Показатели качества и методы очистки сточных вод
Покупка
Основная коллекция
Тематика:
Электроэнергетика. Электротехника
Издательство:
Российский университет транспорта
Год издания: 2018
Кол-во страниц: 48
Дополнительно
Вид издания:
Учебно-методическая литература
Уровень образования:
ВО - Бакалавриат
Артикул: 786980.01.99
Учебно-методическое пособие направлено на расширение и усвоение знаний о методах определения показателей качества сточных вод, свойств и технологических характеристик фильтровальных материалов, о методах очистки сточных вод, приобретение умений и навыков проведения экспериментов, связанных с очисткой сточных вод предприятий в рамках формирования профессиональной компетенции (ПК-4) «Способность к проведению экспериментов по заданной методике, обработке и анализу полученных результатов с привлечением соответствующего математического аппарата». Для бакалавров направления подготовки 13.03.01. «Теплоэнергетика и теплотехника». Пособие может быть использовано при подготовке бакалавров по направлению 20.03.01. «Техносферная безопасность».
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА (МИИТ)» _________________________________________________________ Институт транспортной техники и систем управления Кафедра «Теплоэнергетика железнодорожного транспорта» А.С. Селиванов, Л.А. Воронова ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА И МЕТОДЫ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД Учебно-методическое пособие Москва – 2018
МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА (МИИТ)» __________________________________________________________ Институт транспортной техники и систем управления Кафедра «Теплоэнергетика железнодорожного транспорта» А.С. Селиванов, Л.А. Воронова ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА И МЕТОДЫ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД Учебно-методическое пособие для бакалавров направления подготовки 13.03.01 «Теплоэнергетика и теплотехника» Москва – 2018
УДК 628.3 С 29 Селиванов А.С., Воронова Л.А. Показатели качества и методы очистки сточных вод: Учебно-методическое пособие к лабораторным работам по дисциплине «Источники загрязнений и технические средства защиты окружающей среды». – М.: РУТ (МИИТ), 2018. – 48 с. Учебно-методическое пособие направлено на расширение и усвоение знаний о методах определения показателей качества сточных вод, свойств и технологических характеристик фильтровальных материалов, о методах очистки сточных вод, приобретение умений и навыков проведения экспериментов, связанных с очисткой сточных вод предприятий в рамках формирования профессиональной компетенции (ПК-4) «Способность к проведению экспериментов по заданной методике, обработке и анализу полученных результатов с привлечением соответствующего математического аппарата». Для бакалавров направления подготовки 13.03.01. «Теплоэнергетика и теплотехника». Пособие может быть использовано при подготовке бакалавров по направлению 20.03.01. «Техносферная безопасность». Рецензент: доцент кафедры «Путевые, строительные машины и робототехнические комплексы» РУТ (МИИТ) канд. техн. наук И.В. Трошко © РУТ (МИИТ), 2018
В В Е Д Е Н И Е Знание показателей качества сточных вод необходимо при выборе методов очистки, для оценки требуемой степени очист- ки и разработки схемы очистных сооружений. Те или иные по- казатели определяют при контроле процессов очистки и для оценки качества очищенной воды (при решении вопроса о вы- пуске сточных вод в канализацию или водные объекты). В сточных водах определяют те же основные показатели, что и в водах хозяйственно-питьевого и технического водо- снабжения или природных: цветность, запах, взвешенные ве- щества, щелочность, рН, окисляемость, сухой и прокаленный остаток, жесткость, растворенный кислород, а также кислот- ность, свободный хлор, БПК и ХПК. В сточных водах конкрет- ных предприятий определяют концентрации специфических загрязняющих веществ (тяжелые металлы, цианиды, фенолы, ПАВ, углеводороды, тетраэтилсвинец и др.). Качественную оценку органолептических показателей (цветность, запах) проводят с использованием органов чувств человека. Количественные определения показателей состава сточных вод делают с привлечением физических, химических и физико-химических методов исследования. Физический, весовой (гравиметрия) метод используется для определения взвешенных веществ, сухого и прокаленного остатков, сульфатов, масел и нефтепродуктов. При малых кон- центрациях использование метода затруднено. По стандартным химическим методикам (титриметрия), определяют жесткость, окисляемость, ХПК, содержание хлори- дов, сульфатов, фосфатов, кислорода, свободного хлора. Для этого пробу воды титруют тем или иным веществом известной концентрации в присутствии индикатора или без него.
Физико-химические методы определения (концентраций большинства специфических загрязнителей и ряда основных показателей) предполагают использование современных им- портных или отечественных приборов. Наиболее часто исполь- зуют электрооптические и электрохимические методы, хрома- тографию. Электрооптические методы основаны на избирательном поглощении, рассеянии или излучении анализируемым компо- нентом светового излучения в видимом, инфракрасном или уль- трафиолетовом диапазонах длин волн (фотоколориметрия, ИК- спектроскопия, УФ-спектрофотометрия). Электрохимические методы анализа основаны на приме- нении электрохимических преобразователей (ячейка с исследу- емым раствором и электродами). Потенциал, измеренный в ячейке на границе электрод-раствор (потенциалометрия), поз- воляет судить о рН воды, концентрации нескольких десятков ионов. Вид зависимости силы тока в электрохимической ячейке от внешнего напряжения (полярография) позволяет определить какие ионы и в каких концентрациях присутствуют в растворе (тяжелые металлы, некоторые ПАВ). А работа кислородомера АЖА построена на измерении предельного тока деполяризации электрода (амперометрия) при постоянном напряжении. Хроматография – метод, основанный на разделении сме- си загрязняющих веществ при движении небольшой пробы че- рез колонку с адсорбентом (вследствие селективности слабо сорбируемые вещества уходят вперед, а хорошо сорбируемые отстают). Приход компонентов смеси на детектор разделяется по времени, а площади пиков выходной хроматограммы про- порциональны концентрациям соответствующих загрязняющих веществ. Этим методом определяют в основном органические
вещества, такие как нефтепродукты, органические кислоты, спирты, альдегиды, эфиры, фенолы. В каждом конкретном случае при выборе метода анализа руководствуются соображениями точности, простоты реализа- ции, стоимости и доступности оборудования. Цель настоящих указаний – приобретение практических навыков определения отдельных показателей состава сточных и природных вод методами титрования и фотоколориметрии. Лабораторная работа № 1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЩЕЙ КИСЛОТНОСТИ Общая кислотность сточной воды обусловлена присут- ствием в ней сильных и слабых кислот, в т.ч. свободной угле- кислоты, а также гидролитически кислых солей, на пример, ZnCl2, Al2(SO4)3. Перед сбросом стоков в канализацию кислот- ность должна быть нейтрализована во избежание коррозии обо- рудования, нарушения работы устройств биологической очист- ки, возможности образования взрывоопасных газов и выпаде- ния осадков (до рН = 6,5-8,5). При рН 4,5 сильные кислоты в воде отсутствуют. Общая кислотность вод определяется титрованием пробы сильной щелочью с индикатором фенолфталеином. При титро- вании в первую очередь связываются свободные ионы водоро- да, т.е. сильные кислоты. После этого диссоциируют слабые кислоты и гидролизуются соли слабых оснований: Н2СО3 НСО3- + Н+ СО32- + 2Н+ ZnCl2 + 2H2O ZnOH+ + 2Cl- + H2O + H+ Zn(OH)2 + 2Cl- + 2H+
При добавлении щелочи (увеличение рН) равновесия смещаются вправо, что позволяет оттитровать потенциальную кислотность стоков. Поэтому в качестве индикатора использу- ют фенолфталеин, верхняя граница перехода окраски которого соответствует рН = 10. Проведение анализа 100 мл профильтрованной пробы помещают в колбу, до- бавляют 2-3 капли фенолфталеина и, помешивая, титруют 0,1н раствором КОН до появления пурпурномалиновой окраски. Кислотность вычисляют по формуле: л экв мг V К а М , 100 , где а – расход КОН, мл; К – поправочный коэффициент к номинальной нормально сти раствора КОН; V – объем пробы, мл. Лабораторная работа № 2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЩЕЙ И ГУМАТНОЙ ЩЕЛОЧНОСТИ Общая щелочность сточной воды характеризует наличие в ней свободных щелочей и гидролитически щелочных солей, т.е. солей слабых кислот и сильных оснований, на пример, Na2CO3, СН3СООNа. Сильнощелочные стоки должны быть нейтрализованы. В водах, контактировавших с почвой, илом или «цвету- щих» обычно есть гуматы – соли очень слабых органических
гуминовых и фульвокислот. Гуматы присутствуют в воде в виде коллоидов с размером частиц 10-1 – 10-3 мкм и придают ей жел- товато-бурую окраску. Известно, что гуматы обладают защит- ным действием по отношению к глинисто-песчаным суспензи- ям и гидрооксидам алюминия и железа III (коагулянтам), т.е. они снижают скорость коагуляции (повышают коллоидальную устойчивость), что необходимо учитывать при очистке воды. Для определения щелочности воду титруют раствором сильной кислоты. При этом в первую очередь будет нейтрали- зована свободная (гидратная) щелочность: ОН- + Н+ = Н2О. По мере снижения рН гидролизуются потенциально ще- лочные соли: Na2CO3 + 2H2O Na+ + OH- + Na+ +HCO3- +H2O ↔ 2Na+ + 2OH- + H2CO3 CH3COONa + H2O Na+ + OH- + CH3COOН Подобным образом органические кислоты будут вытесне- ны из солей избытком сильной минеральной кислоты, что ле- жит в основе определения гуматов. Образующиеся при гидролизе ионы гидроксила будут свя- заны кислотой при титровании в молекулы воды. В качестве индикатора применяют метилоранж, нижняя граница перехода окраски которого, приходится на рН = 3,1-3,5. При таких значе- ниях рН гидролиз солей будет достаточно полным. Проведение анализа 100 мл профильтрованной пробы помещают в колбу, до- бавляют 3…5 капель индикатора метилоранжа и, помешивая, титруют 0,1н раствором соляной кислоты до перехода желтой окраски в оранжевую. Щелочность определяют из уравнения:
Що = л экв мг V К а , 100 , где а – расход раствора HCl; К – поправочный коэффици- ент к нормальности раствора НСl; V – объем пробы, мл. После этого (при отсутствии фосфатов) в ту же колбу до- бавляют 1 мл 0,1н раствора НCl, нагревают и кипятят 2-3 мин. для удаления легколетучих кислот. Колбу охлаждают в струе воды и нейтрализуют избыток соляной кислоты, титруя 0,1н раствором NaOH (или КОН) до желтой окраски по метилоран- жу (рН = 4,4). Затем добавляют 2-3 капли фенолфталеина и тит- руют жидкость раствором NaOH от желтой окраски по метило- ранжу до слаборозовой окраски по фенолфталеину. Щелоч- ность гуматная Щгум = л экв мг V К в , 100 1 , где в – расход NаОН при титровании с фенолфталеином, мл; К1 – поправочный коэффициент к нормальности раствора NaOH. Лабораторная работа № 3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ СВОБОДНОГО ХЛОРА Хлорирование применяют для обеззараживания бактери- альных загрязнений, борьбы с биологическими обрастаниями оборотных систем водопользования, для окисления токсичных примесей производственных сточных вод. Хлор предотвращает пенообразование в жиро - и маслоловушках, разрушая коллоид- ные системы. К недостаткам хлорирования следует отнести:
слабое действие на спорообразующие бактерии, возможность образования токсичного хлорциана и веществ с сильным запа- хом (хлорфенолы, хлорамины). В воде остаточный хлор представлен свободным (молеку- лярный хлор Cl2, ион гипохлорита OCl-, хлорноватистая кислота HOCl) и связанным (хлорамины NH2Cl, NHCl2). Содержание остаточного хлора в воде не должно превышать 0,5 мг/л. При высоких концентрациях остаточного хлора воду подвергают дехлорированию. Метод определения основан на окислении свободным хлором метилоранжа. Окислительного потенциала хлораминов недостаточно для разрушения метилоранжа. Проведение анализа Пробу V=100 мл профильтрованной сточной воды поме- щают в фарфоровую чашку, добавляют 2-3 капли 5н раствора НСl и, помешивая, быстро титруют 0,005% раствором метило- ранжа до появления неисчезающей розовой окраски. 1 мл рас- твора метилоранжа соответствует 0,0217 мг свободного хлора. Содержание свободного остаточного хлора вычисляют по формуле: л мг V а , 21,7 0,04 X , где а – количество израсходованного метилоранжа, мл; V – объем пробы, мл.