close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

2363.ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ по курсу «ПРОМЫШЛЕННАЯ ЭКОЛОГИЯ»

код для вставкиСкачать
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Министерство образования и науки Российской Федерации
Ивановский государственный химико-технологический университет
Н.А. Кобелева, С.А. Буймова, Ю.В. Царев
ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ
по курсу «ПРОМЫШЛЕННАЯ ЭКОЛОГИЯ»
Учебное пособие
Иваново 2011
1
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
УДК 519.22+658.56
Кобелева, Н.А. Лабораторный практикум по курсу «Промышленная
экология»: учеб. пособие / Н.А. Кобелева, С.А. Буймова, Ю.В. Царев; Иван.
гос. хим. - технол. ун-т. - Иваново, 2011.- 80 с.
В учебном пособии авторы разработали типовые лабораторные работы
для учебного курса «Промышленная экология», которые выполняются
студентами кафедры Промышленной экологии. Издание содержит задания к
работам, приведен порядок их выполнения, необходимые расчеты.
Предназначено для бакалавров направления 241000 «Энерго- и
ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и
биотехнологии» профиля «Охрана окружающей среды и рациональное
использование природных ресурсов», может быть использовано при
самостоятельной подготовке.
Табл. 16. Ил. 7. Библиогр.: 18 назв.
Печатается по решению редакционно-издательского совета Ивановского
государственного химико-технологического университета
Рецензенты:
кафедра БЖД Ивановской государственной текстильной академии;
кандидат химических наук М.В. Воронин (Ивановский филиал Российского
государственного торгово- экономического университета)
© Ивановский государственный химикотехнологический университет, 2011
2
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Введение
Со времен промышленной революции деятельность фирм, больших и
маленьких, определяла большую долю взаимодействий человечества с
окружающей средой. Однако такие взаимодействия традиционно не являлись
значимыми для лиц, принимающих корпоративные решения. Воздействие
технологии на природу и в особенности потенциальные масштабы такого
воздействия по всему спектру промышленной деятельности были недооценены
миром бизнеса.
Ни одна фирма не существует в вакууме. Каждый вид промышленной
деятельности связан с тысячами других трансакций и видов деятельности и
их воздействием на окружающую среду. Крупная фирма, производящая
высокотехнологичные продукты, имеет десятки тысяч поставщиков по всему
миру, изменяющихся ежедневно. Фирма может выпустить и предложить на
продажу сотни и тысячи отдельных продуктов бесчисленному множеству
покупателей, каждому с учетом их индивидуальных потребностей и
культурных предпочтений. Каждый покупатель, в свою очередь, может
использовать продукт абсолютно по-разному; они могут жить в областях с
сильно различающимися экологическими характеристиками, различные аспекты использования и обслуживания продукта могут быть источником
потенциального
отработанное
воздействия
автомобильное
на
окружающую
масло).
Когда
среду
продукт
(например,
выбрасывают
(заканчивается его жизненный цикл), он может оказаться практически в
любой
стране,
на
высокотехнологичном
полигоне,
мусоропере-
рабатывающем заводе, у дороги или в реке, которая обеспечивает местных
жителей питьевой водой.
Подход к взаимодействиям промышленности и окружающей среды и
направленный на оценку и минимизацию негативного воздействия, называется
промышленной
экологией.
Промышленная
экология
—
это
частично
технологическая дисциплина. В приложении к производству она включает
3
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
разработку промышленных процессов, продуктов и услуг с двойственной
позиции — конкурентоспособности продукта и экологических проблем.
Промышленную экологию также частично можно считать и социологической.
В этом аспекте она признает, что человеческая культура, индивидуальный
выбор и общественные институты играют основные роли в определении
взаимодействий между нашим технологическим обществом и окружающей
средой.
Промышленная экология — это средство, позволяющее человечеству
обдуманно и рационально достигать и поддерживать устойчивость,
заданную продолжающейся экономической, культурной и технологической
эволюцией.
Концепция
требует,
чтобы
производственная
система
рассматривалась не в отрыве от окружающих ее систем, а во взаимодействии
с ними. Это системный взгляд, в рамках которого стараются оптимизировать
общий материальный цикл от первичного сырья до полупродуктов,
комплектующих, продукта, использованного продукта и его конечной
утилизации. Факторы, которые необходимо оптимизировать, включают
ресурсы, энергию и капитал. В этом определении акцент на обдуманно и
рационально отличает путь промышленной экологии от незапланированных,
быстрых и, возможно, довольно дорогих и разрушительных альтернатив.
Кроме того, определение показывает, что практика промышленной экологии
обладает потенциалом для поддержания устойчивого мира с высоким
качеством жизни для всех в противоположность, например, альтернативе,
когда уровень численности населения контролируется голодом.
Практики в области промышленной экологии интерпретируют слово
«промышленность» очень широко: предполагается, что она представляет
собой сумму человеческой деятельности, включая добычу полезных
ископаемых, производство, сельское хозяйство, строительство, производство
и
использование
энергии,
транспорт,
использование
продуктов
покупателями и поставщиками услуг и захоронение отходов. Промышленная
4
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
экология не ограничивается рамками заводских стен, но охватывает все
воздействия на планете, возникающие в результате присутствия и
деятельности человека. Таким образом, она охватывает использование
обществом ресурсов всех типов.
Промышленная экология может концентрироваться на изучении
отдельных продуктов и их экологических воздействий на разных стадиях их
жизненных циклов, но возникает дополнительный объект этого анализа —
производственный комплекс, где производятся продукты. В таком комплексе
сырье, полуфабрикаты и, возможно, комплектующие, произведенные в
другом месте, составляют входные потоки. На выходе потоки, наряду с
энергией, создают сами продукты, выбросы и сбросы в почву, воду и воздух
и отходы энергии, преобразованные в тепло и шумы. Подход промышленной
экологии к такому комплексу рассматривает бюджеты и циклы входных и
выходных потоков и пытается найти пути, в которых меньшая доля отходов
теряется, а большая — сохраняется и рециклируется в рамках этих же или
других производственных комплексов. Ключевые концепции включают
сохранение массы (необходимо учитывать все вещество в системе),
сохранение энергии (необходимо учитывать всю энергию в системе) и
«технологическую ось времени» — понимание того, что в то время, как
общество становится более технологически развитым, оно опирается на
свою старую технологическую базу и поэтому не может поддерживаться или
улучшаться без сильной опоры на технологию.
Одна из наиболее важных концепций промышленной экологии
заключается в том, что, как и биологическая система, она отказывается от
концепции отходов. Словари определяют отходы как бесполезный или
потерявший свою ценность материал. В природе, однако, ничего не
выбрасывается навсегда; различным образом все материалы используются
повторно, обычно с большой эффективностью. Эти закономерности
сформировались в природных системах, потому что добыча материалов из
5
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
их запасов дорога по затраченным энергии и ресурсам и, таким образом, ее
по возможности следует избегать. В нашем индустриальном мире
выбрасывать материалы, добытые из геосистемы с большими затратами,
вообще говоря, неблагоразумно. Следовательно, материалы и продукты,
которые стали ненужными, должны называться остатками, а не отходами
(например, в английском языке слово waste означает и отходы, и потери, и
расточительство), и нужно признать, что отходы — это действительно
просто остатки, которые наша экономика пока не научилась эффективно
использовать. Мы будем иногда использовать термин «отходы», если
контекст указывает на материал, который выбрасывается или был выброшен,
но мы поддерживаем использование термина «остатки» или, возможно, даже
менее
уничижительного,
«использованные
ресурсы»,
таким
образом
привлекая внимание к инженерным характеристикам и общественной
ценности, содержащимся в ненужных продуктах всех типов и размеров.
Делая это, мы признаем, что закон энтропии запрещает полное повторное
использование без потерь, но такой взгляд более полезен в установлении
этой важной перспективы, чем научная строгость.
Полное рассмотрение промышленной экологии должно было бы
включать всю сферу экономической деятельности: добычу полезных
ископаемых, сельское хозяйство, лесное хозяйство, производство, сектор
услуг и потребления.
Противоположность между традиционными экологическими подходами
к
промышленной
деятельности
и
подходами,
предлагаемыми
промышленной экологией, может быть продемонстрирована несколькими
временными
горизонтами
и
типами
деятельности.
Первая
тема,
восстановление, имеет дело с такими процессами, как устранение
токсичных соединений из почвы. Она принимает во внимание ошибки
прошлого, очень дорого стоит и ничего не добавляет к эффективности
промышленности. Вторая тема, переработка, хранение и захоронение, имеет
6
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
дело с переработкой остатков сегодняшних производственных процессов.
Издержки включены в цену ведения бизнеса, но слабо или вообще не
влияют
на
успех
корпорации,
кроме
предотвращения
нарушений
законодательства и судебных исков. Ни один из этих видов деятельности не
относится к промышленной экологии. В противоположность этому
промышленная экология связана с деятельностью, которая смотрит в
будущее и старается направить промышленность к экономически эффективным процессам, способным сделать взаимоотношения с окружающей
средой более гуманными и оптимизировать весь производственный цикл ко
всеобщему благу (и, мы полагаем, к финансовому благу корпорации).
Руководители корпораций знакомы с требованиями к взаимодействиям
промышленности и окружающей среды прошлого и настоящего. Задача
промышленного
эколога
—
показать,
что
рассмотрение
этих
взаимодействий с точки зрения будущего относится к активам корпорации,
а не к ее обязательствам.
Промышленные процессы и продукты взаимодействуют со многими
общественными
структурами,
и
инженеры-проектировщики
должны
интерпретировать концепцию общественных ресурсов очень широко.
Концепция, конечно, включает в себя местные объекты, такие, как
городской воздух, местные водные бассейны и естественные среды
обитания. Сюда также включаются региональные ресурсы, например,
подземные воды и выпадение осадков (и возможное изменение их химического состава). Глобальные общественные ресурсы ассоциируются с
другими системами: глубокими океанами (могут ли разливы нефти и
захоронение отходов существенно испортить этот ресурс, или действия
человечества умеренны?) и, разумеется, атмосферой (и ее озоном и
климатом).
7
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1. Лабораторная работа «ИЗУЧЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ОЧИСТКИ
ГАЗОВЫХ ВЫБРОСОВ МЕТОДОМ АДСОРБЦИИ»
1.1. Цель работы
1.
Изучение
теоретических
основ
и
возможностей
технологии
абсорбционного метода очистки газовых выбросов предприятий.
2. Изучение технологии регенерации сорбентов с целью их повторного
многократного
использования
в
цикле
очистки
и
предотвращения
загрязнения окружающей среды отработанными сорбентами.
1.2. Содержание работы
1. Экспериментальное определение времени защитного действия слоя
сорбента, степени очистки воздушного потока от данного загрязняющего
вещества при определённых условиях процесса.
2. Построение зависимости времени защитного действия слоя
высоты
слоя
сорбента,
расчёт
основных
параметров
от
адсорбции:
коэффициента защитного действия периода формирования
фронта
адсорбции, предельной высоты слоя, времени работы до регенерации.
3. Выбор оптимальных режимов процесса адсорбции (тип сорбента,
расход очищаемого воздушного потока и др.).
1.3. Основные положения
Суть адсорбционного метода очистки газовых выбросов заключается в
поглощении загрязняющего вещества твёрдым пористым материалом.
Твёрдый поглотитель называют адсорбентом ( или просто сорбентом),
поглощаемый компонент (загрязняющее вещество) в газовой фазе адсорбтивом, в сорбированном (поглощённом) состоянии - адсорбатом.
Сорбционными свойствами в разной степени обладают практически все
твёрдые материалы, однако практическое применение нашли только
материалы, имеющие сильно развитую поверхность (с большим числом пор).
8
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Число пор в единице объёма или массы сорбента зависит от размера
этих пор. По размеру пор твёрдые поглотители разделяют на следующие
типы: микропористые (величина эффективного радиуса пор rп = 5-15
ангстрем), переходнопористые (rп = 15-2000 ангстрем), макропористые (rп >
2000 ангстрем). Обычно один и тот же сорбент имеет поры различных
размеров, и целесообразно говорить лишь о преобладании того или иного
размера пор, определяющего тип сорбента.
Кроме пористости (% объёма всех пор от объёма сорбента) и радиуса
пор важнейшими техническими характеристиками сорбентов являются
удельная поверхность (площадь поверхности всех пор в единице массы или
объёма сорбента) и сорбционная ёмкость (способность к поглощению
определённой массы загрязняющего вещества единицей массы или объёма
сорбента). Сорбционная ёмкость может быть статической или динамической
в зависимости от условий проведения процесса очистки.
Наибольшее
распространение
в
промышленности
для
очистки
воздушных потоков получили такие сорбенты, как: активированные угли,
силикагели, алюмогели, алюмосиликаты, органические смолы.
Равновесие процесса адсорбции (статика процесса) характеризуется
зависимостью количества загрязняющего вещества, поглощённого единицей
массы или объёма сорбента от температуры и концентрации (парциального
давления) загрязняющего вещества в очищаемом воздухе. В случае
постоянства температуры эта зависимость называется изотермой адсорбции.
Вид изотермы адсорбции определяется в основном характером пор сорбента.
Кинетика
процесса
адсорбции
характеризуется
скоростью
протекания, которая в свою очередь определяется сочетанием
его
внешнего
(перемещение адсорбтива в воздушном потоке к поверхности сорбента) и
внутреннего (перемещение адсорбата внутри пор сорбента) переноса.
На практике при изучении конкретных условий процесса адсорбции
(конкретные:
загрязняющее
вещество,
9
сорбент,
температура,
расход
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
очищаемого воздуха, исходная концентрация загрязняющего вещества и
т.д.) удобным для определения характеристик процесса является построение
зависимости времени защитного действия слоя от высоты слоя сорбента
(рис. 1). В частности, для расчета динамики процесса в неподвижном слое
применяют модель фронтальной (послойной) отработки слоя адсорбента,
предложенную Н.А. Шиловым.
,
где
(1)
– время защитного действия слоя адсорбента (интервал времени от
начала адсорбции до появления на выходе из слоя минимально допустимой
концентраций адсорбтива), с; k – коэффициент защитного действия
(интервал времени, в течение которого слой адсорбента единичной высоты
задерживает адсорбат в условиях стационарного режима), с/м; L – высота
слоя адсорбента, м ;
– потеря времени защитного действия, связанная с
начальным периодом формирования кривой, распределения адсорбата в
слое, с.
С помощью этой зависимости можно определить такие важные
параметры процесса, как период формирования фронта адсорбции ( ),
предельную высоту слоя (Lo), коэффициент защитного действия (k),
рассчитать время работы до регенерации для различных областей изотермы
адсорбции. Уравнение (1) позволяет определить время защитного действия
слоя адсорбента любой высоты, если экспериментально установлены
величины k и
для определенного режима адсорбции (определенная
скорость движения раствора через слой, его концентрация и т.д). Рис. 1
иллюстрирует общий вид зависимости времени защитного действия слоя
от его высоты L. Как следует из уравнения (1),
равно отрезку,
отсекаемому от оси ординат, а k равно тангенсу угла наклона α к оси абсцисс
прямолинейного участка данной кривой. Из рис. 1 видно, что высота слоя
адсорбента меньше так называемой высоты работающего слоя
Lo.
Следовательно, в данном случае имеет место период формирования фронта
10
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
адсорбции. При высоте слоя, превышающей значение Lo, осуществляется
режим параллельного переноса фронта сорбции, при котором движение
данного фронта в слое адсорбента происходит с постоянной скоростью U.
пр

0
Lo
L
o
Рис.1. Зависимость времени защитного действия слоя от высоты слоя
сорбента
1.4. Экспериментальная часть
1. Изучить схему экспериментальной установки (рис. 2) и правила
безопасной работы на ней.
2.
Изучить
методику
количественного
определения
заданного
загрязняющего вещества (с помощью универсального газоанализатора УГ-2,
химический метод с фотоколориметрическим детектированием или др.).
3. Собрать экспериментальную установку по схеме (рис. 2).
4.
Подготовить необходимое
количество
заданного
сорбента и
регенерировать его прокаливанием в печи (температуру прокалки задаёт
преподаватель).
11
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
5. Заполнить сосуд 2 дистиллированной водой для наладки установки.
6. Заполнить поглотительные сосуды 6 требуемым количеством
поглотительной жидкости.
7. Проверить работу микрокомпрессора 1 по интенсивности барботажа в
сосуде 2.
8. Проверить работу расходомера 5 с установкой величины расхода на
заданном уровне.
9. Заменить в сосуде 2 воду на жидкую фазу с исследуемым
(поглощаемым) загрязняющим веществом, предварительно подобрав с
помощью преподавателя нужную степень разбавления с целью достижения
заданной исходной концентрации загрязняющего вещества в
воздушном
потоке.
10. Загрузить первую порцию свежерегенерированного сорбента в
адсорбер 3 в соответствии с заданной высотой слоя сорбента.
11. Определить исходную концентрацию загрязняющего вещества в
воздушном потоке, для чего пропустить загрязнённый поток в течение
необходимого для анализа времени через пустой адсорбер 4 и с
выполнением последующих операций по анализу вещества.
12.
Переключить
трёхходовые
краны
9
в
положение
работы
заполненного адсорбера 3.
13. Провести процесс сорбционной очистки, пропуская загрязнённый
воздушный поток через первый слой сорбента, фиксируя проскок
загрязняющего
вещества
на
выходе
или
замеряя
его
конечную
концентрацию.
14. Провести процесс сорбционной очистки, пропуская загрязнённый
воздушный
поток
свежерегенерированного
через
сорбента
следующие
(заменяя
по
заданию
отработанный
слои
сорбент
и
индикаторную трубку УГ-2 или поглотительные растворы в сосудах 6),
12
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
фиксируя проскок или замеряя конечную концентрацию
загрязняющего
вещества.
Рис.2. Схема экспериментальной установки:
1 - микрокомпрессор; 2 - сосуд с исследуемым (поглощаемым)
веществом в жидкой фазе; 3 - адсорбер с сорбентом; 4 - адсорбер без
сорбента; 5 - расходомер; 6 - поглотительные сосуды; 7 - газоанализатор УГ2; 8 - индикаторная трубка; 9 - трехходовой кран
15. Обработать экспериментальные данные: построить зависимость
времени защитного действия слоя от высоты слоя сорбента, зависимость
степени очистки от высоты слоя сорбента, рассчитать параметры процесса
адсорбции.
16. Выбрать оптимальные режимы процесса адсорбции.
17. Сделать выводы по работе, оформить отчёт.
13
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1.5. Методика определения ацетона
Ацетон с йодом в щелочной среде взаимодействует по реакции:
(CH3)2CO + 3I2 + 4NaOH  CH3I + CH3COONa + 3NaI + 3H2O
с
образованием
йодоформа
в
высокодисперсном
состоянии,
обусловливающем мутность среды.
Приборы и посуда:
1) электроаспиратор;
2) поглотительные сосуды Зайцева (желательно), или Полежаева, или
Петри.
Реактивы:
1) калия гидроксид, 50 % раствор;
2) йод, 0,1 н. раствор в 1,5 %-м растворе KI. 15 г йодида калия вносят в
мерную колбу емкостью 1 л, приливают 15-20 мл дистиллированной
воды, быстро высыпают 12,7 г йода и доводят раствор до метки;
3) стандартный раствор (10,0 мг/дм3) ацетона в воде. В мерную колбу
емкостью 25 мл вливают 10-15 мл дистиллированной воды и взвешивают.
Затем вносят 2-3 капли ацетона и колбу вновь взвешивают. После этого
раствор доводят до метки, рассчитывают точное содержание ацетона в 1
мл
раствора.
Из
основного
раствора
готовят
рабочий
раствор,
содержащий 0,01 мг/дм3 ацетона.
Рабочий
раствор
готовят
непосредственно
перед
построением
калибровочного графика.
Построение калибровочного графика
1. В семь пробирок с пробками вносят различное количество стандартного
раствора ацетона, дистиллированной воды, раствора KOH и раствора йода
по данным табл. 1.
Смеси растворов в пробирках перемешивают чистой стеклянной палочкой
до равномерного состояния помутнения раствора.
2. Измеряют оптическую плотность относительно дистиллированной воды
14
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
при длине волны  = 400-440 нм и ширине кюветы 10 мм.
3. По полученным данным строят калибровочный график в координатах:
«оптическая плотность D, отн.ед., – содержание ацетона в пробе q, мкг» в
соответствии со шкалой (табл. 1).
Таблица 1
Шкала для построения калибровочного графика
Реактив
Стандартный
раствор ацетона,
мл
Вода, мл
Раствор KOH, мл
Раствор йода, мл
Содержание
ацетона q, мкг
0
0
1
0,1
Номер стандарта
2
3
4
5
0,2
0,4
0,6
0,8
2,0
1,9
1,8
0
6
1,0
7
1,5
1,6
1,4
1,2
1,0
0,5
1,5
1,0
0,001 0,002 0,004 0,006 0,008 0,010 0,015
Порядок работы
1. Собрать установку, изображенную на рис. 2.
2. В чашку внести заданное количество и концентрацию раствора
ацетона.
3. В каждый поглотительный сосуд поместить 5-10 мл дистиллированной
воды.
4. Включить в сеть аспирационное устройство и пропустить через
поглотительные сосуды необходимый объем воздуха с заданной
скоростью.
5. 2 мл раствора из каждого поглотительного сосуда отдельно отбирают в
колориметрические пробирки и прибавляют в каждую из них по 1,5 мл
KOH и по 1 мл раствора йода. Содержимое пробирок взбалтывают
(или тщательно перемешивают чистой стеклянной палочкой). О
наличии ацетона в пробе свидетельствует помутнение растворов.
6. Через 5 мин после перемешивания определяют оптическую плотность
15
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
раствора
(относительно
дистиллированной
воды)
на
фотоэлектроколориметре.
7. По калибровочному графику находят содержание ацетона в пробе.
8. Концентрацию ацетона в исследуемом воздухе, мг/м3, рассчитывают
по формуле:
C
q  a  1000
,
b  V0
(2)
где q - содержание ацетона, найденное по оптической плотности при помощи
калибровочного графика, мкг;
a -общий объем поглотительного раствора в поглотительных сосудах,
мл;
b - объем раствора, взятого из поглотительных сосудов на анализ, мл;
V0 - объем воздуха, отобранный через поглотительные сосуды и
приведенный к нормальным условиям, м3:
V0  Vt
273  Pt
,
760  273  t 
(3)
где Vt - объем воздуха м3, отобранный на анализ при температуре toC и
давлении Pt, мм рт.ст.
1.6. Задания к лабораторной работе «ИЗУЧЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ
ОЧИСТКИ ГАЗОВЫХ ВЫБРОСОВ МЕТОДОМ АДСОРБЦИИ»
1. Научиться
приготавливать
газо-воздушную
смесь,
содержащую
вещество A, и определять концентрацию его в газо-воздушной смеси.
2. Произвести очистку газо-воздушной смеси на адсорбенте B при
заданных условиях (различных высотах засыпки адсорбента C и D
сантиметров или различных расходах газо-воздушной смеси Е1 и Е2
мл/мин). Время пропускания газо-воздушной смеси 5 – 10 мин, при
фиксированном расходе Е мл/мин.
Рассчитайте степень очистки газо-воздушной смеси
от указанного
вещества и определите возможность выброса данного вещества в атмосферу
16
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
населенного пункта Z или необходимость дальнейшей очистки газовоздушной смеси от вещества А. ПДКмр приведены в нормативной
документации (см. список литературы), а именно «Перечень и коды веществ,
загрязняющих атмосферный воздух. – Изд. 7-е. – СПб.: Интеграл, 2008».
Если это необходимо, укажите с помощью каких параметров можно
регулировать степень очистки модельной газо-воздушной смеси от вещества
А. Выброс осуществляется через трубу высотой F метров, диаметром G
метров с расходом H м3/с.
Таблица 2
Варианты заданий к лабораторной работе «ИЗУЧЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ
ОЧИСТКИ ГАЗОВЫХ ВЫБРОСОВ МЕТОДОМ АДСОРБЦИИ»
№
Показатель
п/п
1
ЗагрязняюДиэтиловый
1 щее вещество
эфир
А
2 Адсорбент В Силикагель
Высота
засыпки
3
адсорбента С
и D, см
Расход ГВС
4
Е, мл/мин
5
Населенный
пункт Z
Высота трубы
F, м
Диаметр
7
трубы G, м
Расход ГВС в
8
трубе Н, м3/с
6
2
Номер варианта
3
Ацетон
Аммиак
4
5
Диэтиловый Сернистый
эфир
ангидрид
Активирован- Силика- Активирован- Активирован
ный уголь
гель
ный уголь
ный уголь
5 и 10
2и4
3и6
4и8
4и8
10
15
20
15
10
Иваново
Мурманск
СанктПетербург
Ростов-наДону
Москва
5
6
10
15
20
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
2,5
5
10
15
20
17
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2. Лабораторная работа «ИЗУЧЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ
ЭЛЕКТРОКАТАЛИТИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД
ОТ КРАСИТЕЛЕЙ И ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ»
2.1. Цель работы
1.
Изучение
теоретических
основ
и
возможностей
технологии
электрокаталитической очистки сточных вод от красителей и поверхностноактивных веществ.
2. Оценка возможности возврата очищенной воды в производство и
создания замкнутых водооборотных циклов.
2.2. Содержание работы
1. Экспериментальное определение степени очистки модельных или
реальных сточных вод от красителей и ПАВ различных классов,
применяемых в красильно-отделочном и других производствах.
2. Выбор оптимальных режимов электрокаталитической очистки
сточных вод от красителей и ПАВ (плотность тока, концентрация добавок,
рН среды, температуры, расхода потока жидкостей и др.)
2.3. Основные положения
Суть метода электрокаталитической очистки сточных вод заключается в
деструкции загрязнителей (красителей, ПАВ и др.) при обработке воды в
электрохимическом реакторе на нерастворимых электродах. Действующими
факторами при этом являются процессы анодного окисления, катодного
восстановления, продукты электрохимических реакций, каталитический
эффект.
В технологии водоочистки в качестве катализаторов используют
металлы переменной валентности (Мn, Сu, Ni, Fе, Со, Zn, Rn) и их
соединения, в основном оксиды. На практике катализатор наносят на металл-
18
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
основу электродов, вводят в межэлектродное пространство или вводят его
в поток жидкости после электролиза в специальном реакторе.
При наложении внешнего электрического поля на катоде происходит
электрокаталитическое восстановление органических соединений (в данном
случае красителей, ПАВ) и выделение водорода:
в кислых растворах
2Н+ + 2е  Н2 ,
в нейтральных и щелочных растворах
2Н2О + 2е  Н2 + 2ОНОрганическое вещество (загрязнитель), R, на катоде восстанавливается до
органического аниона:
R + e  Rс последующей стадией нейтрализации данного аниона с образованием
продукта гидрирования:
R- + H+  R-H
Однако
многие
органические
соединения
электрохимически
восстанавливаются с высоким перенапряжением, это требует больших затрат
энергии, особенно в условиях обработки больших объёмов сточных вод.
Восстанавливающим агентом, таким образом, в значительной степени
является выделяющийся на катоде водород.
На аноде деструкция органического вещества происходит вследствие
его
окисления
непосредственно
на
электроде
или
под
действием
окисляющих агентов, образующихся на аноде.
Непосредственно на аноде загрязнитель окисляется с одновременной
или предшествующей дегидратацией:
R-H  R* + H+ + e
Дальнейшее превращение определяется реакционной способностью
радикала R*. Окисляющими агентами, образующимися на аноде, являются
кислород:
19
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
в щелочной среде
4ОН-  О2 + 2Н2О + 4е ,
в кислой и нейтральной
2Н2О  О2 + 4Н+ + 4е
и активный хлор - смесь Cl2 и продуктов его гидролиза - гипохлорит - иона и
др. (в случае присутствия в обрабатываемом стоке хлорид-ионов):
2Сl-  Cl2 + 2e
Cl- + 2OH-  ClO- + H2O + 2е
Общим положением существующих к настоящему времени теорий
катализа является образование промежуточного активированного комплекса,
на котором лежит главная ответственность за перераспределение энергий
связи в реагирующих молекулах. В случае активного хлора это может быть
представлено схемой:
HClO + ClO- + K  (
),
где К - катализатор.
Распад комплекса сопровождается образованием радикалов СlО*,
возвращением катализатора в исходное состояние и подкислением среды:
(
)  2 ClO* + H+- + K
Активные радикалы СlО* участвуют в реакции образования атомарного
кислорода и радикалов ОН*:
ClO* + ClO- + OH-  2Cl- + 2O + OH*.
Далее образуется молекулярный кислород:
О + О  О2
Он может также образовываться в результате гибели радикалов СlО*:
2СlО*  2Сl- + O2
Очевидно, что образование кислорода в той или иной форме в данном
случае определяется типом и активностью катализатора. Использование
20
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
последнего позволяет интенсифицировать процесс деструкции загрязнителя
и добиться более эффективной очистки сточных вод.
2.4. Экспериментальная часть
1.
Изучить
схему
экспериментальной
установки,
конструкцию
электрохимической ячейки (рис. 3) и правила безопасной работы на ней.
2. Изучить методику количественного определения заданного красителя или
ПАВ (фотоколориметрический метод, химический и др.).
3. Собрать в вытяжном шкафу экспериментальную установку по схеме
(рис. 3).
4. В случае наличия в задании пункта по подготовке электродов (нанесения
катализатора - диоксида марганца (2+) на титановую основу электрода) провести данную операцию в следующей последовательности:
-травление титановой основы в горячей соляной кислоте;
-электрохимическое нанесение диоксида марганца на титановую основу:
на аноде: Mn2+ + 2H2O  MnO2 + 4H+ + 2e
Состав электролита: MnSO4 - 150 г/л, NaCl - 10 г/л.
Режим электролиза: плотность тока - 0,5-1 А/дм2, время - 30 мин.
5. Приготовить к работе модельные растворы или реальные стоки
(содержащие краситель, ПАВ, хлорид натрия и др.) в соответствии с
заданием. В случае водонерастворимых красителей - приготовление их
рабочих растворов проводить по соответствующей методике.
6. Отработать методику количественного анализа содержания красителя,
ПАВ в рабочих отдельных растворах или реальных стоках.
7. Заполнить электрохимическую ячейку установки испытуемой модельной
жидкостью.
8. Включить источник постоянного тока, установить и поддерживать во
время работы необходимую силу тока, рассчитанную исходя из заданной
анодной или катодной плотности тока, учитывая соотношение:
21
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
(4)
где jа,к - плотность тока на аноде или катоде, А/дм2; Iа,к - сила тока на аноде
или катоде, А; Sа,к - площадь (суммарная) рабочих поверхностей анодов или
катодов, дм2.
Рис. 3. Схема установки для электрокаталитической очистки сточных вод:
1 - источник постоянного тока; 2 - амперметр; 3 - электрохимический
реактор; 4 - магнитная мешалка; 5 - штатив; 6 –анод; 7- катод
22
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
9. Начать отсчёт времени (по секундомеру) с начала процесса.
10. Следить за изменением силы тока, стараясь поддерживать его
регулятором источника питания постоянного тока на заданном уровне.
Следить
за
изменением
падения
напряжения
на
электродах
электрохимического реактора, фиксируя эти значения.
11. По истечении заданного интервала времени с начала процесса отключить
источник питания.
12. Провести анализ обработанной в процессе очистки воды на содержание
загрязнителя, рассчитать достигнутую степень очистки α, %:
α = (Сн – Ск) / Сн ,
(5)
где Сн, Ск - начальная (до опыта) и конечная (после опыта) концентрация
загрязнителя, мг/л.
13. Провести заданное количество ступеней очистки, изменяя по заданию
параметры процесса (концентрации компонентов, рН, расход, t 0, и др.).
14. Сделать выводы по работе. Оформить отчёт.
2.5. Задания к лабораторной работе «Изучение технологии
электрокаталитической очистки сточных вод от красителей и
поверхностно-активных веществ»
1. Приготовить модельный раствор сточной воды состава:
 краситель Z с концентрацией A мг/л;
 хлорид натрия 1,0 г/л.
2. Покрыть анод каталитически активным MnO2. (Пропустить в течение
30
минут
электрический
ток
плотностью
C
А/м2
через
электролитическую ячейку, в которой залит раствор соли марганца
концентрацией 10 г/л; напряжение U = 10 – 20 В).
3. Провести очистку приготовленного модельного раствора используя
электроды с нанесенным на их поверхность активным компонентом на
электрокаталитической установке. Очистку проводить в течение 1, 2,
3, 4 минут.
23
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Определите
степень
очистки
модельного
раствора.
Дайте
рекомендации о необходимости дальнейшей очистки раствора или о
возможности сброса его в водоем рыбохозяйственного водопользования.
ПДКрх красителей приведены в нормативной документации (см. список
литературы).
Если это необходимо, укажите, с помощью каких параметров можно
регулировать степень очистки модельного раствора сточной воды. Расход
сточных вод E м3/ч. Расход воды в реке F м3/с. Средняя глубина реки G м.
Средняя скорость H м/с. Коэффициент извилистости I.
Таблица 3
Варианты заданий к лабораторной работе «Изучение технологии
электрокаталитической очистки сточных вод от красителей и
поверхностно-активных веществ»
№
п/п
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Показатель
Краситель, Z
Концентрация
красителя А, мг/л
Время
очистки,
мин
1; 2; 3; 4
Цвет
светофильтра
Длина волны, нм.
Расход сточных
вод Е, м3/час
Расход воды в
реке F, м3/с
Средняя глубина
реки G, м
Средняя скорость
воды в реке Н, м/с
Коэффициент
извилистости реки
I
1
Кислотный
голубой
Номер варианта
2
3
Активный Основной
желтый
зеленый
4
Оранжевый
5К
50
100
70
100
5, 10, 15,
30
10, 20, 30,
60
10, 20, 30,
40
Желтый
Синий
Пурпурный
575 – 590
450 – 480
730 – 760
10, 20, 40,
50
Зеленосиний
480 – 490
30
100
300
200
0,5
0,05
1,0
1,5
1,0
0,2
0,5
1,5
0,1
0,01
0,5
0,2
1,2
1,0
1,5
1,3
24
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2.6. Методика фотоколориметрического определения красителей и
поверхностно-активных веществ
Для определения содержания красителей в сточной воде строят
калибровочный график. Для этого готовят серию стандартных растворов
методом разбавления из исходного раствора с известной концентрацией.
Оптическую плотность раствора определяют при определенной длине
волны (табл. 4) в кюветах на 10 мм.
Таблица 4
Длины волн спектра и соответствующие им окраски
Длина волны
Цвет
Дополнительный
поглощаемого
поглощаемого из(видимый) цвет раствора
света, нм
лучения
400-450
Фиолетовый
Желто-зеленый
450-480
Синий
Желтый
480-490
Зелено-синий
Оранжевый
490-500
Сине-зеленый
Красный
500-560
560-575
575-590
590-605
605-730
730-760
Зеленый
Желто-зеленый
Желтый
Оранжевый
Красный
Пурпурный
Пурпуровый
Фиолетовый
Синий
Зелено-синий
Сине-зеленый
Зеленый
3. Лабораторная работа «ИЗУЧЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ОБОГАЩЕНИЯ
ОЧИЩЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД КИСЛОРОДОМ И СОБЛЮДЕНИЯ
ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА ПРИ СБРОСЕ СТОКОВ»
3.1. Цель работы
1. Изучение теоретических основ и возможностей технологии обогащения
очищенных сточных вод кислородом и соблюдения температурного режима
при сбросе стоков в системы канализации населённых пунктов и водоёмы.
25
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2.
Оценка
эффективности
технических
решений
на
соответствие
требованиям, предъявляемым к сточным водам при их сбросе в водоём и
системы канализации населённых пунктов.
3.2. Содержание работы
1. Экспериментальное определение эффективности обогащения очищенных
сточных вод кислородом воздуха различными методами (барботажем через
насадку, многократным контактированием воды с воздухом в тонком слое и
т.д.).
2. Выбор оптимальных режимов технологии обогащения очищенных стоков
кислородом (температуры, расхода воздуха, сточной воды и т.д.) и методов
охлаждения сточных вод перед выпуском их в водоём и системы
канализации населённых пунктов.
3.3. Основные положения
Требования к качеству сточных вод, сбрасываемых в системы
канализации населённых пунктов [9] или водоёмы [10], включают в числе
других нормативы по допустимой температуре [9, 10] и содержанию
растворённого кислорода [10] для сбрасываемой воды.
Так в соответствии с требованиями [9] запрещается сбрасывать в
канализационную сеть населённого пункта производственные сточные воды,
имеющие
температуру
свыше
40oС.
Это
объясняется
отрицательным воздействием нагретых стоков на
возможным
канализационные сети
(материал труб, их стыков, напорной арматуры и т.д.), увеличением
нежелательного газовыделения из сточной воды, нарушением режимов
работы станции биологической очистки, а также нарушением теплового
баланса водоёма (его теплового загрязнения), который в конечном итоге
является приёмником данных сточных вод.
Общие требования к составу и свойствам воды водотоков и водоёмов в
местах
хозяйственно-питьевого,
коммунально-бытового
26
и
рыбохозяй-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ственного водопользования [10] устанавливают, в частности, нормативы,
приведённые в табл. 5.
Таблица 5
Общие требования к составу и свойствам воды водотоков и водоёмов в
местах хозяйственно-питьевого, коммунально-бытового и
рыбохозяйственного водопользования
ПоказаЦели водопользования
тель
Хозяйственно- КоммунальноНужды рыбного хозяйства
питьевые нужды бытовые нуж- высшая и первая вторая категория
населения
ды населения
категория
ТемпераЛетняя температура воды в
Температура воды не должна
тура
результате сброса сточных вод
повышаться по сравнению с
не должна повышаться более,
естественной температурой водного
чем на 3°С по сравнению со
объекта более чем на 5°С с общим
среднемесячной температурой
повышением температуры не более
воды самого жаркого месяца года чем до 20°С летом и 5°С зимой для
за последние 10 лет
водных объектов, где обитают
холодноводные рыбы (лососевые и
сиговые), и не более чем до 23°С летом
и 8°С зимой в остальных случаях. В
местах нерестилищ налима
запрещается повышать температуру
воды зимой более чем до 2°С
3
Раство- Не должна быть менее 4 мг/дм в В зимний (подлёдный) период должен
рённый
любой период года
быть не менее
кислород
6 мг/дм3
4 мг/дм3
В летний период (открытый) на всех
водных объектах должен быть не
менее 6 мг/дм3.
Таким образом, единым требованием к качеству сточной воды,
сбрасываемой как в системы каанализации, так и непосредственно в
водоёмы, является её охлаждение. Для охлаждения воды могут применяться
градирни, брызгальные бассейны и теплообменное оборудование различных
конструкций. Последний вариант охлаждения должен предусматривать
утилизацию тепла нагретых стоков. В любом случае должен рассматриваться
27
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
вопрос о возможном повторном или последовательном использовании
охлаждённой сточной воды в производстве. И только при отсутствии
условий реализации такого варианта может быть разрешён сброс стоков.
Перед спуском очищенных сточных вод в водоём при необходимости
(табл. 5) производят дополнительное насыщение этих вод кислородом. При
достаточном перепаде по высоте уровней площадки очистных сооружений и
уровня воды в водоёме устраивают многоступенчатые водосливы - аэраторы.
В остальных случаях приходится использовать специальные барботажные
сооружения для насыщения сточной воды кислородом. Максимально
возможное при данной температуре количество кислорода, содержащегося в
воде, определяется растворимостью данного газа (табл. 6).
Таблица 6
Растворимость кислорода Р, мг/дм3, при давлении 0,1 МПа
t, oC
P, мг/дм3
t, oC
P, мг/дм3
t, oC
P, мг/дм3
1
14,23
11
11,08
21
8,89
2
13,84
12
10,83
22
8,83
3
13,48
13
10,60
23
8,68
4
13,13
14
10,37
24
8,53
5
12,8
15
10,15
25
8,38
6
12,48
16
9,95
26
8,22
7
12,17
17
9,74
27
8,07
8
11,87
18
9,64
28
7,92
9
11,59
19
9,35
29
7,77
10
11,33
20
9,17
30
7,63
Канал, по которому отводят очищенные сточные воды в водоём, обычно
заканчивается береговым колодцем, из которого стоки через специальное
устройство - выпуск сбрасываются и смешиваются с водой водоёма. Чем
28
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
благоприятнее условия для перемешивания спускаемых сточных вод с водой
водоёма, тем менее болезненней данный сброс для водного объекта.
Выпуски сточных вод классифицируют по типу водоёма (речные,
озёрные, морские), месту расположения (береговые, русловые, глубинные) и
конструкции (сосредоточенные, рассеивающие).
Береговые сосредоточенные выпуски проектируют в виде открытых
каналов, быстротоков, консольных сбросов, оголовков. При этом происходит
весьма незначительное разбавление (из-за плохих условий смешения)
сбрасываемых сточных вод с водой водоёма в месте выпуска. Чаще
устраивают русловые рассеивающие выпуски, обеспечивающие наилучшее
условие для смешения. Глубинные выпуски применяют при сбросе сточных
вод в озёра, водохранилища, моря.
Рассеивающие
выпуски
обычно
представляют
собой
перфорированную трубу с металлической обоймой со щелями.
стальную
Обойма
заполнена гравием или щебнем. Такая конструкция выпуска обеспечивает
эффективное смешение стоков с водой водоёма, а также более эффективное
охлаждение стоков по сравнению с сосредоточенными выпусками.
3.4. Экспериментальная часть
1. Изучить схему экспериментальной установки (рис. 4) и правила
безопасной работы на ней.
2. Изучить методику количественного определения растворённого в воде
кислорода.
3. Провести анализ исходной пробы обрабатываемой воды на содержание в
ней растворённого кислорода.
4. Провести обработку исходной пробы воды (охлаждение, насыщение
кислородом воздуха различными методами - барботажем
воздуха через
насадку, многократным контактированием воды с воздухом в тонком слое и
т.д.).
29
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
5. Определить концентрацию растворённого в воде кислорода после
обработки.
6. Аналогичные действия (см. п.п. 3-5) провести с пробой воды, содержащей
остальное количество загрязняющего вещества (например, сульфита натрия).
7. Сделать выводы по работе. Оформить отчёт.
Рис. 4. Схема экспериментальной установки (вариант барботажа воздухом):
1 - сосуд с исходной обрабатываемой водой; 2 - рассеивающая воздух
насадка; 3 - электроплитка; 4 - микрокомпрессор; 5 - расходомер воздуха
30
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3.5. Задания к лабораторной работе «Изучение технологии обогащения
очищенных сточных вод кислородом и соблюдения температурного
режима при сбросе стоков»
1 вариант
1.
Приготовить
модельный
раствор
сточной
воды,
набрав
соответствующее количество водопроводной воды из-под крана. Дать воде
отстояться в течение часа. Измерить температуру воды.
2. Определить концентрацию кислорода в воде при 20 и 40 оС.
Повторить определение после пропускания через раствор в течение 15
минут воздуха с помощью компрессора. Определить взаимосвязь между
температурой воды и содержанием в ней растворенного кислорода. Сделать
выводы.
2 вариант
1.
Приготовить
модельный
раствор
сточной
воды,
набрав
соответствующее количество водопроводной воды из-под крана и добавив в
нее 1 мг сульфида натрия Na2S на 1 литр раствора. Дать воде отстояться в
течение часа. Одновременно отобрать водопроводную воду из-под крана без
добавок.
2. Измерить концентрацию кислорода в воде в двух приготовленных
растворах. Сравнить полученные значения. Оценить, как влияет присутствие
Na2S на концентрацию растворенного в воде кислорода. Сделать выводы.
3 вариант
1. Отобрать пробу сточной воды в месте сброса стока бани в р. Уводь.
Определить концентрацию растворенного кислорода в сточной воде.
2. Провести насыщение воды кислородом в течение 5, 10 и 15 минут.
Определить, каким образом время насыщения влияет на концентрацию
растворенного в воде кислорода. Сделать выводы.
31
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3.6. Методика определения растворенного кислорода
Йодометрический метод Винклера
Метод основан на том, что соли двухвалентного марганца в
присутствии свободной щелочи переходят в гидрат закиси марганца
Mn(OH)2, который окисляется растворенным кислородом в исследуемой
пробе воды в марганцеватистую кислоту:
MnCl2 + NaOH  Mn(OH)2 + 2NaCl
2Mn(OH)2 + O2  2H2MnO3
При
добавлении
йодистого
калия
и
подкислении
пробы
четырехвалентный марганец снова восстанавливается до двухвалентного,
при этом выделяется йод в количестве, эквивалентном количеству
прореагировавшего кислорода.
Выделившийся йод титруют тиосульфатом натрия:
H2MnO3 + 2H2SO4 + 2KJ  MnSO4 + J2 + 3H2O + K2SO4
J2 + 2Na2S2O3  Na2S4O6 + 2NaJ
Порог обнаружения описанного метода определения растворенного
кислорода составляет 0.2-3 мг/л.
Реактивы
1. Сульфат марганца (II), раствор. Растворяют 520 г MnSO45H2O (490 г
MnSO44H2O
или
364 г
MnSO4H2O
или
425
г
MnCl2H2O)
в
дистиллированной воде и доводят объем до 1 л, фильтруют через
бумажный фильтр. При использовании MnCl2 для растворения осадка
гидроксидов марганца применяют соляную кислоту, разбавленную в
отношении 1:1.
2. Йодид калия, 10 %-й щелочной раствор. Растворяют 700 г КОН или 500 г
NaOH в дистиллированной воде в объеме около 800 мл. Отдельно в
небольшом количестве воды растворяют 150 г йодида калия. Растворы
йодида
калия
и
едкой
щелочи
дистиллированной водой до 1 л.
32
сливают
вместе
и
разбавляют
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3. Соляная кислота, разбавленная 1:1 (применяют для растворения осадка
соединений марганца).
4. Серная кислота, разбавленная 1:4.
5. Тиосульфат натрия, 0,02 н. раствор. Разбавляют 0,1 н. раствор,
приготовленный из фиксанала,
6. Крахмал 0,5 % индикаторный раствор. Смешивают 1 г растворимого
крахмала (ч.д.а.) и 0,004 н. ZnCl2 или 0,25 г салициловой кислоты (в
качестве консерванта) с 50 мл дистиллированной воды и при
перемешивании прибавляют 150 мл кипящей дистиллированной воды.
Кипячение продолжают до тех пор, пока раствор не станет прозрачным
(2 мин) и фильтруют через бумажный фильтр.
7. Иодид калия, 15 % раствор. Растворяют 15 г KJ ч.д.а. в дистиллированной
воде, прибавляют 1 мл 1 н. раствора едкой щелочи и доводят до 100 мл.
Отбор проб и хранение
Пробу воды для определения растворенного кислорода отбирают в
склянку объемом 150-200 мл с притертой пробкой. При удаленности места
отбора проб от лаборатории пробы рекомендуется «заряжать» на месте, т.е.
добавлять (погружая пипетку на самое дно склянки) по 1 мл раствора
сульфата или хлорида марганца и (другой пипеткой) щелочной раствор
иодида калия. После этого осторожно закрывают склянку пробкой так, чтобы
под пробкой не оставалось пузырьков воздуха.
Ход определения
При добавлении, как указано выше, соли марганца и KJ на дне
кислородной
склянки
с
испытуемой
водой
образуется
осадок
марганцеватистой кислоты. Для его растворения в склянку по стенке
приливают 5 мл разбавленной (1:4) серной кислоты (если применяли MnSO4)
или соляной кислоты (если применяли MnCl2). Склянку закрывают и ее
содержимое перемешивают.
После растворения осадка на титрование отбирают аликвотную часть
33
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
50-100 мл. Титруют раствором тиосульфата натрия до бледно-соломенного
цвета. Затем в колбу добавляют 1 мл раствора крахмала и быстро
оттитровывают до исчезновения синей окраски.
Расчет
Содержание растворенного кислорода Cрк, мг/л, вычисляют по
формуле:
C рк 
a  K  N  8  1000 a  K  N  8000

,
Vпр
Vпр
(6)
где a - расход раствора тиосульфата, мл;
K
- поправка для приведения концентрации раствора тиосульфата к
точно используемой нормальности;
N - нормальность раствора тиосульфата;
8 - эквивалент кислорода;
Vпр - объем пробы, взятой для анализа, мл.
4. Лабораторная работа «ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД ОТ ИОНОВ
ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ ИЛИ ХЛОРИД-ИОНОВ
ИОНООБМЕННЫМИ МЕТОДАМИ»
4.1. Цель работы
1. Ознакомиться с особенностями применения ионного обмена для очистки
сточных вод, сущностью метода.
2.
Освоить
методики
выбора
ионитов
и
оценки
показателей
их
работоспособности (поглотительная способность, полные и равновесные
статические обменные емкости, динамическая обменная емкость, рабочая
обменная емкость, удельная поверхность и т.д.).
3. Изучить статические и динамические методы очистки сточных вод
ионитами.
34
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
4. Ознакомиться с методами регенерации отработанных ионитов и
способами утилизации элюатов.
4.2. Содержание работы
Освоить методики анализа тяжелых металлов (Сr, Zn, Fe, Со, Mn) в
сточных водах до очистки и после очистки ионообменным методом,
экспериментально определить степень очистки и скорость ионного обмена в
зависимости от видов ионитов, режимов и условий ионообмена, состава
исходных сточных вод, подобрать условия регенерации ионитов, утилизации
элюатов.
4.3. Основные положения
Ионообменная сорбция- процесс обмена между ионами, находящимися
в сточной воде, и ионами, присутствующими на поверхности твердой фазы
- ионита. Метод применяют для глубокой очистки сточных вод от
минеральных и органических ионизированных соединений и обессоливания
с целью повторного использования очищенной воды.
Иониты (катиониты и аниониты), нашедшие в настоящее время
широкое применение в технологии водоподготовки и очистки, являются
неорганическими (минеральными) и органическими (высокомолекулярными
соединениями)
веществами
кислого
или
основного
характера.
Неорганические ионообменные материалы бывают природные (цеолиты) и
синтетические (силикагели). К органическим природным ионитам относят
сульфоуголь, а к синтетическим - ионообменные смолы. Искусственные
органические иониты получают либо путем поликонденсации исходных
мономеров, либо путем их сополимеризации. Иониты выпускают строго
фиксированного фракционного состава с размером зерен от 0,5 до 0,7 мм. В
процессе эксплуатации ионита происходит их разрушение. Способность
ионитов сохранять в процессе эксплуатации неизменным фракционный
состав характеризуется двумя показателями: осмотической стабильностью и
35
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
механической прочностью. Осмотическую стабильность выражают в
процентах неразрушенных зерен, находящихся в пробе ионита после
ее
многократной (150 раз) обработки попеременно растворами кислоты и
щелочи с промежуточной отмывкой обессоленной водой. Механическую
прочность характеризуют процентом неразрушенных зерен от общего их
количества, обработанного в шаровой мельнице в течение 100 часов.
Основной причиной разрушения товарных фракций ионитов являются
знакопеременные напряжения, возникающие в зерне ионита при его работе.
Так, в процессе извлечения ионов из обрабатываемой воды зерно сжимается,
поскольку степень набухания ионита, находящегося в любой солевой ионной
форме, меньше, чем в водородной или гидроксильной формах. Сообразно с
этим при регенерации зерна ионита расширяются. И набухание, и сжатие
происходит под действием осмотического давления воды, которое может
исчисляться иногда десятками миллионов паскалей. Химические связи в
молекуле ионита не выдерживают подобных высоких давлений и по
истечении определенного времени могут разорваться, что приводит к
разрушению ионита.
Ионообменная способность ионитов обусловлена наличием у них
функциональных групп. У катионитов эти группы носят кислотный
характер, у анионитов - основный. По сродству функциональных групп к
иону водорода или гидроксила катиониты и аниониты делятся на сильные и
слабые. Степень ионизации ионита учитывается при его маркировке.
Сильнокислотные катиониты, способные диссоциировать в широком
интервале рН, называются универсальными и маркируются КУ, а
слабоионизированные катиониты носят название буферных и маркируются
КБ. Аниониты, обладающие высокой степенью ионизации, называются
высокоосновными и маркируются АВ, а слабоионизированные аниониты
называются низкоосновными и маркируются АН.
36
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Способность ионитов к ионному обмену характеризуется обменной
емкостью, то есть количеством функциональных групп, принимающих
участие в обмене, который выражается в эквивалентных единицах и
относится к единице количества ионита. По ГОСТ 20255.1-74 полную
статическую обменную емкость (ПСОЕ) определяют выдерживанием
точно отмеренного количества ионита в 0,1 н. растворе соляной кислоты (для
анионитов) или едкого натра (для катионитов). Сильноосновные и
сильнокислотные иониты выдерживают 2 часа, слабоосновные 24 часа.
Выдерживанием анионитов в 0,1 н. растворе NаСl и катионитов в 0,1 н.
растворе СаСl2 определяют равновесную статическую обменную емкость
(РСОЕ). РСОЕ и ПСОЕ
выражают в мэкв/г (экв/т). Динамическую
обменную емкость ионитов (ДОЕ) до проскока улавливаемого иона в
фильтрате при полной или частичной их регенерации определяют по
результатам
опытов
пропускания
растворов
кислот
(низкоосновные
аниониты), хлоридов кальция (катиониты) или натрия (высокоосновные
аниониты) через колонку, содержащую определенное количество ионита.
ДОЕ выражают в мэкв/л (экв/м3).
При проведении ионообменной очистки солей в сточных водах должно
быть не более 3 г/л, взвешенных веществ не более 8 мг/л, ХПК сточной воды
должно составлять не более 8 мг/л. Процесс ионообменной очистки сточной
воды
складывается
из
последовательно
выполняемых
операций:
фильтрования, взрыхления фильтрующего слоя, регенерации, отмывки.
Необходимый объем катионита или анионита (м3) для проведения
процесса очистки сточной воды с заданным расходом в течение 24 часов
может быть рассчитан по формуле:
(
)
,
(7)
где qw- объемный расход сточных вод, м3/ч; SCисх- суммарная концентрация
ионов (катионов или анионов) в сточной воде, г-экв/м3; SCкон - суммарная
37
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
концентрация ионов (анионов или катионов) в очищенной воде, г-экв/м3; n число регенераций фильтров, не более 2 раз в сутки; ЕРСОЕ - рабочая
статическая обменная емкость катионита или анионита, г-экв/м3:
ЕРСОЕ = a ∙ ЕПСОЕ - К ∙ qk ∙ SCотм ,
(8)
где a- коэффициент эффективности регенерации, для катионитов 0,8-0,9, а
для анионитов 0,9; ЕПСОЕ- полная статическая обменная емкость катионита
или анионита, г-экв/м3; qk- удельный расход воды м3/м3 ионита, принимается
равным 3-4; К- коэффициент, учитывающий тип ионита, для катионита
принимается 0,5, а для анионита - 0,8; SCотм- суммарная концентрация ионов
(анионов или катионов) в отмывочной воде, г-экв/м3;
На основе полученного объема ионитного фильтра Wкат,ан (м3) или
расхода обезвреживаемых сточных вод qw (м3/ч) рассчитывают площадь
ионитных фильтров (м2):
F = Wкат,ан/Н или F = qw / n,
(9)
где Н- высота ионитного фильтра, принимается по каталогу и составляет 2-3
метра; n- скорость фильтрования, м/ч (зависит от солесодержания смотри
таблицу 7).
Таблица 7
Таблица зависимости скорости фильтрования от величины солесодержания
Солесодержание, г-экв/м3
Скорость фильтрования, м/ч
5
20
5-15
15
15-20
10
Более 20
8
Расход воды Vвзр (м3/регенерацию) на взрыхление ионита рассчитывают
по уравнению:
Vвзр = F ∙ i ∙ tвзр ∙ 60 / 1000 ;
(10)
где i- интенсивность подачи взрыхляемой воды (л/(м2 с)), принимается
равной 3; tвзр- время взрыхления для сульфоугля принимают равным 15
минутам, а для остальных ионитов 3 минуты.
38
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Регенерация катионитов осуществляется 7-10% растворами соляной или
серной кислот, а анионитов 4% раствором гидроксида натрия. Расход 100%го реагента (кг) на регенерацию рассчитывается по формуле:
s100 = Wкат,ан ∙ b ,
(11)
где b- для катионита составляет 25 кг/м3, а для анионита- 50 кг/м3.
Суточный расход 100% реагента (кг/сут) на регенерацию рассчитывают
по уравнению:
s100сут = s100 ∙ n .
(12)
Объем воды (м3/регенерацию), необходимый для приготовления
регенерационного раствора, рассчитывают по формуле:
Vрр = s100 ∙ 100 / (Срр ∙ 1000 ∙ rрр),
(13)
где Срр- концентрация регенерационного раствора, %; rрр- плотность
регенерационного раствора концентрации Срр, т/м3.
Время процесса регенерации рассчитывается по формуле:
tрр = Vрр ∙ 60 / (F ∙ wрр),
(14)
где wрр - скорость пропускания регенерационного раствора через колонку,
принимается 5 м/ч.
Расход воды (м3/регенерацию) на отмывку ионитного фильтра
рассчитывают следующим образом:
Vотм = Wкат,ан ∙ а ,
(15)
где а- удельный расход воды на отмывку, для катионита 4-6 м3/м3катионита,
а для анионита 10-20 м3/м3анионита.
Время отмывки, мин.:
tотм = Vотм ∙ 60 / (F ∙ wотм) ,
(16)
где wотм - скорость отмывки, принимается для катионитов 6-8 м/ч, а для
анионитов 8-10 м/ч.
39
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
4.4. Экспериментальная часть
4.4.1. Пример расчета
Рассчитаем параметры
работы
катионитного
фильтра
КУ-2
по
извлечению из сточных вод объемом 1 литр в сутки ионов меди (Сu2+) с
концентрацией сульфата меди (СuSО4) 2,5 г/л. Из табл. 2 обменная емкость
катионита КУ-2 составляет 800 г-экв/м3. Число регенераций катионита
примем 1 раз в сутки. Молекулярная масса меди 63,5. Грамм-эквивалент
меди 63,5 / 2 = 32,75. Молекулярная масса сульфата меди
159.5.
Концентрация ионов меди в растворе равна 2,5 ∙ 63,5 / 159,5 = 1 г/л.
Концентрация Сu2+ в растворе, выраженная в г-экв/л, равна 1/32,75=0,0305, а
в гэкв/м3 равна 0,0305 ∙ 1000 = 30,5 г-экв/м3. Расход сточных вод,
выраженный в м3/ч, равен 1 / 1000 / 24 = 4,2 ∙ 10-5.
Необходимый объем катионита:
(
)
(
)
= 3.8 ∙ 10-5 м3 = 3.8 ∙ 10-2 л = 38 см3.
По табл. 7 для солесодержания 30,5 г-экв/м3 принимаем скорость
фильтрования 8 м/ч. Площадь катионитного фильтра составляет:
F = qw / n = 4,2 ∙ 10-5 / 8 = 0,525 ∙ 10-5 м2 = 0,525 ∙ 10-1 см2 = 5,25 мм2.
Высота фильтра 38 / 0,525 ∙ 10-1 = 723,8 см = 7,24 м.
Расход воды на взрыхление:
Vвзр = F ∙ i ∙ tвзр ∙ 60 / 1000 = 0,525 ∙ 10-5 ∙ 3 ∙ 3 ∙ 60 / 1000 = 2,8 ∙ 10-6 м3 = 2,8 мл.
Количество расходуемой 100% серной кислоты на регенерацию
катионита: s100 = Wкат,ан ∙ b = 3.8 ∙ 10-5 ∙ 25 = 95 ∙ 10-5 кг = 0,95 г.
Количество воды, подаваемое на регенерацию:
Vрр = s100 ∙ 100 / (Срр ∙ 1000 ∙ rрр) = 95 ∙ 10-5 ∙ 100 / (10 ∙ 1000 ∙ 1,25) = 7.6 ∙ 10-6
м3 = 7,6 см3.
Время пропуска регенерационного раствора:
tрр = Vрр ∙ 60 / (F ∙ wрр) = 7.6 ∙10-6 ∙ 60 / (0,525 ∙ 10-5 ∙ 5) = 17 мин.
40
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Расход воды на отмывку катионита:
Vотм= Wкат,ан ∙ а = 3.8 ∙ 10-5 ∙ 5 = 19 ∙ 10-5 м3 = 190 см3.
Время отмывки:
tотм = Vотм ∙ 60 / (F ∙ wотм) = 19 ∙ 10-5 ∙ 60 / 0,525 ∙ 10-5 / 7= 310 мин = 5 ч.
4.4.2. Ход выполнения работы
1. Приготовить необходимый объем сточной воды (до 1 литра) в
соответствии с заданием, выданным преподавателем.
2. Изучить методики анализа тяжелых металлов (см. пп 4.6.1-4.6.5),
приготовить рабочие растворы и другие, необходимые для анализа, реактивы
и определить их концентрацию, а также исходную концентрацию металла в
воде.
3. Выполнить необходимые расчеты (массы ионита, объема модельной
сточной воды, пропускаемой через ионообменную колонку и т.д.).
4. Подготовить ионит к работе (взвесить, замочить в дистиллированной воде
или регенерировать).
5. Собрать установку по схеме (рис. 5).
6. Засыпьте навеску ионита 3 в ионообменную колонку 1.
7. Предварительно установите с помощью секундомера краном или зажимом
4 заданную скорость истечения воды через ионит 3 дистиллированной водой.
8.
После
установления
ионообменную
колонку
заданной
скорости
модельную
сточную
истечения
воду
2
и
залейте
в
выполните
эксперимент.
9. После проведения очистки воды выполняется анализ на содержание
тяжелых металлов, рассчитывается концентрация ионов после очистки.
10. Выполняется расчет степени очистки сточной воды, сорбционной
емкости ионита, степени его истощения и выбираются условия проведения
регенерации, определяют степень регенерации.
11. Проводят регенерацию ионита.
41
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
12. В соответствии с выданным заданием строят изотермы для заданных
режимов и условий очистки.
Рис. 5. Схема установки для очистки сточных вод ионитами динамическим
методом:
1- ионообменная колонка; 2- слой сточной воды; 3- слой ионита; 4регулирующий кран или зажим; 5- приемный мерный цилиндр; 6- очищенная
сточная вода
13. Осуществляется анализ полученных результатов, делаются выводы по
работе.
42
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
14. На основе схем ионообменных установок выбирается рабочая схема для
очистки заданной сточной воды.
4.4.3. Используемое оборудование, приборы, посуда и реактивы
Приборы:
1) секундомер по ГОСТ 5072-79, класс точности 3;
2) мерная колба на 1 л.
Реактивы:
а) серная кислота с плотностью 1,83 г/см3.
4.5. Задания к лабораторной работе «ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД
ОТ ИОНОВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ ИЛИ ХЛОРИД-ИОНОВ
ИОНООБМЕННЫМИ МЕТОДАМИ»
1. Приготовить раствор модельной сточной воды, содержащей вещество
В с концентрацией S г/л.
2. Провести
очистку
приготовленного
модельного
раствора
на
ионообменной установке, используя катионит (анионит) К (А) массой
М г. Очистку провести при заданных условиях.
Определите
степень
очистки
модельного
раствора.
Дайте
рекомендации о необходимой дальнейшей очистке раствора или о
возможности сброса его в водоем рыбохозяйственного водопользования.
ПДКрх загрязняющих веществ приведены в нормативной документации (см.
список литературы), а именно в Приказе «Об утверждении нормативов
качества воды водных объектов рыбохозяйственного значения, в том числе
нормативов предельно допустимых концентраций вредных веществ в водах
водных объектов рыбохозяйственного значения» № 20 от 18.01.2010 г.
Если это необходимо, укажите с помощью каких параметров можно
регулировать степень очистки модельного раствора сточной воды. Расход
сточных вод E м3/ч. Расход воды в реке F м3/с. Средняя глубина реки G м.
Средняя скорость H м/с. Коэффициент извилистости I.
43
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 8
Варианты заданий к лабораторной работе «ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД
ОТ ИОНОВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ ИЛИ ХЛОРИД-ИОНОВ
ИОНООБМЕННЫМИ МЕТОДАМИ»
Номер
Концентрация
вариан- Вещество В вещества В
та
(соли) S, г/л
1
2
5
10
CuSO4∙5Н2О
3
15
4
5
5
10
NiSO4∙7Н2О
6
15
7
8
5
10
ZnSO4∙5Н2О
9
15
10
15
Расход
модельной
сточной
воды,
мл/мин
10 и 20
5 и 10
По 10
10
5
10
10 и 20
15 и 20
По 5
15
5
10
5 и 10
10 и 20
По 5
15
Масса
катионита
М, г
Катионит
(К)
КБ-4П-2
Силикагель
КБ-4П-2 и
силикагель
KУ-2-84С
КБ-4П-2
KУ-2-84С
и
КБ-4П-2
KУ-2-84С
КБ-4П-2
KУ-2-84С
и
КБ-4П-2
Таблица 9
Варианты заданий к лабораторной работе «ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД
ОТ ИОНОВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ ИЛИ ХЛОРИД-ИОНОВ
ИОНООБМЕННЫМИ МЕТОДАМИ»
Номер
варианта
1
10
11
12
Вещество
В
2
NaCl или
NH4Cl
Концентрация
вещества В
(соли), S г/л
3
5
10
15
Анионит
(А)
4
Au-31
ЭД-10П
Au-31 и
ЭД-10П
44
5
10
15
Расход
модельной
сточной
воды, мл/мин
6
10 и 20
5 и 10
По 10
10
Масса
анионита
М, г
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Окончание таблицы 9
1
13
14
15
16
17
2
3
5
10
CaCl2 или
BaCl2
4
Au-31
ЭД-10П
Au-31 и
ЭД-10П
Au-31
ЭД-10П
Au-31 и
ЭД-10П
15
5
10
FeCl3∙6H2O
18
15
5
5
10
6
10 и 20
15 и 20
По 5
15
5
10
5 и 10
10 и 20
По 5
15
Таблица 10
Данные для расчета ПДС к лабораторной работе «ОЧИСТКА
СТОЧНЫХ ВОД ОТ ИОНОВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ ИЛИ ХЛОРИДИОНОВ ИОНООБМЕННЫМИ МЕТОДАМИ»
№
п/п
1
2
3
4
5
Показатель
Номер варианта
5–9
10 – 14
1–4
Расход сточных
вод Е, м3/ч
Расход воды в
реке F, м3/с
Средняя глубина
реки G, м
Средняя скорость
воды в реке Н, м/с
Коэффициент
извилистости реки
I
15 – 18
30
100
300
200
0,5
0,05
1,0
1,5
1,0
0,2
0,5
1,5
0,1
0,01
0,5
0,2
1,2
1,0
1,5
1,3
4.6. Методики определения ионов после ионообменной очистки
4.6.1. Определение содержания меди в растворе
Комплексонометрический метод
Реактивы
1. Трилон Б 0,1 н. раствор. Растворяют 18,61 г Комплексона III в мерной
колбе на 1000 мл дистиллированной водой. Титр трилона Б
устанавливают по стандартному раствору меди.
45
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2. Мурексид. Растирают 0,1 г сухого индикатора с 30 г хлорида натрия.
3. Аммиак 25%.
4. Серная кислота разбавленная 1:5.
5. Стандартный
раствор
меди
0,1
мг/мл.
Растворяют
1
г
электролитической меди в 15 мл азотной кислоты (1:1) и упаривают до
объема 5 мл. Добавляют 30 мл серной кислоты (1:1) и упаривают до
появления белых паров серной кислоты. Остаток растворяют в 100 мл
воды, переносят в колбу на 1000 мл и доводят до метки
дистиллированной
водой.
Для
приготовления
раствора
можно
использовать точную навеску соли меди.
Ход определения
Для определения отбирают в коническую колбу 20-25 мл исследуемого
раствора меди, прибавляют 50-75 мл воды, вносят индикатор мурексид на
кончике шпателя. Если раствор имеет кислую (или щелочную) среду, то
необходимо провести его нейтрализацию аммиаком (или серной кислотой)
до желто-оранжевого окрашивания.
Пробу титруют 0,1 н. раствором трилона Б до перехода окраски в синефиолетовую.
Расчет
Содержание меди, г/л, вычисляют по формуле:
,
(18)
где А - объем трилона Б, израсходованного на титрование, мл;
Т - титр трилона Б по стандартному раствору меди, г/л;
В - объем исследуемого раствора, взятого на титрование, мл.
Титр трилона Б устанавливают по стандартному раствору меди. Для
этого в колбу для титрования отбирают 5-10 мл стандартного раствора меди,
приливают 50-75 мл дистиллированной воды, вносят индикатор на кончике
шпателя и титруют 0,1 н. раствором трилона Б до перехода окраски в синефиолетовую. Титр трилона Б, г/мл, рассчитывают по формуле:
46
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
,
(19)
где m – количество меди, взятое в аликвоте для титрования, г;
в – объем раствора трилона Б, израсходованного на титрование, мл.
4.6.2. Определение содержания цинка в растворе
Реактивы
1. Раствор трилона Б 0,1 н. Растворяют 18,61 г Комплексона III в мерной
колбе на 1000 мл дистиллированной водой. Титр трилона Б
устанавливают по стандартному раствору цинка.
2. Эриохром черный Т. Растирают в ступке 0,1г индикатора с 30 г
хлористого натрия.
3. Аммиак 25%.
4. Соляная кислота разбавленная 1:1.
5. Буферная смесь рН = 10. Растворяют 27 г хлористого аммония в 200
мл воды, добавляют 175 мл 25% аммиака, перемешивают, доводят до
500 мл дистиллированной водой.
6. Стандартный раствор цинка 0,1 н. Точную навеску 3,269 г чистого
металлического цинка (99, 95%) растворяют в мерной колбе на 1 литр в
50-60 мл разбавленной 1:1 соляной кислоте, После растворения
металла и охлаждения раствора объем колбы доводят до метки водой.
Получается точно 0,1 н. раствор.
Ход определения
В колбу для титрования вносят 10-20 мл исследуемого раствора,
добавляют 50 мл дистиллированной воды, прибавляют 1 каплю индикатора
метилового красного и по каплям раствор аммиака до перехода окраски
раствора в желтый цвет (проводится для нейтрализации кислых сточных
вод). Затем на кончике шпателя добавляют эриохрома черного, вносят 15 мл
буферной смеси и титруют трилоном Б до перехода окраски раствора в
синий цвет (через фиолетовую).
47
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Расчет
Содержание цинка, г/л, вычисляют по формуле:
,
(20)
где А - объем трилона Б, израсходованной на титрование, мл;
Т - титр трилона Б по стандартному раствору цинка, г\л;
В - объем исследуемого раствора, взятого на титрование, мл.
Титр трилона Б устанавливают по стандартному раствору цинка. Для
этого в колбу для титрования отбирают 5-10 мл стандартного раствора
цинка, приливают 50-75 мл дистиллированной воды, прибавляют 1 каплю
индикатора метилового красного и по каплям раствор аммиака до перехода
окраски раствора в желтый цвет. Затем вносят индикатор на кончике
шпателя и титруют 0,1 н раствором трилона Б до перехода окраски раствора
в синий цвет.
Титр трилона Б (г/мл) рассчитывают по формуле:
(
)
где m – количество цинка, взятое в аликвоте для титрования, г;
в – объем раствора трилона Б, израсходованного на титрование, мл.
4.6.3. Определение содержания никеля в растворе
Комплексонометрический метод
Реактивы
1. Раствор трилона Б 0,1 н. Титр трилона Б устанавливают по
стандартному раствору никеля.
2. Мурексид. Растирают в ступке 0,1 г индикатора с 30 г хлористого
натрия.
3. Аммиак 3 н. раствор. 46 мл 25% аммиака смешивают с 54 мл
дистиллированной воды.
4. Стандартный раствор никеля 2,0 мг/мл. Растворяют в термостойком
стакане 0,5 г металлического никеля в 30 мл азотной кислоты,
48
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
разбавленной 3:2, нагревают на плитке, упаривают до 5 мл, затем
снимают с плитки и осторожно по стенке добавляют 20 мл серной
кислоты, разбавленной 1:3, упаривают до появления белых паров
серной кислоты. Раствор из стакана переносят в мерную колбу на
250 мл и доводят до метки дистиллированной водой.
Ход определения
В колбу для титрования вносят 10-20 мл исследуемого раствора, 50 мл
дистиллированной воды, 5 мл раствора аммиака, 0,1- 0,2 г мурексида (на
кончике шпателя) и титруют трилоном Б до появления красно-фиолетовой
окраски.
Расчет
Содержание никеля (г/л) вычисляют по формуле:
(
)
где А - объем трилона Б, израсходованный на титрование, мл;
Т - титр трилона Б по стандартному раствору никеля, г/л;
В - объем исследуемого раствора, взятого на титрование, мл.
Титр трилона Б устанавливают по стандартному раствору никеля. Для
этого в колбу для титрования отбирают 5-10 мл стандартного раствора
никеля, приливают 50-75 мл дистиллированной воды, 5 мл раствора
аммиака, вносят индикатор на кончике шпателя и титруют 0,1 н. раствором
трилона Б до появления красно-фиолетовой окраски.
Титр трилона Б, г/мл, рассчитывают по формуле:
(
)
где m – количество никеля, взятое в аликвоте для титрования, г;
в – объем раствора трилона Б, израсходованного на титрование, мл.
49
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
4.6.4. Определение суммарного содержания хрома в растворе
Метод основан на предварительном окислении в кислой среде Cr (III)
до Cr (VI) персульфатом аммония при нагревании с последующим
количественным восстановлении до Cr (III) титрованием раствором соли
Мора в присутствии индикатора – N-фенилантраниловой кислоты.
индикатор
Cr (VI) + 3 Fe (II)
Cr (III) + 3 Fe (III)
Реактивы
1. Серная кислота разбавленная 1:3.
2. Персульфат аммония.
3. N-фенилантраниловая кислота (индикатор). 0,25 г. N-фенилантраниловой кислоты в колбе на 250 мл растворяют в 12 мл 0,1 н. раствора
едкого натра и доводят дистиллированной водой до метки.
4. Соль Мора 0,1 н. раствор.
Ход определения
Определение общего содержания хрома
В коническую колбу помещают от 5 до 50 мл (в зависимости от
ожидаемой концентрации) исследуемой пробы, разбавляют до 300 мл
дистиллированной водой, прибавляют 15 мл серной кислоты, 0,5 г
персульфата аммония, нагревают до кипения и кипятят в течение 10 минут.
Исследуемый раствор приобретает желтую окраску, что говорит об
окислении присутствующего Сr (III) до Сr (VI).
Раствор охлаждают до комнатной температуры, приливают к нему 10
капель N-фенилантраниловой кислоты и титруют раствором соли Мора 0,1 н.
до перехода окраски из красной в зеленую.
Расчет
Содержание хрома (мг\л) вычисляют по формуле:
(
)
где V1 - объем 0,1 н. раствора соли Мора, израсходованной на
50
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
титрование, мл;
К - поправочный коэффициент соли Мора;
V2 - объем исследуемой пробы, взятый на титрование, мл;
1,73 - число мг хрома, эквивалентное 1 мл 0,1 н. раствора соли Мора;
Поправочный коэффициент соли Мора устанавливают по 0,1 н.
стандартному раствору бихромата калия.
В коническую колбу помещают 15-20 мл раствора бихромата калия,
прибавляют 100 мл дистиллированной воды и 15 мл серной кислоты, вносят
3 -5 капель N-фенилантраниловой кислоты и титруют раствором соли Мора
до резкого перехода окраски раствора из красной в чисто-зеленую.
Определение содержания хрома (VI)
Определение
проводят
по
указанной
выше
методике,
но
без
предварительного окисления хрома персульфатом аммония.
По разности между результатами обоих определений вычисляют
содержание хрома (III) в исследуемой сточной воде.
4.6.5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХЛОРИД-ИОНОВ В ВОДЕ
Хлориды являются составной частью большинства природных и
сточных вод. Большое содержание хлоридов геологического происхождения
в поверхностных водах - явление редкое. Поэтому обнаружение большого
количества хлоридов является показателем загрязнения воды бытовыми или
некоторыми промышленными сточными водами.
Количественное определение (меркурометрическое)
Метод основан на связывании хлорид-ионов ионами ртути (II) с
образованием трудно растворимого осадка - НgCl. Точку эквивалентности
определяют по изменению окраски индикатора - дифенилкарбазона, который
с избытком ионов ртути образует соединение фиолетовой окраски.
Титрование проводят при рН = (2,5±0,1). Метод пригоден для определения
хлорид-ионов в диапазоне концентраций 10-100 мг/л. Точность определения
51
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
- 1 мг/л. При содержании в исследуемой воде хлорид-ионов менее 10 или
более 100 мг/л необходимо соответственно упарить или разбавить воду.
Резкость перехода окраски индикатора в точке эквивалентности очень
зависит от рН. В растворах с рН  2 дифенилкарбазон не дает с ионами ртути
окрашенного соединения. При рН  3 возникновение окраски запаздывает.
Определению хлорид-ионов мешают сульфит-, тиосульфат-, сульфид-,
роданид- и цианид-ионы, действие которых устраняется предварительным
кипячением воды с пероксидом водорода в щелочной среде. Мешающее
действие ионов Fe3+ в концентрациях, превышающих 10 мг/л, устраняется
прибавлением нескольких капель 5 %-го раствора фосфата натрия.
Реактивы
1. Нитрат ртути (II), 0,05 н. раствор. Увлажняют 8,5 г Нg(NО3)0,5Н2О марки
ч.д.а., добавив 1 мл концентрированной HNO3, растворяют в небольшом
количестве дистиллированной воды и, после растворения, доводят до
1000 мл. Определяют титр приготовленного раствора по стандартному
раствору NaCl или по навеске этой соли.
2. Хлорид натрия, 0,05 н. раствор. 2,9221 г NaCl марки ч.д.а., высушенного
при 105C, растворяют в мерной колбе на 1000 мл дистиллированной
водой.
3. Смешанный индикатор. Растворяют 0,5 г дифенилкарбазона марки ч.д.а. и
0,05 г бромфенолового синего в 100 мл 96 %-го этилового спирта. Раствор
индикатора следует хранить в темной склянке.
4. Азотная кислота, 0,2 н. раствор.
5. Гидроксид натрия, 0,1 н. раствор.
Ход определения
Для
определения
берут
100
мл
профильтрованной
пробы
с
содержанием в ней хлорид-ионов 1-10 мг, вносят ее в коническую колбу на
250 мл, прибавляют 0,3 мл индикатора, затем по каплям раствор азотной
кислоты (0,2 н.) до перехода окраски из сине-зеленой в желтую и
52
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
приливают еще 0,25 мл НNО3. При анализе сильно кислых проб воды,
окрашивающихся после прибавления индикатора в желтый цвет, необходимо
добавить 0,1 н. раствор NаОН до появления сине-зеленой окраски. Затем
пробу подкисляют азотной кислотой, как указано выше, и титруют
раствором нитрата ртути (II) до перехода желтой окраски в фиолетовую.
Одновременно проводят холостой опыт. Для этого в коническую колбу
вносят 100 мл дистиллированной воды вместо исследуемой, добавляют все
те же растворы и титруют раствором нитрата ртути.
Расчет
Содержание хлорид-ионов C, мг/л, находят по формуле:
C
(a  b)  k  0.05  35.45  1000
,
V
(25)
где a - объем раствора НgNO3 (0,05 н.), израсходованный на титрование
пробы, мл;
b - объём раствора НgNO3 (0,05 н.), израсходованный на титрование
холостой пробы, мл;
k - поправочный коэффициент к 0,05 н. раствору НgNO3;
V - объём пробы воды, взятый на анализ, мл;
35,45 - эквивалентный вес ионов хлора.
5. Лабораторная работа «КАТАЛИТИЧЕСКОЕ ОКИСЛЕНИЕ
УГЛЕВОДОРОДОВ ПЕРЕД ВЫБРОСОМ В АТМОСФЕРУ»
5.1. Цель работы
1. Рассмотреть возможность метода каталитического окисления некоторых
углеводородов.
2. Оценить эффективность очистки газовых выбросов на различных
катализаторах.
3. Произвести выбор оптимальных условий проведения процесса (расход
газа, температура и др.).
53
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
5.2. Содержание работы
Экспериментальное изучение влияния природы катализатора, скорости
течения исследуемого газа, температуры, геометрии контактной зоны на
эффективность очистки газовых выбросов от исследуемых углеводородов
(ацетон, формальдегид, диэтиловый эфир).
5.3. Основные положения
Катализом называют увеличение(уменьшение) скорости химических
реакций или возбуждение их в присутствии катализаторов.
Катализатор-
это
химическое
соединение
(вещество),
которое
участвует в реакции, вступая в промежуточное химическое взаимодействие с
реагентами, но восстанавливает свой состав при окончании химического
акта.
Вещества, способные
ускорять различные химические процессы,
называют собственно катализаторами, а вещества, способные замедлять
химические реакции- ингибиторами.
Наиболее широко применяемыми в настоящее время катализаторами
являются металлические катализаторы- платина, серебро, железо, никель и
т.д.;
оксидные катализаторы, представляющие из себя оксиды железа,
ванадия, титана, меди, хрома и т.д.; жидкие катализаторы- фосфорная,
серная кислота и т.д..
Катализатор характеризуется в силу своей специфической особенности
участия в химическом взаимодействии целым рядом физико-химических
параметров: составом, агрегатным состоянием, плотностью, пористостью,
величиной удельной поверхности, распределением пор по радиусам, формой
гранул, типом кристаллической решетки. Рассматривая состав катализатора,
в его структуре различают активный компонент, носитель, промоторы.
Активный компонент собственно участвует в химической реакции.
Носитель выполняет роль подложки, на которую наносится активный
54
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
компонент, а также структурообразующую роль, создавая высокую
удельную поверхность и пористость катализатора. Для поддержания
высокой устойчивости работы катализаторов в них добавляют промоторы,
которые увеличивают срок службы катализаторов. В качестве примера
можно взять промышленный ванадиевый катализатор для окисления SO2 в
SO3 типа ИК-1-6 состава: 7% V2O5, 35% K2S2O7 и 58% SiO2. Здесь в качестве
активного компонента служит смесь оксида ванадия и бисульфата калия.
При этом роль носителя выполняет рентгеноаморфный диоксид кремния.
Другим примером может служить катализатор синтеза аммиака СА-1, где
активным компонентом служит металлическое железо, которое содержит
промоторы К2О, Аl2O3 и СаО. Величины удельной поверхности, плотности,
пористости, распределение пор по радиусам взаимосвязаны между собой и
создают в катализаторе необходимую поверхность контакта активного
компонента с реагирующими веществами, а также обеспечивают их подвод и
отвод от поверхности реакции. Форма гранул катализатора влияет главным
образом на сопротивление каталитического слоя при проведении процесса.
Крупные гранулы катализатора обеспечивают меньшее сопротивление
каталитического реактора, но имеют меньшую поверхность, что влияет на
степень превращения вещества в слое. Мелкие гранулы катализатора
создают большее сопротивление в реакторе, однако имеют большую
поверхность контакта, что влияет на степень превращения продукта в
реакторе. В данном случае размер гранул должен быть оптимальным.
Кристаллическая
форма,
в
частности
активного
компонента,
обусловливает его активность. Так во многих реакциях кристаллическая
форма γ-Аl2О3 более реакционноспособна, чем кристаллическая форма αАl2О3.
Каталитические процессы осуществляют при стационарных условиях в
реакторах со стационарным(фильтрующим) слоем катализатора, кипящим
55
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
слоем и в реакторах с фильтрующим слоем при нестационарных условиях
ведения процесса.
В общем виде уравнение для расчета каталитического реактора может
быть записано в следующем виде:
(
),
(26)
где U- скорость газовой смеси через слой катализатора, м/с; L длина(высота) засыпки слоя катализатора, м.; C -концентрация компонента в
смеси, д.е.; D- коэффициент диффузии компонента в газовой смеси, м2/с; lтекущая длина(высота) слоя катализатора, м.; W(C,T)- скорость химической
реакции.
Если катализ осуществляется в реакторе при нестационарных условиях
ведения процесса, то для расчета каталитического реактора необходимо
решить уравнение 26, задаваясь соответственно степенью превращения,
константами скорости, порядком химической реакции и т.д. Для расчета
дифференциального уравнения второго порядка в частных производных (26)
необходимо использовать вычислительную технику и соответствующий
математический аппарат.
Для расчета каталитического реактора кипящего слоя в стационарном
режиме уравнение 26 упрощается и в общем виде представляет модель
реактора идеального вытеснения:
(
).
(27)
При расчетах реактора, работающего в стационарном режиме, с
фильтрующим слоем катализатора модель реактора соответствует реактору
идеального вытеснения, и уравнение 26 в упрощенном виде запишется
следующим образом:
(
)
(28)
56
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
5.4. Экспериментальная часть
5.4.1. Пример расчета изотермического каталитического реактора
идеального вытеснения для окисления углеводородов
Имеется каталитический реактор, модель которого может быть
представлена реактором идеального вытеснения. В реакторе осуществляется
окисление ацетоно-воздушной смеси с начальной концентрацией 1000 мг/м3
при температуре 300оС, объемном расходе 36 мл/мин и диаметре
каталитической трубки 1 см. В качестве катализатора используется
промышленный катализатор НТК-4, характеристика которого (константа
скорости окисления углеводородов) может быть описана уравнением:
k = kо ∙ ехр(-9900/T) ,
(29)
где kо= 1,75∙107 с-1 для НТК-4 и 66∙107 с-1 для промышленного катализатора
АП-56; T- температура процесса, К;
Скорость процесса реакции каталитического дожига углеводородов
подчиняется уравнению реакции первого порядка:
W(C,T) = k ∙ C .
(30)
Концентрация С углеводорода в смеси может быть рассчитана в любой
момент времени по следующей формуле:
С = Со ∙ (1 - x) ,
(31)
где х- степень превращения, доли единицы; Со- начальная концентрация
обезвреживаемого вещества.
При условии, что ПДКмр для ацетона составляет 300 мг/м3, то
необходимая степень превращения для ацетона до достижения безопасных
концентраций составит:
х = (Со - С) / Со = (1000 - 300) / 1000 = 0,7.
В соответствии с моделью реактора идеального вытеснения (уравнение
30) модель реактора дожига может быть записана следующим образом:
(
(
))
(
)
(
57
)
(32)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
или после преобразований:
(
(
)
)
(33)
после интегрирования:
-ln(1-x) = L / U ∙ kо ∙ ехр(-9900/T) .
(34)
Таким образом, длина (высота) слоя засыпки катализатора НТК-4 для
осуществления дожига ацетона до предельно допустимых концентраций
составит:
L = - U ∙ kо ∙ ехр(-9900/T) ∙ ln(1-x) = 7,643∙ 10-3 ∙ 1,757 ∙ 107 ехр(-9900/573) ∙
ln(1 - 0,7) = 5,0 ∙ 10-3 м = 5 мм,
где скорость газовой смеси рассчитывается по следующей формуле:
U = V / S = 8,33 ∙ 10-8 / 7,85 ∙ 10-5 = 7,643 ∙ 10-3 м/с,
где V- объемный расход газовой смеси 5 мл/мин= 36 ∙ 10-6/60 = 6,0 ∙ 10-7 м3/с;
S- площадь сечения реакторной трубки, м2;
S = 3,14 ∙ D2 / 4 = 3,14 ∙ (1 ∙ 10-2)2 / 4 = 7,85 ∙ 10-5 м2.
5.4.2. Ход выполнения работы
1. Изучить схему экспериментальной установки (рис. 6), правила безопасной
работы на установках, изучить порядок работы на фотоэлектроколориметре
КФК-2МП и УГ-2 (инструкции прилагаются).
2.
Произвести
предварительный
теоретический
расчет
реактора
в
соответствии с п.5.4.1.
3. Собрать установку в соответствии с рисунком 6, предварительно поместив
в кварцевый реактор изучаемый катализатор, закрепив его с обеих сторон
металлической сеткой; поместив в соответствующий сосуд для барботажа 2
исследуемое вещество. Исследуемое вещество предварительно разбавляется
водой с соотношением 1:1000.
4. Включить микрокомпрессор 1 для барботажа в сосуде 2 с исследуемым
веществом, где происходит парообразование углеводорода.
58
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
5. Установить регулировочными винтами микрокомпрессора 1 требуемый
расход паро-воздушной
смеси, мл/с, на расходомере 5 в соответствии с
калибровочным графиком или по уравнению:
для манометра 1 h = -8,04 + 109 · V,
для манометра 2 h = 0,558 + 34,8 · V,
где h- перепад давления на манометре, мм; V- объемный расход, задаваемый
преподавателем, мл/с.
6. Провести анализ паровоздушной смеси на содержание целевого
компонента в исходной смеси: на фотоколориметре - формальдегид;
на УГ-2 - ацетон, диэтиловый эфир.
7. Включить печь 4 через трансформатор 6, установив заданные расход на
расходомере 5 и температуру в кварцевом реакторе 3 (контролировать с
помощью термопары 8 и миливольтметра 9). Значение температуры
устанавливается по калибровочному графику или по уравнению:
ЭДС = -0,582 + 0,036 · T,
где ЭДС- показания стрелки на миливольтметре 9, мВ; T- температура,
задаваемая преподавателем, оС.
Таблица 11
Таблица результатов эксперимента процесса каталитической очистки
воздуха от ЛОС
Но- Температура Расход
Объем
Высота Концен- Степень
мер в реакторе, оС воздуха, катализа-
слоя
трация
превра-
опы-
мл/мин тора, см катализа- загрязни- щения, %
та
тора, см
ПДКмр
ПДКСС
теля
8. Пропуская исходную паровоздушную смесь через реактор 3 при рабочей
температуре, отбирать пробы очищенного воздуха в сосудах 7 при
проведении определения формальдегида или подключить УГ-2 (10) с
59
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
соответствующей индикаторной трубкой 11 при определении диэтилового
эфира или ацетона.
Рис. 6. Схема лабораторной установки каталитического окисления ЛОС:
1 - микрокомпрессор; 2 - сосуд для парообразования исследуемого вещества;
3 - кварцевый реактор; 4 - печь сопротивления; 5 - расходомер; 6лабораторный трансформатор; 7 – поглотительные сосуды для получения
образцов на анализ; 8- термопара; 9 - милливольтметр; 10 - УГ-2; 11индикаторная трубка
9. Провести анализ на содержание целевого компонента в соответствии с
методикой определения формальдегида (пп 5.5.) или правилами работы на
УГ-2.
60
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
10. Рассчитать рабочие параметры процесса каталитической очистки
углеводородов в соответствии с табл. 11.
11. Изменить условия очистки (по заданию), повторить эксперимент.
12. Сделать заключение по результатам проведенной лабораторной работы.
13. По окончании работы отключить электрооборудование, привести рабочее
место в порядок.
5.4.3. Используемое оборудование, приборы, посуда и реактивы
Приборы:
1) микрокомпрессор;
2) секундомер по ГОСТ 5072-79, класс точности 3;
3) поглотительные приборы;
4) расходомер;
5) лабораторный трансформатор;
6) миливольтметр;
7) печь сопротивления;
8) кварцевый реактор;
9) термопара хромель-алюмелевая с диапазоном измерения температур от 50
до 800oC, класс точности 0.5;
10) колориметрические пробирки;
11) пипетки на 1 мл с ценой деления 0,01 мл 2-го класса по ГОСТ 20292-74;
12) бюретка на 25 мл;
13) мерные колбы на 100 мл;
14) фотоэлектроколориметр КФК-2МП.
Реактивы:
а) серная кислота с плотностью 1,83 г/см3, разбавленная при соотношении
1:3;
б) едкий натр NaOH, 20% раствор;
в) йод, I2, 0,1 М раствор;
61
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
г) тиосульфат натрия,Na2S2O3 ∙5Н2О, 0,1 н. раствор;
д) крахмал, 0,5% раствор;
е) хромотроповая кислота. 1 г хромотроповой кислоты или ее динатриевой
соли растворяют в 100 мл воды;
ж) формалин.
5.5. Методика определения формальдегида
Формальдегид реагирует в кислой среде с хромотроповой кислотой,
образует
соединение,
окрашивающее
раствор
в
фиолетовый
цвет.
Содержание формальдегида определяют колориметрическим методом по
калибровочному графику. Чувствительность метода 0,3 мг/м3. ПДК
формальдегида в воздухе 1 мг/м3. Присутствие до 0,3 мг других
формальдегидов не мешает определению.
Приготовление стандартного раствора формальдегида
Готовят 1% раствор формалина, количество которого определяют
титрометрически. В колбу на 200 мл вводят 1 мл 1% формалина, приливают
10 мл воды и добавляют из бюретки 10 мл раствора йода. Затем по каплям
прибавляют раствор NaOH до получения светло-желтого окрашивания.
Оставляют на 10 мин, затем добавляют 2 мл 10% раствора НСl до полного
выделения йода, опять оставляют на 10 минут и затем оттитровывают
тиосульфатом натрия с крахмалом в качестве индикатора. В таких же
условиях оттитровывается и контрольный раствор. Разность между
объемами раствора тиосульфата, пошедшими на титрование контрольной
пробы и титрование раствора формалина, позволяет вычислить количество
йода, пошедшее на окисление. 1 мл 0,1 М раствора йода соответствует 1,5 мг
формальдегида.
Определив количество формальдегида в растворе, соответствующим
разбавлением готовят стандартный раствор, содержащий формальдегид 2
мг/мл, а из него готовят раствор, содержащий 0,01 мг/мл.
62
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Построение калибровочного графика
В 5-6 колориметрических пробирок на 10 мл помещают определенное
количество стандартного раствора формальдегида и соответствующее
количество воды так, чтобы суммарный их объем равнялся 2,7 мл. Далее
добавляют в каждую пробирку по 0,4 мл хромотроповой кислоты (1г
хромотроповой кислоты или ее динатриевой соли растворяют в 100 мл воды
и по 1,9 мл Н2SO4 (d=1,83)). Пробирки закрывают пробками и помещают в
кипящую водяную баню на 30 минут. После охлаждения определяют
оптическую плотность растворов на спектрофотометре при длине волны
l=584 нм и толщине кюветы L=0,497 см. Строится калибровочный график в
координатах «оптическая плотность - концентрация формальдегида».
Таблица 12
Получение стандартной шкалы для определения формальдегида
Номер
колориметрической
пробирки
0
1
2
3
4
5
6
стандартный
раствор,
содержащий 0,01
мг/мл
формальдегида, мл
0,00
0,05
0,10
0,15
0,25
0,35
0,45
Добавляемые реагенты
вода, мл
хромотросерная
повая
кислота во
кислота во
все
все
пробирки,
пробирки, мл
мл
2,7
2,65
2,60
2,55
2,45
2,35
2,25
0,4
0,4
0,4
0,4
0,4
0,4
0,4
1,9
1,9
1,9
1,9
1,9
1,9
1,9
содержание
формальдегида, мг.
0,0000
0,0005
0,0010
0,0015
0,0025
0,0035
0,0045
Определение содержания формальдегида в выбросах в атмосферу
5 (20) л исследуемого воздуха со скоростью (1 л/мин) протягивают через
два поглотительных сосуда Зайцева, содержащих по 5 мл дистиллированной
воды.
63
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Поглощение формальдегида из воздуха основано на его хорошей
растворимости в воде с образованием водного раствора формальдегида.
В колориметрические пробирки на 10 мл вносят 2,7 мл раствора из
поглотительного сосуда. Далее приливают растворы как при построении
калибровочного
графика
(за
исключением
стандартного
раствора
формалина) и нагревают на водяной бане. При наличии формальдегида
образуется фиолетовое окрашивание раствора. Интенсивность окраски,
которая
характеризуется
оптической
плотностью,
пропорциональна
концентрации формальдегида. По величине оптической плотности по
калибровочному графику находят содержание формальдегида в пробе.
Расчет концентрации формальдегида, мг/м3, в воздухе производят по
формуле:
,
(35)
где а - количество исследуемого раствора (в поглотительных сосудах), мл;
q - количество вещества, найденное в анализируемом объеме, мг; b – количество исследуемого раствора, взятое на анализ, мл; Vо - объем исследуемого
воздуха, приведенный к нормальным условиям, дм3, по формуле:
(
)
,
(36)
где Р- барометрическое давление, мм рт. ст.; Т- температура опыта, оС.
Определение содержания формальдегида проводят по 2-3 параллельным
пробам, конечный результат определяют как среднее арифметическое.
5.6. Задания к лабораторной работе «Каталитическое окисление
углеводородов перед выбросом в атмосферу»
1. Научиться готовить газо-воздушную смесь, содержащую вещество A и
определять концентрацию его в газо-воздушной смеси.
2. Произвести очистку газо-воздушной смеси на катализаторе НТК-4 при
температурах каталитического слоя Т1, Т2, Т3
воздушной смеси Р1, Р2, Р3 мл/мин.
64
о
С. Расход газо-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рассчитайте степень очистки газо-воздушной смеси от указанного
вещества и определите возможность выброса данного вещества в атмосферу
населенного пункта Z или необходимость дальнейшей очистки газовоздушной смеси от вещества А. ПДКмр приведены в нормативной
документации (см. список литературы), а именно «Перечень и коды веществ,
загрязняющих атмосферный воздух. – Изд. 7-е. – СПб.: Интеграл, 2008».
Если это необходимо, укажите, с помощью каких параметров можно
регулировать степень очистки модельной газо-воздушной смеси от вещества
А. Выброс осуществляется через трубу высотой F м, диаметром G м с
расходом H м3/с.
Таблица 13
Варианты заданий к лабораторной работе «Каталитическое окисление
углеводородов перед выбросом в атмосферу»
№
п/п
1
2
3
4
5
6
7
Показатель
Загрязняющее
вещество А
Температура
каталитического
слоя Т1, Т2, Т3 оС
Расход ГВС Р1,
Р2, Р3, мл/мин
Населенный пункт
Z
Высота трубы F, м
Диаметр трубы G,
м
Расход ГВС в
трубе Н, м3/с
Номер варианта
1
2
3
4
Диэтиловый Диэтиловый Диэтиловый Диэтиловый
эфир
эфир
эфир
эфир
300
200
100, 200,
300
100, 200,
300
5, 10, 15
10, 15, 20
10
20
Иваново
Мурманск
5
10
СанктПетербург
20
Ростов-наДону
6
0,2
0,5
0,3
0,4
5
15
2,5
10
65
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 14
Варианты заданий к лабораторной работе «Каталитическое окисление
углеводородов перед выбросом в атмосферу»
№
п/п
1
2
3
4
5
6
7
Показатель
Загрязняющее
вещество А
Температура
каталитического
слоя Т1, Т2, Т3 оС
Расход ГВС Р1,
Р2, Р3, мл/мин
Населенный пункт
Z
Высота трубы F, м
Диаметр трубы G,
м
Расход ГВС в
трубе Н, м3/с
Номер варианта
6
7
5
8
Ацетон
Ацетон
Ацетон
Ацетон
300
200
100, 200,
300
100, 200,
300
5, 10, 15
10, 15, 20
10
20
Иваново
Мурманск
5
10
СанктПетербург
20
Ростов-наДону
6
0,2
0,5
0,3
0,4
5
15
2,5
10
6. Лабораторная работа «НЕЙТРАЛИЗАЦИЯ СТОЧНЫХ ВОД»
6.1. Цель работы
1.
Изучить
способы
нейтрализации
сточных
вод,
применяемые
в
производстве.
2. Освоить методику подбора реагентов для нейтрализации сточных вод и
расчета их необходимого количества в случае содержания в них кислот,
щелочей, тяжелых металлов.
3. Научиться оценивать количество (массу и объем) осадка, образующегося
при нейтрализации сточных вод.
4. Ознакомиться с нормативными требованиями по изменению активной
реакции сточных вод при сбросе их в водоемы и систему городской
канализации.
66
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
6.2. Содержание работы
Расчет необходимой степени очистки сточных вод по изменению
активной реакции воды; расчет необходимого количества реагентов для
нейтрализации; проведение нейтрализации образцов стоков с контролем рН
среды; оценка количества образующегося осадка и возможность его
утилизации.
6.3. Основные положения
Сточные воды, содержащие минеральные кислоты или щелочи, перед
сбросом их в водоемы или перед использованием в технологических
процессах нейтрализуют. Согласно санитарным правилам в водоемах всех
видов водопользования в расчетных створах изменение величины рН не
должно выходить за пределы 6,5 - 8,5.
Нейтрализацию сточных вод осуществляют различным образом:
а) смешением кислых и щелочных сточных вод, если таковые имеются на
одном или соседних предприятиях;
б) добавлением реагентов, в качестве которых могут быть использованы
минеральные щелочи калия и натрия, карбонаты натрия, кальция и магния,
аммиачная вода и гидроксид кальция (известковое молоко) с содержанием
активной извести (СаО) 5-10%;
в) фильтрованием через нейтрализующие материалы;
г) абсорбцией кислых или щелочных дымовых или отходящих газов.
Количество сухого вещества (кг/м3), образующегося при нейтрализации
1 м3 сточных вод, содержащих Н2SO4 и соли тяжелых металлов:
M = (100 - А) / А∙(А1 + А2) + А3 + (Е1 + Е2 + 2),
(37)
где А- содержание активной СаО, %; А1- количество активной СаО,
необходимой для осаждения металлов, кг/м3; А2- количество активной СаО,
необходимой для осаждения серной кислоты, кг/м3; Е1- количество СаSО4,
67
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
образующейся при осаждении металлов, кг/м3; Е2 - количество СаSО4,
образующейся при осаждении серной кислоты, кг/м3;
Объем образующегося осадка при нейтрализации 1 м3 сточных вод
рассчитывают по формуле:
W = 10 ∙ M / (100 - f),
(38)
где f- влажность образующегося осадка, %.
6.4. Экспериментальная часть
6.4.1. Ход выполнения работы
1. Ознакомиться со схемой экспериментальной установки (рис. 7).
2. Изучить принцип действия и правила работы на рН-метре типа «Иономер
И-130» (инструкция прилагается).
3. В соответствии с полученным заданием рассчитать:
- необходимую степень очистки сточной воды по изменению активной
реакции воды (в соответствии с методическими указаниями N 129);
- количество реагентов для нейтрализации сточных вод (с учетом
содержащихся по заданию количеств) [8, 9].
- количество образующегося при нейтрализации осадка (методику расчета
смотри по литературе [8, 9]
4. Приготовить исходный образец сточной воды или взять реальную пробу.
5. С помощью промышленного автоматического рН-метра рН-220 измерить
активную реакцию исходной сточной воды (взять необходимые количества
стока и залить в измерительную ячейку 3).
6. Разделить количество выбранного реагента на 5 частей (5 порций).
7. В смесителе- нейтрализаторе 2 провести смешение заданного объема
сточной воды с 1-й порцией выбранного нейтрализующего реагента (при
перемешивании механической мешалкой 1).
68
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
8. По истечении 5 минут перемешивания остановить мешалку 1 и отобрать
порцию нейтрализуемой сточной воды в измерительную ячейку 3.
Выполнить измерение рН.
Рис. 7. Схема установки нейтрализации сточных вод:
1- мешалка с двигателем; 2- смеситель-нейтрализатор; 3- ячейка для
измерения рН; 4- стеклянный электрод; 5- хлорсеребряный электрод; 6усилитель; 7- блок преобразования; 8- регистрирующий прибор
9. Повторить процесс нейтрализации сточной воды с пункта 7 со всеми 5-ю
порциями реагента.
10. По истечении необходимого времени для отстаивания осадка (15-30)
минут после выключения мешалки 1 отобрать необходимое количество
нейтрализованного стока и провести измерение его рН.
11. Отделить образовавшийся осадок фильтрованием на воронке Бюхнера
через бумажный фильтр с созданием разрежения водоструйным насосом;
оценить объем влажного осадка (по площади фильтра и высоте слоя).
12. Взвесить осадок на технических весах.
69
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
13. Высушить осадок, разложив его на кальке в сушильном шкафу при
температуре 120 – 130 оС до постоянного веса.
14. Рассчитать влажность осадка, его объем в сухом виде.
15. Предложить способы утилизации осадка.
16. Сделать выводы по работе.
17. По окончании работы привести в порядок рабочее место.
6.4.2. Используемое оборудование, приборы, посуда и реактивы
1) мешалка с двигателем;
2) стеклянный электрод;
3) хлорсеребряный электрод;
4) рН-метр рН-220;
5) смеситель-нейтрализатор;
6) ячейка для измерения рН;
7) секундомер.
6.5. Задания к лабораторной работе «Нейтрализация сточных вод»
1. Приготовить 500 мл модельной сточной воды, содержащей вещество
В1, концентрацией S г/л.
2. Рассчитать количество нейтрализующего вещества В2 грамм,
необходимого для нейтрализации модельной сточной воды по уравнению
реакции. Нейтрализовать модельную сточную воду в аппарате с мешалкой,
разбив навеску вещества В2 на 5 частей и, поочередно добавляя каждую
часть нейтрализующего вещества, измерить значение рН раствора.
Оцените возможность сброса нейтрализованной модельной сточной
воды в водоем рыбохозяйственного водопользования. Укажите нормативное
значение
рН
для
водоемов
рыбохозяйственного
назначения.
Если
необходимо, предложите метод дальнейшей доочистки.
Плотность концентрированных кислот: HCl ≈ 1,19 г/см3; H2SO4 ≈ 1,83 – 1,84
г/см3; H3PO4 ≈ 1,6 – 1,7 г/см3; HNO3 ≈ 1,41 г/см3.
70
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 15
Варианты заданий к лабораторной работе «Нейтрализация сточных вод»
Номер варианта
1
2
3
4
5
6
7
В1
HCl
H2SO4
H3PO4
HNO3
HCl
H3PO4
H2SO4
В2
CaCO3
Mg(OH)2
Na2CO3
Al(OH)3
MgO
CaCO3
CaCO3
S
10
5
15
20
10
8
15
7. Лабораторная работа «ПРОЦЕССЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ
ОЧИСТКИ ПРИРОДНЫХ И СТОЧНЫХ ВОД ОТ ВЗВЕШЕННЫХ
ВЕЩЕСТВ»
7.1. Цель работы
1. Изучение причин загрязнения природных и сточных вод взвешенными
веществами, их влияние на качество воды и нормативные требования по
взвешенным веществам.
2. Изучение физико-химических основ и закономерности методов очистки
воды от взвешенных веществ.
3. Изучение методов очистки воды от взвешенных веществ (отстаивание,
коагуляция, фильтрация, осветление и т.п.) и обоснование их выбора.
4. Освоение методик определения эффективности методов очистки воды от
взвешенных веществ и расчет размеров аппаратов для проведения этих
процессов.
5. Освоение методик контроля процессов очистки воды от взвешенных
веществ.
7.2. Содержание работы
Определение характера взвешенных веществ в воде, их количества,
экспериментальное определение параметров очистки воды от взвешенных
71
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
веществ гравитационным методом, обоснование и выбор метода очистки
(определение его эффективности, при необходимости количества и размеров
аппаратов
для
проведения
этих
процессов
в
реальных
условиях).
Экспериментальная оценка качества воды после очистки.
7.3. Основные положения
Промышленные и бытовые сточные воды содержат взвешенные
частицы растворимых и нерастворимых веществ. В зависимости от размера
частиц дисперсные системы подразделяются:
-грубодисперсные (размер частиц более 0,1 мкм);
-коллоидные с размером частиц от 1 нм до 0,1 мкм;
-истинные растворы с размером частиц, соответствующим отдельным
молекулам.
Выбор метода очистки сточных вод зависит во многом от размера
частиц, имеющихся примесей, физико-химических свойств и концентрации
взвешенных веществ, расхода сточных вод и необходимой степени очистки.
Согласно санитарным правилам для водоемов общехозяйственного
назначения при сбросе сточных вод в расчетных створах увеличение
концентрации взвешенных веществ не должно происходить более чем на 7,5
мг/л, а для водоемов рыбохозяйственного назначения- на 2,5 мг/л.
Для удаления из сточных вод взвешенных веществ на начальном этапе
применяют механическую очистку. Механическая очистка сточных вод
обычно предшествует биологической или физико-химической очистке. В
сооружениях для механической очистки сначала отделяются наиболее
крупные загрязнения (решетки, сита), затем тяжелые взвеси (песколовки) и
на заключительном этапе - основная масса тонкодиспергированных
нерастворимых загрязнений (отстойники, осветлители).
Для
расчета
отстойников)
аппаратов
важным
механической
расчетным
72
очистки
показателем
(и
в
частности
является
величина
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
гидравлической
крупности.
Гидравлическая
крупность
частиц
представляет собой некую фиктивную минимальную скорость осаждения
частиц определенного размера. Расчетная формула для гидравлической
крупности запишется следующим образом:
(
)
,
(39)
где Н- глубина проточной части в отстойнике, м; К- коэффициент
использования проточной части отстойника, для вертикального отстойника
с центральной трубой- 0,35,
горизонтального
–
0,5;
диагонального – 0,4, радиального – 0,45,
t-
продолжительность
отстаивания,
с,
соответствующая заданному эффекту очистки и полученная в лабораторном
цилиндре в слое h=0,5 м (табл. 16); n- показатель степени, учитывающий
агломерацию взвеси сточных вод, в зависимости от степени осветления
принимается по табл. 16.
Таблица 16
Зависимость эффективности осветления от продолжительности отстаивания
Эффект
осветления,
%
0
30
40
50
60
70
Продолжительность отстаивания t; с, в слое
h=0,5 м при концентрации взвешенных
веществ, мг/л
200
300
400
600
540
480
960
900
840
1440
1200
1080
2160
1800
1500
7200
3600
2700
--7200
n
---0,15 – 0,38
0,20 – 0,4
0,10 – 0,25
Если температура сточной воды отличается от нормальных условий, то
гидравлическая крупность пересчитывается:
Uоt = mну / mt ∙ uо .
(40)
По полученной гидравлической крупности можно рассчитать, в
частности, производительность горизонтального отстойника:
Q = 3,6 ∙ К ∙ L ∙ В ∙ (uо - n),
73
(41)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
где L- длина отстойника, м.; В- ширина отстойника, м; n- турбулентная
составляющая, 0-0,1 мм/с.
Количество
(м3/ч),
осадка
образующегося
при
отстаивании,
рассчитывается по формуле:
(
(
)
)
,
(42)
где Сисх, Скон- начальные и конечные концентрации взвешенных веществ на
входе и выходе из отстойника, мг/л; f- влажность осадка, %; g- плотность
осадка, г/см3;
7.4. Экспериментальная часть
7.4.1. Ход выполнения работы
1. Получить для работы образец сточной воды, содержащей взвешенные
загрязняющие вещества, определить характеристики их и концентрацию
путем фильтрации пробы (100 мл воды через фильтр "белая лента" и
высушивания до постоянной влажности).
2. Экспериментально на установке изучить параметры процесса очистки
воды от взвешенных частиц гравитационным методом. Для этого вода со
взвешенными веществами после тщательного перемешивания разливается по
пробиркам по 30 мл (12 шт.) и отмечается время начала опыта.
3. Через 15 минут записывается высота осадка в 1-й пробирке, отстоявшийся
водный слой сливается, а осадок, как можно полнее, переносится на воронку
Бюхнера и отфильтровывается через фильтр «белая лента», взвешивается и
высушивается в сушильном шкафу при температуре 105-110
постоянного веса. Эта операция проводится
о
С до
со всеми пробирками
последовательно, отмечается время и высота отстоя. После сушки фильтры
очищаются от осадков и взвешиваются. По разности весов фильтров с
осадками после сушки и весом очищенных фильтров определяется вес
осадков. Полученные результаты заносятся в таблицу экспериментальных
данных.
74
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
4. По результатам опытов строится график зависимости h=f(t) и m=f(t), где
h- высота слоя осадка в пробирке, мм, а m- масса осадка, г. Выполняется
расчет гидравлической крупности взвешенных веществ по формуле,
необходимой для размеров аппаратов (отстойников вертикального или
горизонтального типа). Рассчитывается теоретически также степень очистки
отстаивания при времени осаждения, найденного экспериментальным путем.
5. Выполняется анализ воды на концентрацию взвешенных веществ после
ее очистки и рассчитывается эффективность этого процесса.
6. Изучается возможность
повышения
эффективности
процесса путем
введения коагулянтов (Аl2(SO4)3, FeСl3, полиакриламид), то есть опыт
повторяется при введении в воду раствора флокулянта.
7. Даются количественная и качественная характеристики осадков (объем,
масса, содержание воды, плотность и т.п.).
8. Рассчитываются размеры аппаратов для проведения процесса очистки
воды от взвешенных частиц и обосновывается их выбор.
9. По работе делаются выводы.
7.4.2. Используемое оборудование, приборы, посуда и реактивы:
1) секундомер по ГОСТ 5072-79, класс точности 3; 2) пробирки на 50 мл, 12
шт; 3) воронка Бюхнера; 4) вакуумный насос; 5) фильтр "белая лента";
6) весы технические.
Список литературы
1. ГН 2.2.5.1313-03 . Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных
веществ в воздухе рабочей зоны.
2.
ГН
2.1.6.1338-03
Предельно
допустимые
концентрации
(ПДК)
загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест.
3.
ГН
2.1.5.1315-03.
Предельно
допустимые
концентрации
(ПДК)
химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и
культурно-бытового водопользования.
75
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
4. Приказ от 18 Января 2010 г. № 20 «Об утверждении нормативов качества
воды водных объектов рыбохозяйственного значения, в том числе
нормативов предельно допустимых концентраций вредных веществ в водах
водных объектов рыбохозяйственного значения».
5. Карюхина Т.А. Химия воды и микробиология / Т.А. Карюхина,
И.Н. Чурбанова.- М: Стройиздат, 1974.- 265 с.
6. Контроль качества воды.- М: Стройиздат, 1986.
7. СНиП 2.04.03-85 Канализация. Наружные сети и сооружения. М.:
Стройиздат, 1986.
8. СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. М.:
Стройиздат, 1985.
9. Правила приёма производственных сточных вод в системе канализации
населённых пунктов. М.; 1985.
10. Правила охраны поверхностных вод, М.; 1991.
11. Родионов А.И. Техника защиты окружающей среды / А.И. Родионов.- М:
Химия, 1989.- 512 с.
Громогласов
А.А.
Водоподготовка:
А.А. Громогласов,
А.С.
Копылов,
12.
А.П.
Процессы
Пильщиков;
и
аппараты/
под
ред.
О.И. Мартыновой.- М.: Энергоатомиздат, 1990.- 272 с.
13. Справочник по очистке природных и сточных вод/ Л.Л. Пааль, Я.Я. Кару,
Х.А. Мельдер, Б.Н. Репин.- М.: Высш. шк., 1994.- 336 с.
14. Попова Н.М. Катализаторы очистки газовых выбросов промышленных
производств/ Н.М. Попова.- М: Химия, 1991.- 176 с.
15. Бесков В.С. Моделирование каталитических процессов и реакторов/
В.С. Бесков, В. Флокк.- М: Химия, 1991.- 256 с.
16. Экология и катализ. Сборник научных трудов. -Новосибирск: Наука.1990.- 152 с.
17. Очистка производственных сточных вод/ С.В. Яковлев [и др.].- М:
Стройиздат.- 1985.
76
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение................................................................................................................... 3
1. Лабораторная работа «Изучение технологии очистки газовых выбросов
методом адсорбции» ............................................................................................... 8
1.1. Цель работы .................................................................................................. 8
1.2. Содержание работы ..................................................................................... 8
1.3. Основные положения .................................................................................. 8
1.4. Экспериментальная часть ......................................................................... 11
1.5. Методика определения ацетона ............................................................... 14
1.6. Задания к лабораторной работе «Изучение технологии очистки
газовых выбросов методом адсорбции» ......................................................... 16
2. Лабораторная работа «Изучение технологии электрокаталитической
очистки сточных вод от красителей и поверхностно-активных веществ» ..... 18
2.1. Цель работы ................................................................................................ 18
2.2. Содержание работы ................................................................................... 18
2.3. Основные положения ................................................................................ 18
2.4. Экспериментальная часть ......................................................................... 21
2.5.
Задания
к
лабораторной
электрокаталитической
очистки
работе
сточных
«Изучение
вод
от
технологии
красителей
и
поверхностно-активных веществ» .................................................................. 23
2.6. Методика фотоколориметрического определения
красителей и
поверхностно-активных веществ .................................................................... 25
3. Лабораторная работа «Изучение технологии обогащения очищенных
сточных вод кислородом и соблюдения температурного режима при сбросе
стоков» ................................................................................................................... 25
3.1. Цель работы ................................................................................................ 25
3.2. Содержание работы ................................................................................... 26
3.3. Основные положения ................................................................................ 26
3.4. Экспериментальная часть ......................................................................... 29
77
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3.5. Задания к лабораторной работе «Изучение технологии обогащения
очищенных сточных вод кислородом и соблюдения температурного
режима при сбросе стоков».............................................................................. 31
3.6. Методика определения растворенного кислорода ................................. 32
4. Лабораторная работа «Очистка сточных вод от ионов тяжелых металлов
или хлорид-ионов ионообменными методами»................................................. 34
4.1. Цель работы ................................................................................................ 34
4.2. Содержание работы ................................................................................... 35
4.3. Основные положения ................................................................................ 35
4.4. Экспериментальная часть ......................................................................... 40
4.4.1. Пример расчета ................................................................................... 40
4.4.2. Ход выполнения работы..................................................................... 41
4.4.3. Используемое оборудование, приборы, посуда и реактивы .......... 43
4.5. Задания к лабораторной работе «Очистка сточных вод от ионов
тяжелых металлов или хлорид-ионов ионообменными методами» ............ 43
4.6. Методики определения ионов после ионообменной очистки............... 45
4.6.1. Определение содержания меди в растворе ...................................... 45
4.6.2. Определение содержания цинка в растворе ..................................... 47
4.6.3. Определение содержания никеля в растворе ................................... 48
4.6.4. Определение суммарного содержания хрома в растворе ............... 50
4.6.5. Определение хлорид-ионов в воде .................................................... 51
5. Лабораторная работа «Каталитическое окисление углеводородов перед
выбросом в атмосферу»....................................................................................... 53
5.1. Цель работы ................................................................................................ 53
5.2. Содержание работы ................................................................................... 54
5.3. Основные положения ................................................................................ 54
5.4. Экспериментальная часть ......................................................................... 57
5.4.1. Пример расчета изотермического каталитического реактора
идеального вытеснения для окисления углеводородов ............................ 57
78
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
5.4.2. Ход выполнения работы..................................................................... 58
5.4.3. Используемое оборудование, приборы, посуда и реактивы .......... 61
5.5. Методика определения формальдегида ................................................... 62
5.6.
Задания
к
лабораторной
работе
«Каталитическое
окисление
углеводородов перед выбросом в атмосферу» .............................................. 64
6. Лабораторная работа «Нейтрализация сточных вод» ................................... 66
6.1. Цель работы ................................................................................................ 66
6.2. Содержание работы ................................................................................... 67
6.3. Основные положения ................................................................................ 67
6.4. Экспериментальная часть ......................................................................... 68
6.4.1. Ход выполнения работы..................................................................... 68
6.4.2. Используемое оборудование, приборы, посуда и реактивы .......... 70
6.5. Задания к лабораторной работе «Нейтрализация сточных вод» .......... 70
7. Лабораторная работа «Процессы и оборудование для очистки природных и
сточных вод от взвешенных веществ»................................................................ 71
7.1. Цель работы ................................................................................................ 71
7.2. Содержание работы ................................................................................... 71
7.3. Основные положения ................................................................................ 72
7.4. Экспериментальная часть ......................................................................... 74
7.4.1. Ход выполнения работы..................................................................... 74
7.4.2. Используемое оборудование, приборы, посуда и реактивы: ......... 75
Список литературы ............................................................................................... 75
Оглавление ............................................................................................................. 77
79
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Учебное издание
Кобелева Наталья Александровна
Буймова Светлана Александровна
Царев Юрий Валерьевич
ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ
по курсу «Промышленная экология»
Учебное пособие
Редактор В.Л. Родичева
Подписано в печать 07.06.2011. Формат 60х84 1/16. Бумага писчая.
Усл. печ. л. 4,65. Уч. -изд. л. 5,16. Тираж 50 экз. Заказ
Ивановский государственный химико-технологический университет
Отпечатано на полиграфическом оборудовании кафедры экономики и
финансов ИГХТУ
153000, г. Иваново, пр. Ф. Энгельса, 7
80
Документ
Категория
Химические науки
Просмотров
369
Размер файла
1 756 Кб
Теги
практикум, экологии, промышленном, 2363, курс, лабораторная
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа