Лабораторная работа №5. Определение остаточного хлора

Определение остаточного хлора

1. Теоретическая часть.

Классическое хлорирование является самым надёжным способом обеззараживания, когда микро­биологическое загрязнение воды является наиболее сильным. Внедре­ние хлорирования считается самым крупным событием в медицине XX века, остановившим распространение кишечных инфекций в горо­дах. Хлорирование является обязательным при подаче воды в разво­дящую сеть.

При введении хлора в воду образуются хлорноватистая и соля­ная кислоты:

Сl₂ + Н₂О = НС1О + НСl

В сильнокислой среде равновесие этой реакции сдвинуто влево и в воде присутствует молекулярный хлор; при значении рН более 4 послед­ний практически отсутствует. Наиболее сильными бактерицидными свойствами обладает молекулярный хлор и хлорноватистая кислота.

Основными обеззараживающими веществами при хлорировании являются Cl₂, HClO, ClO^- («свободный активный хлор») и NH₂Cl, NHCl₂ («свзанный активный хлор»).

Моно- и дихлорамины образуются при наличии в воде аммонийных солей или аммиака:

HClO + NH₃ = NH₂Cl + H₂O

HClO + NH₂Cl = NHCl₂ + H₂O

Бактерицидные свойства хлораминов значительно ниже, чем у хлора, но их действие более продолжительно.

Избыток активного хлора, который остался в воде после его взаимодействия с органическими и неорганическими веществами, называют остаточным активным хлором.

Концентрация остаточного свободного хлора (в воде должна быть не менее 0,3 мг/л и не более 0,5 мг/л.

Избыточный активный хлор может быть удалён путём дехлорирования, за счёт обработки воды восстановителями (сульфит или тиосульфат натрия, сернистый газ, активированный уголь).

Взаимодействие хлора с гумусовыми и другими органическими веществами приводит к образованию широкой гаммы хлорорганических продуктов – тригалометанов, хлоралканов, хлорированных ки­слот и фенолов. Находящийся в воде фенол (ПДК= 0,001 мг/л)прихлорировании превращается в более токсичный 2,4,6-трихлорфенол (ПДК= 0,0004 мг/л), обладающий специфическим запахом.

Основное возражение против хлорирования связывают с воз­можностью образования вредных соединений – хлороформа СНС1₃ (ПДК = 0,2 мг/л) и других тригалометанов (СНСl₂Вг, СНСlВг₂, СНВг₃). Замена хлора на гипохлорит натрия (без аммонизации!) увели­чивает вероятность образования тригалометанов. Опытным путём ус­тановлено, что при концентрации остаточного активного хлора в ин­тервале 0,3-1,1 мг/л и наличии в воде органики, содержание образую­щегося СНСl₃ не превышает 0,06 мг/л. Дальнейшее повышение кон­центрации остаточного активного хлора приводит к повышенному об­разованию хлороформа.

Самое простое техническое решение, приводящее к умень­шению содержания тригалометанов в питьевой воде, состоит в хло­рировании воды только после её осветления и фильтрования. Сниже­ние содержания органических веществ в воде на стадии предвари­тельной очистки до операции хлорирования – наиболее рациональ­ный путь улучшения качества воды при её обеззараживании.

Существенно уменьшить концентрацию тригалометанов, а так­же других вредных хлорорганических соединений в питьевой воде можно за счёт использования вместо хлора хлораминов, образующихся при обработке гипохлоритом натрия воды, содержащей ионы аммо­ния.

При взаимодействии хлораминов с органикой не происходит об­разования канцерогенных веществ. Хлорамины по сравнению с моле­кулярным хлором органолептически менее ощутимы, а при наличии в воде фенолов, они не образуют хлорфенольных запахов. Аммонизация осуществляется технически просто, а использование гипохлорита натрия также снимает все опасные и вредные производственные фак­торы, присущие самому хлору.

Хлорирование воды, содержащей органические вещества, в структурах которых имеются бензольные кольца (лигнин, гуминовые и фульвокислоты, фенолы и др.), может также приводить к образова­нию высокотоксичных диоксинов и родственных им хлорорганических соединений. Комплексный характер действия этой группы соедине­ний приводит к генетическим изменениям, подавлению иммунитета, канцерогенезу, поражению внутренних органов и истощению челове­ка. Максимальной токсичностью обладает 2,3,7,8-тетрахлордибензодиоксин, а также 2,3,7,8-тетрахлордибензофуран. Эти соединения имеют токсичность на много порядков выше, чем, например, широко известный препарат ДДТ (дуст).

Коварство токсического действия диоксинов заключается в том, что они незаметно накапливаются в организме, совершенно не прояв­ляя себя, а затем наносят удар по иммунной системе. Их воздействие на организм сводится к тому, что молекула диоксина входит в рецеп­тор и вписывается в структуру ДНК в строго определённых местах. Структура ДНК при этом не повреждается, но искривляется и стано­вится более податливой воздействиям химических веществ. Сам диоксин не вызывает болезни, а лишь способствует развитию некоторых изних, например рака, при наличии канцерогенных веществ. Всё обычно начинается с раздражения кожи, за которым появляется фурункулёз, злокачественные опухоли, психические расстройства, рождение детей-уродов и т.п. (Мешалкин, 2007).

Принцип метода основан на окислении иодида активным хлором до иода, который титруют тиосульфатом натрия.

Нитриты, окись железа, озон и другие соединения в кислом растворе выделяют иод из иодида калия, поэтому пробы воды необходимо подкислить буферным раствором с рН 4,5.

2. Экспериментальная часть

Оборудование и реактивы:

3. 0,1 н. раствор тиосульфата натрия: 25 г тиосульфата натрия (Nа₂S₂О₃∙5Н₂О) растворяют в свежепрокипячённой и охлаждённой дистиллированной воде, добавляют 0,2 г карбоната натрия (Nа₂СО₃) и доводят до объёма 1 л;

4. 0,01 н. раствор тиосульфата натрия: 100 мг 0,1 н. раствора тиосульфата натрия разбавляют дистиллированной водой, добавляют 0,2 г карбоната натрия и доводят до объёма 1 л;

5. 0,005 н. раствор тиосульфата натрия: 50 мл 0,1 н. раствора тиосульфата натрия разбавляют дистиллированной водой, добавляют 0,2 г карбоната натрия и доводят до объёма 1 л;

6. 0,01 н. раствор дихромата калия: 0,4904 г перекристаллизованного дихромата калия (К₂Сr₂0₇), взвешенного с точностью до 0,0002 г, растворяют в 1 л дистиллированной воды;

7. 0,5% раствор крахмала: 0,5 г крахмала смешивают с небольшим объёмом дистиллированной воды, приливают к 100 мл кипящей дистиллированной воды и кипятят несколько минут. Консервирование проводят после охлаждения, добавляя хлороформ или 0,1 г салициловой кислоты;

8. Буферный раствор рН 4,5:102 мл 1 молярной уксусной кислоты и 98 мл 1 молярного раствора уксуснокислого натрия вносят в колбу ёмкостью 1 л и доводят до метки дистиллированной водой.

9. Колба коническая ёмкостью 500 мл;

10. Пипетки.

Определение поправочного коэффициента. В коническую колбу помещают 0,5 г иодида калия, растворяют в 2 мл дистиллированной воды, прибавляют 5 мл серной кислоты (1:4), затем 10 мл 0,01 н. раствора К₂Сr₂O₇, добавляют 80 мл дистиллированной воды, закрывают колбу пришлифованной пробкой, перемешивают и ставят в тёмное место на 5 мин.

Титрование проводят 0,01 н. раствором тиосульфата натрия в присутствии 1 мл крахмала, прибавленного в конце титрования.

Поправочный коэффициент (К) вычисляют по формуле:

К=10/а,

где а – количество тиосульфата натрия, израсходованное на титрование, в миллилитрах.

Ход работы:

0,5 г иодида калия помещают в коническую колбу и растворяют в 1 - 2 мл дистиллированной воды, затем добавляют буферный раствор в количестве, примерно равном полуторной величине щёлочности исследуемой воды, после чего добавляют 250 мл исследуемой воды. Выделившийся иод оттитровывают 0,005 н. раствором тиосульфата натрия до появления светло-жёлтой окраски. Затем прибавляют 1 мл 0,5% раствора крахмала и титруют до исчезновения синей окраски.

Содержание суммарного остаточного хлора (X);в миллиграммах на литр вычисляют по формуле:

Х = а ∙ К ∙0,117∙1000/ V,

где а – количество 0,005 н. раствора тиосульфата натрия, израсходованное на титрование, в миллилитрах;

К – поправочный коэффициент нормального раствора тиосульфата натрия;

0,177 – количество хлора, соответствующее 1 мл 0,0005 н. раствора тиосульфата натрия;

V – объем исследуемой воды, в миллилитрах.

(Таубе, 1981)

Контрольные вопросы:

1. Какие вам известны обеззараживающие вещества при хлорировании?

2. Что называют остаточным активным хлором?

3. Каким образом можно удалить избыточный активный хлор?

4. Какие существуют недостатки у такого метода обеззараживания воды?