Основные показатели качества воды

ХЕРСОНСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра ЭКОЛОГИИ и БЖД

Рег №5/881-08.12.09

«ОБЩАЯ ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ»

Методические указания к проведению

Лабораторной работы №5

«ТЕХНИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ВОДЫ»

 

 

Херсон 2008

 

 

Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Общая химическая технология»

Составил ст. преподаватель Кузнецов С.И., количество страниц 25.

 

 

Рецензент:

 

Утверждено на заседании кафедры Экологии и БЖД протокол №1 от 03.09.08 р.

Зав. кафедры Михайлик В.Д.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

 

1. Ознакомиться с методами технического анализа воды.

2. Практически осуществить определение карбонатной, некарбонатной и общей жесткости воды.

3. Практически осуществить определение окисляемости воды.

4. Практически осуществить определение общей щелочности воды.

5. Практически осуществить определение сухого остатка воды.

 

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

 

Введение

 

В различных производствах химической промышленности вода используется чрезвычайно широко. Она применяется как универсальный растворитель для большого числа твердых, жидких и газообразных веществ. Велико ее значение и как химического сырья в производ­ствах водорода, серной и азотной кислот, едкого натра, извести, в различных реакциях гидратации и гидролиза. В текстильной про­мышленности вода используется для приготовления красильных раст­воров, в процессах отбелки, мерсеризации, промывки и т.д. Кроме технологических целей в еще больших размерах вода используется как теплоноситель и хладагент. С помощью воды осуществляется, напри­мер, теплоотвод из зоны реакции в экзотермических процессах. Водяной пар и нагретая вода применяются для подвода тепла в эндо­термических процессах для нагревания взаимодействующих веществ и для ускорения многих процессов.

Поскольку вода является хорошим растворителем, то природные воды обычно содержат разнообразные примеси, поэтому к воде, при­меняемой для технологических и теплотехнических целей, предъяв­ляют жесткие требования в отношении содержания в ней растворен­ных веществ, механических примесей, микроорганизмов и т.п.

 

Характеристика воды

Природные воды делятся на три вида, сильно отличающиеся по содержанию примесей.

Атмосферная вода - дождевая и снеговая - содержит примеси, которые находятся в атмосферном воздухе; углекислоту, кислород, иногда окислы азота, серы, органические примеси и пыль. Чем загрязнённей атмосфера, тем больше примесей содержит атмосферная вода. Протекая по поверхности земли или проходя через грунт, атмосферная вода обогащается дополнительным количеством раство­римых соединений, содержащихся в земной поверхности.

Поверхностные воды - речные, озерные, морские, кроме приме­сей, содержащихся в атмосферной воде, имеют а своем составе дву­углекислые соли кальция, магния, натрия, калия, а также серно­кислые и хлористые соли, которые переходят в ее состав из почвы. Кроме того, поверхностные воды часто загрязнены промышленными и бытовыми отходами, которые могут содержать самые разнообразные примеси. Наиболее богата солями морская вода. Она содержит до 20-30 г/м³ различных примесей, в основном солей натрия, кальция, магния. Вода, содержащая один г. солей в 1 кг, называется пресной, более одного г/кг - соленой.

Подземные воды - ключевые, колодезные, артезианские - обра­зуются в результате накопления в подземных резервуарах атмосфер­ной воды, попадающей в них при прохождении через водопроницаемые слои почвы. При этом вода вступает в химическую реакцию с мине­ральными и органическими веществами почвы и горных пород. Подземные воды, насыщенные различными солями (рассолы), могут служить сырьем для получения тех или иных химических продуктов. Так, из рассола хлористого натрия можно получить соду, едкий натр, хлор.

Воды всех видов содержат также различные количества бактерий, грибков и других микроорганизмов.

 

Виды примесей

Природные воды (поверхностные и подземные) содержат следующие наиболее часто встречающиеся примеси:

· твердые и жидкие взведенные вещества (песок, глину, илистые частицы, остатки растений, частицы минералов, капельки минеральных масел, нефти, мазута и т.п.);

· окрашивающие вещества;

· бактерии и другие микроорганизмы;

· коллоидные и полуколлоидные вещества (гуминовые вещества, сложные белковые аминокислоты, коллоидно - измельчённые частички минералов, окислы железа и алюминия), эти вещества не осаждаются в течение весьма длительного времени;

· растворенные газы;

· природные соли, кислоты и щелочи, находящиеся в истинно растворенном состоянии и диссоциирующие в воде на ионы.

В подавляющем большинстве случаев состав природных вод опреде­ляется следующими ионами: Са²⁺, Мg²⁺, Na⁺, Cl^-, SO₄^2-, HCO₃^-, HSiO₃^-. Остальные ионы CO₃², H⁺, OH^-, NH₄⁺, NO₂^-, NO₃^2-, Fe²⁺, Cu²⁺ обычно содержатся в природных водах в незначительных количествах.

Примеси в природных водах могут находиться в трех состояниях;

в истинно растворенном, образуя истинный или молекулярный раствор, в истинном растворе между молекулами воды размещаются отдельные молекулы или ионы растворенного вещества: газов, мине­ральных солей и некоторых органических соединений; диаметр частиц, которые находятся в истинно растворенном состоянии, не превышает одной миллионной миллиметра;

в коллоидно - растворенном, образуя,растворы, в которых диаметр частиц примесей имеет от I до 100 миллионных миллиметра; в этих растворах между водой и коллоидно-растворенным веществом имеется поверхность раздела;

в грубодисперсном, образуя взвеси, в которых диаметры частиц имеют размеры более 100 миллионных частей миллиметра. Во время отстаивания эти взвеси или выпадают в осадок, если они тяжелее воды, или всплывают на поверхность, если они легче воды. Взвеси образуются частицами песка, глины, остатками вымершей растительнос­ти и пр.

 

Основные показатели качества воды

 

Важнейшими показателями качества воды, которые определяют при­годность ее для использования в промышленности, являются общая жесткость, щелочность, сухой остаток, окисляемость и содержание коррозионно-активных газов (кислорода и углекислого газа).

Жесткость воды - один из наиболее важных показателей качества воды, используемой в промышленности. Жесткость характеризуется на­личием в ней накипеобразующих солей кальция и магния. Чем больше в ней кальциевых и магниевых солей, тем она считается более жест­кой.

Общая жесткость воды есть суммарная концентрация в ней ионов кальция и магния, выраженная в эквивалентных единицах. За единицу жесткости принят миллиграмм-эквивалент на килограмм (мг×экв/кг), употребляемый для измерения высокой жесткости и микрограмм-экви­валент на килограмм (мкг×экв/кг) - для измерения малой жесткости.

Для пересчета выраженных в миллиграммах на килограмм концен­траций кальция и магния в миллиграмм-эквивалент килограмм их необходимо поделить на эквивалентные массы этих катионов

 

,

 

где М - жесткость, мг×экв/кг;

С_Са²⁺, С_Mg²⁺ концентрация в воде катионов кальция и магния, мг/кг;

20,04 и 12,16 - эквивалент­ная масса кальция и магния соответственно.

Эквивалентом вещества называют его количество, соответствующее в данной реакции одному атому водорода.

Общая жесткость воды подразделяется на временную (или карбо­натную) и постоянную (или некарбонатную).

Временную (или карбонатную) жесткость составляют содержащиеся в воде бикарбонаты кальция Са(НСО₃)₂ и магния Мg(НСО₃)₂. Эти соли при нагревании выше 70°С распадаются и образуют малораство­римые соли СаСО₃ и МgСО₃, которые выпадают в осадок и в виде шлама удаляются из воды при продувке.

Постоянная (или некарбонатная) жесткость воды определяется содержанием в ней сернокислых и хлористых солей кальция и магния. При непрерывном испарении воды из котла концентрация растворенных в ней солей постоянной жесткости возрастает, и при достижении пре­дела растворимости начинается процесс выпадения отдельных солей из раствора. Выпадающие из воды соли постоянной жесткости образуют плотную накипь на стенках труб и барабанов котла.

Общая жесткость воды равна сумме постоянной и временной жесткости. Таким образом, с одной стороны, общая жесткость воды рав­на сумме кальциевой и магниевой жесткости а, с другой стороны, сумме постоянной (некарбонатной) и временной (карбонатной) жесткости.

По величине общей жесткости природные воды подразделяются:

· малой жесткости Жо < 1,5 мг×экв/кг;

· средней жесткости Жо = 1,5 - 3 мг×экв/кг;

· повышенной жесткости Жо = 4 - 6 мг×экв/кг;

· высокой жест­кости Жо = 6 - 12 мг×экв/кг;

· очень высокой жесткости Жо > 12 мг×экв/кг.

Щелочность представляет собой суммарную концентрацию содержа­щихся в воде бикарбонатов, карбонатов, гидратов и солей других слабых органических кислот (гуматов). Все перечисленные вещества вступают в реакцию с соляной и серной кислотами с образованием хлористых или сернокислых солей щелочноземельных металлов. Количе­ство кислоты, затраченное на титрование с индикатором, дает величину общей щелочности воды.

Щелочность измеряется теми же единицами, что и жесткость, т.е. миллиграмм-эквиваленту на килограмм и микрограмм-эквиваленту на килограмм соответствует содержание в 1 л воды примерно 53 мг кальцинированной соды (Na₂CO₃), 40 мг едкого натрия (NaOH), 54,7 мг тринатрийфосфата и т.д.

В природных водах щелочность обычно обусловливается присут­ствием бикарбонатов, гидратов и гуматов. В зависимости от анионов различают следующие щелочности;

· бикарбонатную (концентрация бикарбонатных ионов НСО₃^-);

· карбонатную (концентрация карбонатных ионов СО₃^2-);

· гидратную (концентрация гидроксильных ионов ОН) и др.

В простейшем случае приближенно можно считать, что общая щелочность воды может состоять только:

· из гидратной щелочности;

· из суммы гидратной и карбонатной щелочности;

· из суммы карбонатной и бикарбонатной щелочности;

· только из бикарбонатной щелочности.

Сухой остаток характеризует пригодность данной воды для пита­ния паровых котлов и выражает суммарное содержание растворенных в воде нелетучих молекулярно-дисперсных и коллоидных веществ мине­рального и органического происхождения. Сухой остаток определяется путем выпаривания определенного объема предварительно профильтрованной воды с последующим высушиванием остатка при 110°С до постоянной массы. Он характеризует ве­совую величину содержания примесей воды, обладающих термической устойчивостью при указанной температуре высушивания. Сухой остаток измеряется в миллиграммах на килограмм (мг/кг).

В сухой остаток не входят взвешенные вещества, летучие веще­ства (например, НСО₃^-, NН₃ и др.) и растворенные в воде газы. По сухому остатку различают воды мало минерализованные (до 200 мг/кг), среднеминерализованные (200-500 мг/кг), повышенно минерализованные (500-1000 мг/кг) и сильно минерализованные (более 1000 мг/кг).

Окисляемость. Все природные воды в различных количествах со­держат органические вещества. Особенно много их в поверхностной воде, а в водах артезианских колодцев количество таких веществ очень незначительно.

Непосредственно определить содержание органических веществ в воде практически невозможно. Поэтому концентрация их в воде косвенно измеряется величиной окисляемости, которая показывает, какое количество кислорода или окислителя - марганцевокислого калия КмgО₄ (перманганата калия) - затрачивается при известных условиях на окисление (до Н₂0 и СО₂) органических веществ, содер­жащихся в 1 л воды. Содержание органических веществ, приближенно можно определить как разность между сухим и минеральным остатками.

Содержание коррозионно-активных газов. Такими газами являются кислород и свободная углекислота. Растворимость этих газов в воде зависит от температуры воды, в которой этот газ раство­рен. Если над поверхностью воды находятся несколько различных газов, то растворимость каждого из них пропорциональна его парциаль­ному давлению. Следовательно, на растворимость данного газа не влияет присутствие других газов, а она зависит только от того давле­ния, которое создает этот газ, если только он находится над раство­ром.

В природных водах растворяется незначительное количество сво­бодной углекислоты, так как ее мало в атмосферном воздухе, и созда­ваемое ею парциальное давление невелико. Растворимость газов в воде измеряется в миллиграммах на килограмм (мг/кг). Растворимость кисло­рода в воде при контакте с воздухом приведена в табл.1

Таблица 1.

1234Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: