Сульфаты в сточных водах что это такое

Сульфаты в сточной воде

Природная вода содержит огромное количество химических элементов. Некоторые из них безвредны, некоторые оказывают негативнее воздействие даже при небольших концентрациях, а присутствие других может вызывать проблемы только при большом процентном содержании. К последней категории относятся сульфаты, представляющие собой растворенные соли серной кислоты. В природных источниках преимущественно содержатся сульфатные соединения. Вода, включающая превышенную концентрацию сульфатов, не рекомендуется к употреблению и использованию в быту. Запрет касается также применения для полива и технических нужд.

Подробнее о сульфатах

Все сульфаты, представленные в воде, являются ионами SO42 солей серной кислоты. В питьевой воде они присутствуют в большом количестве за счет умения растворяться, вступая в реакцию с ее молекулами. В источниках можно обнаружить двухвалентные основания, в том числе бария и кальция. Также нередко встречаются соединения магния и натрия.

Ионы сульфатов достаточно восприимчивы к воздействию среды, в том числе процессам минерализации. Чем выше их интенсивность, тем серьезнее изменения. Так, ионы могут образовывать более устойчивые соединения, а в случае недостатка кислорода сульфатные соли преобразуются в сульфиды – этот процесс ускоряется под влиянием бактерий. Если подача кислорода возобновляется, они вновь становятся сульфатами.

Опасность воды с высоким содержанием сульфата

Серная кислота относится ко 2 классу опасности и оказывает негативное воздействие на человеческий организм. Сульфатные соли не столь опасны, так как преимущественно присутствуют в незначительной концентрации. Однако даже в таком случае они могут ухудшать органолептические свойства воды, меняя ее вкус, цвет и запах. Попадая в питьевую воду, накопившиеся соединения вызывают следующие проблемы:

Проблема высокого уровня сульфатов в воде касается не только бытового применения. Присутствие избыточного объема ионов приводит к увеличению слоя накипи. Чем больше этот слой, тем меньше просвет трубопровода, и тем выше нагрузка на гидротехническое оборудование. Также высокая концентрация сульфатной соли способствует постепенному вымыванию свинца из стенок водопровода, в связи с чем резко повышается концентрация металла в питьевой воде.

Как сульфаты оказываются в сточной воде?

Сточные воды – это не только стоки, которые поступают с промышленных предприятий. Согласно Водному кодексу РФ, в перечень также входят сточные воды централизованной системы водоотведения, талая и дождевая вода, и любая другая вода, сбрасываемая в природные водоемы после применения. Сточные воды считаются основными источниками опасных веществ и соединений, что связано с их долгим простаиванием и местом расположения.

В случае с сульфатами есть несколько причин загрязнения стоков. К ним относится:

Повышенный уровень сульфатов нередко обнаруживается в стоках предприятий, которые задействуют в своем производственном процессе серную кислоту. Также проблемой является посыпание дорог в зимнее время противогололедным реагентом, содержащим сульфаты. Впоследствии он попадает в ливневые канализации, после чего уходит в реки.

Как определить присутствие сульфатов в воде?

Установить факт присутствия сульфатов в воде можно и дома. Но это касается только питьевой воды и только значительного превышения концентрации. Если содержание солей превысит 250 мг/л, у жидкости будет ярко выраженный соленый вкус. При значении выше 500 мг/л он станет горьким.

Нетрудно догадаться, что в случае со сточной водой подобный способ не подойдет даже для примерной оценки ее состояния. Чтобы установить наличие, а также уровень концентрации сульфатов в сточной воде, не обойтись без обращения в аккредитованную лабораторию. С ее помощью удастся определить состав образца сопоставив его с действующими нормами СанПиН.

Способы определения сульфатов в сточной воде

В лабораторных условиях преимущественно используется два вида анализов воды на сульфаты. Это химическое титрование и фотометрия. Оба вида относятся к количественным методикам и соответствуют требованиям ГОСТа. Особенности реализации титрования зависят от используемого активного компонента. Это может быть трилон Б или хлорид бария.

Первый метод титрования подразумевает добавление в используемую пробу соляной кислоты и хлористого бария. Во время процедуры осаждаются сульфат-ионы, а также образуется сернокислый барий, на появление которого указывает муть белого цвета. На следующем этапе сульфат бария растворяется в специальном составе – его излишки титруют с помощью раствора с ионами магния. На объем сульфат-ионов в образце указывает количество раствора, необходимого для растворения сульфата бария.

Второй метод титрования предполагает использование соли бария, погружаемой в водно-ацетоновую среду. В ходе объединения ионов бария с сульфат-ионами образуется осадок, который практически не растворяется. В точке соприкосновения излишек ионов бария контактирует с индикатором, вследствие чего образуется комплексное соединение. На это указывают изменения цвета жидкости в колбе – вместо фиолетового она становится голубой.

Фотометрические методы

Фотометрические методы также представлены двумя вариантами, имеющими принципиальное отличие – это нефелометрия и турбидиметрия. Основой метода нефелометрии является процесс осаждения сульфат-ионов вместе с реагентом, играющим роль стабилизатора. Это может быть желатин или крахмал.

Во время реакции образуется сульфат бария, который постепенно выпадает в осадок в суспензии. Оценка присутствия в пробе сульфатов осуществляется посредством измерения суспензии на нефелометре, а также дальнейшего расчета с применением градуировочного графика.

Для анализа воды на сульфаты с помощью турбидиметрического метода задействуют фотометр или спектрофотометр. Основная задача состоит в измерении интенсивности помутнения образца. Сам процесс помутнения проявляется в ходе взаимодействия сульфатов с предварительно подготовленной осадительной смесью. Используемый прибор фиксирует плотность, а концентрация сульфатов также устанавливается при помощи градуировочного графика.

Выведение сульфатов из воды

Чтобы добиться выведения сульфатов из сточных вод, используется множество методов. Одним из самых эффективных считается биологическая очистка. Она подразумевает применение анаэробного окисления активного ила. Установлено, что процент удаления фосфатов в случае применения такого способа может достигать 90%. Также возможно объединение биологического и реагентного методов – в таком случае коагулянты вводятся уже после завершения биологической обработки.

В случае с питьевой водой также не помогут обычные бытовые методы, а именно кипячение и отстаивание. Для выведения сульфатсодержащих солей потребуется комплексный подход, связанный с подключением бытовых установок. С их помощью можно добиться постепенного обессоливания и смягчения жидкости. Самыми эффективными методами очистки воды считаются ионный обмен, в рамках реализации которого используются ионитные смолы, а также обратный осмос с фильтрами тонкой очистки.

Анализ воды в лаборатории «НОРТЕСТ»

Лаборатория «НОРТЕСТ» оснащена всем необходимым для определения большинства веществ и соединений. Чтобы добиться высокой точности результатов во время исследования образцов воды, мы используем только качественное оборудование и реагенты. Мы готовы предоставить поддержку клиентов из столицы и Московской области. Помимо проведения анализов и выдачи итогового протокола наш центр предоставляет услугу отбора проб с выездом специалиста.

Источник

Методы определения сульфатов в сточной и питьевой воде

О сульфатах

Термином «сульфат» в специальной литературе обозначают анион (SO₄ 2- ) сильной двухосновной серной кислоты (неорганические сульфаты) и эфиры серной кислоты с различными ароматическими и алифатическими спиртами (органические сульфаты).

Растворимые и нерастворимые

Сульфаты в своем большинстве хорошо растворяются в воде (FeSO₄, MgSO₄, K₂SO₄, Na₂SO₄). Исключение составляют сульфаты металлов главной подгруппы второй группы таблицы Д. И. Менделеева: CaSO₄, SrSO₄, BaSO₄, RaSO₄, а также PbSO₄. Сульфаты этих металлов выпадают в виде кристаллических осадков, которые не растворяются даже в присутствии соляной или азотной кислоты.

Неорганические ионные соединения

Неорганические сульфаты — это ионные соединения, в составе которых есть анион SO₄²⁻. Выделяют три ряда сульфатных солей:

BaSO₄, RaSO₄;плохо растворяются:

CaSO₄, SrSO₄, PbHSO₄.кислыерастворимы· кислые сульфаты щелочных металлов разлагаются с выделением H₂O, превращаясь в пиросульфаты;

· кислые сульфаты не щелочных металлов при нагревании образуют оксиды, разлагаясь с выделением SO₃.основныемалорастворимы, совсем не растворяются или способны к гидролизации· разлагаются при высокой T⁰ с отщеплением SO₃ и образованием оксидов металлов

Неорганические сульфаты способны образовать кристаллогидраты — вещества, в кристаллы которых входят молекулы воды. Наиболее известны кристаллогидраты:

Органические сульфаты

Сложные эфиры серной кислоты и этилового спирта, название которых заканчиваются на суффикс «сульфат», могут называть сульфатами:

Среди органических сульфатов различают:

Сульфаты органической природы являются мощными алкилирующими агентами (диметилсульфат) и используются в органическом синтезе. Соли сульфоновой кислоты (сульфонаты) и сложные эфиры с протяженными углеводородными остатками нашли широкое применение в качестве моющих средств.

Моющая способность сульфонатов обусловлена строением молекулы, полярная часть которой ( — SO 3- Na + ) обеспечивает её растворимость в воде, а крупная алкильная часть, расположенная в п-положении, придает молекуле способность растворяться в жире.

В результате этого частички жира вместе с загрязнителями диспергируются в виде мицелл и переходят в водную фазу.

Сульфаты в воде

В природных водах сульфаты присутствуют всегда. Некоторые сульфатсодержащие минералы (гипс) постоянно растворяются под действием осадков. Также в природные воды попадают сульфаты из атмосферного воздуха, где идут реакции окисления оксида серы (IV) до оксида серы (VI), процессы образования серной кислоты и ее полной или частичной нейтрализации. Преумножают сульфатное загрязнение и стоки с промышленных предприятий.

Откуда берутся в питьевой

Сульфаты обнаруживаются не только в реках, ручьях и озерах. Избыточное содержание сульфатов наблюдается в подземной воде, добытой даже из глубоких водоносных горизонтов.

Риск появления нежелательных примесей в питьевой воде возрастает, если скважина расположена:

Сульфаты попадают в водоносные горизонты, когда происходит:

Опасность представляют и реагенты, применяемые для зимней обработки дорог, и подтекающие свалки отходов, и сточные воды производств, сбрасываемые без тщательной очистки. Загрязненные воды в период снеготаяния устремляются в поверхностные водоемы и могут попасть в зоны водозаборов, откуда потом попадают в водопровод.

Источники появления в сточных водах

Под термином «сточные воды» согласно российскому Водному кодексу объединены сточные воды централизованной системы водоотведения, дождевая и талая воды, стоки со свалок, а также другая вода, которая сбрасывается или отводится в природные водоемы после использования или которая стекает с водосборной площади.

Сульфаты обнаруживаются в стоках, образовавшихся в результате:

Избыточное содержание сульфатов наблюдается в стоках предприятий, использующих в технологическом цикле серную кислоту. На коксохимических заводах из аммиака и H₂SO₄ в больших количествах получают сельскохозяйственное удобрение — сульфат аммония. Из почвы (NH₄)₂SO₄ вымывается с осадками в поверхностные водоемы. В зимний период дороги посыпают сульфатсодержащим противогололедным реагентом, который из ливневой канализации массово уходит в реки.

Нормы содержания и ПДК

Повышенные концентрации сульфатов ухудшают органолептические показатели водопроводной воды, оказывают влияние на здоровье человека.

В ГОСТ 31940-2012 закреплены методы измерения концентрации сульфатов в питьевой воде, в том числе разлитой в бутылки. Если содержание солей серной кислоты превышает нормативы, воду перед использованием необходимо очистить.

Польза и вред сульфатов

В зависимости от преобладания в сульфатной воде того или иного компонента выделяют воды:

Влияние на организм человека

Особенность сульфатных вод проявляется в их выраженном воздействии на пищеварительную систему. Употребление минеральной воды с преобладанием сульфатов (более 25%) способствует:

Избыточное количество сульфатов (более 500 мг/дм 3 ) придает питьевой воде горький вкус, а в концентрации 1-2 г на литр сульфатная вода оказывает слабительное действие. Отмечен эффект тормозящего влияния сульфатов на реакцию утоления жажды (Егорова, 2002), в конечном итоге приводящий к увеличению нагрузки не на почки, а на кишечник.

Водопроводы и стоковые коммуникации

С кальцием сульфаты образуют прочную накипь. С повышением температуры воды растворимость сульфата кальция снижается, соль выделяется из воды, оседая на поверхностях труб и нагревательных элементах. Незначительные отложения состоят преимущественно из двуводного гидрата CaSO₄ 2H₂O (гипса), но утолщение накипи приводит к нагреванию прилегающего к металлу слоя. При 100 °С гипс превращается в полуводный гидрат

CaSO₄ 1/2H₂O, снять который крайне затруднительно даже промыванием системы кислотой.

Круговорот сульфатов в природе

Основным резервом сульфатов, вовлекаемых в природный круговорот, в настоящее время выступает самородная сера и сульфатсодержащие минералы. Осадочные породы, особенно органические сланцы, дают большие количества сульфатов путем окисления минералов с одинаковой химической формулой FeS₂ —лучистого колчедана (марказита) и пирита.

В почвенных слоях постоянно идет окислительно-восстановительный обмен серой между сульфидами серы, находящимися в бескислородных условиях в толще почвы, и доступными сульфатами вблизи поверхности. Сульфид окисляется до сульфата в присутствии воздуха, а сульфат восстанавливается до сульфида в анаэробных условиях.

В морях в результате деятельности бактерий происходит восстановление глубоководных сульфатных отложений. Образовавшийся при этом сероводород мигрирует к поверхности воды, где окисляется кислородом атмосферного воздуха до сульфат-иона.

Значительное количество сероводорода остается в подземных водах. Если в воде присутствует железо, образовавшийся FeS способен выпасть в осадок, в результате чего из воды удаляются как ионы железа, так и сульфиды.

В почве за восстановление сульфатов отвечают почвенные бактерии, в этом случае большие количества сероводорода поступают непосредственно в атмосферу.

Сульфат-ион — основная форма серы, доступная организмам-автотрофам. Сульфаты поглощаются живыми существами, благодаря метаболизму которых восстанавливаются и входят в состав белков. При гниении отмерших организмов сера возвращается в круговорот.

Количественные методики определения по ГОСТу

Химическое титрование

С трилоном Б

В питьевой воде концентрацию сульфатов определяют по ГОСТ 31940-2012 титриметрически, с ЭДТА-Na₂ (трилоном Б) (метод 1).

К пробе анализируемой воды прибавляют соляную кислоту для подкисления среды, а затем барий хлористый. Происходит осаждение сульфат-ионов и образование сернокислого бария BaSO₄ с появлением в растворе характерной белой мути.

Сульфат бария BaSO₄ в аммиачной среде растворяют в растворе ЭДТА-Na₂ (трилона Б). Избыток ЭДТА-Na₂ затем титруют раствором, содержащим ионы магния, в присутствии индикатора эриохрома черного. Титрование прекращают, когда произойдет смена окраски — синий цвет сменится на лиловый. Количество ЭДТА-Na₂, израсходованного на растворение BaSO₄, эквивалентно количеству сульфат-ионов во взятом объеме воды.

С хлоридом бария

По методу 2 из ГОСТ 31940-2012 сульфаты определяют титрованием анализируемой пробы воды раствором соли бария в водно-ацетоновой среде (или водно-спиртовой) при рН 1,5-2,0. Индикатором служит нитхромазо (или ортаниловый К, или хлорфосфоназо). Ионы бария связывают сульфат-ионы, образуется BaSO₄ — слаборастворимый осадок. В точке эквивалентности избыток ионов бария взаимодействует с индикатором, образуя комплексное соединение. В этот момент жидкость в колбе меняет фиолетовый цвет на голубой. Чтобы устранить влияние катионов аликвотную часть раствора предварительно обрабатывают катионитом КУ-2.

Фотометрические методы определения сульфатов

Определение сульфатов нефелометрическим и турбидиметрическим методами основано на измерении интенсивности рассеянного света (нефелометрия) или света, прошедшего через мутную среду (титриметрия).

Оба метода предполагают наличие в исследуемом растворе частиц определяемого вещества, находящегося в растворе во взвешенном состоянии.

Нефелометрия

Определение сульфатов нефелометрическим методом базируется на осаждении сульфат-ионов BaCl₂ в присутствии HCl и реагента-стабилизатора (желатина, крахмала). В реакции образуется сульфат бария, медленно выпадающий в осадок и образующий суспензию.

Оптическую плотность суспензии измеряют на нефелометре, а концентрацию сульфатов в воде затем рассчитывают по предварительно построенному градуировочному графику.

Турбидиметрия

Сульфаты турбидиметрическим методом определяют на фотометре или спектрофотометре, способным измерить интенсивность помутнения водной пробы. Мутность развивается после взаимодействия находящихся в пробе сульфатов с осадительной смесью, в состав которой входит BaCl₂, стабилизирующий реагент (этиленгликоль), а также этанол для снижения растворимости. Прибор фиксирует оптическую плотность помутневшего раствора относительно дистиллированной воды. Точное содержание сульфат-ионов в отобранной на анализ воде, как и в случае нефелометрии, рассчитывают по градуировочному графику.

Очистка вод от сульфатов

Удаление в быту

Вода с избытком сульфатов кроме неприятных вкусовых ощущений и расстройства кишечника, способна вывести из строя бытовую технику.

Удалить сульфаты из воды народными средствами не получится. Лучше всего установить в квартире или коттедже фильтр с системой обратного осмоса. Вода с растворенными в ней солями под давлением проходит через полупроницаемую мембрану фильтра, на которой оседают минеральные соли, бактерии и тяжелые металлы, а очищенная вода беспрепятственно проходит дальше. Фильтр обратного осмоса позволяет очистить воду на 98%, снизив жесткость и устранив риск для здоровья и бытовых приборов.

Предприятия водоподготовки

Очистка больших объемов загрязненной сульфатами воды осуществляется на производствах тремя основными способами:

Сточную воду обрабатывают известковым молоком в присутствии коагулянта и флокулянта. При взаимодействии оксида кальция CaO с водой образуется гидроксид кальция Ca(OH)₂, осаждающий сульфаты из сточной воды.

Коагулянт повышает эффективность сорбции сульфатов на хлопьевидном осадке. Добавление флокулянта сокращает дозу коагулирующего реагента, повышает плотность образующихся хлопьев и, в конечном итоге, облегчает отделение плотного осадка от остальной воды в момент фильтрации.

Сульфаты, присутствующие в питьевой воде в допустимых СанПиН концентрациях, для человека не опасны. Увеличение содержания сульфат-ионов в воде ухудшает качество жизни, со временем выводит из строя бытовую технику и водопроводные коммуникации. Поэтому так важно точно знать концентрацию сульфатов в воде и при малейшем подозрении на превышение санитарных и технических нормативов делать анализ этого параметра в аккредитованной лаборатории.

Источник

Сульфаты в воде

Химический состав воды из природных водоемов, колодцев и скважин очень разнообразен. В воде содержатся минералы и микроэлементы, химические соединения. Минерализация необходима для работы внутренних органов, так как обеспечивает их нужными веществами. Но в воде присутствуют и опасные соединения. Одно из них — сульфаты.

Это растворенные соли серной кислоты. Если их количество находится в пределах нормы, такая вода пригодна к употреблению. Но когда оптимальные показатели превышены, воду без дополнительной очистки и подготовки нельзя употреблять, но можно использовать полива и технических нужд.

Подробности о загрязнении

Сульфаты в воде появляются при протекании воды через горные породы. В зависимости от концентрации они могут менять вкус и цвет воды, влиять на ее безопасность для организма человека.

Образующиеся ионы нестабильны и постоянно образуют другие соединения. По мере увеличения минерализации образуются стойкие соединения. А если реакция происходит в анаэробной среде, формируются сульфиды.

Как сульфаты попадают в воду

Появлению сульфатов в добываемой воде способствуют особые микроорганизмы. Главная особенность этих соединений в том, что они хорошо растворяются в воде и почти всегда обнаруживаются в ней. Отличается только количество компонентов

Основные способы попадания сульфатов в водоносные горизонты:

Определенную опасность представляет магний в питьевой воде при превышении его концентрации. Сульфаты этого вещества используются в химических веществах, которые применяют для обработки дорог в зимний период. Во время таяния льда они просачиваются в грунт и стекают в водоемы, откуда производится забор воды в водопровод. Концентрация веществ в воде повышается также в промышленных районах, где загрязненные производственные отходы сбрасываются без тщательной очистки.

Сульфаты в воде из скважины

Обильное содержание сульфатов в воде наблюдается и в случае ее добычи с глубоких водоносных горизонтов. Особенно много опасных компонентов в воде из скважин, расположенных в следующих районах:

В таких случаях при заборе воды обязательно устанавливаются фильтры и установки водоподготовки. Точный состав фильтрующих модулей и загрузок определяется по результатам лабораторного анализа образцов воды.

Польза от сульфатов в воде

Природная минерализованная вода с сульфатами оказывает лечебные свойства. При ее употреблении под наблюдением врача в указанных в рекомендациях количествах наступают такие положительные для организма последствия:

Наибольший положительный эффект оказывают сульфаты магния. Такую воду нужно употреблять в санаториях или специализированных курортах для выведения из организма продуктов распада, шлаков. Кроме того, богатую магнием воду можно использовать как средство избавления от запора.

Опасность от постоянного употребления сульфатированной воды

Серная кислота сама по себе является опасным активным веществом и при попадании в организм приводит к негативным последствиям. Поэтому вред сульфатов в воде очевиден. Если их количество в жидкости превысит 10%, это приведет к частичному повреждению внутренних органов.

Соли серной кислоты менее опасны. Но если они есть в воде, то ухудшают ее органолептические свойства, придают жидкости соленый, иногда — горький вкус.

Обильное содержание сульфатов в воде приводит к следующим негативным последствиям:

Особенно тяжело переносят переход на сульфатную воду люди, которые ранее жили в другой местности, пили и готовили еду из очищенной и не минерализованной воды. Они будут испытывать проблемы с пищеварением длительное время, пока организм не адаптируется к новым условиям.

Если вода с высоким содержанием сульфатов попадает в водопроводы из свинцовых труб, находящиеся в жидкости химические соединения вступают в реакцию с металлом, растворяют его и повышают концентрацию, что опасно для организма.

Оптимальные показатели сульфатов в воде

Предельно допустимые концентрации сульфатов указаны в санитарных требованиях, технических условиях и других нормативных документах, регулирующих качество воды. Основным стандартом является ГОСТ 31940-20212, в котором описаны также способы определения ПДК и отбора проб.

Предельные концентрации веществ указаны в таблицах:

При подаче в водопровод норма содержания сульфатов составляет 150 мг на литр, предельная концентрация составляет 500 мг/л для России, 250 мг/л для стран Европы.

Удаление сульфатов из воды

Сульфаты из водопроводной или скважинной воды нельзя удалить с помощью кипячения и отстаивания. Очистка производится с помощью комплексных индивидуальных систем водоподготовки с использованием ионообменных свойств и фильтров обратного осмоса.

Источник