Методы определения концентрации фенолов в сточных водах

Из анализа представленных данных следует, что фенол особо опасен ввиду его относительно хорошей растворимости в воде. Опасны также и другие циклические и ароматические соединения и спирты.

Фенолы разделяют на две группы: летучие с паром и нелетучие. Летучие с паром фенолы более токсичны, обладают более интенсивным запахом, чем нелетучие, и потому допустимые концентрации их в водах водоемов чрезвычайно малы. Особенно жесткие требования в этом отношении предъявляются к воде, поступающей на водопроводные станции, где она подвергается обработке хлорированием, потому что хлорпроизводные простого фенола, о-крезола и m-крезола имеют неприятный запах даже в самых малых концентрациях. По этой причине при анализе вод в первую очередь определяют в них содержание группы летучих фенолов, а часто определением только одних летучих фенолов ограничиваются [20].

К группе летучих фенолов относят простой фенол , три крезола, шесть ксиленолов, гваякол, тимол и многие их замещенные. В обычных условиях проведения отгонки -нафтол отгоняется на 65%, -нафтол - на 50% и пирокатехин - на 10%. Если определение заканчивать методом с применением 4-аминоантипирина, то следует учитывать, что оптическая плотность водного раствора при длине волны 510 нм составляет (если принять оптическую плотность фенола за 100) соответственно: -нафтола - 40, -нафтола - 7,2, пирокатехина - 14. Таким образом, при определении суммарного содержания летучих фенолов положительные ошибки в получаемом результате за счет присутствия указанных веществ будут равны (в процентах от их содержания) от -нафтола 26%, от -нафтола 3,6%, от пирокатехина 1,4% [11].

Физические свойства фенолов: фенол (бензол) - кристаллическое вещество, температура плавления 43 °С, температурой кипения 181 °С, растворяется в воде (при 15 °С - около 8%). С водой дает гидрат (температура плавления 16 °С), называемый обычно карболовой кислотой. Небольшие количества воды сильно снижают температуру плавления фенола. Он обладает характерным запахом [21]. Фенол вызывает ожоги на коже. Является одним из первых примененных в медицине антисептиков. Фенол содержится в моче человека и животных, так как белковые аминокислоты, содержащие бензольное кольцо, при расщеплении в организме дают фенол [19].

4 Методы определения концентрации фенолов в сточных водах

Для определения больших количеств летучих фенолов предлагаются бромометрический и гравиметрический методы. Для определения малых концентраций - все остальные методы [20].

4.1 Бромометрический метод

1. Сущность метода.

В анализируемый раствор вводят бромид-броматную смесь, которая в кислой среде выделяет свободный бром:

                                     .                               (4.1)

Бромид-броматную смесь прибавляют в избытке. Образующийся в растворе бром реагирует с фенолом по уравнению:

                           .                     (4.2)

Когда затем к раствору прибавляют йодид калия, непрореагировавший бром вытесняет йод из йодида калия и, кроме того, 2 эквивалента йода выделяются под действием одной молекулы

                        .                 (4.3)

Таким образом, в результате этих двух реакций каждый эквивалент фенола связывает 6 эквивалентов брома [20]. Зная количество брома, введенного в раствор, и определяя количество выделившегося йода, вычисляют, сколько брома вступило в реакцию с фенолом, а отсюда и содержание фенола в пробе. Аналогично фенолу ведут себя и другие вышеперечисленные фенолы. Следовательно, в результате анализа находят суммарное содержание фенолов, отогнанных с водяным паром [22].

2. Реактивы:

- сульфат меди , 10%- ный раствор;

- серная кислота, разбавленный (1:3) раствор;

- бромид-броматная смесь. Растворяют 1,67 г бромата калия и 6 г бромида калия в 1 л дистиллированной воды.

- йодид калия;

- тиосульфат натрия, 0,05 н. раствор;

- крахмал, 0,5%- ный раствор [22].

3. Ход определения.

1) Предварительная обработка сточной воды. К 100 мл анализируемой воды прибавляют 10 - 15 мл сульфата меди (для осаждения сульфидов), подкисляют серной кислотой, вводя 3 - 5 мл ее избытка (если добавление сульфата меди вызвало образование осадка гидроксида меди, последний при подкислении должен полностью раствориться), и ведут перегонку в приборе (перегонка заключается в нагревании жидкости до кипения, последующей конденсации паров в виде дистиллята в холодильнике и сборе конденсата в приемную колбу - происходит перемещение части вещества из одной колбы в другую), изображенном на рисунке 4.1 до тех пор, пока в перегонной колбе не останется очень небольшой объем (30 - 40 мл) жидкости [23].

Рис. 4.1. Прибор для перегонки реактивов.

К остатку приливают 100 мл дистиллированной воды и продолжают перегонку, собирая дистиллят (то, что при дистилляции, или перегонке - испарении жидкости с последующим охлаждением и конденсацией паров, сгущаясь из паров, собирается (в жидком или твердом виде) в приемнике) в тот же приемник [22]. Для проверки на полноту отгона рекомендуется набрать в пробирку несколько капель выходящей из холодильника жидкости и испытать на присутствие в ней фенолов, добавив 4-аминоантипирин. Дистиллят переносят в мерную колбу вместимостью 500 мл, разбавляют дистиллированной водой до метки и отбирают аликвотную часть для бромирования [20].

2) Бромирование фенолов и йодиметрическое титрование. Отобрав 25 - 50 мл полученного дистиллята, переносят его в коническую колбу вместимостью 300 - 500 мл, снабженную притертой пробкой, прибавляют 25 мл бромид-броматной смеси и 10 мл серной кислоты, закрывают колбу пробкой и через 5 минут титруют выделившийся йод раствором тиосульфата натрия, прибавляя к концу  титрования раствор крахмала [23].

В другую такую же колбу наливают дистиллированную воду в таком же объеме, в каком был взят дистиллят для титрования, прибавляют такие же количества бромид-броматной смеси, серной кислоты и йодида калия и через 5 минут титруют тиосульфатом [22].

4. Расчет.

Содержание летучих с паром фенолов в пересчете на фенол в мг/л вычисляют по формуле:

                                                                              (4.4)                

где - объем раствора тиосульфата натрия, израсходованного в холостом опыте, мл; - объем раствора тиосульфата натрия, израсходованного на титрование пробы, мл; - поправочный коэффициент для приведения концентрации раствора тиосульфата натрия к точно 0,05 н.; - объем сточной воды, взятой для анализа, мл; - объем аликвотной части фильтрата или дистиллята, взятого для бромирования и титрования, мл; - количество фенола, эквивалентное 1 мл 0,05 н. раствора тиосульфата натрия, мг [20].

Многочисленные анализы сточных вод, проведенные в разных странах, показали, что средняя молекулярная масса содержащихся в них летучих фенолов в большинстве случаев близка к 102.

Если сточная вода покрыта пленкой нефти, пробу для определения фенолов надо брать пипеткой, погружая ее конец в середину жидкости так, чтобы пленка нефти не попала в пипетку [23]. В случае присутствия нефтепродуктов можно их предварительно удалить сильным подщелачиванием сточной воды (для превращения фенолов в феноляты) и экстрагированием нефтепродуктов петролейным или диэтиловым эфиром. Затем к пробе добавляют сульфат меди, подкисляют и отгоняют фенолы, как описано выше [20].