В начало

Изучение методов очистки сточных вод (Лабораторная работа)

 

Цель работы: ознакомиться с отдельными механически­ми и физико-химическими методами очистки сточных вод от растворенных и взвешенных загрязнителей.

 

Методы очистки сточных вод делятся на регенеративные (отделение загрязнений от воды) и деструктивные (разрушение загрязнений). К реге­неративным методам относятся: отстаивание, фильтрация, сорбция, ион­ный обмен, коагуляция и пр. Деструктивные методы очистки сточных вод вклю­чают: окисление хлором, кислородом (О2), озоном (О3), термическую обра­ботку, УФ-облучение.

Методы очистки бывают:

физические – отстой, фильтрация, дистилляция, флотация, вымора­живание;

физико-химические – сорбция, коагуляция с флокуляцией, ионный об­мен, экстракция и пр.;

химические – окисление, реагентная обработка и т. д.;

биологические – очистка с помощью микроорганизмов:

а) аэробные процессы очистки (в присутствии воздуха, сооружения – аэротенки, био­фильтры, поля фильтрации, биопруды);

б) анаэробные процессы (без дос­тупа воздуха, сооружения – метантенки, септики).

Фильтрация – процесс очистки воды при прохождении ее через слой фильтрующей загрузки.

Флотация – насыщение воды пузырьками газа (чаще воздуха). Загряз­нения прилипают к поверхности всплывающих пузырьков и транспортиру­ются на поверхность воды. На поверхности воды накапливается пена, со­держащая удаленные из воды загрязнения.

Сорбция (лат. sorbcio поглощаю) – процесс накопления на поверх­ности твердых частиц (сорбента) молекул или ионов растворенного в воде вещества (сорбата). Сорбция возникает самопроизвольно и про­должается с убывающей скоростью до достижения равновесного состоя­ния.

Ионный обмен заключается в том, что твердый материал (ионит) по­гло­щает из воды ионы загрязнений в обмен на эквивалентное количество дру­гих, одноименно заряженных обменных ионов. Таким образом, общая концентрация ионов в воде не изменяется, хотя ионный состав становится другим.

Экстракция – при смешивании двух взаимно нерастворимых жидкостей вещества, растворенные в них, перераспределяются между обеими жид­костями пропорционально своим растворимостям.

Коагуляция (лат. coagulation свертывание) – это агрегация дисперсных час­тиц, происходящая в результате изменения их структуры и заряда, под влия­нием электролитов или других факторов. Сущность обработки во­ды коагу­лянтами заключается в гидролизе коагулянта с последующим вза­и­модей­ствием продуктов гидролиза (гидроокиси и основные соли) с кол­ло­ид­ными и грубодисперсными загрязнениями воды. Загрязнения перево­дят­ся в хлопьеобразное состояние и легко удаляются из воды путем от­ста­и­вания.

Реагентная деструкция – это окисление загрязнителей стоков химиче­скими реагентами: кислородом, хлором и некоторыми его соединениями, пероксидом водорода, перманганатом калия и пр. с переводом в нетоксич­ные соединения.

Правильный выбор метода очистки сточных вод зависит от фазово-дис­персного состояния загрязнений, их химического состава и количествен­ного содержания. Отдельные технологии очистки воды обладают опреде­ленной степенью универсальности, т. е. пригодны для удаления различ­ных водных загряз­нений.

В середине 60-х годов украинский академик Л.А. Кульский разрабо­тал классификацию водных примесей, объединив в общие группы те из них, которые могут удаляться одинаковыми методами. В основу классификации положено понятие о фазовом состоянии веще­ства в водной среде, которое в известной степени определяется дисперс­ностью. Этот принцип позволил объединить в небольшое количество групп самые разнообразные по хи­мической и физической характеристике при­меси природных и сточных вод и создать классификацию загрязняющих воду веществ, предопределяю­щую методы их группового удаления.

Сущность предлагаемой классификации заключается в том, что все примеси воды по отношению к дисперсионной среде (воде) разделены на четыре группы, две из которых представляют собой гетерогенные сис­темы и две другие – гомогенные. Первые образуются присутствующими в воде взвесями и коллоидами, вторые – веществами, дающими с водой молекулярные и ионные растворы. Если система гомогенная, то частицы, входящие в ее состав, не имеют поверхности раздела, что затрудняет их удаление. Гетерогенные системы состоят из двух и большего количества фаз (примером служит сточная вода, в состав которой входят помимо твердых частиц, пузырьки воздуха, глобулы нефтепродуктов и другие при­меси).

Такой порядок расположения групп и систем с повышающейся дисперс­ностью примесей целесообразен с технологической точки зрения, так как очистка воды начинается с удаления грубодисперсных примесей и колло­идно-дисперсных веществ. Методы удаления этих загрязнений являются наиболее общими, они широко применяются на всех очистных сооруже­ниях промышленных и коммунальных водопроводов и цехов очистки промстоков.

 

Выполнение работы

 

Задание 1. Фильтрация

Оборудование, реактивы, материалы:

– модельные сточные воды с загрязнителями 1-й группы;

– ФЭК, кюветы (L = 50 мм);

– коническая колба (V = 250 мл), воронка, бумажный фильтр.

 

В пробе предложенной сточной воды измерить на ФЭК оптическую плотность Dисх, которая является косвенным показателем содержания в воде взвешенных веществ.

Поместить в колбу стеклянную воронку с бумажным фильтром, от­филь­тровать приблизительно 50 мл сточной воды и измерить оптическую плотность Dкон очищенной воды.

Таблица. Классификация примесей воды по их фазово-дисперсному

составу и процессы, используемые для их удаления

Система

Размер

частиц, см

Характеристика

за­грязнителей

Метод удаления загрязнений

Ге­те­ро­ген­ная

1-я группа

 

10–5–10–4

Взвеси:

суспензии, эмуль­сии, обусловли­вающие мутность воды, патогенные

микроорганизмы, планктон

1. Механическое безреагентное

разделе­ние (седиментация; фильтрация;

микро­процеживание; центрифугирование).

2. добавление реагентов с последующим отстаиванием и фильтрованием.

3. адгезия на гидроокислах алюминия

и железа и на высокодисперсных

и зерни­стых материалах.

4. агрегация при помощи флокулянтов.

5. флотация.

6. бактерицидное воздействие на

патоген­ные микроорганизмы и бактерии.

2-я группа

 

10–6–10–5

Коллоидные рас­творы:

коллоиды и высокомолекулярные соединения, обусловливающие окисляемость и

цветность воды,

а также вирусы

1. Окисление хлором, озоном и др.

2. адсорбция на гидроокисях алюминия

и железа, а также на высокодисперсных

гли­нистых материалах.

3. агрегация при помощи

высокомолеку­лярных флокулянтов

катионного типа.

4. воздействие на вирусы (окислителями,

УФ- и g-излучением)

Го­мо­ген­ная

3-я группа

 

10–7–10–6

Молекулярные растворы:

газы,

растворимые

в воде,

органиче­ские вещества,

придающие ей за­пахи

и привкусы

1. Десорбция газов и легколетучих

органи­ческих соединений

при аэрировании.

2. окисление хлором, озоном,

пермангана­том и др.

3. адсорбция на активированных углях

и др. материалах.

4. экстракция органическими окислителями.

5. эвапорация (пароциркуляционный ме­тод).

6. биохимическое разложение

4-я группа

 

10–8–10–7

Ионные

растворы:

соли, основания,

придающие воде минерализацию, жесткость

и щелоч­ность

 

 

1. Перевод ионов

в малодиссоциирован­ные соединения.

2. перевод ионов в малорастворимые

со­единения.

3. фиксация ионов на твердой фазе иони­тов.

4. сепарация ионов при различном

фазо­вом состоянии воды.

5. использование подвижности ионов

в электрическом поле (электродиализ)

 

Определить эффект очистки Э воды, %:

 

 

, (2)

 

где P – измеряемый параметр (в данном случае D);

Pнач – исходный пара­метр (до очистки);

Pкон – после очистки.

 

 

Сделать вывод об эффективности применяемого метода очистки воды от загрязнителей 1-й группы.

 

Задание 2. Сорбционная очистка

Оборудование, реактивы, материалы:

– модельные сточные воды с загрязнителем 3-й группы (раствор краси­теля индиго C ≈ 5 мг/л);

– ФЭК, кюветы (L = 20 мм), калибровочная кривая;

– конические колбы (V = 250 мл, 2 шт.), мерный цилиндр (V = 50 мл), ста­каны (V = 100 мл, 2 шт.), стеклянные палочки, воронка, бумажные фильтры;

– сорбенты: активированный уголь, химический поглотитель;

– технические весы.

Определить с помощью ФЭК оптическую плотность Dнач исходной сточ­ной воды при λ= 530 нм и Lкюветы = 20 мм..

В два стакана налить по 50 мл модельных стоков. В один поместить 1 г активированного угля, в другой – 3 г, предварительно взвесив уголь на технических весах. Перемешать содержимое каждого стакана в течение 5 минут. Сточную воду отфильтровать через бумажные фильтры и замерить оптическую плотность Dкон очищенной воды в каждой пробе.
Используя ка­либровочный график, определить содержание за­грязнителя (C, мг/л) в модельных стоках до и после обработки воды акти­ви­рованным углем. По формуле (2) найти эффективность очистки сточ­ной воды активированным углем (причем P – это начальное и конечное со­дер­жание загрязнителя, мг/л, в воде). Результаты занести в таблицу.

Аналогичным образом провести очистку модельных стоков химическим поглотителем, используя те же дозы сорбента. Определить оптическую плотность исходной и очищенной воды, а по калибровочному графику – ис­ходное и остаточное содержание загрязнителя, рассчитать эффекты сорбционной очистки.

 

Таблица. Результаты сорбционной очистки

 

Параметр

Сорбент, г на 50 мл сточной воды

Активированный уголь

Химический поглотитель

1

3

1

3

Dнач

Dкон

Снач, мг/л

Скон, мг/л

Э, %

 

 

 

 

Сделать вывод об эффективности сорбционного метода для улавлива­ния загрязнителей 3-й группы. Дать оценку влияния вида и количества сор­бента на качество очистки стоков.

 

Задание 3. Реагентная очистка

Оборудование, реактивы, материалы:

– модельные сточные воды с загрязнителями 4-й группы;

– тиоционат калия (KSCN) – насыщенный раствор, СаО (порошок);

– набор пробирок.

Ионы некоторых тяжелых металлов можно удалять из воды введением NaOH или CaO, что приводит к осаждению малорастворимых гидроксидов металлов.

В пробирку поместить 5–10 капель модельных стоков, добавить 1–2 ка­п­ли раствора KSCN, отметить образование буро-красного раствора тио­цио­ната железа, что свидетельствует о наличии в сточной воде Fe (III):

 

Fe3+ + 3SCN- = Fe(SCN)3.

 

В другую пробирку налить до половины модельных стоков, поместить 1–2 микрошпателя СаО, перемешать и поставить отстояться. Очистка воды от ионных загрязнителей протекает по схеме:

 

CaO + H2O = Ca(OH)2;

Ca(OH)2↔ Ca2+ + 2OH-;

Fe3+ + 3OH- = Fe(OH)3↓.

 

Образовавшийся нерастворимый гидроксид железа выпадает в осадок.

Осторожно слить в чистую пробирку верхнюю осветленную часть сточ­ной воды, добавить 1–2 капли KSCN. Что наблюдается?

Сделать вывод об эффективности очистки воды от ионов Fe (III) и воз­можности применения данного метода для улавливания загрязнителей 4-й группы.

 

Задание 4. Коагуляционно-флокуляционный метод очистки

Оборудование, реактивы, материалы:

– ФЭК, кюветы (L = 50 мм);

– мерные цилиндры (V = 10, 50, 250 мл), стаканы (V = 500 и 250 мл), стек­лянная палочка;

– кондуктометр «АНИОН-410К»;

– реактивы: сухая зола (навеска 2 г), раствор хлорида цинка (Cсоли = 100 мг/л), раствор флокулянта (Cфл = 1 г/л);

– модельные стоки, содержащие загрязнители разных групп.

 

В исходной сточной воде определить на ФЭК оптическую плотность Dнач при λ = 530 нм и Lкюветы = 50 мм. На кондуктометре АНИОН-410К замерить начальную удельную электропроводность γнач, мСм/см и общее солесодержание (по NaCl) Cнач, мг/л.

В стакан налить 250 мл исходных модельных стоков. Добавить к сточ­ной воде 4 мл раствора ZnCl2, перемешать стеклянной палочкой в течение 3 минут, затем добавить 2 г золы, перемешать 3 минуты, медленно влить 40 мл раствора флокулянта и перемешивать до тех пор, пока на палочке не образуется сгусток с загрязнениями. Затем палочку с загрязнениями ос­торожно удалить. Определить оптическую плотность Dкон, удельную элек­тропроводность γкон и общее солесодержание Cкон очищенной воды. Результаты занести в таблицу.

 

Таблица. Результаты коагуляционно-флокуляционной очистки

 

Определяемый параметр

Исходная

вода

Очищенная
вода

Эффект
очистки, %

Оптическая плотность D

 

 

 

Удельная электропроводность γ, мСм/см

 

 

 

Общее солесодержание C (NaCl), мг/л

 

 

 

 

По формуле (2) рассчитать эффект очистки модельных стоков по всем определяемым параметрам и сделать вывод об эффективности метода для удаления комбинированных загрязнений.

 

Задание 5. Фильтрация через нейтрализующие материалы

Оборудование, реактивы, материалы:

– модельные стоки с pH < 4;

– делительная воронка, закрепленная в штативе и заполненная нейтра­лизующим материалом (гранулированный CaCO3) – колонка;

– цилиндр (V = 50 мл), стаканы (V = 100 мл, 2 шт.);

– универсальная индикаторная бумага.

 

Метод применяется для нейтрализации кислых или щелочных стоков. Очистка производится по принципу ионного обмена. Если фильтрующим материалом является известняк CaCO3, то нейтрализуются кислые стоки, содержащие как неорганические, так и органические кислоты:

 

CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + H2O + CO2↑;

CaCO3 + 2H+ = Ca2+ + H2O + CO2↑.

 

Отмерить цилиндром 50 мл сточной воды, определить pHнач с помо­щью универсальной индикаторной бумаги. Поставить под носик колонки стакан, пропустить воду через колонку с загрузкой известняком CaCO3, отрегулировав скорость пропускания таким образом, чтобы вода стекала медленно, каплями. После однократного пропускания воды через колонку определить pH нейтрализованной сточ­ной воды. Пропустить воду через колонку повторно и вновь изме­рить pH воды. Если сточная вода после нейтрализации очень мутная, пе­ред определением pH можно отфильтровать ее через бумажный фильтр. Результаты представить в виде таблицы.

 

Таблица. Результаты фильтрации сточной воды через колонку с насадкой CaCO3

 

pH сточной воды

исходной

после фильтрования

первого

второго

 

 

 

 

Сделать вывод об эффективности применяемого метода нейтрализа­ции сточной воды.

 


95 VISA VIRTUAL (RUS BANK)
95 VISA VIRTUAL (RUS BANK)


Разблокировка ZTE Blade A3
Разблокировка ZTE Blade A3


7 VISA VIRTUAL (RUS BANK)
7 VISA VIRTUAL (RUS BANK)