Тема 5. Методика изучения физико-химических свойств питьевой воды

На практическом занятии студент должен: изучить физико-химические показатели качества питьевой воды; освоить методы оценки качества питьевой воды; провести лабораторный анализ представленной для исследования пробы; оценить качество воды по полученным результатам; составить протокол, заключение по результатам работы; обосновать предложения по улучшению качества исследованной воды.

Определение физико-химических свойств воды

Химическое исследование воды следует начинать с методов качественного определения, чтобы получить общее представление о ее составе. Затем проводят количественное определение тех ингредиентов, которые обнаружены при качественном исследовании.

Определение реакции воды

Природная вода обычно имеет слабощелочную реакцию. Кислую реакцию вода приобретает при наличии гуминовых веществ, при загрязнении воды промышленными сточными водами реакция воды также меняется. Качественно реакция (рН) определяется по универсальному индикатору. Для этого в пробирку налить исследуемую воду и слегка смочить в ней кончик полоски индикаторной бумаги.

Затем индикаторную бумагу вынуть из пробирки, отметить изменение ее цвета и сравнить окраску с эталоном шкалы универсального индикатора. Питьевая вода должна иметь рН = 6-9.

Определение общей жесткости воды

Жесткость воды зависит от содержания солей кальция и магния (так называемых солей жесткости) главным образом в виде двууглекислых, сернокислых, хлористых, азотисто- и азотнокислых соединений. Различают три вида жесткости: общую, постоянную и устранимую. Общая жесткость воды определяется суммарным содержанием катионов кальция Ca²+ и магния Mg²+ независимо от анионов. Карбонатная, или устранимая жесткость, обусловлена присутствием в воде бикарбонатов кальция и магния, превращающихся при кипячении в нерастворимые соединения (монокарбонаты), которые выпадают в осадок. Постоянная (некарбонатная) жесткость определяется присутствием в воде сульфатов и хлоридов кальция и магния. Жесткая вода обладает рядом негативных потребительских качеств. Так, овощи и мясо плохо развариваются в жесткой воде, при этом усвояемость названных продуктов снижается за счет образования нерастворимых соединений солей кальция с белками. Качество и вкусовые свойства чая, заваренного жесткой водой, снижены. Увеличивается расход моющих средств при стирке в жесткой воде. В нагревательных приборах и системах горячего водоснабжения жесткая вода образует нерастворимый осадок, что затрудняет их эксплуатацию и быстро выводит из строя. У лиц с высокой чувствительностью жесткая вода может вызвать раздражение и болезненную сухость кожи. Возможна роль солей жесткости питьевой воды в образовании мочевых камней. Общая жесткость воды измеряется в мг-экв/л или градусах (?) жесткости по содержанию окиси кальция СаО (или MgO):

1 мг-экв соответствует 28 мг СаО/л (20,6 мг MgO/л); 1? жесткости соответствует 10 мг СаО/л; отсюда: 1 мг-экв/л = 2,8? (1? и0,357 мг-экв/л). Гигиенический норматив общей жесткости воды составляет 7 мг-экв/л = 19,5? жесткости. Вода считается мягкой при жесткости до 3,5 мг-экв/л (10?), средней жесткости - от 3,5 до 7 мг-экв/л (10?-20?) и жесткой - свыше 7 мг-экв/л (более 20?). Общая жесткость воды определяется комплексонометрическим (трилонометрическим) методом. Комплексонометрический способ позволяет по цвету воды после добавления эрихрома черного качественно обнаружить наличие ионов кальция и магния или их отсутствие. При наличии ионов кальция и магния в присутствии эрихрома черного вода приобретает красный цвет, а при их отсутствии - синий с зеленоватым оттенком. В случае повышенной жесткости воды при ее окрашивании в красный цвет проводится количественное определение общей жесткости воды. Определение основано на способности трилона Б (двунатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты) связывать ионы Са и Mg в прочные комплексы. Измерение количества трилона Б, пошедшего на связывание ионов кальция и магния в прочный комплекс, что приводит к изменению цвета воды с красного на синий с зеленоватым оттенком, используется для расчета жесткости анализируемой воды. Для определения общей жесткости в коническую колбу емкостью 250-300 мл налить 100 мл анализируемой воды, добавить 5 мл аммиачно-буферного раствора и 6 капель индикаторного раствора эрихрома черного, смесь хорошо перемешать легкими круговыми движениями, после чего титровать 0,1 н. раствором трилона Б, интенсивно перемешивая до изменения окраски воды в голубовато-зеленую. Каждый миллиметр 0,1 н. раствора трилона Б соответствует 0,1 мг - экв. жесткости.

Жесткость анализируемой воды (Н) вычисляется по формуле: Н = а ^. К ^. N ^. 1000 / V мг-экв/л, где: а - количество 0,1 н. раствора трилона Б, пошедшее на титрование, мл;

К - коэффициент поправки 0,1 н. раствора трилона Б; 1000 - коэффициент для пересчета на 1 л воды; N - титр трилона Б, равный 0,9806; V - объем пробы воды, мл.

Пример. Для титрования 100 мл воды потребовалось 2,4 мл 0,1 н. раствора трилона Б, коэффициент поправки трилона Б равен 0, 9806, тогда жесткость воды будет: Н = 2,4 0,9806 • 0,1 • 10 = 2,152 мг-экв / л, или 6,2?.

1.3. Окисляемость воды перманганатная (в норме - 5 мг/л О₂). Является косвенным показателем загрязнения воды органическими веществами. Определить по следующей методике: в пробирку налить 10 мл исследуемой воды, добавить 0,5 мл разбавленной (1:3) серной кислоты и 1 мл 0,1 н раствора КМпО₄, перемешать, читать результаты через 20 мин. по табл.4 (полуколичественный анализ). Полученный результат.____ мг/л.

Таблица 4 Полуколичественная оценка окисляемости воды

 

Окраска при рассматривании сбоку	Окисляемость, мг/л О2
Ярко-лиловая
Лилово-розовая
Слабо-лилово-розовая
Бледно-лилово-розовая
Бледно-розовая
Розово-желтая
Желтая	16 и более

1.4. Содержание солей аммония (является косвенным показателем свежего загрязнения воды органическими веществами).

Провести полуколичественную оценку с помощью качественной реакции: в пробирку набрать 3-5 мл исследуемой воды, 3-4 капли 50 % раствора сегнетовой соли и 2-3 капли реактива Несслера, содержимое перемешать, интенсивность окраски сравнить с данными табл. 5.

Солей аммония в норме должно быть не более 0,1 мг/л. Полученный результат ____________мг/л

Таблица 5. Полуколичественная оценка содержания в воде солей аммония (аммиака)

Окраска при рассматривании сверху	Содержание аммонийных солей, мг/л
Окрашивания нет	Менее 0,05
Едва заметная слабо-желтоватая	0,1
Слабо-желтоватая	0,2
Желтоватая	0.4
Светло-желтая	0,8
Желтая	2,0
Интенсивно буровато-желтая	4,0
Бурая, раствор мутный	8,0 и более

1.5. Содержание нитритов - солей азотистой кислоты (косвенный показатель недавнего загрязнения воды органическими веществами).

Провести качественную реакцию: в пробирку набрать 5 мл исследуемой воды, добавить 5 капель 15 % раствора серной кислоты, перемешать, добавить 8 -10 капель (или несколько кристаллов) реактива Грисса, снова перемешать, прогреть в пламени спиртовки или на водяной бане 5 мин. В присутствии нитритов, которых в норме не должно быть более 0,002 мг/л, раствор примет розовый цвет. Полуколичественную оценку провести, сравнивая интенсивность окраски с данными табл. 6.

Полученный результат… …мг/л.

Таблица 6. Полуколичественная оценка содержания в воде нитритов

 

Окраска при рассматривании сверху	Содержание нитритов, мг/л
Окрашивания нет	менее 0,001
Едва заметная слабо-розовая	0,002
Слабо-розовая	0,004
Светло-розовая	0,02
Розовая	0,04
Ярко-розовая	0,07
Красная	0,2
Ярко-красная	0,4

 

1.6. Содержание нитратов - солей азотной кислоты (косвенный показатель давнего загрязнения воды органическими веществами). По нормативу - не более 45 мг/л.

Провести качественную реакцию: в пробирку набрать 1 мл исследуемой воды и 3-4 капли сульфофеноловой кислоты, перемешать и через 20 мин по интенсивности образовавшейся окраски найти ориентировочное содержание азота нитратов в воде. Полуколичественную оценку провести, сравнивая интенсивность окраски с данными табл.7. Полученный результат___________ мг/л.

Таблица 7 Полуколичественная оценка содержания в воде нитратов

Окраска при рассматривании сбоку	Содержание азота нитратов, мг/л
Едва заметная желтоватая	1,0
Очень слабая желтоватая	3,0
Слабая желтоватая	5,0
Слабая желтая	10,0
Светло-желтая	25,0
Желтая	50,0
Интенсивно желтая \	100,0

1.7.Содержание хлоридов

Провести качественную реакцию: налить 1/3 пробирки исследуемой воды, подкислить 2- 3 каплями азотной кислоты и прибавить 5-8 капель 10 % раствора азотнокислого серебра. Содержание хлоридов в норме не должно превышать 350 мг/л. Полуколичественную оценку провести, сравнивая интенсивность окраски по табл. 8.

Полученный результат_____________мг/л

Таблица 8. Полуколичественная оценка содержания в воде хлоридов

Состояние раствора в пробирке	Содержание хлоридов, мг/л
Опалесценция, слабая белая муть	1-10
Сильная белая муть	10-15
Медленно оседающие хлопья	50-100
Белый творожистый осадок	Более 100

 

1.8. Содержание сульфатов - солей серной кислоты (не более 500 мг/л).

Провести качественную реакцию: в пробирку налить 5 мл исследуемой воды и по 3 капли 10% раствора хлористого бария и 2,5 н раствора соляной кислоты. В присутствии сульфатов выпадает белый осадок Полуколичественную оценку провести, сравнивая интенсивность окраски с табл. 9.

Полученный результа т:___________мг/л _________

Таблица 9. Полуколичественная оценка содержания в воде (сульфатов)

Состояние раствора в пробирке	Содержание сульфатов, мг/л
Слабая муть, появляющаяся через несколько минут	1-10
Слабая муть, появляющаяся сразу	10-100
Выраженная муть	100-150
Большой осадок, который быстро садится на дно	Более 500

 

1.9. Содержание солей железа (имеет, в основном, хозяйственное значение - ржавление водоразводящей сети, сантехники, пятна при замачивании белья и пр.).

Провести качественную реакцию: налить 1/3 пробирки исследуемой воды, подкислить 2-3 каплями азотной кислоты и добавить 1 мл 10 % раствора роданистого аммония. Появление вишнево-красной окраски свидетельствует о наличии солей железа, которых в норме не должно быть более 0,Змг/л.

Ориентировочную оценку провести, сравнивая интенсивность окраски с табл.10. Полученный результат:______ мг/л.

Таблица10. Полуколичественная оценка содержания в воде солей железа

Окраска при рассматривании сверху	Содержание солей железа, мг/л
Окраски нет	Не менее 0,05
Очень слабо-желтовато розовая	0,10
Слабо-желтовато розовая	0,25
Желтовато- розовая	0,50
Желтовато-красная	2,50
Ярко-красная	5,00

Заключение и рекомендации по улучшению качества воды

_____________________________________________________________

_____________________________________________________________

Заключение (образец)

При исследовании пробы воды, взятой из... (указать, откуда взята вода: река, озеро, колодец, водопровод и пр.), установлено, что по физико-химическим свойствам вода удовлетворяет (не удовлетворяет) требованиям нормативных документов. Такая вода пригодна (не пригодна) для хозяйственно-питьевого потребления при условии хороших бактериальных показателей ее состава и радиационной безопасности.

Подпись студента Подпись преподавателя

Место для расчетов