Лабораторная работа «Методы улучшения качества питьевой воды» Задание студенту:

1. Определить бикарбонатную жесткость воды.

2. Определить необходимую дозу коагулянта из расчета на 1 л воды.

3. Определить содержание активного хлора в сухой хлорной извести.

4. Определить дозу хлора для нормального хлорирования исследуемой пробы воды; рассчитать хлорпоглощаемость и хлорпотребность воды.

5. Решить ситуационную задачу по выбору дозы активного хлора и расчету количества хлорной извести для обеззараживания питьевой воды методом перехлорирования.

Методика работы:

Определение дозы коагулянта. Доза коагулянта (сернокислого алюминия, глинозема), необходимая для эффективной очистки воды, зависит от бикарбонатной жесткости воды.

1). Определение бикарбонатной жесткости воды. Для этого в колбу вносят 100 мл исследуемой воды, 3 капли 0,15% раствора метилоранжа и титруют 0,1н. раствором HCl до появления слабо-розового окрашивания. Бикарбонатная жесткость (⁰ жесткости) равна объему HCl (мл), пошедшему на титрование, умноженному на величину 2,8. Если жесткость > 4°, можно приступать к выбору необходимой дозы коагулянта; если < 4°, перед пробной коагуляцией в воду необходимо добавить 1% раствор соды в количестве, составляющем половину дозы коагулянта (1,0; 1,5 и 2,0 мл).

2). Выбор дозы коагулянта. В 3 стакана наливают по 200 мл мутной воды. В первый стакан внесят 2 мл, во второй – 3 мл, в третий – 4 мл 1% раствора глинозема – Al₂(SO₄)₃. Содержимое перемешивают стеклянной палочкой и наблюдают за характером хлопьеобразования в 10 мин. Выбирают стакан с наименьшей дозой коагулянта, вызывающей быстрое образование и осаждение хлопьев. Если длительность хлопьеобразования < 5 мин. и крупные хлопья не успевают образоваться, проводят повторное исследование с меньшим количеством глинозема. При отсутствии заметной коагуляции во всех стаканах опыт следует повторить с большими дозами коагулянта.

Расчет дозы сухого коагулянта проводят по формуле:

Х = а ∙ 0,01∙1000/V,

где Х – доза сухого коагулянта (г/л); а – количество 1% раствора коагулянта в выбранном стакане (мл); V – объем исследуемой воды (200мл); 0,01 – масса сухого глинозема, содержащаяся в 1 мл 1% раствора глинозема (г); 1000 – коэффициент для пересчета на 1 л.

Записывают результаты лабораторного исследования и заключение о дозе коагулянта, необходимого для эффективной очистки исследуемой воды.

Пример расчета дозы сухого коагулянта: если коагуляция лучше всего прошла в третьем стакане, куда на 200 мл воды было внесено 4 мл 1% раствора глинозема, то доза коагулянта составляет 4*0,01*1000/200=0,2 г глинозема на 1 л воды.

Обеззараживание воды хлорированием

1). Определение содержания активного хлора в хлорной извести. Для обеззараживания воды допускается использование хлорной извести с содержанием активного хлора ≥ 18% (свежая хлорная известь содержит 35%, долго хранившаяся – 10-15%), поэтому перед применением определяют содержание в ней активного хлора. Принцип определения активного хлора основан на способности хлора вытеснять йод из растворов йодистого калия. Выделившийся йод титруют гипосульфитом натрия в присутствии крахмала до исчезновения окраски раствора, реакция протекает по уравнениям:

Ca(OCl)₂ + 4KI + 4HCl = CaCl₂ + 4KCl + 2H₂O + 2I₂;

I₂ + 2Na₂S₂O₃ = Na₂S₄O₆ + 2NaI

В колбу объемом 250 мл добавляют 5 мл осветленного 1% раствора хлорной извести, 1 мл HCl (1:3), 5 мл 5% раствора KI, 100 мл дистиллированной воды и титруют 0,01 н. раствором гипосульфита до снижения интенсивности окрашивания до слабо-желтого цвета. После этого прибавляют 1 мл 1% раствора крахмала и заканчивают титрование посиневшего раствора до полного его обесцвечивания. Отмечают общее количество миллилитров гипосульфита, пошедшего на титрование. Вычисление процента активного хлора проводится с учетом того, что 1 мл 0,01 н. раствора гипосульфита соответствует 0,355 мг активного хлора.

Пример расчета содержания активного хлора в хлорной извести. На титрование 5 мл 1% раствора хлорной извести пошло 32,6 мл гипосульфита. В 5 мл 1% раствора хлорной извести содержится: 32,6 ∙ 0,355=11,6 мг активного хлора. В 1 мл 1% раствора хлорной извести содержится: 11,6 мг : 5=2,32 мг или 0,0023 г активного хлора. Поскольку в 1 мл 1% хлорной извести содержится 0,01 г сухого вещества, то процентное содержание активного хлора в сухой хлорной извести рассчитывают из пропорции: 0,01 г сухой извести – 0,0023 г активного хлора; 100 г сухой извести – Х г активного хлора, следовательно: Х = 100*0,0023/0,01 = 23%. Таким образом, исследуемая хлорная известь содержит активный хлор в концентрации 23%.

2). Выбор дозы хлора для нормального хлорирования воды по хлорпотребности. Для выбора дозы активного хлора берут такое количество хлорной извести, которое способно обеспечить хороший бактерицидный эффект и наличие в воде 0,3-0,5 мг/л остаточного хлора после 30-минутного контакта воды с хлором летом и 1 часа зимой.

Необходимая для обеззараживания 1 л воды доза хлорной извести устанавливается путем опытного хлорирования воды и последующего контрольного определения в ней остаточного хлора. Опытное хлорирование проводится следующим образом: в 3 химических стакана или колбы налить 200 мл воды. В каждый стакан тарированной пипеткой⁶ вносят 1 % раствор хлорной извести: в первый стакан – 2 капли, во второй – 4 капли и в третий – 6 капель. Содержимое стаканов тщательно перемешивают и оставляют. Через 30 мин определяют остаточный хлор. Для этого в каждый стакан внесят по 5 мл 5% раствора йодистого калия (KI), 1 мл водного раствора соляной кислоты HCl (1:3) и 1 мл 1 % раствора крахмала. Содержимое стаканов перемешивают. Появление синей окраски свидетельствует о наличии остаточного хлора в воде. По количеству хлорной извести, внесенной в стакан, где появилось наименее интенсивное окрашивание, рассчитывают требующуюся для нормального хлорирования дозу хлорной извести в мл 1 % раствора или в гр. сухого вещества. Отсутствие синего окрашивания является свидетельством отсутствия остаточного хлора, что указывает на недостаточное количество внесенного хлора для данной пробы воды (хлор полностью израсходован на обеззараживание).

Для определения хлорпоглощаемости воды жидкость стакана с наименее интенсивной окраской титруют 0,01 н. раствором гипосульфита до полного обесцвечивания, сохраняющегося в течение 1 мин. По результатам титрования проводят расчет остаточного хлора и определяют хлорпоглощаемость воды.

Пример расчета. Допустим, что в 1-м и 2-м стаканах, куда было внесено 2 и 4 капли 1% раствора хлорной извести, окрашивания не произошло, следовательно, там нет остаточного хлора, а в оставшемся 3-м стакане появилась синяя окраска. Следовательно, хлорной извести, внесенной в 3-й стакан (6 капель), оказалось достаточно, чтобы обеззаразить воду и создать остаточное количество свободного хлора.

Зная содержание активного хлора в 1 мл 1 % раствора хлорной извести (см. в задании «Определение содержания активного хлора в хлорной извести» - в приведенном примере 2,32 мг), рассчитывают количество активного хлора, внесенного в этот стакан. В 6 каплях (из 20 в 1 мл) в 200 мл воды содержание активного хлора составит 2,32 мг ∙ 6/20=0,7 мг, а в пересчете на 1 л воды это составит 0,7 мг ∙ 5=3,5мг активного хлора.

Остаточный хлор рассчитывается по количеству мл гипосульфита, пошедшего на титрование окрашенной жидкости. Предположим, что на титрование воды в 3-м стакане пошло 0,2 мл 0,01 н. раствора гипосульфита. Следовательно, на 1 л пойдет 0,3 мл ∙ 5=1,5 мл. Так как 1 мл 0,01 н. раствора гипосульфита составляет 0,355 мг хлора, количество остаточного хлора в 1 л исследуемой воды будет 0,355 мг ∙ 1,5=0,53 мг.

Количество активного хлора, поглощенного 1 л воды, равно 3,5мг – 0,53мг=2,97 мг, что и соответствует хлорпоглощаемости воды. Хлорпотребность воды равна 2,97 + (0,3…0,5) = 3,27…3,47 мг/л.

Таким образом, для эффективного обеззараживания питьевой воды необходимо добавить столько хлорной извести, чтобы доза активного хлора в воде составила 3,27 – 3,47 мг/л.

Протокол заключения (образец)

1. Бикарбонатная жесткость воды достаточна (не достаточна) для проведения коагуляции и не требует (требует) добавления соды.

2. Коагуляция воды проходит лучше всего при добавлении … г сухого глинозема на 1 л воды.

3. Хлорная известь содержит … % активного хлора и пригодна (не пригодна) для хлорирования воды.

4. Хлорпоглощаемость воды = … мг/л, хлорпотребность = … мг активного хлора на 1 л воды.

Перехлорирование

Для перехлорирования сравнительно чистой воды выбирают дозу активного хлора 5-10 мг/л, для более загрязненных вод с высокой цветностью и низкой прозрачностью используются дозы в 10-20 мг/л, при сильной загрязненности и неудовлетворительной санитарно-эпидемиологической обстановке применяются дозы 20-30 мг/л и выше. В случае опасности применения бактериологического оружия – до 100 мг/л.