3137
.pdfМинистерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»
В.А. Земскова, Л.А. Карпова, Н.И. Корочкина
Основы водопользования
Учебно-методическое пособие по выполнению лабораторных работ для обучающихся по дисциплине «Основы
водопользования» по направлению подготовки 08.03.01 Строительство профиль Теплогазоснабжение, вентиляция, водоснабжение и водоотведение зданий, сооружений, населенных пунктов
Нижний Новгород
2016
2
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»
В.А. Земскова, Л.А. Карпова, Н.И. Корочкина
Основы водопользования
Учебно-методическое пособие по выполнению лабораторных работ для обучающихся по дисциплине «Основы
водопользования» по направлению подготовки 08.03.01 Строительство профиль Теплогазоснабжение, вентиляция, водоснабжение и водоотведение зданий, сооружений, населенных пунктов
Нижний Новгород ННГАСУ
2016
3
УДК
Земскова В.А. / Основы водопользования [Электронный ресурс]: учеб.-метод. пос. / В.А. Земскова, Л.А. Карпова, Н.И. Корочкина; Нижегор. гос. архитектур. - строит. ун - т – Н. Новгород: ННГАСУ, 2016. – __ с.– 1 электрон. опт. диск (CD-RW)
В пособии даются рекомендации к проведению лабораторных работ для получения студентами навыков лабораторного анализа природных и сточных вод. Приведены методики определения основных компонентов, характеризующих состав природных и сточных вод.
Предназначено для обучающихся в ННГАСУ для выполнения лабораторных работ по дисциплине «Основы водопользования» по направлению подготовки 08.03.01 Строительство профиль Теплогазоснабжение, вентиляция, водоснабжение и водоотведение зданий, сооружений, населенных пунктов.
© В.А. Земскова, Л.А. Карпова, Н.И. Корочкина, 2016 © ННГАСУ, 2016
4 |
|
Содержание |
|
Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
5 |
Лабораторная работа № 1 |
6 |
Определение физических показателей качества |
|
природных вод . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
|
Лабораторная работа № 2 |
12 |
Определение активной реакции воды (рН) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
|
Лабораторная работа № 3 |
14 |
Определение кислотности воды . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
|
Лабораторная работа № 4 |
16 |
Определение щелочности воды . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
|
Лабораторная работа № 5 |
19 |
Определение жесткости воды . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
|
Лабораторная работа № 6 |
23 |
Определение хлоридов и сульфатов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
|
Лабораторная работа № 7 |
25 |
Определение содержания железа в воде . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
|
Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
30 |
5
ВВЕДЕНИЕ
Водопользование – это использование водных объектов для удовлетворения нужд населения, хозяйственной и иной деятельности. Водный кодекс РФ регламентирует водное законодательство. Согласно статье 37 водные объекты используются для питьевого и хозяйственно-бытового водоснабжения, сброса сточных вод и (или) дренажных вод, производства электрической энергии, водного и воздушного транспорта, сплава древесины и иных целей. Водопользование с забором (изъятием) водных ресурсов из водных
объектов при условии возврата воды в водные объекты – это использование водных объектов для целей водоснабжения и сброса (водоотведения)
сточных вод.
Для водоснабжения населенных пунктов и промышленных предприятий используются поверхностные и подземные природные воды. Природные воды представляют собой многокомпонентные динамические системы, в состав
.которых входят газы, различные минеральные и органические вещества, а также микроорганизмы.
Под химическим составом природных вод понимают весь сложный комплекс веществ, присутствующих в воде в истинно-растворенном, коллоидном и взвешенном состоянии. Условно химический состав природных вод подразделяют на 5 групп:
-Главные ионы, содержащиеся в воде в наибольшем количестве — Na +,
К+, Са2+, Mg2+, SО42-, СI-, С032-, НСО3-
-Растворенные газы — N 2, О2, СО2, H2S и др.
-Биогенные элементы — соединения фосфора, азота, кремния.
-Микроэлементы — соединения всех остальных химических элементов.
-Органические вещества (живые организмы водоемов, продукты их жизнедеятельности и распада, гуминовые вещества, а также многочисленные соединения, попадающие в водоемы со сточными водами).
Состав воды природных поверхностных источников непостоянен. В них непрерывно происходят процессы окисления, восстановления, осаждения крупных и тяжелых частиц, а также биохимические процессы, приводящие к самоочищению водоемов. Очень сильно изменяется состав природных поверхностных вод по сезонам года, а также эпизодически в результате атмосферных осадков. Состав подземных вод подвержен значительно меньшим колебаниям.
Концентрация отдельных компонентов в воде определяет ее свойства, т. е. качество воды.
Изучение химического состава воды и его изменений является важной задачей, решаемой при проектировании и эксплуатаций водопроводных очистных сооружений. Качество воды является одним из основных факторов при выборе источника водоснабжения, основных технологических процессов водоподготовки.
Условия сброса сточных вод в водоемы регламентированы «Правилами охраны поверхностных сточных вод от загрязнения сточными водами» и
6
СанПином 2.1.5.980-00 «Гигиенические требования к охране поверхностных вод». Этими правилами установлены нормативы качества воды: для водоемов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования; для водоемов, используемых для рыбохозяйственных целей.
Порядок контроля качества воды зависит от требований потребителя, особенностей технологического процесса и работы водопроводных очистных сооружений. Для оценки качества природных и сточных вод используют физические, химические, бактериологические и технические методы анализа.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА ПРИРОДНЫХ ВОД
Цель работы: Различными методами (органолептическими и колориметрическими) определить показатели качества воды: температуру, вкус, запах, количество взвешенных веществ (прозрачность, мутность) и цветность.
1.1. Определение температуры воды
Температура воды подземных источников характеризуется постоянством (8...12° С), причем с возрастанием глубины залегания вод сезонные колебания температуры уменьшаются. Температура воды поверхностных источников существенно меняется по сезонам года (от 0,1 до 30 ° С) и зависит от поступления в них подземных вод, а также от сбросов использований охлаждающей воды. Оптимальная температура воды для хозяйственно-питьевых целей 7... 11 ° С.
Аппаратура
Термометр Цельсия с ценой деления в 0,1°.
Выполнение работы
Определение температуры воды проводят в отбираемой пробе или непосредственно в водоеме. Термометр выдерживают вводе неменее 5 мин. При этом мениск ртути в термометре должен находиться на уровне глаза. Температуру выражают в градусах с точностью до 0,1°.
1.2.Определение запаха и вкуса воды
Привкусы и запахи, встречающиеся в природных водах, могут быть естественного (наличие железа, марганца, сероводорода) и искусственного (сброс промышленных стоков) происхождения.
Различают четыре основных вкуса воды - соленый, горький, сладкий и кислый. Оттенки вкусовых ощущений, складываемые из основных, называются привкусами.
Соленый вкус ВОДЫ обусловлен присутствием в воде хлорида натрия;
7
горький - сульфата магния; кислый - избытком растворенной углекислоты. Железистый привкус придают воде растворенные соли железа и марганца, щелочной - поташ, сода, едкие щелочи; вяжущий - сульфат кальция.
К запахам естественного происхождения относятся: землистый, гнилостный, рыбный, болотистый, глинистый и др. К запахам искусственного происхождения можно отнести; фенольный, хлорфенольный, камфорный, хлорный и т. д.
Запахи естественного происхождения возникают в результате массового развития водорослей - диатомовых, сине-зеленых, а также в результате жизнедеятельности организмов, населяющих водоемы (плесени, лучистых грибов). Запахи искусственного происхождения возникают при попадании в водоемы сточных вод, содержащих кетоны, спирты, альдегиды, эфиры и др.
Интенсивность и характер запахов и привкусов воды определяют органолептически, т. е. при помощи органов чувств, и оценивают по пятибалльной системе (табл. 1.1).
Таблица 1.1
Характер интенсивности запахов и привкусов по степени их интенсивности
Интенсивность запаха и |
Характер проявления запаха и |
Оценка интенсивности |
привкуса |
привкуса |
запаха, привкуса, балл |
|
|
|
Нет |
Запах и привкус не ощущается |
0 |
|
|
|
Очень слабая |
Запах и привкус не ощущается |
1 |
|
органами чувств, но |
|
|
обнаруживается при лабораторных |
|
|
исследованиях |
|
|
|
|
Слабая |
Запах и привкус ощущается, если |
2 |
|
обратить на это внимание |
|
|
|
|
Заметная |
Запах и привкус легко замечаются |
3 |
|
и вызывают неодобрительный |
|
|
отзыв о воде |
|
|
|
|
Отчетливая |
Запах и привкус обращают на себя |
4 |
|
внимание и заставляют |
|
|
воздержаться от питья |
|
|
|
|
Очень сильная |
Запах и привкус настолько |
5 |
|
сильные, что делают воду |
|
|
непригодной к употреблению |
|
|
|
|
Запах и вкус определяют непосредственным дегустированием при комнатной температуре, а также при 60 ° С, что вызывает их усиление. По СанПиН 2.1.4.1074-01 привкус и запах, определяемые при 20 ° С, не должны превышать двух баллов.
8
О т б о р п р о б Объем пробы воды не должен быть менее 500 мл. Пробы воды не
консервируют, определение проводят не позднее, чем через 2 ч после отбора пробы.
1.2.1. Органолептические методы определения запаха
Аппаратура
Колбы — плоскодонные с притертыми пробками на 250 мл. Стекло — часовое.
Баня — водяная.
Выполнение работы
1.2.1.1.Определение запаха при 20 ° С
Вколбу с притертой пробкой на 250 мл отмеривают 100 мл испытуемой воды с температурой 20 ° С. Колбу закрывают пробкой, содержимое колбы несколько раз перемешивают вращательным движением, после чего колбу открывают и определяют характер и интенсивность запаха. Оценку качества воды по запаху осуществляют по табл. 1.1.
1.2.1.2.Определение запаха при 60 ° С
Вколбу отмеривают 100 мл испытуемой воды. Горлышко колбы закрывают часовым стеклом и подогревают на водяной бане до 50 - 60 ° С. Содержимое колбы несколько раз перемешивают вращательными движениями. Сдвигая стекло в сторону, быстро определяют характер и интенсивность запаха. Качество воды по запаху оценивают по табл. 1.1.
1.2.2.Органолептический метод определения вкуса
Выполнение работы
Испытуемую воду набирают в рот малыми порциями, не проглатывая, задерживая 3 - 5 с. Интенсивность и характер вкуса определяют при 20 ° С и оценивают по пятибалльной системе (табл. 1.1).
1.3.Определение цветности воды
Содержание окрашенных примесей в природой воде характеризуют общим термином — цветность воды.
Цветность природных вод в основном обусловлена гумусовыми веществами. При этом нерастворимые гумусовые вещества почвы в природных водах находятся во взвешенном состоянии, а в коллоидно- и истинно растворенном состоянии присутствуют фульво- и гуминовые кислоты, преимущественно в виде солей щелочных и щелочно-земельных металлов.
9
Гуминовые кислоты содержат в своей основе ароматические кольца изо- и гетероциклического строения. Исследование функциональных групп гуминовых кислот, выделенных из почв и торфа, показало, что в их составе имеются карбоксильные и фенолгидроксильные группы, обуславливающие их кислые свойства.
Фульвокислоты, названные так по их желтой окраске, представляют собой группу близких по строению органических соединений. В отличие от гуминовых кислот ароматическая часть в них выражена слабо — в молекулах преобладают боковые связи. Они также содержат карбоксильные и фенолгидроксильные функциональные группы, придающие им кислотные свойства; соединения эти более диссоциированы.
Окраска воды может быть обусловлена также продуктами жизнедеятельности и распада живых и растительных организмов, населяюших воду, присутствием соединений железа, сточных вод некоторых производств или «цветением» водоемов — при массовом развитии водорослей вода приобретает окраску от светло-зеленой до темно-бурой.
Цветность определяют колориметрическим методом, путем сравнения цвета исследуемой воды с эталонной шкалой, имитирующей эту окраску. В качестве эталонной используют платиново-кобальтовую или кобальто-бихроматную шкалы.
В последние годы для определения цветности широко применяют фотоколориметрический метод, основанный на измерении оптической плотности воды. Цветность питьевой воды не должна превышать 20° по СанПиН
2.1.4.1074-01.
О т б о р п р о б
Объем пробы воды не должен быть менее 500 мл. Пробы воды для определения цветности не консервируют. Определение проводят не позднее, чем через 2 ч после отбора пробы.
1.3.1. Фотоколориметрический метод определения цветности
Определяют оптическую плотность предварительно профильтрованной исследуемой воды на фотоэлектроколориметре ФЭК-56М в кюветах с 1=5 - 10 см при λ = 413 нм (синий светофильтр) против дистиллированной воды (контрольная проба). Затем по предварительно построенному градуировочному графику находят цветность воды. Для получения градуировочного графика измеряют оптические плотности растворов шкалы цветности и строят зависимость: оптическая плотность воды (А) — цветность воды (градусы).
1.4.Определение взвешенных веществ, прозрачности и мутности воды
Вприродных водах во взвешенном состоянии содержатся нерастворимые
ималорастворимые вещества: частицы глины, песка, лесса, илистых веществ,
10
карбонатных соединений, водных оксидов алюминия, железа, марганца, высокомолекулярных органических примесей гумусового происхождения, часто в виде органо-минеральных комплексов. Кроме того, в таких водах находятся фитопланктон и зоопланктон.
Удаление из воды основной массы нерастворимых и малорастворимых веществ является необходимым условием при подготовке воды для хозяйственно-питьевых и технических целей. При этом улучшаются также органолептические показатели воды, как мутность и прозрачность.
При наличии в воде большого количества взвешенных веществ их определяют весовым методом.
В тех случаях, когда количество взвешенных веществ в воде невелико, определяют прозрачность или мутность воды, которые косвенно характеризуют количество взвешенных веществ. Количество взвешенных веществ в воде, используемой для хозяйственно-питьевых целей, строго регламентировано СанПиН 2.1.4.1074-01. Так, мутность воды допускается не более 1,5 мг/л.
1.4.1. Весовой метод определения содержания взвешенных веществ в воде
Метод основан на определении приращения веса бумажного (при содержании взвешенных веществ в воде 100 мг/л) или мембранного (при содержании взвешенных веществ в воде до 100 мг/л) фильтра, через которые фильтруют определенный объем исследуемой воды. Вес фильтра до и после фильтрования с задержанным осадком определяют после высушивания до постоянного веса при температуре 105 ° С.
|
|
Аппаратура |
|
Цилиндры мерные на 2 л. . |
|
||
Колбы мерные на 100, 250, 500 мл. |
|
||
Воронки химические. |
|
|
|
Бюксы. |
• |
. |
, |
Сушильный шкаф. |
|
|
Бумажные фильтры (синяя лента). Фильтры высушивают при 105° С до постоянной массы и взвешивают в бюксе.
Выполнение работы
Предварительно перемешанную пробу воды объемом от 100 мл до 1,5 - 2 л (в зависимости от количества взвешенных веществ в воде) фильтруют через бумажный фильтр. Осадок, оставшийся на фильтре, промывают дистиллированной водой. Фильтр с осадком переносят во взвешенный бюкс, высушивают до постоянной массы при 105 ° С и взвешивают.
Содержание взвешенных веществ (X, мг/л) вычисляют по формуле: