Визначення активного хлору у питній воді

Скачати

Вода – це найбільш важливий компонент життя всіх живих організмів. Вона слугує невід’ємним показником для рослинного і тваринного світів, а також і для самої людини. Якість води визначається комплексом її хімічних, біологічних компонентів та фізичних властивостей, які зумовлюють придатність води для певних видів водокористування.
Основні вимоги  щодо якості питної води в цілому були  визначені ще у середині двадцятого століття.  До них відносяться наступні критерії: питна вода повинна бути безпечною у епідемічному відношенні, питна вода повинна бути нешкідливою за хімічним складом, питна вода повинна мати задовільні органолептичні властивості.
Ці критерії прийняті сьогодні у всьому світі. При оцінці ризику питної води  для здоров’я   населення  найбільше значення мають мікробіологічні  забруднення.  Вважається, що небезпека захворювань від  мікробіологічних забруднень води в кілька тисяч разів вища, ніж при  забруднені   води хімічними сполуками різної природи. Надійне знезараження  є однією з головних  задач при виробництві питної води. У документах Всесвітньої організації охорони здоров’я (ВООЗ) зазначено: “Потенційні наслідки мікробного забруднення  є такими, що контроль за ними повинен бути завжди найважливішою справою  і тут недопустимі ніякі компроміси”
Досягти гарантованої якості за мікробіологічними показниками можливо тільки у випадку, коли система  знезараження води  відповідає цілому ряду вимог.Вимоги до системи знезараження питної води: ефективність, безперервність, надійність, безпека для людини, екологічна безпека.
Метою даної роботи є визначення залишкового „активного хлору” у питній воді та встановлення її придатності для споживання за цим показником.
У роботі наведено методи визначення „активного хлору” та проведено розрахунки на його вміст у питній воді. Проведено статистичну обробку результатів аналізу.

 

1 МЕТА ТА ОСНОВНІ МЕТОДИ ЗНЕЗАРАЖЕННЯ ВОДИ

Найважливішим етапом очистки води є знезараження  питної води.  Серед технологічних процесів водопідготовки знезараження є найбільш важливим з точки зору профілактики епідемзахворювань. Сьогодні в світі існує багато альтернативних методів знезараження (УФ-опромінювання, озонування, амонізація води з хлоруванням, використання діоксиду хлору, використання гіпохлориту натрію, комбіновані методи тощо).  Кожен з них має як переваги, так і недоліки.  Кожна країна повинна на державному рівні проводити дослідження  з метою визначення можливостей використання різних методів і технологій знезараження води.
Починаючи з 1896 р. і до теперішнього часу метод знезараження води хлором є в нашій країні найбільш поширеним методом боротьби з бактерійним забрудненням. Проте виявилось, що хлорування води несе в собі серйозну небезпеку для здоров’я людей. Виключити цей небезпечний для здоров’я людей ефект і добитися зниження канцерогенних речовин в питній воді можливо шляхом заміни первинного хлорування на озонування або обробку ультрафіолетовими променями, а також і застосуванням безреагентних методів передочищення на біологічних реакторах.
Знезараження води є обов'язковим за умови санітарної ненадійності джерела, що використовується для господарських цілей, як правило, перед знезараженням проводять освітлення й усунення колірності води, в результаті чого вода звільняється від завислих часток, які затруднюють проведення знезараження, і від частини бактерій (при фільтруванні затримується 98 – 99 % всіх бактерій). Але знезараження можна розглядати як самостійний і часто єдиний процес обробки води. У такому вигляді він використовується на водопроводах, джерелом яких є підземні води [1].    
У практиці водопідготовки способи знезаражування води умовно розділяють на реагентні (хімічні), безреагентні (фізичні) і комбіновані.
До хімічних способів знезаражування питної води відноситься: хлорування, озонування, використання препаратів аргентуму, купруму, йоду та деяких інших реагентів. І якщо перші два способи мають широке застосування на очисних спорудах водопроводів, то наступні, як правило, застосовуються при знезаражуванні невеликих обсягів води на автономних об’єктах, у польових та екстремальних умовах водопостачання.
До фізичних способів знезаражування питної води відноситься використання ультрафіолетового й іонізуючого випромінювання, ультразвукових коливань, термічної обробки.
У якості комбінованих хімічних способів використовують хлор і озон, препарати хлору з перекисом водню, іонами срібла та міді, а також ряд інших комбінацій. Дані технології дозволяють знизити концентрації застосованих реагентів, зменшити час обробки води при незмінному, а іноді  й при більш вираженому антимікробному ефекті.
Знезараження питної води має важливе значення в загальному циклі очищення води і застосовується майже скрізь, оскільки це останній бар'єр на шляху передачі бактерійних і вірусних хвороб. Знезараження води є останнім етапом підготовки питної води.
В Україні для знезаражування вод застосовують хлор-газ (98 %),  гіпохлорид натрію (1,1 %),  в невеликій кількості діоксид хлору, озон та інші реагенти та технології  (0,9 %) [2].
Звичайними методами знезараження при очищенні води є:
1) хлорування шляхом додавання хлору, діоксиду хлору, гипохлорита натрію або кальцію;
2) озонування води;
3) ультрафіолетове опромінювання;
4) метод амонізації та інші.

1.1 Метод хлорування води

Хлорування – найбільш відомий спосіб знезаражування води як у нашій країні, так і за кордоном. Хлорування води здійснюється газоподібним хлором або речовинами, що містять активний хлор: хлорним вапном, гіпохлоридами, хлорамінами, діоксидом хлору та іншими. В останні роки в практику знезаражування питних вод впроваджується електрохімічний спосіб.
Хлорування характеризується широким спектром антимікробної дії у відношенні вегетативних форм мікроорганізмів, економічністю, простотою технологічного оформлення, наявністю способу оперативного контролю за процесом знезараження. Відповідно до сучасних уявлень, для активного хлору характерним є комплексний характер його впливу на різні структури мікроорганізму: цитоплазматичну мембрану, білки цитоплазми, ядерний апарат клітини. Встановлено, що хлор знищує ферменти дихального ланцюга бактерій.
 Бактерицидний ефект хлору значною мірою залежить від його початкової дози і тривалості контакту з водою. Частіше за все на руйнування клітин витрачається лише незначна частина хлору. Більша частина хлору йде на реакцію з різноманітними органічними і мінеральними домішками, які містяться у воді [3].

1.2 Метод озонування води

Озонування води - один із ефективних методів знезараження води оксигеном. Озон, на відміну від молекули кисню O2, складається не з двох, а з трьох атомів оксигену (О3).
У порівнянні з хлоруванням знезараження води озоном має низку переваг:
а) не утворюються ТГМ (тригалогенметани);
б) поліпшуються органолептичні властивості води;
в) відсутня необхідність зберігання великих обсягів шкідливих речовин  на станціях водопідготовки. Озон генерується безпосередньо на станції.
Проте даний метод має дуже серйозні недоліки:
а) під час озонування утворюються токсичні побічні продукти (озониди, бромати тощо);
б) відсутній пролонгуючий ефект, озонування не може гарантувати захист від  вторинного росту мікроорганізмів, як у мережі, так і на спорудах водопідготовки.
в) реалізація даного методу потребує значних капітальних вкладень на складне обладнання. Експлуатаційні витрати дуже високі. Особливо затратною є стаття електроенергії. Наприклад, витрати на електроенергію  становлять  60-200 кВт год/м3.  Це робить метод озонування одним з найдорожчих.
Інтерес до озону зберігається через його високу ефективність як окислювача цілого ряду органічних сполук, які є забруднювачами природних вод. Дана властивість озону лягла в основу оксислювально-сорбційної технології кондиціонування води, яка поєдную в собі озонування з послідуючою фільтрацією на активованому вугіллі. Такий метод забезпечує глибоке очищення води, як за хімічними, так і за мікробіологічними показниками, проте навіть у розвинутих країнах світу він вважається дуже дорогим.
Основним недоліком даного методу є відсутність пролонгуючого ефекту (післядії). Вода, оброблена озоном,  залишається “незахищеною” в мережі.
Враховуючи надзвичайно високу вартість методу, немає сенсу в такому глибокому очищенні.
Використання озону може бути  безпечним  лише за умови послідуючої фільтрації на активованому вугіллі, яке допоможе забрати побічні продукти озонування. Даний метод не може цілком замінити хлорування, а лише доповнює його [2].

1.3 Метод ультрафіолетового опромінення

УФ-метод як засіб знищення бактерій відомий понад 100 років, однак  низькі техніко-експлуатаційні характеристики УФ-обладнання не дозволяли широко застосовувати даний метод. Сьогодні ситуація кардинально змінилась, адже створені ефективні джерела УФ-опромінення та розроблено конструкції УФ-обладнання з високими техніко-економічними характеристиками, що дозволяє значно розширити сферу практичного застосування методу. За оцінками міжнародних експертів в останнє десятиріччя щорічний приріст обсягів впровадження УФ-опромінення в світовій галузі водопостачання  та водовідведення становить близько 40 %.
Під час УФ-опромінення у воді відбувається два паралельних процеси: фотоліз та УФ-окислення.  Механіз фотолізу полягає в безпосередньому впливі квантів світла на великі органічні молекули, що призводить до руйнування генетичного ядра клітин мікроорганізмів та втрати активності цілого ряду ферментів, а в остаточному підсумку — до знезараження.
Для проходження УФ-окислення необхідна  присутність у воді окислювача (О2, Н2О2). Під час даного процесу відбувається утворення активних малостійких радикалів, що руйнують органічні молекули мікроорганізмів
До переваг даного методу можна віднести:
1) відсутність побічних продуктів знезараження;
2) висока ефективність до патогенних та індикаторних бактерій;
3) руйнування ряду органічних сполук антропогенного походження (пестицидів, гормонів, тощо);
4) відносно невеликі капітальні та експлуатаційні витрати.
У даного методу є лише один недолік, проте дуже вагомий: відсутність пролонгованої дії. Даний спосіб знезараження не гарантує відсутність вторинного росту мікроорганізмів на шляху руху води до споживача.

1.4 Метод амонізації

Під час амонізації процес хлорування води протікає наступним чином: аміак або його водний розчин реагує з хлорноватистою кислотою, що утворилась під час взаємодії хлору з водою. Внаслідок даної реакції утворюються хлораміни, які  перешкоджають утворенню хлорфенольних запахів внаслідок взаємодії хлору з фенолом.  Аміак діє двояко, з одного боку, він послаблює бактерицидну дію хлору, а з другого — стабілізує залишковий хлор у мережі, продовжуючи період його дії. Таким чином, до переваг даного методу можна віднести:
а) економію хлору та стабілізацію  його у воді;
б) запобігання (зменшення) утворення ТГМ;
в) зменшення корозії сталевих труб, внаслідок зниження вмісту хлору  і підвищення рівня рН.
Недоліки використання методу амонізації значно вагоміші:
а) застосування амонізації при хлоруванні води призводить до зниження бактерицидного ефекту знезараження. Іншими словами, метод не виконує свою основну функцію — повноцінне ефективне знезараження.  Таким чином, заявлена економія хлору, як перевага методу, є удаваною.   Витрати на хлор знижуються за рахунок зменшення доз хлору, а ефективність по відношенню до мікроорганізмів знижується;
б) у воді збільшується кількість біогенного елемента — азоту, що створює сприятливі умови для росту мікроорганізмів як на стації водопідготовки, так і в мережі.
Таким чином, з вищевикладеного витікає, що найбільш перспективним  на сьогоднішній день методом знезараження води, який дозволяє суттєво зменшити утворення  хлорорганічних сполук без зниження  ефективності  знезараження, є комбінований метод, який включає  УФ-опромінення води  на   водоочисних  спорудах і хлорування очищеної питної води перед подачею у водопровідну мережу [2, 3].

 

2 СПОСОБИ ХЛОРУВАННЯ ВОДИ

Хлорування води – один із поширених методів знезараження води на водопроводах. Ця процедура виконується в усіх випадках забору води з поверхневих водойм, а також при отриманні води з підземних джерел, бактеріальні показники яких не відповідають вимогам стандарту.
У практиці виробництва питної води в нашій країні, як і у всьому світі, хлорування поки  що залишається основним методом знезараження води, тому що на сьогодні  воно є найбільш доступним, економічним  і ефективним  методом дезінфекції. Хлорування дозволяє забезпечити мікробіологічну безпеку води у розподільчій мережі на всьому шляху руху води у будь-який час за рахунок ефекту пролонгованої дії хлору.
 Хлорування є заходом, який постійно здійснюється на комунальних водопроводах та станціях з очистки господарсько-побутових і деяких категорій промислових стічних вод. Крім того, хлорування проводиться як короткочасний чи періодичний захід, необхідний для дезінфекції ділянок водопроводу, що вводяться в експлуатацію, фільтрів, резервуарів чистої води.
Хлорування води відбувається газоподібним хлором, або ж речовинами, що містять активний хлор: хлорне вапно, діоксид хлору.
Основні схеми знезараження газоподібним хлором, існуючі на вітчизняних водопровідних станціях, були розроблені у 40 - 50 роках минулого століття і грунтуються на застосуванні двохстадійного хлорування.
Первинне хлорування (на змішувачі) забезпечує підтримання належного санітарного стану споруд очистки питної води. Воно запобігає росту мікроорганізмів (включаючи фітопланктон). Крім того, первинне хлорування необхідне для попередження виникнення неприємних запахів, що утворюються під час накопичення та загнивання осадів у відстійниках.
Вторинне хлорування (після фільтрів) покликане забезпечити якість води по мікробіологічним показникам в розподільчій мережі населеного пункту. Його завдання полягає в “захисті” води на шляху руху до кранів споживачів.
Найбільш поширеним, і водночас надійним, дешевим і простим способом обеззаражування води є хлорування з допомогою хлорного вапна. Для цього застосовується хлорне вапно, яке містить 25 - 30 % активного хлору. Якщо у вапні активного хлору меньш як 15 %, воно для дезенфекції звичайно не застосовується. Вапно треба зберігати в закритій тарі, в сухому і темному місці, періодично перевіряти в лабораторії кількість в ньому активного хлору [4].
Хлорування води можна також проводити із застосуванням діоксиду хлору:
Діоксид хлору використовується переважно на об’єктах невеликої та середньої потужності. Впровадження потребує значних капіталовкладень. До переваг методу належить:
а)  вищий ефект знезараження  ніж у Сl2;
б) поєднання високого ступеню інактивації вірусів з порівняно низькою  залишковою концентрацією в обробленій воді;
в) незначна кількість ТГМ та хлорфенолів;
г) відсутність  взаємодії з сполуками азоту;
д) відсутність негативного впливу на запах, присмак і кольоровість води;
е) окислення органічних сполук заліза та марганцю;
є) високий пролонгуючий бактерицидний ефект
До недоліків використання  діоксиду хлору належить:
а) висока вартість устаткування та реагентів, яка залежить від імпортної сировини;
б) можливість відновлення СlО2 речовинами, присутніми у воді до вихідного токсичного хлориту натрію;
в) низька гранична концентрація (при передозуванні СlО2 негативно впливає на щитовидну залозу);
г) проблема встановлення дози реагенту (за умови заниженої дози, ефект знезараження фактично відсутній; передозування призводить до утворення побічних продуктів (хлорити, хлорати);
д) використання  СlО2  для знезараження води, що не пройшла попередньої обробки, не забезпечує гарантованого бактерицидного ефекту.
Практичне використання процесу хлорування в основному зводиться до постхлорування. Постхлорування – це процес знезараження води, який проводиться після всіх інших способів її обробки і є завершальним етапом очистки води. Постхлорування може здійснюватися як невеликими дозами (нормальне хлорування), так і підвищеними (перехлорування). Використовується воно і спільно з іншими речовинами для знешкодження мікроорганізмів (комбіноване хлорування).
 Застосовується також подвійне хлорування. Подвійне хлорування використовується за високої колірності води та за підвищеного вмісту в ній органічних речовин [5].

3 ТОКСИЧНІСТЬ ХЛОРУЮЧИХ АГЕНТІВ

Використання хлору гарантує нам  санітарну безпеку водопостачання. З одного боку – хлор рятує нас від інфекційних захворювань, а з іншого –  вносить  у воду токсичні хлорорганічні сполуки, що утворюються при хлоруванні.  Сьогодні в світі існує багато альтернативних методів знезараження (УФ-опромінювання, озонування і т.д.), але жоден  з них не дасть нам таких гарантій, як хлор.
Хлор і його препарати є токсичними сполуками, тому робота з ними вимагає суворого дотримання техніки безпеки. Хлор впливає в основному на вегетативні форми мікроорганізмів. У процесі обробки газоподібним хлором, іншими хлорактивними сполуками відбувається утворення побічних токсичних продуктів хлорування – хлорорганічних сполук (ХОС) та летких галогенорганічних сполук (ЛГС), які нагромаджуються в питній воді і є небезпечними для здоров’я населення у зв’язку з їхньою біологічною активністю [6].
Більшості ХОС притаманна  токсичність та виражені кумулятивні властивості, для двадцяти із них існують різного ступеня докази канцерогенної активності. Найбільш небезпечними серед них є хлороформ, чотирихлористий вуглець, трихлоретилен, тетрахлоретан, тетрахлоретилен (перхлоретилен), дихлорметан, 1,2 - дихлоретан тощо. Деякі з цих сполук мають мутагенні властивості (тетрахлоретан, трихлоретилен, дибромхлорметан, тетрахлоретилен, 1,2 - дихлоретан). Гранично-допустимі концентрації таких токсичних сполук, як тригалогенметани (ТГМ), у національних і міжнародних стандартах якості питної води коливаються в широких межах, оскільки це питання ще мало вивчено. Ці межі можуть становити від 1 до 100 мкг/л.
Враховуючи той факт, що хлорування води є обов’язковим процесом, необхідно працювати над контролем побічних продуктів хлорування — хлорорганічних сполук. У питній воді міст багатьох країн світу можна виявити  близько 300 ХОС — аліфатичних, зокрема тригалометанів, ароматичних. Сумарна кількість  побічних продуктів хлорування може варіювати від 0,1 до 1000 мкг/дм3. З усіх представників ХОС найбільш чисельну групу складають хлорвмісні аліфатичні сполуки,  індикаторним показником яких є хлороформ — питома вага його сягає 75 % загального вмісту речовин цього класу.
За результатами досліджень, в Україні вміст хлороформу у питній воді водопровідної мережі міст Дніпропетровського басейну  (зокрема Києва, Дніпропетровська, Запоріжжя, Нікополя) складає 0,03 - 0,2 мг/дм3, а в окремі періоди року (весняний паводок, період цвітіння водойм тощо) значно підвищується [7].
  Небезпечним також є діоксид хлору, який застосовують для знезараження води. При його передозуванні спостерігається негативний вплив на щитовидну залозу. Також  використання  СlО2  для знезараження води, що не пройшла попередньої обробки, не забезпечує гарантованого бактерицидного ефекту.
Хлор і хлоровмісні сполуки зумовлюють значний вплив на органолептичні показники води (запах і смак), а у відповідних концентраціях подразнюють слизові оболонки ротової порожнини і шлунка, зумовлюють шкідливий вплив на організм.
Сl2 серйозно впливає на здоров'я людини, зокрема, на сольовий баланс системи травлення, появу злоякісних пухлин, порушує діяльність кровотворної, сечостатевої й інших систем організму людини.
Дослідження з цього питання показали, що допустима концентрація залишкового хлору у питній воді за запахом і смаком може бути встановлена для вільного хлору до 0,5 мг/л, а для зв’язаного – до 1,2 мг/л. Канцерогенна дія малих концентрацій вільного хлору не встановлена. За токсичною дією максимально допустима концентрація активного хлору у питній воді  2,5 мг/л.
Епідеміологічні спостереження закордонних та вітчизняних дослідників свідчать про наявність прямого зв’язку  між рівнем захворюваності на рак нирок, сечового міхура,  кишківника та інших локалізацій з тривалим вживанням хлорованої питної води, яка містить ХОС і перш за все, хлороформ.
З метою профілактики  раку необхідно проводити постійний моніторинг якості питної води щодо вмісту ХОС, шляхом спостережень визначити залежність рівня ХОС від ряду факторів (вмісту органічних речовин в джерелі водопостачання, температури води, сезонних особливостей хлорпоглинання, місць введення хлору, доз хлору  тощо). На підставі отриманих даних необхідно корегувати схему хлорування.
  Немаючи  можливості відмовитись від хлорування, водоканали можуть реально працювати над зменшенням вмісту хлорорганічних сполук.  А саме, змістити точку первинного введення хлору або звести первинне хлорування до мінімуму. Суть полягає в тому, що основна частина ХОС утворюється на перших етапах очистки: на змішувачах, коли до ще забрудненої органічними речовинами води джерела водопостачання додають хлор. Саме тут, внаслідок їх взаємодії утворюється 70 - 90 % всіх ХОС. Для того щоб зменшити вплив ХОС на людину необхідно спочатку забрати з води органічні сполуки, а потім додавати хлор. Немає одного з доданків, немає — суми. Саме таким чином сьогодні діють на багатьох станція очистки питної води, зміщають першу точку введення хлору в сторону фільтрів (після відстійників) або роблять хлорування в три етапи (з символічною кількістю хлору на змішувачах) [1].
Для зменшення агресивності дії хлору можна використовувати хлорування з амонізацією, що знижує окислювально-відновлювальний потенціал системи «природна вода-хлор». Зв'язаний хлор (хлораміни), що при цьому утворюється, має менші властивості, ніж вільний хлор, внаслідок чого концентрація хлорорганічних сполук у воді значно зменшується. Через це поліпшуються органолептичні властивості води. Вміст хлору в воді при хлоруванні з амонізацією знижується від 0,33 - 0,36 мг/дм3 до 0,02 - 0,05 мг/дм3 [2].
В Україні розроблені методичні вказівки “Оцінка канцерогенного ризику для здоров’я населення від споживання хлорованої питної води”. Вказівки затверджені наказом МОЗ України 545 від 21.10.2005.  Даний документ визначає механізм розрахунку канцерогенного ризику дії побічних продуктів хлорування. Розрахунки по даній методиці дозволяють оцінити  величину очікуваного розвитку додаткових випадків захворювань на рак у частини населення чисельністю 1 млн. Методичні вказівки дають можливість розрахувати канцерогенний ризик дії кожної сполуки [8].

  1. ОГЛЯД МЕТОДІВ ВИЗНАЧЕННЯ ХЛОРУ

 

На сьогоднішній день в Україні залишається чинним стандарт часів Радянського Союзу  ГОСТ 2874 - 82 “Вода питьевая. Гигиенические требования и контроль за качеством”. Даним нормативним документом передбачено контроль за вмістом залишкового хлору з періодичністю не менше 1 разу на годину. Таким чином, на станціях водопідготовки  України вміст хлору контролюється не менше  24 раз на добу.
Згідно п. 2.4.3. ГОСТ 2874 - 82 “Вода питьевая. Гигиенические требования и контроль за качеством” вміст хлору в резервуарах чистої води повинен становити 0,3 - 0,5 мг/дм3 вільного хлору або 0,8 - 1,2 мг/дм3 зв’язаного хлору.
Вміст хлору визначається за ГОСТ 18190 - 72 “Вода питьевая. Методы содержания остаточного активного хлора”. Даний стандарт залишаються чинним, так як внесений до офіційного реєстру Держспоживстандарту України.
ГОСТ 18190 - 72 “Вода питьевая. Методы содержания остаточного активного хлора” передбачає визначення всіх видів хлору кількома методами. Розглянемо йодометричний метод.          
Метод заснований на окисленні йодиду активним хлором до йоду, який титрують тіосульфатом натрію. Заважають визначенню хлору озон, нітрити, оксид заліза. З метою усунення впливу даних сполук на результат, пробу води підкислюють з допомогою буферного розчину з рН 4,5.
Йодометричний метод призначений для аналізу води з вмістом активного хлору більше 0,3 мг/л при об'ємі проби 250 мл. Метод може бути рекомендований також для забарвлених і каламутних вод.
Чутливість методу — від 0,3 мг/л в об’ємі  250 мл. 
Метод визначення титрометричний, тому  потребує лише мірного посуду  та реактивів відповідної кваліфікації (ч.д.а — чисті для аналіза). Перелік матеріалів, реактивів та посуду визначено в п. 2.2  ГОСТ 18190 - 72.  Засоби вимірювальної техніки (ЗВТ) та допоміжне обладнання (ДО) в процесі визначення вмісту хлору не застосовуються. Проте для приготування реактивів необхідна наявність аналітичної ваги другого класу точності з свідоцтвом про державну повірку.
Даний метод дозволяє  визначити лише загальний хлор (суму вільного та зв’язаного хлору), тому отриманий результат не дозволяє нам оцінити якість води на відповідність державному стандарту. Саме тому після визначення загальної кількості хлору, необхідно перейти до визначення частки вільного хлору згідно п. 3 ГОСТ 18190 - 72 “Вода питьевая. Методы содержания остаточного активного хлора”.
Вільний хлор визначають титриметричним методом з використанням метилового оранжевого. Сутність методу полягає в окисленні вільним хлором метилового оранжевого.
Таким чином, для визначення якості води за вмістом хлору на відповідність ГОСТ 2874 - 82, необхідно провести два дослідження. Спочатку визначити вміст загального хлору йодометричним методом, потім — вміст вільного хлору титриметричним методом з метиловим оранжевим. За різницею між сумарним (загальним)  хлором та вільним визначають вміст зв’язаного (хлорамінного) хлору.
ГОСТ 18190 - 72 “Вода питьевая. Методы содержания остаточного активного хлора” передбачає визначення   хлору ще одним способом. Це “Метод  раздельного определения свободного хлора, связанного монохлорамина и дихлорамина по методу Пейлина”.
Метод базується на здатності різних видів хлору перетворювати в певних умовах відновлену безбарвну форму диетилпарафенілендіаміну в напівокислену забарвлену форму, яку далі відновлюють назад до безбарвної форми з допомогою іонів двохвалентного заліза. Метод пердбачає проведення серії титрувань розчином солі Мора для визначення вільного хлору, монохлораміна та дихлораміна в присутності диетилпарафенілдіаміна в якості індикатора. Вільний хлор утворює забарвлення індикатора при відсутності йодистого калію, монохлорамін дає забарвлення  в присутності дуже малої кількості йодистого калію (КІ) (близько 2 - 3 мг), а дихлорамін утворює забарвлення лише в присутності значної кількості КІ  (близько 1 г) та при стоянні цього розчину напротязі двох хвилин. За кількістю розчину солі Мора, витраченій на титрування, визначають вміст того різновиду хлору, за рахунок якого утворилась забарвлена форма індикатора.
Так як метод визначення титрометричний, то ЗВТ та ДО не використовуються. Перелік реактивів та посуду, що застосовуються для визначення всіх видів хлору,  визначено в п. 4.2  ГОСТ 18190 - 72. Вимога до всіх реактивів — кваліфікація “ч.д.а”
На практиці більшість лабораторій використовують методи йодометричний та титриметричний з метиловим оранжевим. Метод Пейлина немає особливої популярності [9].
Проте лабораторії водопровідних станцій країни можуть використовувати і інші стандарти, розроблені в зв’язку з гармонізацією української нормативної бази до європейських вимог. До цих стандартів відносяться:
1. ДСТУ ІSО 7393 - 1: 2003. Якість води. Визначення незв’язаного хлору та загального хлору. Частина 1: „Титриметричний метод із застосуванням N,N-діетил-1,4-фенілендіаміну (ІSО  7393/1 - 1985, ІDТ)”.
Метод дозволяє визначити незв’язаний хлор та загальний хлор, який міститься у воді. Його  застосовують до концентрацій загального хлору (Сl2) від 0,0004 ммоль/дм3 до 0,07 ммоль/дм3 (від 0,03 мг/дм3 до 5 мг/дм3) та для вищих концентрацій розведенням проб. Реакція з N,N-діетил-1,4-фенілендіаміном [NH2-C6H4-N(C2H5)2] (ДФД) призводить до утворення сполуки червоного кольору з рН від 6,2 до 6,5. Титрування за допомогою стандартного розчину амонієвозалізних (II) галунів [(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O] потрібно проводити до зникнення червоного забарвлення.
При проведенні аналізу використовують звичайне лабораторне устаткування та мікробюретку, місткістю до 5 см3, із ціною поділки 0,02 см3. Визначання розпочинають відразу після взяття проб. Проби потрібно брати 2 порції – кожна по 100 см3. Потрібно уникати яскравого світла, перемішування та нагрівання. Такі вимоги застосовуються при визначенні незв’язаного та загального хлору.
У випадку дослідження невідомої води, яка, можливо, є дуже кислою, лужною або містить високу концентрацію солей, рекомендують перевірити, чи є достатнім об’єм буферного розчину для того, щоб довести рН води до 6,2 - 6,5. Якщо ні, треба використовувати більший об’єм буферного розчину.
2. ДСТУ ISO 7393 - 2: 2004. Якість води. Визначення незв’язаного хлору та загального хлору. Частина 2: „Колориметричний метод із застосуванням N,N-діетил-1,4-фенілендіаміну для поточного контролювання (ІSО  7393 - 2: 1985, ІDТ)”.
Метод дозволяє визначити незв’язаний хлор та загальний хлор у воді. Він базується на прямій реакції незв'язаного хлору з N,N-діетил-1,4-фенілендіаміном (ДФД) з утворюванням червоної сполуки у межах рН 6,2 - 6,5. Інтенсивність забарвленості визначають візуальним порівнянням її зі шкалою еталонних скляних зразків або спектрометрично. Також метод базується на реакції загального хлору з ДФД за наявності надлишку йодиду калію. Для проведення визначень використовують демінералізовану або дистильовану воду, якість якої перевіряють. Якщо якість демінералізованої або дистильованої води не відповідає вимогам аналізу, то її потрібно прохлорувати. Після цього воду дехлорують і перевіряють якість ще раз.
При визначенні незв’язаного та загального хлору використовують звичайну лабораторну апаратуру й устаткування для фотометричного аналізу (компаратор, спектрофотометр).
3. ДСТУ ІSО 7393 - 3: 2004. Якість води. Визначення незв’язаного хлору та загального хлору. Частина 3: “Метод  йодометричного титрування для  визначення загального хлору (ІSО  7393 - 3: 1990, ІDТ)”.
Даний метод використовують для визначання загального хлору у воді. Його  застосовують для визначання концентрації хлору (СІ2) від 0,01 мкмоль/дм3 до 0,21 мкмоль/дм3 (від 0,71 мг/дм3 до 15 мг/дм3).
Сутність методу полягає у взаємодії загального хлору з йодидом калію в кислому середовищі з виділенням незв'язаного йоду, який відразу ж відновлюється відомим надлишком стандартного розчину тіосульфату, попередньо доданого до розчину та у титруванні надлишку тіосульфату стан­дартним розчином йодату калію.
Під час виконання аналізів використовують лише реактиви відомого ступеню чистоти та воду.
Титрування проводять стандартним титрованим розчином йодату калію, доки не з'явиться постійний блакитний колір, що не зникає принаймні протягом 30 с. Фіксують об'єм йодату калію, який був витрачений на титрування.
Окислення йодид-іону до йоду відбувається не тільки завдяки хлору. Залежно від концентрації та хімічного потенціалу, окислення спричиняють всі окислювачі. Тому цей метод використовують лише у разі відсутності інших окислювачів, особливо таких, як бром, йод, бромамін, йодамін, озон, перекис водню, перманганат, йодат, бромат, хромат, діоксид хлору, хлорит, окислений манганіт, нітрит, іони заліза (III), іони міді (II) та іони марганцю (III) [10].
        

5 ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНА ЧАСТИНА

Вміст „активного хлору” визначають у питній воді після її дезинфекції і в стічних водах, що підлягають хлоруванню, а також у деяких стічних водах, які забрудненні хлором. У поверхневих водах хлор визначають у місцях, які розташовані нижче від місця скидання стічних вод.
Для аналізу вод, у яких міститься 0,1мг і більше „активного хлору” в 1 л води, застосовують титриметричний йодометричний метод.
Проби води для визначення „активного хлору” не консервують і аналіз проводють одразу після пробовідбору. Результати аналізу виражають у міліграмах Cl2 в 1л води.
Хлор виділяє йод з розчину йодиду:

Cl2 + 2I− ↔ I2 + 2Cl−.

Йод, який виділяється, титрують розчином тіосульфату натрію у присутності крохмалю як індикатора:

I2 + 2Na2S2O3 → 2NaCl + Na2S4O6.

З використанням 0,01 моль/л робочого розчину тіосульфату натрію можна визначити 0,05 мг і більше „активного хлору” у пробі води 500 мл.
Титриметричному визначенню хлору у питних або поверхневих водах з невеликою концентрацією органічних речовин не заважають нітрити, іони мангану і заліза, якщо титрувати у середовищі розбавленої оцтової кислоти. При наявності великої кількості органічних речовин цей метод не дає правильних результатів.
Також для визначення „активного хлору” використовують потенціометричним методом, який ґрунтується на залежності величини рівноважного електродного потенціалу від активності речовин, що беруть участь у електронному або іонообмінному процесі.
Потенціометричні вимірювання можна проводити двома способами:
1) пряма потенціометрія;
2) потенціометричне титрування.
Пряма потенціометрія ґрунтується на порівнянні потенціалу індикаторного електроду, виміряного в досліджуваному розчині з потенціалами, виміряними у 2-х чи більше стандартних розчинах з відомою концентрацією визначуваного компоненту. Потім за градуювальним графіком залежності електродного потенціалу (Е) від концентрації стандартних розчинів визначуваного компонента (рH), знаходять концентрацію визначуваного компонента в досліджуваному розчині.
Потенціометричне титрування ґрунтується на вимірюванні потенціалу індикаторного електрода в процесі хімічної реакції між визначуваним іоном і титрантом. За отриманими даними будують графічну залежність потенціалу від об’єму титранта – криву титрування, за якою визначають об’єм титранта, необхідний для досягнення кінцевої точки титрування і розраховують концентрацію визначуваного компонента.
Для проведення потенціометричних вимірювань складають гальванічний елемент, використовуючи 2 і 3 електродні комірки. Перший електрод – індикаторний. Він оборотно реагує на зміну концентрації визначуваного компонента. Другий електрод – електрод порівняння (найчастіше використовується хлор-срібний і каломельний електрод). Третій – допоміжний електрод [11]. 

5.1 Вибір методу проведення аналізу

Серед розглянутих вище методів визначення „активного хлору” у питній воді найкраще і найефективніше використовувати метод потенціометричного титрування. Це зумовлюється такими факторами:
а) висока селективність (у порівнянні з іншими методами);
б) нижча границя визначення;
в) можна титрувати мутні і забарвлені розчини;
г) не відбувається зміна досліджуваного розчину;
д) нетривала підготовка проби ;
е) простота лабораторного обладнання, необхідного для аналізу;
є) можливість автоматизації.  

5.2 Виконання визначення

Для проведення дослідження відбирають 900 мл води, яку переносять у конічну колбу. У колбу з водою додають 0,5 мл концентрованої оцтової кислоти і 0,5 г твердого йодиду калію (КІ). В отриманий розчин занурюють індикаторний електрод і електрод порівняння. Тримач штатива з електродами піднімають, обережно видаляють з бокової поверхні електродів надлишок вологи фільтрувальним папером та занурюють електроди в досліджуваний розчин. В якості індикаторного електроду використовують платиновий. Далі включають магнітну мішалку і невеликими порціями додають розчин тіосульфату натрію.Титрування проводять на білому фоні робочим розчином тіосульфату натрію з концентрацією 0,005 моль/л:

Cl2 + 2KI → I2 + 2KCl,

I2 + 2Na2S2O3 → Na2S4O6 + 2NaI.

Проводять орієнтовне титрування, фіксуючи зміну потенціалу розчину
(Е, мВ). В процесі титрування повинен проявлятися стрибок електродного потенціалу (Е).
Проводять три паралельних точних титрування.
Результати потенціометричного титрування розчину заносять до таблиць.

Результати потенціометричного титрування розчину для побудови кривої титрування наведені в таблицях 5.1 – 5.3.

Таблиця 5.1 – Результати вимірювань при першому потенціометричному титруванні                                                             


Vзаг
Na2S2O3, мл

 

0

 

0,5

 

1

 

1,5

 

1,7

 

1,9

 

2,1

 

2,6

 

3,1

 

3,6

 

3,9

Е, мВ

396

392

379

345

292

284

280

270

265

260

255

Таблиця 5.2 – Результати вимірювань при другому потенціометричному титруванні


Vзаг
Na2S2O3,
мл

 

0

 

0,5

 

0,8

 

1

 

1,2

 

1,4

 

1,6

 

1,8

 

2,0

 

2,5

 

3,0

 

3,5

 

4,0

Е, мВ

395

389

380

371

361

307

291

285

280

274

269

265

261

        
Таблиця 5.3 – Результати вимірювань при третьому потенціометричному титруванні


Vзаг
Na2S2O3,
мл

 

0

 

0,5

 

0,8

 

1

 

1,2

 

1,4

 

1,6

 

1,8

 

2,0

 

2,5

 

3,0

 

3,5

 

4,0

Е, мВ

396

387

377

366

346

299

290

284

279

271

266

264

260

Потім будують криві потенціометричного титрування (див. Додаток А) у координатах Е – V(Na2S2O3) і визначають точний об’єм розчину титранта.

5.3 Обчислення результатів вимірювань

Концентрацію „активного хлору”, мг/л, обчислюють за формулою:

                       ,                                   (5.1)

де     СCl – концентрація хлору, (мг/л);    
          - концентрація  тіосульфату натрію, моль/л;
 - об’єм тіосульфату натрію, який витрачено на титрування, л;
            -  молярна маса еквівалента хлору, МЕ(Cl2)=35,45(г/моль);
             -   об’єм води, л.

  (мг/л);
 (мг/л);
  (мг/л).

Об’єм розчину тіосульфату натрію, витраченого на титрування трьох паралельних проб води складає 0,31, 0,25, 0,26 мг/л.

6 СТАТИСТИЧНА ОБРОБКА РЕЗУЛЬТАТІВ АНАЛІЗА

Після обчислення концентрації проводять статистичну обробку отриманих даних. При обробці даних розраховують такі основні характеристики вибірки: середнє (математичне очікування), дисперсію, стандартне відхилення, довірчий інтервал.
Середнє  для вибірки обчислюють за формулою:

                                                           (6.1)

де    хі – одиничний результат серії (варіанта);
        n число варіант.

         (мг/л).
Потім обчислюють дисперсію вибірки V, яка характеризує розсіювання результатів відносно середнього:

                                                                                                 (6.2)


та стандартне відхилення s, яке є квадратним коренем з дисперсії і має розмірність вимірюваної величини:

                                                                                               (6.3)
 
 (мг/л).

Використовується також відносне стандартне відхилення sr:

                                                                                                                 (6.4)
.

Далі обчислюють довірчий інтервал , в який із заданою ймовірністю потрапляє результат хімічного аналізу:

                                                    ,                                                         (6.5)
де    tР,f – коефіцієнт Ст’юдента;
        f – число ступенів свободи.

 (мг/л).

Довірчу ймовірність Р зазвичай приймають рівною 0,95. Число ступенів свободи обчислюють за формулою f = n – 1.

Оброблені дані представляють у вигляді таблиці 6.1.

Таблиця 6.1 – Вміст „активного хлору” у досліджуваному розчині


, мг/л

n

, мг/л

V

s, мг/л
(sr)

,
мг/л

, мг/л

0,031

3

0,27

0,001

0,03
(0,1)

0,07

0,27  0,07

0,025

0,026

 

ВИСНОВКИ

В курсовій роботі охарактеризовано методи визначення „активного хлору” у питній воді. Проведено огляд методів визначення „активного хлору” та проаналізовано основні методи знезараження води.
Охарактеризовано токсичну дію сполук Хлору. Хлор є в деякій мірі токсичною речовиною, яка викликає порушення діяльності ряду органів та систем в організмі людини. Хлорування води призводить до потрапляння хлору в організм людини з водою.
У даній курсовій роботі розглянуто методи визначення „активного хлору” у питній воді, але для визначення його вмісту був використаний потен- ціометричний метод.
Проведено статистичну обробку результатів аналізу. Вміст „активного хлору” у питній воді становить 0,270,07 (мг/л), що не перевищує норми, які встановлені ГОСТ і вода є цілком придатна для споживання.

 

ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ

1. Гигиеничечкая оценка современних способов обеззараживания питьевой води / Авчинников А.В.// Гигиена и санитария, 2001. – 208с.
2. Современное состояние проблемы обеззараживания води / Гончарук В.В. // Химия и технология воды, 1998. – 243с.
3. Технология обеззараживания води. / Малышев С.А. // Вода і очисні технології, 2002. – 129с.
4. Хлорирование воды как фактор повышенной опасности для здоровья населения/ Красовский Г. Н., Егорова Н.А.// Гигиена и санитария, 2003. – 237с.
5. Кульский Л.А., Даль В.В. Проблемы чистой воды. – К.: Наукова думка, 1974,
– 184 с.
 6. Дезинфекция питьевой воды: проблемы и решения/ Бахир В.М. // Питьевая вода, 2003. – 84с.
7. Общая химия .М.К.Стругацкий и Б.П.Надеинский// 2-е изд. М: 1959. - 340с.
8. Офіційний сайт www. aeroc. ua.
9. ГОСТ 18190 - 72. Воды. Методы определение содержание остаточного активного хлора. М.: Издательство стандартов, 1974. – 5 с.
10. ДСТУ ISO 7393 – 1: 2003. Визначення незв’язаного хлору та загального хлору. – К.: Видавництво стандартів, 2004. – 15с.
11. Скоробагатий Я. П. Фізико-хімічні методи аналізу. – Львів: Каменяр, 1993. – 164 с.

 

 

 

 

 

 

 

 

Додаток А
Криві титрування при визначенні „активного хлору” методом                   потенціометричного титрування

Е, мВ
 V, мл
Рисунок А.1 – Залежність потенціалу електрода від об’єму титранту у першому розчині;

Е, мВ
 V, мл
Рисунок А.2 – Залежність потенціалу електрода від об’єму титранту у другому розчині;

 V, мл
Рисунок А.3 – залежність потенціалу електрода від об’єму титранту у третьому розчині.

 

Хімічні показники безпеки питної води


Характеристики

Значення  масової          концентрації, мг/дм3,  не більше ніж

Методи контролювання 

Алюміній (Аl)

0,2

Згідно з ГОСТ 18165

Амоній

0,5

Згідно зДСТУ ISO 6778 або
ДСТУ ISO 7150 або ГОСТ  4192

Берилій (Ве)

0,0002

Згідно з ГОСТ 18294  

Залізо (Fe)

0,2

Згідно з ДСТУ ISO 6332 або ГОСТ 4011

Кадмій (Cd)

0,001

Згідно з РД 52.24.377

Марганець (Мn)

0,1

Згідно з ГОСТ 4974

Миш’як (As)

0,01

Згідно з ГОСТ 4152

Мідь (Cu)

1,0

Згідно з ГОСТ 4388

Молібден (Мо)

0,07

Згідно з ГОСТ 18308

Нітрати (по NO3-)

10,0

Згідно з ДСТУ 4078 або 

  ГОСТ 18826

Нітрити (по NO2-)

0,5

Згідно з ГОСТ 4192 або          ДСТУ ISO 6777 

Пестициди(сума)

0,0001

Згідно з ДСТУ ISO 6468

Ртуть (Hg)

0,001

Згідно з ГОСТ 26927

Свинець (Pb)

0,01

Згідно з ГОСТ 18293

Селен (Se)

0,01

Згідно з ГОСТ 19413

Стронцій (Sr)

7,0

Згідно з ГОСТ 23950

Хром (Cr)

0,1

Згідно з РД 52.24.377

Цинк (Zn)

1,0

Згідно з ГОСТ 18293

Феноли леткі
(сумарно)

0,001

Згідно з ГОСТ 26449.1

Хлороформ

0,06

Згідно з МВК 10.1.2.0052

Хлорфеноли

0,0003

Згідно з ДСТУ ISO 6468

Залишковий хлор

Відсутність

Згідно з ГОСТ 18190

Залишковий озон

  0,1

Згідно з ГОСТ 18301

Поліфосфати залишкові (РО4 3-)

3,5

Згідно з ГОСТ 18309

Поліакриламід залишковий

0,1

Згідно з ГОСТ 19355

        

Скачати

Види навчальних матеріалів: 
Оцінка: 
0
No votes yet