Что такое гидрокарбонаты в воде

Что такое гидрокарбонаты в воде

Как отмечалось выше (в разделе «Щелочность и кислотность»), карбонаты и гидрокарбонаты представляют собой компоненты, определяющие природную щелочность воды. Их содержание в воде обусловлено процессами растворения атмосферной СО₂, взаимодействия воды с находящимися в прилегающих грунтах известняками и, конечно, протекающими в воде жизненными процессами дыхания всех водных организмов.

Определение карбонат- и гидрокарбонат-анионов является титриметрическим и основано на их реакции с водородными ионами в присутствии фенолфталеина (при определении карбонат-анионов) или метилового оранжевого (при определении гидрокарбонат-анионов) в качестве индикаторов. Используя эти два индикатора, удается наблюдать две точки эквивалентности: в первой точке (рН 8,0–8,2) в присутствии фенолфталеина полностью завершается титрование карбонат-анионов, а во второй (рН 4,1–4,5) – гидрокарбонат-анионов. По результатам титрования можно определить концентрации в анализируемом растворе основных ионных форм, обуславливающих потребление кислоты (гидроксо-, карбонат- и гидрокарбонат-анионов), а также величины свободной и общей щелочности воды, т.к. они находятся в стехиометрической зависимости от содержания гидроксил-, карбонат- и гидрокарбонат-анионов. Для титрования обычно используют титрованные растворы соляной кислоты с точно известным значением концентрации – 0,05 моль/л либо 0,1 моль/л.

Определение карбонат-анионов основано на реакции:

Присутствие карбонат-аниона в концентрациях, определяемых аналитически, возможно лишь в водах, рН которых более 8,0–8,2. В случае присутствия в анализируемой воде гидроксо-анионов при определении карбонатов протекает также реакция нейтрализации:

Определение гидрокарбонат-анионов основано на реакции:

Величина карбонатной жесткости рассчитывается с учетом эквивалентных масс участвующих в реакциях карбонат- и гидрокарбонат-анионов.

При анализе карбонатных природных вод правильность получаемых результатов зависит от величины потребления кислоты на титрование по фенолфталеину и метилоранжу. Если титрование в присутствии фенолфталеина обычно не вызывает трудностей, т.к. происходит изменение окраски от розовой до бесцветной, то в присутствии метилового оранжевого, при изменении окраски от желтой до оранжевой, определить момент окончания титрования иногда довольно сложно. Это может привести к значительной ошибке при определении объема кислоты, израсходованной на титрование. В этих случаях, для более четкого выявления момента окончания титрования, определение полезно проводить в присутствии контрольной пробы, для чего рядом с титруемой пробой помещают такую же порцию анализируемой воды (во второй склянке), добавляя такое же количество индикатора.

В результате титрования карбоната и гидрокарбоната, которое может выполняться как параллельно в разных пробах, так и последовательно в одной и той же пробе, для расчета значений концентраций необходимо определить общее количество кислоты в миллилитрах, израсходованной на титрование карбоната (V_K) и гидрокарбоната (V_ГК). Следует иметь в виду, что при определении потребления кислоты на титрование по метилоранжу (V_МО) происходит последовательное титрование и карбонатов, и гидрокарбонатов. По этой причине получаемый объем кислоты V_МО содержит соответствующую долю, обусловленную присутствием в исходной пробе карбонатов, перешедших после реакции с катионом водорода в гидрокарбонаты, и не характеризует полностью концентрацию гидрокарбонатов в исходной пробе. Следовательно, при расчете концентраций основных ионных форм, обуславливающих потребление кислоты, необходимо учесть относительное потребление кислоты при титровании по фенолфталеину (V_Ф) и метилоранжу (V_МО). Рассмотрим несколько возможных вариантов, сопоставляя величины V_Ф и V_МО.

V_Ф = 0. Карбонаты, а также гидроксо-анионы в пробе отсутствуют, и потребление кислоты при титровании по метилоранжу может быть обусловлено только присутствием гидрокарбонатов.

V_Ф0, причем 2V_ФV_МО. В данном случае в исходной пробе гидрокарбонаты отсутствуют, но присутствуют не только карбонаты, но и другие потребляющие кислоту анионы, а именно – гидроксо-анионы. При этом содержание последних эквивалентно составляет V_ОН = 2V_Ф – V_МО. Содержание карбонатов можно рассчитать, составив и решив систему уравнений:

V_Ф = V_МО. В исходной пробе отсутствуют и карбонаты, и гидрокарбонаты, и потребление кислоты обусловлено присутствием сильных щелочей, содержащих гидроксо-анионы.

Присутствие свободных гидроксо-анионов в заметных количествах (случаи 4 и 5) возможно только в сточных или загрязненных водах.

Массовые концентрации анионов (не солей!) рассчитываются на основании уравнений реакций потребления кислоты карбонатами (С_К) и гидрокарбонатами (С_ГК) в мг/л по формулам:

где:
V_К и V_ГК – объем раствора соляной кислоты, израсходованный на титрование карбоната и гидрокарбоната соответственно, мл;
Н – точная концентрация титрованного раствора соляной кислоты (нормальность), моль/л экв.;
V_А – объем пробы воды, взятой для анализа, мл;
60 и 61 – эквивалентная масса карбонат- и гидрокарбонат-аниона соответственно, в соответствующих реакциях;
1000 – коэффициент пересчета единиц измерений.

Результаты титрования по фенолфталеину и метилоранжу позволяют рассчитать показатель щелочности воды, который численно равен количеству эквивалентов кислоты, израсходованной на титрование пробы объемом 1 л. При этом потребление кислоты при титровании по фенолфталеину характеризует свободную щелочность, а по метилоранжу – общую щелочность, которая измеряется в ммоль/л. Показатель щелочности используется в России, как правило, при исследовании сточных вод. В некоторых других странах (США, Канаде, Швеции и др.) щелочность определяется при оценке качества природных вод и выражается массовой концентрацией в эквиваленте СаСО₃.

Следует иметь в виду, что, при анализе сточных и загрязненных природных вод, получаемые результаты не всегда корректно отражают величины свободной и общей щелочности, т.к. в воде, кроме карбонатов и гидрокарбонатов, могут присутствовать соединения некоторых других групп (см. «Щелочность и кислотность»).

Оборудование и реактивы

Пипетка на 2 мл или на 5 мл, мерный шприц с наконечником и соединительной трубкой; пипетка-капельница; склянка с меткой «10 мл».
Раствор индикатора метилового оранжевого (0,1%) водный; раствор индикатора фенолфталеина; раствор соляной кислоты титрованный (0,05 моль/л).
Приготовление растворов см. приложение 3.

Выполнение анализа

А. Титрование карбонат-аниона

1. В склянку налейте до метки (10 мл) анализируемую воду.

2. Добавьте пипеткой 3–4 капли раствора фенолфталеина.
Примечание. При отсутствии окрашивания раствора либо при слабо-розовом окрашивании считают, что карбонат-анион в пробе отсутствует (рН пробы меньше 8,0–8,2).

3. Постепенно титруйте пробу с помощью мерного шприца с наконечником либо мерной пипетки раствором соляной кислоты (0,05 моль/л) до тех пор, пока окраска побледнеет до слабо-розовой (практически бесцветной), и определите объем раствора соляной кислоты, израсходованный на титрование по фенолфталеину (V_Ф, мл).

Раствор после титрования карбонат-аниона оставьте для дальнейшего определения в нем массовой концентрации гидрокарбонат-аниона.

Б. Титрование гидрокарбонат-аниона

4. В склянку налейте до метки (10 мл) анализируемую воду либо используйте раствор после определения карбонат-аниона.

5. Добавьте пипеткой 1 каплю раствора метилового оранжевого.
Примечание. Для более четкого определения момента окончания титрования определение полезно проводить в присутствии контрольной пробы, для чего рядом с титруемой пробой помещают такую же порцию анализируемой воды (во второй склянке), добавляя такое же количество индикатора.

6. Постепенно титруйте пробу с помощью мерного шприца с наконечником раствором соляной кислоты (0,05 моль/л) при перемешивании до перехода желтой окраски в оранжевую, определяя общий объем раствора, израсходованного на титрование по метилоранжу (V_МО, мл). При использовании раствора после определения карбонат-аниона необходимо определить суммарный объем, израсходованный на титрование карбоната и гидрокарбоната.
Примечание. Обязательно перемешивайте раствор при титровании! Момент окончания титрования определяйте по контрольной пробе.

С. Определение ионных форм, обуславливающих потребление кислоты на титрование

В зависимости от соотношения между количествами кислоты, израсходованными на титрование по фенолфталеину (V_Ф) и метилоранжу (V_МО), по табл. 9 выберите подходящий вариант для вычисления ионных форм, обуславливающих потребление кислоты при титровании.

Определение ионных форм,
обуславливающих потребление кислоты на титрование

Примерный порядок использования табл. 9. Выполните действия и ответьте на следующие вопросы.

Имеет ли раствор нулевую свободную щелочность? (Т.е. при добавлении фенолфталеина раствор не приобретает окраски или слегка розовеет.) Если да, то потребление кислоты обусловлено присутствием только гидрокарбонатов – см. графу 1 табл. 9.

Является ли потребление кислоты при титровании по фенолфталеину равным общему потреблению кислоты при титровании? Если да, то потребление кислоты обусловлено присутствием только гидроксил-анионов – см. графу 5 табл. 9.

Источник

Гидрокарбонаты

Гидрокарбонаты щелочных металлов в воде растворимы. Также в воде хорошо растворимы гидрокарбонаты щелочноземельных металлов, в отличие от карбонатов.

Содержание

Получение

Гидрокарбонат натрия плохо растворим в холодной воде, поэтому его можно отделить от хлорида аммония фильтрованием.

Химические свойства

В итоге раствор гидрокарбонатов имеет щелочную реакцию.

Применение

Гидрокарбонат натрия (сода) используется в производстве искусственных минеральных вод и заправки огнетушителей, в кондитерском деле и хлебопечении, в быту, в медицине.

Физиологическое действие

Литература

Примечания

См. также

Полезное

Смотреть что такое «Гидрокарбонаты» в других словарях:

ГИДРОКАРБОНАТЫ — (бикарбонаты) кислые соли угольной кислоты Н2СО3, напр., питьевая сода NаНСО3 … Большой Энциклопедический словарь

гидрокарбонаты — – кислые соли угольной кислоты. Словарь по аналитической химии [3] … Химические термины

гидрокарбонаты — (бикарбонаты), кислые соли угольной кислоты Н2СО3, например питьевая сода NaHCO3. * * * ГИДРОКАРБОНАТЫ ГИДРОКАРБОНАТЫ (бикарбонаты), кислые соли угольной кислоты Н2СО3, напр., питьевая сода NаНСО3 … Энциклопедический словарь

Гидрокарбонаты — бикарбонаты, двууглекислые соли, кислые соли угольной кислоты (См. Угольная кислота) H2CO3, например NaHCO3 (Гидрокарбонат натрия). Г. получают действием CO2 на карбонаты или гидроокиси в присутствии воды. При нагревании они превращаются… … Большая советская энциклопедия

ГИДРОКАРБОНАТЫ — (от гидро. и карбонаты) кислые соли угольной к ты H2CO3; Г. натрия NaHCO3 питьевая сода … Большой энциклопедический политехнический словарь

ГИДРОКАРБОНАТЫ — (бикарбонаты), кислые соли угольной кислоты Н2СО3, напр. питьевая сода NaHCO3 … Естествознание. Энциклопедический словарь

гидрокарбонаты — гидрокарбон аты, ов, ед. ч. н ат, а … Русский орфографический словарь

гидрокарбонаты — мн., Р. гидрокарбона/тов; ед. гидрокарбона/т (2 м) … Орфографический словарь русского языка

Минеральная вода — Минеральные воды воды, содержащие в своем составе растворённые соли, микроэлементы, а также некоторые биологически активные компоненты. Среди минеральных вод выделяют минеральные природные питьевые воды, минеральные воды для наружного… … Википедия

Источник

«Показатели качества воды и их определение» (стр. 2 )

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4 5 6

5.1. Карбонаты и гидрокарбонаты

Как отмечалось выше (в разделе «Щелочность и кислот­ность), карбонаты и гидрокарбонаты представляют собой компо­ненты, определяющие природную щелочность воды. Их содер­жание в воде обусловлено процессами растворения атмосферной С02, взаимодействия воды с находящимися в прилегающих грунтах известняками и, конечно, протекающими в воде жизнен­ными процессами дыхания всех водных организмов.

Определение карбонат-анионов основано на реакции:

Присутствие карбонат-аниона в концентрациях, опреде­ляемых аналитически, возможно лишь в водах, рН которых бо­лее 8,0-8,2. В случае присутствия в анализируемой воде гидроксо-анионов при определении карбонатов протекает также реакция нейтрализации:

OH-+H+=H2О

Определение гидрокарбонат-анионов основано на реакции:

В результате титрования карбоната и гидрокарбоната, которое может выполняться как параллельно в разных пробах, так и последовательно в одной и той же пробе, для расчета значений концентраций необходимо определить общее количе­ство кислоты (Vo) в миллилитрах, израсходованной на титро­вание карбоната (Vк) и гидрокарбоната (Vгк).

Следует иметь в виду, что при определении потребления кислоты на титрование по метилоранжу (Vмо) происходит последовательное титрова­ние и карбонатов, и гидрокарбонатов. По этой причине полу­чаемый объем кислоты Vmo содержит соответствующую долю, обусловленную присутствием в исходной пробе карбонатов, перешедших после реакции с катионом водорода в гидрокар­бонаты, и не характеризует полностью концентрацию гидро­карбонатов в исходной пробе. Следовательно, при расчете концентраций основных ионных форм, обуславливающих по­требление кислоты, необходимо учесть относительное потреб­ление кислоты при титровании по фенолфталеину (Vф) и мети­лоранжу (Vмо). Рассмотрим несколько возможных вариантов, сопоставляя величины Vo и vmo.

1. Vф=0. Карбонаты, а также гидроксо-анионы в пробе отсутствуют, и потребление кислоты при титровании по мети­лоранжу может быть обусловлено только присутствием гидро­карбонатов.

5. Vф = Vмо. В исходной пробе отсутствуют и карбонаты, и гидрокарбонаты, и потребление кислоты обусловлено при­сутствием сильных щелочей, содержащих гидроксо-анионы.

Присутствие свободных гидроксо-анионов в заметных количествах (случаи 4 и 5) возможно только в сточных водах.

Результаты титрования по фенолфталеину и метилоран­жу позволяют рассчитать показатель щелочности воды, кото­рый численно равен количеству эквивалентов кислоты, израс­ходованной на титрование пробы объемом 1 л.

При этом потребление кислоты при титровании по фенолфталеину ха­рактеризует свободную щелочность, а по метилоранжу — об­щую щелочность, которая измеряется в мг-экв/л. Показатель щелочности используется в России, как правило, при исследо­вании сточных вод. В некоторых других странах (США, Кана­де, Швеции и др.) щелочность определяется при оценке каче­ства природных вод и выражается массовой концентрацией в эквиваленте СаСОз.

Следует иметь в виду, что, при анализе сточных и загряз­ненных природных вод, получаемые результаты не всегда кор­ректно отражают величины свободной и общей щелочности, т. к. в воде, кроме карбонатов и гидрокарбонатов, могут присутство­вать соединения некоторых других групп (см. «Щелочность и кислотность»).

Сульфаты, — распространенные компоненты природных вод. Их присутствие в воде обусловлено растворением некото­рых минералов — природных сульфатов (гипс), а также пере­носом с дождями содержащихся в воздухе сульфатов. Послед­ние образуются при реакциях окисления в атмосфере оксида серы (IV) до оксида серы (VI), образования серной кислоты и ее нейтрализации (полной или частичной):

Наличие сульфатов в промышленных сточных водах обычно обусловлено технологическими процессами, проте­кающими с использованием серной кислоты (производство минеральных удобрений, производства химических веществ). Сульфаты в питьевой воде не оказывают токсического эффекта для человека, однако ухудшают вкус воды: ощущение вкуса сульфатов возникает при их концентрации 250-400 мг/л. Сульфаты могут вызывать отложение осадков в трубопроводах при смешении двух вод с разным минеральным составом, на­пример, сульфатных и кальциевых (в осадок выпадает CaS04).

ПДК сульфатов в воде водоемов хозяйственно-питьевого назначения составляет 500 мг/л, лимитирующий показатель вредности — органолептический.

Хлориды присутствуют практически во всех пресных поверхностных и грунтовых водах, а также в питьевой воде, в виде солей металлов. Если в воде присутствует хлорид на­трия, она имеет соленый вкус уже при концентрациях свыше 250 мг/л; в случае хлоридов кальция и магния соленость воды возникает при концентрациях свыше 1000 мг/л. Именно по органолептическому показателю — вкусу установлена ПДК для питьевой воды по хлоридам (350 мг/л), лимитирующий показа­тель вредности — органолептический.

Большие количества хлоридов могут образовываться в промышленных процессах концентрирования растворов, ион­ного обмена, высоливания и т. д., образуя сточные воды с высо­ким содержанием хлорид-аниона.

Высокие концентрации хлоридов в питьевой воде не ока­зывают токсических эффектов на людей, хотя соленые воды очень коррозионно активны по отношению к металлам, пагуб­но влияют на рост растений, вызывают засоление почв.

Сухой остаток характеризует содержание в воде нелету­чих растворенных веществ (главным образом минеральных) и органических веществ, температура кипения которых превы­шает 105-110 °С.

Величину сухого остатка можно также оценить расчет­ным методом. При этом надо суммировать полученные в ре­зультате анализов концентрации растворенных в воде мине­ральных солей, а также органических веществ (гидрокарбонат суммируется в количестве 50 %). Для питьевой и природной воды величина сухого остатка практически равна сумме массо­вых концентраций анионов (карбоната, гидрокарбоната, хло­рида, сульфата) и катионов (кальция и магния, а также опреде­ляемых расчетным методом натрия и калия).

Величина сухого остатка для поверхностных вод водо­емов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водополь­зования не должна превышать 1000 мг/л (в отдельных случаях допускается до 1500 мг/л).

7. Общая жесткость, кальций и магний

Жесткость воды — одно из важнейших свойств, имею­щее большое значение при водопользовании. Если в воде на­ходятся ионы металлов, образующие с мылом нерастворимые соли жирных кислот, то в такой воде затрудняется образование пены при стирке белья или мытье рук, в результате чего возни­кает ощущение жесткости. Жесткость воды пагубно сказывает­ся на трубопроводах при использовании воды в тепловых се­тях, приводя к образованию накипи. По этой причине в воду приходится добавлять специальные «смягчающие» химикаты.

Жесткость воды обусловлена присутствием растворимых и малорастворимых солей-минералов, главным образом каль­ция (Са2+’) и магния (Mg2+).

Кроме указанных, к солям жестко­сти относят также соли стронция (Sr2+), цинка (Zn2+) и др., од­нако в поверхностных и грунтовых природных водах из перечисленных катионов заметных концентрациях присутст­вуют практически исключительно кальций и магний.

Величина жесткости воды может варьироваться в широких пределах в зависимости от типа пород и почв, слагающих бассейн водо­сбора, а также от сезона года, погодных условий. Общая же­сткость воды в озерах и реках тундры, например, составляет 0,1-0,2 мг-экв/л, а в морях, океанах, подземных водах достига­ет 80-100 мг-экв/л и даже больше (Мертвое море). В табл. 11 приведены значения общей жесткости воды некоторых рек и водоемов России.

Значения общей жесткости воды некоторых рек и водоемов России

Море, озеро

Общая жест­кость, мг-экв/л

Общая жест­кость, мг-экв/л

Черное море

Волга

Балтий­ское море

Москва

Белое море

Иртыш

Оз. Балхаш

Оз. Байкал

Оз. Ладож­ское

Днепр

Из всех солей, относящихся к солям жесткости, выделя­ют гидрокарбонаты, сульфаты и хлориды. Содержание других растворимых солей кальция и магния в природных водах обычно очень мало. Жесткость, придаваемая воде гидрокарбо­натами, называется гидрокарбонатной, или временной, т. к. гид­рокарбонаты при кипячении воды (точнее, при температуре более 60 °С) разлагаются с образованием малорастворимых карбонатов (Mg(HC03)2 в природных водах встречается реже, чем Са(НСОз)2, т. к. магнезитовые породы мало распространены. Поэтому в пресных водах преобладает так называемая кальциевая жесткость):

В природных условиях приведенная выше реакция обра­тима, однако при выходе на поверхность подземных (грунто­вых) вод, обладающих значительной временной жесткостью, равновесие сдвигается в сторону образования СO2, который удаляется в атмосферу. Этот процесс приводит к разложению гидрокарбонатов и выпадению в осадок СаСОз и MgCO3. Та­ким путем образуются разновидности карбонатных пород, на­зываемые известковыми туфами.

В присутствии растворенного в воде углекислого газа проте­кает и обратная реакция. Так происходит растворение, или вымывание, карбонатных пород в природных условиях.

Жесткость, обусловленная хлоридами или сульфатами, называется постоянной, т. к. эти соли устойчивы при нагрева­нии и кипячении воды.

Суммарная жесткость воды, т. е. общее содержание рас­творимых солей кальция и магния, получила название «общей жесткости».

Ввиду того, что солями жесткости являются соли разных катионов, имеющие разную молекулярную массу, концентра­ция солей жесткости, или жесткость воды, измеряется в единицах эквивалентной концентрации — количеством г-экв/л или мг-экв/л. При жесткости до 4 мг-экв/л вода считается мягкой; от 4 до 8 мг-экв/л — средней жесткости; от 8 до 12 мг-экв/л — же­сткой; более 12 мг-экв/л — очень жесткой (встречается и дру­гая классификация воды по степеням жесткости)

Допустимая величина общей жесткости для питьевой воды и источников централизованного водоснабжения составляет не более 7 мг-экв/л (в отдельных случаях — до 10 мг-экв/л), лимити­рующий показатель вредности — органолептический.

8. Общее солесодержание

Для расчета общего солесодержания по сумме массовых концентраций главных анионов в миллиграмм-эквивалентной форме их массовые концентрации, определенные при анализе и выраженные в мг/л, умножают на коэффициенты, указанные в табл. 12, после чего суммируют.

Коэффициенты пересчета концентраций

Нитрит

Концентрацию катиона калия в данном расчете (для при­родных вод) условно учитывают в виде концентрации катиона натрия. Полученный результат округляют до целых чисел (мг/л).

9. Растворенный кислород

Кислород постоянно присутствует в растворенном виде в поверхностных водах. Содержание растворенного кислорода (РК) в воде характеризует кислородный режим водоема и име­ет важнейшее значение для оценки экологического и санитар­ного состояния водоема. Кислород должен содержаться в воде в достаточном количестве, обеспечивая условия для дыхания гидробионтов. Он также необходим для самоочищения водо­емов, т. к. участвует в процессах окисления органических и других примесей, разложения отмерших организмов. Сниже­ние концентрации РК свидетельствует об изменении биологи­ческих процессов в водоеме, о загрязнении водоема биохими­чески интенсивно окисляющимися веществами (в первую очередь органическими). Потребление кислорода обусловлено также химическими процессами окисления содержащихся в воде примесей, а также дыханием водных организмов.

Поступление кислорода в водоем происходит путем рас­творения его при контакте с воздухом (абсорбции), а также в ре­зультате фотосинтеза водными растениями», т. е. в результате фи­зико-химических и биохимических процессов. Кислород также поступает в водные объекты с дождевыми и снеговыми водами. Поэтому существует много причин, вызывающих повышение или снижение концентрации в воде растворенного кислорода.

Растворенный в воде кислород находится в виде гидратированных молекул О2. Содержание РК зависит от температу­ры, атмосферного давления, степени турбулизации воды, коли­чества осадков, минерализации воды др. При каждом значении температуры существует равновесная концентрация кислорода, которую можно определить по специальным справочным таб­лицам, составленным для нормального атмосферного давления. Степень насыщения воды кислородом, соответствующая рав­новесной концентрации, принимается равной 100 %. Раствори­мость кислорода возрастает с уменьшением температуры и ми­нерализации, и с увеличением атмосферного давления.

В поверхностных водах содержание растворенного ки­слорода может колебаться от 0 до 14 мг/л и подвержено значи­тельным сезонным и суточным колебаниям. В эвтрофированных и сильно загрязненных органическими соединениями вод­ных объектах может иметь место значительный дефицит ки­слорода. Уменьшение концентрации РК до 2 мг/л вызывает массовую гибель рыб и других гидробионтов.

В воде водоемов в любой период года до 12 часов дня концентрация РК должна быть не менее 4 мг/л. ПДК раство­ренного в воде кислорода для рыбохозяйственных водоемов установлена 6 мг/л (для ценных пород рыбы), либо 4 мг/л (для остальных пород).

Растворенный кислород является весьма неустойчивым компонентом химического состава вод. При его определении особо тщательно следует проводить отбор проб: необходимо избегать контакта воды с воздухом до фиксации кислорода (связывания его в нерастворимое соединение).

В ходе анализа воды определяют концентрацию РК (в мг/л) и степень насыщения им воды (в %) по отношению к равновесному содержанию при данных температуре и атмо­сферном давлении.

Контроль содержания кислорода в воде — чрезвычайно важная проблема, в решении которой заинтересованы практи­чески все отрасли народного хозяйства, включая черную и цветную металлургию, химическую промышленность, сельское хозяйство, медицину, биологию, рыбную и пищевую промыш­ленность, службы охраны окружающей среды. Содержание РК определяют как в незагрязненных природных водах, так и в сточных водах после очистки. Процессы очистки сточных вод всегда сопровождаются контролем содержания кислорода. Оп­ределение РК является частью анализа при определении друго­го важнейшего показателя качества воды — биохимического потребления кислорода (БПК).

10. Биохимическое потребление кислорода (БПК)

В природной воде водоемов всегда присутствуют орга­нические вещества. Их концентрации могут быть иногда очень малы (например, в родниковых и талых водах). Природными источниками органических веществ являются разрушающиеся останки организмов растительного и животного происхожде­ния, как живших в воде, так и попавших в водоем с листвы, по воздуху, с берегов и т. п. Кроме природных, существуют также техногенные источники органических веществ: транспортные предприятия (нефтепродукты), целлюлозно-бумажные и лесоперерабатывающие комбинаты (лигнины), мясокомбинаты (белковые соединения), сельскохозяйственные и фекальные стоки и т. д. Органические загрязнения попадают в водоем раз­ными путями, главньм образом со сточными водами и дожде­выми поверхностными смывами с почвы.

В естественных условиях находящиеся в воде органиче­ские вещества разрушаются бактериями, претерпевая аэробное биохимическое окисление с образованием двуокиси углерода. При этом на окисление потребляется растворенный в воде ки­слород. В водоемах с большим содержанием органических ве­ществ большая часть РК потребляется на биохимическое окис­ление, лишая, таким образом, кислорода другие организмы. При этом увеличивается количество организмов, более устойчивых к низкому содержанию РК, исчезают кислородолюбивые виды и появляются виды, терпимые к дефициту кислорода. Таким образом, в процессе биохимического окисления органических веществ в воде происходит уменьшение концентрации РК, и эта убыль косвенно является мерой содержания в воде орга­нических веществ. Соответствующий показатель качества во­ды, характеризующий суммарное содержание в воде органи­ческих веществ, называется биохимическим потреблением кислорода (БПК).

Определение БПК основано на измерении концентрации РК в пробе воды непосредственно после отбора, а также после инкубации пробы. Инкубацию пробы проводят без доступа воздуха в кислородной склянке (т. е. в той же посуде, где определяется значение РК) в течение времени, необходимого для протекания реакции биохимического окисления.

Так как ско­рость биохимической реакции зависит от температуры, инку­бацию проводят в режиме постоянной температуры (20±1) °С, причем от точности поддержания значения температуры зави­сит точность выполнения анализа на БПК. Обычно определяют БПК за 5 суток инкубации (БПК5) (Может определяться также БПК10 за 10 суток и БПКполн за 20 суток (при этом окисляется около 90 и 99 % органических веществ соответст­венно)), однако содержание неко­торых соединений более информативно характеризуется вели­чиной БПК за 10 суток или за период полного окисления (БПК10 или БПКполн. соответственно). Погрешность в определе­нии БПК может внести также освещение пробы, влияющее на жизнедеятельность микроорганизмов и способное в некоторых случаях вызывать фотохимическое окисление. Поэтому инку­бацию пробы проводят без доступа света (в темном месте).

Величина БПК увеличивается со временем, достигая не­которого максимального значения — БПКполн.; причем загряз­нители различной природы могут повышать (понижать) значение БПК. Динамика биохимического потребления кислорода при окислении органических веществ в воде приведена на рис.8.

Рис. 8. Динамика биохимического потребления кислорода:

а — легкоокисляющиеся («биологически мягкие») вещества — сахара, формаль­дегид, спирты, фенолы и т. п.;

в — нормально окисляющиеся вещества — нафтолы, крезолы, анионогенные ПАВ, сульфанол и т. п.;

с — тяжело окисляющиеся («биологически жесткие») вещества — неионогенные ПАВ, гидрохинон и т. п.

Таким образом, БПК — количество кислорода в (мг), требуемое для окисления находящихся в 1 л воды органических вещества в аэробных условиях, без доступа света, при 20°С, за определенный период в результате протекающих в воде, биохимических процессов.

Ориентировочно принимают, что БПК5 составляет около 70 % БПКполн., но может составлять от 10 до 90 % в зависимости от окисляющегося вещества.

Источник