Методы ускоренного определения ХПК воды в лабораторных условиях. Хпк определение


Арбитражный метод определения ХПК — Мегаобучалка

 

Определение основано на окислении органических веществ избытком бихромата калия в растворе серной кислоты (1:1) при нагревании в присутствии катализатора - сульфата серебра. Остаток бихромата калия находят титрованием раствором соли Мора и, исходя из этого, определяют количество K2Cr2O7 , израсходованное на окисление органических веществ.

Бихромат-ион при этом восстанавливается согласно уравнению:

Cr2O72- +14H++6e- = 2Cr3+ +7h3O

Для ускорения окисления органических веществ в реакционную смесь вводят катализатор – сульфат серебра. В результате окисления отдельных элементов органических веществ образуются Н2О, СО2, Р2О5, SО3-, азот превращается в аммонийную соль. При этом кислород, входивший в состав окисляемых органических веществ, участвует в процессе окисления, а водород этих соединений отдаёт по 3 атома на каждый атом азота при образовании аммонийных солей

Органические соединения алифатического ряда с неразветвленной углеродной цепью и некоторые соединения других классов окисляются не полностью.

Определению мешают хлориды, сульфиды, соединения железа (II), нитриты и другие неорганические вещества, способные окисляться бихроматом в кислой среде.

Мешающее влияние хлоридов при концентрациях менее 300 мг/дм3 устраняется за счет присутствия в пробе катализатора (сульфата серебра). При больших содержаниях хлоридов к пробе добавляют сульфат ртути (II) из расчёта 100 мг/дм3 на 10 мг/дм3 хлоридов.

Мешающее влияние сульфидов и соединений железа (II) устраняют предварительной продувкой пробы воды воздухом, если она не содержит летучих органических соединений, или учитывают при расчете ХПК. В последнем случае определяют их концентрации и пересчитывают на величины ХПК, исходя из того, что 1 мг Н2S и 1 мг Fe2+ эквивалентны соответственно 0,47 и 0,14 мг О2. Таким же образом учитывают влияние нитритов (1 мг NO3- эквивалентен 0,35 мг О2).

Сложность арбитражного метода заключается в использовании для анализа достаточно громоздкой стеклянной установки, состоящей из колбы, в которой проводится реакция окисления, и обратного холодильника. Кипячение окислительной смеси с образцом воды в собранной установке проводится в течение 2 часов на колбонагревателе или электроплитке. Поэтому при выполнении серии анализов возникает проблема в оборудовании большого количества установок, значительно занимающих рабочее пространство лаборатории. Поэтому при выполнении регулярных поточных анализов используют ускоренный метод определения ХПК.

 

Ускоренный метод определения ХПК

Этот метод предназначен для постоянных анализов, проводимых для контроля работы очистных сооружений или состояния воды в водоеме. Результаты определения, как правило, получаются ниже, чем при анализе арбитражным методом, но они обычно достаточно хорошо воспроизводимы. Рекомендуется периодически проводить определения обоими методами, ускоренным и арбитражным, для нахождения приблизительного коэффициента пересчета. Следует учитывать, что расхождения между результатами обоих методов особенно велики, когда проба содержит трудноокисляемые вещества, такие, как уксусная кислота, аланин, бензол и др. При величине ХПК воды ниже 50 мг/л, этот метод применять нельзя.

Главная особенность ускоренного метода – использование концентрированной серной кислоты. Нагревания извне не требуется, температура повышается за счёт тепла выделяющегося при смешении воды с концентрированной серной кислотой (внимание: во избежание возможного разбрызгивания кислота наливается в воду, а не наоборот!)

 

Ход определения.

Для выполнения анализа потребуется:

1. Термостойкая коническая колба объёмом 150 мл – 2 шт.

2. Термостойкая коническая колба объёмом 500 мл – 2 шт.

3. Коническая колба объёмом 250 мл – 1 шт.

4. Пипетка для отбора аликвоты воды объемом 5 мл.

5. Пипетка для бихромата калия объемом 2,5 мл – 1 шт.

6. Пипетка для серной кислоты объемом 10 мл – 1 шт.

7. Мерный цилиндр объемом 25 мл – 1 шт.

8. Шпатель и листок кальки для навески сульфата ртути.

9. Бюретка для раствора соли Мора – 1 шт.

10. Концентрированная серная кислота.

11. Сульфат ртути (II) (или сульфат серебра) кристаллический.

12. Раствор N-фенилантраниловой кислоты (0,25 гр кислоты растворяют в 12 мл 0,1 н.раствора едкого натра и разбавляют водой до 250 мл).

13. Стандартный раствор 0,25 н. бихромата калия (12,258 г бихромата калия, предварительно высушенного при 1050С в течение 2 ч, растворяют в дистиллированной воде и разбавляют водой до 1 дм3).

14. Раствор приблизительно 0,25 н. соли Мора (98 г соли Мора растворяют в дистиллированной воде, прибавляют 20 мл концентрированной серной кислоты и разбавляют дистиллированной водой до 1 дм3). Титр раствора устанавливается по стандартному раствору бихромата калия. 25 мл стандартного раствора 0,25 н. бихромата калия пипеткой помещают в коническую колбу на 500 мл, добавляют цилиндром 20 мл концентрированную серную кислоту и дают остыть. Затем добавляют 10–15 капель N-фенилантраниловой кислоты и титруют раствором соли Мора до перехода окраски из фиолетового в зелёный цвет (точка перехода достаточно хорошо выражена.)

Точную концентрацию раствора соли Мора находят по формуле:

См=Сб ·Vб/ Vм

где См - концентрация раствора соли Мора, моль/дм3 эквивалента;

Сд - концетрация раствора дихромата калия, моль/дм3 эквивалента;

Vд - объём раствора дихромата калия, взятый для титрования, см3;

Vм - объём раствора соли Мора, пошедший на титрование, см3.

 

Анализ проводят в следующей последовательности:

1. Берут термостойкую плоскодонную коническую колбу объемом 150 мл пипеткой помещают в неё аликвоту пробы, определенную, исходя из следующих соображений:

– если значение ХПК ожидается в пределах 500-4000 мг/л – берут для анализа 1 мл пробы,

– если ХПК 50-500 мг/л – отбирают 5 мл пробы,

– если ХПК выше 4000 мг/л, пробу предварительно разбавляют.

 

2. В колбу с отобранной аликвотой пипеткой вводят 2,5 мл 0,25 н. раствора бихромата калия,

3. На листке кальки берут навеску 0,2 г сульфата ртути (II) и высыпают её при перемешивании в колбу с аликвотой пробы.

4. Отмеряют пипеткой 7,5 мл концентрированной серной кислоты на 1 мл пробы или цилиндром 15 мл на 5 мл пробы. Кислота выливается в колбу быстро. При этом температура раствора поднимается выше 1000С. (Внимание: Все работы проводятся в вытяжном шкафу с включённой вентиляцией с использованием средств индивидуальной защиты: халат, резиновые перчатки, защитные очки).

5. Через 2 мин раствор охлаждают в эксикаторе заполненном холодной водой до комнатной температуры.

6. Количественно переносят раствор в колбу на 200–250 мл, промывая колбу в которой проводилось окисление 100 мл дистиллированной воды.

7. Добавляют в раствор 10–15 капель N-фенилантраниловой кислоты.

8. Оттитровывают избыток бихромата раствором соли Мора с уточненным титром в присутствии индикатора (10–15 капель N-фенилантраниловой кислоты). Уточнение титра раствора соли Мора проводится перед выполнением анализа.

9. Параллельно проводят холостое определение (тот же самый анализ по п.1–8, только в качестве анализируемой пробы используют дистиллированную воду).

10. Расчет величины ХПК, выраженной числом миллиграммов кислорода на 1 дм3 воды, производят по следующей формуле:

, мгО2/дм3

где - объём раствора соли Мора, израсходованный на титрование в холостом опыте, см3;

- объем раствора соли Мора, израсходованный на титрование пробы воды,см3.

- концентрация раствора соли Мора, н.;

- объем пробы воды, взятый для определения, см3

8 - масса миллиграмм-эквивалента кислорода, мг.

 

После выполнения анализа тщательно вымыть использованную посуду и пипетки водопроводной, затем несколько раз дистиллированной водой; привести рабочее место в порядок!

Задание для выполнения лабораторной работы:

1. Выполнить ускоренным методом определение ХПК представленного образца воды.

2. С использованием полученного значения ХПК рассчитать требуемую величину кратности разбавления воды для определения величины БПК5.

megaobuchalka.ru

Определение химического потребления кислорода

Метод не применим к высокоминерализованным водам, таким как морские воды, содержащим (после разбавления) более 1000 мг/л хлорида. В настоящее время специалистами ИСО/ТК 147 разрабатываются модифицированные методы определения ХПК для проб воды с содержанием хлоридов выше 1000 мг/л, а также для проб с низким уровнем ХПК (менее 30 мг/л).[ ...]

ХПК воды, определенное бихроматным методом, можно считать приблизительной мерой теоретического потребления кислорода, т.е. ХПК — это количество кислорода, потребленное при общем химическом окислении органических компонентов до неорганических конечных продуктов. Степень, с которой аналитические результаты приближаются к теоретическому значению, зависит в основном от того, насколько полным было окисление. Большое число органических соединений окисляется на 90—100%, исключение составляют соединения пиридинового ряда, четвертичные азотные соединения. Летучие гидрофобные вещества могут при определении испаряться, и поэтому не вступают в реакцию окисления. В условиях реакции окисляются следующие неорганические соединения: ионы брома и йода, некоторые соединения серы, ионы нитрита и др. С другой стороны, некоторые соединения, содержащиеся в сточных водах ряда производств, могут являться окисляющими агентами в данных условиях определения ХПК, что следует учитывать при оценке результатов.[ ...]

В сточных водах, таких как городские сточные воды, ще легкоокис-ляемые соединения преобладают, значение ХПК является реальной мерой теоретического потребления кислорода. Для других вод, содержащих большие количества определенных веществ, плохо окисляемых в условиях опыта, значение ХПК является слабой мерой теоретического потребления кислорода. То же самое можно сказать и о некоторых промышленных стоках.[ ...]

Таким образом, важность значения ХПК зависит от состава исследуемой воды. Об этом необходимо помнить при рассмотрении результатов, полученных методом, определенным в ИСО 6060.[ ...]

Сущность метода заключается в нагревании с обратным холодильником испытуемой пробы в концентрированной серной кислоте с известным количеством бихромата калия в присутствии серебряного катализатора в течение определенного промежутка времени. Затем проводят титрование остатка бихромата калия солью Мора и рассчитывают ХПК по количеству восстановленного бихромата.[ ...]

Дистиллированная вода. Качество воды в значительной степени определяет точность результатов. Качество воды проверяется холостыми анализами или аналогичными параллельными анализами без кипячения. Следует обратить внимание на потребление раствора соли Мора. Разница более 0,5 мл указывает на низкое качество воды. Для определения значений ХПК ниже 100 мг/л разница не должна превышать 0,2 мл. Качество дистиллированной воды можно улучшить повторной дистилляцией, подкислив воду раствором бихромата или перманганата калия, используя оборудование для дистилляции, полностью изготовленное из стекла.[ ...]

Серная кислота c(h3S04)= 4 моль/л. К 500 мл воды по частям осторожно добавляют 220 мл h3SO4 (р - 1,84), дают остыть и разбавляют до 1 л.[ ...]

Раствор сульфата серебра в серной, кислоте. Добавляют 10 г сульфата серебра (Ag2S04> к 35 мл воды. Добавляют по частям 965 мл серной кислоты (р - 1,84), дают раствориться в течение одного — двух дней. При помешивании растворение ускоряется.[ ...]

Бихромат калия, стандартный раствор, с (К2СГ2О7) -0,040 моль/л, содержащий соль ртути. Растворяют 80 г сульфата ртути (HgSíb) в 800 мл воды. Осторожно добавляют 100 мл серной кислоты (р - 1,84). Дают раствору остыть и растворяют в нем 11,768 г бихромата калия, высушенного при 105 ”С в течение 2 ч. Переливают раствор в мерную колбу и разбавляют до 1 л.[ ...]

Раствор стабилен не менее 1 мес.[ ...]

Вернуться к оглавлению

ru-ecology.info

Методы ускоренного определение ХПК воды в лабораторных условиях

Известно, что типовое время, требуемое на получение достоверного значения ХПК воды бихроматным методом — от момента поступления пробы до выдачи протокола анализа — составляет  приблизительно 4-5 часов.

Это относится как к титриметрическому методу определения ХПК, так и к фотометрическому, несмотря на то, что фактические затраты времени персонала в методиках с фотометрическим окончанием в варианте с использованием готовых реагентов существенно меньше.

Титриметрический метод  во всем мире считается устаревшим, по основным двум причинам. Во-первых, он экономически расточителен, т.к. требует в 10 раз больше реактивов, чем фотометрический. Плюс, метод подразумевает много ручных операций, что при большом потоке проб ведет к большому расходу рабочего времени. Во-вторых, продуцируется большое количество опасных отходов, требующих утилизации, и связанных с ней затрат. В связи с такими особенностями экспресс-вариантов определения ХПК титриметрией не разработано.

Основное время при фотометрическом анализе на ХПК уходит на:  

  1. разложение пробы, которое длится 2 часа, и  
  2. охлаждение виал с обработанной пробой и отстаивание осадка, что требует еще от 1 до 4 часов 

В этих виалах раствор готов для измерений.jpg

Виалы ХПК с пробой, готовые для измерений на фотометре; осадок полностью осел.

Для измерений на фотометре пригодны только остывшие обработанные виалы, в которых раствор полностью прозрачен, и осадок полностью осел на дно; в противном случае на этапе фотометрии в результат будет внесена существенная дополнительная ошибка. Разные пробы дают осадок разной природы, и время его оседания значительно варьируется. Однако для большинства проб, особенно с невысоким значением ХПК, на оседание осадка требуется не более часа.

Существует 2 группы экспресс-методов анализа воды по ХПК.

 

Группа 1. Ускоренное разложение.

Принцип ускоренного метода тот же, что и в стандартном варианте с фотометрией: разложение пробы воды → остывание/отстаивание виал → измерение на фотометре.

Отличие в том, что стадию разложения пробы проводят не при 150°С 2 часа, а при 170°С, но в течении всего 15 минут. В результате общее время анализа сокращается до 1...2 часов, и даже менее 1 часа — в зависимости от того, насколько быстро раствор над осадком станет прозрачным. Для ускорения осаждения твердой фазы можно использовать лабораторную центрифугу.

HT 200 S.jpg

Установлено, что при указанных условиях полнота окисления всех органических компонентов пробы практически не ниже, чем при стандартизированных условиях 150°С/2 часа (ГОСТ 31859, ПНД Ф 14.1.2.4.210-05, ASTM D 1252, ISO 15705, EPA 410.4).

Для реализации данного метода используются только готовые реагенты, в особых виалах, выдерживающих высокое давление, а также специальный высокотемпературный термостат с функцией ускоренного охлаждения после термообработки.

Преимущества:

  • высокая скорость получения результата - 1...2 часа, для некоторых типов воды - менее 1 часа;
  • высокая сходимость со стандартизированными фотометрическими методиками
  • независимость от типа анализируемой воды - можно выполнять анализ любых проб без дополнительных настроек и калибровок

Недостатки:

  • высокая стоимость оборудования и расходных материалов.

 Группа 2. Альтернативное определение

Лучшими вариантами в группе 2 являются безреагентные методики, в которых используется УФ-спектроскопия образца воды. ХПК воды определяется косвенно, т.е. измеряется не фактическая окисляемость, а величина, связанная с уровнем ХПК определенной зависимостью. Специальная подготовка образца обычно не требуется. Спектрофотометр требует обязательную предварительную калибровку и настройку с помощью традиционных методик с реагентами, для того, чтобы результаты стали сопоставимы.

Самый простой способ, известный много лет, предполагает измерение удельного поглощения на 254 нм (SAC 254). Метод SAC 254 нечувствителен к некоторым классам органических веществ, а также «видит» только растворенные соединения. Поэтому его применение ограничено. Но есть и более новые  способы. Например, фирмой WTW предлагается метод "OptRF" , реализуемый в фотометре photoLab 7600. Проба воды помещается в прямоугольную кварцевую кювету, снимается спектр 200...390 нм, производятся вычисления, и результат выводится на дисплей прибора.

У косвенного метода UV-VIS-спектроскопии есть существенное ограничение. На месте работы прибор должен быть специально настроен только на одну анализируемую среду, т.е. на определенный тип воды, состав основных загрязнений в которой примерно один и тот же.

Настройка и калибровка такого анализатора проводится и использованием обычного прямого фотометрического метода (с реагентами, термореактором и фотометром), и может потребовать проведения несколько десятков анализов в течение нескольких дней.

Преимущества:

  • наивысшая скорость получения результата - приблизительно 1-2 минуты
  • почти отсутствуют  затраты на реагенты (только для перекалибровки и контроля точности)

Недостатки:

  • необходимость тщательной настройки прибора под конкретный тип и источник анализируемой воды
  • высокий риск получения неверных результатов при изменении характеристик проб
  • высокая стоимость оборудования

Стоит также упомянуть о методике ускоренной оценки ХПК, которая иногда применяется в практике экологического контроля.

Методика представляет из себя модифицированный титриметрический способ определения ХПК, с упрощенным этапом разложение пробы. Проводят  смешивание пробы воды с компонентами реагента-окислителя таким образом, что последней добавляется концентрированная серная кислота. При этом происходит кратковременный разогрев реакционной смеси до примерно 100 °С, и постепенное остывание. Далее остывший раствор титруют и рассчитывают величину окисляемости. Проба воды в данных условиях окисляется не полностью, причем полнота окисления значительно изменяется, от пробы к пробе.

Методика предлагается для выполнения экспресс-тестов работы очистных сооружений или состояния воды в одном и том же водоеме.

Результаты оценки ХПК по данной методике всегда занижены по сравнению со стандартизированными методиками. Хорошей повторяемости результатов также добиться непросто а часто просто невозможно. Единственное преимущество такой методики оценки ХПК - невысокая стоимость оборудования.

Во многих лабораториях по всему миру химики ведут поиски новых методов определения ХПК, которые имели бы хорошие метрологические характеристики, не требовали опасных и ядовитых реагентов, обеспечивали быстрое получение результата. Об этом - в наших будущих публикациях.

www.ecoinstrument.ru

Определение ХПК

Определение бихроматной окисляемости (химического потребления кислорода или ХПК) в пробах сточных вод фотометрическим методом производится согласно методике [6]. Метод измерения основан на обработке пробы воды серной кислотой и бихроматом калия при температуре 150° С.

Перед отбором пробы воду тщательно перемешивают. Одновременно анализируют не менее двух аликвот пробы воды (параллельные пробы).

Аликвоты, объемом 2 мл, помещают в стеклянные виалы, заполненные реагентом, приготовленным в зависимости от ожидаемого значения ХПК пробы (в диапазоне от 5 до 80 мгО/л или от 80 до 800 мгО/л). Виалы плотно закрывают завинчивающимися крышками и перемешивают растворы. Помещают виалы в термореактор «Термион», предварительно нагретый до температуры 150°С, и выдерживают в течение двух часов. Осторожно вынимают съемную часть штатива термореактора вместе со всеми виалами и охлаждают в вытяжном шкафу. Через 20 минут содержимое виал перемешивают и охлаждают до комнатной температуры.

Перед измерением наружные поверхности стеклянных виал протирают сухой салфеткой. Виалу с исследуемым раствором помещают в кюветное отделение анализатора «Флюорат-02-3М». Определяют значение ХПК в режиме измерение. Измерение оптической плотности раствора проводят в диапазоне длин волн от 340 до 380 нм в зависимости от ожидаемых значений ХПК. Полученные значения результатов измерений заносят в лабораторный журнал. Результаты измерений представляют в виде:

Х ± U, мгО/л

где Х – среднее арифметическое значение концентрации ХПК, мгО/л;

U – расширенная неопределенность измерений с коэффициентом охвата k=2 для n=2 параллельных определений, мгО/л.

U= 0,01·Uотн ·

где Uотн – значение расширенной относительной неопределенности при коэффициенте охвата k=2 (приложение Б).

Результат анализа округляют с точностью:

при полученном значении ХПК

от 1,0 до 10,0 мгО/л – до 0,1 мгО/л;

от 10 до 100 мгО/л – до 1 мгО/л;

от 100 до 1000 мгО/л – до 10 мгО/л.

При получении двух результатов измерений (Х1, Х2) осуществляют проверку приемлемости результатов в соответствии с требованиями [5].

Результат измерений считают приемлемым при выполнении условия:

где Хmax - больший результат параллельного определения, мгО/л;

Хmin - меньший результат параллельного определения, мгО/л;

Х – среднее арифметическое результатов параллельных определений, мгО/л;

r – значение предела повторяемости (приложение Б).

 

3. Определение концентрации БПК5

Метод определения БПК основан на способности микроорганизмов потреблять растворенный кислород при биохимическом окислении органических и неорганических веществ в воде.

Биохимическое потребление кислорода определяют количеством кислорода, которое потребуется для окисления находящихся в воде углеродсодержащих органических веществ в аэробных условиях в результате биохимических процессов.

При определении биохимического потребления кислорода (БПК) в пробах сточных вод скляночным методом согласно методике [7], значение БПК устанавливается по разности содержания растворенного кислорода в обогащенной растворенным кислородом и зараженной аэробными микроорганизмами пробе воды до и после инкубации.

Определение биохимического потребления кислорода (БПК) манометрическим методом согласно методике [8] основано на измерении разности давления в замкнутой БПК системе, состоящей из бутыли для инкубации с зараженной аэробными микроорганизмами пробой и БПК-сенсора, до и после инкубации.

 

3.1. Методика выполнения измерения БПК5 скляночным методом

Относительно чистые пробы воды с содержанием БПК5 до 5 мг/л можно исследовать без разбавления. При большей концентрации БПК5 в исследуемой пробе требуется разбавление предварительно подготовленной водой. Коэффициент разбавления пробы указывается преподавателем.

Необходимое количество кислородных склянок для анализа определяется из условия на одну пробу воды - две склянки. Дополнительно необходимо предусмотреть две склянки для анализа пробы сравнения (холостой пробы).

В мерную колбу объемом 1 л пипеткой Мора помещают исследуемую пробу воды и с помощью шланга доводят до метки разбавляющей водой. Затем с помощью шланга воду из мерной колбы разливают в кислородные склянки, заполняя их до края так, чтобы внутри склянки не образовывалось пузырьков. Одну склянку закрывают пробкой и колпачком, заполненным той же водой из колбы. Помещают в термостат при температуре 20°С на 5 суток. Во второй склянке определяют концентрацию растворенного кислорода.

Склянки с пробой сравнения заполняются с помощью шланга разбавляющей водой. Одну склянку закрывают пробкой и колпачком, заполненным разбавляющей водой. Помещают в термостат при температуре 20°С на 5 суток. Во второй склянке определяют концентрацию растворенного кислорода.

Для определения концентрации растворенного кислорода в склянку вводят пипетками 2 мл раствора хлорида марганца и 2 мл щелочного раствора йодида калия. Пипетки погружают до половины глубины склянки. Склянку закрывают пробкой. Содержимое перемешивают 15-20 раз, помещают в темное место на 10 минут. К образовавшемуся осадку пипеткой приливают 10 мл раствора концентрированной серной кислоты (погружая пипетку внутрь склянки до осадка, не допуская его взмучивания). По мере опорожнения пипетки ее медленно вынимают из склянки. Вытеснение части прозрачной жидкости из склянки для анализа не имеет значения. Склянку плотно закрывают пробкой и тщательно перемешивают до растворения бурого осадка. Затем отбирают 50 мл раствора и переносят в колбу для титрования. Титруют раствором тиосульфата натрия до светло-желтой окраски. Добавляют 1 мл раствора крахмала и титруют до исчезновения синей окраски. Фиксируют объем тиосульфата натрия, пошедший на титрование.

Концентрацию растворенного кислорода в склянке СХ (мг/л) определяют по формуле:

, мг/л

где 8,0 – масса миллиграмм-эквивалента кислорода, мг/л;

СТ – концентрация раствора тиосульфата натрия, моль/л;

VT – объем раствора тиосульфата натрия, пошедшего на титрования, мг/л;

V – вместимость кислородной колбы, мл;

V1 – суммарный объем растворов хлорида марганца и йодида калия, добавленных в колбу при фиксации растворенного кислорода, мл;

Концентрацию БПК5 в исследуемой пробе воды СБПК5 (мг/л) рассчитывают по формуле:

СБПК5 = [(СХ1 – СХ2) – (СУ1 – СУ2)]·N, (2)

где СХ1 – концентрация растворенного кислорода в исследуемой пробе до инкубации, мг/л;

СХ2 – концентрация растворенного кислорода в исследуемой пробе после инкубации, мг/л;

СУ1 – концентрация растворенного кислорода в разбавляющей воде до инкубации, мг/л;

СУ2 – концентрация растворенного кислорода в разбавляющей воде после инкубации, мг/л;

N – величина разбавления.

3.2. Методика выполнения измерения БПК5 манометрическим методом

Система OxiDirect позволяет производить измерение от 0 до 2000 мг/л·О2 без разбавления. Манометрический метод заключается в измерении разности давления в герметично-закрытой бутылке до и после инкубации пробы с помощью электронных датчиков давления, встроенных в крышки бутылок.

Все измерения производят в двух параллельных пробах. Объем пробы, необходимой для анализа, определяется в зависимости от ожидаемого значения БПК5. Ожидаемые результаты должны находиться в верхней границе диапазона, указанного в таблице 2.

Талица 3 – Объем пробы сточных вод для анализа

Предполагаемый диапазон концентрации БПК5, мг/л·О2 Объем пробы, мл Количество ингибитора нитрификации
0 …. 40 10 капель
0 …. 80 10 капель
0 …. 200 5 капель
0 …. 400 5 капель
0 …. 800 3 капель
0 …. 2000 3 капель

Перед началом анализа проверяется рН пробы. Оптимальное значение рН для биохимического окисления находится в диапазоне 6,5 …. 7,5. Если текущее значение значительно выходит за указанные пределы, его приводят к указанному диапазону путем добавления соляной кислоты (HCl 1н) или раствора гидроксида натрия (NaOH 1н).

Анализируемую воду необходимо тщательно перемешать и дать осесть крупному осадку. В измерительные бутыли поместить точно отмеренное количество пробы (желательно использовать специальные мерные колбы). Убедиться, что в пробах воды, налитых в измерительные бутыли, содержится типичное количество суспензии твердых веществ.

Для подавления нитрификации, что особенно важно при анализе проб с низкими значениями БПК, в каждую измерительную бутыль рекомендуется добавлять ингибитор нитрификации, его необходимое количество указано в таблице 2.

В бутыль добавить чистый перемешивающий якорь, установить прокладку на горловину, добавив в специальную емкость прокладки по 3-4 капли 45% гидроксида калия (для поглощения СО2). Установить сенсоры БПК на измерительные бутыли и аккуратно завинтить (система должна быть полностью герметичной). После установки бутылей на штатив, поместить его внутрь термостата на перемешивающую платформу. Измерение БПК5 производится в течение 5 дней при температуре 20 °С. Результаты за период инкубации считывают с дисплея прибора OxiDirect.

За результат измерения принимается среднее арифметическое значение двух результатов параллельных определений.

Результат анализа округляют с точностью:

при полученном значении БПК

от 1,0 до 10,0 мгО2/л – до 0,1 мгО2/л;

от 10 до 100 мгО2/л – до 1 мгО2/л;

от 100 до 1000 мгО2/л – до 10 мгО2/л.

 

Лабораторная работа №3

pdnr.ru

Величины хпк в водоемах с различной степенью загрязненности [1]

Величины ХПК в водоемах с различной степенью загрязненности [1]

Степень загрязнения (классы водоемов)

ХПК, мг О/дм3

Очень чистые

1

Чистые

2

Умеренно загрязненные

3

Загрязненные

4

Грязные

5–15

Очень грязные

>15

Присутствующие в воде органические соединения могут претерпевать не только аэробное биохимическое окисление в ре­зультате жизнедеятельности бактерий, используемое при опреде­лении БПК. При наличии в пробе воды сильных окислителей и соответствующих условий протекают химические реакции окисления органических веществ, причем характеристи­кой процесса химического окисления, а также мерой содержания в пробе органических веществ является потребление в реакции кислорода, химически связанного в окислителях. Показатель, ха­рактеризующий суммарное содержание в воде органических ве­ществ по количеству израсходованного на окисление химически связанного кислорода, называется химическим потреблением кислорода (ХПК). Являясьинтегральным (суммарным) показате­лем, ХПК в настоящее время считается одним из наиболее инфор­мативных показателей антропогенного загрязнения вод. Этот по­казатель, в том или ином варианте, используется повсеместно при контроле качества природных вод, исследовании сточных вод и др. Результаты определения окисляемости выражаются в милли­граммах потребленного кислорода на 1 л воды (мгО/л).

Однако не все органические вещества в равной степени уча­ствуют в реакции химического окисления. Так же, как и при биохи­мическом окислении, при химическом окислении можно выделить группы легко, нормально и тяжело окисляющихся органических веществ. Поэтому всегда существует разница между теоретически возможным и практически достигаемым значениями ХПК.

Теоретическим значение ХПК (ХПКтеор) называют количе­ство кислорода (или окислителя в пересчете на кислород) в мг/л, необходимое для полного окисления содержащихся в пробе орга­нических веществ, т.е. всех способных окисляться элементов из состава органического соединения. При таком окислении угле­род теоретически количественно окисляется до СО2, а сера и фос­фор (если они присутствуют в соединении) – до SО3 и Р2О5. Азот превращается в аммонийную соль; кислород, входивший в со­став окисляемых органических молекул, является «строительным материалом» для образующихся продуктов окисления, а водород переходит в структуру Н2О или аммонийной соли.

Например, при окислении синильной кислоты и гликоля протекают реакции:

НСN+Н2О+О=NН3+СО2;

Н2NСН2СООН+ЗО=NН3+2СО2+Н2О.

Практически используемые методы определения ХПК дают результаты, близкие к ХПКтеор, но всегда отклоняющиеся в ту или иную сторону. При наличии трудно окисляющихся органических веществ их окисление за время реакции проходит не полностью, и это приводит к занижению результата. В то же время, при нали­чии в пробе неорганических восстановителей, также потребляю­щих кислород на собственное окисление, результат получается завышенный. Совместное действие обоих факторов и вызывает отклонение реального ХПК от ХПКтеор.

Таким образом, окисляемость, или ХПК, характеризует об­щее количество содержащихся в воде восстановителей (органичес­ких и неорганических), реагирующих с сильными окислителями. В качестве таких окислителей обычно используют бихромат- и перманганат-анионы, и соответственно называются основные методы определения ХПК — бихроматный и перманганатный. Следует от­метить, что результаты определения окисляемости одной и той же воды с помощью разных окислителей обычно неоднозначны из-за неодинаковой степени окисления веществ, присутствующих в воде. Результаты зависят также от свойств окислителя, его концентра­ции, температуры, рН, продолжительности окисления и др. Полу­чаемые результаты сопоставимы только в том случае, когда точно соблюдены все условия проведения анализа.

Бихроматная окисляемость позволяет получить значение ХПК, наиболее приближенное к ХПКтеор, т.е. наиболее полное окисление достигается бихроматом калия. Поэтому определение бихроматной окисляемости является основным методом опреде­ления ХПК. Именно бихроматную окисляемость часто называют «химическим потреблением кислорода». В условиях этого мето­да большинство органических соединений окисляется на 95 % и более, однако окисляются не все соединения (толуол, бензол, пи­ридин, парафин и др. практически не окисляются). Катализатором окисления является сульфат серебра, который добавляется в аналитическую рецептуру для ускорения реакции и повышения полноты окисления органических веществ. Избыток бихромата оттитровывается раствором соли Мора. Реакцию проводят в же­стких условиях – в 50 %-ной (разбавление 1:1) серной кислоте при кипячении. Содержание неорганических вос­становителей в пробе определяют отдельно специальными мето­дами и вычитают из ХПК пробы.

Бихромат при этом восстанавливается согласно уравнению:

Сг2О72-+ 14Н++6е-=2Сг3++7Н2О.

В таких условиях получаемый результат обычно составля­ет 95-98 % от ХПКтеор.

На примере окисления фталата калия бихроматом реакцию можно записать следующим образом:

2KС8Н5О4+10К2Сг2О7+41Н2SО4=16СО2 +46Н2О+10Сг2(SО4)3+11К2SО4

Из уравнения реакции следует, что на окисление 2 молекул фталата калия расходуется 16 молекул кислорода, связанного в бихромате. В весовом отношении ХПКтеор для 1 мг фталата ка­лия составляет 1,175 мгО.

Значения ХПКтеор (в мг кислорода на 1 мг вещества) для разных соединений, по данным [26], приведены в табл. 19.

Таблица 19

Значения ХПКтеор для разных соединений

Соединение

ХПКтеор, мгО/л

Щавелевая кислота

0,18

Синильная кислота

0,59

Гликоль

0,64

Глюкоза

1,07

Уксусная кислота

1,07

Сахароза

1,12

Масляная кислота

1,82

Этанол

2,09

Додецилбензоат натрия

2,34

Фенол

2,38

Бутанол

2,59

Бихроматная окисляемость определяется методом титрования. Соответствующие методики, с незначительными различия­ми, регламентированы как отечественными руководящими доку­ментами, так и международным стандартом ИСО 6060. Согласно методу титрования, избыток бихромата калия после операции окисления (уравнение реакции см. выше) оттитровывают солью Мора в присутствии индикатора, в качестве которого обычно используется ферроин – комплекс 1,10-фенатролина с сульфатом железа (II) (в качестве индикатора может быть также использова­на М-фенилантраниловая кислота). При этом катион Fе2+ в титранте реагирует с катионом хрома:

3Fе2+ + Сгб+ = 3Fе3+ + Сг3+

Индикатор образует интенсивно окрашенное соединение с Fе2+ и бесцветное – с Fе3+. По этой причине, когда восстановле­ние Сгб+ до Сг3+ завершено, Fе2+ реагирует с индикатором с обра­зованием ферроинового комплекса. При этом окраска раствора отчетливо изменяется от синевато-зеленой до красно-коричневой, что указывает момент окончания титрования. Момент окончания титрования может быть установлен также потенциометрически.

Для определения ХПК, наряду с окислением бихроматом, проводят также окисление перманганатом. Соответствующий показатель называется перманганатной окисляемостыо (за рубе­жом также используют термин «перманганатный индекс»). Перманганатная окисляемость является мерой загрязнения воды окис­ляемыми органическими и неорганическими веществами, способными к окислению в условиях анализа, и такими условия­ми являются окисление 0,01 н. раствором перманганата калия в сернокислой среде или кипячении в течение 10 мин.

Уравнение реакции при окислении пробы перманганатом можно записать следующим образом:

МпО4-+8Н++3е- = Мп4++4Н2О

Для определения перманганатной окисляемости использу­ется более простой метод, чем для бихроматной окисляемости, од­нако он имеет ограниченное применение. Так, определение пер­манганатной окисляемости может быть рекомендовано (и широко используется) лишь при анализе природных вод для контроля за динамикой содержания легкоокисляющихся веществ природного происхождения (например, гуминовых кислот). И это понятно, т.к. "жестко" окисляющиеся органические загрязнители, часто при­сутствующие в сточных водах, в природной воде практически не встречаются. Следует отметить также, что именно перманганатная окисляемость является единственным показателем ХПК, регламен­тирующим качество питьевой воды согласно СанПиН 2.1.4.559-96 (норматив составляет 5,0 мгО/л)[44] .

Определение перманганатной окисляемости может давать некорректные результаты при анализе сточных вод по следующим причинам:

  1. перманганат – недостаточно сильный окислитель, поэтому окисление многих веществ проходит неполно или совсем не проходит;

  2. при кипячении растворов, содержащих перманганат, последний разлагается до диоксида марганца и кислорода (как в кислой, так и в щелочной средах). Выпадающий диоксид марганца каталитически ускоряет процесс, однако в холостой пробе или относительно чистой воде этого не происходит. Процесс ослож­няется тем, что количество выпадающего диоксида марганца зависит от условий и состава анализируемой пробы.

Следует отметить, что в природных водах содержание трудно окисляющихся органических веществ обычно крайне мало, и результаты, получаемые при анализе при­родных вод бихроматным и перманганатным методами, практи­чески достаточно близки.

Перманганатную окисляемость используют для оценки ка­чества питьевой, водопроводной воды, природной воды источни­ков водоснабжения и др. Ее определение предусмотрено ГОСТ 2761 при обследовании источников хозяйственно-питьевого во­доснабжения. Более загрязненные поверхностные и сточные воды также, с известным приближением, можно анализировать этим методом, однако их необходимо разбавлять. Перманганатную окисляемость нельзя рассматривать как меру теоретического по­требления кислорода или общего содержания органических ве­ществ в воде, т.к. ряд органических соединений в условиях этого метода окисляется лишь частично.

Таким образом, для характеристики ХПК как показателя химической активности пробы, традиционно используются мето­ды «мокрой» химии. Тем не менее, ХПК определяют также и «су­химии» приборными методами. Например, методами сжигания орга­нических веществ пробы в токе кислорода или СО2. Эти методы также позволяют получить результаты, близкие ХПКтеор, однако требуют приборного оснащения, а приборы – соответствующего обслуживания, поверки и т.п.

Мешают точному определению ХПК в первую очередь, хлорид-анионы, как правило, содержащиеся в природных и, особенно, в сточных водах. Хлориды окисляются в условиях анализа до элементарного хлора, поэтому при содержа­нии в пробе в концентрации свыше 300 мг/л их влияние устраня­ется (или минимизируется) путем добавления сульфата ртути (II) в количестве 22,2 мг Н2SО4 на 1 мг С1. Образующийся малодиссоциированный хлорид ртути (II) устойчив в присутствии большой концентрации серной кислоты и бихромата.

Определению также мешают нитриты, часто присутствую­щие в водах, прошедших биохимическую очистку. Для их устране­ния в пробу вводят по 10 мг сульфаминовой кислоты на 3 мг NО2- . При кипячении раствора нитрит-анионы удаляются в виде азота, а избыток сульфаминовой кислоты переходит в сульфат аммония:

Н2NSО2ОН+НNО2=N2+Н2SО4+Н2О,

Н2NSО2ОН +Н2О=Nh5НSО4.

Помимо хлоридов и нитритов, определению мешают сульфиды, сероводород и железо. Все указанные соединения, при их присутствии в пробе, могут быть определены индивидуально, и результат анализа на окисляемость, в таком случае, уменьшают на величину потребления кислорода этими соединениями. В частности, 1 мг Н2S соответствует 0,47 мг О; 1 мг NО2 – – 0,35 мг O; 1 мг Fе2+ – 0,14 мг О.

Нормативы на ХПК в воде водоемов: для питьевой воды – 5,0 мгО/л (для перманганатной окисляемости), ХПК – 15 мгО/л.

1.3.3. БИХРОМАТНАЯ ОКИСЛЯЕМОСТЬ (УСКОРЕННЫЙ МЕТОД)

Определение бихроматной окисляемости может проводить­ся арбитражным и ускоренным методами. Оба метода являются титриметрическими. Ввиду сложности арбитражного метода оп­ределения ХПК ниже мы приводим только ускоренный метод, который можно считать упрощенной модификацией арбитражно­го. Приводимый метод вполне может быть реализован в полевых условиях или при отсутствии лабораторной базы (например, в производственных условиях) и пригоден для анализа сточных и загрязненных природных вод. Он нашел применение для постоян­ных ежедневных анализов, проводимых для контроля работы очи­стных сооружений, состояния воды в водоемах и др. Результаты определений, получаемые ускоренным методом, обычно несколь­ко ниже, чем при анализах арбитражным методом, однако они хорошо воспроизводимы и коррелируют с его результатами. Вос­производимость результатов, получаемых ускоренным методом, объясняется тем, что в одном и том же водоеме (сточной воде, технологической пробе и т.п.) присутствует практически один и тот же «букет» окисляемых органических соединений. Расхожде­ния между результатами ускоренного и арбитражного методов могут быть значительными в тех случаях, когда в пробах присут­ствуют трудно окисляемые вещества – например, уксусная кис­лота, аланин, бензол и др. Практически же вводят коэффициент пересчета для корректировки результатов ускоренного метода и их приведения (с некоторой погрешностью) к арбитражному.

Главная особенность ускоренного метода определения ХПК – повышенная концентрация используемого раствора сер­ной кислоты (применяется неразбавленная концентрированная серная кислота). В таких условиях не требуется специального нагревания пробы, т.к. ее температура повышается до необходи­мых значений за счет тепла, выделяемого при разбавлении серной кислоты. Именно в этом состоит основное отличие ускоренного метода от арбитражного, т.к. в последнем пробу необходимо ки­пятить более часа в сернокислотном растворе бихромата калия. Это создает ряд преимуществ ускоренного метода перед арбит­ражным, расширяет область его применения. Следует отметить, что при определении ХПК ускоренным методом окисление проводят без добавления катализатора – сульфата серебра. При этом несколько снижается точность анализа за счет неполного окисле­ния части трудно окисляющихся органических веществ.

Ускоренный метод применяется при значениях ХПК не менее 50 мгО/л и не более 4000 мгО/л, при больших значениях пробу необходимо разбавить.

Оборудование и реактивы

Колба коническая плоскодонная из термостойкого стекла на 150-200 мл, пипетка-капельница, пипетки мерные, цилиндр мерный на 100 мл.

Защитные очки, перчатки.

Вода дистиллированная или бидистиллированная, раствор бихромата калия (0,25 н.), раствор соли Мора титрованный, сер­ная кислота концентрированная, сульфат ртути (II) кристалли­ческий в капсулах по 0,2 г, раствор индикатора ферроина.

Примечание. Воду дистиллированную необходимо проверить на отсутствие органичес­ких веществ в холостой пробе.

О приготовлении растворов см. приложение 3.

Отбор и хранение проб

Количество пробы, отбираемой на анализ ускоренным ме­тодом, зависит от ожидаемого значения ХПК исследуемой воды. Соответствующие данные приведены в табл. 20.

Таблица 20

Ожидаемое значение ХПК

Количество пробы для анализа

50-500

5 мл

500-4000

1 мл

Свыше 4000

Пробу необходимо разбавить

В зависимости от целей анализа определение ХПК можно проводить в нефильтрованной или фильтрованной пробе. В пос­леднем случае пробу фильтруют через мембранный или бумаж­ный фильтр.

Определение ХПК

  1. В коническую колбу на 150-200 мл с помощью пипетки поместите пробу воды в необходимом количестве (см. табл. 20).

  2. К пробе пипеткой добавьте 2,5мл 0,25 н. раствора бихромата калия.

  3. К раствору добавьте содержимое капсулы (около 0,2 г) сульфата ртути (II).

4. К содержимому колбы, перемешивая раствор покачиванием, осторожно добавьте пипеткой концентрированную серную кислоту в количестве 7,5 мл на 1 мл пробы либо 15 мл на 5 мл пробы (техника безопасности!)

Примечание. В данной операции температура раствора поднимается выше 100 ºС.

5.Колбу выдержите 2 мин., после чего раствор охладите до комнатной температуры.

  1. В колбу мерным цилиндром прилейте 100 мл дистиллированной воды.

  2. В колбу добавьте 3-4 капли раствора ферроина.

8.Оттитруйте избыток бихромата раствором соли Мора с помощью пипетки или бюретки.

При титровании определите объемы раствора соли Мора, расходуемые в ходе анализа (VА = VАО – VАК), и в холостом опыте (Vх = Vхо – Vхк).

9. Проведите холостой опыт, используя вместо пробы чистую дистиллированную или бидистиллированную воду в том же количестве.

По результатам титрования вычисляется ХПК исследуемой пробы воды по следующей формуле:

где VА иVх – объемы раствора соли Мора, израсходованного на титрование в холостом опыте и при анализе пробы соответ­ственно, мл;

N – нормальность титрованного раствора соли Мора, г-экв/л;

V – объем анализируемой пробы сточной воды, мл;

8 – эквивалент кислорода.

Контроль точности анализа

Контроль точности анализа на бихроматную окисляемость проводят с помощью стандартного раствора, в качестве которо­го используют водный раствор бифталата калия (КС8Н5О4) в кон­центрации 2,0824 ммоль/л. Потребление кислорода при использовании такого раствора в качестве пробы соответ­ствует значению ХПК 500 мгО/л.

textarchive.ru

Определение окисляемости воды (ХПК)

Определение окисляемости воды (ХПК)

Цель работы: Научиться определять окисляемость воды.

Посуда, реактивы: мерная колба на 100мл, коническая колба на 250мл, пипетка мерная, бюретка, 0,01Н раствор  KMn, 30% раствор S, 0,01Н раствор .

Теоретическая часть.

Окисляемость (или химическое потребление кислорода) воды характеризует содержание в ней органических веществ, а также неорганических восстановителей , ,  и др.

Окисляемость выражают в мг  на 1л воды. Таким, образом, окисляемость воды служит оценкой её качества показателя загрязнённости её органическими веществами и др. восстановителями, чем выше значение ХПК воды, тем хуже её качество.

ХПК родниковой или артезианской воды до – 1мг/л , не сильно загрязнённой до – 3мг/л  Наиболее быстрым окислителем органических веществ является KMn.

Окисляемость воды определяется при определённой  t  условной обработкой её в течении 10мин 0,01Н раствором KMnв присутствии большого кол-ва серной к-ты.

Чаще всего это определения производств при комнатной t (при анализе воды для целей молочного производства) или при t кипения воды (для питьевых и др. целей).

Для качественной оценки окисляемости воды используют ориентировочный способ. В пробирку наливают приблизительно 10мл воды, добавляют 10 капель 0,01Н раствора  KMnи оставляют на 20мин при комнатной t. Если при  этом сохраняется новая окраска раствора – вода содержит мало органических примесей и считается вполне удовлетворительной; если окраска становится красноватой -  вода подозрительна на загрязнённость, а если вода принимает жёлто-бурную окраску, то она считается не пригодной для пищевых и питьевых целей.

Ход работы:

Отмеривают мерной колбой 100мл исследуемой воды, переносят её в коническую колбу на 250мл и добавляют 5мл 30%-ного раствора  . Затем приливают к ней точно 10мл 0,01Н раст - ра  KMn и перемешивают.

Окрашенную перманганатом воду оставляют стоять в течении 15мин при комнатной t. Затем приливают к ней точно 10мл 0,01Н раст - ра  щавелевой кис - ты и не вступивший в реакцию избыток послед. оттитровывают 0,01Н раствором КMn до появления неисчезающей в течении 1- 2мин розовой окраски.

Окисляемость воды (ХПК) определяется:

ХПК = 0,8

Где, 0,8 – эквивалетный вес кислорода

 - объём точно 0,01 Н раствора KMN, последнего на обратное  титрование избытка щавелевой кис-ты.

ХПК = [( Vkm + ) · 0,8  NKMn - 0,8 · V· N]

100

Техника безопасности:

1.   Не пользоваться стеклянной посудой, имеющей трещины, зазубрины.

2.   После работы нужно привести в порядок рабочее место.

3.  Пользоваться только грушами и не засасывать жидкость ртом.

4.  При попадании кис-ты на кожу промыть большим кол-вом воды и нейтрализовать раствором соды.

Контроль знаний:

1.  Что такое ХПК?

2.  Как отбирают пробу для определения ХПК?

3.  Можно ли использовать для определения ХПК другие окислители?

vunivere.ru


.