INSTYTUT TECHNOLOGII NIEORGANICZNEJ I NAWOZÓW MINERALNYCH

WYDZIAŁ CHEMICZNY

POLITECHNIKA WROCŁAWSKA

KONTROLA JAKOŚCI SUROWCÓW I PRODUKTÓW

Ćwiczenie nr 1. Kontrola jakości wody

Spis treści: strona

1. Wprowadzenie 2

2. Podstawowe wskaźniki charakteryzujące jakość wód 2

3. Analiza wody do picia i na potrzeby gospodarcze 5

4. Analiza wody kotłowej i do celów energetycznych 5

5. Analiza ścieków 6

6. Sposób wykonania oznaczeń 6

Wrocław 2014

1. Wprowadzenie

Woda jest jednym z podstawowych elementów środowiska, w którym żyjemy. Pod względem chemicznym oznacza substancję o wzorze H₂O. Jednak woda występująca w przyrodzie nie jest czystą chemicznie substancją, lecz wodnym roztworem różnych związków nieorganicznych i organicznych. Substancje rozpuszczone w wodzie pochodzą ze źródeł naturalnych lub są wprowadzone do wód w wyniku działalności człowieka (ścieki). Do najważniejszych przyczyn zanieczyszczeń wód należy zaliczyć rozwój przemysłu i rolnictwa oraz procesy demograficzne.

Przeciętną, przybliżoną zawartość kationów i anionów, występującą w największych ilościach w naturalnych wodach powierzchniowych, przedstawiono w tabeli 1.

Tabela 1.

Kationy		Aniony
Wzór chemiczny	Stężenie, mg/dm^3	Wzór chemiczny	Stężenie, mg/dm^3
Ca^2+	70	HCO3^-	150
Mg^2+	24	SO4^2-	40
Na^+	15	Cl^-	20
K^+	10	NO3^-	3
Fe^2+ i Mn^2+	do 1

Oprócz rozpuszczonych soli, przedstawionych w tabeli 1, woda zawiera rozpuszczone gazy, takie jak CO₂ i O₂, a także zawiesiny, jak Fe(OH)₃, MnO₂ i SiO₂.

Woda stanowi nie tylko ważny element naturalnego środowiska, lecz posiada bardzo istotne znaczenie gospodarcze, ze względu na jej szerokie zastosowanie w przemyśle, w gospodarce rolnej i leśnej, a także w gospodarstwach domowych.

Do celów przemysłowych i komunalnych używane są wody powierzchniowe i gruntowe. Tylko w niewielu przypadkach woda pobierana ze źródła nadaje się bezpośrednio do użycia - zwykle należy ją przed użyciem uzdatnić. Stosowane są różne metody oczyszczania wody. Zwykle najtrudniejsze do uzdatniania są wody zawierające znaczne ilości substancji organicznych.

W zależności od zastosowania, woda musi spełniać odpowiednie wymogi ujęte w normach. Szcze­gólnie wysokie wymagania stawiane są wodzie stosowanej w energetyce. Jakość użytej wody decyduje często nie tylko o wskaźnikach ekonomicznych produkcji, ale wpływa również w istotny sposób na trwałość oraz niezawodność aparatów i urządzeń.

2. Podstawowe wskaźniki charakteryzujące jakość wód

Do podstawowych wskaźników charakteryzujących właściwości fizyczne wody należą:

temperatura, mętność (przezroczystość), barwa, smak, zapach oraz przewodnictwo elektryczne.

Skład chemiczny wód charakteryzuje znacznie więcej składników, do których należy zaliczyć:
suchą pozostałość, zawiesiny, wartość pH, zasadowość, kwasowość, twardość, utlenialność, zawartość rozpuszczonego ditlenku węgla i tlenu, BZT-5, ChZT, zawartość chlorków, siarczanów, związków azotowych, metali ciężkich i inne. W celu określenia przydatności wody do różnego rodzaju zastosowań lub określenia intensywności jej oddziaływania na różnego rodzaju urządzenia, wykonuje się analizy wody. Ilość i rodzaj oznaczeń są zależne od celu badań wody.

Jednym z podstawowych wskaźników jakości wody jest tzw. sucha pozostałość, tj. pozostałość po odparowaniu wody w temp. 105ºC, wyrażona w miligramach na dm³ wody. Daje ona wskazówki o ogólnej zawartości ciał stałych w wodzie (organicznych i nieorganicznych, rozpuszczonych oraz zawiesin, ulegających i nie ulegających rozkładowi podczas prażenia). Np. dla wód wodociągowych sucha pozostałość nie powinna przekraczać 500 mg/dm³, a dla wody używanej do przygotowywania betonów - 5000 mg/dm³.

Zawarte w wodzie domieszki (składniki naturalne) i zanieczyszczenia nadają wodzie inne właściwości, niż posiada czysty związek chemiczny H₂O. W wyniku dysocjacji elektrolitycznej wody powstają jony H₃O⁺ i OH^-. W wodzie nie zawierającej domieszek stężenia tych jonów są sobie równe
i w temp. 22ºC wynoszą po 10^-7 mol/dm³. Wartość pH takiej wody wynosi 7,0, a przewodność właściwa wynosi 4·10^-8 S/cm. Wartość pH wód naturalnych jest zawarta najczęściej w granicach 6,5-8,5, a przewodność właściwa w granicach 3,3·10^-4 - 1,3·10^-3 S/cm. Różnice te są spowodowane przede wszystkim zawartością CO₂ oraz soli kwasu węglowego w wodzie. Dzięki ich obecności wody naturalne wykazują zdolność zobojętniania mocnych kwasów (zasadowość) oraz mocnych zasad (kwasowość).

Rozróżnia się dwa rodzaje kwasowości (mineralna i węglanowa) oraz dwa rodzaje zasadowości wód (zasadowość F - oznaczana wobec fenoloftaleiny i M - oznaczana wobec metyloranżu). Zależności pomiędzy obecnością w wodzie różnych domieszek, a wartością pH oraz poszczególnymi rodzajami kwasowości i zasadowości, przedstawiono w tabeli 2. W tabeli tej podano również reakcje zachodzące przy oznaczaniu zasadowości i kwasowości.

Tabela 2. Wpływ domieszek na odczyn i właściwości wody

Wartość pH	4,6 8,3
Rodzaj wskaźnika	Metyloranż Fenoloftaleina
Kolor roztworu	różowożółty← | →żółty bezbarwny← | →czerwony
Rodzaj zasadowości	Zasadowość M
		Zasadowość F
Domieszki powodujące zasadowość		HCO3^-	CO3^2- CO3^2- + HCO3^- CO3^2- + OH^- OH^-
Reakcje podczas oznaczania zasadowości		HCO3^- + H^+ = H2CO3 = H2O + CO2	OH^- +H^+ = H2O CO3^2- + H^+ = HCO3^-
Rodzaj kwasowości	kwasowość ogólna
		kwasowość mineralna kwasowość węglanowa
Domieszki powodujące kwasowość	silne kwasy miner. (HCl, H2SO4), hydrolizujące sole silnych kw. i słabych zasad (np. FeSO4)	CO2, (H2CO3)*, kwasy organiczne
Reakcje podczas oznaczania kwasowości	H^+ + OH^- = H2O	CO2 + OH^- =HCO3^-

* H₂CO₃ stanowi nieznaczną część CO₂ rozpuszczonego w wodzie.

Rys. 1. Charakterystyka ditlenku węgla występującego w wodach naturalnych.

Ditlenek węgla, wodorowęglany i węglany zawarte w wodach naturalnych, pochodzą z atmosfery, z procesów mineralizacji związków organicznych oraz z procesów rozpuszczania skał węglanowych.

Do określenia łącznej zawartości CO₂ H₂CO₃, HCO₃^- i CO₃^2- w wodzie używa się pojęcia ogólny ditlenek węgla. Schemat układu rodzajów ditlenku węgla w wodach naturalnych przedstawiono na rys. 1. Związany ditlenek węgla występuje w postaci jonów CO₃^2- i HCO₃^-, natomiast wolny ditlenek węgla - w postaci H₂CO₃ (ok. 1%) i rozpuszczonego CO₂ w wodzie (ok. 99%). Część wolnego ditlenku węgla, niezbędna do utrzymania w roztworze rozpuszczonego Ca(HCO₃)₂ nazywa się ditlenkiem węgla przynależnym (równowaga węglanowo - wapniowa), natomiast pozostała część ditlenku węgla wolnego to ditlenek węgla agresywny w stosunku do betonów i metali. Równowagę węglanowo - wapniową opisują równania (1) i (2):

Ca(HCO₃)₂ ↔CaCO₃↓ + H₂O +CO₂↑ (1)

(2)

Z równania (2) wynika, że stężenie ditlenku węgla przynależnego jest wprost proporcjonalne
do stężenia jonów wodorowęglanowych. Ditlenek węgla agresywny (różnica między CO₂ ogólnym
i przynależnym) jest zdolny do reakcji z CaCO₃, będącym składnikiem betonu. Przebieg tej reakcji powoduje tzw. korozję węglanową betonu [reakcja (1) przebiega wtedy w lewą stronę].

Jednym z podstawowych wskaźników charakteryzujących wodę jest jej twardość. Twardość wody jest powodowana obecnością kationów wieloładunkowych, głównie wapnia i magnezu, które zdolne są do tworzenia kamienia kotłowego oraz trudnorozpuszczalnych soli kwasów tłuszczowych w reakcji z mydłami. W wodach naturalnych i pitnych dominują jony Ca²⁺ i Mg²⁺, natomiast inne kationy, takie jak Fe²⁺, Mn²⁺, Zn²⁺, Cu²⁺ powodujące twardość, występują w znacznie mniejszych ilościach. Rozróżnia się więc twardość wapniową, magnezową oraz twardość ogólną, będącą sumą twardości wywołanej przez wszystkie kationy wieloładunkowe.

Podczas ogrzewania wody zawarte w niej wodorowęglany rozkładają się wg równań reakcji:

Ca(HCO₃)₂ = CaCO₃↓ + H₂O + CO₂↑ (3)

Mg(HCO₃)₂ = MgCO₃↓ + H₂O + CO₂↑ (4)

MgCO₃+ H₂O = Mg(OH)₂↓ + CO₂↑ (5)

Powstający w wyniku tych reakcji węglan wapniowy i wodorotlenek magnezowy oraz mogący się tworzyć siarczan wapniowy (gips), osadzają się na ściankach urządzeń grzewczych, w wyniku czego tworzy się tzw. kamień kotłowy.

Oprócz wodorowęglanów, w wodach naturalnych w największych ilościach występują chlorki
i siarczany. Przedostają się one do wody wskutek wymywania ze skał osadowych, a także w wyniku utleniania siarczków metali ciężkich. Obecność siarczanu wapnia w wodach przemysłowych jest niepożądana, gdyż powoduje on powstawanie szczególnie twardego kamienia kotłowego. Ponadto obecność chlorków i siarczanów nadaje wodzie charakter agresywny wobec stali, a siarczany zawarte w wodzie gruntowej powodują korozję betonu i żelbetu.

Występująca w wodzie równocześnie wysoka zawartość chlorków, związków azotu i wysoka utlenialność, wskazują na zanieczyszczenie wody naturalnej substancjami pochodzenia zwierzęcego. Utlenialność wody jest to umowny wskaźnik, określający zdolność wody do pobierania tlenu z nadman­ganianu potasowego w środowisku kwaśnym lub alkalicznym, we wrzącej łaźni wodnej w ciągu 30 minut. Redukcja nadmanganianu w tych warunkach zachodzi wskutek utleniania się zawartych w wodzie związków organicznych, niektórych łatwo utleniających się związków nieorganicznych (np. Cl^- o stęże­niu powyżej 300 mg/dm³, Fe²⁺, NO₂^-, H₂S). Utlenialność daje więc tylko przybliżone pojęcie o zawartoś­ci związków organicznych i oznaczona w ten sposób ilość związków organicznych jest często znacznie niższa od rzeczywistej (wynosi zwykle 60-70%).

Podobnie jak utlenialność, zawartość tlenu w wodzie, a ściślej - procent nasycenia wody naturalnej tlenem, jest jednym z podstawowych wskaźników stopnia zanieczyszczenia wód powierzchniowych. Tlen rozpuszczony w wodach powierzchniowych pochodzi z atmosfery oraz niekiedy - z procesów fotosynte­zy. Czyste wody powierzchniowe wykazują stopień nasycenia tlenem bliski 100%. W miarę wzrostu zanieczyszczenia wód substancjami organicznymi, stopień nasycenia spada, gdyż część tlenu jest zużywana w procesach biochemicznych, zachodzących w wodzie. Oznaczanie zawartości tlenu rozpusz­czonego w wodzie wykonuje się celem określenia, czy istnieją warunki do samooczyszczania się wody naturalnej. Ponadto kontroluje się zawartość tlenu w wodzie kotłowej, gdyż tlen występujący wraz z agresywnym CO₂ intensyfikuje procesy korozyjne urządzeń metalowych.

3. Analiza wody do picia i na potrzeby gospodarcze

Warunki, jakim musi odpowiadać woda używana do picia, przedstawiono w tabeli 3.

Tabela 3. Dopuszczalny skład wody do picia i na potrzeby gospodarcze.

Składnik	Jednostki	Dopuszczalna ilość
Barwa Odczyn (pH) Mętność Substancje rozpuszczone Twardość (CaCO3) Chlorki Fluorki Siarczany Żelazo Mangan Ołów Arsen Miedź Cynk Rtęć Kadm Chrom (Cr^6+) Nikiel Wolny chlor Ditlenek węgla agresywny Liczba kolonii bakterii na agarze po 24 godz. w temp. 37ºC, w 1 ml wody nie większa niż	mg/dm^3 - mg/dm^3 mg/dm^3 mg/dm^3 mg/dm^3 mg/dm^3 mg/dm^3 mg/dm^3 mg/dm^3 mg/dm^3 mg/dm^3 mg/dm^3 mg/dm^3 mg/dm^3 mg/dm^3 mg/dm^3 mg/dm^3 mg/dm^3 mg/dm^3	20 6,5-8,5 5 800 500 300 1,5 200 0,5 0,1 0,05 0,05 1,0 5,0 0,001 0,005 0,01 0,03 0,3-0,5 0 20

Należy podkreślić, że duża część oznaczeń podanych w tabeli 3. powinna być wykonana bezpośrednio po pobraniu próbek, gdyż w czasie przechowywania próbek zachodzą różne procesy, w wyniku których zmienia się skład chemiczny wody i zmieniają się jej właściwości fizyczne. Przykładem takich zjawisk jest pojawiające się niekiedy zmętnienie, spowodowane natlenieniem wody i utratą ditlenku węgla, co prowadzi do wytrącania się CaCO₃ lub Fe(OH)₃ zgodnie z równaniami (1) i (6):

2Fe(HCO₃)₂ + H₂O + 0,5O₂ = 2 Fe(OH)₃↓ + 4CO₂↑ (6)

W programie zajęć przewidziano analizę próbek wody, wskazanych przez prowadzącego zajęcia. Należy wykonać następujące oznaczenia:

• przybliżonej zawartości soli rozpuszczonych w wodzie metodą konduktometryczną,

• kwasowości mineralnej i ogólnej

• zasadowości F i M

• zawartości wapnia i magnezu oraz twardości ogólnej

• wolnego i agresywnego CO₂.

4. Analiza wody kotłowej i do celów energetycznych

Zastosowanie wody w przemyśle jest bardzo różnorodne. Woda stanowi bowiem:

• środowisko reakcji prowadzonych w roztworach wodnych

• surowiec chemiczny

• nośnik ciepła w procesach ogrzewania i chłodzenia

• środek pomocniczy w różnych procesach technologicznych.

Stosowanie wody w energetyce jako nośnika ciepła jest powszechne. Wody naturalne w stanie surowym na ogół nie nadają się do zastosowania w energetyce. Ich zanieczyszczenia powodują tworzenie się kamienia kotłowego, zaburzenia w odparowaniu wody oraz korozję urządzeń. Przygotowanie wody naturalnej do zastosowania w energetyce wymaga zwykle przeprowadzenia wielu operacji, mających na celu usunięcie z niej pewnych zanieczyszczeń lub korektę jej właściwości, przy niewielkich zmianach składu. W celu usunięcia osadów i zawiesin wodę rzeczną przepuszcza się przez filtry piaskowo-żwirowe. Po filtracji uzyskuje się wodę surową, którą poddaje się dekarbonizacji, a następnie koagulacji, dodając wodorotlenek wapniowy i substancje, które hydrolizując, wytwarzają cząstki koloidalne o przeciwnych ładunkach elektrycznych, w stosunku do cząstek znajdujących się w wodzie. Cząstki koloidów (obecne w wodzie i wytworzone w wyniku wprowadzania koagulantów) łączą się w aglomeraty, które można oddzielić na filtrach. Między innymi zachodzą wtedy następujące reakcje:

Ca(HCO₃)₂ + Ca(OH)₂ = 2CaCO₃↓ + 2H₂O (7)

FeSO₄ + 2H₂O = Fe(OH)₂(koloid) + H₂SO₄ (8)

Al₂(SO₄)₃ +6H₂O = 2Al(OH)₃ (koloid) +3H₂SO₄ (9)

Ca(OH)₂ + H₂SO₄ = CaSO₄ + 2H₂O. (10)

W wyniku powyższych procesów otrzymuje się wodę skoagulowaną i zdekarbonizowaną, którą dalej przerabia się na dwa sposoby, prowadząc zmiękczanie lub demineralizację. Zmiękczanie wody ma na celu usunięcie kationów wieloładunkowych (głównie wapnia i magnezu), które prowadzi się na wymieniaczach jonowych kationitowych, pracujących w cyklu sodowym:

(11)

Demineralizacja wody następuje kolejno w wymieniaczach kationitowych, pracujących w cyklu wodorowym i anionitowych, pracujących w cyklu wodorotlenowym. Zachodzą tu następujące procesy:

(12)

(13)

W wyniku przepuszczenia wody dodatkowo przez złoże węgla aktywnego następuje ponadto oczyszczenie wody z substancji organicznych.

5. Analiza ścieków

Analizy ścieków wykonuje się zwykle w celu:

• kontroli ilości (ładunku) zanieczyszczeń odprowadzanych do odbiornika, ze względu na ochronę środowiska wodnego

• opracowania założeń do projektu oczyszczalni

• kontroli pracy istniejących urządzeń do oczyszczania ścieków.

Zależnie od założonego celu zmienia się zakres i metody analizy, przy czym dopasowuje się je do specyfiki ścieków. Ładunek zanieczyszczeń odprowadzany w ściekach oblicza się z iloczynu stężenia zanieczyszczeń i objętości przepływających ścieków. Miarą szybkości przemian zanieczyszczeń ulegają­cych utlenianiu jest biologiczne zapotrzebowanie tlenu (BZT) oraz chemiczne zapotrzebowanie tlenu (ChZT). BZT określa ilość tlenu, potrzebną do biochemicznego utlenienia głównie związków organicz­nych w wodzie lub ściekach, w warunkach tlenowych w temp. 20ºC. ChZT określa ilość tlenu pobranego od utleniacza w reakcji chemicznego utleniania zanieczyszczeń, w ściśle określonych warunkach. W procesie biochemicznego utleniania zanieczyszczeń organicznych, zawierających azot, powstają w pierwszej fazie jony amonowe, które ulegają następnie utlenieniu kolejno do jonów azotanowych(III) i azotanowych(V). Na podstawie stężenia jonów azotanowych można wnioskować o efektywności procesu oczyszczania ścieków metodą osadu czynnego.

Typowa instalacja do oczyszczania ścieków obejmuje wstępne oczyszczanie mechaniczne (osadzanie), które bywa czasami połączone z oczyszczaniem chemicznym (neutralizacja, koagulacja). Wstępnie oczyszczone ścieki poddaje się ewentualnie oczyszczaniu biologicznemu (z użyciem osadu czynnego). Ścieki oczyszczone biologicznie odprowadza się na ogół do odbiornika, a osad poddaje się fermentacji.

6. Sposób wykonania oznaczeń

1. Oznaczanie przybliżonej zawartości soli rozpuszczonych w wodzie metodą konduktometryczną

Zasada oznaczania

Oznaczenie polega na wyznaczeniu przewodnictwa właściwego badanej wody w określonej temperaturze oraz określeniu na tej podstawie zawartości soli rozpuszczonych w wodzie.

Przyrządy i sprzęt: 1. konduktometr

2. zlewka (100cm³)

3. tryskawka

Wykonanie oznaczenia

Wykonać pomiar przewodnictwa właściwego badanej próbki zgodnie z instrukcją przyrządu.

Obliczanie wyników

Obliczyć wynik korzystając z zależności: C = 750 · κ , mg/dm³,

gdzie: κ - przewodnictwo właściwe próbki, mS/cm

C - stężenie soli rozpuszczonych w wodzie, mg/dm³.

6.2. Oznaczanie wartości pH

Przyrządy, sprzęt i odczynniki: 1. pHmetr

2. wzorce pH

3. zlewki

4. tryskawka

Wykonanie oznaczenia

Wykonać kalibrowanie pH-metru i pomiar pH badanej próbki zgodnie z instrukcją przyrządu.

6.3. Oznaczanie kwasowości mineralnej i węglanowej oraz zasadowości F i M

Oznaczanie polega na zobojętnieniu próbki wody roztworem 0,1 M NaOH lub 0,1 M HCl odpowiednio wobec metyloranżu i fenoloftaleiny.

Sprzęt i odczynniki

1. kolba stożkowa (200-300 cm³)

2. cylinder miarowy (100 cm³)

3. dwie biurety (25-50 cm³)

4. 0,1 M roztwór wodny NaOH

5. 0,1 M roztwór wodny HCl

6. 0,1% roztwór alkoholowy fenoloftaleiny

7. 0,1% roztwór wodny metyloranżu

Wykonanie oznaczenia kwasowości mineralnej i węglanowej

Do kolby stożkowej odmierzyć 100 cm³ wody i dodać 3 krople metyloranżu. Jeżeli woda zabarwi się na kolor czerwony, to posiada ona kwasowość mineralną. W celu oznaczenia kwasowości mineralnej miareczkuje się przygotowaną próbkę 0,1 M roztworem NaOH do zmiany barwy czerwonej na pomarań­czową. Natomiast jeżeli woda po dodaniu metyloranżu zabarwi się na kolor żółty , wówczas nie posiada ona kwasowości mineralnej.

W celu oznaczenia kwasowości ogólnej należy odmierzyć 100 cm³ badanej wody do kolby stożkowej i dodać ok. 3 krople roztworu fenoloftaleiny. Jeżeli woda nie zabarwi się na kolor różowy, należy miareczkować 0,1 M roztworem NaOH do pojawienia się lekko różowego zabarwienia, utrzymującego się nie krócej niż 3 minuty.

Obliczanie wyników kwasowości mineralnej i węglanowej

Wyniki oznaczeń kwasowości mineralnej (K_min) i ogólnej (K_og) oblicza się ze wzoru:

, mVal/dm³,

gdzie: a - objętość 0,1 M roztworu NaOH, zużyta do miareczkowania odpowiednio wobec metyloranżu,

i (b) - wobec fenoloftaleiny, cm³,

V - objętość próbki, cm³.

Wyniki oznaczania kwasowości węglanowej (K_węglan.) oblicza się odejmując od kwasowości ogólnej (K_og) kwasowość mineralną (K_min).

Wykonanie oznaczenia zasadowości F i M

Do kolby stożkowej odmierzyć 100 cm³ wody i dodać 4 krople roztworu fenoloftaleiny. Jeżeli woda zabarwi się na różowo lub czerwono, to posiada ona zasadowość F. W celu jej oznaczenia należy przygotowaną próbkę zmiareczkować 0,1 M HCl do zaniku różowego zabarwienia. Jeżeli woda po dodaniu fenoloftaleiny nie barwi się na kolor różowy, to nie posiada zasadowości F.

W celu oznaczenia zasadowości M należy dodać do próbki, w której oznaczono zasadowość F,
3 krople metyloranżu i miareczkować 0,1 M HCl do zmiany barwy z żółtej na pomarańczową. Jeżeli próbka wody po dodaniu metyloranżu zabarwia się na kolor różowy lub czerwony, to woda nie posiada zasadowości M.

Obliczanie wyników zasadowości F i M

Zasadowość F i M oblicza się ze wzoru:

, mVal/dm³,

gdzie: a - objętość 0,1 M roztworu HCl, zużytego do zmiareczkowania próbki wody wobec

fenoloftaleiny, cm³,

b - suma objętości 0,1 M roztworu HCl, zużytego do zmiareczkowania próbki wobec

fenoloftaleiny oraz wobec metyloranżu, cm³,

V - objętość próbki wody, cm³.

6.4. Oznaczanie wolnego CO₂

Oznaczanie polega na zobojętnieniu próbki wody roztworem wodorotlenku sodowego wobec fenoloftaleiny.

Sprzęt i odczynniki - jak w punkcie 6.3.

Wykonanie oznaczenia - jak w oznaczaniu 6.3.

Obliczanie wyników

Zawartość wolnego CO₂ podaje się w mg/dm³. Korzysta się z otrzymanej uprzednio wartości kwasowości węglanowej (K_węglan.), a wynik oznaczania wolnego CO₂ (X_CO2) oblicza się ze wzoru:

X_CO2 = K_węglan.⋅ 44 , mg/dm³.

6.5. Oznaczanie twardości ogólnej w wodzie

Oznaczenia polegają na zmiareczkowaniu składników zawartych w próbce wody o odpowiednio skorygowanej wcześniej wartości pH za pomocą wersenianu sodowego wobec odpowiednich wskaźników.

Sprzęt i odczynniki

1. kolbki stożkowe (200-300 cm³),

2. cylinder miarowy (100 cm³),

3. cylinder miarowy (10 cm³),

4. biureta (25-50 cm³),

5. pipeta szklana (5 cm³),

6. roztwór wodny wersenianu sodowego 0,05 M,

7. roztwór HCl 0,1M,

8. roztwór NH₃ 25%,

9. czerń ET roztarta z NaCl w stosunku 1:100,

Wykonanie oznaczenia twardości ogólnej

Do 100 cm³ badanej wody dodać 3 krople metyloranżu, taką objętość 0,1 M roztworu HCl, jaką zużyto przy oznaczaniu zasadowości M, 1 cm³ roztworu amoniaku oraz szczyptę wskaźnika czerni ET
i natychmiast miareczkować roztworem wersenianu sodowego do zmiany barwy z czerwonej na zieloną.

Wyniki

Wartość twardości ogólnej (Tw_og) oblicza się wg wzoru:

, °twardości,

gdzie: a -ilość cm³ zużytego wersenianu sodowego

V - objętość próbki wody, cm³.

6.6. Oznaczanie utlenialności (ChZT) metodą nadmanganianową

Próbkę wody wygrzewa się we wrzącej łaźni wodnej z roztworem KMnO₄.

Sprzęt i odczynniki

1. łaźnia wodna

2. kolby stożkowe (200-300 cm³)

3. cylinder miarowy (100 cm³)

4. pipety (10 cm³) - 2 szt.

5. Kwas siarkowy (1:3)

6. 0,00625 M (0,0125 N) kwas szczawiowy

7. 0,0025 M (0,0125 N) KMnO₄.

Wykonanie oznaczenia

Do kolby stożkowej odmierzyć 100 cm³ wody, dodać 10 cm³ kwasu siarkowego (1:3) i 10 cm³ roztworu nadmanganianu. Roztwór wymieszać, wstawić do wrzącej łaźni wodnej i ogrzewać przez 30 minut. Po wyjęciu próbki z łaźni dodać natychmiast 10 cm³ kwasu szczawiowego i po odbarwieniu się roztworu miareczkować na gorąco roztworem KMnO₄ do pojawienia się różowego zabarwienia, utrzymującego się przez kilka minut.

Wyniki

Utlenialność wody [ChZT] (X) obliczyć ze wzoru:
, mg O₂/dm³,
gdzie: a - ilość cm³ roztworu KMnO₄ zużyta na zmiareczkowanie badanej próbki wody

b- ilość cm³ roztworu KMnO₄ zużyta na zmiareczkowanie próbki wody destylowanej

V - objętość próbki wody użyta do oznaczania, cm³.

6.7. Oznaczanie chlorków

Oznaczanie polega na miareczkowaniu jonów Cl^- zawartych w próbce wody, roztworem AgNO₃ wobec dwuchromianu potasowego jako wskaźnika.

Sprzęt i odczynniki

1. biureta (25-50 cm³) 4. 0,1 M roztwór AgNO₃

2. cylinder miarowy (100 cm³) 5. 0,1 M roztwór NaOH

3. kolbki stożkowe (200-300 cm³) 6. 10% roztwór K₂CrO₄

Wykonanie oznaczenia

Przed wykonaniem oznaczenia należy sprawdzić wartość pH wody. Jeżeli pH < 6, to należy podwyższyć je do ok. pH = 8, za pomocą 0,1 M NaOH (najkorzystniej w ilości równoważnej oznaczonej kwasowości ogólnej). Następnie, do kolby stożkowej odmierzyć 100 cm³ badanej wody, dodać 1 cm³ roztworu K₂CrO₄ i miareczkować roztworem AgNO₃ do pojawienia się trwałego zabarwienia żółto-brunatnego. Od ilości zużytego roztworu AgNO₃ należy odjąć 0,3 cm³ tego roztworu, który jest konieczny do wytworzenia Ag₂CrO₄ w wodzie destylowanej.

Wyniki Zawartość jonów chlorkowych w wodzie (X) obliczyć wg wzoru:

, mg/dm³, gdzie:

a - objętość 0,1 M roztworu AgNO₃, cm³

V - objętość próbki wody, cm³.

6.8. Oznaczanie siarczanów

Oznaczanie polega na miareczkowaniu jonów SO₄^-, zawartych w próbce wody za pomocą roztworu, zawierającego jony Ba²⁺, wobec nitrochromazonu jako wskaźnika.

Sprzęt i odczynniki

1. biureta (25-50 cm³)

2. cylinder miarowy (50 cm³)

3. kolbki stożkowe (200-300 cm³)

4. pipeta (10 cm³)

5. kwas solny (1:10)

6. 0,02 M roztwór BaCl₂

7. nitrochromazon - roztwór wodny

8. aceton lub metanol

Wykonanie oznaczenia

Do kolby stożkowej odmierzyć 50 cm³ badanej wody, dodać 4 cm³ HCl 1:10 - (roztwór po zakwaszeniu powinien mieć pH = 1,5-2,0), dodać 50 cm³ acetonu i 2-3 krople nitrochromazonu. Przygotowaną w ten sposób próbkę miareczkuje się roztworem BaCl₂ do zmiany barwy fioletowej na niebieską.

Wyniki: Zawartość siarczanów (Y) oblicza się ze wzoru:

, mg SO₄^2-/dm³, gdzie:

a - ilość cm³ zużytego 0,02 M roztworu BaCl₂,

V - objętość próbki wody, cm³.

SPOSÓB WYKONANIA ĆWICZENIA

Grupy dwuosobowe otrzymują próbkę wody o objętości ok. 1 dm³ i wykonują następujące oznaczenia z niniejszej instrukcji:

6.1. Przybliżona zawartość soli rozpuszczonych metodą konduktometryczną

6.2. Wartość pH

6.3. Zasadowość M

6.4 Zawartość wolnego CO₂

6.5. Twardość ogólna

6.6. Utlenialność (ChZT) metodą nadmanganianową

6.7. Zawartość chlorków

6.8. Zawartość siarczanów.

Następnie grupy te wykonują usuwanie twardości ogólnej wody za pomocą silnie kwaśnego kationitu w następujący sposób:

W zlewce o pojemności ok. 400 ml umieścić 220 ml badanej wody, dodać ok. 10 ml kationitu i mieszać bagietką przez 20 minut, do ustalenia się stanu równowagi. Po tym czasie zdekantować wodę znad kationitu i wykonać oznaczenia 6.3. (zasadowość M) i 6.5. (twardość ogólna).

Sporządzić sprawozdanie z wykonanego ćwiczenia i sformułować wnioski.

Instrukcję opracował dr inż. Izydor Drela

8

Ogólny ditlenek węgla

Wolny ditlenek
węgla

Związany ditlenek węgla

Agresywny ditlenek węgla

Przynależny ditlenek węgla

Półzwiązany w postaci HCO₃^- ditlenek węgla

Związany w postaci CO₃^2- ditlenek węgla

---