23. Вода как объект анализа. Источники загрязнения воды. Показатели качества воды и их определение. Температура. Органолептические показатели. Мутность. Пенистость. Водородный показатель. Общая жесткость. Сухой остаток.

Землю по праву называют водной планетой. Вода - источник всех известных форм жизни и единственный компонент, который существует в трех агрегатных состояниях благодаря положению Земли в Солнечной системе. Солнце испаряет воду с поверхности Мирового океана, озер, водохранилищ, рек. Значительное количество воды поступает в атмосферу в результате испарения воды зелеными растениями. Круговорот воды в природе происходит непрерывно, и ее запасы на Земле практически не изменились. С поверхности Мирового океана ежегодно испаряется около 505 тыс. км³ воды, из которых 458 тыс. км³ не имеют практического применения, поскольку в виде осадков поступают обратно в морские водоемы, т.е. только 47 тыс. км³ переносится воздушными потоками на большие расстояния и выпадает на суше. Именно эта вода используется нами для многочисленных нужд - в быту, промышленном производстве, сельском хозяйстве.

Таким образом, водная оболочка Земли представляет собой совокупность океанов, морей, озер, рек, прудов, болот, подземных вод. Общее количество воды на Земле - 1386 млн км³, общая площадь морей и океанов превышает в 2,5 раза территорию суши. Из общего объема вод на Земле доля пресных вод составляет 2,5% - более 8 млн м³ на

2. Городские сточные воды, включающие бытовые отходы.

3. Промышленные сточные воды, образующиеся в самых разнообразных отраслях производства, среди которых наиболее активно потребляют воду черная металлургия, химическая, лесохимическая, нефтеперерабатывающая промышленность.

Из промышленных сточных вод необходимо выделить следующие виды сточной воды:

1. Реакционные воды, образующиеся в процессе реакции с выделением воды. Загрязнены как исходными веществами, так и продуктами реакции.

2. Воды, содержащиеся в сырье и исходных продуктах. При переработке последних вода загрязняется разными веществами.

3. Промывные воды - воды после промывки сырья, продуктов, тары, оборудования.

4. Водные экстрагенты и абсорбенты.

5. Охлаждающие воды, которые не соприкасаются с технологическими продуктами и используются в системах оборотного водоснабжения.

6. Бытовые воды - воды столовых, прачечных, душевых, туалетов и т.д.

Без сомнения, сточные воды - один из серьезных компонентов загрязнения окружающей среды. Поэтому их очистка - обязательная мера перед выпуском сточных вод в природные водоемы.

Процесс очистки предполагает удаление следующих основных веществ и типов загрязнений: 1) взвесей, например ила, делающего воду мутной и приводящего к

22. Требования, предъявляемые к аналитическим данным

Основополагающим условием для объективн. оценки сост. окр. среды является получение достоверных и сопоставимых аналит. данных. К результатам измерений, к способам их представления и интерпрет. предъявляются достаточно строгие требования.

Прежде всего, это достоверность, как в кач., так и колич. отношении. Достоверная инф. должна адекватно отражать содержание опред. в-ва в объекте анализа.

Основн. фактором, влияющим на достоверность анализа, независимо от используем. методики и способов регистрации аналитич. сигнала, является стадия пробоотбора, причем погрешность определений, обусловленная пробоотбором, может достигать сотен %. Необходимо использовать стандартные методы пробоотбора (как правило, они описаны в тех сборниках аналитич. методик, которыми вы решили пользоваться). Выполнение измерений без отбора проб (например, на месте при исследовании минерализации воды, рН воды и почвы, влажности почвы) позволяет избежать этого источника ошибок.

Другое важное требование к аналитической информации — ее сопоставимость. Это требование напрямую связано с необходимостью использования данных, получ. в различных лабораториях, причем их сопоставимость во многом зависит от погрешности анализа. Если точность результатов неодинакова, то сопоставлять их (а тем более делать на основании этого выводы) некорректно. Если вы пытаетесь сопоставить

степень извлечения вещества тем больше, чем больше кон­станта распределения и чем меньше отношение объемов.

Если извлечение проводят многократно одинаковыми объемами растворителя, то степень извлечения после m таких обработок выражается формулой

R_m=1-[r/(P₀ + r)] ^m.

Для достаточного извлечения требуется многократная об­работка, что приводит к получению сильно разбавленного рас­твора определяемых веществ в органическом растворителе. По­следующее выпаривание этого растворителя с целью концен­трирования может привести к потере летучих органических ве­ществ. Можно повысить коэффициент распределения в 2 - 5 раз, а следовательно, и экстрагента, применяя высаливание, т. е. прибавление больших количеств NaCl и Na₂SO₄.

5. Сорбция. Ранее в качестве сорбента использовали ис­ключительно активный уголь. Однако сорбция на нем пригодна не во всех случаях, поскольку часто наблюдаются потери ве­ществ, связанные с неполнотой их сорбции или десорбции, а также изменения в ходе сорбции - десорбции компонентного состава пробы в результате протекания на развитой поверхности активного угля побочных процессов, связанных с содержанием на поверхности каталитически активных металлов.

остаются в жидкой форме. Этот метод пригоден для концентрирования веществ, обладающих достаточной растворимостью в воде при низких температурах, и в особенности гидрофильных веществ, трудно извлекаемых из воды другими методами.

Преимущества метода:

• незначительные потери летучих соединений,

• отсутствие загрязнения применяемыми реактивами,

• значительно меньшая опасность изменения компонентного состава исследуемой смеси вследствие протекания каких-либо превращений определяемых веществ.

Основными факторами, определяющие эффективность процесса вымораживания, являются:

• скорость нарастания льда,

• возможность отвода вещества из зоны раствора, прилегающей к незамерзающему льду,

• структура льда.

Наиболее эффективен метод при работе с растворами малых концентраций (1 – 10 мг/л).

Варианты проведения процесса.

Сосуд (конусообразный, расширяющийся кверху) с анализируемой водой помещают в холодильник – морозильник с температурой -12°С или в баню с охлаждающей смесью и вымораживают основную массу воды. В этом варианте мы не можем влиять на параметры вымораживания. По Бейкеру. Исследуемую воду помешают в круглодонную колбу, под углом 60° погружают в охлаждающую смесь с температурой равной -12°С, вращают с частотой

чаще всего используют ацетилцеллюлозу. Описаны также полиамидные, полифурановые, полиакрилонитрильные мембраны, мембраны из полиэтилена различной плотности.

В случае обратноосмотических процессов, идущих при сравнительно высоком давлении, обычно применяют композитные мембраны, обладающие повышенной механической устойчивостью: химически модифицированное пористое стекло, полиуретаны, триацетат или полиамиды на полисульфоне.

8. Иногда в качестве методов пробоподготовки используют специальную дополнительную обработку проб для модифицирования (получения производных) анализируемого вещества в другое соединение, более легко определяемое выбранным методом анализа.

Для изменения поведения отдельных компонентов проб в процессах разделения рекомендуются различные способы. Можно, например, изменить растворимость вещества, что сказывается на его поведении при извлечении из жидких и твердых проб. Можно изменить полярность молекул путем превращения их в менее полярные производные, что повышает летучесть соединения. В других случаях вводят хромофорные группы или электрофильные группировки для последующего определения методами спектрофотометрии или вольтамперометрии.

В принципе химическую модификацию определяемых соединений можно осуществлять на различных стадиях:

• до выделения компонентов из смеси;

• после выделения вещества из матрицы.

1. Каковы причины полученных результатов (т.е. почему получены именно эти результаты)? При этом имеются в виду не только причины методического характера (им следует уделять внимание на > ранних этапах программы — при планировании измерений, отборе проб, измерениях). Если полученные данные достоверны, следует задать ? о причинах, обусловивших наблюд. явления. Каков источник зафиксированного загрязнения (предприятие, дачный поселок, естественный процесс)? Что можно сказать о применяемом производств. процессе на основании анализа сточных вод предприятия?

2. Соответствуют ли полученные результаты тому, что вы ожидали? Если да (нет), то почему? Невнимание к этому ? может привести к обнародованию «сенсационных» данных, которые не подтвердятся впоследствии.

3. Каковы следствия наблюд. явлений? Речь здесь главн. образом идет не о прогнозе. Должен быть поставлен ? о том, что практически означает получ. результат с т.зрен. здоровья населения, состояния экосист. и т.п. При этом следует принимать во внимание ответы на первые два ?. Это, например, означает, что следует ставить ? не только о том, каково воздействие на окр. среду обнаруж. в-ва, но и о том, каково воздействие производств. процесса, признаком которого является это в-во.

Лишь получив ответы на все 3?, вы можете быть уверены в том, что отнеслись к интерпрет. результатов должным образом. Некоторые типичн. трудности, возникающие в проц. Интерпретации результатов, хорошо видны на прим.

м

полученные с помощью компаратора (полуколич. метода) и спектрофотометра результаты определения аммония в воде, то сравнение можно проводить лишь на кач. уровне.

Надежность аналитической информации зависит также от применения специфич. средств обеспечения кач. результатов анализа (таких, как градуировочные стандарты и межлабораторные исследования). В общем виде контроль кач. результатов химич. анализа должен обеспечивать:

• контроль случайных погрешностей (воспроизводимости);

• контроль систематических погрешностей (достоверности);

• контроль матричного эффекта в отношении воспроизводимости, достоверности и точности;

• контроль отклонений в пределах одной серии;

• установление причин отклонений и их устранение.

Контроль систематических погрешностей, установление причин отклонений и их устранение лучше всего проводить в сотрудничестве с коллегами, ведущими аналогичные исследования.

каждого жителя планеты. Подавляющая часть пресной воды труднодоступна, почти 70% ее заключено в ледниках. Под почвой находятся обширные запасы подземных вод. Пресные воды залегают до глубины 150-200м, ниже они переходят в рассолы. Объем подземных вод в 100 раз больше, чем объем поверхностных пресных вод. Вода - единственная природная жидкость, имеющаяся на поверхности Земли в огромном количестве. Она находится не только в гидросфере, но и в атмосфере, в виде водяного пара и конденсата, и литосфере.

Потребление воды промышленным и сельским хозяйством достигло огромных размеров. Больше всего воды потребляет сельское хозяйство, при этом 3/4 ее теряется безвозвратно. В промышленности для производства 1 т стали, чугуна требуется 15-20м³, синтетического каучука – 2000-3000м³ и т.д. Качество воды, используемой на производственные нужды, зависит в каждом конкретном случае от ее назначения. Под качеством воды понимают совокупность физических, химических, биологических и бактериологических показателей, обеспечивающих пригодность воды для всех видов использования.

Загрязнение рек, морей, озер и океанов происходит с нарастающей скоростью. Основными источниками загрязнения природных вод являются:

2. Атмосферные воды, несущие массы вымываемых из воздуха загрязнителей промышленного происхождения. При стекании по склонам атмосферные и талые воды дополнительно увлекают за собой огромное количество веществ; опасны стоки с городских улиц, с территорий нефтеперерабатывающих и химических заводов.

образованию отложений; 2) веществ, поглощающих кислород; 3) питательных веществ, необходимых для образования новых организмов.

Питательными веществами являются фосфаты и нитраты, содержащиеся в воде, используемой на бытовые нужды. В последнее время из-за применения удобрений в сельском хозяйстве их содержание в сточных водах резко возросло, что вызывает серьезные проблемы. Большое количество загрязняющего фосфора и азота поступает в водоемы и воды рек от производства синтетических моющих средств. Поэтому очистные станции в значительной степени насыщены фосфором и азотом.

Кроме этого, сточные воды городов содержат патогенные бактерии, вирусы, различные химические вещества (ртуть, свинец, медь, цинк, хром). Несомненно, такие вещества пагубно влияют на флору и фауну рек и озер. Стоки отработанной воды предприятий целлюлозно-бумажной промышленности понижают рН воды, вызывая гибель ценных пород рыб. Воды кожевенных и текстильных фабрик, наоборот, повышают рН воды, что приводит к тем же результатам.

Две другие группы загрязнителей, оказывающих негативное воздействие на биологическую среду, составляют пестициды и соединения углеводорода, которые сбрасываются нефтеперерабатывающими заводами, станциями обслуживания автомобилей.

Процесс очистки сточных вод предполагает следующие четыре стадии: отделение взвеси; биологическая очистка; физико-химическая очистка; дополнительная очистка, например фильтрация.