Определение остаточного хлора
1. Теоретическая часть.
Классическое хлорирование является самым надёжным способом обеззараживания, когда микробиологическое загрязнение воды является наиболее сильным. Внедрение хлорирования считается самым крупным событием в медицине XX века, остановившим распространение кишечных инфекций в городах. Хлорирование является обязательным при подаче воды в разводящую сеть.
При введении хлора в воду образуются хлорноватистая и соляная кислоты:
Сl2 + Н2О = НС1О + НСl
В сильнокислой среде равновесие этой реакции сдвинуто влево и в воде присутствует молекулярный хлор; при значении рН более 4 последний практически отсутствует. Наиболее сильными бактерицидными свойствами обладает молекулярный хлор и хлорноватистая кислота.
Основными обеззараживающими веществами при хлорировании являются Cl2, HClO, ClO- («свободный активный хлор») и NH2Cl, NHCl2 («свзанный активный хлор»).
Моно- и дихлорамины образуются при наличии в воде аммонийных солей или аммиака:
|
|
HClO + NH3 = NH2Cl + H2O
HClO + NH2Cl = NHCl2 + H2O
Бактерицидные свойства хлораминов значительно ниже, чем у хлора, но их действие более продолжительно.
Избыток активного хлора, который остался в воде после его взаимодействия с органическими и неорганическими веществами, называют остаточным активным хлором.
Концентрация остаточного свободного хлора (в воде должна быть не менее 0,3 мг/л и не более 0,5 мг/л.
Избыточный активный хлор может быть удалён путём дехлорирования, за счёт обработки воды восстановителями (сульфит или тиосульфат натрия, сернистый газ, активированный уголь).
Взаимодействие хлора с гумусовыми и другими органическими веществами приводит к образованию широкой гаммы хлорорганических продуктов – тригалометанов, хлоралканов, хлорированных кислот и фенолов. Находящийся в воде фенол (ПДК= 0,001 мг/л)прихлорировании превращается в более токсичный 2,4,6-трихлорфенол (ПДК= 0,0004 мг/л), обладающий специфическим запахом.
Основное возражение против хлорирования связывают с возможностью образования вредных соединений – хлороформа СНС13 (ПДК = 0,2 мг/л) и других тригалометанов (СНСl2Вг, СНСlВг2, СНВг3). Замена хлора на гипохлорит натрия (без аммонизации!) увеличивает вероятность образования тригалометанов. Опытным путём установлено, что при концентрации остаточного активного хлора в интервале 0,3-1,1 мг/л и наличии в воде органики, содержание образующегося СНСl3 не превышает 0,06 мг/л. Дальнейшее повышение концентрации остаточного активного хлора приводит к повышенному образованию хлороформа.
Самое простое техническое решение, приводящее к уменьшению содержания тригалометанов в питьевой воде, состоит в хлорировании воды только после её осветления и фильтрования. Снижение содержания органических веществ в воде на стадии предварительной очистки до операции хлорирования – наиболее рациональный путь улучшения качества воды при её обеззараживании.
|
|
Существенно уменьшить концентрацию тригалометанов, а также других вредных хлорорганических соединений в питьевой воде можно за счёт использования вместо хлора хлораминов, образующихся при обработке гипохлоритом натрия воды, содержащей ионы аммония.
При взаимодействии хлораминов с органикой не происходит образования канцерогенных веществ. Хлорамины по сравнению с молекулярным хлором органолептически менее ощутимы, а при наличии в воде фенолов, они не образуют хлорфенольных запахов. Аммонизация осуществляется технически просто, а использование гипохлорита натрия также снимает все опасные и вредные производственные факторы, присущие самому хлору.
Хлорирование воды, содержащей органические вещества, в структурах которых имеются бензольные кольца (лигнин, гуминовые и фульвокислоты, фенолы и др.), может также приводить к образованию высокотоксичных диоксинов и родственных им хлорорганических соединений. Комплексный характер действия этой группы соединений приводит к генетическим изменениям, подавлению иммунитета, канцерогенезу, поражению внутренних органов и истощению человека. Максимальной токсичностью обладает 2,3,7,8-тетрахлордибензодиоксин, а также 2,3,7,8-тетрахлордибензофуран. Эти соединения имеют токсичность на много порядков выше, чем, например, широко известный препарат ДДТ (дуст).
Коварство токсического действия диоксинов заключается в том, что они незаметно накапливаются в организме, совершенно не проявляя себя, а затем наносят удар по иммунной системе. Их воздействие на организм сводится к тому, что молекула диоксина входит в рецептор и вписывается в структуру ДНК в строго определённых местах. Структура ДНК при этом не повреждается, но искривляется и становится более податливой воздействиям химических веществ. Сам диоксин не вызывает болезни, а лишь способствует развитию некоторых изних, например рака, при наличии канцерогенных веществ. Всё обычно начинается с раздражения кожи, за которым появляется фурункулёз, злокачественные опухоли, психические расстройства, рождение детей-уродов и т.п. (Мешалкин, 2007).
Принцип метода основан на окислении иодида активным хлором до иода, который титруют тиосульфатом натрия.
Нитриты, окись железа, озон и другие соединения в кислом растворе выделяют иод из иодида калия, поэтому пробы воды необходимо подкислить буферным раствором с рН 4,5.
2. Экспериментальная часть
Оборудование и реактивы:
3. 0,1 н. раствор тиосульфата натрия: 25 г тиосульфата натрия (Nа2S2О3∙5Н2О) растворяют в свежепрокипячённой и охлаждённой дистиллированной воде, добавляют 0,2 г карбоната натрия (Nа2СО3) и доводят до объёма 1 л;
4. 0,01 н. раствор тиосульфата натрия: 100 мг 0,1 н. раствора тиосульфата натрия разбавляют дистиллированной водой, добавляют 0,2 г карбоната натрия и доводят до объёма 1 л;
5. 0,005 н. раствор тиосульфата натрия: 50 мл 0,1 н. раствора тиосульфата натрия разбавляют дистиллированной водой, добавляют 0,2 г карбоната натрия и доводят до объёма 1 л;
6. 0,01 н. раствор дихромата калия: 0,4904 г перекристаллизованного дихромата калия (К2Сr207), взвешенного с точностью до 0,0002 г, растворяют в 1 л дистиллированной воды;
7. 0,5% раствор крахмала: 0,5 г крахмала смешивают с небольшим объёмом дистиллированной воды, приливают к 100 мл кипящей дистиллированной воды и кипятят несколько минут. Консервирование проводят после охлаждения, добавляя хлороформ или 0,1 г салициловой кислоты;
|
|
8. Буферный раствор рН 4,5:102 мл 1 молярной уксусной кислоты и 98 мл 1 молярного раствора уксуснокислого натрия вносят в колбу ёмкостью 1 л и доводят до метки дистиллированной водой.
9. Колба коническая ёмкостью 500 мл;
10. Пипетки.
Определение поправочного коэффициента. В коническую колбу помещают 0,5 г иодида калия, растворяют в 2 мл дистиллированной воды, прибавляют 5 мл серной кислоты (1:4), затем 10 мл 0,01 н. раствора К2Сr2O7, добавляют 80 мл дистиллированной воды, закрывают колбу пришлифованной пробкой, перемешивают и ставят в тёмное место на 5 мин.
Титрование проводят 0,01 н. раствором тиосульфата натрия в присутствии 1 мл крахмала, прибавленного в конце титрования.
Поправочный коэффициент (К) вычисляют по формуле:
К=10/а,
где а – количество тиосульфата натрия, израсходованное на титрование, в миллилитрах.
Ход работы:
0,5 г иодида калия помещают в коническую колбу и растворяют в 1 - 2 мл дистиллированной воды, затем добавляют буферный раствор в количестве, примерно равном полуторной величине щёлочности исследуемой воды, после чего добавляют 250 мл исследуемой воды. Выделившийся иод оттитровывают 0,005 н. раствором тиосульфата натрия до появления светло-жёлтой окраски. Затем прибавляют 1 мл 0,5% раствора крахмала и титруют до исчезновения синей окраски.
Содержание суммарного остаточного хлора (X);в миллиграммах на литр вычисляют по формуле:
Х = а ∙ К ∙0,117∙1000/ V,
где а – количество 0,005 н. раствора тиосульфата натрия, израсходованное на титрование, в миллилитрах;
К – поправочный коэффициент нормального раствора тиосульфата натрия;
0,177 – количество хлора, соответствующее 1 мл 0,0005 н. раствора тиосульфата натрия;
V – объем исследуемой воды, в миллилитрах.
(Таубе, 1981)
Контрольные вопросы:
1. Какие вам известны обеззараживающие вещества при хлорировании?
2. Что называют остаточным активным хлором?
3. Каким образом можно удалить избыточный активный хлор?
4. Какие существуют недостатки у такого метода обеззараживания воды?