Определение ХПК проб речной воды

Если имеется  уверенность в отсутствии органических веществ, для окисления которых требуется катализатор сульфат серебра, то определение проводится без катализатора и без сульфата ртути. Хлорид-ионы в этом случае количественно окисляются до свободного хлора, и из полученного результата определения вычитается поправка: на 1 мг хлорид-ионов расходуется 0,23 мг кислорода.

Мешают определению  нитриты (часто присутствующие в  сточных водах, прошедших биохимическую очистку). Для их устранения вводится в колбу по 10 мг сульфаминовой кислоты на 3 мг NO₂^-. При кипячении раствора нитрит-ионы удаляются в виде азота, а избыток сульфаминовой кислоты переходит в сульфат аммония:

H₂NSO₂OH + HNO₂ = N₂ + H₂SO₄ + Н₂О

H₂NSO₂OH + Н₂О = NH₄HSO₄

  Реактивы, необходимые для анализа:

Серная  кислота пл. 1,84 г/см³ чда.

Сульфат серебра твердый чда.

N-Фенилантраниловая кислота, 0,25 г кислоты растворяют в 12 мл 0,1 н. раствора едкого натра и разбавляют водой до 250 мл.

Ферроин, 1,485 г 1,10-фенантролина и 0,695 г FeSO₄-7H₂O растворяют в воде и разбавляют раствор водой до 100 мл.

Бихромат калия, 0,25 н. стандартный раствор. 12,258 г бихромата калия, предварительно высушенного в течение 2 ч при 105° С, растворяют в дистиллированной воде и разбавляют раствор водой до 1 л.

Соль  Мора, приблизительно 0,25 н. раствор. Растворяют 98 г соли Мора в; дистиллированной воде, прибавляют 20 мл концентрированной серной кислоты и разбавляют раствор дистиллированной водой до 1 л.

Титр этого  раствора устанавливают по стандартному раствору бихромата калия. Отобрав 25 мл стандартного раствора бихромата калия, разбавляют его дистиллированной водой до 250 мл, приливают 20 мл концентрированной, серной кислоты и дают остыть. Затем прибавляют 3—4 капли раствора ферроина или 5—10 капель раствора N-фенилантраниловой кислоты и титруют раствором соли Мора.

Сульфат ртути (II) кристаллический чда.

Ход определения. Отбирают такой объем анализируемой  сточной воды, чтобы на окисление расходовалось не более 20 мл стандартного раствора бихромата калия и чтобы в ней содержалось не более 40 мг хлорид-ионов, разбавляют до 50 мл дистиллированной водой и переносят в круглодонную колбу вместимостью 300 мл. Прибавляют 1 г сульфата ртути (II), 5 мл серной кислоты, перемешивают до растворения сульфата ртути, затем вливают 25,0 мл стандартного раствора бихромата калия, очень осторожно, малыми порциями вливают 70 мл серной кислоты, всыпают 0,4 — 0,5 г сульфата серебра, вводят в колбу несколько стеклянных бусин или кусочков пемзы, закрывают пробкой, соединенной с обратным холодильником, и нагревают до слабого кипения, которое поддерживают 2 ч. Затем охлаждают, обмывают стенки холодильника 25 мл дистиллированной воды и переносят содержимое этой колбы в коническую колбу вместимостью 500 мл, обмывая стенки первой колбы несколько раз дистиллированной водой. Добавив дистиллированную воду до объема 350 мл, вводят 3—4 капли раствора ферроина (10—15 капель раствора N-фенилантраниливой кислоты) и оттитровывают избыток бихромата титрованным раствором соли Мора.

Проводят  холостой опыт; для этого берут 50 мл дистиллированной воды и проводят ее через все ступени анализа.

Расчет. Химическое потребление кислорода (ХПК), выраженное числом миллиграммов кислорода на 1 л сточной воды, вычисляется по формуле

_ХПК=(a-b)N.8.(o)

где а — объем раствора соли Мора, израсходованного на титрование в холостом опыте: мл; б — объем того же раствора, израсходованного на титрование пробы, мл; N — нормальность титрованного раствора соли Мора; V — объем анализируемой сточной воды, м; 8 — эквивалент кислорода.

В присутствии  сульфидов (а также меркаптанов, органических 
сульфидов и дисульфидов) при добавлении сульфата ртути(II) вы 
падает черный осадок сульфида ртути, не растворяющийся при 
дальнейшей обработке. В этих случаях порядок прибавления реактивов меняется по сравнению с представленным выше.

Предлагается  следующий ход определения:  к 50 мл пробы (или меньшему ее объему, разбавленному дистиллированной водой до 50 мл) сначала прибавляют 25,0 мл титрованного раствора бихромата, затем наливают 5 мл концентрированной серной кислоты и дают постоять 10—20 мин при комнатной температуре для окисления легкоокисляющихся веществ, в том числе и сернистых соединений. Затем прибавляют 1 г сульфата ртути(II), вводят 70 мл концентрированной серной кислоты, 0,5 г сульфата серебра и продолжают, как описано выше. В этом необходимо ввести поправку на содержание H₂S.  

 Для постоянных  ежедневных анализов, проводимых для контроля работы очистных сооружений или состояния воды в водоеме, предназначен ускоренный метод определения ХПК. Результаты определения, как правило, получаются несколько ниже, чем при анализе арбитражным методом, но они обычно достаточно хорошо воспроизводимы. Для нахождения приблизительного коэффициента пересчета рекомендуется периодически проводить определения обоими методами, ускоренным и арбитражным. Следует учитывать, что расхождения между результатами обоих методов особенно велики, когда проба содержит трудноокисляемые вещества, такие, как уксусная кислота, аланин, бензол и др.

Главная особенность  ускоренного метода — повышенная концентрация H2SO4. Нагревания извне не требуется, температура повышается за счет тепла, выделяющегося при смешении воды с концентрированной серной кислотой.

Ход определения. Если ХПК  анализируемой воды — в пределах 500—400 мг/л кислорода, берут для анализа 1 мл пробы, если ХПК 50—500 мг/л, отбирают 5 мл пробы, если ХПК выше 4000 мг/л, пробу предварительно разбавляют, если же ХПК ниже 50 мг/л, метод этот применять нельзя.

В пробу вводят 2,5 мл 0,25 н. раствора бихромата калия, затем 0,2 г сульфата ртути (II) и при перемешивании — концентрированную серную кислоту (7,5 мл на 1 мл пробы, 15 мл на 5 мл пробы). При этом температура раствора поднимается выше 100°С. Через 2 мин охлаждают раствор до комнатной температуры, приливают 100 мл дистиллированной воды и титруют избыток бихромата, как в арбитражном методе.

Расчет проводят так же, как при арбитражном методе.

Результаты  и выводы.

Пробы речной воды для  выполнения эксперимента были взяты  на окраине города (в р-не Зари) и  в  центре (в р-не ул. Сонина).

Значения ХПК представлены в таблице:

Место взятия пробы	ХПК, мг О/л	СанПиН 4630-88, мг О/л
р. Тускарь в р-не п. Заря	60	60
р. Тускарь в р-не ул. Сонина	80

 

 

Результаты проведенного исследования позволяют сделать  вывод   о повышенном загрязнении  речной воды в центре города, по сравнению  с окраиной, что объясняется  нахождением в центре города промышленных предприятий, загрязняющих водоем.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы.

1. Лурье Ю.Ю. Аналитическая  химия промышленных сточных вод.  – М., Химия, 1984. с. 73-78.

2. Лейте В. Определение  органических загрязнений питьевых, природных и сточных вод. М., Химия, 1975.  с. 185

3.  Скопинцев Б. А.  Органическое вещество в природных  водах (водный гумус)// Тр. ГОИН, вып. 17/29. — 1950. - 289 с. Руководство по  химическому анализу поверхностных  вод суши. — Л.: Гидрометеоиздат.

4. Zerbe J., Siepak J. mpzrison of three methods for determination of chtmical oxygen demand (COD) in waste waters // Chem. Anal. 1999. 44 №2, с.263-267.

5. Зуев Б.К., Тимонина О.К., Подругина В.Д. // Журн. Аналит. Химии. 1995. Т.50. №6. С.663.

6. Preside cost-efficient and convenient COD-measing // Int/Labmate. 2001. 26, №4. с.26. Англ.

7. Зуев Б.К., Коротков А.А., Филоненко В.Г., Машковцев А.Н., Зволинский В.П. Экспрессное определение химического потребления кислорода в воде с использованием высокотемпературных твердоэлектролитных ячеек. // Ж. анал. химии. 2004. 59, № 2, с. 185-189.

8. Коваленко В. В., Зуев Б. К., Кульбачевский А. О., Ягов В. В. Прибор для определения органических пленок на поверхности воды. //1 Всероссийская конференция «Аналитические приборы», Санкт-Петербург, 18-21 июня, 2002: Тезисы докладов. СПб: Изд-во НИИХ СПб-ГУ. 2002.

9. Zhao Huijun, Jiang Dianlu, Zhang Shanqing, Catterall Kylie, John Richard Development of a direct photoelectrochemical method for determination of chemical oxygen demand. //School of Environmental and Applied Sciences, Faculty of Environmental Sciences, Gold Coast Campus, Griffith University, PMB 50, Gold Coast Mail Center, Queensland 9726, Australia). Anal. Chem. 2004. 76, № 1, c. 155-160. Библ. 27. Англ.

10. Ai Shiyun, Li Jiaqing, Yang Ya, Gao Mengnan, Pan Zhensheng, Jin Litong (Department of Chemistry, East China Normal University, ZhongShan Road North 3663, Shanghai 200062, China). Study on photocatalytic oxidation for determination of chemical oxygen demand using a nano- ТiО₂- К₂Сr₂O₇ system. // Anal. chim.acta. 2004. 509, № 2, c. 237-241. Библ. 28. Англ.

11. Зуев Б.К., Филоненко В.Г. Автоматизированная система определения общего органического вещества в воде (ХПК). // ЭМА - 2004: 6 Всероссийская конференция по электрохимическим методам анализа с международным участием, Уфа, 23-27 мая, 2004. Уфа. 2004, с. 143-144. Рус.

12. Zhang Shanqing, Zhao Huijun, Jiang Dianlu, John Richard (Centre for Aquatic Processes and Pollution and School of Environmental and Applied Sciences, Faculty of Environmental Science, Gold Coast Campus, Griffith University, PMB 50, Gold Coast Mail Center, Qld 9726, Australia). Photoelectrochemical determination of chemical oxygen demand based on an exhaustive degradation model in a thin-layer cell. // Anal. chim. acta. 2004. 514, № 1, c. 89-97. Библ. 34. Англ.

13. Ни Yonggang, Yang Zeyu. A simple chemiluminescence method for determination of chemical oxygen demand values in water. // Talanta. 2004. 63, № 3, c. 521-526. Англ.

14. Li Jia-Qing, Li Luo-Ping, Zheng Lei, Xu Hai-Hong, Jin Li-Tong (Department of Chemistry, East China Normal University, Shanghai 200062, China). Определение химического потребления кислорода в проточно-инжекционном варианте, используя амперометрический детектор с электродом, модифицированным нано-РbО_2.. // Gaodeng xuexiao huaxun xuebao=Chem. J. Chin. Univ. 2005. 26, № 10, c. 1808-1811. Библ. 26. Кит.; рез. англ.

15. Kalia V., Sonakya V., Raizada N., Joahi A. P. Rapid method for estimation of chemical oxygen demand: Пат. 6967104 США, МПК⁷ G 01 N 33/48. № 09/820538; Заявл. 29.03.2001; Опубл. 22.11.2005; НПК 436/127. Англ.

16. Chai Yihao, Ding Hongchun, Zhang Zhonghai, Xian Yuezhong, Pan Zhensheng, Jin Litong Study on photocatalytic oxidation for determination of the low chemical oxygen demand using a nano- ТiO₂-Се(SО₄)₂ coexisted system // Talanta. 2006 68, № 3, с 610-615 Англ.

17. Zhu Lihua, Chen Yu'e, Wu Yinghui, Li Xiurong, Tang Heqing A surface-fluorinated- ТiO₂-КМnO₄ photocatalytic system for determination of chemical oxygen demand // Anal. chim. acta 2006 571, № 2, с 242-247 Англ.

18. Финогенова Н.Л., Пиль Л.И., Городова И.В. Влияние температуры и содержания некоторых тяжелых металлов на определение биохимического потребления кислорода // Анал. объектов окруж. Среды: Тез. Докл. 3 Всерос. конф. «ЭКОАНАЛИТИКА-98» с междунар. Участием, Краснодар, 20-25 сент., 1998. – Краснодар, 1998. – С. 428-429.

19. Методы анализа объектов окружающей среды. Новосибирск: Наука, 1988.

20. И. Н Лозановская., Д. С., Орлов, Л. К Садовникова. Экология и охрана биосферы при химическом загрязнении. М.: Высш. шк., 1998.

21. Анализ объектов окружающей среды. / Под ред. Р. Сониясси. М.: Мир, 1993.