Определение содержания анионов в поверхностных водах

 

В поверхностных водах, кроме анионов HCO₃^-, СО₃^2-, OН^-, которые определялись в предыдущих работах, содержится ряд других анионов (SO₄^2-, Cl^-, HSiO₃^-, NO₃^-, PO₄^3- и др.).

Сульфат-ионы поступают в природные воды в результате растворения гипсовых пород, мирабилита, окисления сульфидов, органических серо-содержащих веществ. Содержание сульфат-ионов может быть достаточно высоким в водах атмосферных осадков вследствие загрязнения воздуха промышленными выбросами. Предельное содержание сульфат-ионов в воде источника централизованного водоснабжения – до 500 мг/л.

Хлориды по общему содержанию в природных водах занимают первое место среди анионов. Они появляются в природных водах при растворении горных пород, содержащих хлориды, выбрасываются в большом количестве при извержении вулканов, являются постоянным компонентом стоков многих предприятий. Содержание их колеблется от десятых долей до тысячи мг/л. Однако в воде рек концентрация хлоридов невелика – она превышает обычно 10-30 мг/л, поэтому повышенное количество хлоридов указывает на загрязнение источника сточными водами. Концентрация хлорид-ионов не должна превышать для питьевой воды 350 мг/л.

Лимитирование верхнего предела концентраций SO₄^2- и Cl^- обусловлено тем, что более высокие концентрации этих ионов придают воде солоноватый вкус и могут вызвать нарушение в работе желудочно-кишечного тракта у людей. При некоторых соотношениях SO₄^2- и Cl^- вода становится агрессивной по отношению к некоторым типам бетона.

В природных водах кремниевая кислота может находиться в формах метакремниевой H₂SiO₃ (H₂О·SiO₂), ортокремниевой H₄SiO₄ (SiO₂·2H₂О) и поликремниевой H₂SiO₅ (2SiO₂·H₂О) кислот. Все эти кислоты при обычных для природных вод значениях рН малорастворимы и образуют в воде коллоидные растворы. Силикаты – нежелательная примесь в воде, питающей котлы, так как дает силикатную накипь на стенках котлов.

Нитраты могут появляться в воде при разложении органических остатков, поступать с атмосферными осадками или стоками, содержащими органические вещества. Содержание их в чистых водоемах оценивается десятыми и сотыми долями мг/л. Допустимое содержание нитратов (по NO₃^-) в воде питьевого назначения – 45 мг/л.

Присутствие ряда анионов в воде является необходимым для питания растений, нормальной жизнедеятельности плавающих форм живых организмов. Однако избыток анионов может угнетать живые организмы. Избыток нитрат- и фосфат-ионов может привести к эвтрофикации водоемов. Содержание фосфатов в поверхностных водах обычно невелико – сотые и тысячные доли мг/л. Допустимое содержание в питьевой воде – 3,5 мг/л.

Под эвтрофикацией вод понимают обогащение их биогенными элементами (азотом, фосфором, углеродом или веществами, их содержащими); следствие эвтрофикации – интенсивный рост водорослей и других растений, накопление в водоемах органических веществ и других продуктов отмирания организмов. Это создает условия дляувеличения численности организмов-редуцентов, питающихся мертвым органическим веществом и разлагающих его до исходных минеральных элементов и СО₂. Редуценты в процессе жизнедеятельности интенсивно поглощают кислород. Конечный результат явлений – обескислороживание водной среды и замена аэробных (с участием кислорода) процессов на анаэробные, протекающие в бескислородной среде. Результат анаэробных процессов – выделение в среду сероводорода, метана и других ядовитых загрязняющих веществ. Таким образом, обогащение вод необходимыми для жизни химическими элементами вызывает вторичный крайне отрицательный экологический и санитарно-гигиенический эффект. Явление вызывается природными и антропогенными факторами. Различия в их действии связаны не только с интенсивностью, но и с механизмом отдельных процессов. При эвтрофикации развиваются сине-зеленые водоросли, многие из которых ядовиты. Выделяемые ими вещества относятся к группе фосфор- и серосодержащих органических соединений (нервнопаралитических ядов).

Природная эвтрофикация прoтекает как правило, медленно и зависит от минералогического состава пород и грунтов, окружающих водоемы.

Водоемы с большими запасами воды и расположенные сре­ди кристаллических пород мало подвержены эвтрофикации. Они в те­чение тысячелетий могут оставаться в олиготрофиом (бедном пита­тельными веществами) состоянии. Пример такого водоема – озеро Байкал. Медленная эвтрофика­ция характерна также для озер ледникового происхождения. Это основные резервуары озерной чистой воды. Такие водоемы вмес­те с тем в силу малой насыщенности жизнью и низких температур имеют слабую способность к самоочищению. Поэтому они весь­ма чувствительно реагируют на загрязнения.

Антропогенной эвтрофикации в настоящее время подвержены прак­тически все внутренние водоемы и некоторые моря. Факторами ее являются минеральные удобрения, а в ряде случаев моющие средства, компоненты которых – поверхностно-активные вещества (ПАВ), изготавливаемые на фосфорной основе. Источниками эвтрофикации вод являются также бытовые и промышленные стоки, животноводческие комплексы, подогретые воды, рекреационные воздействия, преобразования текущих вод в стоячие и другие результаты человеческой деятельности.

 

Цель работы: Определить содержание основных анионов в природной воде, дать характеристику исследуемой воде, указать возможные пути и последствия от поступления анионов в данный водоем.

Оборудование: нитратомер ЭКО-01, нитратоселективный и хлорсеребряный электроды, пенал для определения фосфатного числа, бюретки для титрования, оловянная палочка.

Реактивы: 0,028 нраствор нитрата серебра, раствор хромовокислого калия, раствор сульфомолибдата аммония, раствор KNO₃ − 0,1 н.

Порядок выполнения работы

Определение хлорид-ионов

Метод основан на титрометрическом осаждении хлоридов в нейтральной среде или слабощелочной среде нитратом серебра в присутствии бихромата калия в качестве индикатора.

В пробу воды объемом 100 мл добавляют 10 капель раствора хромово-кислого калия, хорошо перемешивают и оттитровывают раствором азотнонокислого серебра. Раствор титранта добавляют до тех пор, пока в воде не появится устойчивый бурый оттенок, свидетельствующий об образовании хромата серебра. Содержание хлорид-ионов в пробе воды составит, мг/л:

,

где V₁ – объем раствора нитрата серебра, пошедшего на титрование, мл; N₁ – нормальность раствора нитрата серебра; Э – миллиграм-эквивалент хлора; V₂ – объем исследуемой воды.

Определение фосфатов

Сущность заключается в том, что сульфомолибдатный раствор, введенный в испытуемую пробу воды в присутствии погруженной с нее оловянной палочки, реагирует с фосфатами, в результате чего вода окрашивается в синий цвет, интенсивность которого тем больше, чем выше концентрация фосфатов в воде.

В мерную пробирку наливают 2 мл отфильтрованной пробы воды, доводят объем жидкости сульфомолибдатным раствором до 10 мл. Затем в раствор опускают очищенную наждачной бумагой и ополоснутую дистиллированной водой оловянную палочку. Через 5 мин (за это время раствор в пробирке вместе с оловянной палочкой должен быть 2...3 раза перемешен легким встряхиванием) оловянную палочку вместе с пробкой вынимают из пробирки и сравнивают окраску испытуемого раствора с окраской стандартной цветной шкалы.

Для этого пенал, в котором находится штативчик с фосфатной шкалой, снимают с задней стенки лабораторного ящика, вынимают штативчик и в него вставляют (через верхнее отверстие) мерную пробирку так, чтобы она оказалась в специальном гнезде на фоне молочного стекла рядом с ячейками цветной шкалы.

Позади штативчика должен находиться источник света расположенный так, чтобы окраска исследуемого раствора сравнивалась с окраской штатной шкалы в рассеянном проходящем свете.

Фосфатное число воды соответствует цифре, стоящей против ячейки шкалы, окраска которой совпадает с окраской раствора в пробирке или наиболее близка к ней. Результаты определения выражены в виде концентраций фосфат ионов PO₄^3- (мг/л). Фосфатную шкалу следует хранить в футляре. Она должна быть на свету только во время колориметрирования.

Определение нитратов

Определение нитратов проводят с помощью нитратомера, используя ионоселективный электрод.

Предварительной частью работы является подготовка нитратомера. Сначала электроды готовят к работе. Для этого внутрь хлорсеребряного электрода (вспомогательного) заливают насыщенный раствор KCl и выдерживают сутки в стакане с насыщенным раствором. Между испытаниями такой электрод хранят в дистиллированной воде.

Ионоселективный электрод ЭМ-NO₃-01 заполняют после промывки при-электродным раствором, который содержит 10,11 г KNO₃ и 0,37 г KCl на 1 л раствора. Выдерживают в растворе KNO₃ с концентрацией 10^-1 моль/л в течение суток.

Приготовленные таким образом электроды готовы к работе. Их подключают в соответствующие гнезда прибора и производят калибровку системы. Для этого электроды сначала погружают в 10^{-4 М раствор} KNO₃ и включают прибор нажатием кнопки "вкл". Затем нажимают кнопку "изм". ВНИМАНИЕ! Эту кнопку можно нажимать только в том случае, если электроды погружены в раствор. С помощью регулировки ручек выставляется "0" на шкале прибора.

Отжать кнопку "изм" и перенести электроды, предварительно вымыв в дистилляте и высушив фильтровальной бумагой, в стандартный раствор с концентрацией 10^-3 М KNO₃. Нажать кнопку "изм" и ручкой "крутизна" выставить значение 56 мВ (при нажатой кнопке "диап" шкала прибора соответствует 100 мВ, при отжатой – 200 мВ). Для проверки правильности калибровки перенести электроды в 10^{-2 М раствор} KNO₃. Показания прибора должны соответствовать 112 мВ. Если показания не соответствуют 112 мВ, произвести повторную настройку прибора по растворам.

Непосредственные измерения заключаются в следующее. В пробу воды помещают электроды, включают прибор и через 1...2 мин снимают показания прибора. Сравнивая показания прибора с данными настройки, рассчитывают содержание нитрат-ионов в исследуемой пробе.

Требования к отчету

В отчете приводится описание хода выполнения работы, результаты расчета содержания анионов. Сделать предположение о характере подстилающих пород и поступающих стоков. Выявить последствия для водной экосистемы от избыточного поступления анионов.

 

Лабораторная работа № 7