разбавления исследуемой воды дистиллированной?
   

Работа №2. Определение в воде взвешенных и оседающих веществ и сухого остатка

1. Определение в воде взвешенных веществ
   

Взвешенные вещества ( грубодисперсные примеси ) – количество загрязнений, которые задерживаются на бумажном фильтре при фильтрации пробы. Они представляют частицы глины, песка, ила, планктона и различных микроорганизмов.

Для фильтрования загрязненных вод используют фильтры типа

“ белая лента” или “синяя лента”, а при исследовании воды с загрязнением не более 25 мг/л – тонкие мембранные фильтры.

Аппаратура: аналитические весы; сушильный шкаф; фильтры.

Материал: вода водоема.

Ход определения. Фильтр со взвешенными веществами высушивается при 105⁰С до постоянной массы, количество примесей определяют гравиметрическим методом по разнице массы фильтра до и после фильтрации. Этот показатель используют для расчета отстойников и определения количества образующихся осадков. В городских сточных водах концентрация взвешенных веществ достигает 100 - 500 мг/л.

2. Определение в воде оседающих веществ
   

Оседающие вещества – часть взвешенных веществ, которые оседают на дно отстойного цилиндра за 2 часа отстаивания. Время отстаивания определено экспериментально и является оптимальным.

Осадок характеризуют по следующим параметрам:

- нет, незначительный, заметный, большой с указанием толщины слоя в мм;

- хлопьевидный, илистый, песчаный;

- по цвету: серый, бурый, черный и т.д.

Аппаратура: цилиндры Лысенко (рис. 3) объемом 0,5 или 1 л, нижняя часть их представляет пробирку с тонкой градуировкой до 0,1 мл.

Материал: вода водоема.

Ход определения. Исследуемую воду наливают в цилиндр Лысенко и через 2 часа отстаивания характеризуют осадок по внешнему виду и указывают толщину слоя в мм. Затем осадок переносят в стакан и определяют оседающие вещества по массе также как и взвешенные вещества. В городских сточных водах оседающие вещества составляют 65-75% взвешенных веществ по массе.




Рис. 3. Цилиндр Лысенко

2.3. Определение сухого остатка

Сухой остаток характеризует общее содержание в воде растворенных минеральных и частично органических веществ, температура кипения которых превышает 105 - 110⁰С, нелетучих с водяным паром и не разлагающихся при этой температуре.

В водоемах - источниках водоснабжения сухой остаток не должен превышать 1000 мг/л. Употребление человеком воды с повышенным солесодержанием вызывает различные заболевания.

Лишь в отдельных случаях, по согласованию с органами санитарно-эпидемиологической службы допускается его содержание до 1500 мг/л.

Сухой остаток определяют гравиметрическим методом, основанном на определении веса высушенного остатка, полученного после выпаривании пробы. Перед определением пробу необходимо фильтровать либо отстаивать для отделения от взвешенных веществ.

Аппаратура: муфельная печь; тигли; мерный цилиндр; аналитические весы.

Материал: вода водоема.

Ход определения. Пробы воды выпаривают и высушивают остаток при 110⁰С до постоянной массы. Величину сухого остатка ( в мг/л ) вычисляют по формуле:

М_СО = ,

где : М₁, М₂ – масса тигля с сухим остатком и пустого тигля, мг

V – объем воды, взятой для определения, мл

10⁶ – коэффициент пересчета единиц измерения из г/мл в мг/л.

Для многих технологических целей определяют потери при прокаливании и зольность ( %). Зольность характеризует содержание примесей, не улетучивающихся при температуре «красного каления». Для этого проводят прокаливание при температуре 500 – 600⁰С . Выгорают, т.е. улетучиваются в виде оксидов, углерод, водород, азот, сера и другие примеси. Остаток, называемый золой, после охлаждения взвешивают. Потери при прокаливании - это абсолютное количество улетучившихся примесей (мг/л).

Контрольные вопросы

1. Как определяется сухой остаток и каково гигиеническое значение этого показателя?
   
2. Для определения какого показателя качества воды проводят ее отстаивание?
   
3. Для определения каких показателей качества воды используют выпаривание пробы?
   
4. Что такое зольность и как она определяется?
   

Работа №3. Определение показателей, характеризующих химический состав воды

Вода хозяйственно-питьевого назначения отвечает гигиеническим требованиям, если она имеет постоянный химический состав, концентрации минеральных и органических веществ не превышают предельно допустимых, нет косвенных показателей ее загрязнения, отсутствуют ядовитые вещества.

К химическим показателям качества воды относят следующие: содержание ионов водорода, кислотность, щелочность, содержание растворенных газов, солей, обусловливающих жесткость, химическая потребность в кислороде ( ХПК ), биохимическая потребность в кислороде ( БПК ), а также содержание железа, хлоридов, сульфатов, фосфатов и ионов металлов, определение которых проводят по стандартным химическим методикам.

3.1. Определение активной реакции среды ( рН )

Водородный показатель рН представляет собой отрицательный логарифм концентрации водородных ионов в растворе: рН = - lg [H⁺]

Величина концентрации ионов водорода имеет большое значение для химических и биологических процессов, происходящих в природных водах. От величины рН зависят развитие и жизнедеятельность водных растений, устойчивость различных форм элементов, агрессивное действие воды на металлы и бетон.

Источником ионов Н⁺ являются:

- соли тяжелых металлов, попадающих в воду и подвергающиеся в ней гидролизу;

- гумусовые кислоты, присутствующие в почвах;

- кислые сточные воды и др.

Величина рН в природных водах варьирует от 4,6 до 8,5; в речных водах она составляет 6,5 – 8,5; в атмосферных осадках 4,6 – 6,1; в болотах 5,5 – 6,0; в морской воде 7,9 – 8,3. Концентрация ионов водорода подвержена сезонным колебаниям. Зимой для большинства речных вод рН = 6,8 – 7,4, а летом 7,4 – 8,2.

Для всего живого в воде (за исключением некоторых кислотоустойчивых бактерий) минимально возможная величина рН = 5.

В питьевой воде допускается рН = 6,0 – 9,0; в воде водоемов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения - 6,5 – 8,5.

Для определения рН используют потенциометрию и визуальную колориметрию. Потенциометрия предполагает измерение водородного показателя с помощью рН-метров, имеющих достаточно высокую точность (до 0,1 единиц рН и менее ).

В визуальной колориметрии для измерений используют тест-комплекты, основанные на реакции индикатора с водородными ионами с изменением окраски раствора. Точность тест-комплектов около 0,5 единиц рН.

В некоторых случаях (для быстрого анализа неизвестных растворов ) используют индикаторную бумагу, имеющую точность определения рН не более ±1, что недостаточно для анализа питьевой и природной воды.

Аппаратура: рН-метр; эталонные растворы; дистиллированная вода; стаканчики на 200мл – 4 шт.; фильтровальная бумага.

Материал: воды грунтовые, поверхностные и сточные.

Ход определения. Потенциометрический метод основан на измерении разности потенциалов на границах между внешней поверхностью стеклянной мембраны электрода и исследуемым раствором с одной стороны и внутренней поверхностью мембраны и стандартным раствором - с другой стороны. Стандартный раствор имеет постоянную активность ионов водорода, поэтому потенциал на внутренней поверхности мембраны не меняется . Сдвиг рН на единицу вызывает изменение потенциала электрода на 58,1 мВ при 20⁰С. Метод отличается высокой точностью до 0,02. Результат определения не зависит от окраски, мутности, присутствия окислителей или восстановителей. Для измерения рН можно пользоваться рН-метрами различных марок. Перед началом работы ознакомиться с инструкцией на прибор. Определить рН поверхностной, грунтовой и сточной воды.

Контрольные вопросы

1. Что такое рН?
   
2. На каком принципе основано определение рН?
   
3. Какие требования по величине рН предъявляются к воде хозяйственно-питьевого назначения?
   

3.2. Определение биохимического потребления кислорода

В природной воде водоемов всегда присутствуют органические вещества, которые разрушаются бактериями, претерпевая аэробное биохимическое окисление с образованием двуокиси углерода. На окисление расходуется растворенный в воде кислород и его убыль косвенно является мерой содержания в воде органических веществ. Соответствующий показатель качества воды, характеризующий суммарное содержание в воде органических веществ, называется биохимическим потреблением кислорода (БПК).

БПК – количество кислорода в миллиграммах, требуемое для окисления находящихся в 1л воды органических веществ в аэробных условиях, без доступа света, при 20⁰С, за определенный период в результате протекающих в воде биохимических процессов.

Методом биохимического потребления кислорода определя­ют количество растворенного кислорода (в миллиграммах на 1 л воды), которое требуется для окисления органического вещества аэробными бактериями.

Время, нужное для полной минерализации органического веще­ства, зависит при прочих равных условиях от природы органических веществ, содержащихся в испытуемой жидкости. К легкоокисляющимся («биологически мягким») веществам относятся формальдегид, сахара, спирты, фенолы; к тяжело окисляющимся («биологически жестким») – неионогенные ПАВ, гидрохинон; к нормально окисляющимся – нафтолы, крезолы, анионогенные ПАВ, гидрохинон и др.

Обычно определяют БПК за 5 суток инкубации ( БПК₅ ), однако содержание некоторых соединений более нормативно характеризуется величиной БПК за 10 суток

( БПК₁₀ ) или за период полного окисления ( БПК_полн.).

В поверхностных водах величина БПК₅ колеблется в пределах от 0,5 – 5,0 мг/л; она подвержена сезонным и суточным изменениям, что связано с изменением температуры и биохимической активности микроорганизмов.

Норматив на БПК_полн. не должен превышать: для водоемов хозяйственно-питьевого водопользования- 3мг/л, для водоемов культурно-бытового водопользования – 6 мг/л, а БПК₅ для тех же водоемов 2 мг/л и 4 мг/л соответственно.

Определить истинное значение полного БПК сложно, так как при малом содержании в пробе органических веществ одновремен­но с их окислением идет процесс нитрификации.

Нитрификация протекает под воздействием особых нитрифицирующих бактерий. Эти бактерии обеспечивают окисление азотсодержащих соединений, которые обычно присутствуют в загрязненных природных и некоторых сточных водах, и тем самым способствуют превращению азота сначала из аммонийной в нитритную, а затем и нитратную формы по уравнениям:

2NH₄⁺ + 3O₂ = 2HNO₂ + 2H₂O + 2H⁺ + Q

2HNO₂ + O₂ = 2HNO₃ + Q

Количество кислорода, пошедшее на нитрификацию, может в несколько раз превышать количество кислорода, требуемое для биохимического окисления органических веществ. Нитрификация начинается примерно на седьмые сутки инкубации, поэтому при определении БПК за 10 и более суток необходимо вводить в пробу ингибиторы, подавляющие жизнедеятельность нитрифицирующих бактерий. Для этих целей используют тиомочевину, которую вводят в пробу или в разбавляющую воду в количестве 0,5 мг/мл.

Предлагаемый метод определения БПК до появления азота нитритов в количестве 0,1 мг/л с достаточной полнотой характе­ризует ход процесса биохимического окисления ( ИСО 5815 ).

Определение БПК производится в натуральной или в разбавленной пробе воды по разнице между содержа­нием растворенного кислорода в склянке в момент постановки опыта и после определенного периода инкубации. Разбавляющую воду добавляют в том случае, если в пробе очень много органических веществ. Пробы воды для определения БПК не консервируют, а анализируют сразу после отбора.

3.2.1.Определение БПК в натуральной пробе воды (без разбавления)

Для определения БПК воды с предполагаемым потреблением кислорода до 6 мг/л пробу воды отбирают в бутыль емко­стью 2 л. Температура воды должна быть 20±1°С; если температу­ра иная, то в лаборатории воду подогревают на водяной бане или
охлаждают до требуемой температуры и сильно встряхивают в течение 10 мин для насыщения кислородом воздуха. Если при 20°С содержание растворенного кислорода выше 9 мг/л, что наблюдается во время цветения воды в водоеме (т. е. во время сильного раз­вития водорослей), то жидкость перед анализом фильтруют через планктонную сеть), а избыток кислорода удаляют, так как при инкубации возможно выделение газообразного кислорода и вы­брасывание пробки. Для удаления избытка кислорода применяется один из следующих приемов: 1) отсасывание воздуха из бутыли, заполненной жидкостью наполовину (после того как вода примет температуру 20°С), встряхивание склянки ускоряет выделение кис­лорода;

2) пропускание через воду сжатого воздуха. При наличии в речной воде взвеси БПК определяется как без отстаивания, так и в пробе, предварительно отстоенной в течение 30 мин непосред­ственно на месте отбора проб.

Аппаратура, реактивы: кислородные калиброванные склянки для инкубирования проб; чашки Петри; термостат-инкубатор, обеспечивающий поддержание температуры (20±1)⁰С; оксиметр.

Материал: поверхностная вода водоема.

Из бутыли с помощью сифона воду наливают в 5 калиброван­ных склянок с притертыми пробками емкостью 200—250 мл, пред­варительно дважды ополоснутые испытуемой водой; затем стеклян­ную трубку сифона опускают на дно склянки и после вытеснения воды (в трехкратном объеме) наполняют склянки водой доверху и немедленно закрывают стеклянной пробкой, чтобы не оставалось пузырька воздуха. Затем эту же воду наливают в колпачки от склянок и, перевернув последние вверх дном, вставляют их в кол­пачки, вытесняя из последних воду, чтобы пузырьки воздуха из них попали в колпачки).

В одной из склянок с исследуемой водой тотчас же определяют растворенный кислород. Ход определения см. работу 3.4. Все осталь­ные склянки помещают в нормальном положении в термостаты и хранят при 20°С (с колебаниями ±1°) в течение определенного времени (2, 5, 7, 10 суток).

Время между заполнением склянок и фиксированием кислоро­да при определений его концентрации в нулевых пробах не долж­но превышать 16 мин.

3.2.2. Определение БПК с разбавлением исследуемой воды

При определении БПК загрязненных вод растворенного кислорода может не хватить для покрытия потребности воды в нем, в этом случае воду перед началом определения разбавляют дистиллированной водой, содержащей биогенные элементы.

Степень разбавления должна обеспечить остаточное содержание растворенного кислорода в конце инкубации не менее 3—4 мг/л и убыль кислорода 4—5 мг/л. Когда величина БПК неизвестна, необходимо делать несколько разбавлений, например: 1:1, 1:2, 1:4, потребность в больших разбавлениях может иметь место для очень сильно загрязненных речных вод. В таких случаях разбавление приблизительно можно установить по окисляемости; кратность раз­бавления составляет 3/4 величины содержания кислорода, опреде­ленного по перманганатной окисляемости.

Аппаратура: см. работу 3.4.1.

Реактивы. Разбавляющая вода готовится из дистиллированной воды, которая не должна содержать медь и свинец более 0,01 мг/л, цинк свыше 1 мг/л (ионы этих металлов могут попасть в дистиллиро­ванную воду из материала перегонного куба). Вода не должна так­ же содержать едкие щелочи, кислоты, активный хлор, хлорамины и другие бактерицидные вещества. Дистиллированную воду выдер­живают в бутылях, закрытых марлей в течение нескольких дней, при комнатной температуре (целесообразно, чтобы температура воды была 20°С). Сосуды, применяемые для этой воды, использовать для других целей нельзя (даже для приготовления разбавляющей воды). Перед применением разбавляющей воды в нее добавляют по 1 мл на 1 л следующие растворы:

а) фосфатный буферный раствор (запасной раствор). В 500 мл дистиллированной воды растворяют 8,5 г КН₂РО₄; 21,75 г К₂НРО₄; 33,4 г Na₂HPО₄∙7H₂O; 11,7 г NH₄C1 и затем объем доводят до 1 л. Величина рН этого раствора должна быть 7,2;

б) раствор сульфата магния. В дистиллированной воде растворяют 22,5 г MgSO₄∙7H₂O и разбавляют до 1 л;

в) раствор хлорида кальция. В дистиллированной воде растворяют 27,5 г хлорида кальция и разбавляют до 1 л;

г) раствор хлорида железа (III). В дистиллированной воде ра­створяют 0,25 г FeCl₃∙6H₂O и разбавляют до 1 л.

После прибавления солей воду хорошо перемешивают, но не аэрируют.

Материал: вода водоема. В случае транспортировки проб летом вода должна иметь температуру, близкую к нулю, для чего бутыль с водой помещается в экскурсионный ледник, а зимой воду предохраняют от замерза­ния, накладывая на бутыль пузырь с теплой водой. При наличии взвешенных веществ содержимое бутыли перемешивают перед каждым заполнением легким вращательным движением.

Ход определения. Мерную колбу посредством сифона заполняют до полови­ны разбавляющей водой, прибавляют точно отмеренное (пипеткой, мерной колбой или мерным цилиндром) количество исследуемой во­ды и доливают до метки разбавляющей водой. Колбу закрывают и содержимое тщательно перемешивают, переворачивая колбу 15 - 16 раз.

В связи с тем, что исследуемая вода может содержать неболь­шое количество бактерий, для интенсификации процесса можно сконцентрировать бактериальную биомассу на мембранном фильтре № 3, предварительно профильтровав воду через бумажный фильтр для удаления планктонных организмов. На 1 л разбавляющей воды достаточно обычно профильтровать 100 мл исследуемой воды. Сконцентрированную на фильтре биомассу смывают в стаканчик небольшим количеством воды и переливают в колбу с разбавляю­щей водой. Воду, обогащенную бактериями, описанным выше спо­собом разливают в 5 калиброванных склянок (таким же способом, как при определении БПК в натуральной воде без разбавления). Одновременно наполняют разбавляющей водой 5 калиброванных склянок. Каждой пробе испытуемой воды должна соответствовать одна склянка с разбавляющей водой.

В одной из склянок с испытуемой водой и в одной из склянок с разбавляющей водой (нулевые пробы) тотчас же определяют раст­воренный кислород.

Все остальные склянки помещают в термостат и хранят при температуре 20±1⁰С.

Через 2, 5, 7, 10 суток от начала инкубации из термо­стата вынимают по одной склянке с испытуемой и с разбавляющей водой и определяют в них растворенный кислород и содержание нитритов. Нитриты определяют в воде, налитой в колпачок склян­ки, который снимают так же, как надевали (т. е. перевернув склянку вверх дном). Если в пробе начался

процесс нитрификации, что обнаруживается по появ­лению в воде нитритов в концентрации, превышающей 0,1 мг/л, то дальнейшее определение БПК не проводят. Если следы нитритов появляются на вторые или пятые сутки, то следующее определение производится через 4 и 7 суток соответственно. Если в лаборато­рии нет склянок с пришлифованными стеклянными колпачками, то для контроля за процессом нитрификации в термостат можно по­ставить дополнительно 8 неградуированных склянок любого разме­ра, наполненных той же водой (испытуемой и разбавляющей), и в них определять содержание нитритов после каждого срока инкуба­ции. Все склянки ставятся в термостате в сосуд, наполненный не­большим количеством дистиллированной воды, пробками вниз, так, чтобы горлышко склянок было погружено в воду, которая образует водяной затвор. Дистиллированную воду в сосуде обновляют при каждом определении. Если содержание азота нитритов в склянке будет больше 0,1 мг/л, определение растворенного кислорода про­изводится с азидом натрия, либо по одному из сле­дующих методов: 1) с сульфаминовой кислотой или с раствором мочевины (вариант А);

2) с бикарбонатом натрия (вариант Б).

Вариант А. В кислородную склянку, заполненную доверху пробой, добавляют 2 мл раствора сульфата марганца (40%), при этом наполненную пипетку погружают до самого дна кислородной склянки. Затем открывают верхний конец пипетки и ее медленно вынимают. Другой пипеткой прибавляют к пробе 2 мл раствора едкого кали (70%). Кончик пипетки при этом опускают только под уровень воды в горлышке кислородной склянки. Склянку осторожно закрывают, чтобы под пробкой не образовались пузырьки воздуха. Содержимое хорошо перемешивают (переворачиванием склянки) до образования хлопьевидного хорошо выпадающего осадка. Осадку дают отстояться и затем жидкость над осадком сифонируют, а к осадку добавляют 5 мл разбавленной серной кислоты. Полученный раствор переливают в колбу, склянку ополаскивают 3 раза неболь­шими порциями дистиллированной воды, которые вливают в ту же колбу. Затем в колбу добавляют 0,3 мл 40%-ного раствора суль­фаминовой кислоты или 0,3 мл 40%-ного раствора мочевины и пос­ле этого 2 мл 15%-ного раствора KJ. Через 5 мин раствор титруют 0,05Н раствором тиосульфата натрия с индикатором крахмалом.

Вариант Б. После растворения осадка гидроокиси марганца в колбу для титрования прибавляют 1 г бикарбоната натрия и оттитровывают выделившийся йод тиосульфатом натрия.

Надежным должно считаться определение БПК в тех пробах, где нитрификация только началась. Для большей достоверности получаемых результатов рекомендуется на инкубацию ставить па­раллельно 2 склянки; из найденных величин вычисляют среднюю.

Определение и расчет количества растворенного кислорода в пробе.

Расчет.

БПК_полн вычисляют по формуле

БПК_полн = ,

где А - начальное количество растворенного кислорода в воде, мг/л;

α — количество растворенного кислорода в воде после n суток инкубации, мг/л;

В — начальное количество растворенного кислорода в разбав­ляющей воде, мг/л;

b —количество растворенного кислорода в разбавляющей воде спустя n суток

инкубации, мг/л;

С — количество разбавляющей воды, мл;

V — объем исследуемой воды, взятый для анализа, мл.


3.2.3.Определение БПК в воде, содержащей свободный хлор

Вода, содержащая свободный хлор, перед определением должна быть освобождена от активного хлора, для чего ее обраба­тывают сульфитом натрия или тиосульфатом натрия. Для уста­новления требующегося количества сульфита натрия отбирают от­дельную порцию воды, подкисляют 0,02 Н соляной кислотой, при­бавляют 10 мл 10%-ного раствора химически чистого йодида калия и раствор крахмала и оттитровывают выделившийся йод раствором сульфита натрия до исчезновения синего окрашивания.

Количество тиосульфата натрия, необходимое для восстанов­ления свободного хлора, определяют также титрованием отдельной пробы. К 100 мл исследуемой воды прибавляют 10 мл 10%-ного раствора йодида калия и титруют 0,025Н раствором тиосульфата натрия с применением раствора крахмала в качестве индикатора.

На 100 мл пробы, предназначенной для определения БПК, при­бавляют раствор сульфита натрия или тиосульфита натрия в коли­честве, рассчитанном по результатам вышеописанного титрования, после чего пробу перемешивают.

Аппаратура: кислородные склянки с хорошо притертой косо срезанной пробкой, емкостью 200—250 мл со стеклянным пришлифованным колпачком, калиброванные с точностью до 0,1 мл; мерные колбы и пипетки; сифон; бутыль; термостат на 20°С с колебаниями не более ±1°С; склянки и мерная посуда для разведения должны быть очень тщательно вымыты, так как даже небольшое загрязнение дает увеличение БПК.

Склянки должны быть обезжирены хромовой смесью, тщательно отмыты от хромовой смеси и высушены.

Реактивы: сульфаминовая кислота, 40% -ный раствор; мочевина, 40%-ный раствор; бикарбонат натрия; тиосульфат натрия, 0,16 г безводного Na₂S₂0₃ растворяют в 100 мл дистиллированной воды непосредственно перед применением. Раствор неустойчив.

Сульфит натрия: 3,5 г кристаллического сульфита натрия Na₂S0₃*7H₂0 растворяют в 1 л воды.

Ход определения. После добавления растворов сульфита натрия или тио­сульфата натрия определение ведут так, как описано на в работе 3.2.2.

Контрольные вопросы

1. Что такое БПК? С какой целью ее определяют?

2. Как влияют на величину БПК процессы нитрификации?

3. С какой целью определяют БПК₅ и БПК_полн.?

4. Как определяют БПК в натуральной пробе без разбавления?

5. Как определяют БПК с разбавлением испытуемой воды?

6. Каковы особенности определения БПК в воде, содержащей свободный хлор?
   

3. Определение жесткости воды
   

Жесткость воды отражает содержание в ней ионов кальция и магния. Различают общую Ж_о, карбонатную Ж_к и некарбонатную Ж_нк жесткость.

Ж_о = Ж_к + Ж_нк

Карбонатная жесткость Ж_к обусловлена присутствием в воде гидрокарбонатов кальция и магния ( Са(НСО₃)₂, Mg(HCO₃)₂ ), а некарбонатная жесткость Ж_нк - хлористыми, сернокислыми и другими некарбонатными солями кальция и магния.

Различают также постоянную и временную (устранимую) жесткость. Устранимая жесткость определяется экспериментально и показывает на сколько уменьшилась жесткость воды за 1 час кипячения. За это время бикарбонаты переходят в малорастворимые карбонаты, что приводит к образованию накипи и уменьшению жесткости воды.

Ж_пост = Ж_о - Ж_вр

Общую Ж_о и карбонатную Ж_к жесткость воды определяют методом титрования.

Основным рабочим раствором является трилон Б – двунатриевая соль этилендиамин-тетрауксусной кислоты:




Определение суммарного содержания ионов кальция и магния основано на способности трилона Б образовывать с этими ионами прочные комплексные соединения в щелочной среде, замещая свободные ионы водорода на катионы Са²⁺ и Mg²⁺:

Ca²⁺ + Na₂H₂R → Na₂CaR + 2H⁺, где

R – радикал этилендиаминтетрауксусной кислоты.

В качестве индикатора используется хромоген черный, дающий с Mg²⁺ соединение винно-красного цвета; при исчезновении Mg²⁺ он приобретает голубую окраску. Реакция идет при рН ~ 10, что достигается добавлением в пробу аммиачного буферного раствора

(NH₄OH + NH₄Cl). В первую очередь связываются ионы кальция, а затем магния.

Определению мешают ионы меди (> 0,002 мг/л), марганца (> 0,05 мг/л), железа (> 1,0 мг/л), алюминия (> 2,0 мг/л).

Оборудование, реактивы: бюретка; пипетки: 15 мл и 100 мл; колба коническая 250 мл; капельница; мерный цилиндр 100 мл; раствор трилона Б ~0,05 Н; раствор MgSO₄ 0,05Н; аммиачный буферный раствор ((NH₄OH + NH₄Cl)); индикатор хромоген черный.

Материал: вода водоема.

Ход работы:

1. Определение нормальности трилона Б производится по стандартному 0,05 Н раствору MgSO₄.
   

В коническую колбу отмеряют пипеткой 15 мл 0,05Н раствор MgSO₄, добавляют 85 мл дистиллированной воды (до 100 мл мерным цилиндром), приливают 5 мл аммиачного буферного раствора и 5 капель индикатора хромогена черного, после чего проводят титрование раствором трилона Б (~0,05 Н).

Пробу титруют до появления голубой окраски от одной прилитой капли трилона Б, что свидетельствует об исчезновении ионов Mg²⁺.

Дальнейшее прибавление трилона Б не изменяет голубой окраски раствора, поэтому следует внимательно следить за постепенным изменением окраски от винно-красной через переходные окраски (фиолетовую, грязно-синюю) до голубой.

Титрование проводится дважды. Поправочный коэффициент к нормальности трилона Б рассчитывают по формуле:

К =

2. Определение общей жесткости пробы.

Пипеткой Мора отмеряют 100 мл испытуемой воды в коническую колбу, добавляют буферный раствор и индикатор (в том же количестве, что и при определении поправочного коэффициента), и титруют раствором трилона Б. определение повторяют и берут средний результат.

Вычисление общей жесткости в мг-экв/л производят по формуле:

Ж_о = ,

где:

n- количество трилона Б, израсходованное на титрование, в мл;

К – поправочный коэффициент к нормальности трилона Б;

V – объем пробы, в мл;

N – нормальность трилона Б.

Для питьевых целей предпочитают воду средней жесткости, для промышленных и хозяйственных целей – мягкую.