ПРИМЕЧАНИЕ: показатель « Азот по Кьельдалю» по составу компонентов совпадает с показателем « Сумма азота органического и азота аммонийного » (Постановление № 644).
Методы определения азота в пробах воды
Наряду с к лассическим методом, основанным на разложении по Кьельдалю, уже несколько десятилетий используются гораздо более перспективные методы персульфатного и высокотемпературного окисления . Рассмотрим кратко особенности этих трёх методов.
Разложение по Кьельдалю — стандартный метод определения содержания органического азота. Преобразование органического азота в аммоний проводят путем разложения в концентрированной серной кислоте при высокой температуре (360…380 °С) в присутствии сульфата калия. При указанных условиях органический азот превращается в сульфат аммония , который затем анализируют одним из трёх способов: титрованием с минеральной кислотой, колориметрическим методом либо с помощью аммоний-селективного электрода. Определяемый параметр носит условное наименование « Азот по Кьельдалю» и представляет собой сумму органического и аммонийного азота.
Весь процесс достаточно длительный (3…4 часа) и трудоёмкий. Пределы обнаружения высокие, прецизионность результатов низкая; вероятны высокие значения сигналов холостых проб.
При выполнение анализа этим методом существует опасность воздействия горячего раствора серной кислоты; в результате работы образуются значительные объёмы отходов, содержащих серную кислоту.
Определение общего азота методом персульфатного окисления
Ранее упомянутый РД 52.24.481 – 2007 устанавливает методику выполнения измерений массовой концентрации общего азота в пробах воды методом персульфатного окисления с УФ-спектрофотометрическим окончанием. Методика рассчитана на использование в лабораториях, осуществляющих анализ природных и очищенных сточных вод.
Выполнение измерений массовой концентрации общего азота основано на окислении азотсодержащих соединений персульфатом калия при нагревании в щелочной среде. Азот, содержащийся в органических и неорганических соединениях, в результате реакции превращается в нитраты. Содержание нитратов измеряют при помощи спектрофотометра по поглощению в УФ-области спектра при длине волны около 210 нм. Продолжительность обработки проб, при подготовке к спектрофотометрированию , приблизительно полтора часа.
Определению мешают значительные количества тяжелых металлов (более 10 мг/дм 3 ), а также содержание ионов хрома или железа на уровне 1 мг/дм 3 .
Определение общего азота методом термокаталитического окисления
Альтернативный метод определения общего азота изложен в ISO/TR 11905 – 2:1997 Water quality – Determination of nitrogen (Качество воды – определение содержания азота) и НДП 30.1:2:3.9 – 08 (издание 2011 г.) «МВИ органического углерода и общего азота в питьевых, природных и сточных водах».
В основу этого метода положен процесс термического разложения органических и неорганических форм азота на катализаторе и перевод их в форму монооксида азота (NO). Процесс разложения происходит в колонке сжигания, помещенной в печь, нагретую до температуры 800…1000 °С. Катализатор способствует более полному окислению компонентов пробы, что позволяет использовать в качестве газа-окислителя воздух, а также снизить температуру печи. Для детектирования используется, как правило, хемилюминесцентное излучение, возникающее при реакции монооксида азота с озоном. При этом образуется молекула NO2 в возбуждённом состоянии. Переход в основное состояние сопровождается испусканием света в диапазоне длин волн 650…900 нм, который регистрируется фотоприёмником. Схематически эти процессы можно представить следующим образом:
Для окисления пробы и перемещения продуктов разложения по измерительной системе используется газ-носитель, содержащий кислород (этого может быть, например, чистый воздух). Этот же газ-носитель используется и для приготовления озона, который необходим для обеспечения хемилюминесцентного детектирования.
Диапазон измерений метода термокаталитического окисления достаточно широк и, в зависимости от используемого прибора, лежит в диапазоне от 0,1…0,2 мг/дм 3 до 100…200 мг/дм 3 . Таким образом, одним методом можно делать измерения общего азота как в чистых (олиготрофных) водоёмах с содержанием азота на уровне 0,3 мг/дм 3 , так и в неочищен- ных сточных водах, для которых характерно содержание азота на уровне 50…100 мг/дм 3 .
Время однократного измерения составляет 3…4 минуты, пробоподготовка (кроме фильтрования в некоторых случаях) не требуется.
Необходимо отметить, что анализаторы с термокаталитическим окислением пробы не используют в своей работе токсичные или опасные реагенты, а это обеспечивает безопасность выполнения измерений и экологичность самого процесса, вследствие отсутствия химических отходов (незначительное количество образующегося озона легко нейтрализуется). .
Завершим обзор методов краткой сводкой характеристик:
Влияние состава пробы на результат
Влияние субъективного фактора на результат
Приборное обеспечение для анализа азота
Наиболее простой способ измерения содержания аммоний-иона, образующегося в результате реакции по методу Кьельдаля, предполагает использование иономера любого типа с аммоний-селективным электродом. Возможно титрование, не требующее приборного обеспечения, либо применение фотоколориметра (в случае колориметрического окончания).
Метод персульфатного окисления
Окончание метода персульфатного окисления – спектрофотометрия. Измерительный прибор – спектрофотометр любого типа, обеспечивающий измерение оптической плотности в диапазоне длин волн около 210 нм и снабжённый кварцевыми жидкостными кюветами.
Метод термокаталитического окисления
Для выполнения измерений общего азота термокаталитическим методом могут быть использованы серийно выпускаемые приборы отечественного или зарубежного производства. В зарубежных системах в качестве базового блока используют серийный ТОС-анализатор, дополнительно оснащённый приставкой для детектирования окислов азота, а в России производится специализированный прибор « ТОПАЗ- N », конструкция которого предусматривает все необходимые устройства, включая термореактор с катализатором, генератор озона, детектор и устройство для нейтрализации отходов озона.
Анализаторы « ТОПАЗ-N» позиционируются прежде всего как приборы для широкого круга лабораторий, решающих задачи санитарного контроля качества питьевой воды, исследования экологического благополучия природных водоёмов и определения степени загрязнённости сточных вод различного происхождения.
Обращаем внимание, что применение автоматизированных анализаторов общего азота любого типа обеспечивает получение достоверных результатов, свободных от субъективных ошибок при выполнении измерений. Как правило, современные приборы с микропроцессорным управлением позволяют не только рассчитывать измеренную концентрацию, но и обладают возможностью архивировать результаты выполненных измерений.
Подводя итоги рассмотрения необходимо отметить следующее:
«Метод Кьельдаля» – в полной мере соответствует заявленной в нормативном документе величине, но не охватывает всех форм азота, которые могут присутствовать в сточных (или природных) водах. Как следствие, результат измерений не отражает реальной нагрузки на очистные сооружения или природную среду. Метод трудоёмок, опасен в исполнении, образуются токсичные отходы. Обладает невысокими метрологическими характеристиками.
Метод персульфатного окисления – охватывает все формы азота, т.е. отражает реальную нагрузку очистных сооружений (или природного водоёма) по азоту. Метод трудоёмок, однако это компенсируется высокими метрологическими характеристиками (при условии использования чистых реактивов, например, персульфата калия). Невысокая верхняя граница измеряемых концентраций приводит к необходимости разбавления проб сточной воды, отмечается негативное влияние примесей тяжёлых металлов, содержащихся в анализируемой пробе.
Метод термокаталитического окисления – позволяет непосредственно определять показатель «общий азот», отличается возможностью автоматизации процесса выполнения измерений. Очень высокая производительность (до 10 измерений в час). Метод экологичен, в процессе не образуются токсичные отходы. Метрологические характеристики значительно выше, чем у «метода Кьельдаля». Для выполнения измерений методом термокаталитического окисления может быть использован серийно выпускаемый недорогой специализированный анализатор «ТОПАЗ-N» (ООО «Информаналитика», Санкт-Петербург).
Завершая обсуждение, хотелось бы ещё раз обратить внимание, что показатель «общий азот», включающий все формы связанного азота, в том числе азот нитратов и нитритов, позволяет оценить нагрузку очистных сооружений более адекватно, нежели ныне нормируемый показатель «сумма азота органического и азота аммонийного», адаптированный под использование «метода Кьельдаля», разработанного ещё в XIX веке.
Полный текст статьи опубликован в журнале «Вода. Химия и экология» № 5, 2014, с. 82-87
Размещено: 15.05.2014 в 12:40. Осталось — 1615 дней.
Просмотров: 10052
Подписка
Отписаться
Помощь
Вы просматриваете полную версию публикации компании.
Для возврата в главное меню нажмите «Назад».
Особенные компании
Мир оборудования, ООО — Россия, Ленинградская область, Санкт-Петербург.
ООО «Мир Оборудования» — ведущий Российский производитель Промышленных Сушильных Шкафов, Лабораторно
Лабораторка — интернет-каталог лабораторного и аналитического оборудования — Россия, ——, .
Лабораторка — инернет-каталог лабораторного и аналитического оборудования.
ЦветХром, ООО — Россия, Нижегородская область, Дзержинск.
ООО «ЦветХром» производит вспомогательное оборудования для лабораторий: Генераторы водорода серии «Ц
Цвет, НПО, ООО — Россия, Нижегородская область, Дзержинск.
ООО НПО «Цвет» производит вспомогательное оборудования для лабораторий: Генераторы водорода серии «Ц
Полезная информация. — Россия, ——, ———.
Мы собираемся написать серию статей о некотором лабораторном оборудовании.Ваши комментарии просьба о
МВК, ОАО — Россия, Московская область, Москва.
MVK – Международная Выставочная Компания – независимый российский выставочный орган
Наше Рекламное агентство предлагает Вам следующие услуги:
источник
ПНД Ф 14.1;2.206-04 Количественный химический анализ вод. Методика выполнения измерений массовой концентрации общего азота в природных и сточных водах
МИНИСТЕРСТВО ПРИРОДНЫХ РЕСУРСОВ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Директор ФГУ «Федеральный научно-методический центр анализа и мониторинга окружающей среды» _________________ Г.М. Цветков 25 июня 2004 г.
КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ ХИМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ВОД
МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЙ МАССОВОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ ОБЩЕГО АЗОТА В ПРИРОДНЫХ И СТОЧНЫХ ВОДАХ ТИТРИМЕТРИЧЕСКИМ МЕТОДОМ
Методика допущена для целей государственного экологического контроля
Настоящая методика предназначена для определения азота общего титриметрическим методом в природных и сточных водах.
Диапазон измеряемых концентраций от 1,0 до 200 мг/дм 3 .
Если массовая концентрация в анализируемой пробе превышает верхнюю границу, то допускается разбавление пробы таким образом, чтобы концентрация азота общего соответствовала регламентированному диапазону.
Метод основан на восстановлении водородом (в момент выделения) нитратов и нитритов в кислой среде до аммиака и последующей минерализации азотосодержащих органических соединений серной кислотой с сульфатом калия при каталитическом действии сульфата ртути. Этим способом все азотосодержащие соединения переводят в гидросульфат аммония. Минерализованную пробу подщелачивают, отгоняют аммиак и определяют его титрованием. Концентрацию азота общего определяют расчетным путем по п. 10.1.
2 ПРИПИСАННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ И ЕЕ СОСТАВЛЯЮЩИХ
2.1 Методика выполнения измерений обеспечивает получение результатов измерений с погрешностью, не превышающей значений, приведённых в таблице 1.
Диапазон измерений, значения показателей точности, повторяемости и воспроизводимости методики
Диапазон измерений, мг/дм 3
Показатель точности (границы относительной погрешности при вероятности Р = 0,95), ± d, %
— Натрий серноватистокислый 5-ти водный по ГОСТ 27068-86.
— Ртуть окись по ГОСТ 5230-74.
— Натрий гидроокись по ГОСТ 4328-77.
— Спирт этиловый ректификованный по ГОСТ 18300-87.
— Фенолфталеин по ГОСТ 5850-72.
— Метиловый красный по ТУ 6-09-4070-75.
— Метиленовый синий по ТУ 6-09-29-76.
— Порошкообразное железо, восстановленное.
— Калий марганцовокислый по ГОСТ 20490-75.
— Аммоний роданистый по ГОСТ 27067-86.
— Катионит КУ-2 или СБС по ГОСТ 20298-74.
— Стекловолокно по ГОСТ 10727-74.
— Универсальная индикаторная бумага по ТУ 6-09-1181-76.
Примечания. 1. Допускается применять средства измерения, устройства, материалы и реактивы, отличные от указанных выше, но не уступающие им по метрологическим и техническим характеристикам.
2. Все реактивы должны иметь квалификацию «хч» или «чда».
4.1 При выполнении анализов необходимо соблюдать требования техники безопасности при работе с химическими реактивами по ГОСТ 12.1.007-76.
4.2 Электробезопасность при работе с электроустановками по ГОСТ 12.1.019-79.
4.3 Организация обучения персонала безопасности труда по ГОСТ 12.0.004-90.
4.4 Помещение лаборатории должно соответствовать требованиям пожарной безопасности по ГОСТ 12.1.004-91 и иметь средства пожаротушения по ГОСТ 12.4.009-83.
К выполнению измерений и обработке их результатов допускают специалиста, имеющего высшее или среднее специальное химическое образование или опыт работы в химической лаборатории, прошедшего соответствующий инструктаж, освоившего метод в процессе тренировки и уложившегося в нормативы при выполнении процедур контроля погрешности.
При выполнении измерений в лаборатории должны быть соблюдены следующие условия:
— температура окружающего воздуха (20 ± 5) °С;
— атмосферное давление (97,3 — 104,6) кПа;
— относительная влажность воздуха до 80 % при температуре 25°;
— частота переменного тока (50 ± 1) Гц;
— напряжение в сети (220 ± 22) В.
7.1 Отбор проб осуществляют в соответствии с ГОСТ Р 51592-2000 «Вода. Общие требования к отбору проб».
7.2 Пробы воды отбирают в стеклянные бутыли, предварительно ополоснутые отбираемой водой. Объем отбираемой пробы должен быть 0,5 — 1,0 дм 3 в зависимости от концентрации азота общего.
7.3 Если пробу нельзя проанализировать в день отбора, то ее консервируют, прибавляя 1 см 3 концентрированной серной кислоты на 1,0 дм 3 пробы.
7.4 При отборе проб составляется сопроводительный документ по утвержденной форме, в котором указывается:
— должность, фамилия отбирающего пробу, дата.
Дистиллированную воду пропускают через колонку с катионитом КУ-2 или СБС. Предварительно проводят подготовку катионита. Для этого катионит помещают в стакан и заливают дистиллированной водой. На следующий день катионит помещают в стеклянную бюретку вместимостью 50 см 3 (в нижнюю часть бюретки предварительно помещают слой стекловолокна толщиной 1 — 2 см) и промывают раствором соляной кислоты с массовой долей 15 % для освобождения от железа, проверяя наличие последнего по качественной реакции с роданистым аммонием. Подготовка катионита заканчивается промыванием его дистиллированной водой до нейтральной реакции (по индикаторной бумаге). Катионит следует хранить под слоем дистиллированной воды.
Безаммиачную воду также можно получить вторичной перегонкой дистиллированной воды, предварительно подкислив ее 1 см 3 разбавленной (1:4) серной кислоты на 1 дм 3 и добавив марганцевокислый калий до четко малиновой окраски.
Полученную одним из описанных выше способов воду проверяют на наличие аммиака по качественной реакции с реактивом Несслера и используют для приготовления реактивов.
Все растворы готовят на безаммиачной воде.
При приготовлении растворов серной кислоты необходимо соблюдать осторожность. Растворы готовят добавлением серной кислоты к воде.
Прибавляют при перемешивании к 3 объемам безаммиачной воды 1 объем серной кислоты (r = 1,84). Срок хранения раствора 6 месяцев.
В термостойком стакане растворяют 134,0 г сульфата калия в 650 см 3 безаммиачной воды, добавляют 200 см 3 концентрированной серной кислоты, тщательно перемешивают. Затем добавляют раствор сульфата ртути (см. Примечание), раствор охлаждают до комнатной температуры и переносят в мерную колбу вместимостью 1 дм 3 (тщательно смывая все со стенок стакана) и доводят до метки безаммиачной водой. В качестве катализатора вместо сульфата ртути можно использовать металлическую ртуть.
Примечание. Раствор сульфата ртути готовят следующим образом: навеску 2 г окиси ртути растворяют в стакане в 25 см 3 20 % раствора серной кислоты.
В термостойком стакане растворяют 500 г гидроксида натрия и 25 г серноватистокислого натрия в 500 см 3 безаммиачной воды, доводят объем до 1 дм 3 .
Раствор хранят в полиэтиленовой посуде. Срок хранения 6 месяцев.
В колбе растворяют 0,5 г фенолфталеина в 50 см 3 96 % этилового спирта и доводят до 100 см 3 безаммиачной водой.
Раствор хранят в темном месте до внешних изменений.
В термостойкий стакан наливают 500 см 3 безаммиачной воды и медленно при перемешивании добавляют 28,0 см 3 концентрированной серной кислоты. После охлаждения раствор переносят в мерную колбу вместимостью 1 дм 3 и доводят до метки безаммиачной водой.
В термостойкий стакан наливают 500 см 3 безаммиачной воды и медленно при перемешивании добавляют 2,8 см 3 концентрированной серной кислоты. После охлаждения раствор переливают в мерную колбу вместимостью 1 дм 3 и доводят до метки безаммиачной водой.
В термостойком стакане к 500 см 3 безаммиачной воды добавляют 200 см 3 0,1 моль/дм 3 эквивалента раствора серной кислоты. Раствор переносят в мерную колбу вместимостью 1 дм 3 и доводят до метки безаммиачной водой. Срок хранения 6 месяцев.
При использовании этого раствора для титрования титр или поправку проверяют титрованием раствором гидроксида натрия (0,02 моль/дм 3 эквивалента).
В стакане растворяют 40 г гидроксида натрия в 200 — 300 см 3 свежепрокипяченной и охлажденной безаммиачной воды, по окончании растворения переносят в мерную колбу вместимостью 1 дм 3 и доводят до метки свежепрокипяченной и охлажденной безаммиачной водой. Раствор хранят в полиэтиленовой бутыли с пробкой и хлоркальцевой трубкой, заполненной натронной известью (для предотвращения попадания углекислоты из воздуха), в течение 3 месяцев.
В стакане растворяют 4,0 г гидроксида натрия в 100 см 3 свежепрокипяченной и охлажденной безаммиачной воды. По окончании растворения раствор охлаждают, переносят в мерную колбу вместимостью 1 дм 3 и доводят до метки свежепрокипяченной и охлажденной безаммиачной водой.
Раствор хранят в полиэтиленовой бутыли с пробкой и хлоркальцевой трубкой, заполненной натронной известью (для предотвращения попадания углекислоты из воздуха), в течение 3 месяцев.
В мерную колбу вместимостью 1 дм 3 наливают 200 см 3 0,1 н раствора гидроксида натрия и разбавляют свежепрокипяченной и охлажденной безаммиачной водой до метки. Раствор хранят в полиэтиленовой бутыли с пробкой и хлоркальцевой трубкой, заполненной натронной известью (для предотвращения попадания углекислоты из воздуха), в течение 6 месяцев.
Растворяют 0,1 г метилового красного в 100 см 3 96 % этилового спирта. Раствор хранят в защищенном от света месте до внешних изменений.
Растворяют 0,2 г метилового красного в 100 см 3 96 % этилового спирта. Раствор хранят в защищенном от света месте до внешних изменений.
Растворяют 0,2 г метиленового синего в 100 см 3 96 % этилового спирта. Раствор хранят в защищенном от света месте до внешних изменений.
В колбе смешивают два объема 0,2 % раствора метилового красного в 96 % этиловом спирте и один объем 0,2 % раствора метиленового синего в 96 % растворе этилового спирта.
Раствор храпят в склянке из темного стекла до внешних изменений.
В мерную колбу вместимостью 1 дм 3 помещают 300 см 3 дистиллированной воды и приливают при перемешивании 353 см 3 соляной кислоты (r = 1,18). Раствор доводят до метки дистиллированной водой.
В зависимости от предполагаемого содержания азота общего помещают в колбу Кьельдаля от 25 до 100 см 3 пробы воды (см. таблицу 2), далее пробу подкисляют 5 см 3 разбавленной серной кислоты (1:3). Добавляют 0,5 г порошкообразного железа. Смесь нагревают на водяной бане до тех пор, пока в колбе не останется лишь незначительное количество железа. После охлаждения добавляют 50 см 3 смеси для минерализации. В горло колбы вставляют втулку и содержимое колбы слабо кипятят под тягой. В случае высокого содержания органических веществ, не содержащих азота, добавляют двукратное количество смеси для минерализации. Минерализация считается законченной через 20 — 30 мин после осветления смеси.
Остаток в колбе разбавляют безаммиачной водой приблизительно до 300 см 3 , добавляют несколько капель фенолфталеина (п. 8.2.4) и нейтрализуют раствором для подщелачивания (п. 8.2.3) до слаборозовой окраски.
Колбу подсоединяют к установке для перегонки и отгоняют приблизительно 200 см 3 дистиллята в приемник, в который предварительно было налито 25 см 3 раствора серной кислоты (концентрация кислоты в зависимости от предполагаемого содержания в пробе аммиака указана в табл. 2).
Концентрация азота, мг/дм 3
Содержание аммиака в дистилляте определяют путем титрования раствором гидроксида натрия соответствующей концентрации (такой же, какой применялась серная кислота для поглощения аммиака), по метиловому красному или со смешанным индикатором 1 . Параллельно определяют количество раствора гидроксида натрия, пошедшее на титрование 25 см 3 серной кислоты, помещенной в приемник. Количество серной кислоты, израсходованной на поглощение аммиака, определяют по разности этих двух титрований.
1 При содержании в пробе общего азота менее 1 мг/дм 3 возможно определение аммиака фотометрическим метолом.
10 ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ
10.1 Концентрацию азота общего (С) в мг/дм 3 вычисляют по формуле:
где V1 — объем раствора гидроксида натрия, израсходованного на титрование 25 см 3 раствора серной кислоты, см 3 ;
V2 — объем раствора гидроксида натрия, израсходованного на титрование дистиллята, см 3 ;
К — поправочный коэффициент к концентрации раствора гидроксида натрия;
N — концентрация раствора гидроксида натрия;
18,04 — эквивалент иона аммония;
V — объем пробы, взятой для анализа, см 3 ;
0,78 — коэффициент пересчета аммиака на азот.
10.2 За результат анализа Хср принимают среднее арифметическое значение двух параллельных определений Х1 и Х2
для которых выполняется следующее условие:
где r — предел повторяемости, значения которого приведены в таблице 3.
Значения предела повторяемости при вероятности Р = 0,95
Диапазон измерений, мг/дм 3
Предел повторяемости (относительное значение допускаемого расхождения между двумя результатами параллельных определений), r, %
При невыполнении условия (1) могут быть использованы методы проверки приемлемости результатов параллельных определений и установления окончательного результата согласно раздела 5 ГОСТ Р ИСО 5725-6-2002.
Расхождение между результатами анализа, полученными в двух лабораториях, не должно превышать предела воспроизводимости. При выполнении этого условия приемлемы оба результата анализа, и в качестве окончательного может быть использовано их среднее арифметическое значение. Значения предела воспроизводимости приведены в таблице 4.
Значения предела воспроизводимости при вероятности Р = 0,95
Диапазон измерений, мг/дм 3
Предел воспроизводимости (относительное значение допускаемого расхождения между двумя результатами измерений, полученными в разных лабораториях), R, %
При превышении предела воспроизводимости могут быть использованы методы оценки приемлемости результатов анализа согласно раздела 5 ГОСТ Р ИСО 5725-6-2002.
11 ОФОРМЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ АНАЛИЗА
Результат анализа Хср в документах, предусматривающих его использование, может быть представлен в виде: Хср ± D, Р = 0,95,
где D — показатель точности методики.
Значение D рассчитывают по формуле: Д = 0,01 ? d ? Хср. Значение d приведено в таблице 1.
Допустимо результат анализа в документах, выдаваемых лабораторией, представлять в виде: Хср ± Dл, Р = 0,95, при условии Dл 3 эквивалента; 0,1 моль/дм 3 эквивалента и 0,02 моль/дм 3 эквивалента готовя в соответствии с п.п. 8.2.5; 8.2.6 и 8.2.7.
Растворяют 1,0 г фенолфталеина в 100 см 3 96 % этилового спирта. Раствор хранят в защищенном от света месте до внешних изменений.
30 — 40 см 3 раствора гидроксида натрия помещают в коническую колбу, добавляют 3 — 4 капли 1 % раствора фенолфталеина и титруют раствором серной кислоты соответствующей концентрации до момента обесцвечивания раствора. Затем раствор нагревают до кипения (накрыв часовым стеклом). Если розовая окраска вновь появится, раствор охлаждают и добавляют по каплям раствор серной кислоты до исчезновения окраски. Нагревание до кипения, охлаждение и титрование производят до тех пор, пока кипячение не перестанет вызывать розовую окраску.
30 — 40 см 3 серной кислоты соответствующей концентрации помещают в коническую колбу, добавляют 3 — 4 капли фенолфталеина и титруют раствором гидроксида натрия до появления неисчезающей розовой окраски.
3 Расчет поправочного коэффициента
Поправочный коэффициент (К) для приведения к точной концентрации раствора гидроксида натрия рассчитывают по формуле:
где V1 — объем раствора серной кислоты, взятый или израсходованный на титрование, см 3 ;
V — объем раствора гидроксида натрия, взятый или израсходованный на титрования, см 3 .
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ И МЕТРОЛОГИИ
ФГУП «УРАЛЬСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ МЕТРОЛОГИИ» — ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАУЧНЫЙ МЕТРОЛОГИЧЕСКИЙ ЦЕНТР
«THE URALS RESEARCH INSTITUTE FOR METROLOGY» — STATE SCIENTIFIC METROLOGICAL CENTRE
ГСП-824, ул. Красноармейская, 4
620219, GSP-824, Ekaterinburg, Russia
СВИДЕТЕЛЬСТВО № 224.01.02.136/2004 CERTIFICATE об аттестации методики выполнения измерений
Методика выполнения измерений массовой концентрации общего азота в природных и сточных водах титриметрическим методом.
разработанная ФГУ «Центр экологического контроля и анализа» МПР России (г. Москва).
аттестована в соответствии с ГОСТ Р 8.563-96.
Аттестация осуществлена по результатам метрологической экспертизы материалов по разработке методики выполнения измерений.
В результате аттестации установлено, что методика соответствует предъявляемым к ней метрологическим требованиям и обладает следующими основными метрологическими характеристиками:
1. Диапазон измерений, значения показателей точности, повторяемости, воспроизводимости
Диапазон измерений, мг/дм 3
Показатель точности (границы относительной погрешности при вероятности Р = 0,95), ± d, %
2. Диапазон измерений, значения пределов повторяемости и воспроизводимости при вероятности Р = 0,95
Диапазон измерений, мг/дм 3
Предел повторяемости (относительное значение допускаемого расхождения между двумя результатами параллельных определений), r, %
Предел воспроизводимости (относительное значение допускаемого расхождения между двумя результатами измерений, полученными в разных лабораториях), R, %
3. При реализации методики в лаборатории обеспечивают:
— контроль исполнителем процедуры выполнения измерений (на основе оценки погрешности при реализации отдельно взятой контрольной процедуры);
— контроль стабильности результатов измерений (на основе контроля стабильности среднеквадратического отклонения повторяемости, среднеквадратического отклонения внутрилабораторной прецизионности, погрешности).
Алгоритм контроля исполнителем процедуры выполнения измерений приведен в документе на методику выполнения измерений.
Процедуры контроля стабильности результатов выполняемых измерений регламентируют во внутренних документах лаборатории.
4. Дата выдачи свидетельства 02.02.2004 г.
2 приписанные характеристики погрешности измерений и ее составляющих. 1
3 средства измерений, вспомогательное оборудование, реактивы и материалы.. 2
4 условия безопасного проведения работ. 3
5 требования к квалификации операторов. 3
6 условия выполнения измерений. 3
7 отбор проб, их консервирование и хранение. 3
8 Подготовка к выполнению анализа. 3
10 обработка результатов измерений. 6
11 оформление результатов анализа. 7
12 Контроль качества результатов анализа при реализации методики в лаборатории. 8
Приложение А. Установление поправочного коэффициента для растворов гидроксида натрия по серной кислоте
источник
Формы азота. Общий азот определяют для получения представления о балансе азотистых веществ. Наличие аммонийного азота указывает на загрязненность сточной воды фекальными .водами. Обнаружение окисленных форм азота и сопоставление общего количества азота в очищенных водах с его количеством в сточной воде указывает на глубину окислительного процесса. Обычно при нагрузках на активный ил порядка 400—500 мг г нитрификация не развивается даже в летний период. При нагрузках на ил около 200—250 мг/г нитраты появляются, особенно летом. При нагрузках 100—150 мг БПКб на 1 г ила большая часть азота переходит в нитраты. Кроме нагрузки на ил большое значение для развития процесса нитрификации имеет период аэрации воды в аэротенке и время регенерации активного ила.[ . ]
Формы азота. Общий азот определяют для получения представления о балансе азотистых веществ. Наличие аммонийного азота указывает на загрязненность сточной воды фекальными водами.[ . ]
Соединения азота и фосфора. При анализе сточных вод определяют азот общий, аммонийный, нитритный, нитратный. Показатель «азот общий» определяет содержание в воде органического и неорганического азота. Окисленные формы азота в неочищенных городских водах отсутствуют и появляются только в случае глубокой биологической очистки сточных вод.[ . ]
Органическое вещество, % массы сухого вещества Азот общий (¡V), % массы сухого вещества .[ . ]
При характеристике сточных вод рассматривают четыре формы азота: азот общий, аммонийный, нитритный и нитратный.[ . ]
В бытовых сточных водах до их очистки можно найти лишь две формы — азот общий и аммонийный. Азот в окисленных формах в виде нитритов и нитратов обычно отсутствует. Нитриты и нитраты могут появляться в бытовых сточных водах лишь после очистки этих вод в биоокислитеяях — биофильтрах и аэро-тенках.[ . ]
В городских сточных водах до их очистки можно найти лишь две формы — азот общий и аммонийный. Азот в окисленных формах в виде нитритов и нитратов обычно отсутствует. Окисленные формы отсутствуют даже в том случае, если какие-либо производственные стоки при сбросе их в общую канализацию имели нитриты и нитраты в своем составе. Исчезновение нитритов и нитратов объясняется тем, что группа факультативных анаэробов-денитрификаторов использует связанный кислород этих соединений на энергетические потребности. Процесс разложения нитритов и нитратов протекает довольно энергично, поэтому в условиях анаэробиоза окисленные формы азота быстро исчезают, а в результате разложения либо выделяется молекулярный азот, либо появляются аммонийные соли.[ . ]
М. В. Федоровым предложена гипотеза об ином механизме фиксации молекулярного азота. Автор дает оригинальную схему связывания азота, общую для всех азотфиксирующих микроорганизмов (клубеньковых и свободножи-вущих).[ . ]
Обыкновенные черноземы имеют следующие агрохимические показатели: гумус 3,4-8,8%, ■- азот общий 0,30-0,40%, азот гидролизуемый 90 мг на 1 кг почвы, фосфор валовой 0,15%, фосфор подвижный от 3,0 до 4 мг на 100 г почвы, гидролитическая кислотность 0,5-1,2 мг-экв, сумма поглощенных оснований 42-45 мг-экв на 100 г почвы, степень насыщенности основаниями 98-99%, pH солевой вытяжки 6,2-6,5 (Усманов, 1962; Бурангулова, Гарифуллин, 1969, и др.).[ . ]
Если на каждом гектаре пашни свободноживущие микроорганизмы связывают по 5 кг атмосферного азота, общий приход его составляет 1,0 млн. т. Таким образом, весь приход биологического азота в почву (не считая надземной части бобовых культур, так как азот сена входит в навоз) может составить около 1,2 млн. т, что равносильно уменьшению дефицита азота на 1 га посева на 5,9 кг.[ . ]
Обратим внимание на значения символов в уравнении (4.2): С — это концентрация (в единицах ХПК, БПК, азота, общего органического углерода и т. д.), 14, или гХ18 — скорость реакции, единицы измерения этой величины определяются единицами концентрации и объема У2. Если мы пользуемся параметром гХ)3, то Х2 — это концентрация активного ила.[ . ]
Как видно из табл. 8.3.4, во всех вариантах с применением полного удобрения, содержащего в своем составе азот, общее число стеблей возрастает по сравнению с контролем на 21-23%.[ . ]
Среди азотсодержащих соединений, составляющих 1,7-2,7 %, растворимые вещества (КНб) составляют около 26-29 % в общей массе азота общего, из них на долю аминного (Ыам) приходится 4-6 %.[ . ]
В рдстедаях «глкжозного» типа при недостатке калия всегда накапливаются1 в избытке небелковые органические соединения азота. Накопление небелкового азота достигает громадных размеров при аммиачном источнике азота, когда отношение азот белковый: азот небелковый часто падает ниже единицы. Это показывает, что при недостатке калия синтез белка задерживается. В растениях, содержащих фруктозу, этого не происходит; в них при очень низких дозах калия как при аммиачном, так и при нитратном источнике азота общее содержание небелковых форм азота выражалось весьма скромной величиной — порядка 0,1—0,2% при содержании белкового азота 1,5—2,5%. Результаты опытов приведены в таблице 9. Азот был дан в форме (ЫН4)2504.[ . ]
При эксплуатации метантенков химический анализ осадков на содержание газообразующих компонентов, а также фосфатов, СПАВ, азота общего выполняют обычно один раз в квартал (реже один раз в месяц). Анализ делают из средних проб, набираемых за период исследования. Используют высушенные осадки, остающиеся после определения влажности.[ . ]
Объем сбросных вод в разрезе субъектов РФ и массы сбросов загрязняющих веществ (ВПК, взвешенные вещества, нефтепродукты, железо, общий азот, общий фосфор и др.) рассчитываются по данным форм 2 ТП (водхоз).[ . ]
В процессе отстаивания сточной воды в результате сорбции и соосаждения происходит снижение ВПК и ХПК примерно на 10—25%, фосфатов — на 20— 30%, азота общего — на 20—30%, биологических загряз нений —до 50% (см. также § 36).[ . ]
По данным ЛИСИ, основной объем этих сточных вод характеризуется следующими показателями: взвешенных веществ — 350—600 мг/л, сухого остатка— 1100—3000 мг/л, азота общего—50—90 мг/л, фосфора — 7—18 мг/л, жиров — в среднем до 100 мг/л (в отдельных цехах значительно больше), БПКполн — ЮОО—2400 мг/л, ХПК — 1200—3000 мг/л.[ . ]
При внесении высоких доз удобрений (например, на участках высокой урожайности) преимущество аммиачной селитры состоит в том, что при одной и той же дозе азота общая концентрация солей в почве будет меньше при применении аммиачной селитры, чем при применении других низкопроцентных удрбрений.[ . ]
Аскинско-Татышлинская лесостепь (первый район химизации). Преобладающими почвами в районе являются дерново-подзолистые. Их агрохимическая характеристика : гумус — 4,03 (2,5—5,4), азот общий — 0,17 (0,10—0,19), фосфор валовой —0,12 (0,10—0,16), фосфор подвижный — 4,2 (1,5—7,5), калий подвижный— 3,8 (1,8—5,5), pH солевой — 5,1 (4,7—5,8), гидролитическая кислотность — 4,3 (3,0—7,9), сумма поглощенных оснований — 20,5 (15—24), степень насыщенности— 79,2 (74—82). Почвенно-поглощающий комплекс (ППК) не насыщен основаниями. Поэтому почвы района нуждаются в известковании.[ . ]
Левобережная лесостепь (восьмой район химизации). Почвы этого района в основном представлены выщелоченными черноземами. Агрохимическая -характеристика их следующая: гумус—11,0 (8,0—16,0), азот общий — 0,59 (0,37—0,77), фосфор валовой — 0,19 (0,15— 0,24), фосфор подвижный — 7,0 (3,0—12,0), калий подвижный— 7,25 (5,4—15,5), pH солевой — 6,1 (5,2—6,6), гидролитическая кислотность — 4,8 (2,0—8,0), сумма поглощенных оснований — 40,4 (30—42), степень насыщенности— 90,1 (85—95). Выщелоченные черноземы отличаются высоким естественным плодородием. Тем не менее ввиду длительного срока ведения хозяйства без достаточного применения удобрений почвы истощены. Хорошо реагируют на внесение всех видов минеральных удобрений, особенно на внесение фосфорных удобрений.[ . ]
Это делает условными сами понятия: «общий азот», «общий органический азот», поэтому термины поставлены здесь в кавычки. Еще лучше указывать на метод конечного определения: «Общий азот по Кьельда-лю», «Органический азот по Кьельдалю».[ . ]
Для установления состава сточных вод определяются следующие показатели: взвешенные вещества (мг/л), в том числе зола (%), летучие вещества (мг/л), прозрачность (см), объем осадка (мг/л), ХПК, БПК5 и БПКполн, азот общий, азот аммонийный (мг/л), азот нитратных солей, азот нитритных солей (мг/л), активная реакция (pH), растворенный кислород, хлориды, активный хлор (мг/л), фосфаты, синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ), нефтепродукты, соли тяжелых металлов. Кроме того, определяют бактериологические показатели: общее число бактерий в 1 мл, колииндекс, число яиц гельминтов в исходной и очищенной сточной жидкости.[ . ]
Анализ сточных вод включает следующие определения: температуру, цвет, запах, прозрачность, содержание нефти, осадка по объему и весу, химическое потребление кислорода (ХПК), биохимическое потребление кислорода (ВПК), окисляемость, азот общий и аммонийных солей.[ . ]
Такой подход был использован при изучении действия бутифоса и хлората магния на одну из сторон промежуточного метаболизма хлопчатника-азотный обмен. Опыты проведены на хлопчатнике сорта 108-Ф. Исследовали влияние дефолиантов на соотношение отдельных форм азота (общий, белковый, небелковый, свободные аминокислоты) в листовых пластинках хлопчатника, а также действие этих веществ на синтез свободных аминокислот и белка. Белковый и небелковый азот определяли методом Кьельдаля, свободные аминокислоты— методом хроматографии на бумаге, процесс синтеза белка и свободных аминокислот изучали с применением изотопа азота N15 (14).[ . ]
Московским областным бассейновым управлением начиная с 1978 г. провалялись анализы сточных вод предприятий, расположенных на Москворецкой водной системе. В составе измеряемых показателей взвешенные вещества, БПК5, нефтеподукты, ХПК, медь, хром, никель, цинк, железо, хлориды, азот аммонийный, азот нитратный, азот шпритный, общее содержание азота, общее содержание фосфора и СПАВ. В некоторых случаях производились также анализы с целью определения содержания Р04 и сухого остатка.[ . ]
При очистке фенолсодержащих сточных вод биохимическим способом лабораторными анализами обычно определяют: температуру, цвет, запах, содержание взвешенных веществ (по массе), в том числе смолы и масла, количество осадка (в % к объему сточных вод), потери при прокаливании, количество фенолов (летучих и общих), роданидов и цианидов, величины окисляемости перманганатной и бихроматной (ХПК) и БПК, концентрации азота общего и аммонийных солей, pH, количество хлоридов, фосфора, сульфатов и сульфидов.[ . ]
Состав сточных вод, поступающих на механическую очистку и после нее, характеризуется такими показателями, как концентрация взвешенных веществ, количество осадка по объему, температура воды, окисляемость, прозрачность, цветность. Если сточные воды проходят и биологическую очистку, то, кроме того, определяют ВПК, содержание азота (общего, аммонийных солей, нитратов и нитритов) и содержание растворенного кислорода.[ . ]
Специфика анализа по определению азотосодеожаших соединений в природных или сточных водах зависит от целей исследования. При анализе питьевой воды можно в ряде случаев ограничиться только определением содержания нитрата, тогда как основная цель при исследовании загрязнения водоема может заключаться в определении аммонийного азота. Общая концентрация азота в воде равна сумме концентраций органического и аммонийного азота и азота в форме нитритов и нитратов. Все результаты испытаний на азот выражаются в мг азота на 1 л.[ . ]
Химическое загрязнение определяется химическим анализом сточных вод, устанавливающим температуру, цвет, запах, прозрачность, осадок по объему и весу, взвешенные вещества по весу и потери при прокаливании их, плотный остаток при прокаливании, окисляемость, химическую потребность в кислороде (ХПК), биохимическую потребность в кислороде (БПК), азот общих и аммонийных солей, реакцию среды pH, кислотность и щелочность, хлориды, фосфаты, сульфаты, концентрацию солей кислот, фенолы, цианиды, родониды, соли тяжелых металлов и другие химические примеси.[ . ]
Приведенные в таблице 3 данные позволяют сделать вывод о чрезвычайно высокой интенсивности процесса обновления азотистого состава белка и хлорофилла. Особенно интенсивно обновляются конституционные белки. Обновление азотистого состава белка и хлорофилла только в сравнительно небольшой степени обусловлено увеличением массы этих веществ за счет внесенного в подкормку азота. Так, например, через 48 часов после внесения подкормки с меченым азотом общее содержание в растениях азота конституционных белков и хлорофилла увеличилось против исходного положения соответственно на 18 и 14%. В этот же срок азотистый состав конституционных белков и хлорофилла обновился на 62,6 и 57,5%.[ . ]
Различные макроскопические и микроскопические симптомы болезни, рассмотренные в гл. В течение последних 60 лет появилось множество статей, посвященных описанию различий между здоровыми, и зараженными вирусом тканями по составу или по скоростям тех или иных метаболических процессов. Обычно исследовались следующие параметры: общее содержание углеводов и сахаров; общий азот и различные азотсодержащие фракции; отношение углерода к азоту; общее содержание золы и содержание различных зольных элементов; скорости фотосинтеза, дыхания и транспирации. Многие из этих исследований, выполненных в надежде на то, что удастся пролить некоторый свет на природу вирусных заболеваний, были проведены еще до того, как впервые был выделен вирус. Однако эти исследования почти ничего не дают для понимания влияния вирусной инфекции на метаболизм хозяина. Анализы часто выполнялись на фракциях, содержащих множество самых разных соединений (например, определение «растворимого азота»). Большинство аналитических исследований проводилось на полностью зараженных растениях, возможно, спустя многие недели после заражения. Вполне естественно, что в таких растениях оказываются измененными как содержание многих веществ, так и скорости большинства биохимических процессов, однако эти изменения, вероятно, имеют лишь самую отдаленную связь с размножением] вируса в клетках и с инициацией заболевания.[ . ]
При нефтегазовом строительстве основным источником техногенных воздействий является опорно-двигательная часть машин, механизмов и транспорта. Они разрушают почворастительный покров любого типа за один-два прохода или проезда. На этих же этапах происходит максимальное физико-химическое загрязнение почв, грунтов, поверхностных вод горюче-смазочными материалами, твердыми отходами, бытовыми стоками и др. Плановые потери добытой нефти составляют в среднем 50 %.[ . ]
На предприятиях рыбной промышленности, к которым относятся рыбообрабатывающие заводы, рыбоконсервные, рыбокоптильные, рыбомучные и заводы дообработки и посола рыбы, концентрация жиросодержащих веществ в стоках достигает 1900 мг/л (рыбомучные заводы). Наименьшая концентрация — 120 мг/л относится к заводам дообраббтки и посола рыбы. На остальных заводах концентрация жировых веществ колеблется в пределах 500—800 мг/л. Другие основные показатели, характеризующие сточные воды рыбной промышленности, по данным ЛИСИ, следующие: взвешенных веществ — 500— 2800 мг/л (в том числе летучие — 350—2300 мг/л), азота общего— 30—220 мг/л, азота аммонийного—10—30 мг/л, БПКполн— 1100—2200 мг/л, ХПК— 1600-=-3300 мг/л.[ . ]
источник
Вопрос эффективной обработки загрязненной воды из стоков ― один из самых насущных вопросов в области экологии и защиты окружающей среды. Не секрет, что загрязнение веществами антропогенного происхождения ― едва ли не основная причина ухудшения качества сточной влаги.
Из-за нефтепродуктов, биогенных и органических элементов, а также поверхностно-активных веществ, жидкостные массы в стоках становятся просто – напросто непригодными для дальнейшего сброса в водоемы и почву.
Необходима тщательная переработка поверхностных вод, в процессе которой будут эффективно уничтожаться все виды существующих загрязнений. Современные методы обработки канализационной влаги должны, в частности, устранять азот аммонийный в сточных водах, а также другие виды загрязнений.
Если взять на анализ канализационную жидкость на территории современного частного дома, то можно обнаружить огромное количество самых разнородных элементов, среди которых большой процент элементов будет принадлежать к химической природе.
При анализе сточной влаги можно обнаружить азот общий в сточных водах, шестивалентный хром в сточных водах, фосфор общий в сточной воде, медь в сточных водах. Откуда в той влаге, которая является отходами жизнедеятельности человека, появляются все эти вещества?
Дело в том, что последние 10-20 лет промышленность развивалась бешеными темпами. В частности, для общего бытового пользования были выпущены десятки разнообразных моющих средств. Также налицо резкое увеличение спроса на автоматические стиральные машины.
О чем можно говорить, если при совершении анализов можно найти азот аммонийный в сточных водах? В жидкостях объем подобных загрязнений может доходить иногда до крайне высокого, опасного уровня. Особенно опасны азот и фосфор, соединения которых запускают процесс эвтрофикации водоемов, то есть, повышают биологическую растительность водоемов.
В случае если баланс питательных веществ превышает допустимую норму, то водоем становится очагом роста различной нежелательной биологической растительности ― водорослей, нежелательных разновидностей планктона. Кроме всего прочего, из-за азота и фосфора нарушается процесс жизнедеятельности рыб.
В стоках можно в процессе исследования обнаружить широкий спектр различных химических соединений. Некоторые из них чрезвычайно опасные, другие ― умеренно-опасные. Однако все они не должны присутствовать в той влаге, которая попадает из канализации частного дома в почву и водоемы.
Цинк. Один из самых часто встречающихся в стоках элементов. Цинк — это микроэлемент, входящий в состав некоторых ферментов. Цинк содержится и в человеческом теле, преимущественно ― в костях и волосах. Предельно допустимая концентрация данного элемента в водоемах равняется 1 миллиграмму на литр.
Азот. Этот элемент присутствует в стоках в двух видах ― в качестве органических и неорганических соединений. Азот органический в сточной воде образуется в результате попадания в канализацию веществ белковой природы ― фекалий и пищевых отходов.
Практически весь аммонийный азот образуется в сточной влаге во время гидролиза мочи, конечного продукта азотного обмена у людей. Помимо этого, соединения аммония образуются в результате аммонификации белковых соединений.
Основной параметр, важный для получения информации об объеме азотосодержащих веществ в канализационной влаге ― это показатель общего азота. Экологическая опасность азотных соединений разнится в зависимости от видов азотосодержащих веществ: нитриты представляют самую токсичную группу, нитраты ― наиболее безопасную, а среднюю позицию между ними занимает аммоний.
Фосфор. Этот элемент может присутствовать в стоках в различных видах — например, в растворенном состоянии: это ортофосфорная кислота и ее анионы. Также, фосфор присутствует в сточной влаге в виде поли-, мета- и пирофосфатов.
Три последних вещества активно применяются в хозяйстве: их можно найти в составе практически любого современного моющего средства. Кроме этого, вещества применяются с целью предотвращения образования накипи на посуде. Могут присутствовать в стоках и другие фосфорорганические соединения: нуклеопротеиды, фосфолипиды, а также нуклеиновые кислоты.
Железо. Вещества, в которых содержится железо, встречаются в стоках чаще всего. Это, вообще, один и наиболее распространенных элементов в природе. Нельзя сказать, что железо совсем не должно присутствовать в канализационной влаге.
Железо — архиважный микроэлемент, который в малом количестве просто необходим для растений и живых организмов. Однако железо общее в сточных водах, как правило, присутствует в количестве, превышающем допустимый уровень.
В подобных случаях необходима очистка водных масс. Также обязательным считаться будет определение сульфатов в сточных водах. Не менее важно найти органические соединения серы в сточных водах, и довести ПДК до нормального уровня.
источник
Контроль различных форм азота в процессе очистки сточных вод
Биогенные вещества (соединения углерода, азота и фосфора), содержащиеся в сточных водах, при поступлении в поверхностные водоёмы наносят значительный ущерб экологической системе любого региона. Например, нитраты, содержащиеся в сточных водах, при попадании в водоём становятся питательной средой для микрофлоры, что может привести к эвтрофикации (гибели) водоёма. Поэтому проблема очистки сточных вод от этих соединений, в частности азота особенно актуальна. На всех этапах очистки сточных вод проводится технологический контроль изменений их химического состава, и, в первую очередь контролируется содержание соединений азота.
Соединения азота поступают на очистные сооружения преимущественно в виде аммонийного азота, азота нитратов, азота нитритов и азота, связанного в органических соединениях. В хозяйственно-бытовых сточных водах концентрация общего азота составляет от 50 до 60 мг/дм3 и может изменяться в зависимости от происхождения сточных вод. Соотношение массовых концентраций различных форм азота не является постоянным и зависит от стадии переработки сточных вод. Изменение состава начинается уже в процессе транспортировки сточных вод на городские очистные сооружения. В частности, в результате жизнедеятельности бактерий органическое соединение карбамид (мочевина), содержащийся в хозяйственно-бытовых сточных водах, распадается с образованием аммоний-иона (процесс аммонификации). Соответственно, чем протяжённее канализационная сеть, чем больше времени проходит от сброса сточных вод в систему канализации до их поступления на очистные сооружения, тем глубже протекает данный процесс.
Содержание нитрат-ионов на входе в очистные сооружения невелико, а содержание нитрит-ионов городских сточных водах вообще можно считать незначительным.
Под «органическим» понимают азот, входящий в состав органических веществ, таких, как протеины и протеиды, полипептиды (высокомолекулярные соединения), аминокислоты, амины, амиды, карбамид (низкомолекулярные соединения). Органические соединения (в том числе и азотсодержащие) попадают в сточные воды в составе либо хозяйственно-бытовых стоков, либо стоков предприятий пищевой промышленности.
При эксплуатации канализационных очистных сооружений необходимо предотвращать возникновение неконтролируемых процессов, для чего следует знать содержание общего азота и соотношение различных его форм в очищаемой сточной воде.
Методы выполнения аналитических определений. Для определения содержания аммонийного азота, как правило, применяется относительно недорогой, простой и доступный фотометрический метод с использованием реактива Несслера. С аналитической точки зрения метод не отличается селективностью, на результат анализа оказывает влияние состав пробы. В частности, присутствие органических соединений в некоторых случаях может дать вклад до 30…35% измеренной величины, что превышает допустимую погрешность измерения. Более совершенный, но и более затратный метод определения аммоний-иона предполагает использование капиллярного электрофореза — этот метод обладает высокой селективностью и дает более достоверную информацию о содержании аммонийного азота в пробе.
В качестве метода технологического контроля содержания нитратов часто применяется фотометрическое определение (например, с салицилатом натрия). Для грубого определения обычно используется колориметрический метод с тестовым комплектом. В обоих случаях определению мешает присутствие в анализируемой пробе окрашенных веществ, а также нитрит-иона. Измерение нитрит-иона при технологическом контроле, как правило, не является обязательным, так как содержание его в городских сточных водах незначительно. При необходимости определение массовых концентраций нитрит-иона производят по методике с реактивом Грисса.
Общий азот (неорганический) определяется как сумма соединений азота в форме аммоний-, нитрат — и нитрит-иона. Химические методы определения неорганического азота отсутствуют, значение этого показателя рассчитывается математически как сумма азота аммонийного, азота нитратов и азота нитритов.
При выполнении анализа содержания общего азота по методу Къельдаля (определяется сумма органически связанного азота и аммонийного азота) требуется длительное кипячение пробы в концентрированной серной кислоте, отгонка аммиака, а также титриметрическое и фотометрическое определение. Весь процесс достаточно длительный (3…4 часа) и трудоёмкий. Использование этого показателя ограничено, так как он не дает полной характеристики нагрузки очистных сооружений по азоту (исключаются из рассмотрения азот нитратов и азот нитритов).
Для определения нагрузки на входе в очистные сооружения, а также на экосистему водоёма, в который сбрасываются очищенные сточные воды, используется показатель «общий азот» – сумма содержания всех растворимых форм органического и неорганического азота. Общий азот аналитически определяется методом каталитического окисления различных форм азота до окислов, методика измерений изложена в ISO/TR 11905 «Качество воды. Определение содержания азота».
Ввиду разнообразия форм существования органического азота единого аналитического метода определения этого показателя не существует. Он рассчитывается математически как разность между величиной общего азота и неорганического азота. Эта же величина может быть определена как разность между величинами общего азота по Къельдалю и аммонийного азота.
Для получения правильного представления о процессах удаления азота из сточных вод недостаточно определения какого-либо одного показателя, необходимо найти несколько независимых величин. Прежде всего, следует определить валовое содержание всех форм азота, т. е. показатель «общий азот». Эта величина характеризует нагрузку по азоту на входе в очистные сооружения и нагрузку на окружающую природную среду на выходе из очистных сооружений.
= > O2 + NO2 + hv» w /> Современные методы химического анализа. В основу работы автоматизированного анализатора общего азота, позволяющего определять в пробе валовое содержание всех форм азота, положен процесс термического окисления органических и неорганических форм азота на катализаторе и перевод их в форму монооксида азота (NO). В реакторе монооксид азота вступает во взаимодействие с озоном, в результате чего образуется молекула диоксида азота в нестабильном возбуждённом состоянии. Возбуждение молекулы снимается с испусканием кванта света. Данное явление носит общее название хемилюминесценции, так как свет возникает в результате протекания химической реакции. Процессы, протекающие в хемилюминесцентном реакторе, можно представить схематично:
Интенсивность хемилюминесценции, возникающей в результате реакции окислов азота с озоном, изменяется по мере прохождения продуктов разложения пробы через реактор. Зависимость интенсивности люминесценции от времени представляет собой колоколообразную кривую, площадь под кривой является мерой содержания общего азота в исследуемой пробе воды. Если провести предварительную калибровку прибора, получив соответствующие сигналы от растворов стандартных образцов с заранее известной концентрацией общего азота, то можно определить содержание азота в неизвестной пробе.
Первый отечественный прибор для измерения массовых концентраций общего азота, освоенный в серийном производстве, получил наименование «ТОПАЗ-N». В основу его работы положена методика ISO/TR 11905-2 «Качество воды. Определение содержания азота». Управление процессом измерения и обработка полученной информации осуществляются персональным компьютером при помощи специально разработанной программы «NORMA-N».
В этом приборе ввод пробы осуществляется вручную при помощи хроматографического шприца. После введения пробы автоматически начинается процесс измерения и регистрации результатов. По окончании процесса измерения на экране компьютера отображается значение массовой концентрации общего азота. Для серии из нескольких измерений (повторностей) автоматически рассчитывается среднее значение и среднеквадратичное отклонение. Результаты архивируются и сохраняются в памяти компьютера.
Для обеспечения работоспособности анализатора «ТОПАЗ-N» необходим баллон со сжатым воздухом, снабжённый редуктором. На входе прибора устанавливается давление не менее 200 кПа. Поток воздуха используется в качестве газа-окислителя, а также обеспечивает перенос продуктов каталитического окисления пробы и озона, получаемого в озонаторе по измерительному тракту прибора. Сжатый воздух, используемый в приборе, не должен содержать значительного количества окислов азота или аммиака. Степень чистоты воздуха влияет на нижний предел определения содержания общего азота (как правило, чистота обычного сжатого воздуха бывает достаточной). Диапазон измерений массовой концентрации общего азота при объеме вводимой пробы от 10 до 100 мкл составляет от 0,2 до 100 мг/дм3 (без разбавления пробы).
Применение автоматизированного анализатора общего азота позволяет получить достоверный результат, свободный от субъективных ошибок при выполнении измерений. Процесс однократного измерения занимает не более 4 минут, что снижает трудозатраты при выполнении анализов и позволяет повысить частоту отбора проб для контроля за технологическим процессом очистки сточных вод.
Метод капиллярного электрофореза получил широкое распространение в российской аналитической практике в связи с освоением производства отечественных анализаторов «Капель» и разработкой соответствующего методического обеспечения. Методика определения аммонийного азота в пробах природных и сточных вод (ФР 1.31.2004.01229) позволяет исключить влияние факторов, искажающих результат (влияние органических соединений – за счёт высокой селективности, субъективного фактора – за счёт автоматизации процесса измерения).
В целом процесс проведения анализа не имеет существенных отличий от анализа других катионов, выполняемого методом капиллярного электрофореза, за исключением процедуры отгонки паров аммиака. Отгонка аммиака обязательна при измерении содержания аммоний-иона в сточных водах, при этом одновременно решаются две задачи:
1. повышается селективность определения, так как катионы металлов нелетучие, а другие соединения не могут давать электрофоретического пика в месте выхода ионов аммония;
2. получается проба, свободная от посторонних веществ, которые могли бы при попадании в капилляр необратимо изменить свойства его поверхности.
Диапазон измеряемых концентраций аммоний-иона составляет от 0,1 до 200 мг/дм3 (без разбавления пробы). Процедура подготовки пробы и выполнения измерений занимает немного времени: отгонка аммиака 5 минут и непосредственно процесс электрофоретического анализа 5…6 минут.
Выводы. Процессы, протекающие при биологической очистке сточных вод, требуют постоянного контроля параметров, используемых для технологических целей, в том числе измерение содержания различных форм азота в процессе их трансформации. Традиционные методы измерений содержания различных форм азота не дают достоверной информации и, как правило, не позволяют получать необходимую информацию достаточно быстро.
Разработанные химико-аналитические методы (и освоенные к серийному выпуску приборы, реализующие эти методы) позволяют решить проблемы оперативного получения информации и повышения её достоверности по сравнению с традиционными методами. Используемые в современных приборах компьютерные технологии позволяют автоматизировать управление процессом измерения и расчёт получаемых данных, что снижает вероятность ошибок, связанных с субъективными факторами. В этом случае возможно архивирование и хранение полученной информации в электронном виде.
Тезисы доклада на XIII ежегодном семинаре «Вопросы аналитического контроля качества вод», г. Москва, 22-26 сентября 2008 года
= > O2 + NO2 + hv» w />