Анализ_качества_воды_и_природных_источников_2. Литературный обзор
 Скачать 3.11 Mb.
|
|
Органолептические показатели — характеристики анализ воды, пищи, иной продукции, которые могут быть оценены при помощи органов чувств человека: зрения, вкуса, осязания, обоняния, слуха. Безусловно, в первую очередь речь идет о качественных характеристиках объекта анализа, и уже во вторую - о количественных; стоит отметить, что эти критерии взаимосвязаны. Например, буроватый осадок на дне емкости с водой потенциально может быть вызван избыточным содержанием железа, а количество осадка - концентрацией железа в образце. Однако в современной аналитике чаще всего используются качественные характеристики, реже - количественные оценки в виде баллов, шкал, уровней. Органолептическая оценка качества воды – обязательная начальная процедура санитарно-химического контроля воды. При корректной оценке органолептических показателей (то есть с использованием таблиц, шкал, различных критериев сопоставления) специалисты говорят об органолептических измерениях. Усреднители применяют для регулирования состава или расхода сточных вод, поступающих на очистные сооружения. Иногда усреднение осуществляют по двум показателям одновременно. Это позволяет повысить эффективность и надежность работы устройств механической, биологической и физикохимической очистки. Усреднители выравнивают пиковые расходы и концентрации сточных вод, что позволяет разработать более экономичные очистные сооружения, так как при этом для расчета принимаются усредненные данные. Изменение концентрации в сточной воде может произойти в результате ее залпового сброса или вследствие циклических колебаний состава вод. Усреднение производят в контактных и проточных усреднителях. Контактные усреднители применяют при небольших расходах сточной воды, в периодических процессах и для обеспечения высоких степеней выравнивания концентраций. Чаще всего применяют проточные усреднители, которые представляют собой многокоридорные (многоходовые) резервуары или емкости, которые снабжены перемешивающими устройствами. Многокоридорные усреднители это прямоугольные или круглые резервуары, изготовленные из железобетона. Схема прямоугольного усреднителя сточных вод представлена на Принцип работы данного усреднителя заключается в следующем. Сточная вода попадает в распределительный лоток 1, из которого по желобам направляется в коридоры усреднителя и собирается затем в диагональные сборные лотки 3, из них сточная вода поступает. 1.3.2 Химический анализ воды представляет собой метод исследования качеств и свойств воды в лабораторных условиях. Анализу подлежит любая вода из природных источников (колодцев, скважин, подземных источников, водоемов и пр.), водопроводная вода центрального водоснабжения, бутилированная или дистиллированная вода. При проведения химического анализа проводится выявление характеристик по таким показателям как мутность, запах, цветность, щелочность, общая жесткость, водородный показатель, сухой остаток, гидрокарбонаты, марганец, железо общее, сульфаты, нитраты, калий, кальций и т.д. ХИМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ВОДЫ ОТ КОМПАНИИ «АКВА РЕСУРС» Компания «Аква Ресурс» предлагает отдельную услугу по проведению химического анализа воды из любых источников. По вашему желанию специалисты компании могут посетить объект для забора воды или же вы можете привезти на химический анализ воды самостоятельно взятую пробу. Вот несколько рекомендаций для подготовки пробы. Воду для анализа необходимо привозить в количестве не менее 1 литра. Для забора пробы необходимо использовать бутылку от минеральной или обычной воды, т.к. бутылки от соков, сладких газированных напитков или алкоголя могут исказить конечный результат анализа. Перед забором воды нужно слить воду в течение какого-то времени, промыть этой же водой бутылку и крышку. Набирать жидкость для проведения химического анализа нужно тонкой струйкой по стенке бутылки, чтобы избежать окисления содержащихся в жидкости соединений. Перед закручиванием крышки слегка надавите на бутылку, чтобы выпустить лишний воздух. Бутылку стоит наполнять, пока вода не начнет переливаться через край. Стоит отметить, что точность химического анализа напрямую зависит от промежутка времени, в течение которого проводится анализ: чем быстрее проба будет доставлена на исследование, тем выше будет точность. По назначению отстойники бывают: первичные (устраиваемые перед сооружениями биологической или физикохимической очистки); вторичные (устраиваемые после сооружений для биологической очистки для отделения очищенной воды от активного ила или биопленки). По характеру движения воды (по конструктивным признакам) отстойники делятся на три вида: горизонтальные; вертикальные; радиальные. Разновидностью отстойников являются также: двухъярусные отстойники; осветлители-перегниватели. В них происходит осветление сточной жидкости и одновременно перегнивание выпавшего осадка. Первичные отстойники применяют для выделения из сточных вод нерастворимых веществ, которые под действием гравитационных сил оседают на дно отстойника или всплывают на его поверхность. Достигаемый эффект осветления по взвешенным веществам составляет 40-60 % при продолжительности отстаивания 1-1,5 ч. Процесс также сопровождается одновременным снижением величины БПК в осветленной сточной воде на 20-40 % от исходного значения. Выбор типа и конструкции отстойников зависит от количества и состава производственных сточных вод, поступающих на очистку, характеристик образующегося осадка (уплотняемость, транспортируемость) и от местных условий строительной площадки очистных сооружений. Число отстойников принимают не менее двух, но и не более четырех: горизонтальный отстойник применяется для очистки бытовых и близких к ним по составу производственных сточных вод. Он представляет собой прямоугольный в плане железобетонный резервуар, разделенный перегородками на несколько отсеков (не менее двух) для возможности чистки и ремонта. В отстойнике происходит гравитационное осаждение взвешенных частиц за счет резкого снижения скорости движения жидкости. Их применяют на станциях производительностью более 15000 м3/сут. Продолжительность отстаивания составляет 0,5-1,5 ч. За это время основная масса взвешенных веществ выпадает в осадок. В качестве недостатка можно рассматривать наличие подвижной формы скребка. Недостатки всех рассмотренных типов отстойников: большие габариты и существенный расход материалов, применяемый для их изготовления, что приводит в их высокой стоимости; длительная продолжительность отстаивания относительно низкая эффективность очистки; наличие в процессе осветления турбулентного режима движения воды, что приводит к замедлению осаждения взвесей и уменьшению эффекта осветления. Воды большинства рек принадлежат к гидрокарбонатному классу. По составу катионов эта вода имеет почти исключительно преобладание кальция; гидрокарбонатные воды с преобладанием магния и натрия - крайне редкое явление. Из природных вод гидрокарбонатного класса наиболее распространены воды малой минерализации (суммарное содержание солей до 200 мг/л). Реки с водой, относящейся к сульфатному классу, сравнительно малочисленны. Они распространены преимущественно в степной полосе и частично в полупустынях. В составе катионов природных вод сульфатного класса, так же как и в водах гидрокарбонатного класса, преобладает кальций. Однако ряд рек сульфатного класса имеет преобладание натрия. По минерализации воды сульфатного класса значительно превосходят воды гидрокарбонатного класса. Речные сульфатные воды с малой (общее количество солей до 200 мг/л) и средней (общее количество солей с 200 до 500 мг/л) минерализацией встречаются сравнительно редко. Наиболее характерна для этих рек повышенная (общее количество солей с 500 до 1000 мг/л), а иногда и высокая (общее количество солей более 1000 мг/л) минерализация воды. Реки, воды которых относятся к хлоридному классу, встречаются почти так же редко, как и реки, в воде которых преобладают сульфаты. К этой территории относятся преимущественно степные районы и полупустыни. Преобладающими катионами природных вод хлоридного класса являются главным образом ионы натрия. Воды хлоридного класса отличаются высокой минерализацией - свыше 1000 мг/л, реже от 500 до 1000 мг/л. Приведенная характеристика ионного состава речной воды относится к периоду летней межени. До некоторой степени она характеризует состав и в период ледостава. Существенно иная, значительно меньшая минерализация воды наблюдается в период весеннего половодья. В распределении ионного состава речной воды на территории России наблюдается определенная закономерность. Имеется общая тенденция к увеличению минерализации воды на большей территории европейской части России с севера на юг и с запада на восток. Зональность ионного состава речных вод объясняется не только действием климатических условий настоящего времени, но и в значительной мере климатом прошлого. Степень выщелоченности почв и пород, наличие в них легкорастворимых солей или засоленность почв это естественный результат многовекового воздействия соответствующих климатических условий. Нарушают зональность химического состава воды рек на территории России различия состава пород и условий их залегания. Минерализация и химический состав воды озер в отличие от рек меняется в очень широких пределах. Реки с минерализацией воды свыше 100-200 мг/л, в каких бы условиях они ни находились, - очень редкое явление, в то время как минерализация воды озер бывает от очень низкой, в несколько десятков мг/л (т.е. мало отличающейся от дождевом) до очень высокой 3-3,5% (соляные озера с рассолом до предела насыщенного солями). Различие в минерализации отражается и на ионном составе воды озер. В нем наблюдаются закономерности, которые свойственны и химическому составу речной воды. С увеличением минерализации озерной воды происходит относительный рост ионов в ее составе в такой последовательности: HCO3->SO42->Cl-; Ca2+>Mg2+>Na+. При минерализации до 500-1000 мг/л в составе озерной воды преобладают гидрокарбонатные ионы, свыше 0,1% - чаще всего сульфатные, а по достижении 0,3-0,5% в зависимости от литологических особенностей водосборной площади - сульфатные или хлоридные воды. В составе катионов озерных вод преобладающая роль кальция сохраняется лишь до 0,1-0,2%. При дальнейшем росте минерализации эту роль начинают играть ионы натрия. Ионы магния, так же как и во всех других водах, сохраняют при всех минерализациях промежуточное положение. Причина подобного распределения ионного состава заключается в различной растворимости солей. Подавляющая часть пресных озер, так же как и рек, по составу вод гидрокарбонатно-кальциевые. Изменение соотношений между нонами от речных к морским водам объясняется последовательным достижением предела растворимости слаборастворимых солей по мере повышения минерализации воды. В сумме ионы и соединения главных компонентов составляют по массе 99,99 % массы всех растворенных в океанской воде минеральных веществ. Между элементами основного солевого состава океанской воды, между каждым из них и их суммой существует практическое постоянство соотношений концентраций. Окончательно его доказал У. Дитмар, выполнивший полный химический анализ (хлориды, сульфаты, кальций, магний, натрий) 77 проб воды, доставленных из всех океанов с различных глубин экспедицией на "Челленджере": в воде открытого океана независимо от абсолютной концентрации количественные соотношения между главными компонентами основного солевого состава всегда постоянны (закон Дитмара). Под влиянием испарения, атмосферных осадков, образования и таяния льдов изменяется лишь общее количество солей, содержащихся в морской воде, но их соотношения в пределах погрешностей определений практически не меняются. Таким образом, если известно точное отношение общего количества солей и концентраций всех основных компонентов в 1 кг воды к концентрации какого-либо одного ингредиента, то лишь по одному определению можно вычислить полный солевой состав океанской воды. В качестве такого "реперного" ингредиента избрана "хлорность", представляющая собой количество граммов ионов хлора, эквивалентное сумме галогенов (кроме фторидов, которые не осаждаются азотнокислым серебром), содержащихся в 1 кг морской воды (определение Серенсена). Постоянство состава океанской воды слегка нарушается под опресняющим влиянием материкового стока в приустьевых участках и во внутренних морях при затрудненном водообмене с океаном. В составе главных компонентов концентрации катионов кальция и магния, а также сумма концентраций анионов слабых кислот (HCO3-, CO32-, H2BO3-) подвержены более чем на 1 % отклонениям от постоянства соотношении в связи с извлечением карбоната кальция из воды в поверхностных слоях и растворением его на глубинах. Чем более изолированно море от океана, тем заметнее отличается состав его воды от состава воды в океане. Первостепенное значение имеют условия водообмена с океаном, соотношение объема материкового стока с объемом моря, глубина моря и характер химического состава вод впадающих рек. Подземные воды отличаются исключительным разнообразием химического состава, в том числе и ионного. Состав воды бывает всех классов, групп и типов. Ионный состав подземных вод прежде всего зависит от условий их формирования и залегания. Природная вода способна сохранять значение рН более или менее постоянным, даже если в неё извне попадает определённое количество кислоты или основания. Если в литр дистиллированной воды внести каплю концентрированной соляной кислоты, то рН понизится с 7 до 4. А если каплю соляной кислоты добавить в литр речной воды с рН = 7, показатель почти не изменится. Кислоты и основания, попадающие в природную воду, нейтрализуются растворёнными в ней углекислым газом и гидрокарбонат-ионами:H+ + HCO3- - H2O + CO2^OH- + CO2 - HCO3- Гидрокарбонат-ионы нейтрализуют кислоты, попадающие в водоём с атмосферными осадками или образующиеся в результате жизнедеятельности организмов. С концентрацией гидрокарбонат-ионов напрямую связана устойчивость водоёмов к кислотным дождям. Наиболее чувствительны к ним реки и озёра Карелии, Финляндии, Скандинавии, в водах, которых этих ионов практически нет. Органическим веществом природных вод называют комплекс истинно растворенных и коллоидных веществ органических соединений. По происхождению органические вещества природных вод могут быть разделены на поступающие извне (с водосборной площади) и образующиеся в самом водном объекте. К первой группе относятся главным образом гумусовые вещества, вымываемые водой из почв, торфяников, лесного перегноя и других видов природных образований, включающих остатки растений, и органические вещества, поступающие с промышленными и хозяйственно-бытовыми сточными водами. Из гумусовых веществ для гидрохимии наибольший интерес представляют гуминовые и фульвокислоты. Обе эти кислоты характерны для гумуса (гумусовые кислоты), они не содержатся в живых растительных и животных тканях. Соотношение между ними в разных торфах и почвах неодинаково. В черноземных почвах преобладают гуминовые, а в подзолистых - фульвокислогы. Общая концентрация органического вещества в природных водах, изменяясь в широких пределах, бывает наибольшей в болотных водах (в которых при большой концентрации гумусовых веществ она иногда достигает 500 мг/л и более) и реках с болотным питанием, причем болотная вода бывает окрашенной в желтый и коричневый цвет до 300° и выше по платиново-кобальтовой шкале цветности (окраску природной воде придают гуминовые кислоты). Высокая концентрация органического вещества иногда встречается в подземных водах, связанных с нефтеносными месторождениями. Еще большая концентрация может быть в природных водах, загрязненных промышленными и хозяйственно-бытовыми сточными водами. Незагрязненные природные воды обычно содержат мало органических веществ. Например, по Б.А. Скопинцеву, в воде океанов концентрация органического вещества составляет только 2,0-5,4 мг/л (в среднем 3,0 мг/л, а в воде рек в среднем 20 мг/л). В некоторых поверхностных водах, особенно в реках с болотным питанием, вещества гумусового происхождения являются основной частью химического состава воды. После поступления в хорошо аэрируемые реки, а затем озера и моря органические вещества воды подвергаются изменению, и начатый в почвах процесс окисления завершается для большей их части переходом в простые минеральные соединения. Другая, более устойчивая часть остается и накапливается в водных объектах. В холодных климатических зонах (тундре) очень мало органических остатков, и там водоёмы почти не содержат гуминовых кислот. А в зоне лесов, особенно хвойных, где органических остатков образуется много и они не успевают полностью разложиться, содержание гуминоных кислот составляет несколько десятков миллиграммов на литр. Гуминовые кислоты не только подкисляют воду в водоёме, но ещё и связывают практически все тяжёлые металлы в прочные комплексные соединения. Перечисленные недостатки частично устраняются в тонкослойных и трубчатых отстойниках. Их применяют для увеличения эффективности отстаивания. Они могут быть горизонтальными, вертикальными, радиальными. Тонкослойные отстойники классифицируются по следующим признакам: по конструкции наклонных блоков - на трубчатые и полочные; по режиму работы - периодического (циклического) и непрерывного действия; по взаимному движению осветленной воды и вытесняемого осадка - с прямоточным, противоточным и смешанным (комбинированным) движением. Одним из недостатков тонкослойных отстойников можно считать то, что из межполочного пространства сложно удалить осадок. Он, накопляясь, удаляется промывкой обратным током осветленной воды. В зависимости от объекта химический анализ делится на лабораторный и технический. Все лабораторные работы, которые Вы выполнили в общем практикуме, относятся к лабораторному анализу модельных объектов. Эти работы адаптированы для учебных целей: в растворе, как правило, находилось одно вещество, методика анализа была подробно описана в методических указаниях или учебнике, и Вам оставалось лишь выполнить все в соответствии с прописью и грамотно провести расчет результатов. При выполнении зачетных работ многие из вас познакомятся с элементами технического анализа реальных объектов соответствующих отраслей химической технологии. Технический анализ нужен для контроля качества сырья, готовой продукции и контроля за ходом технологического процесса. В отличие от лабораторного анализа модельных объектов технический анализ часто более трудоемок за счет более сложного состава реальных объектов. Тем не менее мы советуем Вам не бояться трудностей и при выборе темы, учитывая свою будущую специальность, обратить особое внимание на зачетные работы, связанные с: – химическим контролем в производстве неорганических веществ (анализ аммиачных вод, анализ смеси H2SO4 и H3PO4 и др.); – аналитическим контролем в производстве удобрений (определение содержания аммонийного азота и P2O5 в фосфорном удобрении и др.); – анализом продуктов производства основного органического синтеза (определение содержания муравьиной кислоты, формальдегида и т. д.); – химическим анализом сырьевых материалов производства стекла (определение содержания CaO и MgO в доломите, B2O3 в борной кислоте, анализ медного купороса, анализ технического хромпика на содержание K2Cr2O7 и др.); – химическим контролем в электрохимическом производстве (определение содержания Fe(II), Cu(II), Ni(II), Co(II), Zn(II), CrO3 и т. д. в электролитах для гальванических покрытий); – анализом объектов окружающей среды (производственных сточных вод на содержание Cu(II), Ni(II), Co(II), Zn(II), Ca(II), NH4 + , формальдегида и др.). |