Способ определения свободного хлора в воде

 

Использование: очистка природных и сточных вод, контроль качества воды, подвергающейся обеззараживанию хлором. Сущность изобретения: три пробы анализируемой воды помещают в стеклянные сосуды, вводят в них различные количества хлорной извести, содержимое сосудов перемешивают и оставляют на 30 мин в темноте. Затем в каждую пробу объемом 100 мл вводят 1 %-ный раствор хлорной извести, добавляют одну каплю нейтрального красного, перемешивают и по цвету определяют концентрацию свободного хлора. 1 табл.

Предлагаемый способ относится к технологии очистки природных и сточных вод, в частности к способам для контроля качества воды, подвергающейся обеззараживанию хлором, и может быть использован в хозяйственно-питьевом водоснабжении, в особенности при использовании питьевой воды в полевых условиях.

Обеззараживание или дезинфекция воды применяется для устранения из нее болезнетворных и иных микроорганизмов и вирусов, из-за наличия которых вода становится непригодной для питья, хозяйственных нужд или промышленных целей.

В настоящее время для обеззараживания воды используются: тепловой способ (кипячение воды), действие ультрафиолетового излучения, обеззараживание воды окислением (в качестве окислителей могут быть использованы: хлор, бром, иод, двуокись хлора и другие) действие ионизирующего излучения, обеззараживание воды фильтрацией и действие ультразвуковых колебаний.

Наиболее распространенным способом обеззараживания воды является способ ее хлорирования, основанный на бактеpицидных свойствах свободного хлора. Но при этом практическое использование указанного способа усложняется трудностью подбора необходимой дозировки хлора, а также количественным и качественным определением свободного хлора.

Наиболее распространенным способом количественного определения активного хлора в воде является и гипосульфитный способ. Чувствительность его лежит в пределах не ниже 0,04 мг/л хлора. Основан он на иодометрическом титровании, требующего точного титрованного раствора гипосульфита, раствора иодистого калия, соляной или какой-либо другой кислоты и крахмала. Все эти инградиенты подчас весьма трудно иметь в полевых условиях.

Более простым способом определения свободного хлора в воде является ортотолуидиновый способ. При наличии определенных концентраций хлора цвет ортотолуидина меняется от желтого до оранжевого. Недостатком данного способа является большая дороговизна ортотолуидина и его неспецифичность.

Известны также способы определения свободного хлора в воде, основанные на использовании броморганических соединений и пробного хлорирования.

Из известных способов определения свободного хлора в воде наиболее близким к предлагаемому является способ пробного хлорирования /1/ При введении в воду хлор гидролизуется, образуя хлорноватую и соляную кислоты.

Cl₂+H₂O HOCl+HCl образовавшаяся в результате гидролиза хлора хлорноватая кислота диссоциирует на гибохлористый ион OCl^- и ион водорода Н⁺.

При этом хлор, связанный в хлорамины, называется связанным хлором. Сумма свободного хлора Cl₂, HOCl, OCl^- и связанного в хлорамины хлора называется активным хлором. При пробном хлорировании воды 5-6 ее проб объемом 1 л помещают в стеклянные сосуды и вводят в них различное количество хлорной воды с известным содержанием свободного хлора. Содержимое сосудов перемешивают и оставляют на 30 мин в темноте. Затем определяют в каждом из проб концентрацию свободного и связанного хлора, а по результатам определений строят график хлорпоглощаемости воды.

При обеззараживании воды источников, недостаточно надежных в санитарном отношении, хлорирование воды необходимо вести таким образом, чтобы в воде через 30 мин после введения хлора было бы не менее 0,3 мг/л свободного хлора (помимо хлора, связанного в хлорамины). Дозу хлора, которую нужно ввести в воду для получения заданной величины остаточного хлора через 30 мин после контакта, определяют пробным хлорированием, на основании результатов которого строят кривую хлорпоглощаемости воды.

Для быстрого определения свободного хлора в воде по предлагаемому способу необходимо выполнить следующую последовательность операций: три пробы испытуемой воды объемом 100 мл каждая помещают в стеклянные сосуды; вводят в них различное количество 1%-ного раствора хлорной извести; в каждую пробу испытуемой воды добавляют одну каплю нейтральной красной краски.

Следует отметить, что предлагаемый способ основан с одной стороны на окислительно-восстановительных свойствах активного хлора, а с другой на том, что хлорная известь сдвигает реакцию среды в щелочную сторону.

В процессе исследования было испробовано много разных красок с различными окислительно-восстановительными потенциалами, из которых только две дали положительные результаты: водная голубая и нейтральная красная. Из указанных красок предпочтение следует отдать нейтральной красной, как краске сравнительно дешевой и дающей весьма положительные результаты.

При наличии в воде свободного хлора до 0,025 мг краска не изменяет свой вишнево-красной окраски, начиная от 0,025 и до 0,066 мг хлора краска изменяет свой цвет от вишнево-красного через оранжевый до темно-желтого, свыше 0,066 мг свободного хлора краска приобретает желтый цвет, который при больших концентрациях хлора обесцвечивается. Данные измерения окраски под действием указанных концентраций хлора можно получить только при условии, если объем жидкости не будет превышать 100 мл.

Нейтральная красная относится к группе нафтозарина и известна под названием "толуиленовой красной" с эмпирической формулой С₁₅Н₁₆N₄HClMl 288,65 (диметилдиамин-отолуазин).

Она представляет собой темно-зеленый порошок, легко растворимый в воде. В спиртовом растворе дает легкую флуоресценцию желтого цвета. С крепкой соляной кислотой дает синее окрашивание, с щелочью дает желто-коричневый осадок растворяющийся в спирте и эфире с сильной флуоресценцией.

В сильно-кислом растворе краска вторично меняет окраску: при Ph 0,3 дает синий цвет; при Ph 0 сине-фиолетовый цвет; при Ph 1,0 красный цвет. Хранить в хорошо закрытых стеклянных банках.

Приготовление краски осуществляют следующим образом: точно отвешивают 0,5 г краски; растворяют ее в 100 мл дистиллированной воды; дают постоять 3-4 ч, после чего краска готова к употреблению.

Эмпирическим путем найдено, что 1 мл 0,5%-ной нейтральной красной равен 0,6 мг активного хлора в хлорной извести. Краска не меняется в течение 15-20 дней. При помощи ее можно точно оттитровать от 0,1 до 0,8 мг свободного хлора. Выше и ниже указанного количества точность уменьшается. Если отвешивание краски производится неточно, то результаты не будут совпадать с гипосульфитным способом. Перемешивают и по цвету краски определяют концентрацию свободного хлора в испытуемой воде.

Если краска не изменила своего цвета (вишнево-красного), то это значит, что в данном случае остаточного хлора меньше 0,025 мг; оранжевый цвет будет свидетельствовать о наличии остаточного хлора от 0,025 до 0,066 мг; ярко-желтое окрашивание указывает на то, что остаточного хлора больше 0,066 мг. Количество раствора хлорной извести, затраченного на хлорирование 100 мл воды и изменившее окраску в оранжевый цвет, будет являться тем количеством, которое необходимо для хлорирования испытуемой воды.

Зная, сколько раствора хлорной извести пошло на хлорирование 100 мл воды не трудно рассчитать потребное количество раствора хлорной извести для хлорирования любых объемов данной воды. По установленным нормам допускается наличие остаточного хлора в воде от 0,2-0,6 мг на литр.

П р и м е р. В три стеклянные сосуды со 100 мл испытуемой воды добавлено в первый 0,5 мл 1/4%-ного раствора хлорной извести, содержащей 25% активного хлора, во второй 1,0 мл и в третий 1,5 мл этого же раствора. Через 30 мин в каждый сосуд добавлено по одной капли краски.

Предположим, что в первом сосуде краска не изменилась, вода окрасилась в вишнево-красный цвет, во втором приобрела оранжевый оттенок, в третьем ярко желтый. Значит в первом сосуде остаточного хлора меньше 0,025 мг, или 0,25 мг на литр: во втором содержание остаточного хлора колеблется от 0,025 до 0,066 мг, или от 0,25 до 0,66 мг на литр; в третьем остаточного хлора больше 0,066 мг или 0,66 мг на литр. Следовательно, для хлорирования больших объемов воды нужно исходить из того количества раствора хлорной извести, которое пошло на хлорирование во втором сосуде.

Если 100 мл воды требует 1,0 мл раствора хлорной извести (второй сосуд), то на один литр, естественно требуется 10,0 мл и т.д. Практически, учитывая, что в больших объемах воды активный хлор может частично улетучиваться, нужно дозу хлорной извести увеличить на 20-30 мл, т.е. взять вместо 100 мл 120-130 мл данного раствора.

Для большей убедительности, особенно, если возникают сомнения необходимо к испытуемой воде добавить еще несколько капель (максимальный счет капель должен доходить до 5-6) краски. Каждая последующая капля связывает 0,03 мг свободного хлора. Например, вода от первой капли окрасилась в желтый цвет, добавление же последующей капли краски, желтый цвет перешел в оранжевый, значит в данном сосуде было 0,09 мг активного хлора.

Предлагаемый способ был испытан на целом ряде вод Ленинградской области, включая и реку Неву. Наиболее характерные анализы представлены в таблице. Данные гипосульфитного способа во всех случаях совпали с данными предлагаемого способа.

При детальном анализе факторов, влияющих на характер изменения окраски нейтральной красной, нужно отметить, что ни большая окисляемость, ни присутствие железа, азотистых солей не сказывается на результатах предлагаемого способа. Единственным существенным фактором, влияющим на результаты индикации свободного хлора в воде является концентрация водородных ионов. Кроме того, предлагаемый индикационный способ определения свободного хлора в воде по сравнению с известными является более простым и доступным.

Для его практической реализации может быть использован портативный ящик для определения хлор потребности воды, который содержит три стеклянных сосуда, пипетку, пузырьки с краской и хлорной известью. К ящику прилагается шкала с различными оттенками красок.

Формула изобретения

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СВОБОДНОГО ХЛОРА В ВОДЕ, при котором три пробы испытуемой воды помещают в стеклянные сосуды, вводят в них различное количество хлорной извести, содержимое сосудов перемешивают и оставляют на 30 мин в темноте, отличающийся тем, что в каждую пробу объемом 100 мл вводят 1%-ный раствор хлорной извести, добавляют одну каплю нейтрального красного, перемешивают его и по цвету краски определяют концентрацию свободного хлора в испытуемой воде.

РИСУНКИ

Рисунок 1