Определение содержания остаточного хлора в питьевой воде

Лабораторная  работа №5 Определение содержания остаточного  хлора в питьевой воде.

 

         Для обеспечения требуемого санитарными  нормами качества водопроводной  воды её обеззараживают в процессе  водоподготовки с целью уничтожения  опасных для здоровья людей  патогенных бактерий и энтеровирусов. Среди разнообразных методов обеззараживания воды до сих пор наиболее широко применяют химическое окисление, причем из сильных окислителей предпочтение отдают хлору, озону, гипохлориту натрия, хлорной извести. Впервые хлорирование введено в практику в 1896 г. Дж. Фуллером в штате Кентукки и почти сразу было использовано в Англии для остановки эпидемии брюшного тифа. При введении хлора происходит окисление веществ, входящих в состав протоплазмы клеток бактерий, что вызывает их гибель. Спорообразующих бактерий хлор не уничтожает, и это является одним из недостатков данного метода. При введении хлора в воду происходит его гидролиз в соответствии с уравнением:

 

 

Cl2 + H2O = HCl + HClO

Образовавшаяся  хлорноватистая кислота в кислой и щелочной среде диссоциирует с выделением атомов кислорода, обладающих сильными окислительными свойствами:

 

 

HClO = HCl + O

В случае использования  хлорной извести вначале протекает  реакция:

 

 

2CaOCl2 + 2H2O = CaCl2 + Ca(OH)2 + 2HClO

Эффект хлорирования зависит от дозы введенного хлора  и продолжительности контакта его  с водой. На окисление микроорганизмов  расходуется сравнительно небольшая  часть введенного в воду хлора, большая  же его часть идет на реакции с  органическими веществами и некоторыми минеральными примесями, содержащимися  в воде. В результате, при хлорировании загрязненной органическими примесями  воды, в питьевую воду попадают опасные  для здоровья человека органические хлоропроизводные: тригалометаны, различные хлорфенолы и др. Поэтому разрабатываются различные альтернативные методы обеззараживания питьевой воды, однако широкое внедрение их дело будущего, и хлорирование остается основным дешевым, легко контролируемым процессом дезинфицирования при водоподготовке.

 

На станциях водоочистки  выделяют два этапа хлорирования: первичное и вторичное. Первичное  хлорирование используется для удаления из речной воды болезнетворных организмов. Вторичное – проводится на завершающем все стадии этапе с целью разрушения любых организмов, оставшихся после фильтрации. Но хлор при этом добавляется в избытке, по сравнению с уровнем, при котором погибают все микроорганизмы. В результате в воде остается остаточный свободный (активный) хлор. Избыток хлора "нейтрализуют" аммиаком, и часть свободного остаточного хлора превращается в связанный хлораминный: NH42Cl, NHCl2 и др.). В связи с этим водопроводная вода контролируется на содержание остаточного активного хлора. Предельно допустимые концентрации (ПДК) составляют для свободного остаточного хлора 0.3–0.5 мг/л, для связанного - 0.8–1.2 мг/л.

 

         Определение содержания остаточного хлора в питьевой воде

 

Определение этого  показателя (по ГОСТ 18190-72) основано на способности свободного и связанного активного (в отличие от хлоридного) хлора вытеснять эквивалентное  количество I₂ из иодида при подкислении пробы воды:

 

 

Cl2 + 2I- = I2 + 2Cl-

ClO- + 2H+ + 2I- = I2 + Cl- + H2O

 

HClO + 2I- + H+ = I2 + Cl- + H2O

 

NH2Cl + 2H+ + 2I- = I2 + NH4+ + Cl-

 

Выделившийся иод оттитровывают рабочим раствором тиосульфата натрия в присутствии крахмала:

 

 

2Na2S2O3 + I2 = Na2S4O6 + 2NaI

 

Аппаратура,  материалы и реактивы:

- колбы мерные

на 50 мл - 1 шт;

на 100 мл - 1 шт,

на 250 мл - 1 шт,

на 500 мл - 1 шт,

на 1000 мл  - 1 шт ;

- колбы конические

На 1000 мл - 1 шт;

- пипетки градуированные 

на 1 мл и 2 мл - по 1 шт;

на 5 мл - 2 шт,

на 10 мл - 1 шт, 

- бюретки 

на 25 мл - 2 шт,

- колбы конические  с пришлифованными пробками  на 250 мл - 1 шт;

 на 500 мл –  3 шт;

- стакан на 50 мл  – 1 шт;

на 100 мл – 1 шт;

- мерный цилиндр  на 100 мл – 1 шт;

- чашки фарфоровые  выпарительные  - 3 шт;

- Калий йодистый (крист.); (хлороформ; салициловая к-та); ледяная уксусная к-та; бихромат калия; серная к-та (1:4); крахмал; углекислый натрий (крист.);тиосульфат натрия на 5 молекул воды.

- соляная к-та (ρ= 1,19 г/см³); метиловый оранжевый (пара-диметиламино-азобензолсульфокислый натрий)(крист.); уксуснокислый натрий CH₃COONa·3H₂O.

 

Подготовка к анализу:

1. Приготовление 0,1 н ра-ра серноватистокислого натрия.

2,5 г тиосульфата  натрия Na₂S₂O₃ · 5H₂O растворяют в свежепрокипяченной и охлажденной дистиллированной воде, добавляют 0,02 г углекислого натрия (Na₂CO₃) и доводят объем до 100 мл.

2. Приготовление 0,01 н ра-ра серноватистокислого натрия.

10 мл 0,1 н ра-ра тиосульфата натрия разбавляют свежепрокипяченной и охлажденной дистиллированной водой, добавляют 0,02 г углекислого натрия и доводят ра- р до 100 мл. Ра-р применяют при содержании активного хлора в пробе более 1 мг/л.

3. Приготовление 0,005 н ра-ра серноватистокислого натрия.

25 мл 0,1 н ра-ра тиосульфата натрия разбавляют свежепрокипяченной и охлажденной дистиллированной водой, добавляют 0,1 г углекислого натрия и доводят ра- р до 500 мл. Ра-р применяют при содержании активного хлора в пробе менее 1 мг/л.

4. Приготовление 0,01 н ра-ра бихромата калия.

0,04904 г бихромата  калия, взвешенного с точностью  до ±0,0002 г, растворяют в дистиллированной  воде и доводят объем до 100 мл.

5. Приготовление 0,5%-ного ра-ра крахмала.

0,25 г крахмала  смешивают с небольшим объемом  дистиллированной воды, приливают  к 50 мл кипящей дистиллированной  воды и кипятят несколько минут. (После охлаждения консервируют, добавляя хлороформ или 0,1 г  салициловой к-ты.)

6. Приготовление буферного ра-ра рН 4,5.

102 мл  1 М уксусной  к-ты (15 г ледяной уксусной к-ты  в 250 мл воды) и 98 мл 1 М ра-ра уксуснокислого натрия (13,61 г уксуснокислого натрия CH₃COONa·3H₂O в 100 мл воды) наливают в мерную колбу на 1 л и доводят до метки дистиллированной водой (предварительно прокипяченной и охлажденной до 20 ºС, свободной от двуокиси углерода).

7. Поправочный коэффициент 0,01 н ра-ра тиосульфата натрия.

Определяют по 0,01 н ра-ру  бихромата калия следующим образом: в коническую колбу на 250 мл и с пришлифованной пробкой помещают 0,5 г йодистого калия, растворяют в 2 мл дистиллированной воды, прибавляют 5 мл серной к-ты (1:4), затем 10 мл 0,01 н ра-ра бихромата калия, добавляют 80 мл дистиллированной воды, закрывают колбу пробкой, перемешивают и ставят в темное место на 5 мин. Выделившийся йод титруют тиосульфатом натрия в присутствии 1 мл крахмала, прибавленного в конце титрования.

8. Поправочный коэффициент (К) (0,01; 0,005 н ра-ров тиосульфата натрия) вычисляют по формуле:

К=10/V,

где V- количество тиосульфата натрия, израсходованного на титрование, мл.

 

Ход анализа.

Анализ на содержание остаточного хлора производится в месте отбора пробы после  спуска воды из крана в течение 15 мин. при полностью открытом кране. В коническую колбу (500 мл) для титрования вносят 0,5 г KI, растворяют в 1-2 мл дистиллированной воды, добавляют ацетатный буферный раствор с рН = 4,5 в количестве, равном 1,5 щелочности воды. Затем цилиндром вносят отобранный объем V водопроводной воды (250 – 500 мл, в зависимости от содержания хлора; 250 мл – при содержании хлора 0,3 мг/л). Предварительно заполняют бюретку 0,005 М раствором тиосульфата, приготовленным путем разбавления 0.01 М рабочего раствора. Выделившийся йод оттитровывают по крахмалу до исчезновения окраски иод-крахмального комплекса, добавляя 15-20 капель индикатора в конце титрования, когда раствор приобретет соломенно-желтую окраску. Содержание остаточного активного хлора (X, мг/л) рассчитывают по формуле:

 

Х=

 

 

где: V1- количество 0,05 н ра-ра тиосульфата, израсходованное на титрование, мл; V- объем пробы воды взятой для анализа, мл;  0,177 - титр 0,005 М раствора Na₂S₂O₃ по хлору, мг/мл; К - поправочный коэффициент к 0,005 М раствору Na₂S₂O₃

 

Определение содержания свободного остаточного  хлора в питьевой воде

 

Под термином "свободный (активный) хлор" понимают суммарное  содержание элементарного хлора, HClO и гипохлорита. Эти компоненты способны окислять метиловый оранжевый, в отличие от хлораминов, окислительно-восстановительный потенциал которых недостаточен для его окисления. При окислении реагент обесцвечивается, поэтому титрование проводят до неисчезающей розовой окраски.

 

Подготовка к анализу:

1. Приготовление 0,005-ного ра-ра метилового оранжевого.

0,0125 г метилового оранжевого растворяют в дистиллированной воде в мерной колбе и доводят дистиллированной водой до 250 мл. 1 мл этого ра-ра соответствует 0,0217 мг свободного хлора.

2. Приготовление 5 н ра-ра соляной к-ты.

В мерную колбу  на 50 мл наливают дистиллированную воду, затем медленно добавляют 20 мл соляной  к-ты и доводят дистиллированной водой до метки.

Ход анализа. Отбор пробы воды проводится, как описано выше. Приготовленным 0,005 %-ным рабочим раствором метилового оранжевого  заполняют бюретку на 5 мл (или бюретку на 10 мл).

 

100 мл анализируемой  воды (V) наливают в фарфоровую  чашку, добавляют 2-3 капли 5 М  HCl и, помешивая стеклянной палочкой, быстро титруют рабочим раствором  метилового оранжевого (м.о.) до не исчезающей розовой окраски. Расчет содержания свободного остаточного хлора (X₁, мг/л) проводят по формуле:

 

X₁= ,

где: V1- количество 0,005 %-ного ра-ра метилового ораньжевого, израсходованного на титрование, мл; V- объем воды, взятый для анализа, мл; 0,04 - эмпирический коэффициент; 0,0217 - содержание свободного активного хлора (мг), соответствующее 1 мл 0,005 % раствора м.о. (титр по хлору).

 

Определение содержания связанного остаточного  хлора в питьевой воде

 

Определение содержания в воде связанного (активного) остаточного  хлора (хлораминного), X2, проводится по разности: X2 = (X - X1).

 

Полученные в  работе результаты сопоставляют с величинами ПДК и делают выводы о соответствии водопроводной воды нормам качества.