МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ “ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА”
ВИЗНАЧЕННЯ МІНЕРАЛЬНОГО СКЛАДУ ПРИРОДНИХ ВОД
Методичні вказівки та інструкція
до лабораторної роботи з курсів “Теоретичні основи хімії і технології води”, “Хімія води і мікробіологія” для студентів базових напрямів
6.051301 “Хімічна технологія”, 6.060103 “Гідротехніка (водні ресурси)”
Затверджено
на засіданні кафедри хімії і
технології неорганічних речовин
Протокол №16 від 27.04.2012 р.
Львів – 2012
Визначення мінерального складу природних вод:Методичні вказівки та інструкція до лабораторної роботи з курсів “Теоретичні основи хімії і технології води”, “Хімія води і мікробіологія” для студентів базових напрямів 6.051301 “Хімічна технологія”, 6.060103 “Гідротехніка (водні ресурси)” /Укл.: Л.В.Савчук, З.О.Знак, Р.Р.Оленич – Львів: Видавництво Національного університету “Львівська політехніка”, 2012. – 20 с.
Укладачі Савчук Л.В., канд. техн. наук, доц.,
Знак З.О., д-р техн. наук, проф.,
Оленич Р.Р., канд. хім. наук, доц.
Відповідальний за випуск Яворський В.Т., д-р техн. наук, проф.
Рецензент Ятчишин Й.Й., д-р хім. наук, проф.
Мета роботи: засвоєння методів хімічного аналізу для визначення вмісту основних катіонів і аніонів, які містяться у природних водах, методик складання катіонно-аніонного балансу, розрахунку загальної мінералізації, сухого залишку та гіпотетичного сольового складу води, а також формулювання висновків щодо відповідності якості досліджуваної води вимогам ДСанПіН 2.2.4-171-10.
1. ТЕОРЕТИЧНИЙ ВСТУП
1.1.Загальна характеристика домішок у природних водах
Природні води - багатокомпонентні гетерогенні системи. Вони завжди містять домішки (гази, мінеральні і органічні речовини, мікроорганізми), які можуть знаходитись у розчиненому, колоїдному та дисперсному станах. Ці речовини потрапляють у воду із ґрунту й атмосфери внаслідок життєдіяльності і відмирання рослинних і тваринних організмів, які населяють воду, а також з атмосферними, побутовими і виробничими стічними водами.
Домішки природних вод за їх фазово-дисперсним станом згідно з класифікацією Л.Кульського поділяють на чотири групи. Домішки першої і другої груп утворюють гетерогенні системи, домішки третьої і четвертої груп - гомогенні.
До першої групи домішок належать важкорозчинні у воді речовини з розмірами частинок 1 . 10-7- 1 . 10-5 м (пісок, глина, мул, карбонатні породи, гідроксиди металів, органічні речовини, мікроорганізми, планктон), які утворюють з водою кінетично нестійкі суспензії й емульсії та зумовлюють каламутність води. Їх досить ефективно виводять із води під дією гравітаційних сил (осаджуванням) або фільтруванням.
До другої групи домішок належать важко- і малорозчинні речовини з розмірами частинок 1 . 10-8- 1 . 10-7 м, які утворюють з водою відносно стійкі колоїдні розчини та зумовлюють каламутність і забарвленість води. Зокрема, у воді можуть міститися у колоїдному стані мінеральні речовини (Алюмінію і Феруму гідроксиди, силікатні кислоти тощо), високо-молекулярні органічні сполуки (білки, карбоногідрогени та продукти їх розкладу, гумінові кислоти), віруси та інші організми, що наближаються за розмірами до колоїдних частинок. Домішки колоїдного ступеня дисперсності виводять із води коагуляцією з наступним відділенням осаду відстоюванням і фільтруванням або центрифугуванням, а також ультрафільтрацією через мембранний фільтр.
До третьої групи домішок належать: розчинені у воді гази (O2, N2, CO2, H2S, SO2, NH3 та інші); органічні речовини біологічного та антропогенного походження (наприклад, продукти життєдіяльності бактерій, водоростей, плісеневих грибів, а також феноли, альдегіди, спирти та інші органічні речовини, які потрапляють у природні води зі стоками). Ці домішки можуть надавати водам специфічного запаху, присмаку, рідше забарвленості. Розмір їх частинок 1 . 10-9- 1 . 10-8 м. Вони утворюють з водою молекулярні розчини (переважно розчини неелектролітів).
До четвертої групи домішок належать речовини, які утворюють з водою розчини електролітів (іонні розчини). Основна частина цих домішок - мінеральні солі, а саме, гідрогенкарбонати, хлориди, сульфати Кальцію, Магнію, Натрію, Калію, Феруму тощо. Ці солі належать до сильних електролітів і у воді повністю дисоціюють на іони. Розмір їх частинок < 1 . 10-8 м, тобто іони перебувають у воді в гідратованому вигляді.
Хімічний аналіз води включає визначення вмісту у воді катіонів: Кальцію Са2+,Магнію Mg2+,Натрію Na+,Калію K+, Феруму Fe2+ і Fe3+ тощо і аніонів: гідрогенкарбонату НCОз -,хлориду Cl -, сульфату SO42 -тощо.
Під час проведення титрометричного аналізу найчастіше використовують розчини, концентрацію яких виражають через нормальність. Під нормальністю розчину сN розуміють число еквівалентів розчиненої речовини, що міститься у одному дециметрі кубічному розчину (екв/дм3)
(1)
де m – маса розчиненої речовини, г;
Е – еквівалентна маса розчиненої речовини, г/екв;
V – об’єм розчину, дм3.
Концентрації іонів у воді виражають через масу (мг/дм3) і число еквівалентів (екв/дм3) розчинених речовин у розчині. Для перерахунку концентрацій з однієї в іншу форму використовують формули:
(2)
, (3)
де - еквівалентна маса відповідного іона, г/екв.
Загальний вміст солей (загальну мінералізацію) визначають на основі катіонно-аніонного складу води та виражають через масу (мг) розчинених мінеральних речовин в одному кубічному дециметрі (літрі) води (мг/дм3).
Уміст розчинених у воді речовин визначають також випаровуванням профільтрованої проби води, висушуванням одержаного залишку за температури 105°С до постійної маси та його зважуванням. Цей показник називають сухим залишком. Крім експериментального визначення його можна розрахувати на основі даних катіонно-аніонного складу води. Сухий залишок також виражають в міліграмах на 1 дм3 води.
1.2.Вимоги Державних санітарних норм та правил
“Гігієнічні вимоги до води питної, призначеної для споживання людиною”
Державні санітарні норми та правила “Гігієнічні вимоги до води питної, призначеної для споживання людиною” (ДСанПіН 2.2.4-171-10) (далі – Санітарні норми) встановлюють вимоги до безпечності та якості питної води, призначеної для споживання людиною, а також правила виробничого контролю та державного санітарно-епідеміологічного нагляду у сфері питного водопостачання населення. Вимоги Санітарних норм не поширюються на такі води: мінеральні, лікувальні, лікувально-столові та природні столові.
Вода питна, призначена для споживання людиною (питна вода) – вода (водопровідна, фасована, з бюветів, пунктів розливу, шахтних колодязів та каптажів джерел), склад якої за органолептичними, фізико-хімічними, санітарно-токсикологічними, мікробіологічними, паразитологічними та радіаційними показниками відповідає вимогам державних стандартів та санітарного законодавства, призначена для забезпечення фізіологічних, санітарно-гігієнічних, побутових та господарських потреб населення, а також для виробництва продукції, що потребує використання питної води.
Питна вода повинна відповідати таким гігієнічним вимогам: бути безпечною в епідемічному та радіаційному відношенні, мати сприятливі органолептичні властивості та нешкідливий хімічний склад.Гігієнічну оцінку безпечності та якості питної води здійснюють за показниками епідемічної безпеки (мікробіологічні, паразитологічні), санітарно-хімічними (органолептичні, фізико-хімічні, санітарно-токсико-логічні) та радіаційнимипоказниками. Фізико-хімічні показники – фізичні чи хімічні показники, що нормуються за загальносанітарною чи органолептичною ознакою шкідливості.Основні фізико-хімічні показники для питної води з різних джерел (водопровідної; з колодязів та каптажів джерел; фасованої, з пунктів розливу та бюветів) наведені в табл.1.Для виробництва питної води слід надавати перевагу воді підземних джерел питного водопостачання населення, надійно захищених від біологічного, хімічного та радіаційного забруднення. Таблиця1 Основні фізико-хімічні показники безпечності та якості питної водиНайменуванняпоказників | Одиниці виміру | Нормативи для питної води | ||
водопровідної | з колодязівта каптажів джерел* | фасованої; з пунктів розливу та бюветів | ||
Гідрогенний показник | одиниці рН | 6,5 – 8,5 | 6,5 – 8,5 | 6,5 – 8,5 |
Загальна твердість | мекв/дм3 | ≤ 7,0 (≤ 10,0)** | ≤ 10,0 | ≤ 7,0 |
Сульфати | мг/дм3 | ≤ 250 (≤ 500)** | ≤ 500 | ≤ 250 |
Хлориди | мг/дм3 | ≤ 250 (≤ 350) ** | ≤ 350 | ≤ 250 |
Залізо загальне | мг/дм3 | ≤ 0,2 (≤ 1,0) ** | ≤ 1,0 | ≤ 0,2 |
Сухий залишок | мг/дм3 | ≤ 1000 (≤ 1500) ** | ≤ 1500 | ≤ 1000 |