Хлоремкость

Прежде чем решить вопрос об очистке сточной воды хлорированием, ее специально исследуют. При этом необходимо определить, с какой скоростью проходят реакции между содержащимися в воде веществами и хлором, доходят ли они до конца, какой требуется избыток добавляемого хлора для того, чтобы реакция прошла в желаемой степени в заданный промежуток времени t.

ОА – показывает содержание веществ, быстро окисляющихся хлором.

АК – процесс окисления и хлорирования веществ, медленно реагирующих с хлором, которые за время опыта не успевают прореагировать и остаются в растворе вместе с остаточным хлором.

КВ – отсутствие веществ, реагирующих с хлором.

Активный хлор

Хлор, присутствующий в воде в виде хлорноватистой кислоты (HClO) или гипохлорит-аиона (ClO^-), принято называть свободным хлором. Хлор, существующий в виде хлораминов (монохлорамин - NH₂Cl и дихлорамин – NHCl₂, а также в виде треххлористого азота NCl₃, называют связанным хлором Свободный хлор достаточно часто применяют для дезинфекции питьевой и сточной воды. В промышленности хлор используют при отбеливании в бумажном производстве, производстве ваты, для уничтожения паразитов в холодильных установках и т.д. При растворении хлора в воде образуются соляная и хлорноватистая кислоты:

Cl₂ + H₂O = H⁺ + Cl^- + HClO.

В природной воде содержание активного хлора не допускается; в питьевой воде его содержание установлено в пересчете на хлор на уровне 0,3-0,5 мг/л в свободном виде и на уровне 0,8-1,2 мг/л в связанном виде. Активный хлор в указанных концентрациях присутствует в питьевой воде непродолжительное время (не более нескольких десятков минут) и нацело удаляется даже при кратковременном кипячении воды. Анализ отобранной пробы на содержание активного хлора следует проводить немедленно.

Определение активного хлора основано на свойстве всех содержащих активный хлор соединений в кислой среде выделять из иодида калия свободный иод:

Cl₂ + 2I^- = I₂ + 2Cl^-ClO^- + 2H⁺ + 2I^- = I₂ + 2Cl^- + H₂O

HClO + H⁺ + 2I^- = I₂ + Cl^- + H₂O

NH₂Cl+ 2H⁺ + 2I^- = I₂ + NH₄⁺ +Cl^-.

Свободный иод оттитровывают тиосульфатом натрия в присутствии крахмала. Реакцию проводят в буферном растворе при рН 4,5.

Чувствительность метода – 0,3 мг/л при объеме пробы 250 мл, однако, при использовании растворов тиосульфата с различной концентрацией объем пробы может составлять, в зависимости от требуемой чувствительности определения, от 500 до 50 мл воды и менее. Лимитирующий показатель вредности для активного хлора – общесанитарный.

Окисляемость или химическое потребление кислорода (ХПК)

Величина, характеризующая содержание в воде органических и минеральных веществ, окисляемых одним из сильных химических окислителей при определенных условиях, называется окисляемостью.

Существует несколько видов окисляемости воды: перманганатная, бихроматная, иодатная, цериевая. Наиболее высокая степень окисления достигается методами бихроматной и иодатной окисляемости воды. Окисляемость выражается в миллиграммах кислорода, пошедшего на окисление органических веществ, содержащихся в 1 л воды.

Состав органических веществ в природных водах формируется под влиянием многих факторов. К числу важнейших относятся внутриводоемные биохимические процессы продуцирования и трансформации, поступления из других водных объектов, с поверхностными и подземными стоками, с атмосферными осадками, с промышленными и хозяйственно-бытовыми сточными водами. Образующиеся в водоеме и поступающие в него извне органические вещества весьма разнообразны по своей природе и химическим свойствам, в том числе по устойчивости к действию разных окислителей. Соотношение содержащихся в воде легко- и трудноокисляемых веществ в значительной мере влияет на окисляемость воды в условиях того или иного метода ее определения.

В поверхностных водах органические вещества находятся в растворенном, взвешенном и коллоидном состояниях. Последние в рутинном анализе отдельно не учитываются, поэтому различают окисляемость фильтрованных (растворенное органическое вещество) и нефильтрованных (общее содержание органических веществ) проб.

Величины окисляемости природных вод изменяются в пределах от долей миллиграммов до десятков миллиграммов в литре в зависимости от общей биологической продуктивности водоемов, степени загрязненности органическими веществами и соединениями биогенных элементов, а также от влияния органических веществ естественного происхождения, поступающих из болот, торфяников и т.п.

Поверхностные воды имеют более высокую окисляемость по сравнению с подземными (десятые и сотые доли миллиграмма на 1 л), исключение составляют воды нефтяных месторождений и грунтовые воды, питающиеся за счет болот. Горные реки и озера характеризуются окисляемостью 2–3 мг л, реки равнинные – 5–12 мг О/л, реки с болотным питанием – десятки миллиграммов на 1 л. Окисляемость незагрязненных поверхностных вод проявляет довольно отчетливую физико-географическую зональность.

Таблица № 8. Физико-географическая зональность природных вод
Окисляемость	мг О/л	Зона
Очень малая	0–2	Высокогорье
Малая	2–5	Горные районы
Средняя	5–10	Зоны широколиственных лесов, степи, полупустыни и пустыни, а также тундра
Повышенная	15–20	Северная и южная тайга

Окисляемость подвержена закономерным сезонным колебаниям. Их характер определяется, с одной стороны, гидрологическим режимом и зависящим от него поступлением органических веществ с водосбора, с другой, – гидробиологическим режимом.

В водоемах и водотоках, подверженных сильному воздействию хозяйственной деятельности человека, изменение окисляемости выступает как характеристика, отражающая режим поступления сточных вод. Для природных малозагрязненных вод рекомендовано определять перманганатную окисляемость; в более загрязненных водах определяют, как правило, бихроматную окисляемость (ХПК).

В соответствии с требованиями к составу и свойствам воды водоемов у пунктов питьевого водопользования величина ХПК не должна превышать 15 мг О/л; в зонах рекреации в водных объектах допускается величина ХПК до 30 мг О/л.

В программах мониторинга ХПК используется в качестве меры содержания органического вещества в пробе, которое подвержено окислению сильным химическим окислителем. ХПК применяют для характеристики состояния водотоков и водоемов, поступления бытовых и промышленных сточных вод (в том числе, и степени их очистки), а также поверхностного стока. ХПК – величина, характеризующая общее содержание в воде восстановителей (органических и неорганических), реагирующих с сильными окислителями. Величину ХПК выражают в единицах количества кислорода, расходуемого на окисление.

Зная величину ХПК можно достаточно точно определить содержание органических веществ в воде, использую следующий алгоритм:

определить химическими методами содержание в воде неорганических восстановителей; рассчитать количество кислорода, необходимое для их окисления; вычесть их ХПК рассчитанное количество кислорода; по разнице рассчитать содержание органических веществ-восстановителей.

Таблица № 9. Величины ХПК в водоемах с различной степенью загрязненности
Степень загрязнения (классы водоемов)	ХПК, мг О/л
Очень чистые
Чистые
Умеренно загрязненные
Загрязненные
Грязные	5–15
Очень грязные	>15

Для вычисления концентрации углерода, содержащегося в органических веществах, значение ХПК (мг О/л) умножается на 0,375 (коэффициент, равный отношению количества вещества эквивалента углерода к количеству вещества эквивалента кислорода).

Бихроматная окисляемость позволяет получить значение ХПК, наиболее приближенную к ХПК_теор., т. е. наиболее полное окисление достигается бихроматом калия (основной метод). В условиях этого метода большинство органических соединений окисляется на 95 % и более, однако окисляются не все соединения (толуол, бензол, пиридин, парафин практически не окисляются).

Катализатор – сульфат серебра. Избыток бихромата оттитровывается раствором соли Мора. Реакцию проводят в жестких условиях – в 50 % - ной (18 н) H₂SO₄ при кипячении.

Cr₂O₇^2- + 14H⁺ + 6e^- = 2Cr³⁺ + 7H₂O

ПДК = 95 – 98 % от ХПК _теор.

В качестве индикатора используют ферроин – комплекс 1,10 – фенантролина с сульфатом железа(II). При этом катион Fe²⁺ реагирует с катионом хрома:

3Fe²⁺ + Cr⁶⁺ = 3Fe³⁺ + Cr³⁺.

Индикатор образует интенсивно окрашенное соединение с Fe²⁺ бесцветное – с Fe³⁺. В точке эквивалентности окраска раствора меняется с синевато – зеленой до красно – коричневой.

ХПК в Международной терминологии называется COD «Chemical oxygen demand». При этом имеется в виду исключительно бихроматная окисляемость.

Перманганатная окисляемость (за рубежом – «перманганатный индекс»).

MnO₄^- + 8H⁺ + 3e^- = Mn⁴⁺ + 4H₂O

Определение перманганатной окисляемости может быть рекомендовано лишь при анализе природных вод для контроля за динамикой содержания легкоокисляющихся веществ природного происхождения. Согласно СанПиН 2.1.559 – 96 регламентируется ХПК именно по перманганатной окисляемости.

Для питьевой воды норматив составляет 5,0 мг О/л

Дата добавления: 2014-01-11