Нормирование качества питьевой воды. Водоподготовка умягчением

    Из  неорганических ионитов наибольшее значение имеют цеолиты — это  алюмосиликаты сложного состава, имеющие  кристаллическое строение. Например, алюмосиликат состава Na₂O • Al₂O₃ • 4SiO₂ • yH₂O (NaAlSi₂O₆ • y/2 • H₂O) имеет пространственную решетку, образованную атомами Al, Si и О. Эта решетка пронизана полостями, в которых размещаются ионы Na⁺ и молекулы воды. Ионы Na⁺ обладают определенной свободой перемещения. Пропуская воду через слой зерен (гранул) цеолита, происходит замещение ионов Na⁺ на ионы Са²⁺ и Mg²⁺ из воды:

2NaAlSi₂O_6(T) + Ca²⁺_(p) ↔ Ca(AlSi₂O₆)_2(T) + 2Na⁺_(p)

Более совершенны органические синтетические  иониты — ионообменные смолы. Они  сочетают в себе высокие эксплуатационно-технические характеристики и разнообразные физико-химические свойства. Принцип ионного обмена широко используется в бытовой аппаратуре для очистки воды. 

    Методы  определения жесткости воды. 

    1 Трилонометрический (стандартный) метод, основан на способности трилона Б образовывать с катионами Са²⁺, Mg²⁺, Fe²⁺ и многими другими достаточно прочные окрашенные комплексные соединения. Исследуемый образец воды титруют раствором трилона Б в присутствии индикатора — эриохрома черного Т. С ионами Са²⁺ и Mg²⁺, присутствующими в воде, он образует окрашенные комплексные соединения при рН ≈ 10, придающие ей винно-красный цвет. Эти комплексные соединения менее прочны, чем комплексные соединения трилона Б с этими ионами. Поэтому в точке эквивалентности происходит разрушение комплексов с индикатором и образование комплексов с трилоном Б, в результате чего окраска из винно-красной переходит в сине-голубую. 

    2 Концентрацию ионов жесткости можно очень быстро определять с помощью ионоселективных электродов. Для этого используются электроды на основе мембран с подвижными носителями. 
 

   Выполнение  работы. 

   Приборы, посуда, реактивы:

раствор трилона Б 0,05н., буферный аммиачный  раствор с рН 9-10 (NН₄ОН и NН₄С1), раствор 0,1н НС1, сода пищевая, индикаторы хром темно-синий (эриохром черный), метилоранж, колбы конические на 100 мл, мерные цилиндры - 25-50 мл, колба мерная на 50 мл, бюретки для титрования, электрическая плита, колонки с ионообменной смолой АН-1 (АВ-17-8).

   Материал: вода питьевая. 

   Порядок выполнения работы 

   П.1. Определение общей жесткости. 

   1.В коническую колбу отмерить 100 мл исследуемой воды.

   2. Добавить 5 мл аммонийной буферной смеси

   3. Добавить 2-3 капли раствора эриохрома черного ( или 0,1 г на кончике шпателя сухого эриохрома .черного),

   4. Раствор перемешать и титровать рабочим раствором трилона Б до перехода вишнево-красный окраски в фиолетовую.

   Затем выждать 2 минуты, помешивая раствор, и, если окраска раствора остается фиолетовой, добавить 1-2 капли трилона Б и  довести окраску раствора до синей.

   В конце титрования рабочий раствор трилона -Б следует прибавлять по каплям, энергично перемешивая. Следует помнить: перетитрованный раствор имеет ту же окраску, что и правильно оттитрованный.

   5. Рассчитать величину общей жёсткости  по формуле: 

Н  =  (N_тр  ·  V_тр  · 1000) /  V_Н2О,    1) 

     где: Н – жесткость воды, мг·экв/л или моль/м³;

      N_тр – нормальность трилона Б, равная 0,05н;

      V_тр – объем трилона Б, израсходованный на титрование, мл

      V_H2O – объем пробы, (100 мл).

Полученные  данные занести в таблицу. 

Умягчение воды 

П.2 Термический метод.

     1 Налить в колбу 100 мл воды и прокипятить 15 мин до появления осадка.

     2 Воду остудить и повторить определение жесткости титрованием (см. п.1).

     3 Рассчитать жёсткость после умягчения  Н₁ по формуле (1).

     4 Определить эффективность метода по формуле: 

   P= (DH/Hобщ) ·  100%       2) 

   Где Р – эффективность метода,

   DH- разность между исходным значением жесткости Н и значением жёсткости после умягчения Н_i:

     DH = Н – Н_i 

   Полученные  данные занести в таблицу. 

П.3 Реагентный метод

     1. Рассчитать необходимое количество  реагента фосфата натрия Vр по формуле:

     Vр = (Н + 1)/ (10 ·  n)       3)

     Где: Н –жесткость исходной воды,

             n – концентрация реагента  ( n = 0.03 г экв/л). 

     2. Налить в колбу 100 мл исследуемой воды, добавить рассчитанное количество реагента (отмерить мерным цилиндром) и перемешать до полного растворения.

     3. Повторить определение жёсткости  титрованием (см. п.1).

     4. Рассчитать полученную после умягчения жесткость воды Н₂ по формуле (1) и эффективность метода (2). Полученные данные занести в таблицу. 

П.4. Ионообменный метод

     1 Пробу воды объемом 100 мл пропустить через ионообменную смолу.

     2 Повторить определение жёсткости  (см. п.1).

     3 Рассчитать полученную после умягчения жесткость воды Н₃ по формуле (1) и эффективность метода (2).

       Полученные данные занести в  таблицу. 

     Таблица экспериментальных данных 

 

     В выводе отметьте: 

     1 Отвечает ли исследованная проба  нормативу для воды питьевого  назначения по жёсткости?

     2 Какой из методов водоподготовки  умягчением наиболее эффективен?

       
 

   Контрольные вопросы: 

1. Что такое  жесткость воды?
2. Методы определения жесткости.
3. Какую жесткость должна иметь питьевая вода?
4. Какое значение имеет жёсткость воды для здоровья человека, в быту, на производстве?
5. Что такое водоподготовка, умягчение воды?
6. Какими способами устраняют жесткость воды? Чем обусловлен выбор того или иного метода?