Mi az aktív víz? Módszer aktív víz előállítására
Vízelemzési mutatók dekódolása
A vizsgálat elvégzése után az ügyfél megkapja a „Water Study Protocol”-t. Az alábbi cikk röviden tájékoztatást ad az egyes paraméterekről, de ha többet szeretne tudni, jöjjön el és technológusaink minden kérdésére válaszolnak.
Hidrogén érték (pH)(Minőségi szabvány a SanPin 2.1.4107401 szerint, 6-9 pH-egység között)
A víz pH-ja (pH) a víz sav-bázis egyensúlya, amelyet a hidrogénionok koncentrációja határoz meg. Általában pH-val fejezik ki - a hidrogénionok koncentrációjának negatív logaritmusa. pH = 7,0 esetén a víz reakciója semleges, pH-n<7,0 среда кислая, при рН>7.0 lúgos környezet.
A nyilvános ivóvíz és a természetes forrásból származó víz pH-értéke eltérő, mivel oldott ásványi anyagokat és gázokat tartalmaznak.
A SanPiN 2.1.4.559-96 szerint az ivóvíz pH-jának 6,0...9,0 között kell lennie.
Oxidálhatósági permanganát(Minőségi szabvány a SanPin 2.1.4107401 szerint, legfeljebb 5,0 mg O/dm3)
Az oxidálhatóság a víz szerves és ásványi anyagok tartalmát jellemzi, amelyeket bizonyos körülmények között kálium-permanganát oxidál.
A vízben található szerves anyagok természetükben és kémiai tulajdonságaikban igen változatosak. Összetételük mind a tározón belüli biokémiai folyamatok hatására, mind a felszíni és talajvíz, a légköri csapadék, az ipari és háztartási szennyvíz beáramlása következtében alakul ki.
Az olaj- és gázmezők, tőzeglápok és erősen mocsaras területek vizeit fokozott permanganát-oxidáció jellemzi.
Így a víz szerves szennyezettségének mértéke a víz oxidációjának mértéke alapján ítélhető meg. A magas oxidáció vagy éles ingadozások (szezonon kívül) azt jelezhetik, hogy a szerves szennyeződések állandóan áramlanak a tározóba.
A természetes vizek, különösen a felszíni vizek oxidálhatósága nem állandó érték. A víz fokozott oxidációja a forrás szennyeződését jelzi. A víz oxidációjának hirtelen megnövekedése a háztartási szennyvízből származó szennyeződés jele; Ezért az oxidálhatóság mértéke a víz fontos higiéniai jellemzője.
Teljes vas(Minőségi szabvány a SanPin 2.1.4107401 szerint, legfeljebb 0,3 mg/dm3)
A vas a következő formákban fordulhat elő a természetes vizekben:
Valóban oldott formában (vasvas, tiszta, színtelen víz)
Fel nem oldott forma (vasvas, tiszta víz barnásbarna üledékkel vagy kifejezett pelyhekkel);
- Kolloid halmazállapotú vagy finoman diszpergált szuszpenzió (színe sárgásbarna opálos víz, üledék nem képződik hosszan tartó ülepedés után sem);
- Szerves vas - vassók és humin- és fulvosavak (átlátszó sárgásbarna víz).
Megnövekedett vastartalom figyelhető meg a mocsárvizekben, amelyekben huminsav-sókkal - humátokkal - alkotott komplexek formájában található.
Vasbaktériumok (barna iszap a vízcsöveken);
A vastartalmú víz (főleg a felszín alatti víz) kezdetben átlátszó és tiszta megjelenésű. A vas azonban még a légköri oxigénnel való rövid érintkezés esetén is oxidálódik, így a víz sárgásbarna színt ad. Az ilyen víz már 0,3 mg/dm3 feletti vaskoncentrációnál rozsdás csíkokat okozhat a vízvezeték-szerelvényeken és foltokat a ruhaneműn mosás közben. Ha a vastartalom 1 mg/dm3 felett van, a víz zavarossá válik, sárgásbarna színűvé válik, jellegzetes fémes íze van. Mindez gyakorlatilag elfogadhatatlanná teszi az ilyen vizet mind műszaki, mind ivási célra.
Az emberi szervezetnek kis mennyiségben vasra van szüksége - a hemoglobin része, és a vér vörös színét adja.
De a túl magas vaskoncentráció a vízben káros az emberre. A víz 1-2 mg/dm3 feletti vastartalma jelentősen rontja az érzékszervi tulajdonságokat, kellemetlen fanyar ízt ad. A vas növeli a víz színét és zavarosságát.
A felesleges vas viszketéshez, kiszáradáshoz és bőrkiütésekhez vezet; nő az allergiás reakciók kialakulásának valószínűsége, a gyomor- és nyombélfekély, az érrendszeri betegségek és a szív- és érrendszer egészének előfordulása.
Nitrát - ion(Minőségi szabvány a SanPin 2.1.4107401 szerint, legfeljebb 45 mg/dm3)
A nitrátok a salétromsav sói. A vízben ezek a sók könnyen ionokká bomlanak, és „szabad” formában léteznek: nitrát ionok formájában
A nitrátok megtalálhatók a talajban, a vízben és a növényekben. A legtöbb nitrát a környezetben a növényi és állati hulladékok bomlásából származik. Az emberek műtrágya formájában is használnak nitrátokat.
A nitrátok önmagukban nem veszélyesek, de a szervezetben nitritté alakulnak, és kölcsönhatásba lépnek a hemoglobinnal, stabil vegyületet - methemoglobint képezve. Mint tudják, a hemoglobin oxigént hordoz, de a methemoglobinnak nincs ilyen képessége. Ennek eredményeként a szövetek oxigén éhezést kezdenek tapasztalni, és betegség alakul ki - nitrát methemoglobinémia.
Az ivóvíz és a jelentős mennyiségű nitrátot tartalmazó élelmiszerek (45 mg/dm3-től és magasabb nitrogéntartalomtól) tartós fogyasztásával a methemoglobin koncentrációja a vérben meredeken megemelkedik. A methemoglobinémia rendkívül súlyos csecsemőknél (elsősorban a magas, körülbelül 200 mg/dm3 nitráttartalmú vízben mesterségesen táplált tápszerrel tápláltoknál) és szív- és érrendszeri betegségekben szenvedőknél.
Tudnia kell, hogy a nitrátokat forralással nem távolítják el, sőt, a hőkezelés a víz elpárolgása miatt koncentrálja a nitrátot.
Mangán(Minőségi szabvány a SanPin 2.1.4107401 szerint, legfeljebb 0,1 mg/dm3)
A mangán az oldott vas hűséges társa. Ha sok van belőle, akkor a vizet meg kell tisztítani tőle, mert a víz ivásra, valamint háztartási és ipari használatra alkalmatlanná válik.
Ha a mangántartalom meghaladja a szabványokat, a víz érzékszervi tulajdonságai romlanak. A felesleges mangán elszíneződést és fanyar ízt okoz.
A túlzott mangán máj-, vese-, vékonybél-, csont-, belső elválasztású mirigy- és agybetegségekhez vezethet, valamint mérgező és mutagén hatással van az emberi szervezetre.
A megnövekedett mangán- és vastartalom az egyik oka a víz kellemetlen ízének, szagának, színének, zavarosságának. Ezen fémek oxidjai kitörölhetetlen foltokat hagynak a vízvezeték-szerelvényeken és a szanitereken, és a rozsda lehet a háztartási készülékek meghibásodásának fő oka.
Zavarosság (kaolin alapú)(Minőségi szabvány a SanPin 2.1.4107401 szerint, legfeljebb 1,5 mg/dm3)
A zavarosság (átlátszóság, lebegőanyag-tartalom) a homok-, agyag-, iszaprészecskék, plankton-, algák- és egyéb mechanikai szennyeződések vízben való jelenlétét jellemzi, amelyek a folyó fenekének és partjainak eróziója következtében esővel bejutnak. és olvadékvíz, szennyvízzel stb. A föld alatti forrásokból származó víz zavarossága általában alacsony, és a vas-hidroxid szuszpenziója okozza. A felszíni vizekben a zavarosodást gyakran a fito- és zooplankton, agyag- vagy iszapszemcsék jelenléte okozza, így az érték az árvíz (alacsonyvíz) időpontjától függ, és egész évben változik.
A zavarosság befolyásolja a víz megjelenését. Ezenkívül zavarja a fertőtlenítést,
mert nemcsak kedvező környezetet teremt a baktériumok fejlődéséhez, hanem egyedülálló
akadályt a fertőtlenítési eljárás során.
Víz színe(Minőségi szabvány a SanPin 2.1.4107401 szerint, legfeljebb 20 fok).
A víz minőségének mutatója, amely a víz színének intenzitását jellemzi, és a színezett vegyületek tartalma határozza meg, a platina-kobalt skála fokában kifejezve.
A talajvíz színét vasvegyületek, ritkábban humuszanyagok (primer, tőzegláp, fagyott vizek) okozzák; felület színe - a víztestek virágzása.
Ezen anyagok mennyisége függ a geológiai viszonyoktól, a vízadó rétegektől, a talaj jellegétől, a vízgyűjtőben lévő mocsarak és tőzeglápok jelenlététől stb. Egyes iparágak szennyvize is elég intenzív elszíneződést okozhat a vízben.
A magas színű víz rontja érzékszervi tulajdonságait
Szag
A víznek lehet bizonyos, nem mindig kellemes illata, amelyet a benne lévő különféle szerves anyagok, amelyek a mikroorganizmusok és algák létfontosságú tevékenységének vagy bomlási termékei, valamint a vízben oldott gázok - klór - jelenléte okozza. , ammónia, hidrogén-szulfid, merkaptánok vagy szerves és szerves klórtartalmú szennyeződések.
Vannak természetes szagok: aromás, mocsaras, rothadó, fás, földes, penészes, halas, füves, homályos és hidrogén-szulfidos.
A mesterséges eredetű szagokat az őket meghatározó anyagok szerint nevezik el: fenolos, fenolos klór, kőolaj, gyantás stb.
A szag intenzitását érzékszervileg mérjük egy ötfokú skálán:
0 pont – nem észlelhető szag vagy íz
1 pont - nagyon gyenge szag vagy íz (csak tapasztalt kutató észlelheti)
2 pont - gyenge szag vagy íz, amely felkelti egy nem szakember figyelmét
3 pont - érezhető szag vagy íz, könnyen észlelhető és panaszokat okoz
4 pont – egy határozott szag vagy íz, ami miatt tartózkodhat a víz ivásától
5 pont - a szag vagy az íz olyan erős, hogy a víz teljesen alkalmatlan ivásra.
Íz(Minőségi szabvány a SanPin 2.1.4107401 szerint, legfeljebb 2 pont).
A víz íze változó jellegű és intenzitású, és a vízben oldott anyagok jelenléte határozza meg.
4 fő íztípus létezik: keserű, édes, sós, savanyú. Az egyéb ízérzéseket ízeknek nevezzük (lúgos, fémes, fanyar stb.).
Az íz és utóíz intenzitását 20°C-on határozzák meg, és ötpontos rendszerrel értékelik:
0 pont - Íz és utóíz nem érezhető
1 pont - Az ízt és az utóízt a fogyasztó nem érzi, hanem a laboratóriumi vizsgálatok során észleli
2 pont - Az ízt és az utóízt a fogyasztó akkor veszi észre, ha odafigyel rá
3 pont - Az íz és az utóíz könnyen észrevehető, és rosszallását okozza a víznek
4 pont - Az íze és az utóíz felkelti a figyelmet, és arra késztet, hogy tartózkodjon az ivástól
5 pont - Az íze és az utóíze olyan erős, hogy fogyasztásra alkalmatlanná teszi a vizet.
Szilícium-dioxid(szilícium tekintetében) (Minőségi szabvány a SanPin 2.1.4107401 szerint, legfeljebb 10 mg/dm3)
A vízben lévő szilícium nem tiszta formában, hanem különféle vegyületek formájában található meg, amelyek a víz felmelegítésekor fehéres filmréteget képezhetnek a víz felszínén és laza pelyhek, pl. A szilíciumvegyületek a szilikát lerakódások kialakulásának forrásai, ezért az ipari szektor ivóvíz készítésénél, gőzkazánok tápvizénél a szilíciumból történő víztisztítás kötelező.
Ugyanakkor a szilícium az ember számára nélkülözhetetlen mikroelem; megtalálható a vérben, az izomzatban és a csontszövetben. Valójában az emberi test kötőszövetének (ízületek, csontok, bőr stb.) kialakulásához és növekedéséhez szükséges építőanyag. Ezenkívül segíti a szervezetbe kerülő ásványi elemek felszívódását, javítja az anyagcserét és jeleket szállít az idegrostok mentén.
A szilícium élelmiszerrel és vízzel együtt kerül az emberi szervezetbe, és ez az elem könnyebben felszívódik a folyadékból.
Külföldi irányelvek (WHO, USEPA, EU irányelvek) nem szabályozzák az ivóvíz szilíciumtartalmát. Ennek oka az elem toxicitására és az emberi szervezetre gyakorolt negatív hatására vonatkozó adatok hiánya.
Általános keménység(Minőségi szabvány a SanPin 2.1.4107401 szerint, legfeljebb 7,0 mekv/l)
A víz keménysége a benne oldott kalcium és magnézium sók tartalma. Ezeknek a sóknak a teljes tartalmát teljes keménységnek nevezzük.
A víz teljes keménysége karbonátkeménységre oszlik, amelyet a kalcium és magnézium szénhidrogének (és karbonátok pH 8,3-on) koncentrációja határoz meg, és nem karbonát keménységre - az erős savak kalcium- és magnéziumsóinak koncentrációja a vízben.
Mivel a víz forrásakor a bikarbonátok karbonátokká alakulnak és kicsapódnak, a karbonátkeménységet ideiglenesnek vagy eltávolíthatónak nevezik.
A forralás után megmaradó keménységet állandónak nevezzük. A vízkeménység meghatározásának eredményeit mEq/dm3-ben fejezik ki (jelenleg a hűtőközeg keménységi foka számszerűen mEq/dm3-rel egyenlő). Az átmeneti vagy karbonátos keménység elérheti a teljes vízkeménység 70-80%-át is.
A víz keménysége a kalciumot és magnéziumot tartalmazó kőzetek feloldódása következtében alakul ki. A mészkő és a kréta oldódásából adódó kalciumkeménység dominál, de azokon a területeken, ahol több a dolomit, mint a mészkő, a magnéziumkeménység is túlsúlyba kerülhet.
A víz keménységétől függően:
Nagyon lágy víz 1,5 mekv/l-ig
Lágy víz 1,5-4 mekv/l
Közepes keménységű víz 4-8 mEq/l
Kemény víz 8-12 mekv/l
Nagyon kemény víz több mint 12 mekv/l
A kemény víz egyszerűen rossz ízű, és túl sok kalciumot tartalmaz. A megnövekedett keménységű víz folyamatos fogyasztása a gyomor mozgékonyságának csökkenéséhez, a sók felhalmozódásához vezet a szervezetben, és végső soron ízületi betegségekhez (ízületi gyulladás, polyarthritis), valamint kövek képződéséhez a vesékben és az epeutakban.
A nagyon lágy víz nem kevésbé veszélyes, mint a túl kemény víz. A legaktívabb a lágy víz. A lágy víz kimoshatja a kalciumot a csontokból. Egy személynél angolkór alakulhat ki, ha gyermekkora óta iszik ilyen vizet, egy felnőtt csontjai törékennyé válnak. Van egy másik negatív tulajdonsága a lágy víznek. Az emésztőrendszeren áthaladva nemcsak az ásványi anyagokat mossa ki, hanem a hasznos szerves anyagokat is, beleértve a hasznos baktériumokat is. A víz keménysége legalább 1,5-2 mekv/l legyen.
A nagy keménységű víz háztartási célokra történő használata szintén nem kívánatos. A kemény víz lerakódásokat képez a vízvezeték-szerelvényeken, és vízkőlerakódásokat képez a vízmelegítő rendszerekben és készülékekben. Első közelítés szerint ez például egy teáskanna falán észrevehető.
Kemény víz háztartási használatakor a zsírsavak kalcium- és magnézium-sóinak üledékképződése miatt jelentősen megnő a mosó- és szappanfogyasztás, és lelassul az ételek (hús, zöldség stb.) főzési folyamata, ami nem kívánatos. az élelmiszeriparban.
A vízellátó rendszerekben a kemény víz a vízmelegítő berendezések (kazánok, központi vízellátó akkumulátorok stb.) gyors kopásához vezet. A csövek belső falán lerakódó keménységi sók (Ca és Mg hidrokarbonátok), amelyek vízfűtő- és hűtőrendszerekben vízkőlerakódást képeznek, csökkentik az áramlási területet és csökkentik a hőátadást. Keringető vízellátó rendszerekben tilos nagy karbonátkeménységű vizet használni.
Adjon vizet kémiai elemzéshez
Ez a legrégebbi módszer az oxidálhatóság meghatározására. Vízminták savas oldatban kálium-permanganáttal végzett oxidációján alapul (Kubel-módszer). A fenoloxidáció példáján a folyamat a következő diagrammal ábrázolható:
4 MnO 4 - + C 6 H 6 O + 4 H + = 6 CO 2 + 4 Mn 2+ + 5 H 2 O
Tehát pontosan kimért mennyiségű KMnO 4-et vesznek, és oxidációt végeznek. A felesleges permanganátot ezután oxálsavval kötik meg:
2 MnO 4 - + 5 H 2 C 2 O 4 + 6 H+ = Mn 2+ + 10 CO 2 + 8 H 2 O
Ezután a felesleges oxálsavat kálium-permanganáttal halvány rózsaszínre titráljuk.
Ezt a módszert elsősorban ivóvíz és enyhén szennyezett, oxidálható felszíni vizek vizsgálatára alkalmazzák< 10мг О/л. С большей ошибкой можно определять перманганатную окисляемость при окисляемости < 100 мг О/л (при этом пробу предварительно разбавляют).
A KMnO 4 erősebb oxidálószer, mint a K 2 Cr 2 O 7, de a permanganátos oxidáció enyhébb körülményei között (alacsonyabb koncentráció, alacsonyabb forrásidő) sok szerves anyag (alkoholok, ketonok, zsírsavak, aminosavak) nincs hatással A KMnO 4 egyáltalán, vagy kismértékben oxidálódik Egyéb anyagok: fenolok, maleinsav szinte teljesen oxidálódik CO 2 -vé és H 2 O-vá. Ha ilyen szennyező anyagok keveréke van a mintában, akkor nyilvánvalóan nem lehet lerajzolni. következtetés a permanganát felhasználás alapján a tényleges szerves szennyeződés-tartalomról.
A permanganát oxidálhatósága a mintában lévő szerves anyagok valódi oxidálhatóságának 40-60%-a. Az utóbbi időben a permanganát oxidációja egyre inkább átadja helyét a pontosabb KOI-mutató meghatározásának.
Biokémiai oxigénigény (BOD)
A figyelembe vett módszerek lehetővé teszik a szerves szennyező anyagok teljes tartalmának meghatározását, függetlenül attól, hogy természetes körülmények között oxidálhatók-e a mikroorganizmusok. Egy víztest öntisztító képességének felméréséhez ismerni kell a víz biokémiailag lágy anyagtartalmát, pl. mikroorganizmusok által könnyen lebontható anyagok.
A BOI az az elemi oxigén mennyisége mg-ban, amely a vízben lejátszódó biokémiai folyamatok eredményeként aerob körülmények között 1 liter vízben lévő szerves anyagok oxidációjához szükséges. Így a BOD a biokémiailag oxidálható szerves szennyeződések teljes tartalmát tükrözi. Mivel a szerves szennyeződéseket a mikroorganizmusok részben CO 2 -dá oxidálják (oxigénfogyasztással), részben pedig biomassza előállítására használják fel, a BOI mindig kisebb, mint a KOI, még akkor is, ha csak könnyen oxidálható szerves anyagok vannak a vízben.
Számítsuk ki a kazein fajlagos elméleti KOI-ját (TPC sp.):
C 8 H 12 O 3 N 2 + 16 O = 8 CO 2 + 2 NH 3 + 3 H 2 O
M=184 g - 16×16 g
1 mg - TPK ud.
TPK ud. = 16×16/184 = 1,39 mg O/mg kazein
Számítsuk ki a fajlagos elméleti BOD-t (figyelembe véve a mikroorganizmusok proliferációját):
C 8 H 12 O 3 N 2 + 6 O = C 5 H 7 O 2 N + NH 3 + 3 CO 2 + H 2 O
M=184 g - 6×16 g
1 mg – BOD spec.
BOD ud. = 6×16/184 = 0,522
Amint az a fenti példából látható, TPC(COD) > BOD.
Két módszer létezik a BOD kísérleti meghatározására:
Hígítási módszer abban rejlik, hogy a szerves anyagok biokémiai oxidációjának folyamatát a mintatartó palackba juttatott oxigén mennyiségének csökkenése követi nyomon a minta inkubálása során. Ehhez mérjük meg a minta oxigéntartalmát 3,5,10 stb. nap.
A módszer elnevezése onnan ered, hogy a vizsgált vizet tiszta, szerves szennyeződésektől mentes vízzel hígítják fel, így a benne lévő oxigén elegendő minden szerves anyag teljes oxidálásához. Ehhez használja a KOI előzetes meghatározásának eredményeit, feltételesen feltételezve, hogy BOI » ½ KOI. Így található a hozzávetőleges BOD (BOD orient.).
A víz körülbelül 9 mg/l O 2 -t tartalmaz. Ahhoz, hogy az inkubáció után a maradék oxigént kellő pontossággal meg lehessen határozni, legalább 4 ÷ 5 mg/l-nek kell maradnia. Ezért a BOD orientált. osztva, azaz. 5-tel vagy 4-gyel, és keresse meg a kívánt hígítási fokot.
Hígítás után a vizet lombikokba öntjük, és az egyikben meghatározzuk az O 2-tartalmat. A fennmaradó lombikokat sötétben, oxigén nélkül inkubáljuk. Egy adott napon az O2-tartalom meghatározása után a BOD-t az oxigénveszteség határozza meg. A minták inkubációjának időtartamától függően a BOI meghatározásakor különbséget teszünk a BOI 5 (biokémiai oxigénfogyasztás 5 napig) és a teljes BOI között. (teljes biokémiai oxigénfogyasztás).
A felszíni vizek BOI 5 meghatározása a biokémiailag oxidálható szerves anyagok tartalmának, a vízi élőlények életkörülményeinek felmérésére, valamint a vízszennyezettség szerves mutatójaként szolgál (lásd táblázat). A BOI 5 értékeket a szennyvíztisztító telepek hatékonyságának ellenőrzésére is használják.
táblázat BOI 5 értékek változó szennyezettségű tározókban
Megállapítást nyert, hogy amikor a víztesteket viszonylag állandó összetételű és tulajdonságú háztartási szennyvízzel szennyezik, az ötödik inkubációs nap végén a szerves anyagok 70%-os oxidációja következik be, amelyek biokémiai úton oxidálhatók. Ezért korábban indokolt volt a BOI 5 = a teljes BOI 70%-a meghatározása. . Most, amikor biokémiailag nehezen oxidálható, vagy a szerves szennyeződések biokémiai oxidációját gátló anyagok ipari szennyvízzel kerülnek a víztestekbe, a BOI 5 definíciója elveszti értelmét, mert néha az 5. napon a biokémiai oxidáció folyamata még csak most kezdődik (a késleltetési fázis oka lehet a mikroorganizmusok fokozatos alkalmazkodása a mérgező anyagokhoz). Ezért a felügyeleti szolgáltatások a BOD 5 definíciójáról a teljes BOD definíciója felé haladnak. .
A teljes biokémiai oxigénigény (BOD total) a szerves szennyeződések oxidálásához szükséges oxigén mennyisége a nitrifikációs folyamatok megindulása előtt. Az ammónia-nitrogén nitritté és nitráttá történő oxidálásához felhasznált oxigén mennyiségét nem veszik figyelembe a BOI meghatározásakor. A háztartási szennyvízre (jelentős ipari adalékanyagok nélkül) a BOI 20-at határozzuk meg, feltételezve, hogy ez az érték közel van a teljes BOI-hoz.
A BOI pontosabb meghatározásához a mintapalackokban a teljes oxigéntartalmat 5, 7, 10 stb. nap. Amikor az oxigéntartalom változása megáll, határozza meg a teljes oxigénfogyasztást és a teljes BOI értéket. Az ammónia-nitrogén oxidációjához szükséges oxigénfogyasztás megakadályozása érdekében ebben az esetben a mintákhoz egy inhibitort - egy nitrifikáció-gátlót - adnak.
Második módszer abban rejlik, hogy a biokémiai oxidáció folyamatát a minta szervesanyag-tartalmának csökkenése követi nyomon. A KOI a szervesanyag-tartalom mértéke, így a BOI-t az inkubáció előtti és utáni KOI-meghatározás eredményeinek különbsége határozza meg.
A szerves anyagok biokémiai lebontása során részben CO 2 -vé és H 2 O -vá oxidálódnak, részben pedig biomasszává alakulnak. Ha a szerves anyagok mennyiségét a biokémiai oxidáció kezdetén a teljes oxidációjához szükséges oxigén mennyiségével fejezzük ki, pl. a folyékony és a szilárd fázis KOI-értéke az inkubáció elején (KOI n.f. + KOI n.t.), valamint a folyamat végén (oxidálatlan és biomasszává alakult) szervesanyag-tartalma is megjelenik a szükséges oxigén formájában oxidációjukra (KOI k. g. + KOI k.t.), akkor a különbség egyenlő lesz a BOD-val:
BOD = (KOI n.t. + KOI n.t.) - (KOI k.t. + KOI k.t.),
Egy inhibitort (például etilén-tiokarbamidot) is bevezetnek a nitrifikáció visszaszorítására.
Ha az inkubáció elején és végén a KOI-t külön határozzuk meg a folyékony és a szilárd fázisra, akkor a következő mutatók számíthatók ki, amelyek a tesztvíz öntisztító képességét jellemzik:
A = folyadék KOI /COD n.g. - azt fejezi ki, hogy a mintában jelenlévő szerves anyagok mely része egyáltalán nem esik biokémiai oxidációnak.
B = – a biokémiai oxidáció (biomassza növekedés) során képződő biomassza mennyiségét jellemzi.
B = BOD t /KOI n.g. – a biokémiailag lágy anyagok relatív mennyiségét jellemzi.
A t időt a BOD - időgörbe alapján választjuk ki (lásd 2. ábra), kiemelve a legmeredekebb emelkedő szakaszt.
Г = – a biokémiailag kemény szerves anyagok relatív mennyiségét jellemzi.
Az A+B+C+D mutatók összege = 1.
2. ábra. A BOD kinetikája.
A „biokémiailag lágy” és a „biokémiailag kemény” fogalmak szorosan összefüggenek a biokémiai oxidáció sebessége. A biokémiai oxidáció folyamata az elsőrendű reakciók törvényei szerint megy végbe, pl. az oxidáció sebessége arányos a visszamaradó oxidálatlan anyag mennyiségével.
Elméleti rész
A természetes víz egy összetett rendszer, amelyben sok más anyag is jelen van - oldott gázok (O 2, N 2, CO 2), sók ionok formájában Na +, K +, Mg 2+, Ca 2+, Cl –, SO 4 2 – , HCO 3 – stb., valamint élő szervezetek.
A hidroszféra a legtöbb légkörbe és litoszférába kerülő szennyező anyag természetes tárolójaként szolgál. Ennek oka a víz nagy oldóképessége, a víz hidrológiai körforgása a természetben, és az is, hogy a tározók jelentik a végállomást a különféle szennyvizek útján.
A természetes vízbe kétféle hulladék kerülhet (2. ábra):
Természetes – természetes eredetű szerves maradványok (állati ürülék, növényi maradványok stb.);
Antropogén – emberi tevékenységekkel összefüggő hulladék. A víztestek szennyezésének fő forrásai a vas- és színesfémkohászati, vegyipari, cellulóz- és papíripari vállalkozások, könnyűipar, háztartási szennyvíz stb.
A víz minőségének fontos mutatója a benne oldott oxigén mennyisége. A mikroorganizmusok élete (lásd 2. ábra) és a víz öntisztulási képessége közvetlenül függ a víz tartalmától. A vízben élő aerob baktériumok oxigént használnak a vízbe kerülő szerves anyagok oxidálására, mivel táplálékul szolgálnak számukra, energiaigényüket kielégítik. Biológiailag lebonthatónak nevezzük azokat a szerves anyagokat, amelyeket a baktériumok vízben oxidálhatnak.
Az oxidációs folyamat meglehetősen bonyolult. Ennek eredményeként szerves szennyezőanyagai eltűnnek, és a bennük lévő C, H, O, N, S, P elemek oxidált formákká alakulnak át - H 2 O, CO 2, PO 4 3–, SO 4 2–, NO. 3 – (élő szervezetekre nem veszélyes anyagok).
Ha nagy mennyiségű szennyezőanyag van a vízben, akkor az oxidatív reakciók csökkentik a vízben oldott oxigén mennyiségét, és az aerob baktériumokat anaerob baktériumok váltják fel (lásd 2. ábra). Az anaerob baktériumok a szerves anyagokat NH 3-ra, PH 3-ra, H 2 S-re és CH 4 -re bontják. A bomlástermékek minden élő szervezetre mérgezőek és kellemetlen szaguk.
A vízben lévő összes biológiailag lebomló szerves hulladék oxidálásához szükséges oldott O 2 mennyiségét biokémiai oxigénigénynek (BOD) nevezzük. A BOI érték meghatározása a következőképpen történik: a mintát oxigénnel telítjük, és mennyiségét (t = 20 0 C-on) közvetlenül a telítés után és 5 (vagy 20 nap) után határozzuk meg. Az ezen értékek közötti különbség a BOD 5-nek (vagy BOD 20-nak) felel meg. Meg kell határozni a teljes biokémiai oxigénfogyasztást is - BOD TOTAL.
Az oxigén maximális oldhatósága vízben 20 0 C-on ~ 9 mg/dm 3, és a BOI ÖSSZESEN (az ivóvízminőségi szabványok szerint) nem haladhatja meg a 3 mgO 2 / dm 3 H 2 O értéket. Minél magasabb a BOI, annál szerves és egyéb biológiailag lebomló anyagokkal szennyezettebb a víz.
Egyre több olyan anyag jelenik meg a vízben, amely biológiailag nem lebontható (például szerves oldószerek), és ezért nem rögzíti a BOI mutató. Ezenkívül a BOI meghatározása természetes vízben összetett és időigényes feladat.
Ezért egyszerűbb indirekt módszereket alkalmaznak. A szennyező anyagok oxidálására kémiai oxidálószereket használnak - kálium-permanganátot (KMnO 4) vagy kálium-bikromátot (K 2 Cr 2 O 7), amelyek elfogyasztott mennyiségét egyenértékű mennyiségű oxigénné (O 2) alakítják át.
Ennek megfelelően megkülönböztetik permanganátÉs bikromát oxidálhatóság .
Oxidálhatóság feltételes érték, amely a víz különféle, elsősorban szerves eredetű, könnyen oxidálódó anyagokkal való szennyezettségét jellemzi. Megmutatja, hogy hány milligramm oxigénre van szükség az egy liter vízben lévő szennyező anyagok (mgO 2 / dm 3 H 2 O) oxidálásához. Tiszta forrás- és artézi vizekben az oxidálhatóság általában 1,0-2,0 mgO 2 /dm 3. A nyílt tározók vizében az oxidálhatóság 6-8 mgO 2 /dm 3 H 2 O-ra nő, a mocsári eredetű vizekben érve el magasabb értéket.
A permanganát oxidációja az ivóvíz, valamint a folyóvíz jellemzője, védve az ipari hulladék behatolásától.
A víz akkor tekinthető háztartási és ivási célra alkalmasnak, ha permanganátos oxidálhatósága nem haladja meg az 5,0 mgO 2 / dm 3 H 2 O értéket (t = 25 0 C-on).
Ha a vizet ipari hulladékok szennyezik, a permanganát oxidációja nem tükrözi a víz teljes szerves szennyezőanyag-tartalmát. Ebben az esetben meghatározzák a dikromát oxidálhatóságát, amit kémiai oxigénigénynek (KOI) nevezünk.
KÍSÉRLETI RÉSZ
Munka téma"A víz permanganátos oxidációjának meghatározása."
A munka célja– a víz szerves szennyezőanyag-tartalmának vizsgálata.
A meghatározás azon alapul, hogy a kálium-permanganát (KMnO 4) erős oxidálószerként savas környezetben reagál redukálószerekkel (szerves anyagok, vas(II)-sók, nitrátok stb.) az egyenletnek megfelelően:
MnO 4 – + 8Н + + 5ē = Mn 2 + + 4H 2 O (1)
lila színtelen
A szennyező anyagok oxidációja után visszamaradó KMnO 4 felesleg a bejuttatott oxálsavval (H 2 C 2 O 4) reagál az egyenlet szerint.
2MnO 4 – + 5С 2 О 4 2– + 16Н + = 2Mn 2+ + 10СО 2 + 8H 2 O (2)
A (2) nem reagáló oxálsavat kálium-permanganáttal (KMnO4) titráljuk az 1. reakció szerint.
A kísérlet végrehajtása
1. Mérjünk ki 100 cm 3 tesztvízből (V H 2 O ISSL) egy hengerrel, és öntsük át egy 250 cm 3 űrtartalmú Erlenmeyer-lombikba.
2. Adjunk a vízhez 5 cm 3 H 2 SO 4 (1:2) kénsavoldatot.
3. Öntsünk bürettából 20 cm 3 0,01 mol-ekvivalens/dm 3 koncentrációjú kálium-permanganát oldatot. Jelöljük ezt a térfogatot V 1 -nek.
4. Fedjük le a lombikot egy tölcsérrel, forraljuk fel, és forraljuk 10 percig. Forraláskor az (1) egyenlet szerint a szennyező anyagok oxidációs folyamata megy végbe, aminek következtében az oldat könnyebbé válik.
5. Vegye ki a lombikot a fűtőberendezésből, és adjon hozzá 20 cm 3 0,01 mol-eq/dm 3 koncentrációjú oxálsavoldatot. Az oldat elszíneződik, amikor az oxálsav a (2) egyenlet szerint reagál a KMnO 4 feleslegével.
6. Titrálja a fehérített forró oldatot kálium-permanganát oldattal, amíg stabil halványrózsaszín meg nem jelenik.
Határozzuk meg a titráláshoz felhasznált KMnO 4 térfogatát, amelyet V 2 -ként jelölünk!
Így Ön kétszer használt kálium-permanganátot, így a teljes térfogata V összesen = V 1 + V 2, mert A KMnO 4 a szerves vízszennyezők oxidációjához és 20 cm 3 oxálsav oxidációjához egyaránt felhasználódik.
Az oxidálhatóság meghatározásához figyelembe kell venni a kálium-permanganát felhasználását csak a vízben lévő szerves szennyeződések oxidációjához. Ezért külön kísérletben kell meghatározni a 20 cm 3 oxidációjához szükséges kálium-permanganát térfogatát oxálsav.
Ehhez hajtsa végre a következő kísérletet:
1. Mérjünk ki 100 cm 3 desztillált vizet (V DIS) egy hengerrel, és öntsük át egy 250 cm 3 -es Erlenmeyer-lombikba.
2. Adjunk hozzá 5 cm 3 H 2 SO 4-et (1:3) a vízhez, és melegítsük fel az oldatot 50-60 0 C-ra.
3. Vegye ki a lombikot a fűtőkészülékből.
4. Adjunk a lombikba 20 cm 3 0,01 mol-eq/dm 3 koncentrációjú oxálsav-oldatot, és titráljuk kálium-permanganát oldattal stabil halványrózsaszínre.
Határozza meg az oldat titrálására fordított KMnO 4 (V 3) térfogatát.
A kísérlet eredményeinek rögzítése
A kálium-permanganát erős oxidálószer, ezért oldatának koncentrációja idővel változik, és az egyenértékek törvénye alapján kell kiszámítani:
Számítsa ki X víz permanganát oxidálhatóságát (mgO 2 /dm 3 H 2 O) a következő képlettel:
ahol 8 az oxigén ekvivalens tömege
A következtetésben adjon le következtetést a vizsgált víz minőségére vonatkozóan a benne lévő szerves szennyező anyagok tekintetében a számított oxidálhatósági érték alapján.
A tudás önkontrollának kérdései
1. Milyen a természetes víz minőségi összetétele?
2. Nevezze meg a természetes víztestek szennyezésének forrásait és módjait!
3. Adja meg az aerob és anaerob baktériumok fogalmát, és jellemezze szerepüket a vízi ökoszisztémákban!
4. Nevezhető-e a különböző anyagok aerob baktériumok általi oxidációja a vízi ökoszisztémák öntisztulási folyamatának?
5. Milyen változások kapcsolódnak a vízi ökoszisztémákban az emberi gazdasági tevékenységhez?
6. Miért a természetes víz minőségének egyik kritériuma a benne oldott oxigén mennyisége?
7. Ismertesse meg a BOI, BOI 5, BOI 20 és KOI vízminőségi mutatók fogalmát. mi a különbségük?
8. Mi az oxidálhatóság? Mit mutat az oxidációs érték?
9. Mi a permanganátos oxidációs módszer lényege, és milyen víz minőségének meghatározása?
5. számú munkakör
Savas csapadék
Elméleti rész
Az egyik környezeti probléma a környezet növekvő savassága.
A savas kiválás fő forrásai a kén- és nitrogénvegyületek. A kén ásványi anyagokban, például szénben, olajban, vasban, rézben és más ércekben található. Egy részüket tüzelőanyagként használják fel, másokat a vegyiparba és a kohászati iparba küldenek feldolgozásra. Fémércek pörkölésekor és fosszilis tüzelőanyagok elégetésekor a kén SO 2 és SO 3 kén-oxidokká oxidálódik, amelyek a légkörben lévő vízgőzzel egyesülve savakat képeznek - kénes és kénes:
SO 2 + H 2 O ® H 2 SO 3,
SO 3 + H 2 O ® H 2 SO 4
A kéntartalmú vegyületek természetes forrása a vulkánkitörés. A vulkánkitörések során a kén-dioxid (SO 2 ) dominál, valamint a szulfátok aeroszolok és szilárd részecskék formájában kisebb mennyiségben jutnak a légkörbe. Évente 4-16 millió tonna kénvegyület (SO 2 -ben kifejezve) szabadul fel világszerte a vulkáni tevékenység következtében.
A nitrogénvegyületek fő forrása az üzemanyag égési folyamata. Például a gépjárművek kipufogógázai 93%-ban nitrogén-monoxidot (NO) tartalmaznak, amely a légkörben végbemenő kémiai reakciók eredményeként nitrogén-dioxiddá (NO2) alakul, amely vízzel nitrogén- és salétromsavat képez.
2NO 2 + H 2 O ® HNO 3 + HNO 2
3HNO 2 ® HNO 3 + 2NO + H 2 O
A természetes nitrogénforrások közé tartozik a talajbaktériumok tevékenysége, az erdőtüzek, a zivatarok és a villámlás.
A savas kicsapás fő összetevői a kénsav és a salétromsav.
A környezet savasságának mennyiségi jellemzője a pH érték - a hidrogénionok koncentrációjának logaritmusa (mol/dm 3), ellenkező előjellel, pH = – log.
Savas környezetben 0<рН< 7, в щелочной - 7< рН< 14, в нейтральной – рН=7.
A tiszta esővíznek enyhén savas környezete van a szén-dioxid CO 2 feloldódása miatt:
2CO 2 + H 2 O « H 2 CO 3 « H + + HCO 3 – ,
és pH-ja ≈ 5,5 - 5,6. Az 5,5-nél kisebb pH-jú üledékeket nevezzük savas.
A savas csapadék környezeti, gazdasági és esztétikai károkat okoz.
A savas csapadék hatására az ökoszisztémák egyensúlya megbomlik, csökken a mezőgazdasági növények termőképessége és a talaj termékenysége, rozsdásodnak a fémszerkezetek, az épületek, építmények, építészeti emlékek tönkremennek.
A savas csapadék feloldja a nehézfémeket és vegyületeiket a talajban, aminek következtében a növények felszívják és a táplálékláncokon keresztül szintről szintre továbbítják. A nehézfémvegyületek (higany, ólom, kadmium, réz stb.) szervezetbe jutása különféle kóros elváltozásokhoz vezethet. Különösen megzavarják a fehérjék szerkezetét és funkcióikat.
A tudósok bebizonyították az alumínium mérgező hatását, amely negatív hatással van a növényekre, állatokra és emberekre. Az alumínium az agyagos talajok alkotórésze átlagos savasság mellett, enyhén oldódó, nem mérgező formában található meg. A talaj savasságának növekedésével az alumíniumvegyületek feloldódnak, mérgező vegyületek képződnek, amelyek elpusztítják a gyökérrendszert, és a táplálkozási folyamat megzavarodik.
A pH változása mélyreható biokémiai változásokat von maga után a vízi ökoszisztémákban. Sok élőlény kipusztul, mert nem tud savas környezetben szaporodni. 6,0–5,0 pH-értéken a fehérhal, a pisztráng, a szürkehal, a lazac, a süllő és a csuka elpusztul. 4,5 alatti pH-értéknél a tó vizében a mikroorganizmusok kihalnak, anaerob (oxigénmentes) folyamatok alakulnak ki metán és kénhidrogén felszabadulásával.
A savas csapadék lassan feloldja a márvány és mészkő szerkezeteket. Fennáll a veszélye a műalkotások teljes elvesztésének a következő 15-20 évben.
KÍSÉRLETI RÉSZ
Munka téma"Savas csapadék."
A munka célja– a légköri csapadék pH-értékének meghatározása és a savas csapadék élő szervezetekre és építészeti struktúrákra gyakorolt hatásának vizsgálata.
Előző cikk: Mekkora a fénysebesség Következő cikk: Harmonikus rezgések Az oszcillációs frekvencia fizikai képlete