Методы определения хлорид ионов в сточных водах

В ходе лабораторных исследований проб воды из водопроводного крана, скважины, колодца, реки, озера часто выясняется, что ее качество и безопасность, оставляют желать лучшего. Техногенный прогресс, эксперименты человечества с экологией привели к тому, что ныне и питьевая вода, и сточная жидкость повсеместно содержат в себе почти всю таблицу химических элементов Д.И. Менделеева.

Выход для промышленников и частных пользователей кроется в постоянном мониторинге показателей химической контаминации. Помощники – лабораторные центры, аккредитованные (аттестованные) в заданной области. Подспорье для аналитиков – высокотехнологичное оборудование, экспресс-методики, инновационные анализаторы многопрофильного формата, позволяющие применять хлорид-селективные электроды Cl-.

Хлориды – что это?

Хлориды – это «собрание» химических веществ, похожие свойства которых обусловлены присутствием хлорид-иона (Cl). Яркие представители этого ряда:

  • NaCl – хлористый натрий. Всем известная пищевая поваренная и морская соль.
  • AgCl – хлорид серебра. Главный источник антимикробных ионов. Аллерген – раздражает кожу и слизистую глаз.
  • HgCl2 – хлористая ртуть (сулема). В незначительных количествах отменный дезинфектор, но также ядовитый, может нести угрозу человеку.
  • Hg2Cl2 – хлорид одновалентной ртути. В обиходе известен как каломель, довольно эффективное слабительное средство.
  • KCl – калия хлорид. Частая основа калийных удобрений. В медицине востребован в роли биодобавки – помогает при кардиологических патологиях.
  • BaCl2 – хлористый барий. Содержится в составе инсектицидных препаратов, борющихся со зловредными насекомыми. Для человека тоже токсичен в высоких концентрациях.
  • CaCl2 – хлорид кальция. Используется в качестве пищевой добавки. Также служит отвердителем-эмульгатором.
  • MgCl2 – магниевая соль соляной кислоты. Вопреки использованию в пищевой промышленности в роли добавки, в меру агрессивна (3-й класс опасности по классификации), причина коррозионных разрушений.

Во всех видах воды – от бутилированной, специально очищенной питьевой до сточной формации – хлориды непременно присутствуют. Определение концентрации хлорид-иона (Cl) строго обязательно для всех типов жидкостей, которые могут применяться в качестве питьевых источников, использоваться в технологических процессах, «выделяться» в виде канализационных стоков.

Общие сведения

Содержание ионов Clв воде и их определение регламентировано нормативными и санитарными документами:

  • Технический регламент Евразийского экономического союза ТР ЕАЭС 044/2017 «О безопасности упакованной питьевой воды, включая природную минеральную воду».
  • СанПиН 2.1.4.1116-02 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды, расфасованной в емкости. Контроль качества».
  • СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. Гигиенические требования к обеспечению безопасности систем горячего водоснабжения».
  • СанПиН 2.1.4.1175-02 «Гигиенические требования к качеству воды нецентрализованного водоснабжения. Санитарная охрана источников».
  • СанПиН 2.1.5.980-00 «Гигиенические требования к охране поверхностных вод».
  • СанПиН 2.1.7.573-96 «Гигиенические требования к использованию сточных вод и их осадков для орошения и удобрения».
  • Межгосударственный стандарт ГОСТ 4245-72 «Методы определения содержания хлоридов.

Важное, но вместе с тем и опасное для потребителей физическое свойство хлоридов – высокая способность к растворению в воде при обычных условиях без нагревания. При контакте с водной средой хлориды участвуют в необратимом гидролизе, способствуя образованию соляной кислоты. Хлороводородная кислота вместе со своими солями портит органолептические характеристики воды (мутность, цветность, запах, вкус), участвует в коррозии металлических деталей оборудования и водопроводных труб, создаёт накипь в котлах и чайниках.

Откуда берутся в воде?

Источник лабораторного появления этих соединений – довольно агрессивная по химическим свойствам хлороводородная кислота (HCl), легко вступающая в реакции с металлами, оксидами металлов, основаниями, солями других кислот. Более сложный вариант, – требующий серьезного нагревания и контакта металлов в свободном состоянии с ядовитыми газами – хлором (Cl2) и хлороводородом (HCl), – возможен, но в естественной среде маловероятен.

«Хлоридный фон» в запасниках рек, озер, невероятно соленых морей и океанов, подземных и наземных водоемов, ручейков и минеральных источников – естественное природное явление. В свободном виде хлориды чаще всего содержатся в различных минералах: бишофит, антрактицит, каломель, карналлит, галит, кераргирит. В местах природных залежей этих минералов хлоридов в ближайших водоемах особенно много. В сточные воды соли соляной кислоты попадают в результате активной деятельности человека.

Опасность для человека и природы

Значительное загрязнение водоемов, служащих источниками водоснабжения населения, солями хлороводородной кислоты, неизменно ухудшает внешний облик воды, делая ее неприятной для потребления. Промышленные производства и собственники жилья вынуждены применять системы очистки, иногда сложные – вплоть до 5-ти ступеней с обратным осмосом. Периодичность планово-ремонтных работ сокращается из-за износа труб и агрегатов.

Воды с хлоридами не пригодны для орошения сельскохозяйственных полей. Они также причина износа металлических частей бытовых приборов. Такая вода обладает горьковатый привкусом, что уменьшает возможность её использования в пищевых целях: консервация, маринование, вяление, копчение.

Природные геологические причины насыщения вод хлоридами – редкость. Превышение санитарных ограничений все больше находится на совести хозяйственников: неуемное увлечение удобрениями, борьба с наледями на трассах, промышленные выбросы в воду и в воздух, неконтролируемые мусорные свалки, смешение сточных вод с питьевыми ресурсами.

Вред для человеческого организма от переизбытка хлоридов:

  • сбои в работе мочеполовой системы;
  • неуклонное повышение артериального давления;
  • возникновение беспричинных отеков;
  • дисбаланс водно-солевого обмена;
  • снижение работоспособности сердца и сосудов головного мозга;
  • изменение состава крови в сторону ухудшения ее показателей.

Санитарные органы стараются следить за «хлоридной» обстановкой на планете, но многие природные явления они остановить не в силах, а людям иногда не хватает элементарных знаний в сфере экологии.

Сточные и природные воды

Круговорот солей соляной кислоты в природе и в быту – неизбежный процесс. Хозяйственные нужды, медицина, пищевая отрасль без участия хлоридов будут испытывать дефицит в нужных химических компонентах.

Нормальная концентрация хлоридов в пресных озерах и реках обычно колеблется от сотых долей до нескольких граммов, число анионов Clв морях и океанах чаще всего достигает 87% от общего числа анионов других кислот и солей. В природном круговороте веществ активно задействованы грунтовые и поверхностные воды. В жаркую погоду, испаряясь с водой, хлориды попадают на небо, откуда проливаются дождями на землю, попадая туда, где их не было. Во время этого процесса их естественная концентрация в водоемах возрастает.

Воспользовавшись природными водными запасами, человек решает свои насущные проблемы. Еще больше загрязняя живительную влагу, окончательно превращает ее в сточный «субстрат», который зачастую очистить уже не представляется возможным. Чтобы результаты такой деятельности не переходили все мыслимые и немыслимые границы, санитарные службы установили ПДК (предельно допустимые количества) по содержанию хлоридов в разных типах воды.

Нормы ион хлоридов по санитарному законодательству

На территории Российской Федерации действует несколько санитарных регламентов, регулирующих содержание хлоридов. Предельно допустимые количества указаны в таблицах 1, 2:

Питьевая вода

Таблица 1

Тип воды Регламентирующий стандарт ПДК мг/дм3
Бутилированная очищенная ТР ЕАЭС 044/2017 250
Бутилированная очищенная для детского питания (до 3-х лет) 150
Питьевая, расфасованная в емкости:

Высшая категория

Первая категория

СанПиН 2.1.4.1116-02  

 

150

250

Водопроводная СанПиН 2.1.4.1074-01 350
Из скважины СанПиН 2.1.4.1175-02 350
Речная, озерная, прудовая СанПиН 2.1.5.980-00 350

Примечание: для воды рыбохозяйственного назначения установлено ПДК – 300 мг/дм3

Стоки

Таблица 2

Тип воды Регламентирующий стандарт ПДК мг/дм3
Сточная СанПиН 2.1.5.980-00 350

Реальное содержание хлоридов в воде всех типов и категорий не так часто приближается к указанным пределам, но это вовсе не значит, что контроль этого показателя не должен осуществляться.

Количественная методика определения хлоридов

Существует несколько довольно эффективных методик количественного определения концентрации солей хлороводородной кислоты в воде разных формаций.

Меркуриметрический метод

Методика принята на государственном стандартизованном уровне. Точность определения находится на более высокой ступени по сравнению с аргентометрическим способом. Минимальная концентрация обнаружения хлоридов – 0,5 мг/дм3. Даже при мизерной концентрации хлор-ионов (Cl- в пробе менее 10 мг/дм3) абсолютная погрешность всего 0,5 мг/дм3.

Данный количественный анализ построен на реакции хлоридов с раствором нитрата ртути (HgNO3)2. Ключевой индикатор – дифенилкарбазон (C13H12N4O). Хлорная ртуть в процессе химической реакции меняет свой цвет на яркий фиолетовый. Эквивалентную «точку» титра невозможно ни с чем перепутать.

В перечне лабораторной посуды, необходимой для испытания пробы, задействованы:

  • пипетки Мора с 1 делением на 100 и 50 см3;
  • мерный цилиндр на 100 см3;
  • микробюретка с максимальной вместимостью 2 см3;
  • колбы конические объемом 250 см3;
  • капельницы для растворов индикаторов.

Список химических реактивов не велик, но все они должны иметь чистоту на уровне ч.д.а. (чистые для анализа), использование веществ класса х.ч. (химически чистые) и ос. ч. (особо чистые) приветствуется. Для исследований необходимы:

  • ртуть азотнокислая Hg(NO3)2;
  • натрий хлористый NaCl;
  • кислота азотная HNO3;
  • спирт этиловый ректификованный;
  • дифенилкарбазон C13H12N4O;
  • бромфеноловый синий (вспомогательный индикатор C19H10Br4O5S).

В данной методике показано применение бидистиллированной воды. Мешающих реагентов в данном случае нет. Не становится барьером даже присутствие железа в концентрации, превышающей 10 мг/дм3 и естественная мутность исследуемой пробы.

Недостатки метода – высокая стоимость индикаторов и соединений ртути. Несомненное достоинство – низкий порог обнаружения хлор-ионов (Cl).

Аргентометрический

Классическая методика, принятая межгосударственным стандартом в этой области. Нижний предел обнаружения хлорид-ионов: 1-3 мг/дм3.

Относительная погрешность – 2%. В случае концентрации ионов хлора (Cl-) в исследуемой пробе в диапазоне 20-200 мг/дм3 абсолютная погрешность метода может составлять 2 мг/дм3.

Аргентометрический анализ основывается на взаимодействии хлор-ионов с азотнокислым серебром (AgNO3). Реакционный фон нейтральный или слабощелочной. Роль индикатора отдана хромовокислому калию (K2CrO4), кристаллы которого, растворенные в воде до реакции, придают раствору желтую окраску, а при образовании хромовокислого серебра (AgCrO4) меняют ее на густо оранжевый оттенок.

Для выполнения анализа по этой методике понадобятся химические реактивы класса чистоты ч.д.а., изготовленные по государственным стандартам:

  • серебро азотнокислое AgNO3;
  • натрий хлористый NaCl;
  • квасцы алюмокалиевые KAl(SO4)2;
  • калий хромовокислый K2CrO4;
  • аммиак водный NH4 (25%-ный раствор);
  • азотная кислота HNO3.

Аналитический контроль за хлоридами в водной среде невозможен без использования дистиллированной воды для приготовления рабочих растворов. Использование веществ категории х.ч. и ос.ч. поспособствует получению еще более четких результатов.

В списке лабораторной посуды – изделия высокого уровня точности:

  • пипетки Мора на 100, 50, 10 см3 с одним делением;
  • микропипетки мерные на 1 см3, цена деления – 0,01 см3;
  • цилиндры мерные на 100 см3;
  • бюретки со стеклянным краном на 25 см3;
  • пробирки колометрические с отметкой 5 см3;
  • вспомогательные материалы: стеклянные воронки, капельницы, конические колбы номинальной вместимости 250 см3, беззольные фильтры класса «белая лента».

Достоинства методики – высокая точность полученных результатов, легкое освоение персоналом лаборатории. Недостатки – приличная стоимость отдельных реактивов (AgNO3), затрата рабочего времени на тщательное приготовление растворов, воздействие мешающих веществ (ортофосфатов, бромидов и иодидов.

Фотометрический

Эта методика – авторский труд теплотехнического НИИ им. Ф.Э. Дзержинского. Статуса государственного стандарта она не имеет, но широко применяется специалистами для производственных нужд. В основе лабораторного руководства взаимодействие хлоридов (Cl) с азотнокислой ртутью Hg(NO3)2 в присутствии индикатора дифенилкарбазона (C13H12N4O).

Для выполнения анализа необходимы: фотоэлектроколориметр (имеющий зеленые светофильтры с длиной волны 540 нм), кюветы на 3 см, аниониты AB-17 в OH-форме, деионизированная вода. Нижний порог чувствительности методики – 15 мкг/дм3. Недостаток метода в том, что он не позволяет проводить испытания для служб контроля АЭС и ТЭС, где необходимы более четкие результаты проб с низкой концентрацией хлоридов. Лабораторный контроль такого рода требует высокопрофессиональной подготовки персонала и наличие дорогостоящего оборудования.

Заслуженным спросом в области аналитических исследований проб на содержание хлоридов пользуются современные многопараметрические или узкопрофильные датчики с хлорид-селективными электродами (Cl). Тип – матрично-мембранный электрод, имеющий контакт с исследуемой жидкой субстанцией. Диапазон чувствительности: от 3 мг/дм3 до 35000 мг/дм3. Использование такого рода инструментов не требует особой подготовки лаборантов.

Очистка воды от хлоридов

Проблема загрязнения воды хлоридами решается с помощью систем очистки разного уровня. Простейшая из них – фильтры с сорбентами. Они обычно предлагаются в 4-х вариантах:

  • вещества-помощники из разряда легких умягчителей;
  • грубая консервативная очистка;
  • совместное «уничтожение» хлоридов и окислов железа;
  • сорбционные фильтры с активированным углем.

Решать проблему высокого содержания хлоридов воде в промышленных масштабах сложнее. Проверенный вариант – установка обратного осмоса. Однако, такое оборудование не всегда целесообразно с экономической точки зрения. Устанавливая его, надо учитывать, что концентрация хлор-ионов (Cl) имеет тенденцию к плавающим результатам в течение смены погодных сезонов и вмешательства других факторов.

Adblock
detector