Контрольная работа по "Химии"

Классификация О. А. Алекина 

Наиболее часто применяемая  в настоящее время классификация  природных вод, сочетающая принцип  деления химического состава  воды по преобладающим ионам с  делением по количественному соотношению между ними. Преобладающими считаются ионы с наибольшим относительным содержанием в процентах в пересчете на количество вещества эквивалента.

По преобладающему аниону природные воды делятся 
на три класса:

 
1) гидрокарбонатных и карбонатных  вод (большая часть маломинерализованных  вод рек, озер, водохранилищ и  некоторые подземные воды); 
2) сульфатных вод (промежуточные между гидрокарбонатными и хлоридными водами, генетически связаны с различными 
осадочными породами); 
3) хлоридных вод (высокоминерализованные воды океана, мо 
рей, соленых озер, подземные воды закрытых структур и др.). 

Каждый класс по преобладающему катиону подразделяется на три группы: кальциевую, магниевую и натриевую. Каждая группа в свою очередь подразделяется на четыре типа вод, определяемых соотношением между содержанием ионов в процентах в пересчете на количество вещества эквивалента:

 
I. HCO3- > Ca2+ + Mg2+ 
II. HCO3- < Ca2+ + Mg2+ < HCO3- + SO42- 
III. HCO3- + SO42- < Ca2+ + Mg2+ или Сl- >Na+ 
IV. HCO3- = 0

Воды типа I образуются в  процессе химического выщелачивания  изверженных пород или при обменных процессах ионов кальция и магния на ион натрия. Чаще всего они маломинерализованные, исключение составляют воды бессточных озер.

Воды типа II смешанные. Их состав может быть связан генетически  как с осадочными породами, так и с продуктами выветривания изверженных пород. К этому типу относится вода большинства рек, озер и подземные воды с малой и умеренной минерализацией.

Воды типа III метаморфизованные. Они включают какую-то часть сильно минерализованных природных вод или вод, подвергшихся катионному обмену ионов натрия на ионы кальция и магния. К этому типу относится вода океанов, морей, лиманов (морских), реликтовых водоемов и др.

К типу IV, характеризуемому отсутствием НСО3", относятся кислые воды — болотные, шахтные, вулканические или воды, сильно загрязненные промышленными сточными водами. Воды типа IV принадлежат только к сульфатному и хлоридному классам, где не может быть вод типа I.

Возможность существования  природных вод других классов (нитратный, боратный) не исключена, но крайне маловероятна. Более реально преобладание в некоторых водах кремниевой кислоты, но она почти целиком недиссоциирована и не уравновешивает катионов.

Выделение в отдельный  класс природных вод с преобладанием  органического вещества невозможно, т. к. органическое вещество природных вод обладает весьма сложным составом.

Расчет содержания фторид – ионов (F^-) в воде, имеющей жесткость, обусловленную присутствием ионов Са²⁺, указанную в таблице.

Содержание ионов Са2+, мг-экв/л

3,5

 

Так как 1 мг-экв/л жесткости  соответствует содержанию 20,04   мг Са²⁺, то в 1 литре данной воды содержание ионов Са²⁺ равняется 70,14 мг. Атомная масса Са равна 40,08 г, а F- 18,998 г. При образовании фторида кальция (CaF₂) на каждую атом кальция приходится два атома     фтора. Отсюда молярная масса CaF₂ равна 78,08 г.

Тогда масса F^- в одном литре данной воды равна:

1. Молекула (CaF2)= 40,1 + 19*2 = 78,1.
2. 1 мг-экв Ca – 20,04 мг; 3,5 мг-экв – 70,14 мг;
3. 40,1 (Ca2+) соотв 38 (F-)
4. 70,14 – Х
5. 70,14*38 /40,1 = 66,47 мг/л F

 

Задача 58. Определения проводимые при полном санитарно – химическом анализе воды. Описание как по ГОСТу определяют общую щелочность воды. 

Полный санитарно-химический анализ принято выполнять 1 раз в  декаду или в неделю для оценки воды, поступающей на очистку и по стадиям очистки : механической, биологической, доочистки и обеззараживания.

Данные декадных определений  используются для расчета осредненных  данных за месяц, год и другие периоды, анализа характеристик водоотведения, сброса загрязнений в водоемы, расчета оплаты,  за эти сбросы. По полученным в результате санитарно-химических анализов данным за длительный промежуток времени выполняются оценки технологической эффективности работы отдельных сооружений и станции в целом.

По результатам статистической обработки этих данных принимаются  стратегические решения, совершенствуются методы проектирования очистных сооружений. Полный санитарно-химический анализ выполняется по всем стадиям очистки, структура получаемых данных может характеризоваться таблицей 1.1.   

 

 

Табл. 1.1. Структура данных   Полный санитарно-химический контроль.

Имя поля	Содержание поля	Тип поля	Размерность
Sooruj	Имя сооружения	символьный
Date	Дата отбора проб	дата-время
Kod subst	Код загрязнеия	символьный
Rashod	Расход жидкости	числовой	тыс м3 / сут
Temp	Температура жидкости	числовой	о С
pH	Реакция среды	числовой
Chel	Щелочность	числовой
Vzvesh	Взвешенные вещества	числовой	мг/ л
Suh_ost	Сухой остаток	числовой	мг/ л
Prokal	Прокаленные вещества	числовой	мг/ л
Bpk5	Биологич потребность  в кислороде	числовой	мг/ л
Hpk	Химич потребность в  кислороде	числовой	мг/ л
О2	Растворенный кислород	числовой	мг/ л
N_ob	Азот общий	числовой	мг/ л
N_at	Азот аммонийный	числовой	мг/ л
Nitrit	Нитриты	числовой	мг/ л
Nitrat	Нитраты	числовой	мг/ л
Fosfat	Фосфаты	числовой	мг/ л
Fosf_ob	Фосфор общий	числовой	мг/ л
Sulfat	Сульфаты	числовой	мг/ л
Hlorid	Хлориды	числовой	мг/ л
Spav	СПАВ	числовой	мг/ л
Neft	Нефтепродукты	числовой	мг/ л
Fe_ob	Железо общее	числовой	мг/ л
All	Алюминий	числовой	мг/ л
Marg	Марганец	числовой	мг/ л
Fenol	Фенолы	числовой	мг/ л
Ftorid	Фториды	числовой	мг/ л
Pb	Свинец	числовой	мг/ л
Hg	Ртуть	числовой	мг/ л
Zap	Запах	символьный
Okras	Окрас	символьный
Coli	Коли - индекс	числовой	мг/ л
Gidrob	Наиболее представительный гидробионт	general

 

 

 

 

    Атрибут Sooruj в таблице может не присутствовать, поскольку он может понадобиться и в других таблицах, связанных  по коду с таблицей кодов (анализ кодификации  базы данных будет обсужден позже).

 

    Состав атрибутов  при решении задач может изменяться  в зависимости от параметров  задачи и конкретного сооружения.      

 

   

При определении общей щелочности воды руководствуются следующими методами изложенными в ГОСТ Р 52963-2008 (ИСО 9963-1:1994,ИСО 9963-2:1994) 

- метод А - определение свободной и общей щелочности питьевой воды, в том числе расфасованной в емкости (кроме газированной), воды водоисточников питьевого водоснабжения, природной и сточной воды титрованием до значений рН 8,3 и 4,5, с использованием полученных значений щелочности для расчетов массовых концентраций карбонатов и гидрокарбонатов;

- метод Б - определение карбонатной щелочности питьевой и природной воды, а также воды, контролируемой на стадиях технологических процессов водоподготовки и воды, используемой для технических целей, титрованием пробы до значения рН 5,4.

 

Методы позволяют определять молярные концентрации щелочности от 0,1 до 100 ммоль/дм³. Метод А позволяет определять массовые концентрации карбонатов от 6 до 6000 мг/дм³ и гидрокарбонатов в диапазоне от 6,1 до 6100 мг/дм³.

 

Пробы воды со значениями щелочности более 10 ммоль/дм³ перед анализом разбавляют.

 

При визуальном титровании определению щелочности мешают:

 

- интенсивная окраска  воды, которую перед титрованием  устраняют путем добавления гидроксида алюминия (или активированного угля) с последующим фильтрованием через бумажный фильтр «синяя лента» или стеклянный фильтр]

 

- наличие суспензированных  карбонатов, которые перед титрованием  устраняют фильтрованием через бумажный фильтр «синяя лента» или стеклянный фильтр]

- свободный хлор в концентрациях  свыше 0,5 мг/дм³, затрудняющий фиксирование перехода окраски индикатора.

 

Свободный хлор перед титрованием  устраняют путем добавления раствора тиосульфата натрия молярной концентрации 0,1 моль/дм³ из расчета 0,1 см³ на 200 см³ пробы воды, что позволяет удалить до 1,8 мг/дм³ хлора в указанном объеме пробы воды.

 

В случае если окраску или мутность пробы нельзя устранить вышеуказанными способами, пробу воды рекомендуется анализировать потенциометрическим титрованием.

 

На потенциометрическое  титрование не оказывают влияние  окислители, хотя определению конечной точки титрования могут мешать присутствующие в пробе воды органические соединения. Поверхностно-активные вещества, жиры и т.п. могут покрыватьпленкой поверхность электродов и замедлять проведение измерений.

 

Поэтому необходимо дополнительное время между добавлением титранта, чтобы привести электроды в равновесие. Электроды следует регулярно  очищать растворителями,указанными в инструкции по эксплуатации электродов или, в случае отсутствия указаний, этиловым спиртом.

При определении щелочности рекомендуется избегать контакта пробы воды с атмосферой.

 

Задача 69. Почему для обеззараживания больших количеств воды не применяют ультрофиолетовое облучение? Указание дозы УФ – лучей при облучении. Как определяют максимально допустимую толщину слоя воды при УФ обеззараживании?

Развитие  земной цивилизации всегда сопровождалось болезнями и страшными эпидемиями, которые уничтожали целые народы. На протяжении всей истории человечества, люди искали способы избежать различных заражений болезнетворными микробами и вирусами. Последние достижения науки способствовали значительному снижению инфекционных заболеваний.Одним из главных способов дезинфекции - является применение ультрафиолетового излучения.

УФ-излучение  охватывает диапазон с длиной волны  от 10 до 400 нм. Обеззараживающим (бактерицидным) эффектом обладает только часть спектра УФ-излучения в диапазоне волн 205–315 нм и максимальным проявлением действия в области 254 ± 10 нм. Обеззараживающий эффект.

УФ-излучения  в первую очередь обусловлен происходящими  под его воздействием фотохимическими  реакциями в структуре молекул  ДНК и РНК, составляющими универсальную информационную основу аппарата воспроизводимости живых организмов. Результатом этих фотохимических реакций являются необратимые повреждения ДНК и РНК. Кроме того, действие ультрафиолетового излучения вызывает нарушения в структуре мембран и клеточных стенок микроорганизмов. Все это в конечном итоге приводит к их гибели.

Эффективность обеззараживания (доля погибших под  действием УФ-облучения микроорганизмов) пропорциональна интенсивности  излучения (мВт/см 2 ) и времени его  воздействия (с). Произведение этих двух величин называется дозой облучения (мДж/см 2 ) и является мерой бактерицидной  энергии, сообщенной микроорганизму. Минимальная  доза УФ-облучения , регламентируемая методическими указаниями Минздрава  РФ для обеззараживания питьевой воды, – 16 мДж/см2 («Санитарный надзор за применением УФ-излучения в  технологии подготовки питьевой воды»).

Степень обеззараживания  возрастает до 99,9%. На практике величина дозы зависит от поглощения водой  бактерицидного излучения. В первую очередь основное влияние на поглощение оказывает цветность воды, в меньшей  степени мутность и содержание железа. Поэтому установки УФ-обеззараживания ставят на финальной стадии обработки воды после предварительной очистки и фильтрации.

Проникновение ультрафиолетовых лучей в воду сопровождается их поглощением  как самой водой, так и веществами, находящимися в растворенном и взвешенном состоянии. Степень поглощения определяется физико-химическими свойствами обрабатываемой воды, а также толщиной её слоя. Коэффициенты поглощения УФ природными и сточными водами колеблются в пределах от 0,2 до 0,7. Коэффициенты поглощения УФ питьевой водой, полученной из подземных источников водоснабжения, имеют значения 0,05-0,20, а из поверхностных - 0,15 - 0,30. Наибольшее влияние на интенсивность поглощения биоцидной энергии оказывают  цветность, мутность воды и содержание в ней железа.

Выбор дозы УФ-облучения  определяют характером и качеством  воды, поступающей для обеззараживания: не менее 16 мДж/см² для воды из подземных источников I класса и питьевых вод; не менее 25 мДж/см² для воды из подземных источников II, III класса и поверхностных источников; не менее 30 мДж/см² для бытовых и городских сточных вод; не менее 40 мДж/см² для любого типа вод при неблагоприятной эпидемической ситуации.

Поскольку эффект УФ-обеззараживания  воды зависит от произведения интенсивности бактерицидного облучения  (Е)на продолжительность облучения (t), т. е. от количества затраченной бактерицидной энергии – это означает, что один и тот же эффект может быть получен при малой интенсивности.

 УФ-облучения, но при  его большой продолжительности  и, наоборот, при большой интенсивности УФ-облучения и малой продолжительности его воздействия на очищаемую среду. При определении требуемого количества бактерицидной энергии необходимо учитывать ее поглощение при прохождении потока лучей через слой воды.

 Интенсивность потока  лучистой энергии в толще поглощающего оптически однородного вещества (в мкВт/см²), которым в нашем случае является вода изменяется по закону Ламберта – Бугера:                                    

E = E₀×exp ( - α×x),                        

где       Е_о – интенсивность потока лучистой  энергии, поступающей на поверхность вещества, мкВт/см²;  
α— коэффициент поглощения см^–1 ;  
х— толщина слоя поглощающего вещества, см.

Иногда  для характеристики прозрачности воды в УФ-диапазоне используется такой  показатель, как коэффициент пропускания (Т).

Значение  коэффициента пропускания показывает в процентах, какая часть УФ-лучей  проходит через слой воды толщиной 1 см. Фактически это обратная величина коэффициента поглощения, выраженная в процентах. 

Коэффициент поглощения (коэффициент пропускания) УФ-излучения существенно зависит  от состава воды и для различных  источников водоснабжения меняется в широких пределах. Наибольшее влияние  на коэффициент поглощения УФ-излучения оказывает цветность воды, ее мутность и содержание железа.