Растворенный кислород

Коэффициенты пересчета концентраций из мг/л в мг-экв/л

Контроль точности анализа

Выполнение определения

1. Налейте в колориметрическую пробирку анализи­руемую воду до метки (5 мл).

2. Добавьте содержимое одной капсулы (около 0,1 г) буферной смеси. Перемешайте пробирку встряхиванием до растворения смеси (до рН 5).

3. Добавьте с помощью шприца с наконечником-пипеткой 2,0 мл лантанализаринкомплексонового лака, после чего смесь снова перемешайте.

4.Оставьте смесь на 20 мин. для завершения реакции.

5.Окраску раствора в склянке сравните на белом фоне с контрольной шкалой образцов окраски.

В случае, если окраска пробы окажется интенсивнее образца
«2,0 мг/л», анализируемую воду разбавьте в 2-5 раз дистил­лированной водой и определение повторите. При вычислении ре­зультата учтите величину разбавления пробы.

Контроль точности анализа при определении фторидов про­водят с использованием контрольных растворов с известным со­держанием фторид-аниона (см. приложение 1) либо с использова­нием поверенного (образцового) ионселективного электрода потенциометрическим методом.

Общее солесодержание. Для расчета общего солесодержания по сумме концентраций главных анионов в миллиграмм-эквивалентной форме их мас­совые концентрации, определенные при анализе и выраженные в мг/л, умножьте на коэффициенты, указанные в табл. 14, после чего просуммируйте (ГОСТ 1030).

Таблица 14

Анионы	Коэффициент
Гидрокарбонат	0,0164
Карбонат	0,0333
Хлорид	0,0282
Сульфат	0,0208
Нитрат	0,0161
Нитрит	0,0217

Концентрацию катиона калия в данном расчете (для природ­ных вод) условно учитывают в виде концентрации катиона натрия. Полученный результат округлите до целых чисел (мг-экв/л).

Растворенный кислород находится в природной воде в виде молекул O₂. На его содержание в воде влияют две группы противоположно направленных процессов: одни увеличивают концентрацию кислорода, другие уменьшают ее. К первой группе процессов, обогащающих воду кислородом, следует отнести:

· процесс абсорбции кислорода из атмосферы;

· выделение кислорода водной растительностью в процессе фотосинтеза;

· поступление в водоемы с дождевыми и снеговыми водами, которые обычно пересыщены кислородом.

Абсорбция кислорода из атмосферы происходит на поверхности водного объекта. Скорость этого процесса повышается с понижением температуры, с повышением давления и понижением минерализации. При каждом значении темпера­туры существует равновесная концентрация кислорода, которую можно определить по специальным справочным таблицам, состав­ленным для нормального атмосферного давления. Аэрация – обогащение глубинных слоев воды кислородом – происходит в результате перемешивания водных масс, в том числе ветрового, вертикальной температурной циркуляции и т.д.

Фотосинтетическое выделение кислорода происходит при ассимиляции диоксида углерода водной растительностью (прикрепленными, плавающими растениями и фитопланктоном). Процесс фотосинтеза протекает тем сильнее, чем выше температура воды, интенсивность солнечного освещения и больше биогенных (питательных) веществ (P, N и др.) в воде. Продуцирование кислорода происходит в поверхностном слое водоема, глубина которого зависит от прозрачности воды (для каждого водоема и сезона может быть различной, от нескольких сантиметров до нескольких десятков метров).

К группе процессов, уменьшающих содержание кислорода в воде, относятся реакции потребления его на окисление органических веществ: биологическое (дыхание организмов), биохимическое (дыхание бактерий, расход кислорода при разложении органических веществ) и химическое (окисление Fe²⁺, Mn²⁺, NO₂^-, NH₄⁺, CH₄, H₂S). Скорость потребления кислорода увеличивается с повышением температуры, количества бактерий и других водных организмов и веществ, подвергающихся химическому и биохимическому окислению. Кроме того, уменьшение содержания кислорода в воде может происходить вследствие выделения его в атмосферу из поверхностных слоев и только в том случае, если вода при данных температуре и давлении окажется пересыщенной кислородом.

В поверхностных водах содержание растворенного кислорода варьирует в широких пределах – от 0 до 14 мг/дм³ – и подвержено сезонным и суточным колебаниям. Суточные колебания зависят от интенсивности процессов его продуцирования и потребления и могут достигать 2,5 мг/дм³ растворенного кислорода. В зимний и летний периоды распределение кислорода носит характер стратификации. Дефицит кислорода чаще наблюдается в водных объектах с высокими концентрациями загрязняющих органических веществ и в эвтрофированных водоемах, содержащих большое количество биогенных и гумусовых веществ.

Концентрация кислорода определяет величину окислительно-восстановительного потенциала и в значительной мере направление и скорость процессов химического и биохимического окисления органических и неорганических соединений. Кислородный режим оказывает глубокое влияние на жизнь водоема. Минимальное содержание растворенного кислорода, обеспечивающее нормальное развитие рыб, составляет около 5 мг/дм³. Понижение его до 2 мг/дм³ вызывает массовую гибель (замор) рыбы. Неблагоприятно сказывается на состоянии водного населения и пересыщение воды кислородом в результате процессов фотосинтеза при недостаточно интенсивном перемешивании слоев воды.

В соответствии с требованиями к составу и свойствам воды водоемов у пунктов питьевого и санитарного водопользования содержание растворенного кислорода в пробе, отобранной до 12 часов дня, не должно быть ниже 4 мг/дм³ в любой период года; для водоемов рыбохозяйственного назначения концентрация растворенного в воде кислорода не должна быть ниже 4 мг/дм³ в зимний период (при ледоставе) и 6 мг/дм³ – в летний.

Определение кислорода в поверхностных водах включено в программы наблюдений с целью оценки условий обитания гидробионтов, в том числе рыб, а также как косвенная характеристика оценки качества поверхностных вод и регулирования процесса очистки стоков (табл. 15). Содержание растворенного кислорода существенно для аэробного дыхания и является индикатором биологической активности (т.е. фотосинтеза) в водоеме.

Таблица 15

Содержание кислорода в водоемах с различной степенью загрязненности

Уровень загрязненности воды и класс качества	Растворенный кислород
лето, мг/дм^3	зима, мг/дм^3	% насыщения
Очень чистые, I		14–13
Чистые, II		12–11
Умеренно загрязненные, III	7–6	10–9
Загрязненные, IV	5–4	5–4
Грязные, V	3–2	5–1
Очень грязные, VI

Относительное содержание кислорода в воде, выраженное в процентах его нормального содержания, называется степенью насыщения кислородом.

Эта величина зависит от температуры воды, атмосферного давления и солености. Вычисляется по формуле:

где M – степень насыщения воды кислородом, %;

а – концентрация кислорода, мг/дм³;

Р – атмосферное давление в данной местности, Па;

N – нормальная концентрация кислорода при данной температуре, минерализации (солености) и общем давлении 101308 Па.

Растворенный кислород (РК) является весьма неустойчивым компонентом химического состава вод. При его определении особо тщательно следует проводить отбор проб: необходимо избегать контакта воды с воздухом до фиксации кислорода (связывания его в нерастворимое соединение).

В ходе анализа воды определяют концентрацию РК (в мг/л) и степень насыщения им воды (в %) по отношению к равновесному содержанию при данных температуре и атмосферном давлении.

Контроль содержания кислорода в воде – чрезвычайно важная проблема, в решении которой заинтересованы практически все отрасли народного хозяйства, включая черную и цветную металлургию, химическую промышленность, сельское хозяйство, медицину, биологию, рыбную и пищевую промышленность, службы охраны окружающей среды. Содержание РК определяют как в незагрязненных природных водах, так и в сточных водах после очис­тки. Процессы очистки сточных вод всегда сопровождаются контролем содержания кислорода. Определение РК является частью анализа при определении другого важнейшего показателя качества воды – биохимического потребления кислорода (БПК).

Определение концентрации РК в воде проводится методом йодометрического титрования – методом Винклера, широко используемым и общепринятым при санитарно-химическом и эколо­гическом контроле. Метод определения концентрации РК осно­ван на способности гидроксида марганца (II) окисляться в щелочной среде до гидроксида марганца (IV), количественно связывая при этом кислород. В кислой среде гидроксид марганца (IV) снова переходит в двухвалентное состояние, окисляя при этом эквивалентное связанному кислороду количество йода. Выделившийся йод оттитровывают раствором тиосульфата натрия в присутствии крахмала в качестве индикатора.

Определение РК проводится в несколько этапов. Сначала в анализируемую воду добавляют соль Мn(II), который в щелочной среде реагирует с растворенным кислородом с образованием нера­створимого дегидратированного гидроксида Мn(IV) по уравнению:

2Мп²⁺ + О₂ + 4ОН^- = 2МnО(ОН)₂

Таким образом производится фиксация, т.е. количествен­ное связывание, кислорода в пробе. Фиксация РК, являющегося неустойчивым компонентом в составе воды, должна быть прове­дена сразу после отбора пробы.

Далее к пробе добавляют раствор сильной кислоты (как правило, соляной или серной) для растворения осадка, и раствор йодида калия, в результате чего протекает химическая реакция с образованием свободного йода по уравнению:

МnО(ОН)₂ + 2J^- + 4Н⁺ = Мn²⁺+ J₂+3Н₂О

Затем свободный йод титруют раствором тиосульфата на­трия в присутствии крахмала, который добавляют для лучшего определения момента окончания титрования. Реакции описыва­ются уравнениями:

J₂ + 2S₂О₃^2- = 2 J^- + S₄О₆^2-

J₂ + крахмал Þ синее окрашивание

О завершении титрования судят по исчезновению синей ок­раски (обесцвечиванию) раствора в точке эквивалентности. Коли­чество раствора тиосульфата натрия, израсходованное на титро­вание, пропорционально концентрации растворенного кислорода.

В сточных и загрязненных поверхностных водах могут при­сутствовать компоненты, ис­кажающие результаты определения РК методом Винклера. К та­ким компонентам относятся следующие загрязняющие вещества.

1. Взвешенные и окрашенные вещества. Они могут поме­шать определению, адсорбируя йод на своей поверхности или химически взаимодействуя с ним. При наличии в анализируемой воде взвешенных веществ их отделяют отстаиванием (не фильт­рованием!) либо осветлением при добавлении раствора алюмокалиевых квасцов и аммиака.

2. Биологически активные взвешенные вещества (например, активный ил биохимических очистных сооружений). Пробы сточных вод, содержащие плохо оседающие взвешенные вещества, которые могут вызвать снижение концентрации кислорода вследствие продолжающейся жизнедеятельности микроорганизмов, необходимо осветлять также прибавлением раствора алюмокалиевых квасцов при одновременном добавлении токсичного для микроорганизмов вещества (растворов сульфаминовой кислоты, хлорида ртути или сульфата меди) сразу после отбора пробы.

3. Восстановители, реагирующие с выделенным йодом в кислой среде (сульфиты, тиосульфаты, сульфиды). Для устранения влияния восстановителей используют метод Росса, основанный на добавках к пробам растворов гипохлорита натрия NаОС1, хлорной извести СаОС1₂ и роданида калия КNСS.

4. Окислители,выделяющие йод из йодида калия (активный хлор, нитриты, катионы железа (III) и др.). Влияние железа (III) устраняется добавлением раствора фторида калия.

Влияние нитритов,которые часто встречаются в природ­ных и сточных водах, устраняют добавлением раствора сульфаниловой кислоты, обычно предусмотренного в измерительных комплектах.

Дата добавления: 2014-12-26