Способ определения количества органических примесей в водной среде

 

Сущность изобретения: способ предполагает окисление и перемешивание анализируемой пробы подачей озоно-воздушной смеси в потоке, циркулирующем в замкнутом трубчатом контуре, который содержит рабочий и U - образный холостой участок. На рабочем участке контура формируют восходящий поток анализируемой пробы, для чего в озоно-воздушную смесь подают в нижнюю его точку. Отвод исходящей струи газов осуществляют через открытый канал, располагаемый в верхней точке рабочего участка. Контроль достижения заданного порога избытка озона в пробе после окисления органики ведут датчиком в виде пары платиновых электродов, подключенных к источнику постоянного тока, электронной схеме усиления и регистрации сигнала. Датчик располагают в циркулирующем потоке пробы на холостом участке контура. Рабочий участок может быть выполнен спиральным, открытый патрубок - сечением, превышающем сечение рабочего участка. Заполнение замкнутого контура пробои ведут через воронку и подающий патрубок, соединенный с холостым участком, при этом данный патрубок и подающий патрубок для озоно-воздушной смеси соединяют к разным ветвям U-образного холостого участка замкнутого контура. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к аналитической химии и может быть использовано для оперативного определения количества содержащихся в воде органических примесей.

Известен способ определения количества органических примесей в воде, который предполагает окисление присутствующих в пробе веществ при помощи раствора перманганата калия (1).

Недостатком известного решения является его недостаточная точность, вследствие неполного окисления органики.2 Наиболее близким к изобретению является способ и устройство для определения окисляемых веществ, содеpжащихся в воде (2), в котором параметр химического потребления кислорода в сточной воде определяется в непрерывном технологическом потоке, в цепи аппаратов которого находится реактор, в который непрерывно поступают следующие компоненты: контролируемая сточная вода; разбавляющая вода; озон при барботировании и перемешивании.

После взаимодействия с озоном жидкая фаза проходит через озонометр, выходной сигнал которого управляет соотношением сточной и разбавляющей воды таким образом, чтобы остаточное количество озона, измеряемое озонометром, оставалось постоянным на определенном уровне. Отношение сточной воды к разбавляющей воде в смеси, необходимое для постоянства выходного сигнала озонометра, используют для определения окисляемых веществ в воде на химическое потребление кислорода (далее по тексту прототип).

Недостатком прототипа является неприменимость его для массовых анализов различных проб воды, т.к. прототип может только использоваться в технологической цепочке непрерывного анализируемого потока сточной воды.

Недостатком является также необходимость использования разбавляющей воды в количестве, соизмеримом с расходом анализируемой сточной воды, а также с низким и стабильным значением ХПК (для снижения погрешности итогового результата).

Предложенный способ позволяет избавиться от указанных недостатков и может быть использован для проведения рутинных анализов различных анализируемых проб воды.

Это достигается тем, что в способе определения количества органических примесей, предусматривающем помещение в испытательную емкость и перемешивание между собой анализируемой пробы жидкости и окислителя, выдержку их во времени до достижения заданного порога избытка озона в пробе после окисления органических примесей, окисление и перемешивание ведут подачей озоно-воздушной смеси в формируемый циркулирующий поток анализируемой пробы, для чего в качестве испытательной емкости используют замкнутый трубчатый контур, содержащий рабочий участок с восходящим направлением в нем потока анализируемой пробы и U-образный холостой, обеспечивающий гидравлическую связь между собой верхней и нижней точек рабочего участка в замкнутом контуре, подачу озоно-воздушной смеси осуществляют в нижнюю точку рабочего участка, при этом контроль достижения заданного порога избытка озона в пробе после окисления органических примесей ведут посредством датчика, располагаемого в циркулирующем потоке анализируемой пробы на холостом участке за упомянутым открытым каналом (патрубком) по направлению циркуляции потока, причем рабочей участок выполняют спиральным, в качестве контролирующего датчика используют пару платиновых электродов, а открытый канал (патрубок) выполняют в виде компенсатора уровня пробы в замкнутом контуре, для чего используют сообщающуюся с атмосферой емкость, поперечное сечение которой больше сечения рабочего участка замкнутого трубчатого контура, верхнюю грань которой располагают выше предполагаемого уровня заполнения испытательной емкости анализируемой пробой, а заполнение испытательной емкости анализируемой пробой осуществляют через воронку и подающий патрубок, соединенный с холостым участком, при этом данный патрубок и подводящий патрубок озоно-воздушной смеси соединяют с противоположными ветвями U-образного холостого участка контура.

Использование озоно-воздушной смеси, подаваемой с постоянным расходом, позволяет с одной стороны, использовать высокоэффективный окислитель (озон), и обеспечивает постоянное и равномерное перемешивание окислителя в объеме анализируемой пробы. С этой точки зрения существенным является место подвода озоно-воздушной смеси (нижняя точка рабочего спирального участка). Несоблюдение этого условия или сократит эффективную длину рабочего участка, или не позволит создать циркуляцию потока пробы в замкнутом трубчатом контуре.

Место расположения открытого канала (патрубка) для отвода исходящей воздушной струи также обеспечивает максимальную длину рабочего участка (при прочих равных условиях) и создает циркуляцию потока.

Расположение датчика контроля достижения заданного порога избытка озона в пробе после окисления именно в циркулирующем потоке, из которого отведена исходящая струя, позволяет получать объективную информацию о степени окисления органики без влияния на нее подаваемого воздуха.

Что касается частных существенных признаков, включенных в дополнительные пункты формулы изобретения, то выполнение открытым патрубком (каналом) дополнительной функции (компенсатора уровня пробы), позволит исключить влияние этого уровня вследствие возможных изменений давления подаваемой озоно-воздушной смеси (в первый момент времени, при подаче озоно-воздушной смеси), что также повышает представительность и точность получаемых результатов.

Выполнение рабочего участка спиральным и с вертикальной (или близкой к вертикальной) продольной осью позволит более рационально использовать пространство, увеличить эффективную длину рабочего участка при неизменной высоте прибора и сократить таким образом время, необходимое для окисления органики.

Расположение открытой воронки для заполнения испытательной емкости и подводящего патрубка для озоно-воздушной смеси по разные стороны от нижней точки U-образного холостого участка обеспечивает циркуляцию потока в замкнутом контуре.

Поскольку предложение отличается от прототипа рядом существенных признаков, оно соответствует критерию "новизна".

Современный уровень производства позволяет реализовать данный способ на практике, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию изобретения "промышленная применимость".

Пpоведенный нами поиск не позволил обнаружить решения, в котором был бы предложен замкнутый контур, обеспечивающий циркуляцию по нему обрабатываемого объема жидкости с подведением рабочего агента (озоно-воздушной смеси) и отвод прореагировавшей газовой смеси. Изложенное позволяет сделать вывод о соответствии предложения критерию "изобретательский уровень".

На чертеже представлена схема реализации способа.

Способ реализуется следующим образом.

Анализируемую пробу через воронку 1 и подающий патрубок 2 заливают в испытательную емкость 3, выполненную в виде трубчатого замкнутого контура, который состоит из рабочего участка 4 и холостого участка 5 U-образной формы. Рабочий участок 4 может быть выполнен в виде спирали с вертикальной (или близкой к вертикальной) продольной осью 6. В нижней точке U-образного холостого участка 5 установлен сливной патрубок 7 с нормально закрытым краном 8.

Затем через подводящий патрубок 9 в трубчатый замкнутый контур подают озоно-воздушную смесь. Подводящий патрубок 9 соединен с трубчатым замкнутым контуром в самой низкой точке рабочего участка 4, на его сопряжении с короткой ветвью 10 U-образного холостого участка. К другой, более длинной ветви 11 холостого участка 5 подведен подающий патрубок 2 с воронкой 1.

В результате подачи озоно-воздушной смеси в замкнутом контуре создается циркулирующий поток анализируемой пробы, при этом на рабочем участке 4 и короткой ветви 10 холостого участка 5 он имеет восходящее направление, а на более длиной ветви 11 холостого участка 5 нисходящее.

Исходящую струю газов 12 отводят из испытательной емкости 3 через сообщающийся с атмосферой открытый канал (патрубок) 13, который располагают в наиболее высокой точке рабочего участка 4, а вместе соединения последнего с длинной ветвью 12 холостого участка 5.

В процессе перемещения по спирали озон растворяется в воде и окисляет содержащиеся в ней органические примеси. Количество озона, подаваемого в испытательную емкость 3, определяется из условия полного окисления содержащейся в пробе органики, при этом подачу газовой смеси озона с воздухом ведут с постоянным стабильным и незначительным по величине расходом (при условии постоянства содержания озона в смеси) эти параметры определяют исходя из практики. Для обеспечения стабильного и равномерного расхода подаваемой газовой смеси на подводящем канале (патрубке) 9 располагают специальные установки и аппаратуру, а для выработки озона озонатор (не показаны).

Для предотвращения негативного влияния возможных изменений давления подаваемой газовой смеси в момент пуска источника, что приведет к изменению уровня анализируемой пробы и искажению результатов, открытый канал (патрубок) 13 выполняют увеличенного сечения. Высоту открытого канала (патрубка) 13 выбирают из условия расположения его верхней кромки выше предполагаемого уровня заполнения анализируемой пробой испытательной емкости 3.

Для контроля достижения заданного порога избытка озона в пробе после окисления органики в циркулируемом потоке анализируемой пробы устанавливают специальный датчик 14. Для исключения влияния пузырьков озона в газовой смеси на показания, датчик 14 размещают на холостом участке 5 замкнутого контура, за открытым каналом (патрубком) 13 (по направлению потока циркулирующей пробы). В качестве датчика 14 может использоваться пара платиновых электродов, подключенных к источнику постоянного тока, электронной схеме регистрации сигнала полноты окисления (не показаны).

Увеличение количества (остаточного) озона в жидкой фазе, которое фиксируется датчиком 14, свидетельствует о полноте окисления органических примесей. Для количественной оценки содержащихся в воде органических примесей необходимо определить количество израсходованного озона. Для этого испытательную емкость 3 заполняют дистиллированной водой (с добавлением электролита в количестве, определяемом из условий обеспечения электрической проводимости и создания оптимального значения pН для достижения полноты окисления органики) и пропускают через нее озоно-воздушную смесь с созданием при этом циркулирующего потока жидкости по замкнутому контуру, после чего определяют время, необходимое для достижения содержанием озона предварительно заданного порога избытка озона в пробе после окисления органических примесей. Затем открытием крана 8 воду выпускают из измерительной емкости 3 через сливной патрубок 7, заполняют емкость 3 анализируемой пробой и повторяют операцию в описанной последовательности.

Непосредственное время окисления органики определяют как разность времен достижения содержания озона в анализируемой пробе и дистиллированной воде. Определив количество израсходованного озона, получают количество окисленной органики.

Реальный выход озона количественно замеряется применением стандартного раствора щавелевой кислоты, при этом имеет место следующая реакция: H₂C₂O₄·2H₂O + O _→ 2CO₂+3H₂O Химическое потребление кислорода (ХПК) анализируемой пробы определяют из следующего соотношения: где С_ст концентрация щавелевой кислоты в стандартном растворе, мг/мл, V_ст объем стандартного раствора щавелевой кислоты, выносимой на анализ, мл, 16 атомный вес кислорода,
126 молекулярный вес щавелевой кислоты,
T^с_о^т время замера пробы со стандартным раствором щавелевой кислоты, с,
T_x время замера анализируемой пробы, с,
Q объем анализируемой пробы, мл.

Для повышения жесткости и суммарной прочности замкнутого контура, который изготавливают из стекла, отдельные витки спирали рабочего участка 4 приваривают к подводящему патрубку 9 и/или холостому участку 5.

Заполнение испытательной емкости 3 анализируемой пробой может быть осуществлено и через открытый канал (патрубок 13), что существенно может быть облегчено в случае выполнения последнего с увеличенным сечением. Это позволит упростить конструкцию испытательной емкости 3 за счет исключения воронки 1 и подающего патрубка 2.

Предлагаемый способ позволяет при массовых анализах достигать высокой экспрессности, чувствительности и точности, характерных для анализаторов, относящихся к автоматическим титраторам.

Формула изобретения

1. Способ определения количества органических примесей в водной среде, включающий помещение пробы в испытательную емкость, барботирование озоносодержащего газообразного агента через анализируемый объем при перемешивании и отвод его из емкости, оценку содержания органических примесей по химическому потреблению кислорода, отличающийся тем, что в качестве испытательной емкости используют спиральный контур с вертикальной осью, к нижнему витку которого подсоединен U-образный участок, озоносодержащий газообразный агент подают в нижнюю часть спирального контура, в качестве озоносодержащего газообразного агента используют озоно-воздушную смесь, отвод газообразного агента из пробы осуществляют через открытый вертикальный патрубок, подсоединенный сверху к верхнему витку спирального контура, оценку содержания органических примесей осуществляют за счет контроля достижения заданного избытка озона в пробе после окисления органических примесей с помощью датчика, размещенного в верхнем витке спирального контура.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве датчика используют пару платиновых электродов, подключенных к источнику постоянного тока, электронной схеме усиления и регистрации сигнала.

РИСУНКИ

Рисунок 1