Измерение водородного показателя pH воды

Подготовка электродов к работе

Порядок проведения измерений

1. Измерительный электрод (3M-NO3-07CP) следует закрепить в штативе и подключить к гнезду «ИЗМ» преобразователя. Электрод сравнения (ЭВЛ-1М3.1) следует также закрепить в штативе и подключить к гнезду «ВСП» преобразователя, вынув резиновую пробку в боковой стенке электрода. При этом оба электрода закрепляются в штативе.

Электрод сравнения (ЭВЛ-1М3.1) следует помещать в раствор только на время измерения во избежание попадания в раствор значительного количества хлористого калия.

2. Перед настройкой нитратомера измерительный электрод тщательно отмывают (при перемешивании) в стакане с дистиллированной водой до максимального значения потенциала (2-3 раза по 5-10 мин), затем в растворе низшей концентрации.

При переходе к растворам высшей концентрации отмывка в дистиллированной воде не требуется, а только лишь в последующем растворе.

Подготовка нитратомера к работе

1. Включение производится коротким нажатием кнопки «ВКЛ/ВЫКЛ».

После включения на дисплее отображается информация о версии программы, затем нитратомер автоматически переключается в режим работы, имевший место при предыдущем выключении.

2. Установить электродную систему и датчик температуры в держатель штатива и поместить их в анализируемый раствор.

3. При эксплуатации нитратомера для его настройки используют настроечные растворы.

4. В промежутках между измерениями измерительный электрод хранить в растворе для вымачивания, т.е. в растворе KNO₃ с концентрацией 0,1 моль/кг Н₂О. Вспомогательный электрод можно хранить в сухом виде с закрытой пробкой либо в насыщенном растворе КCl.

5. В процесс эксплуатации могут изменяться характеристики электрода, поэтому его необходимо периодически калибровать.

Подготовка проб воды к анализу

1. В стакан с анализируемой средой помещают электроды.

Для удобства отображения был введен специальный показатель, названный рН и представляющий собой логарифм концентрации ионов водорода, взятый с обратным знаком,

т. е. pH = –log[H⁺].

Если говорить проще, то величина рН определяется количественным соотношением в воде ионов Н⁺ и ОН^–, образующихся при диссоциации воды. 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.

Шкала имеет пределы от 0 до 14. Средняя точка на шкале семь. При величине рН, равной семи, среда не является ни кислой, ни щелочной. Все цифры меньше семи показывают, что среда кислая, а все цифры больше семи свидетельствуют о щелочности среды.

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

Величина рН

Сильнокислые воды……….. < 3

Кислые воды……………..….3-5

Слабокислые воды………… 5-6,5

Нейтральные воды………… 6,5-7,5

Слабощелочные воды………7,5-8,5

Щелочные воды……………..8,5-9,5

Сильнощелочные воды……..> 9,5

pH воды — один из важнейших рабочих показателей качества воды, во многом определяющих характер химических и биологических процессов, происходящих в воде. В зависимости от величины pH может изменяться скорость протекания химических реакций, степень коррозионной агрессивности воды, токсичность загрязняющих веществ и т. д. Контроль уровня 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 водобработки.

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.

Кислотный дождь — все виды метеорологических осадков — дождь, снег, град, туман, дождь со снегом, при котором наблюдается понижение pH дождевых осадков из-за загрязнений воздуха кислотными оксидами (обычно — оксидами серы, оксидами азота).

Впервые термин «кислотный дождь» был введен в 1872 году английским учёным Робертом Смитом в книге «Воздух и дождь: начало химической климатологии».

Проблема кислотных осадков и асидификации окружающей среды является одной из глобальных экологических проблем, связанных с загрязнением окружающей среды.

Асидификация – это процесс повышения кислотной реакции компонентов окружающей среды (атмосферы, гидросферы и литосферы), а также усиления воздействия повышенной кислотности на различные природные явления.

В естественных условиях атмосферные осадки обычно имеют нейтральную (pH ≈ 7) или слабокислую (pH = 5,6) реакцию. Это происходит вследствие того, что природные вещества атмосферы, такие как углекислый газ, вступают в реакцию с дождевой водой. В реальной жизни показатель кислотности дождевой воды в одной местности может отличаться от показателя кислотности дождевой воды в другой местности.

Кислотными осадками считают такие осадки, pH которых равен 5 и менее. Кислотные осадки бывают 2 типов:

1) сухие, обычно выпадающие вблизи источника их поступления в атмосферу,

2) влажные (дождь, снег и пр.), распространяющиеся на большие расстояния.

Основными компонентами кислотных осадков являются аэрозоли аммиака, оксиды серы и азота, которые при взаимодействии с атмосферной, гидросферной или почвенной влагой образуют серную, азотную и другие кислоты. Источниками антропогенных кислотных осадков являются процессы сжигания топлива – угля, нефти, мазута в ТЭС, котельных, металлургии, нефтехимической промышленности, на транспорте и пр.

Рисунок 6.2 – Значения рН для различных сред

Рисунок 6.3 – Источники оксидов серы и азота

Северная Америка и Европа выбрасывают в атмосферу около 70% общемирового объема кислотообразующих веществ. Основными областями распространения кислотных осадков являются промышленные районы Северной Америки, Западной Европы, Японии, Кореи и Китая, России.

Ежегодно на территории Беларуси по расчетам в рамках Программы ЕМЕП, осаждается 180-190 тыс. т серы, 60-70 – окисленного азота, 150-170 тыс. т восстановленного азота, более 400 т свинца, около 5 т ртути.

В поступлении на территорию Беларуси серы и окисленного азота основной вклад принадлежит странам-соседям — Польше, Германии, Украине.

Средняя кислотность осадков в Беларуси колеблется от 5,1 до 6,2.

При оценке реального воздействия кислотных осадков на компоненты ландшафта необходимо учитывать химический состав почв и их способность противостоять внешним воздействиям (буферная способность почв). В зонах достаточного и избыточного увлажнения, к которым относится и территория Беларуси, воздействие кислотных осадков на почвы, леса и водные объекты сказывается наиболее неблагоприятным образом.

Считается, что при кислотности воды рН = 4 и меньше жизнь в пресных водоемах прекращается: гибнет рыба, ракообразные, водоросли (таблица 6.5). Впервые с проблемой гибели озер в результате выпадения кислотных осадков столкнулись в конце 70-х годов скандинавские страны. По состоянию на 1985 г. в Швеции из-за кислотных дождей серьезно пострадал рыбный промысел в 2500 озерах. В 1975 г. из 5000 озер Южной Норвегии полностью исчезла рыба. К методам спасения озер относятся известкование или внесение фосфатных удобрений в воду в небольших количествах.

Выделяют три стадии воздействия кислотных дождей на водоемы. Первая стадия — начальная. С увеличением кислотности воды (показатели рН меньше 7) водяные растения начинают погибать, лишая других животных водоема пищи, уменьшается количество кислорода в воде, начинают бурно развиваться водоросли (буро-зеленые). Первая стадия эутрофикации (заболачивания) водоема. При кислотности рН 6 погибают пресноводные креветки. Вторая стадия — кислотность повышается до рН 5.5, погибают донные бактерии, которые разлагают органические вещества и листья, и органический мусор начинает скапливаться на дне. Затем гибнет планктон — крошечное животное, которое составляет основу пищевой цепи водоема и питается веществами, образующимися при разложении бактериями органических веществ. Третья стадия — кислотность достигает рН 4.5, погибает вся рыба, большинство лягушек и насекомых. Первая и вторая стадии обратимы при прекращении воздействия кислотных дождей на водоем. По мере накопления органических веществ на дне водоемов из них начинают выщелачиваться токсичные металлы. Повышенная кислотность воды способствует более высокой растворимости таких опасных металлов, как кадмий, ртуть и свинец из донных отложений и почв.

Эти токсичные металлы представляют опасность для здоровья человека. Люди, пьющие воду с высоким содержанием свинца или принимающие в пищу рыбу с высоким содержанием ртути, могут приобрести серьёзные заболевания.

При подкислении почвы в результате выпадения кислотных осадков происходит растворение соединений алюминия, цинка, марганца и др., которые при нормальной кислотности практически нерастворимы. Эти соединения являются токсичными для растений, особенно древесных. Накопление этих соединений в деревьях приводит к их гибели. Особенно страдают хвойные деревья, так как хвоя меняется реже, чем листья и накапливает больше опасных веществ. Но и у лиственных деревьев изменяется окраска листьев, преждевременно опадает листва, повреждается кора. При выпадении кислотных осадков не происходит естественного возобновления лесов. Практически все леса Европы находятся в стадии деградации. 35% карпатских лесов уже погибли в результате выпадения кислотных осадков. Не менее остро проблема гибели лесов стоит и для Беларуси.

Немаловажной проблемой является разрушение архитектурных памятников из мрамора, покрытий из красок, коррозия металлов в результате выпадения кислотных осадков.

Основной путь решения проблемы кислотных осадков – уменьшение технологических выбросов оксидов серы и азота:

- использование более экологичных видов топлива, промывка измельченного угля перед сжиганием, понижение температуры сжигания угля, извлечение серы из отходящих газов и т.д.

- энергосберегающие технологии. Контроль качества воды предусматривает контроль уровня кислотности воды. Нормы ПДК для уровня кислотности в разных странах представлены в табл. 6.6.

Таблица 6.5 – Влияние значения рН на водные организмы

Min рН	Max рН	Действие
4,0	10,1	Допустимая для большинства видов рыб
7,5	8,4	Оптимальные условия для жизнедеятельности планктона
6,0	7,2	Оптимальные условия для икры рыб
4,5	8,0-9,0	Икра и личинки развиваются нормально
< 4,4 или > 8,7		Токсическая для форели
< 4,6 или > 9,5		Токсическая для окуня

Таблица 6.6 – Установленные или рекомендуемые ПДК рН

Анализируемая среда	Значение рН
Вода питьевая:	6,5-8,5 (РБ) 6,5-9,2 (международный стандарт) 7,0-8,5 (европейский стандарт)
Вода водопроводная:	6,0-8,5 (США)
Водоемы:	6,5-8,5 (РБ) 6,0-9,0 (США)
Сточные воды	6,5-9,0 (США) 6,0-9,0 (Великобритания)
Вода для с/х использования	4,5-9,0 (США)
Вода для технологических целей разных пр-в	6,5-7,0
Вода для пищевых пр-в	6,5-8,5

Продолжение таблицы 6.6

Анализируемая среда	Значение рН
Вода для -котлов Эл/ст	8,0-9,6
-металлургических	6,8-7,0
-вискозы	7,8-8,3
-дубления кож	6,0-8,0
-прачечных	6,0-6,8
-химических	6,2-8,7
-цементных	7,0
-нефтехимических	6,0-9,0
-кондитерских	7,0
-пивоваренных	6,5-7,0
молоко	6,68-6,7

Дата добавления: 2014-11-06