Главная Обратная связь

Дисциплины:

Архитектура (936)
Биология (6393)
География (744)
История (25)
Компьютеры (1497)
Кулинария (2184)
Культура (3938)
Литература (5778)
Математика (5918)
Медицина (9278)
Механика (2776)
Образование (13883)
Политика (26404)
Правоведение (321)
Психология (56518)
Религия (1833)
Социология (23400)
Спорт (2350)
Строительство (17942)
Технология (5741)
Транспорт (14634)
Физика (1043)
Философия (440)
Финансы (17336)
Химия (4931)
Экология (6055)
Экономика (9200)
Электроника (7621)






Химическое потребление кислорода



Для оценки загрязнения воды органическими соединениями используется величина БПК, однако, для определения БПК необходимо 5 суток, а иногда данные требуются гораздо быстрее. В этом случае вместо микроорганизмов для окисления органических веществ используют бихромат калия в присутствии серной кислоты (при нагревании). Эта смесь окисляет практически все органические вещества, содержащиеся в загрязненной воде. Величину, характеризующую содержание в воде органических веществ, окисляемых одним из сильных химических окислителей при определенных условиях, называют химическим потреблением кислорода (ХПК) или окисляемостью воды. ХПК выражается в миллиграммах кислорода, пошедшего на окисление веществ, содержащихся в 1 дм3 воды. Метод определения – титриметрический.

В соответствии с требованиями к составу и свойствам воды водоемов у пунктов питьевого водопользования величина ХПК не должна превышать 15 мг О2/дм3; в зонах рекреации в водных объектах допускается величина ХПК до 30 мг О2/дм3.

Растворенный кислород

Растворенный кислород находится в природной воде в виде молекул O2. На его содержание в воде влияют две группы противоположно направленных процессов: одни увеличивают концентрацию кислорода, другие уменьшают ее. К первой группе процессов, обогащающих воду кислородом, следует отнести:

- процесс абсорбции кислорода из атмосферы;

- выделение кислорода водной растительностью в процессе фотосинтеза;

- поступление в водоемы с дождевыми и снеговыми водами, которые обычно пересыщены кислородом.

Абсорбция кислорода из атмосферы происходит на поверхности водного объекта. Скорость этого процесса повышается с понижением температуры, с повышением давления и понижением минерализации. Аэрация – обогащение глубинных слоев воды кислородом – происходит в результате перемешивания водных масс, в том числе ветрового, вертикальной температурной циркуляции и т.д.

Выделение кислорода в результате фотосинтеза происходит при ассимиляции диоксида углерода водной растительностью (прикрепленными, плавающими растениями и фитопланктоном). Процесс фотосинтеза протекает тем сильнее, чем выше температура воды, интенсивность солнечного освещения и больше биогенных (питательных) веществ (P, N и др.) в воде. Продуцирование кислорода происходит в поверхностном слое водоема, глубина которого зависит от прозрачности воды (для каждого водоема и сезона может быть различной, от нескольких сантиметров до нескольких десятков метров).



К группе процессов, уменьшающих содержание кислорода в воде, относятся реакции потребления его на окисление органических веществ: биологическое (дыхание организмов), биохимическое (дыхание бактерий, расход кислорода при разложении органических веществ) и химическое (окисление Fe2+, Mn2+, NO2-, NH4+, CH4, H2S). Скорость потребления кислорода увеличивается с повышением температуры, количества бактерий и других водных организмов и веществ, подвергающихся химическому и биохимическому окислению. Кроме того, уменьшение содержания кислорода в воде может происходить вследствие выделения его в атмосферу из поверхностных слоев и только в том случае, если вода при данных температуре и давлении окажется пересыщенной кислородом.

В поверхностных водах содержание растворенного кислорода варьирует в широких пределах – от 0 до 14 мг/дм3 – и подвержено сезонным и суточным колебаниям. Суточные колебания зависят от интенсивности процессов его продуцирования и потребления и могут достигать 2,5 мг/дм3 растворенного кислорода. Дефицит кислорода чаще наблюдается в водных объектах с высокими концентрациями загрязняющих органических веществ и в эвтрофированных водоемах, содержащих большое количество биогенных и гумусовых веществ.

Концентрация кислорода определяет величину окислительно-восстановительного потенциала и в значительной мере направление и скорость процессов химического и биохимического окисления органических и неорганических соединений. Кислородный режим оказывает глубокое влияние на жизнь водоема. Минимальное содержание растворенного кислорода, обеспечивающее нормальное развитие рыб, составляет около 5 мг/дм3. Понижение его до 2 мг/дм3 вызывает массовую гибель (замор) рыбы.



Содержание кислорода в водоемах с различной степенью загрязненности

Уровень загрязненности воды и класс качества Растворенный кислород
лето, мг/дм3 зима, мг/дм3 % насыщения
Очень чистые, I 14–13
Чистые, II 12–11
Умеренно загрязненные, III 7–6 10–9
Загрязненные, IV 5–4 5–4
Грязные, V 3–2 5–1
Очень грязные, VI

 

Относительное содержание кислорода в воде, выраженное в процентах его нормального содержания, называется степенью насыщения кислородом. Эта величина зависит от температуры воды, атмосферного давления и солености. Вычисляется по формуле:

M = ,

где M – степень насыщения воды кислородом, %; а – концентрация кислорода, мг/дм3; Р – атмосферное давление в данной местности, Па; N – нормальная концентрация кислорода при данной температуре, минерализации (солености) и общем давлении 101308 Па.

В соответствии с требованиями к составу и свойствам воды водоемов у пунктов питьевого и санитарного водопользования содержание растворенного кислорода в пробе, отобранной до 12 часов дня, не должно быть ниже 4 мг/дм3 в любой период года; для водоемов рыбохозяйственного назначения концентрация растворенного в воде кислорода не должна быть ниже 4 мг/дм3 в зимний период (при ледоставе) и 6 мг/дм3 – в летний.

Электропроводность

Электропроводность – способность водного раствора проводить электрический ток. Электрическая проводимость природной воды зависит в основном от концентрации растворенных минеральных солей и температуры. Природные воды представляют в основном смешанные растворы сильных электролитов. Минеральную часть воды составляют ионы Na+, K+, Ca2+, Cl-, SO42-, HCO3-. Этими ионами и обуславливается электропроводность природных вод. По значениям электропроводности природной воды можно приближенно судить о минерализации воды. Удельная электропроводность – удобный суммарный индикаторный показатель антропогенного воздействия и используется в программах наблюдений за состоянием водной среды.

Нормируемые величины минерализации приблизительно соответствуют удельной электропроводности 2 мСм/см (1000 мг/дм3) и 3 мСм/см (1500 мг/дм3) в случае как хлоридной (в пересчете на NaCl), так и карбонатной (в пересчете на CaCO3) минерализации.

Окислительно-восстановительный потенциал (Eh)

Окислительно-восстановительный потенциал (Eh) является мерой химической активности элементов или их соединений в обратимых химических процессах, связанных с изменением заряда ионов в растворах.

В природной воде значение Eh колеблется от –400 до +700 мВ, определяется всей совокупностью происходящих в ней окислительных и восстановительных процессов, в условиях равновесия характеризует среду сразу относительно всех элементов, имеющих переменную валентность.

Изучение редокс-потенциала позволяет выявить природные среды, в которых возможно существование химических элементов с переменной валентностью в определенной форме, а также выделить условия, при которых возможна миграция металлов.

Различают несколько основных типов геохимических обстановок в природных водах:

· окислительный типЕh =+(100–150) мВ, характеризуется присутствием свободного O2, а также целого ряда элементов в высшей форме своей валентности (Fe3+, Mo6+, As5-, V5+, Cu2+, Pb4+);

· переходный окислительно-восстановительный типЕh =+(100–0) мВ, характеризуется неустойчивым геохимическим режимом и переменным содержанием Н2S и O2. В этих условиях протекает как слабое окисление, так и слабое восстановление целого ряда металлов;

· восстановительный – характеризуемый отрицательными значениями Еh. В подземных водах присутствуют металлы низких степеней валентности (Fe2+, Mn2+, Mo4+, V4+), а также Н2S.

Нефтепродукты в гидросфере

Нефтепродукты относятся к числу наиболее распространенных и опасных веществ, загрязняющих поверхностные воды. Нефть и продукты ее переработки представляют собой чрезвычайно сложную, непостоянную и разнообразную смесь веществ: низко- и высокомолекулярные предельные, непредельные алифатические, нафтеновые, ароматические углеводороды, кислородные, азотистые, сернистые соединения, а также ненасыщенные гетероциклические соединения типа смол, асфальтенов, ангидридов, асфальтеновых кислот.

Метановые углеводороды - сильнейшие наркотические вещества. Находясь в почвах, водной и воздушной средах, они оказывают сильное токсическое действие на живые организмы. Особенно быстро действуют нормальные алканы с короткой углеродной цепью. Эти углеводороды лучше растворяются в воде, легко проникают в клетки организмов через мембраны и дезорганизуют цитоплазменные мембраны организма. Ароматические моноядерные углеводороды (бензол и его гомологи) и полициклические ароматические углеводороды - наиболее токсичные компоненты нефти. В воде в концентрации всего 1% они убивают все растения.

Нефтепродукты находятся в различных миграционных формах: растворенной, эмульгированной, сорбированной на твердых частицах взвесей и донных отложений, в виде пленки на поверхности воды. Обычно в момент поступления масса нефтепродуктов сосредоточена в пленке. По мере удаления от источника загрязнения происходит перераспределение между основными формами миграции, направленное в сторону повышения доли растворенных, эмульгированных, сорбированных нефтепродуктов. Количественное соотношение этих форм определяется комплексом факторов, важнейшими из которых являются условия поступления нефтепродуктов в водный объект, расстояние от места сброса, скорость течения и перемешивания водных масс, характер и степень загрязненности природных вод, а также состав нефтепродуктов, их вязкость, растворимость, плотность, температура кипения компонентов.

В незагрязненных нефтепродуктами водных объектах концентрация естественных углеводородов может колебаться в морских водах от 0,01 до 0,10 мг/дм3 и выше, в речных и озерных водах от 0,01 до 0,20 мг/дм3, иногда достигая 1-1,5 мг/дм3. Содержание естественных углеводородов определяется трофическим статусом водоема и в значительной мере зависит от биологической ситуации в водоеме.

В присутствии нефтепродуктов вода приобретает специфический вкус и запах, изменяется ее цвет, рН, ухудшается газообмен с атмосферой.

ПДКв нефтепродуктов составляет 0,3 мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности - органолептический), ПДКвр = 0,05 мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности - рыбохозяйственный). Присутствие канцерогенных углеводородов в воде недопустимо.

Для определения нефтепродуктов в лабораторных условиях используют следующие методы контроля: турбидихроматографический, адсорбционно-люминесцентный, метод газовой хроматографии, гравиметрический, метод ИК-спектрофотометрии. Определяют, как правило, сумму растворенных, эмульгированных и сорбированных неполярных и малополярных углеводородов, растворимых в неполярных органических растворителях.

Турбидихроматографический метод рекомендуется для определения нефтепродуктов в городских сточных водах, содержащих большое количество примесей. Сущность метода заключается в экстракции эмульгированных и растворенных нефтепродуктов из воды четыреххлористым углеродом, отделении смол и асфальтенов от углеводородов в тонком слое силикагеля при использовании гексана в качестве подвижного растворителя, растворении хроматографической зоны нефтепродуктов вместе с силикагелем в диэтиловом эфире, приготовлении эмульсии нефтепродуктов в водно-желатиновом растворе, измерении уменьшения светового потока эмульсией нефтепродуктов.

Адсорбционно-люминесцентный метод основан на экстракции нефтепродуктов из воды четыреххлористым углеродом, отделении полярных соединений сорбцией на оксиде алюминия и измерении люминесценции нефтепродуктов в органической фазе на флуориметре.

Метод газовой хроматографии основан на экстракции нефтепродуктов из сточных вод гексаном и последующем газохроматографическом исследовании. Метод используется для определения суммарного содержания, а также типов нефтепродуктов в сточных водах.

Сущность гравиметрического метода заключается в экстракции эмульгированных, растворенных и сорбированных на взвешенных частицах нефтепродуктов из воды четыреххлористым углеродом, отделении нефтепродуктов от полярных органических веществ на хроматографической колонке, заполненной оксидом алюминия, полном испарении растворителя и количественном определении нефтепродуктов путем взвешивания.

Сущность метода ИК-спектрофотометрии заключается в экстракции эмульгированных и растворенных нефтепродуктов из воды четыреххлористым углеродом, отделении из экстракта полярных соединений на хроматографической колонке, заполненной оксидом алюминия, измерении поглощения элюатом инфракрасного излучения. В качестве стандартных растворов для построения градуировочного графика используют смесь углеводородов: бензола, изооктана и гексадекана.

Отбор проб

Пробы воды отбирают в соответствии с ГОСТ 17.1.4.01-80 “Охрана природы. Гидросфера. Общие требования к методам определения нефтепродуктов в природных и сточных водах”. При концентрациях нефтепродуктов от 0,3 от 0,3 мг/дм3 отбирают 3 дм3 пробы в стеклянный сосуд вместимостью 3 дм3; при концентрациях от 3 до 10 мг/дм3 - 2 дм3 пробы в стеклянный сосуд вместимостью 2 дм3; при концентрациях от 10 до 100 мг/дм3 отбирают 1 дм3 пробы в стеклянный сосуд вместимостью 1 дм3. С целью исключения возможных потерь нефтепродуктов за счет сорбции на стенках сосуда, используют для анализа весь объем отобранной пробы. Для выполнения двух параллельных определений проба отбирается в два сосуда одинаковой вместимости. Экстракция нефтепродуктов из воды производится не позднее 3 часов после отбора. При невозможности проведения экстракции в указанный срок, пробу консервируют добавлением 2 см3 концентрированной серной кислоты или 10 см3 четыреххлористого углерода на 1 дм3 пробы. Срок хранения экстрактов не должен превышать 10 месяцев, консервированных проб - 1 месяц.


Эта страница нарушает авторские права

allrefrs.ru - 2017 год. Все права принадлежат их авторам!