×
29.05.2018
218.016.578a

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЖЕСТКОСТИ ПРИРОДНЫХ ВОД

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к физико-химическим способам анализа природных вод. Способ определения жесткости природных вод включает этапы, на которых осуществляют определение концентрации мг⋅экв/л ионов Са, Mg, при этом процесс определения концентрации ионов кальция, магния предусматривает измерение удельной электропроводности от 3 до 20 мкА/см сильно разбавленных природных вод с содержанием ионов кальция, магния меньше 0,3 мг⋅экв/л с использованием градуировочного графика, с которого считывается концентрация ионов кальция, магния по численному значению удельной электропроводности природных вод. Технический результат – повышение точности, исключение использования химических реактивов, значительное ускорение и упрощение определения концентрации ионов Са, Mg в природных водах. 3 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к физико-химическим методам анализа природных вод в водоканалах при подготовке питьевых вод.

Уровень техники

Природные воды характеризуются содержанием в них ионов Са2+, Mg2+, Na+, НСО3-, CO32-, Cl-, SO42- и др. газов О2, N2, CO2 и др. Жесткость природных вод обусловлена содержанием в них ионов Са2+ и Mg2+.

Растворенный в воде углекислый газ в зависимости от рН среды находится в равновесии с ионами HCO3- и ионами CO32-. В природных водах устанавливается динамическое равновесие, которое описывается обратимой реакцией

.

Значение рН 6,5-8,5 большинства природных вод обусловлено содержанием в них ионов HCO3-. Ионы НСО3- содержатся во всех водах, кроме вод с рН ниже 4.

Для устойчивости ионов НСО3- в воде необходимо содержание равновесного CO2. Содержание ионов СО32- в природных водах при наличии ионов Са2+ невелико вследствие малой растворимости CaCO3 (ПР=5⋅10-9). Ион Са2+ главный ион в маломинерализованных природных водах.

Жесткость природных вод выражают числом миллиграммов или миллиграмм эквивалентов ионов Са2+ и Mg2+ в 1 л воды. Различают карбонатную (временную) и некарбонатную (постоянную) жесткость, сумма которых равна общей жесткости воды.

Карбонатная жесткость обусловлена содержанием в воде гидрокарбонатов кальция и магния, т.е. карбонатная жесткость - это количество ионов Са2+ и Mg2+, связанное HCO3- ионами. Эквивалентная концентрация ионов HCO3- равна сумме эквивалентных концентраций катионов Са2+ и Mg2+.

Некарбонатная жесткость воды обусловлена содержанием в природных водах солей хлоридов и сульфатов кальция и магния.

По величине общей жесткости Ho природные воды характеризуют следующим образом:

В природных водах концентрация магниевых солей обычно меньше концентрации кальциевых солей. Общая жесткость природной питьевой воды должна быть не более 8 мг⋅экв/л.

Для определения концентрации ионов кальция и магния в природных водах используют комплексонометрический метод и метод атомной спектрометрии. Комплексонометрический метод основан на образовании ионами Са2+ и Mg2+ прочных этилендиаминтетраацетатных (ЭДТА) комплексов.

Недостатки метода: определению могут мешать некоторые органические вещества и ионы других металлов. Требуется приготовление титровянного раствора ЭДТА и использование индикаторов эриохрома и мурексида. Погрешность определения концентрации ионов Са2+, Mg2+ составляет ±10%.

Методом атомной спектрометрии определяют поглощение каждого элемента при аналитической длине волны для кальция 422,7 нм, для магния 285,2 нм.

Недостатки метода: высокая стоимость определения концентрации ионов кальция, магния, ограниченная возможность широкого использования метода.

Раскрытие изобретения

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание нового амперометрического способа определения концентрации ионов Са2+, Mg2+ в природных водах. Амперометрический способ основан на измерении удельной электропроводимости сильно разбавленных природных вод.

Поставленная задача решается при использовании постоянного электрического тока. В данном случае способность природных вод проводить электрический ток характеризуется концентрацией электрического тока, т.е. концентрацией электронов, переносимых через 1 см3 воды при напряжении электрического поля в 1 В при 20°C.

выражается в А/см3. Следовательно, концентрация электрического тока, т.е. плотность электрического тока А/см3, является единицей измерения удельной электропроводности δ, которая соответствует физической природе электропроводности воды, δ А/см3.

Описание чертежей

На фиг. 1 представлена схема установки для измерения электропроводности природных вод на постоянном электрическом токе:

1 - батарея на 4 В;

2 - магазин электрического сопротивления на 1000 Ом;

3 - микроамперметр постоянного тока на 50 мкА;

4 - вольтметр постоянного тока на 3 В;

5 - электролитическая ячейка из стекла со съемными медными электродами.

При этом использовали электролитическую ячейку из стекла со съемными медными электродами, изготовленными из гладкой листовой меди. Площадь поверхности электрода S=1 см2, расстояние между электродами L=1 см, постоянная ячейки С=1 см-1.

Погрешность измерения электропроводности в ячейке ±2,5%. Электролитическая ячейка работает в режиме электронной электропроводности воды. Электронную электропроводность следует характеризовать концентрацией электронов, переносимых через 1 см3 воды, заключенной между электродами в ячейке, т.е. концентрацией электрического тока при напряженности электрического поля в 1 В при 20°C. Единица измерения удельной электропроводности δ, мкА/см3.

На фиг. 2 представлен градуировочный график измеренной удельной электропроводности стандартных водных растворов солей CaCl2 и MgSO4. Эквивалентная концентрация ионов Са2+, ионов Mg2+ и суммы Σ(1/2 Са2++1/2 Mg2+) в приготовленных стандартных водных растворах составила, мг⋅экв/л: 0,1; 02; 0,3.

Для данных сильно разбавленных водных растворов с ионной силой J<10-4 М коэффициент активности fi равен 1. Следовательно, активность ионов Са2+ и Mg2+ равна аналитической концентрации ионов:

ai=ci.

В водных растворах соли, содержащие ионы Са2+, Mg2+ не подвергаются гидролизу.

Для измерения электропроводности водных растворов использовали амперометрический способ.

Из фиг. 2 видно, что под воздействием приложенного электрического поля в 1В при 20°C для ячейки (-)Cu (раствор) Cu(+) с увеличением концентрации ионов Са2+, Mg2+ до 0,3 мг⋅экв/л удельная электропроводность повышается прямолинейно от 3 до 20 мкА/см3.

При этом удельная электропроводность дистиллированной воды равна 3 мкА/см3.

Таким образом, построенный градуировочный график можно использовать для амперометрического определения эквивалентной концентрации мг⋅экв/л, ионов Са2+, Mg2+ с содержанием их в сильно разбавленной природной воде меньше 0,3 мг⋅экв/л.

На фиг. 3 представлен фрагмент структуры цепи молекул H2O с атомом кальция и атомом магния. В исследуемых природных водах вследствие энергии электростатического взаимодействия все ионы кальция и магния присоединяются к цепям молекул H2O. В цепях молекул H2O на атомах H, Ca, Mg сосредоточены положительные электрические заряды с пониженной непрерывной электронной плотностью.

Разрешенный объем, занятый атомами Н, Са, Mg в цепях молекул H2O, является зоной проводимости электронов. Такая структура допускает свободный перенос электронов от источника постоянного электрического тока через атомы Н, Са, Mg в приложенном электрическом поле природной воды.

Осуществление изобретения

Ход определения жесткости природных вод.

Перед анализом измеряют рН природной воды, чтобы определить кислотно-основные свойства, которые обусловлены содержанием НСО3- ионов. В природных водах в области рН 6,5-7,5 основными компонентами являются CO2 и НСО-3 - ионы, в области рН 7,5-8,5 присутствуют, главным образом НСО-3 - ионы.

Пробу воды разбавляют дистиллированной водой до тех пор пока удельная электропроводность не окажется меньше 20 мкА/см3. При этом эквивалентная концентрация ионов Са2+, Mg2+ должна быть меньше 0,3 мг⋅экв/л (см. фиг. 2). Величина разбавления воды может быть от 1:10 до 1:100 и более.

Перед каждым измерением электроды промывают дистиллированной водой и протирают фильтровальной бумагой. Поверхность электродов должна быть чистой и сухой. Зачищать электроды наждачной бумагой запрещено, чтобы не нарушить оксидную фазовую пленку меди (эвтектику Cu-Cu2O).

Продолжительность измерения удельной электропроводности после погружения электродов в воду 10 мин. Это время упорядоченного, параллельного расположения цепей молекул H2O вдоль силовых линий приложенного электрического поля.

Через 10 мин от начала измерения считывают концентрацию ССа2+, Mg2+ мг⋅экв/л с градуировочного графика по измеренному значению удельной электропроводности δ, мкА/см3 (см. фиг. 2). Далее определяют общую жесткость воды по формуле

Ho Са2+, Mg2+⋅D мг⋅экв/л,

где D - величина разбавления пробы воды.

Определению концентрации ионов Са2+, Mg2+ не мешает ничтожно малое содержание ионов других металлов.

Определение карбонатной жесткости Нк природных вод по содержанию ионов

НСО3-.

При анализе воды в расчетах обычно пользуются следующими соотношениями: 100 мл воды титруют 0,1 N раствором HCl (индикатор - метиловый оранжевый) 1 мл 0,1 N раствора HCl соответствует 1 мг⋅экв/л HCO3-. Число мл 0,1 N раствора HCl=Нк мг⋅экв/л.

Некарбонатная жесткость Нн воды обусловлена содержанием в воде других солей кальция и магния, например сульфатов, хлоридов и др.

Некарбонатную жесткость природной воды определяют по формуле

Ннок мг⋅экв/л.

Способ определения жесткости природных вод, включающий определение концентрации мг⋅экв/л ионов Са, Mg, отличающийся тем, что процесс определения концентрации ионов кальция, магния предусматривает измерение удельной электропроводности от 3 до 20 мкА/см сильно разбавленных природных вод с содержанием ионов кальция, магния меньше 0,3 мг⋅экв/л с использованием градуировочного графика, с которого считывается концентрация ионов кальция, магния по численному значению удельной электропроводности природных вод.
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЖЕСТКОСТИ ПРИРОДНЫХ ВОД
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЖЕСТКОСТИ ПРИРОДНЫХ ВОД
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЖЕСТКОСТИ ПРИРОДНЫХ ВОД
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЖЕСТКОСТИ ПРИРОДНЫХ ВОД
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 14.
10.05.2018
№218.016.3f10

Способ формирования древесины ели европейской повышенной плотности и прочности

Изобретение относится к лесному хозяйству, в частности к формированию высококачественной бессучковой древесины ели европейской. В возрасте 15-20 лет в искусственных или естественных насаждениях ели европейской, имеющих высокий класс бонитета (Ia-II), отбираются целевые крупные деревья. На...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002648415
Дата охранного документа: 26.03.2018
10.05.2018
№218.016.3fc0

Способ получения электроизоляционной бумаги

Изобретение относится к электротехнической и целлюлозно-бумажной промышленности и может быть использовано в производстве электроизоляционных видов бумаги (преимущественно кабельной и трансформаторной) с повышенными электрофизическими свойствами, включая нагревостойкость. Способ включает роспуск...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002648640
Дата охранного документа: 26.03.2018
13.09.2018
№218.016.874d

Состав для изготовления низкотоксичных древесноволокнистых плит на основе аминоформальдегидного связующего, включающий сульфат гуанилмочевины как акцептор формальдегида

Изобретение относится к деревообрабатывающей промышленности, в частности к изготовлению древесноволокнистых плит. Состав для изготовления древесноволокнистых плит на основе аминоформальдегидных смол включает акцептор формальдегида - сульфат гуанилмочевины с массовой долей 2-4% по абсолютно...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002666759
Дата охранного документа: 12.09.2018
20.04.2019
№219.017.34fe

Способ определения коэффициента восстановления путем статических нагружений

Изобретение относится к испытаниям упругопластических свойств материалов, а именно к способам определения коэффициента восстановления при сжатии тел с различной формой контактных поверхностей путем статических нагружений. Сущность: производится статическое сжатие упругих тел с любой формой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002685447
Дата охранного документа: 18.04.2019
23.04.2019
№219.017.36bd

Способ устройства монолитных свайных опор инженерных сооружений на основе нефелинового шлама

Изобретение относится к области строительства, в частности к строительным смесям и способам, пригодным для конструктивных элементов автомобильных дорог на участках прохождения болот и слабых переувлажненных грунтах. Способ устройства монолитных свайных опор включает приготовление смеси из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002685599
Дата охранного документа: 22.04.2019
26.06.2019
№219.017.92d3

Способ возведения эллипсоидной кольцевой ограждающей стены (насыпи) на полигоне утилизации золы от сжигания осадков сточных вод

Изобретение относится к области строительства инженерных сооружений, в частности к устройству кольцевой насыпи ограждения высотой до 30 м на полигоне утилизации золы от сжигания осадков сточных вод. Способ возведения эллипсоидной кольцевой ограждающей стены (насыпи) на полигоне утилизации золы...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002692340
Дата охранного документа: 24.06.2019
07.11.2019
№219.017.dee2

Способ получения строительного материала из смеси измельченного бытового полиэтилена и золы от сжигания осадков сточных вод

Изобретение относится к области производства строительных материалов для дорожных конструкций. Способ включает приготовление смеси, содержащей в качестве вяжущего вещества измельченный до размера 5 мм бытовой полиэтилен. При приготовлении смеси сначала осуществляют смешивание 40-70 мас.%...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002705120
Дата охранного документа: 05.11.2019
22.11.2019
№219.017.e532

Лыжи для движения по воде

Изобретение относится к области производства водных транспортных средств, предназначенных для развлечений и спорта, и может быть использовано как средство для перемещения по водной поверхности за счет мускульных усилий человека для тренировки лыжников. Лыжи для движения по воде включают в себя...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002706758
Дата охранного документа: 20.11.2019
13.12.2019
№219.017.ed1b

Способ определения плотности твердых тел и устройство для его осуществления

Способ определения плотности твердых тел и устройство для его осуществления относятся к области приборостроения. Техническим результатом является определение плотности твердых тел правильной и неправильной формы, упрощение расчетов и измерительных операций, обеспечение возможности измерения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002708714
Дата охранного документа: 11.12.2019
28.02.2020
№220.018.06e8

Способ исследования прочности и стойкости к межкристаллитной коррозии металлов в электролитах

Изобретение относится к физико-химическим методам анализа металлов на твердость и стойкость к межкристаллитной коррозии. Способ исследования прочности и стойкости к межкристаллитной коррозии металлов в электролитах, отличающийся тем, что металлический образец очищают, погружают в электролит...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002715271
Дата охранного документа: 26.02.2020
Показаны записи 1-1 из 1.
28.02.2020
№220.018.06e8

Способ исследования прочности и стойкости к межкристаллитной коррозии металлов в электролитах

Изобретение относится к физико-химическим методам анализа металлов на твердость и стойкость к межкристаллитной коррозии. Способ исследования прочности и стойкости к межкристаллитной коррозии металлов в электролитах, отличающийся тем, что металлический образец очищают, погружают в электролит...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002715271
Дата охранного документа: 26.02.2020
+ добавить свой РИД