ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОСВЕННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА ПРИРОДНЫХ И СТОЧНЫХ ВОД

9.1. Кондуктометрический анализ

Кондуктометрический анализ применяется для измерения концент­рации растворов электролитов по их удельной электропроводности. Электропроводность - это величина, обратная электрическому сопро­тивлению проводника. Она зависит от концентрации растворенных в воде веществ и температуры. Между удельной электропроводностью и концентрацией растворенных веществ зависимость близка линейной. Поэтому используя измерение электропроводности, можно определить концентрацию однокомпонентного раствора, а для воды - ее солесодержание. Приборы, с помощью которых кондуктометрическим методом определяют содержание солей в воде, называют кондуктометрическими концентратомерами, иногда солемерами.

Для измерения электропроводности используются электролитичес­кие ячейки, состоящие из двух электродов, установленных на рассто­янии L друг от друга в сосуде с контролируемой жидкостью. Если площадь электродов S, а удельная электрическая проводимость жид­кости X, то сопротивление электролитической ячейки равно:

.

Для каждой конструкции ячейки:

Следовательно, .

Величина К называется постоянной ячейки.

Измеритель электропроводности - кондуктометр обычно сос­тоит из датчика с электродной системой, преобразователя и вторич­ного прибора. Для автоматического определения содержания солей наиболее удобным является солемер конструкции ЦКТИ. Его датчик (рис.24) состоит из двух цилиндров 1 и 2, которые являются электродами. Между ними протекает контролируемая жидкость. Во внутреннем ци­линдре 2 помещен патрон 3 электрического термометра сопротивления. Цилиндры изолированы друг от друга эбонитовым дном 4 и такой же крышкой 5, через которую выпущены провода цилиндров и термометров.

Рис.24 . Датчик автоматического солемера

Содержание солей определяется в зависимости от электропроводности и температуры, а измерение электропроводности практически сводится к измерению сопротивления слоя проточной веды между цилиндрами 1 и 2.

9.2. Контроль рН

Водородный показатель — это мера активности ионов водорода в растворе, количественно выражающая его кислотность, вычисляется как отрицательный десятичный логарифм активности водородных ионов, выраженный в молях на литр:

В чистой воде при 25 °C концентрации ионов водорода [H⁺] и гидроксид-ионов [OH^-] одинаковы и составляют 10⁻⁷ моль/л. Это напрямую следует из определения ионного произведения воды, которое равно [H⁺] · [OH^-] и составляет 10⁻¹⁴ моль²/л².

Величина рН является наиболее универсальным параметром регулирования процессов химической очистки природных и сточных вод. Она характеризует степень кислотности и щелочности воды, определяет скорость и направление многих химических реакций. Для грубой оценки концентрации водородных ионов широко используются кислотно-основные индикаторы — органические вещества-красители, цвет которых зависит от pH среды. К наиболее известным индикаторам принадлежат лакмус, фенолфталеин, метилоранж и другие. Индикаторы способны существовать в двух по-разному окрашенных формах — либо в кислотной, либо в основной. Изменение цвета каждого индикатора происходит в своём интервале кислотности, обычно составляющем 1—2 единицы. Использование специального прибора — pH-метра — позволяет измерять pH в более широком диапазоне и более точно (до 0,01 единицы pH), чем с помощью индикаторов. Для автоматического измерения рН удобнее использовать элект­рометрические методы. Разность потенциалов между электроламп явля­ется величиной, характеризующей концентрацию ионов в растворе. Обычно один электрод является сравнительным, а второй - измери­тельным. На рис.25 показана схема измерения величины рН. В раствор опущен стеклянный электрод 1 и каломельный электрод 7. Разность потенциалов между электродами пропорциональна величине рН и измеряется потенциометром 4. Стеклянный электрод 1 представ­ляет собой трубку с толстостенным полым шариком из специального известково-натриевого или литиевого электродного стекла. Внутрен­няя полость шарика заполнена раствором 3 с постоянным и известным значением рН. В этот раствор погружен вспомогательный хлор-сереб­ряный контактный электрод 2, который служит для снятия потенциала с внутренней поверхности шарика. Каломельный электрод 7 представляет собой корпус, выполненный из диэлектрика, в который залита ртуть 5. Для контакта с ртутью в дно сосуда впаяна платиновая проволока. Над ртутью помещается слой малорастворимой каломельной пасты. Остальная часть сосуда заполне­на насыщенным раствором хлористого калия 8. Таким образом, элект­рический контакт каломельного электрода с исследуемым раствором осуществляется через раствор хлористого калия. Постоянный потенци­ал в каломельном растворе образуется на границе ртуть-каломель. В месте соприкосновения контролируемого раствора с электрическим контактом устанавливается полупроницаемая перегородка 9,через ко­торую под небольшим давлением просачивается хлористый кадий.

Рис. 25 . Схема измерения рН раствора

Таким образом, электрическая цепь рН-метра состоит из ряда последовательно соединенных элементов, потенциалы которых дают суммарную ЭДС, фиксируемую измерительным прибором. Эта ЭДС являет­ся для определенной температуры функцией рН в исследуемом растворе.

В России наиболее широко используются рН-метры, выпускаемые Гомельским заводом измерительных приборов. В последнее время часто используют рН-метры разных модификаций производства Германии.

9.3 Контроль растворенного кислорода

Определение содержания растворенного кислорода в воде исполь­зуют в большинстве случаев для оценки загрязнений, содержащихся в природных и сточных водах. Для этого используют два основных пока­зателя: биохимическую потребность в кислороде (БПК) и химическую потребность в кислороде (ХПК).

БПК представляет собой кислородный эквивалент степени загряз­ненности воды органическими веществами. Существует несколько способов аналитического измерения БПК: метод разведения, нитратный, хлоратный и другие. На практике чаще всего применяют метод разве­дения. Сточную воду смешивают с частями разбавляющей воды. Смесь до предела насыщают растворенным кислородом, разливают в инкубаци­онные склянки, герметизируют и оставляют в термостате при темпера­туре 20°С на 5 и более суток. Величина уменьшения кислорода в склянке, умноженная на степень разведения, дает численную величину БПК.

ХПК - это количество кислорода, требуемое для окисления орга­нических веществ в сточной воде до углекислого газа, воды и аммиа­ка. Величина ХПК должна быть всегда больше, чем БПК. Чем меньше соотношение между БПК и ХПК, тем лучше очи­щена сточная вода.

Содержание кислорода в воде определяют кислородомерами. Наи­более удобными являются переносные кислородомеры марки «Оксимет 1».У этого прибора датчик погружается непосредственно в воду с помощью соединительного кабеля 3 (рис.26 .).

Датчик представляет собой защитную решетку 1, внутри которой располагается корпус с катодом и анодом, а также термометр

сопротивления 2.

Рис.26 . Датчик кислородомера

Между электродами существует разность потенциалов от внешнего источника напряжения. Вследствие большой площади анода и малых то­ков, анод практически не поляризуется. Поэтому катод поляризуется на величину приложенного напряжения.

При определенном потенциале на катоде протекает реакция восстановления кислорода, что приводит к деполяризации катода.

Концентрация кислорода С определяется по формуле:

,

где I - ток на катоде,

К - Коэффициент пропорциональности, зависящий от постоянных величин электрохимической системы прибора.

В последнее время появились различные модификации кислородо-меров: для лабораторных исследований - марки КЛ-115, стационарный промышленный прибор К-215 (оба выпускается Гомельским заводом из­мерительных приборов), анализатор кислорода АКВА-Л. Разработаны также инструментальные методы прямого определения БПК, основанные на изменении давления или объема газа. На использовании этих мето­дов основана конструкция аппарата Варбурга [34]. Для этой же цели используют респирометры - аппараты, предназначенные для изучения дыхательной деятельности микроорганизмов. Существует также способ сценки концентрации органических веществ в воде путем измерения поглощения этой водой лучей ультрафиолетовой области спектра.

9.4. Определение редокс-потенциала.

Редокс-потенциал (окислительно-восстановительный потенциал) - этоодин из наиболее объективных показателей, характеризующих про­цессы биохимической очистки сточных вод. Величина редокс-потенциа­ла (еН) полнее характеризует процессы биохимического окисления, чем, например, растворенный кислород. Кроме того, еН может дать более объективную оценку процесса очистки воды при наличии токсичных по отноше­нию к микроорганизмам загрязнений.. Величина редокс-потенциала всех биохимических процессов, ле­жащих в основе жизнедеятельности живых организмов составляет 1250 мв (от -420 до +830 мв).

Величину еН измеряют электрометрическим методом. Электродная система состоит из платинового пластинчатого электрода и стандарт­ного электрода сравнения (каломельного или хлорсеребряного). В не­которых случаях редокс-потенциал определяют с помощью индикаторно­го электрода из золота. Для измерений подходят электродные системы многих рН-метров и потенциометров, выпускаемых Гомельским заводом измерительных приборов.

9.5. Контроль щелочности воды

Щелочность природных вод характеризует в основном наличие в них бикарбонатных ионов. Она является одним из важнейших техноло­гических показателей, по которому выбираются дозы целого ряда реа­гентов, используемых для обработки воды. В лабораторных условиях щелочность определяется титрованием 0,1н кислотой в присутствии индикаторов, изменяющихся окраску в области pH=4. Киевским институтом коллоидной химии разработано устройство для непрерывного автоматического измерения щелочности воды (рис. 27.)

Рис.27 . Схема прибора для непрерывного автоматического изме­рения щелочности воды

Это устройство работает следующим образом. Из емкости 1 типа сосуда Мариотта через термостатированный капилляр 2 поступает в смесительную камеру 3 постоянное количество раствора кислоты. Туда же через регулирующий вентиль 7 и ротаметр 8 непрерывно поступает переменное количество исследуемой воды, при титровании с помощью электродной ячейки поддерживается значение рН смеси кислота-вода, соответствующее эквивалентной точке. При этом с помощью рН-метра 5 с опущенными в камеру электродами 4 измеряется величина ЭДС, пос­тупающая на вход потенциометра 6. Если величина рН отклоняется от заданного значения, то изменяется количество воды, поступающей в камеру 3. Шкала ротаметра 5 градуируется по величине щелочности в мг-экв/л. Записывающее устройство 9 через вторичный прибор 8 осу­ществляет постоянную запись величин щелочности воды.

Дата добавления: 2014-10-02; просмотров: 867; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!