6.2.4. розчинений кисень

Устаткування і реактиви
відбір проби
проведення аналізу
Обчислення результатів аналізу
Контроль точності вимірювань

Керівництво з визначення показників якості води польовими методами »...

Кисень є постійною в розчиненому вигляді в поверхневих водах. Вміст розчиненого кисню (РК) у воді характеризує кисневий режим водойми і має найважливіше значення для оцінки його екологічного і санітарного стану. Кисень повинен міститися у воді в достатній кількості, забезпечуючи умови для дихання гідробіонтів. Він також необхідний для самоочищення водойм, тому що бере участь в процесах окислення органічних і інших домішок, розкладання відмерлих організмів. Зниження концентрації РК свідчить про зміну біологічних процесів у водоймі, про забруднення водойми біохімічно інтенсивно окиснюються (в першу чергу органічними). Споживання кисню обумовлено також хімічними процесами окислення які у воді домішок, а також диханням водних організмів.

Надходження кисню у водойму відбувається шляхом розчинення його при контакті з повітрям (абсорбції), а також в результаті фотосинтезу водоростями, тобто в результаті фізико-хімічних і біохімічних процесів. Кисень також надходить у водні об'єкти з дощовими і сніговими водами. Тому існує багато причин, що викликають підвищення або зниження концентрації в воді розчиненого кисню.

Розчинений у воді кисень знаходиться у вигляді гідратованих молекул О2. Зміст РК залежить від температури, атмосферного тиску, ступеня турбулізації води, кількості опадів, мінералізації води ін. При кожному значенні температури існує рівноважна концентрація кисню, яку можна визначити за спеціальними довідковими таблицями, складеними для нормального атмосферного тиску. Ступінь насичення води киснем, відповідна рівноважної концентрації, приймається рівною 100%. Розчинність кисню зростає зі зменшенням температури і мінералізації і зі збільшенням атмосферного тиску.

У поверхневих водах вміст розчиненого кисню може коливатися від 0 до 14 мг / л і піддається значним сезонним і добовим коливанням. У евтрофованих і сильно забруднених органічними сполуками водних об'єктах може мати місце значний дефіцит кисню. Зменшення концентрації РК до 2 мг / л викликає масову загибель риб та інших гідробіонтів.

У воді водойм в будь-який період року до 12 години дня концентрація РК повинна бути не менше 4 мг / л. ГДК розчиненого у воді кисню для рибогосподарських водойм встановлена 6 мг / л (для цінних порід риби) або 4 мг / л (для інших порід).

Розчинений кисень є дуже нестійким компонентом хімічного складу вод. При його визначенні особливо ретельно слід проводити відбір проб: необхідно уникати контакту води з повітрям до фіксації кисню (зв'язування його в нерозчинний з'єднання).

Контроль вмісту кисню в воді - надзвичайно важлива проблема, у вирішенні якої зацікавлені практично всі галузі народного господарства, включаючи чорну та кольорову металургію, хімічну промисловість, сільське господарство, медицину, біологію, рибну та харчову промисловість, служби охорони навколишнього середовища. Зміст РК визначають як в незабруднених природних водах, так і в стічних водах після очищення. Процеси очищення стічних вод завжди супроводжуються контролем вмісту кисню. Визначення РК є частиною аналізу при визначенні іншого найважливішого показника якості води - біохімічного споживання кисню (БПК).

Визначення концентрації РК в воді проводиться методом йодометричного титрування - методом Вінклера, широко використовуваним і загальноприйнятим при санітарно-хімічному і екологічний контроль * . Метод визначення концентрації РК заснований на здатності гідроксиду марганцю (II) окислюватися в лужному середовищі до гідроксиду марганцю (IV), кількісно зв'язуючи при цьому кисень. У кислому середовищі гідроксид марганцю (IV) знову переходить в двовалентне стан, окислюючи при цьому еквівалентну пов'язаного кисню кількість йоду. Що виділився йод оттітровивают розчином тіосульфату натрію в присутності крохмалю як індикатор.

Визначення РК проводиться в кілька етапів. Спочатку в аналізовану воду додають сіль Мn (II), який у лужному середовищі реагує з розчиненим киснем з утворенням нерозчинного дегидратированного гідроксиду Мn (IV) за рівнянням:

Таким чином проводиться фіксація, тобто кількісне зв'язування, кисню в пробі. Фіксація РК, що є нестійким компонентом в складі води, повинна бути проведена відразу після відбору проби.

Далі до пробі додають розчин сильної кислоти (як правило, соляної або сірчаної) для розчинення осаду і розчин йодиду калію, в результаті чого протікає хімічна реакція з утворенням вільного йоду за рівнянням:

Потім вільний йод титрують розчином тіосульфату натрію в присутності крохмалю, який додають для кращого визначення моменту закінчення титрування. Реакції описуються рівняннями:

J2 + крохмаль - "синє забарвлення

Про завершення титрування судять по зникненню синього забарвлення (знебарвлення) розчину в точці еквівалентності. Кількість розчину тіосульфату натрію, витрачений на титрування, пропорційно концентрації розчиненого кисню.

В ході аналізу води визначають концентрацію РК (в мг / л) і ступінь насичення їм води (в%) по відношенню до рівноважного вмісту при даних температурі і атмосферному тиску.

У стічних і забруднених поверхневих водах можуть бути присутнім компоненти, які надають заважає вплив і спотворюють результати визначення РК методом Вінклера. До таких компонентів належать такі забруднюючі речовини.

1. Зважені та пофарбовані речовини. Вони можуть перешкодити визначенню, адсорбуючи йод на своїй поверхні або хімічно взаємодіючи з ним. При наявності в аналізованої воді зважених речовин їх відділяють відстоюванням (НЕ фільтруванням!) Або висвітленням при додаванні розчину алюмокалієвих квасцов і аміаку.

2. Біологічно активні зважені речовини (наприклад, активний мул біохімічних очисних споруд). Проби стічних вод, що містять погано осідають зважені речовини, які можуть викликати зниження концентрації кисню внаслідок триваючої життєдіяльності мікроорганізмів, необхідно освітлювати також додатком розчину алюмокалієвих квасцов при одночасному додаванні токсичного для мікроорганізмів речовини (розчинів сульфаминовой кислоти, хлориду ртуті або сульфату міді) відразу після відбору проби .

3. Відновлювачі, що реагують з виділеним йодом в кислому середовищі (сульфіти, тіосульфати, сульфіди). Для усунення впливу восстановителей використовують метод Росса, заснований на добавках до проб розчинів гіпохлориту натрію NaOCl, хлорного вапна CaOCl2 і роданида калію KNCS.

4. Окислювачі, що виділяють йод з йодиду калію (активний хлор, нітрити, катіони заліза (III) і ін.). Вплив заліза (III) усувається додаванням розчину фториду калію.

Вплив нітритів, які часто зустрічаються в природних і стічних водах, усувають додаванням розчину сульфаниловой кислоти, зазвичай передбаченого в вимірювальних комплектах виробництва ЗАТ «Крисмас +».

Процес визначення РК проводиться в кисневих каліброваних склянках з комплекту і включає:
- спеціальну обробку проби для усунення заважає впливу домішок (виконується при необхідності, переважно при аналізі стічних вод);
- фіксацію кисню, що проводиться негайно після заповнення кисневої склянки;
- титрування, яке може бути проведено через деякий час (але не більше доби).

При виконанні аналізу кілька разів повторюються наступні операції.

Устаткування і реактиви

Барометр будь-якого типу; груша гумова або медичний шприц; колба конічна місткістю 250-300 мл; склянка киснева калиброванная (100-200 мл) з пробкою; лялечка (скляні кулька, паличка і т.п.) відомого обсягу; піпетки мірні на 1 мл і 10 мл; термометр з ціною поділки не більше 0,5 ° С; піддон.
Розчин солі марганцю; розчин сірчаної кислоти (1: 2); розчин тіосульфату натрію (0,02 моль / л екв.); розчин крохмалю (0,5%); розчин йодиду калію лужної.
Якщо в лабораторії є прилади для вимірювання вмісту розчиненого у воді кисню (оксиметри), їх з успіхом можна використовувати для виконання аналізів в польових умовах.
Приготування розчинів см. додаток 3 .

відбір проби

Відбір проб на вміст РК має ряд особливостей.

Для відбору проб на РК в загальному випадку (ГОСТ 17.1.5.05) використовують батометр, до крану якого прикріплена гумова трубка довжиною 20-25 см. Для відбору проб води з поверхневих горизонтів використовують емальований або скляний посуд. Якщо відбирається загальна проба води для аналізів за різними компонентами, то проба для визначення РК повинна бути першою, взятої для подальшої обробки.

Водою з відібраної проби споліскують 2-3 рази чисті калібровані склянки зі складу комплекту або (якщо потрібна спеціальна підготовка проб, наприклад відстоювання) скляні бутлі.

Наповнення склянок з батометра здійснюють сифоном через гумову трубку, опущену до дна склянки. Після наповнення кисневої склянки до горлечка її наповнення продовжують до тих пір, поки не виллється близько 100 мл води, тобто поки не витисне вода, стикалися з перебували в склянці повітрям, і ще один обсяг. Трубку виймають з склянки, не припиняючи струму води з батометра. Аналогічно проводять заповнення склянки з бутля з аналізованої водою або бутлі з батометра (в останньому випадку гумову трубку сифона занурюють приблизно до половини висоти водяного стовпа в бутлі). Відразу після заповнення склянки виробляють фіксацію кисню, як описано нижче.

Відбір проби для вимірювання концентрації РК безпосередньо на водоймі виконують наступним чином.

Примітки. 1. У склянці не повинно залишитися бульбашок повітря.
2. Аналізуйте пробу, по можливості, якнайшвидше.

проведення аналізу

А. Фіксація кисню в пробі

Примітка. Склянку з фіксованою пробою можна зберігати в затемненому місці не більше 1 доби.

В. Титрування

При наявності в аналізованої воді заважають домішок (зважених і забарвлених речовин, відновників, заліза в концентраціях понад 1 мг / л) виконують спеціальну обробку проби (детально описано в паспорті на комплект «розчинений кисень»). Далі пробою заповнюють кисневу склянку, виконують фіксацію і титрування, як описано вище.

Обчислення результатів аналізу

У разі титрування усієї кількості розчину в кисневій склянці масову концентрацію РК в аналізованої пробі води (СРК) в мг / л розрахуйте за формулою:

де:
8 - еквівалентна маса атомарного кисню;
CТ - концентрація титрованного стандартного розчину тіосульфату, моль / л екв .;
VТ - загальний обсяг розчину тіосульфату, витраченого на титрування (до і після додавання розчину крохмалю), мл;
V - внутрішній об'єм калиброванной кисневої склянки із закритою пробкою (визначається заздалегідь для кожної склянки окремо), мл;
V1 - сумарний обсяг розчинів хлориду марганцю і йодиду калію, доданих в склянку при фіксації РК, а також мішалки, мл (розраховується як V1 = 1 + 1 + 0,5 = 2,5 мл);
1000 - коефіцієнт перерахунку одиниць вимірювання з г / л в мг / л.

Примітка. Приймається, що втрати розчиненого кисню у фіксованій формі при зливі надлишків рідини з склянки і при виконанні інших операцій багато менше результату вимірювань (нехтує малі).

У разі титрування частини проби (50,0 мл) в кисневій склянці, масову концентрацію РК в аналізованої пробі води (СРК в мг / л) розраховують за формулою:

Приклад розрахунку концентрації розчиненого кисню у воді.

При загальному обсязі розчину тіосульфату, витраченого на титрування, рівному 4,7 мл, концентрації розчину тіосульфату 0,02 ммоль / л екв. і обсязі кисневої склянки 102,5 мл вміст розчиненого кисню розраховується як:

Для визначення ступеня насичення води киснем по табл. 13 визначте величину концентрації насиченого розчину кисню в воді (СН, мг / л), виходячи з температури води, зафіксованої в момент відбору проби.

Далі розрахуйте ступінь насичення води киснем (R) в% з урахуванням фактичної величини атмосферного тиску за формулою:

де:
100 - коефіцієнт перерахунку одиниць вимірювання з мг / л у%;
760 - нормальний атмосферний тиск, мм рт. ст .;
СН - величина концентрації насиченого розчину кисню для умов відбору, визначена за табл. 13.
Р - фактична величина атмосферного тиску в момент відбору проби.

Примітка. При відсутності даних про атмосферний тиск в момент відбору допускається його приймати рівним нормальному (тобто 760 мм рт. Ст.).

Таблиця 13

Залежність рівноважної концентрації кисню у воді від температури
(атмосферний тиск - 760 мм рт. ст.)

Температура Стабільна концентрація розчиненого кисню
(в мг / л) при зміні температури на десяті частки ° С (Сп) ° С 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 0 14, 65 14,61 14,57 14,53 14,49 14,45 14,41 14,37 14,33 14,29 1 14,25 14,21 14,17 14,13 14,09 14,05 14,02 13,98 13.94 13,90 2 13,86 13,82 13,79 13,75 13,71 13,68 13,64 13,60 13,56 13,53 3 13,49 13,46 13,42 13, 38 13,35 13,31 13,28 13,24 13,20 13,17 4 13,13 13,10 13,06 13,03 13,00 12,96 12,93 12,89 12,86 12,82 5 12,79 12,76 12,72 12,69 12,66 12,52 12,59 12,56 12,53 12,49 6 12,46 12,43 12,40 12,36 12,33 12,30 12,27 12,24 12,21 12,18 7 12,14 12,11 12,08 12,05 12,02 11,99 11,96 11,93 11,90 11,87 8 11,84 11,81 11,78 11,75 11,72 11,70 11,67 11,64 11,61 11,58 9 11,55 11,52 11,49 11,47 11,44 11,41 11,38 11,35 11 , 33 11,30 10 11,27 11,24 11,22 11,19 11,16 11,14 11,11 11,08 11,06 11,03 11 11,00 10,98 10,95 10,93 10 , 90 10,87 10,85 11,82 10,80 10,77 12 10,75 10,72 10,70 10,67 10,65 10,62 10,60 10,57 10,55 10,52 13 10 , 50 10,48 10,45 10,43 10,40 10,38 10,36 10,33 10,31 10,28 14 10,26 10,24 10,22 10,19 10,17 10,15 10,12 10,10 10,08 10,06 15 10,03 10,01 9,99 9,97 9,95 9,92 9,90 9,88 9,86 9,84 16 9,82 9,79 9,77 9,75 9,73 9,71 9,69 9,67 9,65 9 , 63 17 9,61 9,58 9,56 9,54 9,52 9,50 9,48 9,46 9,44 9,42 18 9,40 9,38 9,36 9,34 9,32 9 , 30 9,29 9,27 9,25 9,23 19 9,21 9,19 9,17 9,15 9,13 9,12 9,10 9,08 9,06 9,04 20 9,02 9 , 00 8,98 8,97 8,95 8,93 8,91 9,90 8,88 8,86 21 8,84 8,82 8,81 8,79 8,77 8,75 8,74 8, 72 8,70 8,68 22 8,67 8,65 8,63 8,62 8,60 8,58 8,56 8,55 8,53 8,52 23 8,50 8,48 8,46 8, 45 8,43 8,42 8,40 8,38 8,37 8,35 24 8,33 8,32 8,30 8,29 8,27 8,25 8,24 8,22 8,21 8,19 25 8,18 8,16 8,14 8,13 8,11 8,11 8,08 8,07 8,05 8,04 26 8,02 8,01 7,99 7,98 7,96 7,95 7,93 7,92 7,90 7,89 27 7,87 7,86 7,84 7,83 7,81 7,80 7,78 7,77 7,75 7,74 28 7,72 7,71 7,69 7,68 7,66 7,65 7,64 7,62 7,61 7,59 29 7,58 7,56 7,55 7,54 7,52 7,51 7,49 7,48 7 , 47 7,45 30 7,44 7,42 7,41 7,40 7,38 7,37 7,35 7,34 7,32 7,31

Приклад розрахунку ступеня насичення води киснем.

При значеннях СРК = 7,52 мг / л, СН = 9,82 мг / л, Р = 735 мм рт. ст. і температурі води в момент відбору 16 ° С ступінь насичення становить: