Химическое потребление кислорода (бихроматная окисляемость)

Химическое потребление кислорода (ХПК) характеризует загрязненность сточных вод органическими соединениями и выражается в милиграммах кислорода на 1 л испытуемой воды.

Величина ХПК зависит от применяемого окислителя (иодат, бихромат или перманганат калия), структуры органических соединений, подвергаемых окислению, и условий анализа (температура, катализатор, время).

Для нефтесодержащих сточных вод следует применять в качестве окислителя бихромат калия, наиболее полно окисляющий органику, содержащуюся в сточных водах. Количество способного к окислению органического вещества пропорционально потребленному бихромату калия. Окисление органических веществ ускоряется и охватывает почти все из них, если в качестве катализатора применяется сульфат серебра.

Если в анализируемой сточной воде содержатся хлориды, то приходится выбирать один из следующих путей:

а) вводить в пробу сульфат ртути. При содержании хлоридов менее 1 г / л вводится 0,1 г HgSO ₄на каждые 10 мг хлоридов; при концентрации хлоридов выше 1 г / л сульфат ртути прибавляют в 15- кратном количестве. Одновременно в пробу добавляют 5 мл концентрированной серной кислоты для лучшего растворения сульфата ртути;

б) вводить сульфат серебра в количестве, достаточном для связывания всех хлорид - ионов, и даже с некоторым избытком. При большом содержании хлоридов в пробе сточной воды результаты определения получаются несколько завышенными, так как часть хлорид - ионов из осадка хлорида серебра окисляется с выделением элементарного хлора;

в) совсем не прибавлять катализатор. Тогда хлорид - ионы окисляются количественно и можно будет ввести поправку, исходя из соотношения: на 1 мг хлорид - ионов расходуется 0,23 мг кислорода. Однако в этом случае окислится лишь небольшая часть али ф атических соединений с прямой цепью атомов углерода;

г) если фильтрование сточной воды допустимо, то можно профильтровать пробу анализируемой сточной воды через небольшое количество предварительно прокаленного асбеста, помещенного в воронку или тигель Гуча, и промыть осадок водой до удаления хлоридов. В фильтрате осадить хлорид - ионы сульфатом серебра, отфильтровать осадок хлорида серебра через тигель Гуча, или стеклянный фильтрующий тигель и промыть его водой. В полученном фильтрате можно определять окисляемость или непосредственно (определяется окисляемость фильтрованной воды), или сначала присоединив к фильтрату волокна асбеста с ранее отделенным осадком грубодисперсных примесей (определяется суммарная окисляемость обеих фаз сточной воды).

Аппаратура и реактивы.

1. Прибор для определения ХПК, состоящий из обратного шарикового холодильника и колбы на 200-250 мл, соединенных на шлифах.

2. Песчаная баня.

3. Серная кислота, ч. д. а. или х. ч. (плотность 1,84 г / см ³).

4. Сернокислая ртуть Н g S 0₄, ч. д. а.

5. Сернокислое серебро (сульфат серебра), кристаллич ес кое, ч. д. а. При отсутствии сернокислого серебра оно может быть приготовлено из азотнокислого следующим способом: к раствору 34,2 г AgNO ₃в 20 мл горячей дистиллированной воды добавляют профильтрованный горячий раствор сернокислого аммония (13,2 г (NH ₄)₂ SO ₄в 20 мл дистиллированной воды). По охлаждении кристаллический осадок сернокислого серебра отфильтровывают через бумажный фильтр на воронке Бюхнера, промывают холодной дистиллированной водой до полного удаления следов азота и сушат сначала на воздухе, а затем в эксикаторе, прикрыв сверху фильтровальной бумагой. Сушить надо в темном месте.

6. Бихромат калия, 0,25 н. раствор. Готовится из фиксаналов или 12,258 г бихромата калия, предварительно высушенного в течение 2 ч при 10 5 °С, растворяют в дистиллированной воде и раствор разбавляют до 1 л.

7. Бихромат калия,0,025 н. раствор: 100 мл 0,25 н. раствора бихромата калия разбавляют дистиллированной водой до 1 л.

8. Соль Мора - сульфат железа (II) и аммония,0,25 н. титрованный раствор. Растворяют 98 г Fe (NH ₄)₂(SO ₄)₂ × 6 H ₂ O, ч. д. а. в дистиллированной воде, прибавляют 20 мл концентрированной серной кислоты и после охлаждения разбавляют дистиллированной водой до 1 л. Титр этого раствора должен устанавливаться после каждой серии определений по титро в анно м у раствору бихромата калия. Разбавляют 25 мл 0,25 н. раствора бихромата калия дистиллированной водой до 250 мл, прибавляют 20 мл концентрированной серной кислоты и после охлаждения титруют раствором соли Мора при добавлении трех - четыр е х капель раствора ферроина или дифениламина (или 10-15 капель фенилантрониловой кислоты или дефиниламинсульфаната).

Поправочный коэффициент

(9.21)

где а - число миллилитров 0,25 н. раствора бихромата калия;

в - число миллилитров 0,25 н. раствора соли Мора;

- нормальность раствора бихромата калия;

- нормальность раствора соли Мора.

9. Соль Мора,0,025 н. раствор. Готовят соответствующим р аз бавлением 0,25 н. раствора. Титр устанавливают также, как и 0,25 н. раствора.

10. Индикаторы:

1) фенилантраниловая кислота. Растворяют 0,25 г в 12 мл 0,1н. раствора едкого натра и разбавляют водой до 250 мл;

2) дифениламинсульфонат натрия или бария, 0,2 % - ный водный раст вор;

3) ферроин. Растворяют 1,485 г моногидрата 1,10 фенантролина и 0,695 г FeSO ₄ × 7 H ₂ O ч. д. а. в дистиллированной воде и доводят объем до 100 мл;

4) дифениламин, 1 % - ный раствор в концентрированной серной кислоте.

Ход определения.

При предполагаемой окисляемости исследуемой пробы сточной воды менее 50 мг / л использую т для окисления 0,025 н. раствор бихромата калия, в остальных случаях. - 0,25 н. раствор. Сильно загрязненные воды разбавляю т перед определением дистиллированной водой так, чтобы расход бихромата калия не превышал 20 мл. Пробы перед разбавлением перемешивают.

50 мл сточной воды или меньший ее объем, доведенный до 50 мл дистиллированной водой, переносят в круглодонную колбу вместимостью 250 мл, прибавляют туда сульфат серебра в количестве, достаточно м для осаждения хлорид - ионов, и сверх того 0,3-0,4 г и осторожно, малыми порциями, вливают 75 мл концентрированной серной кислоты, тщательно перемешивая смесь после добавления каждой порции. Затем вводят в колбу несколько стеклянных бусинок или кусочков пемзы, закрывают пробкой и кипятят на слабом огне в течение 2 ч (время кипячения следует устанавливать опытным путем, в некоторых случаях оно может быть более 2 ч). Затем охлаждают, обмывают стенки холодильника 25 мл дистиллированной воды и переносят содержимое колбы в коническую колбу вместимостью 500 мл, обмывая несколько раз стенки первой колбы дистиллированной водой. Доливают дистиллированную воду до объема 350 мл, вводят три - четыре капли раствора ферроина или дифениламина (10-15 капель раствора фенилантрониловой кислоты или дифениламинсульфоната) и оттитровывают избыток бихромата калия титрованным раствором соли Мора до изменения окраски.

Проводят холостой опыт. Для этого берут 50 мл дистиллированной воды и проводят ее через все ступени анализа.

Примечание. Необходимо следить, чтобы при кипячении сохранился золотисто - зеленый оттенок жидкости. Если же проба становится желто -з еленой, зн а чи т, добав л е н ного количества бихромата не хватает для полного окисления. В этом случае надо уменьшить количество анализируемой воды. Во всех случаях должно строго соблюдаться равенство объемов кислоты и суммарного объема: бихромат + исследуемая вода.

Расчет.

Бихроматную окисляемость, или химическое потребление кислорода (ХПК), выражаемое числом миллиграммов кислорода на 1 л сточной воды, определяют по формуле:

(9.22)

где а - объем раствора соли Mopa, израсходованной на титрование в холостом опыте, в мл;

в - объем того же раствора, израсходованного на т итрование пробы, в мл;

К - поправочный коэффициент к нормальнос т и титрованного раствора соли Мора;

N - нормальность титрованного раствора соли M ора;

У - объем анализируемой сточной воды в мл;

8 - грамм - эквивалент кислорода.

Если определение проводилось без добавления катализатора (сульфата серебра), и проба содержала хлорид - ионы, т o из найденного значения ХПК вычитают поправку - произведение содержания хлорид - ионов (в мг / л) на 0,23. Результаты округляют до целых миллиграммов.

Допустимое расхождение результатов двух параллельных определений - 10 %.

Ускоренный метод определения ХПК.

Метод предназначен для ежедневного контроля работы очистных сооружений. Результаты определения, как правило, получаются несколько ниже по сравнению со стандартным методом, описанным выше (определяется 78-82 % органических веществ). Рекомендуется периодически проводить определение обоими методами для нахождения приблизительного коэффициента пересчета.

Главная особенность ускоренного метода - повышенная концентрация серной кислоты. Нагревание извне не требуется; температура повышается за счет тепла, выделяющегося при смешении воды с концентрированной серной кислотой.

Ход определения.

Если окисляемость анализируемой воды в пределах 500-4000 мг^О 2/ л, для анализа берут 1 мл пробы; если окисляемость 50-500 мг ^O 2/ л, отбирают 5 мл пробы; если окисляемость выше 4000мг ^O 2/ л, пробу предварительно разбавляют; если же она ниже 50 мг^О2 / л, метод применять нельзя.

В пробу вводят 2,5 мл 0,2 н. раствора бихромата калия, затем 0,2 г сульфата ртути (II) и при перемешивании - концентрированную серную кислоту (7,5 мл на 1 мл пробы, 15 мл на 5 мл пробы). При этом температура раствора повышается более чем до 100 °С. Через 2 мин охлаждают раствор до комнатной температуры, приливают 100 мл дистиллированной воды и титруют избыток бихромата, как в стандартном методе.

Примечание. Определение можно вести без сульфата ртути (II). Тогда на хлориды вводится поправка: 1 мг хлора соответствует 0,15 мг кислорода (теоретически 1 мг хлора соответствует 0,23 мг кислорода).

Растворенный кислород