Химическая характеристика природных вод - объектов эколого-аналитического контроля

контрольная работа

1. Природные воды как дисперсные системы. Контролируемые свойства и показатели качества природных вод (как дисперсных систем).

Рисунок 1

природный вода атмосфера гидролиз

Объектом эколого-аналитического контроля являются воды - пресные, поверхностные, подземные, морские, а также атмосферные осадки, талые воды, сточные воды, сбрасываемые в поверхностные водоемы.

Пресной считается природная вода, содержащая до 1 г солей в 1 литре воды. При большей концентрации солей вода считается соленой. Морская вода и некоторые подземные воды относится к соленым водам. Содержание солей в таких водах может быть различным:

1 л воды Балтийского моря содержит ……..5 г/л солей,

1 л воды Черного моря содержит ………… 18 г/л солей,

1 л воды Красного моря содержит ………… 41 г/л солей.

В природе химически чистой воды нет. В природной воде содержатся многие неорганические (главным образом соли) и органические вещества в виде растворимых или нерастворимых примесей. С химической точки зрения природную воду можно рассматривать как дисперсную систему, состоящую из дисперсионной среды (Н2О) и дисперсной фазы ( частицы примесей различной степени дисперсности).

Рисунок 2. Химическая характеристика природных вод как дисперсных систем.

1. Взвеси - двухфазные дисперсные системы, дисперсная фаза представлена частицами, размеры которых составляют 10-5 - 10-4 см и более ( от тонких взвесей до крупных частиц природного или антропогенного происхождения). Образованием взвесей обусловливается поглощение и рассеяние света при прохождении через слой воды, образование осадка при хранении воды. Наличие взвесей определяет мутность воды. Количественно мутность воды характеризуется такими нормируемыми органолептическими показателями, как наличие осадка, наличие взвешенных веществ, прозрачность воды.

Рисунок 3

Коллоидные системы (гидрофильные и гидрофобные) - ВМС, детергенты с размерами коллоидных частиц 10-5 - 10-6 см; частицы коллоидных систем в зависимости от условий могут терять агрегативную устойчивость и, как следствие, образовывать осадки. Кроме того, наличие в воде примесей ПАВ (природного или техногенного происхождения) обусловливает возможность образования двухфазной дисперсной системы - пены. Пенистость - органолептический показатель качества воды. Пенистостью считают способность воды сохранять искусственно созданную пену.

Рисунок 4

Молекулярные растворы органических веществ в природной воде образуют некоторые атмосферные газы (кислород, азот), а также органические вещества- неэлектролиты, попадающие в воду из природных или техногенных источников. Частицы растворенных веществ имеют размеры порядка 10-6 - 10-7 см. Растворы органических веществ (неэлектролитов) в воде могут обусловливать нормируемые органолептические показатели качества воды -запах, цветность, вкус и привкус.

Запах воды обусловлен наличием в ней летучих пахнущих веществ, которые попадают в воду естественным путем либо со сточными водами. Практически все органические вещества имеют запах и передают его в воде. Обычно запах определяют при нормальной (20 0С) и при повышенной (60 0С) температуре воды.

Запах по характеру подразделяют на две группы, описывая его субъективно по своим ощущениям:

1. естественного происхождения (от живущих и обмерших организмов, от влияния почв, водной растительности),

2. искусственного происхождения. Такие запахи обычно значительно изменяются при обработке воды.

Таблица 1. Характер запаха

Естественного происхождения:

Искусственного происхождения:

землистый

нефтепродуктов

гнилостный

хлорный

плесневый

уксусный

торфяной

фенольный

травянистый

др.

Таблица 2. Интенсивность запаха оценивают по 5 - бальной шкале (ГОСТ 3351):

Интенсивность запаха

Характер проявления запаха

Оценка интенсивности запаха

нет

Запах не ощущается

0

очень слабая

Запах сразу не ощущается, но обнаруживается при тщательном исследовании

1

слабая

Запах замечается, если обратить на это внимание

2

заметная

Запах легко замечается и вызывает неодобрительные отзывы о воде

3

отчетливая

Запах обращает на себя внимание и заставляет воздержаться от питья

4

очень сильная

Запах настолько сильный, что делает воду непригодной к употреблению

5

Для питьевой воды допускается запах не более 2 баллов.

Количественно интенсивность запаха оценивают, определяя «пороговое число» запаха N - степень разбавления анализируемой воды водой, лишенной запаха (обрабатывают активированным углем (0,6 г на 1 л), либо пропустив воду через бытовой фильтр для очистки воды).

N = V0/Va,

где V0 - суммарный объем воды (с запахом и без запаха),

Va - объем анализируемой воды (с запахом), мл.

Если анализируемая вода содержит какое - либо пахнущее вещество, то описанным способом можно определить его концентрацию в пробе.

Cx = C0·(N0/Nx),

С0 - концентрация определяемого вещества в стандартном растворе, мг/л,

N0 и Nx - «пороговое число» запаха стандартного раствора и пробы соответственно.

Определение порогового числа избавляет от необходимости определять количественное содержание в воде тех веществ, для которых ПДК установлено по органолептическому показателю - запаху (например, для фенолов и хлорфенолов).

Запах воды обусловлен наличием в ней летучих веществ с характерным запахом, которые легко могут переходить в газовую фазу. Практически все органические вещества имеют запах и передают его воде. Запах по характеру подразделяют на две группы, описывая его субъективными ощущениями наблюдателя:

· запах естественного происхождения (от живущих и отмерших организмов, от влияния растительности, почв…);

· запах искусственного происхождения (обусловлен, как правило, химическим загрязнением воды)

Таблица 3. Оценка интенсивности запаха при определении качества воды

Интенсивность запаха

Характер проявления запаха

Баллы оценки

Очень слабая

Запах сразу не ощущается, но обнаруживается при нагревании воды

1

слабая

Запах замечается, если обратить на это внимание

2

заметная

Запах легко замечается и вызывает неодобрительный отзыв о воде

3

отчетливая

Запах обращает на себя внимание и заставляет воздержаться от питья

4

Очень сильная

Запах настолько сильный, что делает воду непригодной к употреблению

5

Цветность. Специально очищенная вода (и некоторые другие воды) бесцветна. Природные воды, в особенности воды поверхностных водоемов, могут иметь определенную окраску - цветность. Цветность - естественное свойство природной воды, обусловленное присутствием гуминовых веществ и комплексных соединений железа. Цветность воды может определяться химическим составом вещества, образующего дно водоема, характером водной растительности, наличием в водосборном бассейне торфяников, болот и др. Цветность воды может изменяться в результате сброса неочищенных (или условно чистых) промышленных сточных вод

Мутность воды обусловлена содержанием взвешенных в воде мелкодисперсных примесей - нерастворимых или коллоидных частиц различного происхождения. Мутность воды обуславливает и некоторые другие характеристики воды - такие как:

· Наличие осадка, который может отсутствовать, быть незначительным, заметным, большим, очень большим (в мм).

· Взвешенные вещества, или грубодисперсные примеси определяются гравиметрически после фильтрования пробы, по привесу высушенного фильтра. Этот показатель обычно мало информативен и имеет значение, главным образом, для сточных вод.

· Прозрачность, измеряется как высота столба воды, при взгляде сквозь который на белой бумаге можно различать стандартный шрифт.

Мутность определяют фотометрически, либо визуально по степени мутности столба высотой 10-12 см. В последнем случае пробу описывают качественно следующим образом: прозрачная, слабо опалесцирующая, опалесцирующая, слабо мутная, мутная, очень мутная (ГОСТ 1030).

Сухой остаток - это масса остатка, получаемого выпариванием профильтрованной пробы воды высушиванием при 103-105 0С или 178-182 0С.

Величина эта должна выражать суммарное количество растворенных в пробе веществ, неорганических и органических. Получаемые результаты, однако, удовлетворяют этому требованию лишь приближенно, при какой бы из указанных двух температур ни проводилось высушивание остатка.

Если остаток высушивали при 103-105 0С, то в нем сохранится вся или почти вся кристаллизационная вода солей, образующих кристаллогидраты, а также частично и окклюдированная вода. С другой стороны, при выпаривании и высушивании удаляются все летучие с водяным паром органические вещества, растворенные газы, а также СО2 из гидрокарбонатов, которые при этом превратятся в карбонаты.

Если остаток высушивали при 178-182 0С, то окклюдированная вода будет удалена полностью. Кристаллизационная вода также удалится, но некоторое количество может остаться, особенно когда в пробе присутствуют сульфаты. Гидрокарбонаты превратятся в карбонаты, но последние могут частично разложиться с образованием оксидов или оксисолей. Может произойти незначительная потеря нитратов. Органические вещества теряются в большей мере, чем в первом случае.

Высушивание при 178-182 0С следует предпочесть при анализе вод, содержащих преимущественно неорганические соли, так как тогда получаемый результат приближается в большей мере к сумме результатов отдельных определений катионов и анионов в пробе.

Пенистостью считается способность воды сохранять искусственно созданную пену. Данный показатель может быть использован для качественной оценки присутствие таких веществ как поверхностно-активные вещества природного и искусственного происхождения. Пенистость определяют, в основном, при анализе сточных и загрязненных природных вод. Проба положительна, если пена сохраняется больше 1 мин (рН 6,5 - 8,5).

Вкус и привкус. Различают 4 вкуса: соленый, кислый, горький, сладкий. Остальные вкусовые ощущения считают привкусами: солоноватый, горьковатый, хлорный, металлический и т.д.

Таблица 4. Оценка интенсивности вкуса и привкуса при определении качества воды

Интенсивность вкуса и привкуса

Характер проявления вкуса и привкуса

Баллы оценки

нет

Вкус и привкус не ощущается

0

Очень слабая

Вкус и привкус сразу не ощущается, но обнаруживается при тщательном исследовании

1

слабая

Вкус и привкус замечается, если обратить на это внимание

2

заметная

Вкус и привкус легко замечается и вызывает неодобрительный отзыв о воде

3

отчетливая

Вкус и привкус обращает на себя внимание и заставляет воздержаться от питья

4

Очень сильная

Вкус и привкус настолько сильный, что делает воду непригодной к употреблению

5

Ионные растворы с размерами частиц 10-7 см и менее в природной воде образуют растворенные соли, кислоты, основания. Наличие в воде электролитов, диссоциирующих на ионы, часто определяет вкус и привкус воды, водородный показатель рН (кислотность и щелочность воды), минеральный состав, характер химического загрязнения.

Минеральный состав отражает результат взаимодействия воды, как растворителя, с различными природными средами (почвообразующими минералами и породами, атмосферным воздухом), а также веществами антропогенного происхождения. Минеральный состав природных вод определяется главным образом наличием хлоридов, карбонатов, гидрокарбонатов, сульфатов калия, натрия, кальция, магния, которые определяются в первую очередь. Значительно меньший вклад в солесодержание природных вод вносят нитраты, нитриты, фосфаты аммония, железа, тяжелых металлов.

Ряд показателей качества воды так или иначе связан с определением концентрации растворенных в воде различных минеральных (неорганических) веществ. Можно выделить две группы солей обычно встречающихся в природных водах (основные компоненты минерального состава воды):

Таблица 5.

Компоненты минерального состава воды

ПДК (поверхностные источники хозяйственно-бытового назначения)

Группа 1

Са2+

Na+

Mg2+

200 мг/л

200 мг/л

100 мг/л

1000 мг/л

500 мг/л

350 мг/л

100 мг/л

Группа 2

тяжелые металлы (сума)

железо общее (Fe2+ + Fe3+)

2,5 мг/л

0,001 ммоль/л

0,3 мг/л

45 мг/л

3,5 мг/л

0,1 мг/л

Основной вклад в минеральный состав природной воды вносят соли первой группы. Соли второй группы вносят незначительный вклад в общее солесодержание воды, но их необходимо учитывать из-за малой величины ПДК.

Щелочность и кислотность природных вод обусловлена присутствием веществ, обладающих кислотными или основными свойствами.

Щелочность обусловлена присутствием в воде веществ, способных взаимодействовать с сильными кислотами (соляной, серной): щелочей; слабых оснований (в том числе летучих); солей, в водной среде подвергающиеся гидролизу по аниону. Щелочность воды определяется количеством сильной кислоты, израсходованной на нейтрализацию определенного количества воды.

Кислотность обусловлена содержанием в воде веществ, реагирующих с гидроксо-анионом: сильных и слабых кислот; солей, в водной среде подвергающиеся гидролизу по катиону. Кислотность воды определяется количеством сильной щелочи, израсходованной на нейтрализацию раствора. Естественная кислотность природных вод обусловлена содержанием слабых органических кислот природного происхождения. Повышенную кислотность природным водам придают различного вида техногенные загрязнения.

Делись добром ;)