Ввиды контроля состава сточных вод
Наиболее ценным свойством природных вод является их способность к самоочищению, то есть снижению концентрации загрязнений вследствие биохимических, химических, физически процессов, протекающих в водоеме.
Сточные воды делятся на:
- атмосферные,
- хозяйственно-бытовые (включая сельскохозяйственные),
- промышленные.
Загрязнения, поступающие в сточные воды, можно охарактеризовать по физическому состоянию:
- нерастворимые,
- коллоидные,
- растворимые
по природе:
- минеральные,
- органические,
- бактериальные,
- биологические.
Условия спуска сточных вод регламентируются семью контролируемыми параметрами:
1) прозрачностью воды (сравнение с эталоном);
2) цветностью (сравнение интенсивности окраски со стандартной шкалой);
3) сухим остатком (масса солей и веществ после выпаривания);
4) кислотностью (рН);
5) жесткостью (содержанием солей Са2+; Mg2+);
6) содержанием кислорода;
7) биохимической потребностью в кислороде
Все эти параметры контролируются и в технологических, и в сточных водах. Однако в них нередко приходится определять и специфические компоненты, характерные для конкретных проб связанные с особенностями производства (например, содержание тяжелых металлов, цианидов, фенолов). Для анализа вод применяют химические, физико-химические и бактериологические методы, а определение их органолептических свойств основывается на использовании органов чувств исследователя.
1. цвет
Качественную оценку цветности воды производят, сравнивая ее с дистиллированной водой. Для этого в стаканы из бесцветного стекла наливают исследуемую и дистиллированную воду и рассматривают их на фоне белой бумаги при дневном освещении сбоку и сверху. При наличии окраски указывают цвет воды (например, слабо-желтый или бурый), а при отсутствии ее воду называют бесцветной. Количественно цветность воды определяют методом колориметрии, сравнивая ее со шкалой эталонов, имитирующих эту цветность: платинокобальтовой и кобальтодихроматной.
2. запах
Различают запахи: гнилостный, болотный (качественно).
Количественно – по 5-бальной системе. Наливают в колбу пробу на 2/3, закрывают, встряхивают, резко вынимают пробку и нюхают.
3. прозрачность
Определяют по предельной высоте столба воды, через который просматривается рисунок черного креста с толщинои линий 1 мм и четырех черных кружочков диаметром 1 мм на белом фоне. Определение выполняют в цилиндре высотой 350 см, на дне которого лежит фарфоровая пластинка с рисунком (питьевая вода должна иметь прозрачность по кресту не менее 300 см).
Используется и определение прозрачности по шрифту, основанное на нахождении максимальной высоты столба, сквозь который можно прочитать стандартный шрифт, подложенный под цилиндр с водой. Прозрачность воды характеризует количество загрязняющих веществ, присутствующих в воде во взвешенном и коллоидном состояниях.
Наличие в воде мути объясняется недостаточной степенью удаления грубодиспергированных неорганических и органических примесей. Мутность можно определить гравиметрическим методом, отделив взвеси фильтрованием через плотный фильтр.
4. кислотность
Обусловлена присутствием в ней угольной кислоты (H2CO3), а также других кислот или гидролитических кислых солей. Перед сбросом кислых стоков в водоем кислота должна быть нейтрализована. Кислотность сточных вод определяют титриметрическим методом (должна быть нейтральная), используя в качестве индикатора фенолфталеин.
5. щелочность
Зависит от присутствия в ней свободных щелочей и гидролитических щелочных солей. Общую щелочность сточных вод определяют титриметрическим путем титрования воды соляной кислотой по индикатору метиловому оранжевому.
6. сухой остаток
Характеризует количество нелетучих веществ, содержащихся в сточных водах. Его выделяют выпариванием взятого объема анализируемой воды и определяют гравиметрическим методом. Потери при прокаливании осадка позволяют установить держание органических веществ, находящихся в воде во взвешенном состоянии. Разность между массой сухого осадка при прокаливании соответствует общей массе содержащихся минеральных примесей.
(mсух.остаток – mпотерь) – общее содержание в воде минеральных примесей.
7. рН
Определяется потенциометрическим методом.
8. содержание азота
Определяется содержание азота:
1) аммонийного NH4+ (определяется колориметрическим методом, используя реакцию Эйлера с реактивом Несслера: K2.
2) нитритов NO2- определяется колориметрическим методом (кр. цвет) с реактивом Грисса (смесь сульфаниловой кислоты и α-нафтиламина), образует азосоединения.
3) нитратов NO3- колориметрирование продуктов взаимодействия нитратов с фенолдисульфоновой кислотой (желтый цвет).
9. перманганатная окисляемость
Обусловлена наличием органических веществ и легко окисляекмых неорганических веществ (Fe2+, SO3-, H2S и т.д.).
Это количество кислорода эквивалентное количеству, расходуемого перманганата калия. Методика определения показателя основана на окислении веществ, присутствующих в сточной воде, 0,01%-м раствором перманганата калия в сернокислой среде ( мг. О2/л. H2O).
10. Бихроматное потребление кислорода (ХПК).
Методика потребления ХПК основана на окислении веществ, присутствующих в сточных водах, 0,25%-м раствором бихромата калия (K2Cr2O7) при кипячении в течение 2 часов в 50%-м растворе (по объему) H2SO4 (мг/л).
11. БПК – биохимическое потребление кислорода
Степень загрязнения сточных вод органическими примесями, способными разлагаться биоорганизмами с потреблением кислорода. Количество кислорода, израсходованное за определенный промежуток времени на аэробное разложение органических веществ, мг/л. При определении БПК методом разбавления и продолжительностью инкубации 5 суток при температуре 20 С0 в отсутствии света. Кроме БПК5 , можно определить БПК при продолжительности инкубации 20 суток - БПК20 или независимо от времени - БПКполн.
12. содержание растворенного кислорода
13. содержание хлоридов
14. содержание свободного хлора
15. содержание фосфатов
16. содержание фторидов
17. жесткость воды
Характеризует содержание в ней хлоридов, сульфатов и гидрокарбонатов кальция и магния. Различают:
- карбонатную жесткость, обусловленную присутствием в воде гидрокарбонатов Са и Mg,
- некарбонатную, вызываемую присутствием в воде хлоридов и сульфатов Са и Mg.
Суммарное содержание в воде всех солей кальция и магния составляет общую жесткость. Ее определяют комплексонометрическим методом, карбонатную титрованием соляной кислотой в присутствии метилового оранжевого, некарбонатную четкость по разности результатов этих определений.
По содержанию сульфатов судят о минеральном составе воды: их повышенное количество свидетельствует о попадании коммунально-бытовые стоки морских вод или промышленных сточных вод.
Определение концентрации хлоридов позволяет контролировать постоянство солевого состава сточной воды. В процессе очистки ее солевой состав практически не меняется, снижается лишь содержание органических веществ, поэтому легкое увеличение концентрации хлоридов свидетельствует о сбоях и работе очистных сооружений или попадании в сточные воды посторонних загрязняющих веществ.
Для нормального функционирования биохимической очистки требуется, чтобы содержание фосфатов в сточных водах было не ниже 3 мг/л в пересчете на Р2О5, так как фосфор необходим для микроорганизмов. Определение фосфатов в сточных водах позволяет корректировать содержание фосфора и при необходимости дополнительно подавать необходимое количество его соединений на сооружения биологической очистки.
Контроль работы очистных сооружений и качества очищенных вод наряду с определением основных показателей, общих для всех видов стоков, предусматривает и определение загрязняющих веществ, специфических для каждого отдельного производства:
18. содержание железа
19. содержание хрома
20. содержание фенилов
21. содержание цианидов
22. содержание тяжелых металлов
23. содержание цианидов
24. содержание фенолов
25. содержание нефтяных углеводородов
Для успешного контроля их содержания в сточных водах все чаще находят применение современные физико-химические методы анализа, в том числе:
- хроматография, включая газовую, жидкостную и тонкослойную;
- полярография;
- электрохимические методы анализа;
- ионометрия;
- колориметрия;
- люминесцентный анализ.
Хроматография – метод разделения соединений, основанный на распределении вещества между двумя фазами: неподвижной с большой поверхностью и подвижной, протекающей через неподвижную фазу. Компоненты смеси селективно задерживаются стационарной фазой, причем площади пиков хроматограммы пропорциональны концентрациям соответствующих компонентов. Методом газожидкостной хроматографии в сточных водах определяют органические кислоты с длиной углеродных цепей С2 — C5, спирты, альдегиды, сложные эфиры, фенолы и другие органические соединения. Метод тонкослойной хроматографии позволяет определять в сточных водах нефтепродукты, побочные продукты синтеза изопрена, фенолы.
Полярография — это электрохимический метод анализа, в основе которого лежит зависимость между потенциалом поляризуемого рабочего электрода и силой тока, протекающего через раствор. Анализ полярограммы позволяет сделать вывод о том, катионы из числа определяемых и в каких концентрациях присутствуют в растворе. Нижний предел концентраций составляет 6 моль/л. К преимуществам полярографии следует отнести возможность определения ряда ионов, присутствующих в растворе, без их предварительного разделения и возможность осуществления практически неограниченного количества повторных в одной и той же пробе. Метод полярографии успешно используется для определения содержания в сточных водах тяжелых металлов, в том числе свинца, кадмия, ртути, меди, цинка, кобальта, никеля, титана, хрома, марганца. Кроме металлов полярографическим методом в сточных водах определяют ПАВ, ароматические углеводороды, нитраты.
Ионометрия – анализ, основанный на использовании ионселективных электродов, представляющих собой электрохимические полуэлементы, для которых разность потенциалов на границе раздела фаз электродный материал электролит зависит от активности определяемого иона в исследуемой среде. В настоящее время предложено несколько десятков типов ионселективных электродов для обнаружения К+, Na+, Ca2+, Cu2+, Cd2+, Pb2+, CN-, Br-, Cl-, F-, N0 и др. В анализе вод их используют для определения фтора, нитратов.
Колориметрия – метод анализа, основанный на сравнении качественного и количественного изменения световых потоков при их прохождении через исследуемый и стандартный растворы. Определяемый компонент с помощью химической реакции переводят в окрашенное соединение, после чего измеряют интенсивность окраски полученного раствора.
Систематический анализ состава сточных вод, сбрасываемых промышленными предприятиями и предприятиями коммунального хозяйства, необходим для проверки эффективности работы очистных сооружений, оценки воздействия сбрасываемых сточных вод на водоприемники, разработки мероприятий по совершенствованию работы очистных сооружений и для осуществления дополнительных мер по охране водных объектов. Контроль за работой очистных сооружений и сбросом сточных вод имеет целью прекращение или предупреждение загрязнения водоемов и водотоков неочищенными и недостаточно очищенными сточными водами.