СПОСОБ УСКОРЕННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХИМИЧЕСКОГО ПОТРЕБЛЕНИЯ КИСЛОРОДА (ХПК) ПРИРОДНЫХ И СТОЧНЫХ ВОД Российский патент 1998 года по МПК G01N33/18 

Способ относится к проведению анализов природных и сточных вод, используемых для определения их качеств, и может быть использован для постоянных ежедневных анализов, проводимых для контроля работы очистных сооружений или состояния воды в исследуемых водоемах.

В настоящее время проведение анализов природных и сточных вод производится из известных способов, изложенных в литературе:
Унифицированные методы анализа воды, под ред. Ю.Ю. Лурье, М.: Химия, 1973;
Аналитическая химия промышленных сточных вод, М.: Химия, 1984;
Методика технологического контроля работы очистных сооружений городской канализации, М.: Стройиздат, 1977;
Ускоренный способ определения ХПК, Ausgewalte Methoden der Wasseruntersuchung, Berlin, 19865 s. 177.

Руководящий документ. РД 52.24.421-95. Методические указания, Определение химического потребления кислорода в водах, Федеральная служба России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, Гидрохимический институт, Ростов-на-Дону, 1995.

Для полноты окисления по вышеперечисленным способам в анализируемый раствор в качестве катализатора добавляют сульфат серебра.

Эти способы обладают рядом недостатков.

Так, при применении вышеперечисленных способов основным недостатком является необходимость проводить кипячение смеси исследуемой воды с 0,25 н раствором бихромата калия (K₂Cr₂₅O₇) и равного их суммарному объему концентрированной серной кислоты (пл. 1,84 г/см) в течение двух часов, в том числе и в Руководящем документе, взятом в качестве ближайшего аналога и далее называемым стандартным способом.

При ускоренном способе в пробу вводят 2,5 мл 0,25 н раствора бихромата калия, затем 0,2 г сульфата ртути и при перемешивании - концентрированную серную кислоту в объеме в 5-6 раз большем, чем объем пробы. При этом температуры раствора поднимается выше 100^oC. Через 2 мин раствор охлаждают до комнатной температуры и титруют, как в стандартном способе [5].

Основным недостатком ускоренного способа является то, что его относительная погрешность достигает величины 50% и более, а величины ХПК получаются меньшими, чем при определении по стандартному способу. Это связано с неполным окислением трудноокисляемых органических (уксусная кислота, аланин, бензол и другие) и некоторых минеральных веществ, а также с ошибками визуального определения точки эквивалентности.

В качестве индикатора используют N-фенилатраниловую кислоту. Точку эквивалентности определяют визуально по переходу окраски из травянисто-зеленой в изумрудно-зеленую, что связано со значительными ошибками.

Задачей предлагаемого способа является повышение полноты протекания реакции окисления органических веществ в пробе воды, а следовательно, уменьшение относительной погрешности получаемых результатов при минимально возможном времени его проведения по сравнению со стандартным способом.

Поставленную задачу достигают следующим образом.

Для более полного протекания реакции окисления в исследуемую пробу воды кроме сульфата серебра в качестве катализатора добавляют двуокись циркония ZrO₂ в количестве, достаточном для полноты реакции, и приливают не менее, чем в 2,5 раза, больший объем 0,05 н раствора бихромата калия в концентрированной серной кислоте (пл. 1,84 г/см) по сравнению с объемом пробы воды.

Предлагаемый способ ускоренного определения химического потребления кислорода (ХПК) природных и сточных вод выполняют следующим образом.

Отбирают 20 мл пробы анализируемой воды в коническую колбу, одновременно добавляют к ней 0,4 - 0,5 г сульфата серебра и 0,3 - 0,08 г двуокиси циркония и перемешивают. Затем при помешивании осторожно приливают не менее 50 мл 0,05 н раствора бихромата калия в концентрированной серной кислоте. Смесь перемешивают и оставляют на 1- мин для завершения реакции, после чего смесь охлаждают и проводят анализ концентрации бихромат ионов методом кулонометрического титрования с потенциотмерической либо биамперометрической индикацией конца электролиза.

Следует отметить, что кулонометрическое определение бихромат ионов исключает ошибки объемного анализа и позволяет проводить ускоренный анализ.

В таблицах, приведенных в приложении, показаны результаты определения ХПК стандартных растворов глюкозы, сахарозы, природных и городских сточных вод на Центральной станции аэрации (ЦСА) Санкт-Петербурга по предложенному способу. Анализы по стандартному способу [5] проводились химико-бактериологической лабораторией ХБЛ ЦСА. Кулонометрические измерения - на кулонометрическом анализаторе Т-125.

В табл. 1 приведен анализ стандартных растворов глюкозы и сахарозы; в табл. 2 - 4 приведен анализ отбора проб городских сточных вод, где - установленное среднее значение ХПК, мг/л, - относительное среднее квадратическое отклонение случайной составляющей погрешности МВИ (методики выполнения измерений), равное

где:
Xi - значение ХПК в пробе воды, полученное в результате i-го определения, мг/л;
n - число проведенных определений,
,
где
ε - относительная случайная составляющая погрешности МВИ (показатель воспроизводимости);
t - коэффициент Стьюдента.

Из изложенного в табл. 1 - 4 следует, что погрешность предлагаемого способа ускоренного определения химического потребления кислорода (ХПК) природных и сточных вод не превышает погрешности стандартного способа [5].

Использование: изобретение относится к проведению анализов природных и сточных вод, используемых для определения их качества, и может быть использовано для постоянных ежедневных анализов, проводимых для контроля работы очистных сооружений или состояния воды в исследуемых водоемах. Сущность изобретения: предлагаемый способ ускоренного определения химического потребления кислорода (ХПК) природных и сточных вод выполняют следующим образом. Отбирают 20 мл пробы в коническую колбу, в пробе одновременно добавляют 0,4 - 0,5 г сульфата серебра и 0,1 - 0,08 г двуокиси циркония и перемешивают. Затем при помешивании осторожно приливают 50 мл раствора бихромата калия в концентрированной серной кислоте. Смесь перемешивают и оставляют на 10 мин для завершения реакции, после чего смесь охлаждают и проводят анализ концентрации бихромат ионов методом кулонометрического титрования с потенциометрической либо биамперометрической индикацией концентрации бихромат ионов. 3 з. п. ф-лы, 4 табл.

1. Способ ускоренного определения химического потребления кислорода (ХПК) природных и сточных вод путем введения в исследуемую пробу воды сульфата серебра и раствора бихромата калия в концентрированной серной кислоте в объеме большем, чем объем пробы, с последующим охлаждением до комнатной температуры и проведением анализа раствора, отличающийся тем, что в пробу одновременно с сульфатом серебра вводят двуокись циркония, полученную смесь перемешивают и оставляют для завершения реакции, после чего смесь охлаждают и проводят анализ концентрации бихромат ионов. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что на каждые 20 мл пробы одновременно с сульфатом серебра вводят двуокись циркония в количестве не менее 0,08 г и не более 0,3 г. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что смесь после перемешивания до охлаждения оставляют не менее, чем на 10 мин для завершения реакции. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что анализ концентрации бихромат ионов проводят методом кулонометрического титрования с потенциометрической либо биамперометрической индикацией концентрации бихромат ионов.