ПРИМЕНЕНИЕ ОЗОНА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ЖЕЛЕЗА В ВОДЕ КОНДУКТОМЕТРИЧЕСКИМ МЕТОДОМ

Лиленко Е.П. (1), Журавлев В.А. (ptica@rff.tsu.ru ) (2), Цыганок Ю.И. (1)

1.Сибирский физико-технический институт г.Томск 2. Томский госуниверситет.

Введение

Железо в природных водах может находиться в различной форме: растворенной, коллоидной, взвешенной, что определяется, прежде всего, химическим составом воды, ее температурой, а также ландшафтно-климатическими условиями [1]. Наличие у железа переменной валентности приводит к возможности существования его как в закисной, так и в окисной формах. Их соотношение определяется множеством факторов, важнейшими из которых являются щелочно-кислотная реакция среды, возможность протекания различных окислительно-восстановительных реакций, наличие в воде растворенной органики, способной образовывать различные устойчивые органо-минеральные комплексы, наличие микроорганизмов (железобактерий), способных восстанавливать окисленные формы железа.

Разнообразие соединений железа в подземных водах значительно осложняет проведение его количественного анализа, т.к. каждый аналитический метод ориентирован на определенную форму данного элемента. Железо способно образовывать устойчивые комплексные соединения с гуминовыми - и фульвокислотами, входящими в состав гумуса, и с низкомолекулярными карбоновыми кислотами. В зависимости от внешних условий возможно существование комплексных форм железа в виде двух - и трехвалентных соединений [2].

Большинство аналитических методов, которые применяются в настоящее время (фотоколориметрический, полярографический и др.) определяют концентрацию железа в его самых простых ионных формах. Наличие же в воде устойчивых железоорганических соединений с логарифмом константы устойчивости ~ 7^9 приводит к неполному его определению из-за трудности высвобождения железа. Для получения достоверной информации приходится значительно усложнять анализ и проводить дополнительные специальные операции, направленные на разрушение железоорганических комплексов.

В связи с этим актуальна задача разработки методов, позволяющих определять общую концентрацию элемента, вне зависимости от формы его существования в воде. Для

железа одним из таких методов является дипиридиловый, включающий сухое сжигание, т.е. выделение и прокаливание сухого остатка, обработку его перекисью водорода и фотоколориметрическое определение с 2,2 - дипиридилом, который дает с железом окрашенные комплексы в широком диапазоне pH [3]. Анализ данным методом проводится в лабораторных условиях и не относится к числу экспрессных, актуальность которых связана с наличием отдаленных и труднодоступных мест проведения анализа.

Как было отмечено выше, основную трудность при определении железа в подземных водах представляет разрушение прочных железоорганических комплексов. Для этого применяются сильные окислители, такие, как перманганат калия, хлор, кислород. К числу наиболее универсальных окислителей относится озон, имеющий высокий окислительно-восстановительный потенциал. При озонировании воды идет разрушение железоорганических соединений и одновременно окисление двухвалентного железа в трехвалентное, которое затем осаждается в форме нерастворимой гидроокиси [4]. Озон широко используется в системах водоподготовки для дезинфекции и очистки воды, в частности, удаления растворенных металлов, важнейшими из которых являются железо и марганец [5].

Целью данной работы является изучение возможности применения озона для анализа воды на содержание общего количества растворенного железа.

Методика эксперимента

Для озонирования воды использовался озонатор «Лазурит - М» с производительностью озона 2 г в час. Введение озона в воду происходило путем барботирования, т. е. продувания озоновоздушной смеси от генератора озона с помощью микронасоса. Исследуемые растворы с концентрацией железа от 0,5 мг/л до 20 мг/л готовились растворением FeSO4 марки «чда» в деионизованной воде.

Для определения концентрации железа использовался кондуктометрический метод анализа [6]. Простота методики, доступность аппаратуры и возможность автоматизации эксперимента позволяют применить данный метод в качестве экспрессного. Кроме того, он используется главным образом для анализа сильно разбавленных растворов, к которым относится природная вода. Электропроводность растворов определялась с помощью измерителя L,C,R цифрового типа Е7-8. В качестве измерительной ячейки использовались два платиновых электрода площадью 19х19 мм , помещенных в химический стакан емкостью 150 мл. Электроды фиксировались на дне стакане на расстоянии 20 мм друг от друга. Озоновоздушная смесь подавалась в исследуемый раствор через трубку диаметром 10 мм.

47,5 47,0 46,5 46,0 45,5 45,0

44,5

а - 0 мг/л

б - 1 мг/л

23

время, мин

г - 10 мг/л

время, мин

1234

время, мин

Рис.1. Зависимость электропроводности растворов от времени озонирования для разных концентраций

FeSO4.

г О г

и г

При низких концентрациях FeSO4 (до 1 мг/л) электропроводность растет линейно с увеличением времени обработки. Для более высоких концентраций зависимости a(t)

Известно, что электропроводность водных растворов солей сильно зависит от температуры [6]. Для исключения влияния ее колебаний на результаты измерений стакан с раствором помещался в водяной термостат. Температура измеряемого раствора в процессе продувки и измерений электропроводности поддерживалась постоянной и равной Т=20,0 ± 0,1 0С.

Изменения проводимости растворов в зависимости от времени их обработки озоновоздушной смесью фиксировались следующим образом: включался озонатор, через время ~30 сек, необходимое для достижения стационарного режима, включался микронасос, подающий озоновоздушную смесь в измерительную ячейку. После обработки раствора в течение заданного времени насос выключался. Измерения проводимости проводились после стабилизации показаний измерителя Е7-8. Как показали опыты, необходимое для этого время выдержки составляет ~1 мин. После этого процессы обработки озоном и измерений повторялись.

Эксперимент

На рис.1 представлены графики зависимости электропроводности (а) растворов FeSO4 различных концентраций от времени (t) обработки озоновоздушной смесью.