allr.genskov.ru



Библиотека - Химия - Химия воды и микробиология

Сортировать: по оценкам | по дате
19.11.17
[1]
переходы:1
Библиотека - Химия - Химия воды и микробиология
Предназначено для бакалавров водных ресурсов "6.092601" Водоснабжение и водовидведенняи бакалавров-строителей 6.092109 "Сооружения и оборудование водоснабжения и водоотведения" дневной формы обучения.
Студенты, которые приобретают специальности "Водоснабжение и водоотведение-ведение» и «Сооружения и оборудование водоснабжения и водоотведения", наряду с другими дисциплинами изучают вопрос очистки природных и сточных вод. Теоретической основой этих дисциплин является курс "Химия воды и микробиология", который знакомит студентов со свойствами воды как вещества и сырья, используемого для питьевых, хозяйственных и производственных нужд человека;
Требования к качеству питьевой воды, сформулированные Государственными санитарными правилами и нормами Украины (ДержСанПиН) "Вода питьевая. Гигиенические требования к качеству воды централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения ". Различные государственные и отраслевые стандарты, правила и руководства регламентирующие качество воды для производственных целей и требования к сточной воды, сбрасываемой в водоемы возвращается в производство.
Методические материалы включают основные методики определения показателей качества природных и сточных вод, которые могут пригодиться специалистам по водоснабжению и водоотведению. Большинство определений показателей качества воды основывается на международных методиках. Некоторые определения из-за отсутствия необходимой аппаратуры выполняются по национальным методикам. Они отмеченные *.
Методические указания состоят из двух разделов. Первый раздел включает лабораторные работы, которые выполняются студентами специальностей ВВ (III курс) и УВО (II курс) в рамках дисциплины "Химия воды и микробиология". Во втором разделе представлены лабораторные работы, выполняемые студентами специальности ВВ (IV курс) при изучении дисциплины "Специальные вопросы химии и микробиологии воды", а также студентами специальности ВВ (IV курс) и УВО (II курс)
Анализ целого ряда компонентов воды необходимо проводить на месте отбора проб в связи с тем, что они могут существенно изменяться при хранении воды. Как правило, на месте отбора проб определяют температуру воды, ее вкус, запах, содержание растворенного кислорода и углекислого газа, фосфатов, жесткость, концентрацию ионов Ca2 +, Mg2 +, Fe2 +, Fe3 +, NH4 +, NO2-, NO3-. Не позднее чем через сутки после отбора пробы необходимо определить содержание в воде взвешенных веществ, рН, мутность, окраска, щелочность, окисляемость, БПК, плотный остаток.
где х - количество определяемого вещества, мг / дм3; v1 - объем титрованного раствора, израсходованного на титрование пробы исследуемой воды, см3; N - молярная концентрация эквивалента реактива (титрованного раствора), моль / дм3; е - молярная масса эквивалента определяемого компонента, г / моль; v0 - объем исследуемой воды, взяли для титрования, см3.
Методами колориметрии концентрацию вещества, если она окрашена, можно определить непосредственно, сравнивая интенсивность окраски со стандартом (то есть с раствором с известной концентрацией вещества). В других случаях в исследуемую воду добавляют реактив, который вступает в реакцию с определяемым веществом и образует окрашенное соединение.
Сравнивая интенсивности окраски, используют главным образом следующие методы: метод цветной шкалы, метод сравнения окраски, фотоколориметрическим.
При применении метода сравнения окраски сравнивается интенсивность окраски пробы воды и стандартного раствора, которые могут значительно различаться между собой. Сравнение проводят в специальных колориметрических цилиндрах (цилиндры Генера) с маленькими кранами, расположенных в нижней части цилиндра. Высоту столба жидкости в каждом цилиндре регулируют через отливки таким образом, чтобы интенсивности цветов в обоих цилиндрах при рассмотрении жидкости сверху сравнялись.
Коэффициент пропускания Т исследуемой воды, который показывает соотношение этих потоков, определяется как отношение соответствующих фототоков И непосредственно по шкале микроамперметра, т.е.
где И0, И - фототоки, которые несут ответственность полном световому потоку Ф0 и световому потоку Ф, прошедший сквозь исследуемую воду.
Проведению измерений предшествует подбор поглотителей (светофильтров) и измерительных кювет. Наличие комплекта поглотителей и кювет позволяет подобрать такие условия для измерений, когда погрешность в определении концентрации будет наименьшей. Светофильтр для работы подбирается таким образом, чтобы коэффициент светопропускания имел большое значение. Выбор кюветы осуществляется в зависимости от интенсивности окраски исследуемых растворов: большей интенсивности соответствует меньше рабочая длина кюветы.
Градуировочный график используют для определения неизвестной концентрации вещества в исследуемой воде. Для этого исследуемую воду с приложенными к нему реактивами наливают в ту же кювету, с помощью которой построена градуировочная кривая, и, включив тот же поглотитель, измеряют коэффициент пропускания. На графике находят значение коэффициента пропускания и соответствующую ему концентрацию определяемого вещества.
К физическим показателям относятся: температура воды, содержание взвешенных веществ, окраска, запах и вкус; к химическим - активная реакция воды (рН), перманганатная окисляемость, химическое потребление кислорода (ХПК), биохимическое потребление кислорода (БПК), наличие азотсодержащих веществ, растворенные в воде газы, плотный остаток и потеря при прокаливании, жесткость, щелочность, содержание в воде сульфатов, хлоридов, железа, марганца и других элементов.
Температура воды - важный фактор, влияющий на физические, химические, биохимические и биологические процессы, происходящие в водоемах. От нее во многом зависит кислородный режим водоема, интенсивность процессов самоочищения и тому подобное. На температуру воды считаются при расчетах многих очистных сооружений.
Для питьевых целей оптимальной является температура 7 ... 11 С. Этому условию наиболее соответствуют подземные воды. Они, как правило, характеризуются постоянством температуры, которая при глубине залегания водоносного слоя более 200 м составляет 6 ... 10 С. Для поверхностных вод свойственны значительные сезонные перепады температуры - в среднем от 0,1 до 30 С. Измерение температуры проводят одновременно с отбором пробы воды из источника.
Для измерения используют калиброванные ртутные термометры с ценой деления 0,1 ... 0,5 С. Результат выражают в градусах Цельсия, знак ставится только при температурах, ниже нуля.
Природные воды, особенно поверхностные, редко бывают прозрачными. Мутность воды обусловлена ​​наличием в ней взвешенных частиц песка, глины, органических примесей, фито- и зоопланктона. Источником поступления их в водоем являются дождевые и талые воды, размыв русел водотоков, скаламучення донных отложений в ветреную погоду и тому подобное.
Количество взвешенных веществ в воде выражают в мг / дм3. Содержание их в природных водах колеблется в очень широких пределах - от нескольких миллиграммов до десятков граммов в 1 дм3 воды. Эти колебания часто зависят от времени года: для равнинных рек характерен максимальное содержание взвешенных веществ в весеннее половодье и минимальный - зимой, для горных рек обычным является увеличение мутности воды в период ливней и таяния снега в горах.
Контроль мутности воды очень важен и с токсикологической точки зрения. Так в речных водах с умеренной мутности во взвешенном состоянии находится большая часть алюминия, более 90% свинца, 30-35% мышьяка и кадмия и более 20% ртути. Чистой вода озера Байкал, которая содержит свинца 0,7, кадмия 0,02, ртути 0,1 и мышьяка 0,3 мкг / дм3.
4. Метод определения рассеяния излучения - воды с малой мутностью, например, питьевые. В зависимости от примененного измерительного прибора может быть использован и для вод с высокой мутностью.
ru | www.osvita-plaza.in.ua/index/0-717


19.11.17
[1]
переходы:1
Библиотека - Химия - Химия воды и микробиология

Затем, измеряя на приборе коэффициент пропускания исследуемой воды, с помощью градуировочного графика определяют ее мутность.
Методика определения содержания взвешенных веществ
Для измерений применяют лабораторный фотоколориметр КФК-2. Определение проводят в кювете с рабочей длиной l = 5 см, при светофильтре с длиной световой волны  = 540 нм (зеленый). В световой поток помещают кювету с контрольной жидкостью - дистиллированной водой, рядом в кюветном отделении устанавливают кювету с исследуемой водою. Если окраска исследуемой воды превышает 10 градусов, контрольной жидкостью служит исследуемая вода, из которой удалены взвешенные вещества (центрифугированием или фильтрованием через мембранный фильтр с диаметром пор 0,45 мкм). Закрывают крышку кюветно отделения и ручками "чувствительность", "УСТАНОВКА 100 ГРУБО" и "УСТАНОВКА 100 ТОЧНО" устанавливают отсчет 100 по шкале колориметра.
Поворотом рычага перемещения кювет дистиллированную воду заменяют кюветой с исследуемой водой. Снимают отсчет по шкале колориметра, соответствующий коэффициенту пропускания воды (ТД) в%.
Содержание взвешенных веществ (мутность исследуемой воды Кд) определяют по градуировочному графику (рис.2).
Переход от мг / дм3 до ОКФ происходит исходя из соотношения: 1,5 мг / дм3 каолина соответствует 2,6 ОКФ, или 1 ОКФ соответствует 0,58 мг / дм3.
4.Метод измерения рассеяния излучения
Строят калибровочный график, измеряя рассеянный поток излучения. Все дальнейшие действия идентичны метода определения ослабления потока.
Контрольные вопросы
1. Какие примеси определяют мутность воды?
2. Какие методы используют для определения мутности воды? Коротко дать их характеристику.
3. Какая мутность питьевой воды является допустимой по существующим нормам?

Лабораторная работа № 3
Окраска воды *
Чистая вода в тонком слое представляет собой бесцветную, при значительной толщине слоя она имеет голубой оттенок. Другие оттенки свидетельствуют о наличии в воде различных растворенных и взвешенных примесей.
Окраска природной воды обусловлено наличием в ней гуминовых веществ (оттенки бурого и желтого цвета), коллоидных соединений железа ИИИ (желто-зеленые оттенки), массовым развитием водорослей (зелено-бурые, изумрудные оттенки). Сточные воды некоторых предприятий также придают воде достаточно интенсивной окраски.
В естественных условиях вещества, придающие воде окраски, попадают в воду в результате процессов химического выветривания горных пород, с подземным стоком, а также вымываются из почвы и торфяники. Повышенное окраску имеют воды рек с болотным типом питания.
Значительное окраски воды ухудшает ее органолептические свойства, оказывает негативное влияние на развитие водных растительных и животных организмов в результате резкого снижения концентрации растворенного кислорода в водоеме, который расходуется на окисление соединений железа и гумусовых веществ.
Окраска воды выражают в условных единицах - градусах эталонной дихромат-кобальтовой шкалы.
Для приготовления шкалы используют два раствора: №1 и №2. Раствор №1 содержит 0,0875 г дихромата калия, 2 г сульфата кобальта и 1 см3 серной кислоты (плотностью 1,84 г / см3) в 1 дм3 дистиллированной воды. Раствор №2 содержит 1 см3 серной кислоты (плотностью 1,84 г / см3) в 1 дм3 дистиллированной воды. Смешивая в различных соотношениях растворы №1 и №2 (см. Табл.1), получают шкалу окраски - ряд эталонных растворов с различной окраской.
Таблица 1
Объем раствора, см3 Окраска эталонного раствора, град. Объем раствора, см3 Окраска эталонного раствора, град.
№1 №2 №1 №2
0
1
2
3
4
5100
99
98
97
96
95 0
5
10
15
20
25 июня
8
10
12
14
16 94
92
90
88
86
84 30
40
50
60
70
80
Окраска воды определяют колориметрическим методом (см. Розд.1.1), сравнивая ее с эталонными растворами. Сравнение окраски проводят или визуально в цилиндрах Генера, или с помощью прибора, прокалиброванным по набору эталонных растворов. При наличии в пробе исследуемой воды взвешенных веществ (мутная вода) перед определением окраски ее необходимо центрифугировать или фильтровать через мембранный фильтр (диаметр пор 0,45 мкм) для удаления этих веществ.
В соответствии с требованиями ДержСанПиН окраски питьевой воды не должно превышать 20 (35) град.
Методика определения окраски воды фотоколориметрическим методом
Сущность метода заключается в измерении светопоглощения окрашенной пробы воды с помощью фотометра.
Для измерений применяют лабораторный фотоэлектроколориметр КФК-2.
Определение проводят в кювете с рабочей длиной l = 5 см, при светофильтре с длиной световой волны  = 440 нм (синий). В световой поток помещают кювету с дистиллированной водой, рядом в кюветном отделении устанавливают кювету с исследуемой водой. Закрывают крышку кюветно отделения и ручками "чувствительность", "УСТАНОВКА 100 ГРУБО" и "УСТАНОВКА 100 ТОЧНО" устанавливают отсчет 100 по шкале колориметра.
Поворотом рычага перемещения кювет дистиллированную воду заменяют кюветой с исследуемой водой. Снимают отсчет по шкале колориметра, соответствующий коэффициенту пропускания исследуемой воды Тд,%.
Окраска исследуемой воды Кд определяют по предварительно построенной калибровочной кривой (рис.3).
Рис. 3. Градуировочный график для определения окраски воды
Методика определения окраски воды в цилиндрах Генера
В один цилиндр наливают исследуемую воду, а другой - эталонный раствор с известным окраской Кэт. Оба цилиндры рассматривают сверху на белом фоне и отливают постепенно более окрашенный раствор до тех пор, пока интенсивность окраски в обоих цилиндрах не сравнится.
Окраска исследуемой воды Кд рассчитывают по формуле:

где Hет и hд - высота столба соответственно эталонного раствора и исследуемой воды, мм.
Контрольные вопросы
1. Каковы причины появления окраски воды?
2. Какие методы используют для измерения окраски воды?
3. Как окраски питьевой воды регламентируется существующими нормами?
Лабораторная работа № 4
Запах воды *
Запахи воды по характеру разделяют на запахи естественного и искусственного происхождения.
Причиной появления запахов природного происхождения является химический состав примесей воды, микроорганизмы, обитающие в водоеме и тому подобное. Эти запахи характеризуют описательно (табл.2).
Запахи искусственного происхождения обусловлены некоторыми примесями сточных вод, попадающих в водоемы. Эти запахи называют в соответствии с названием вещества с похожим запахом: фенольный, хлорфенольного, нефтяной, смолистый и тому подобное.
Запах воды определяется органолептическим, интенсивность его оценивается показателем разведения (ПР) пробы воды до полного исчезновения запаха. По действующим нормам вода считается пригодной для питья, если при разведении пробы дистиллированной водой в два раза (ПР - 2) запах полностью исчезает.
Таблица 2
Обозначение запаха Характер запаха Примерный род запаха
А
Б
Г
Д
С
П
Р
С
Т
Н Ароматический
Болотный
Гнилостный
Древесный
Землистый
Плесневый
Рыбный
Сероводородный
Травяной
Неопределенный Огуречный, цветочный
Илистый, топкие
Фекальный, сточный
Запах мокрой трески, древесной коры
Рыхлый, глинистый
Затхлый, застойный
Запах рыбьего жира, рыбы
Запах тухлых яиц
Запах скошенной травы, сена
Запах, который не подходит под приведенные выше определения
Методика определения запаха
Широкогорлую колбу вместимостью 300 см3 на 2/3 заполняют исследуемой водой, накрывают часовым стеклом, встряхивают вращательными движениями, снимают часовое стекло и втягивают носом воздух из колбы.
ru | www.osvita-plaza.in.ua/index/0-718


19.11.17
[1]
переходы:1
Библиотека - Химия - Химия воды и микробиология
или:
FeCl3 + 3H2O Fe (OH) 3 + 3HCl.
Реакции гидролиза обратимы. Поэтому, чтобы обеспечить полноту протекания гидролиза (прямая реакция) необходимо связывать (нейтрализовать) кислоту, образующуюся за гидролиза. Эту функцию выполняют присутствуют в природных водах гидрокарбонат-ионы (НСО3-), которые обусловливают естественную щелочность воды:
Н 2SO4 + 2НСО3- = 2Н2СО3 + SO42- = 2Н2О + 2СО2 + SO42-.
Если щелочность обрабатываемой воды небольшая, или применяется значительная доза коагулянта, кислота, образующаяся при гидролизе коагулянта, может нейтрализоваться полностью. Следствием этого является ухудшение процесса образования хлопьев, появление в воде остаточного алюминия или железа. Чтобы избежать этого, воду дополнительно подщелачивают введением извести Са (ОН) 2 или соды Na2CO3:
H2SO4 + Ca (OH) 2 = CaSO4 + 2H2O;
2HCl + Na2CO3 = 2NaCl + H2CO3 = 2NaCl + H2O + CO2.
Гидроксиды алюминия и железа очень мало растворяются в воде и выделяются из нее в виде коллоидных положительно заряженных частиц с большой суммарной поверхностью.
Гумусовые вещества, придающие воде окраску, и частицы пород и почв, которые определяют ее мутность, представляют собой отрицательно заряженные коллоиды. Вследствие большой свободной поверхностной энергии и разности зарядов эти две системы взаимодействуют: на положительно заряженной поверхности гидроксидов хорошо адсорбируются гумусовые вещества, а сами частицы гидроксидов адсорбируются на поверхности частиц почвы, глины и других взвешенных веществ.
Вместе с тем наличие в воде отрицательно заряженных ионов приводит к коагуляции коллоидных частиц гидроксидов, то есть происходит снижение их заряда и потеря ими устойчивости. В результате этого частицы начинают слипаться между собой, создавая так называемую надмицелярну структуру. Последняя под влиянием гидродинамических сил потока разрывается в слабых местах, в результате чего образуются микропластивци, которые затем укрупняются при взаимных столкновениях. Оседания такой коагулеванной взвеси приводит к удалению из воды веществ, придающих ей мутности и окраски.
Для успешного протекания процесса необходимо правильно выбрать дозу коагулянта. Оптимальной называется такая маленькая доза коагулянта, которая обеспечивает окраску очищенной воды  20 град. при минимальной ее мутности и хорошем образовании хлопьев (достаточно быстрое образование крупных, хорошо оседающих хлопьев).
Оптимальная доза коагулянта зависит от природы и интенсивности окраски обрабатываемой воды, ее мутности, щелочности, рН, температуры; этот показатель определяют во время пробного свертывания воды различными дозами коагулянта.
Методика определения оптимальной дозы коагулянта
Предварительно определяют окраску, мутность, щелочность и рН исследуемой воды.
В 8 цилиндров наливают по 250 см3 исследуемой воды. В первый цилиндр вводят градуированной мерной пипеткой раствор коагулянта концентрацией 25 мг / см3 и тщательно перемешивают воду в цилиндре мешалкой 10 раз. Отмечают начало опыта. Таким же образом, последовательно обрабатывают воду в других цилиндрах дозами коагулянта в соответствии с таблицей:
Номер цилиндра 1 2 3 4 5 6 7 8
Объем раствора коагулянта, что вводится в цилиндр, Vк, см3 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0
Доза коагулянта, которая соответствует введенному объему раствора, Дк, мг / дм3 50100150200 250300350400
Обработанная коагулянтом вода в цилиндрах отстаивается в течение 2:00. При отстаивании воды отмечают начало образования хлопьев (tпл) и начало их осадки (tос), а также вид хлопьев (большие, маленькие, рыхлые, плотные).
Через 2:00 верхний слой воды в цилиндрах (≈ 150 см3) осторожно сливают в чистые колбы, тщательно перемешивают и измеряют мутность (К). После эту воду фильтруют через бумажный фильтр и определяют ее окраски (с), щелочность (Л) и рН. Результаты оформляют в виде таблицы:
Номер цилиндра Дк, мг / дм3 Время, мин. Вид хлопьев Показатели качества воды после обработки ее коагулянтом
tпл tос К, мг / дм3 С, град. Л,
мг-экв / дм3 рН

Лабораторная работа №14
Определение оптимальной дозы хлора *
Обеззараживания воды осуществляют для освобождения ее от болезнетворных (патогенных) микроорганизмов. Обеззараживанию подвергается очищенная вода перед подачей ее потребителю. Методы обеззараживания подразделяются на реагентные и безреагентная.
К реагентных методов относят обработку воды сильными окислителями, ионами тяжелых металлов (серебро, медь) и др. Как окислители используют хлор и его соединения, содержащие активный хлор (оксид хлора (IV), гипохлориты, хлорамины) озон.
К безреагентных методам относят термическую и ультразвуковую обработку воды, применение ультрафиолетового или ионизирующего излучения.
Самый распространенный метод обеззараживания воды - хлорирование. Обработка воды хлором приводит к поражению и гибели бактериальной клетки в результате окисления и хлорирования составных частей клетки микроорганизма.
Для сравнения обеззараживающего действия различных хлорсодержащих веществ введено понятие активный хлор. Это количество газообразного хлора, которая соответствует количеству кислорода, выделяемого хлорсодержащих веществом при введении ее в воду.
Бактерицидный эффект хлорирования в значительной степени зависит от начальной дозы хлорсодержащих реагента и продолжительности контакта его с водой. На разрушение бактериальных клеток расходуется лишь незначительная часть введенного в воду хлора. Большая его часть как сильного окислителя расходуется на реакции с различными органическими и минеральными примесями воды - гумусовыми веществами, солями железа ИИ, нитритами, аммиаком, сероводородом, молекулярными органическими веществами.
Количество хлора, которая расходуется на окисление органических и неорганических примесей, определяет хлоропоглощения воды. Хлоропоглощения воды - это количество хлора (мг / дм3), которая расходуется при 30-минутном контакте его с исследуемой водой. Хлоропоглощения характеризует степень загрязнения воды: чем оно выше, тем больше в воде примесей, которые реагируют с хлором. Хлоропоглощения речной и озерной воды, как правило, не превышает 2.
ru | www.osvita-plaza.in.ua/index/0-719