Chlorowanie Fenolu: Laboratoryjny Przepis i Metody Pomiaru
- Szczegóły
Fenol jest związkiem toksycznym, który działa niszcząco na błony śluzowe i drogi oddechowe. Duże ilości fenoli występują w ściekach przemysłowych pochodzących głównie z hut i przemysłu chemicznego, np. tworzyw sztucznych, mas plastycznych. Zatrucie fenolami jest zazwyczaj skutkiem bezpośredniego kontaktu z substancją poprzez kontakt skóry bądź poprzez wdychanie par. Oprócz powodowania wysokiej śmiertelności organizmów wodnych, obecność fenoli oraz produktów ich chlorowania (podczas uzdatniania wody) nadaje wodzie przykry zapach, co czyni wodę niezdatną do zasilania wodociągów.
Indeks Fenolowy i Metody Oznaczania
Indeks fenolowy definiuje się jako liczbę określającą stężenie różnych związków fenolowych wyrażone w mg fenolu/dm3. Do badania wody i ścieków polecamy fotometryczne testy probówkowe i standardowe testy kuwetowe NANOCOLOR oraz odpowiedni fotometr, spektrofotometr i termostat NANOCOLOR. Standardowy test kuwetowy wymaga przygotowania roztworów w kolbach miarowych, natomiast test probówkowy zawiera odczynniki fabrycznie dozowane do pojedynczych probówek.
Test fotometryczny NANOCOLOR Indeks fenolowy 5 firmy MACHEREY-NAGEL polega na oznaczeniu fenoli i innych związków wrażliwych na sprzęganie z 4-aminoantypiryną. W razie potrzeby, oznaczenie jest poprzedzone wstępną ekstrakcją ketonem izobutylometylowym (MIBK).
Metody NANOCOLOR są opracowywane w oparciu o normy ISO i przepisy prawne dotyczące badań wody, ścieków i osadów ściekowych. Dokładność, precyzja i granica wykrywalności testów są zgodne z międzynarodowymi i krajowymi wytycznymi określającymi wymagania dla jakości wody i metod prowadzenia badań. Użycie metod NANOCOLOR skraca czas wykonywania oznaczeń bez utraty dokładności. Metodyki zawierają również szczegółowe informacje o warunkach przechowywania odczynników, wpływie substancji przeszkadzających, kontroli jakości analitycznej oraz wskazówki bezpieczeństwa.
Badania międzylaboratoryjne wykazały, że różnica między wynikami pomiarów wykonywanych przy wykorzystaniu różnych serii produkcyjnych odczynników NANOCOLOR a wartościami uzyskanymi metodami standardowymi, jest mniejsza niż 5%. Czytelne i proste metodyki wykonywania analiz umożliwiają uzyskanie wiarygodnych wyników.
Przeczytaj także: Izomeria w Chlorowaniu Trimetylopentanu
Sprzęt i Akcesoria NANOCOLOR
Spektrofotometr NANOCOLOR VIS II i spektrofotometr NANOCOLOR UV/VIS II mają zapisane w pamięci krzywe kalibracyjne do testów standardowych i testów probówkowych NANOCOLOR oraz do testów saszetkowych VISOCOLOR Powder Pillows. Każdy spektrofotometr umożliwia nefelometryczny pomiar mętności. Dwublokowy termostat NANOCOLOR Vario 4, jednoblokowy termostat NANOCOLOR Vario C2 i termoreaktor NANOCOLOR Vario HC z chłodzeniem są polecane do szybkiej i wygodnej mineralizacji próbek, koniecznej przy oznaczaniu takich parametrów jak azot ogólny, fosfor ogólny, ChZT i OWO. Każdy mineralizator może być kalibrowany za pomocą zestawu do automatycznej kalibracji T-Set.
Wysoką wiarygodność oznaczeń gwarantuje system kontroli jakości NANOCONTROL. Oferowane wzorce - standard jednoparametrowy lub standard wieloparametrowy - służą do sprawdzania poprawności wykonywania testów NANOCOLOR. Wzorce NANOCHECK 2.0 umożliwiają sprawdzanie dokładności fotometrycznej fotometrów NANOCOLOR, są to wzorce drugorzędowe zgodne z ISO 9001.
Alternatywne Metody Badawcze
Badania terenowe i badania laboratoryjne można wykonywać także testami kolorymetrycznymi VISOCOLOR ECO o zwykłej czułości, testami kolorymetrycznymi i miareczkowymi VISOCOLOR HE o podwyższonej czułości, testami kolorymetrycznymi i miareczkowymi VISOCOLOR alpha oraz testami VISOCOLOR Powder Pillows.
Chlor i Jego Rola w Dezynfekcji
Chlor jest pierwiastkiem chemicznym o liczbie atomowej 17 i masie cząsteczkowej 35,5. W naturze występuje w postaci minerału chlorku sodu (sól kuchenna) oraz innych soli. Chlor wolny używany do dezynfekcji tworzy się po rozpuszczeniu chloru gazowego w wodzie.
Chlorowanie to proces uzdatniania i dezynfekcji wody przy użyciu chloru wolnego. Chlorowanie jest powszechną metodą dezynfekcji stosowaną w przypadku wody źródłowej o minimalnym zanieczyszczeń organicznych i niskim stężeniu trudnych do usunięcia mikroorganizmów, takich jak giardia lub cryptosporidium.
Przeczytaj także: Skutki chlorowania wody z fenolem
Chloroaminy tworzą się po dodaniu chloru do wody zawierającej amoniak. Reakcja chloru z amoniakiem może być pożądana lub niepożądana, w zależności od strategii uzdatniania wody. Chloraminacja to proces uzdatniania i dezynfekcji wody przy użyciu monochloroaminy jako głównej substancji dezynfekującej. Chloroaminy mają niższą reaktywność w porównaniu z wolnym chlorem i reagują mniej intensywnie z różnymi zanieczyszczeniami w surowej wodzie, szczególnie z substancjami organicznymi. Prowadzi to do powstania mniejszej ilości rakotwórczych produktów ubocznych dezynfekcji (DBP), głównie trihalometanów (THM). Jest to jeden z najważniejszych czynników wpływających na zapotrzebowanie na zastąpienie wolnego chlorowania chloraminacją.
Chlor całkowity jest sumą wszystkich rodzajów chloru wolnego i związanego obecnych w próbce. Silna substancja utleniająca, chlor (Cl 2), jest idealnym środkiem dezynfekującym. Właściwe poziomy chloru resztkowego w wodzie pitnej zapewniają, że woda jest bezpieczna do spożycia przez ludzi, jednak zbyt dużo chloru w wodzie może mieć szkodliwy wpływ na produkcję farmaceutyczną, procesy oczyszczania przy użyciu membran i inne zastosowania.
Zapotrzebowanie na Chlor i Odchlorowanie
Zapotrzebowanie na chlor to całkowita ilość chloru potrzebna do reakcji ze wszystkimi zanieczyszczeniami zawartymi w wodzie, takimi jak metale, bakterie, związki organiczne lub amoniak. Po dodaniu do wody wolny chlor reaguje z zanieczyszczeniami i jest w ten sposób zużywany. Po zaspokojeniu zapotrzebowania stężenie wolnego chloru staje się mierzalne. W związku z tym zapotrzebowanie na chlor jest różnicą między ilością chloru dodanego do wody a mierzalną ilością chloru pozostałego po reakcji. Zrozumienie zapotrzebowania na chlor pomaga zapewnić skuteczną dezynfekcję w trakcie procesu uzdatniania wody.
Ze względu na szkodliwość chloru istnieją zastosowania wymagające „odchlorowania”. Odchlorowanie adsorpcyjne wykorzystuje węgiel aktywny do usuwania związków chloru.
Proces Chlorowania w Oczyszczalniach
Podczas wstępnego utleniania do wody źródłowej wpływającej do zakładu dodawany jest chlor (chlorowanie wstępne) w celu wytrącania minerałów na wstępnym etapie oczyszczania (poza dezynfekcją), aby pomóc w usunięciu substancji zawieszonych i rozpuszczonych przed filtracją. Aby chlor mógł działać skutecznie, jego stężenie przed i po filtracji (jak również pH, temperatura wody i czas kontaktu) muszą być monitorowane i kontrolowane.
Przeczytaj także: Płukanie studni: jak to zrobić poprawnie?
Większość oczyszczalni posiada komorę kontaktową (studnię do klarowania), gdzie wtryskiwany i mieszany jest chlor, który może pozostawać w kontakcie z wodą przez czas wymagany w zależności od temperatury, pH i rodzaju mikroorganizmów obecnych w wodzie. Chlorowanie przed filtracją (chlorowanie wstępne) i po filtracji (chlorowanie wtórne) jest kontrolowane w wielu punktach całego procesu oczyszczania i systemu dystrybucji.
Produkty Uboczne Chlorowania i Kontrola
Podczas reagowania z substancjami organicznymi w wodzie chlor może tworzyć produkty uboczne dezynfekcji ( DBP) które są uważane za szkodliwe dla zdrowia ludzkiego. Chlorowanie stosuje się w końcowych etapach oczyszczania w celu zabicia patogenów oraz mikroorganizmów stosowanych na wcześniejszych etapach uzdatniania w celu zapobiegania rozprzestrzenianiu się chorób przenoszonych przez wodę. Do zmniejszenia toksyczności ścieków stosuje się odchlorowanie w celu zarządzania resztkami chloru i zapewnienia zgodności z przepisami przed odprowadzaniem ścieków do jezior, rzek lub oceanu.
Poziom chloru musi być monitorowany i kontrolowany, ponieważ gdy jest on zbyt niski, rozwój organizmów biologicznych może spowodować niedrożność układu. Chlor jest często stosowany jako środek do dezynfekcji owoców, warzyw, drobiu i mięsa. Utrzymanie odpowiedniego stężenia chloru resztkowego jest niezbędne do optymalizacji mocy odkażania wody płuczącej.
Rury i zbiorniki stosowane w procesach przemysłowych są okresowo czyszczone i dezynfekowane w procedurze „czyszczenia na miejscu” (CIP). W recyrkulowanej wodzie używanej do kąpieli płuczącej podczas pasteryzacji po zakończeniu procesu pakowania gromadzą się zanieczyszczenia.
Metody Pomiaru Chloru
Ogólnie rzecz biorąc, ta metoda optyczna wykorzystuje pomiary natężenia koloru do określenia stężenia chloru w roztworze. Po dodaniu do próbki odpowiednich roztworów buforowych i wskaźnikowych następuje reakcja, która powoduje uzyskanie koloru, którego natężenie jest proporcjonalne do stężenia chloru. Intensywność koloru jest mierzona wzrokowo, przy użyciu kolorymetru lub spektrofotometru.
Istnieją różne metody pomiaru chloru, w tym:
- Metoda DPD
- Metoda indofenolowa
- Metody miareczkowe
- Metody elektrochemiczne
Metoda DPD
Metoda DPD to najczęściej stosowana metoda kolorymetryczna do pomiaru chloru. Można jej używać do pomiaru chloru wolnego i całkowitego za pomocą przyrządów polowych, laboratoryjnych i internetowych.
Metoda Indofenolowa
Metoda indofenolowa, selektywna dla monochloroaminy, może być stosowana do pomiaru monochloroaminy i wolnego amoniaku, a także wolnego chloru. Monochloroamina jest oznaczana bezpośrednio, podczas gdy oznaczanie zarówno wolnego chloru, jak i wolnego amoniaku w tej samej próbce wymaga użycia dodatkowego odczynnika w celu przekształcenia wolnego amoniaku w monochloroaminę.
Wolny chlor może być również mierzony metodą indofenolową za pomocą systemu dwuodczynnikowego, który nie jest podatny na zakłócenia wpływające na metodę DPD.
Metody Miareczkowe
Metoda ta określa stężenie chloru na podstawie zakończenia reakcji chemicznej między chlorem a titrantem dodanym do próbki. Titrant jest dodawany stopniowo aż do zakończenia reakcji. Punkt końcowy (lub punkt równoważnikowy) jest punktem, w którym titrant i chlor są zrównoważone. Punkt równoważnikowy można określić wzrokowo, używając kolorowego wskaźnika, albo za pomocą czujnika elektrochemicznego.
Przykłady metod miareczkowych:
- Metoda DPD-FEAS
- Metoda jodometryczna
- Miareczkowanie amperometryczne
Metody Elektrochemiczne
Metoda elektrochemiczna mierzy zmianę natężenia prądu elektrycznego wynikającą z reakcji chemicznych na elektrodach, przy czym prąd jest proporcjonalny do stężenia chloru. Dostępne są różne typy czujników amperometrycznych, co zapewnia lepszy dobór dla różnych rodzajów chloru. Metoda ta nie jest podatna na zakłócenia spowodowane barwą lub mętnością próbki, jednak powierzchnia czujnika mająca kontakt z próbką jest podatna na zanieczyszczenie. Niektóre analizatory amperometryczne nie wymagają odczynników.
Chloroaminy
Termin „chloroaminy” używany w branży uzdatniania wody określa trzy główne związki, które mogą powstać w wyniku reakcji amoniaku z chlorem: monochloroaminę, dichloroaminę i trichloroaminę. Chociaż monochloroamina jest docelowym środkiem dezynfekującym, gdy chlorowanie nie jest odpowiednio kontrolowane, inne niepożądane związki mogą pojawić się w chlorowanych systemach wód gruntowych zawierających naturalny amoniak oraz w chlorowanych ściekach. Należy zauważyć, że chloroaminy odnoszą się do grupy związków, a nie do jednej substancji. Bardziej technicznym opisem dla tej grupy byłoby „nieorganiczne chloroaminy”, aby odróżnić je od organicznych chloroamin, które mają małe lub zerowe zdolności do dezynfekcji.
Powszechnie przyjmuje się, że gdy chlor jest stale dodawany do wody zawierającej amoniak, chloroaminy tworzą się sekwencyjnie, tj. najpierw monochloroamina, następnie dichloroamina i wreszcie trichloroamina. Proces ten jest jednak odwrotny, gdy amoniak jest dodawany do wody chlorowanej. Celem chlorowania jest pełne uformowanie monochloroaminy przy uniknięciu innych chloroamin.
Zakłócenia w Pomiarach Chloru
Inne utleniacze, takie jak brom, jod, ozon, dwutlenek chloru i niektóre metale lub nadtlenek wodoru, mogą reagować z DPD w różnych sytuacjach, powodując fałszywe pozytywne wyniki. Najczęściej zakłócenia powoduje utleniony mangan, który można skorygować poprzez poddanie próbki działaniu jodku potasu i arsenu sodu. W zakresach niskiego stężenia chloru rozpuszczony tlen może powodować zakłócenia, zwłaszcza w bezpośrednim świetle słonecznym. Jeśli w kolorymetrze lub spektrofotometrze stosowana jest metoda ULR (Ultra-Low Range), należy upewnić się, że została określona i odliczona od wyników analizy próbki ślepa próba odczynnika z użyciem wody dejonizowanej. Dobrym pomysłem jest również użycie tej samej kuwety do zerowania przyrządu i odczytu stężenia próbki.
Specyficzne Zakłócenia i Metody Ich Ominięcia
Należy uwzględnić następujące sytuacje:
- Oznaczanie resztkowego wolnego chloru w obecności manganu i innychutleniaczy, które zakłócają kolorymetryczne metody DPD oraz metody DPD i miareczkowania amperometrycznego wolnego chloru.
- Oznaczanie wolnego chloru w obecności chloroamin (wolny chlor powinien obficie występować w próbce wody). Chloroaminy reagują ze wskaźnikiem chloru wolnego DPD. Ich obecność powoduje, że kolor wynikowy jest niestabilny, a jego natężenie powoli się zwiększa wraz z upływem czasu.
Metoda indofenolowa dla wolnego chloru wykorzystuje roztwór odczynnika freechlor F w celu szybkiego konwertowania wolnego chloru obecnego w próbce na monochloroaminę. Utworzona monochloroamina jest następnie oznaczana za pomocą odczynnika monochlor F, który jest specyficzny dla monochloroaminy. Mangan, inne chloroaminy i chlorowane aminy organiczne nie reagują z odczynnikiem monochlor F i w związku z tym nie zakłócają oznaczenia wolnego chloru.
Pomiar Chloru Całkowitego i Wolnego
Całkowity chlor jest zwykle mierzony w systemach wykorzystujących chlorowanie, gdy celowo jest używana reakcja chloru z amoniakiem. Całkowity chlor jest sumą chloru wolnego i chloroamin nieorganicznych.
Wolny chlor jest zwykle mierzony w systemach wody pitnej wykorzystujących chlor lub podchloryn sodu do dezynfekcji, aby sprawdzić, czy woda zawiera wystarczającą ilość środka dezynfekującego. Typowe poziomy wolnego chloru resztkowego w wodzie pitnej wynoszą 0,2 - 2,0 mg/L Cl 2 , chociaż mogą wynosić nawet 4,0 mg/L na wlocie (POE).
tags: #chlorowanie #fenolu #przepis #laboratoryjny
