close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

KiprianovaKoltyshev1

код для вставкиСкачать
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное
образовательное учреждение высшего образования
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
АЭРОКОСМИЧЕСКОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КАЧЕСТВА СТОЧНЫХ ВОД
И ИХ ОЧИСТКА
ПРОМЫШЛЕННАЯ ЭКОЛОГИЯ
Часть II
Методические указания
по выполнению лабораторных работ
Санкт-Петербург
2017
Составители: Е. Н. Киприянова, А. Е. Колтышев
Рецензент – кандидат химических наук, доцент Ю. С. Николаев
Являются руководством к выполнению лабораторных работ по
дисциплине «Промышленная экология».
Выполнение лабораторных работ должно способствовать решению
важной прикладной задачи – научить будущих специалистов экологов проводить анализы природных и сточных вод, получить навыки
отбора проб и подготовки образцов к анализу, а также освоить методы
очистки сточных вод.
Методикам анализа предшествуют краткое изложение сущности
метода, сведения о реагентах и реактивах, необходимых для выполнения эксперимента. В конце работы даются указания по методам
расчета и обработки экспериментальных данных.
Выполнение приведенных работ способствует более глубокому усвоению курса.
Предназначены для студентов, обучающихся по направлению
20.03.01 – «Техносферная безопасность».
Публикуется в авторской редакции.
Компьютерная верстка Н. Н. Караваевой
Сдано в набор 22.05.17. Подписано к печати 26.09.17. Формат 60×84 1/16.
Усл. печ. л. 2,33. Тираж 50 экз. Заказ № 424.
Редакционно-издательский центр ГУАП
190000, Санкт-Петербург, Б. Морская ул., 67
© Санкт-Петербургский государственный
университет аэрокосмического
приборостроения, 2017
ВВЕДЕНИЕ
Техносфера – это искусственная оболочка Земли, часть биосферы, преобразованная людьми с помощью прямого и косвенного воздействия технических средств в целях удовлетворения потребностей человечества.
Промышленная экология – это прикладная наука о взаимном
влиянии промышленных объектов и окружающей среды, одна из
наук, изучающих сформированную человечеством техносферу.
Главной задачей промышленной экологии является решение проблемы рационального природопользования с целью эффективного
сочетания задач удовлетворения жизненных потребностей человека
с охраной и воспроизводством окружающей природной среды.
Одним из важнейших химических веществ на Земле является
вода, занимающая более 79% поверхности планеты. Из всего водного запаса в мире 97% воды приходится на долю морей и океанов.
Пресная вода – самая ценная, ее используют гораздо шире, чем
морскую, соленую. 2% пресных вод заключено в ледниках, и лишь
1% – это запасы пресной воды в озерах и реках, широко используемые во всех областях деятельности человека.
По данным статистики больше всего водные ресурсы задействованы в сельском хозяйстве (около 66% всех запасов пресной воды).
Около 25 % использует промышленность и всего 9% идет на удовлетворение нужд в коммунальной и бытовой сфере.
В крупных городах в среднем на 1 человека тратиться около
360 литров в сутки. Сюда входит использование воды в канализации, водопроводе, на полив улиц и тушение пожаров, на мытье автотранспорта и т. д.
Рост населения, развитие сельского хозяйства, промышленного
производства приводит к росту загрязнения природных вод.
Современные водные объекты, вследствие сброса в них сточных вод,
содержат большое количество разнообразных загрязняющих веществ,
поэтому контроль их содержания является актуальной задачей.
3
Выполняемые в рамках курса лабораторные работы позволят
глубже понять суть химических и физических процессов, происходящих при загрязнении воды, освоить методы анализа содержания
загрязняющих веществ в природных и сточных водах.
Целью подготовки по данной дисциплине является повышение
экологической грамотности студентов. В плане становления научного мировоззрения студентов – будущих инженеров-экологов, программа призвана способствовать углублению представлений о подходах к изучению живой и неживой природы.
Дисциплина нацелена на формирование у обучающихся следующих профессиональных компетенций:
– способность проводить измерения уровней опасностей в среде
обитания, обрабатывать полученные результаты, составлять прогнозы возможного развития ситуации;
– способность определять нормативные уровни допустимых негативных воздействий на человека и окружающую среду;
– и прочих навыков и компетенций.
В процессе изучения курса студент должен заниматься самостоятельной работой, изучать теоретический материал дисциплины,
выполнять лабораторные работы, подготовиться к экзамену.
4
Лабораторная работа № 1.
ОТБОР ПРОБ ВОДЫ. ВИДЫ ПРОБ
Цель работы: изучить виды проб и их характеристики в зависимости от цели исследований, а также отбор проб воды, методы отбора проб воды из различных природных источников и сточных вод.
Теоретическое обоснование
Целью отбора проб является получение пробы, отражающей качество (состав и свойства) исследуемой воды [1,2].
Природные воды
Отбор проб природных вод проводят для:
– исследования качества воды для принятия корректирующих
мер при обнаружении изменений кратковременного характера;
– исследования качества воды для установления программы исследований или обнаружения изменений долгосрочного характера;
– определения состава и свойств воды по показателям, регламентированным в нормативных документах (НД);
– идентификации источников загрязнения водного объекта.
Для правильной оценки качества воды в водоеме, водотоке, характеристики их химико-биологического состояния, степени загрязнения и т. д. требуется выполнить, по крайней мере, два условия:
– обеспечить представительность или репрезентативность проб;
– выполнить удовлетворительный анализ некоторого минимума
проб воды из этого водоема или водотока.
Неправильный выбор пунктов, горизонтов, времени наблюдений, ошибки в организации и технике отбора проб приводят даже к
более серьезным и неисправимым искажениям получаемой информации, чем некорректный анализ.
Под репрезентативностью (представительностью) проб понимают их соответствие поставленной задаче как по количеству и объему, так и по выбранным точкам и времени отбора, а также по технике отбора, предварительной обработке, условиям хранения и транспортировки.
Сточные воды
Отбор проб сточных вод проводят для:
– изучения количественного и качественного состава сточных вод;
–изучения изменений состава сточных вод во времени (оценка
тенденций);
5
– расчета массы сброса загрязняющих веществ в единицу времени;
– оценки эффективности сооружений по очистке сточных вод,
иных водоохранных мероприятий;
– управления процессом очистки сточных вод.
Принципы отбора представительных проб
Природные воды
Проба должна представлять водоем или определенную его часть
и характеризовать состояние воды за определённый промежуток
времени. Одиночная малая проба может считаться характерной для
большой водной массы в зависимости от следующих факторов:
– однородности отбираемой водной массы;
– размера отдельных проб;
– способа отбора.
Кроме того, предварительная обработка, транспортировка и хранение проб должны производиться таким образом, чтобы в содержании и составе определяемых компонентов и свойствах воды не
происходило существенных изменений.
Отбор представительных проб должен учитывать:
– специфику водоема (морфология, гидрология, характер водосбора и т. д.), т. е. все, что определяет выбор места и частоту отбора
проб;
– специфику определяемых веществ, т. е. все, что определяет физические, химические и биологические свойства водного объекта.
Сточные воды
Пробы сточных вод должны отбираться:
– из хорошо перемешанных потоков, вне зон действия возможного подпора;
– из водоотводящих устройств для контроля НДС и контроля эффективности процесса очистки.
Места отбора проб сточных вод должны быть максимально приближены к точке сброса.
При выборе места и конкретных точек отбора проб в водном объекте, куда ведется сброс сточных вод, необходимо учитывать расстояние, которое требуется для полного смешивания сточных вод
с принимающими водами (контрольный створ).
Одновременно следует учитывать доступность места отбора проб
при любых погодных условиях, удалённость от лаборатории, выполняющей анализ, трудоёмкость отбора проб, вопросы безопасности.
6
Виды проб
ГОСТ 31861-2012 «Общие требования к отбору проб» устанавливает следующие виды проб:
Точечные пробы – отбор точечных проб применяют, когда поток
воды не однороден; значения определяемых показателей не постоянны; использование составной пробы делает неясными различия
между отдельными пробами; при исследовании возможного наличия загрязнения или для определения времени (в случае автоматического отбора проб) его появления, а также при проведении обширной программы отбора проб.
Периодические пробы – отбираются или через определенные промежутки времени, или на определенных участках течения. Метод
отбора применяют, если изменения в составе воды и скорость потока не взаимосвязаны.
Непрерывные пробы – это наиболее точный метод отбора проб
проточной воды, если скорость потока и концентрация определяемых показателей изменяются значительно.
Серийные пробы – серия проб воды, отобранных на различных
глубинах исследуемой воды в конкретном месте или на определенной глубине в различных местах.
Составная проба – составные пробы применяют в случаях, когда требуются усредненные данные о составе воды. Составную пробу не следует применять для определения веществ и характеристик
воды, легко подвергающихся изменениям (растворенные газы, pH
и т. д.). Эти определения делают в каждой составляющей пробы отдельно. Составную пробу нельзя использовать и в том случае, если
состав воды значительно изменяется во времени.
Пробы большого объема – это пробы объемом от 50 дм3 до нескольких кубических метров.
Аппаратура и материалы
Тара для консервирования пробы.
Пробоотборники.
Техника пробоотбора
Природные воды
Место отбора пробы природных вод выбирают в соответствие
с целями анализа и на основании исследования местности. Чтобы
исключить влияние случайных факторов чисто местного характера, особенно внимательно надо обследовать притоки реки и источ7
ники загрязнения в её бассейне, находящиеся выше места взятия
пробы.
Реки, ручьи. В тех случаях, когда целью исследования не является поверхностный или придонный слой, пробу отбирают на глубине 20–30 см от поверхности и на таком расстоянии от дна, какое
допускает аппаратура для отбора пробы. Пробы отбирают или смешанные (составные) по глубине, или в ряде точек в поперечном сечении на стержне потока. Для малых потоков смешанная по глубине
проба обычно равнозначна пробе, взятой в центре потока.
Озера, водохранилища, пруды. При детальных исследованиях
пробы отбирают на станциях (разрезы, полуразрезы) по трехмерной
сетке как минимум на двух горизонтах: у поверхности (0,2–0,5 м)
и у дна (0,5 м). На промежуточных горизонтах пробы воды берут
в зависимости от существующего в это время распределения слоев
воды с различной температурой: одну пробу выше слоя температурного скачка, одну в слое скачка и одну ниже слоя температурного
скачка.
Атмосферные осадки. Отбор проб атмосферной воды целесообразно проводить вблизи или на метеоплощадках, где одновременно фиксируются метеоусловия. Осадкосборники необходимо размещать на высоте 2 м от поверхности земли с учетом преобладающего
направления ветра.
Частота отбора проб должна определяться изменчивостью концентрации интересующих ингредиентов, которые, в свою очередь, зависят от скорости физико-химических, биохимических и других процессов, режима сброса сточных вод, условий их разбавления и т. п.
На реках, имеющих рыбохозяйтсвенное значение, одна или две
гидрохимические съемки должны быть приурочены к периоду и местам нереста, массового нагула молоди или ската молоди.
На озерах сроки гидрохимических наблюдений устанавливаются в зависимости от колебаний уровня и температурного режима водоема.
Пробы воды следует брать в следующие важнейшие периоды:
– незадолго до вскрытия озера, т. е. при наименьшем уровне;
– в период обратной стратификации температуры воды;
– весной в период гомотермии.
В проточных озерах с большим колебанием уровня:
– при наивысшем уровне;
– в период летней стагнации;
– во время большего нагрева воды и низкого уровня;
– осень незадолго до ледостава.
8
Объем проб в зависимости от задачи исследования может варьировать от 1 – 2 до 15 л и более.
Водопроводные станции и краны
На водопроводных станциях пробы отбирают из выходной трубы
насосов или из сборных желобов. При отборе из резер­вуаров пробу
берут под поверхностью воды. Необходимо иметь в виду, что в резервуаре состав воды в различных слоях может быть неодинаковым.
Для отбора проб из водопроводного крана на него надевают резиновый шланг, конец которого опускают на дно бутыли для пробы. Медленно открывают кран до тех пор, пока вода не по­течет непрерывной струей толщиной около 0,5 см. После напол­нения сосуда
водой его оставляют еще некоторое время под краном, чтобы вода перетекала через край до установления по­стоянной температуры. Для определения содержания ток­сичных веществ (Си, РЬ и др.)
в воде, долго остававшейся в трубопроводе, пробу берут сразу после
открывания крана.
Сточные воды
Место для отбора проб производственных сточных вод уста­
навливают в зависимости от того, надо ли исследовать воду после
того или иного технологического процесса, или необходима характеристика воды, отражающая весь процесс производства в целом.
При спуске сточных вод в водоемы наряду с исследованием самих
стоков анализируют также воду в водоеме выше и ниже впадения
в него стока.
Пробы сточных вод, как и пробы из проточных водоемов, отбирают в местах наиболее сильного течения. При взятии пробы из сооружения следует учитывать возможность неравномерного распределения примесей по слоям. Если вода вытекает через отверстия или
водослив, пробу можно брать непосредственно из падающей струи.
Объём пробы сточных вод определяется исходя из количества,
требуемого для проведения всех необходимых исследований, зависит от вида и числа определяемых показателей, их концентрации
в водном объекте, применяемой методики определения.
Пробоотборные устройства
Для отбора проб воды из озер, водохранилищ, прудов и рек используют специальные пробоотборные устройства – батометры
различных конструкций. Основной частью батометра является открытый с обеих сторон цилиндрический сосуд вместимостью 1–3 л.
9
Он снабжен откидными закрывающимися сверху и снизу крышками, управляемыми пружинным механизмом. Крышки зафиксированы с помощью пружин в открытом положении. После погружения в воду на заданную глубину при помощи спускового устройства
крышки закрывают и сосуд с пробой поднимают на поверхность.
К батометрам предъявляются следующие требования:
– проходящая сквозь батометр вода не должна в нем задерживаться;
– батометр должен закрываться плотно, чтобы находящаяся в нем
проба не смешивалась с водой из других слоев;
– материал пробоотборника должен быть химически инертным
и исключать возможность загрязнения пробы не только определяемыми веществами, но и веществами, мешающими их определению.
Для взятия проб воды из рек, озер, водохранилищ чаще всего используют батометры системы Рутнера или Молчанова (рис. 1.1, 1.2).
В большинстве случаев можно отобрать пробу прямо в бутыль,
ведро (стальное, эмалированное) или другие емкости. Пробы воды
из источников и открытых водоемов с небольших глубин (0,5–1,0 м)
отбирают бутылью без всяких приспособлений; следят за тем, чтобы в пробу не попали механические примеси. При затрудненном
доступе к воде бутыль прикрепляют к шесту, снабженному держателем, или бутыль с дополнительным грузом опускают в воду
на тросе.
Рис. 1.1. Батометр Молчанова
10
Рис. 1.2. Батометр Рутнера
Методика и порядок выполнения работы
В табл. 1.1 приведены задания для выполнения. На примере
р. Каменка показано какая информация необходима для решения
вопроса об отборе проб воды из реки. Аналогично, для других водных объектов по заданию преподавателя заполняются колонки
2–12 табл. 1 и обосновываются условия отбора, консервирования,
хранения и анализа проб. После заполнения табл. 1, производится
отбор проб воды из ближайшего водного объекта и водопроводного
крана.
Содержание отчета и его форма
Отчет о выполненной работе оформляется на листах А4. На титульном листе указывается название дисциплины, номер и название лабораторной работы, фамилия, имя и группа студента, выполнившего работу (Приложение). На следующей странице записывается цель работы, аппаратура и материалы, используемые в работе,
порядок выполнения работы и результаты, которые представляются в виде таблицы. По полученным результатам эксперимента делается вывод.
Вопросы для защиты работы
1. Цели отбора проб. Программы контроля качества природных
и сточных вод.
2. Выбор места отбора проб природных и сточных вод.
3. Виды проб.
4. Периодичность отбора проб.
5. Техника пробоотбора.
6. Пробоотборные устройства.
7. Консервация, транспортировка, хранение, документирование
пробоотбора.
8. План-график аналитического контроля качества сточных вод.
9. Виды отбора проб.
10. Природные колебания состава вод.
11
Условия отбора, консервирования, хранения и анализа проб воды
Название
водного
объекта
Длина/
ширина,
км/м
1
2
р. Каменка
р. Нева
р. Черная
речка
р. Мойка
р. Фонтанка
р. Карповка
р. Ижора
р. Малая
Невка
Озеро
Долгое
Обводный
канал
Водопроводный кран
12
Глубина, м
ИЗВ,
характеристика
загрязненности
воды
Объекты, сбрасывающие СВ
Питание
водного объекта
3
4
5
6
НПП Завод
12км/
им. Климова, Поверхностный
от 2 0,2–3 м Грязная
ФТИ
сток
до 60м
им. Иоффе
Таблица 1.1
из водных объектов г. Санкт-Петербурга и Ленинградской области
 Отбор проб
Определяемые показатели
качества воды
Типы
проб
Материал
емкости
для проб
Периодичность
отбора
проб
Консервирование проб
Срок
хранения
пробы
7
8
9
10
11
12
рН, Взвешенные
вещества, ХПК, БПК,
ТМ(Мn,Cu,Fe)
Заполняется в соответствии с ГОСТ 31861-12
и ПНД Ф 12.15.1-08
Сухой остаток,
Растворенный кислород,
Нитраты, Сульфаты
ХПК, БПК, ВВ, ТМ
ВВ, рН,
сухой остаток, ХПК,
фосфаты, нитраты
БПК, ВВ, ТМ
рН, фенолы
Нефтепрод., ВВ,
сухой остаток, БПК
Окисляемость, рН,
сухой остаток,
ХПК, ТМ
ВВ, рН, сухой остаток,
ХПК, фосфаты,
нитраты
ХПК, БПК,
сухой остаток, ВВ,
сульфаты, нитраты,
хлориды
ВВ, рН, сухой остаток,
ХПК, фосфаты,
нитраты
рН, сухой остаток,
сульфаты, нитраты,
хлориды
13
Лабораторная работа № 2.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХИМИЧЕСКОГО ПОТРЕБЛЕНИЯ
КИСЛОРОДА (ХПК) В ПИТЬЕВЫХ,
ПРИРОДНЫХ И СТОЧНЫХ ВОДАХ
Цель работы: изучить методику определения химического потребления кислорода (ХПК) для природных и сточных вод. По величине ХПК оценивается содержание органических веществ в исследуемой воде.
Теоретическое обоснование
Состав органических веществ в поверхностных водах формируется под влиянием многих факторов. К числу важнейших из них
относятся внутриводоемные биохимические процессы продуцирования и трансформации, поступления органических веществ из
других водных объектов, с поверхностным и подземным стоком,
с атмосферными осадками, а также с промышленными и хозяйственно-бытовыми водами.
Величины окисляемости поверхностных вод колеблются в пределах от долей миллиграмма до десятков мгО/дм3 в зависимости от
общей биологической продуктивности водоемов, степени его загрязненности органическими веществами и соединениями биогенных
элементов, а также от влияния органических веществ естественного происхождения, поступающих из болот, торфяников и т. д.
Окисляемость поверхностных вод обычно подвержена значительным и довольно закономерным сезонным колебаниям. Их характер
определяется, с одной стороны, гидрологическим режимом и зависящим от него поступлением аллохтонных органических веществ
с поверхности водосбора и, с другой, гидрологическим режимом,
т. е. изменением во времени процессов продуцирования, превращения и минерализации органических веществ.
Окисляемостью называется величина, характеризующая содержание в воде органических и минеральных веществ, окисляемых
одним из сильных химических окислителей при определенных условиях.
Существует несколько видов окисляемости воды, из них наиболее широко применяются перманганатная и бихроматная. Окисляемость выражается в миллиграммах кислорода, эквивалентного количеству реагента, пошедшего на окисление органических веществ,
содержащихся в 1 дм3 воды (мг О/дм3).
14
Окислители могут действовать и на неорганические примеси, например, на ионы Fe2+, S2–, NO2–, но соотношение между этими ионами и органическими примесями в поверхностных водах существенно сдвинуто в сторону органических примесей, то есть «органики»
в решающей степени больше.
В подземных водах (артезианских) это соотношение – обратное,
то есть органических примесей гораздо меньше, чем указанных ионов. Практически их совсем нет. К тому же неорганические примеси могут определяться непосредственно индивидуально.
Для оценки содержания органических веществ в загрязненных
водах, в том числе, сточных водах, определяют, как правило, бихроматную окисляемость (ХПК). Значение окисляемости сточных вод
гораздо выше, чем для природных вод.
Химическим потреблением кислорода (мгО/дм3) называется величина, характеризующая общее содержание в воде восстановителей (неорганических, органических) реагирующих с сильными
окислителями.
Теоретическим значением ХПК называют количество кислорода
(или окислителя в расчете на кислород) в мг/дм3, необходимое для
полного окисления содержащихся в пробе органических веществ,
при котором углерод, водород, сера, фосфор и другие элементы (кроме
азота), если они присутствуют в органическом веществе, окисляются
до CO2, H2O, P2O5, SO2, а азот превращается в аммонийную соль.
Окисляемость бихроматная (мгО/дм3), называемая также химическим потреблением кислорода (ХПК) – показатель, дающий более правильное представление о содержании в воде органических
веществ, так как при определении ХПК окисляется около 90% органических примесей, а при определении перманганатной окисляемости – 30–50% (табл. 2.1).
Таблица 2.1
Характеристика вод по бихроматной окисляемости
Степень загрязнения (класс чистоты)
ХПК, мгО/дм3
Очень чистая
1
Чистая
2
Умеренно загрязненная
3
Загрязненная
4
Грязная
Очень грязная
5–15
Более 15
15
При анализе ХПК наиболее надежные результаты получаются
при ХПК = 300–600 мгО/дм3. При этом анализе окисляются ионы
Br–, J–, NO2–, некоторые соединения серы и др.
Сущность метода. Титриметрический метод определения ХПК
основан на окислении органических веществ избытком бихромата калия в растворе серной кислоты при нагревании в присутствии
катализатора – сульфата серебра [3]. Остаток бихромата калия находят титрованием раствором соли Мора и по разности определяют
количество K2Cr2O7, израсходованное на окисление органических
веществ.
Окисление органических веществ бихроматом калия протекает
в кислой среде в присутствии катализатора:
+
3+
Cr2O2–
7 +14H +6е = 2Сr +7Н2О
Окисление органических веществ бихроматом калия в этих условиях ускоряется и охватывает практически все органические
вещества, если в качестве катализатора вводить в реакционную
смесь сульфат серебра. Большинство органических веществ окисляется при этом на 95–100%, например, н-масляная кислота на
96,1% (без катализатора на 71,8%), о-крезол на 95,8% (без катализатора на 93,2%), а уксусная кислота, окисляющаяся при добавлении катализатора на 95,1% (без катализатора окисляется только
на 2,4%).
Неизрасходованный бихромат калия, добавляемый к пробе воды, титруют раствором железоаммонийных квасцов (солью Мора).
Таким образом, по количеству израсходованной соли Мора можно
определить количество израсходованного на титрование бихромата
калия, и, соответственно, содержание органических веществ в пробе воды.
Практически получаемый результат составляет 95–98% от
ХПКтеор, потеря объясняется, главным образом наличием летучих,
устойчивых к окислению продуктов распада (CO, CH4).
Методика применяется при значении ХПК в пределах от 4,0
до 80,0 мгО/дм3 без концентрирования пробы.
При величине ХПК >50 мгО/дм3 определение следует проводить
при соответствующем разбавлении пробы дистиллированной водой.
Определению мешают хлориды, сульфиды, соединения железа (II),
нитриты и другие неорганические вещества, способные окисляться
бихроматом в кислой среде.
Кроме данного метода определения ХПК, широко используется
фотометрический метод [4].
16
Аппаратура и материалы
Весы лабораторные.
Сушильный шкаф.
Колбонагреватель.
Стаканчики для взвешивания (бюксы).
Колбы конические К-1-250-29/32.
Обратный холодильник ХПТ-2-400-29/32 ХС.
Колбы мерные вместимостью 100 и 1000 см3.
Пипетки градуированные вместимостью 1,2 см3.
Пипетки с одной меткой, вместимостью 5,10,20,50 см3.
Бюретка вместимостью 25 см3.
Цилиндры мерные вместимостью 25, 50, 100, 250, 1000 см3.
Фильтры бумажные обеззоленные «синяя лента».
Вода дистиллированная.
Серная кислота чда 96%-ная (конц.).
Сернокислое серебро хч (катализатор).
Калия бихромат 0,01 н (фиксанал).
Соль Мора (NH4)2Fe(SO4)2.
Ртути сульфат (II), чда (для маскировки хлоридов).
Натрия гидроксид хч.
Методика и порядок выполнения работы
Отбор проб. Отбор проб воды осуществляют по ГОСТ 31861-12 в пластиковые или стеклянные флаконы. Стеклянные флаконы
предпочтительнее при отборе проб с низкими значениями ХПК.
Объем отбираемой пробы должен быть не менее 0,1 дм3.
Анализ отобранной пробы выполняют как можно быстрее. Если
невозможно выполнить анализ в день отбора, то пробу консервируют серной кислотой, вносимой во флакон для отбора проб из расчета 10 см3 H2SO4 на 1000 см3 воды. Срок хранения пробы 2 суток при
температуре 2–10 °С.
Приготовление растворов
Раствор бихромата калия с концентрацией 0,25 моль/ дм3
Взвешивают 6,129 г бихромата калия, предварительно высушенного в течение 2 ч при 105 °С, переносят в мерную колбу вместимостью 500 см3, растворяют в дистиллированной воде и доводят объем
раствора до метки. Раствор устойчив при хранении в плотно закрытой темной склянке в течение 6 месяцев.
17
Раствор бихромата калия с концентрацией 0,025 моль/дм3
50 см3 раствора бихромата калия с концентрацией 0,25 моль/дм3
помещают в мерную колбу вместимостью 500 см3 и доводят объем раствора до метки дистиллированной водой. Хранят в склянке
с притертой пробкой в темном месте не более 3 месяцев.
Раствор соли Мора с концентрацией 0,25 моль/ дм3
49,0 г соли Мора переносят в мерную колбу вместимостью 500 см3,
растворяют в дистиллированной воде, осторожно добавляют 10 см3
концентрированной серной кислоты и после охлаждения доводят
объем раствора до метки дистиллированной водой. Хранят в плотно
закрытой посуде не более 6 месяцев.
Раствор соли Мора с концентрацией 0,025 моль/ дм3
50 см3 раствора соли Мора с концентрацией 0,25 моль/дм3 помещают в мерную колбу вместимостью 500см3 и доводят объем раствора до метки дистиллированной водой. Хранят в плотно закрытой
посуде не более 2-х месяцев. Точную концентрацию раствора устанавливают перед каждой серией измерений.
Раствор индикатора
В качестве индикатора используют раствор N-фенилантраниловой кислоты или ферроина (комплекс сульфата железа (II)
с 1,10-фенантролином).
Для приготовления раствора N-фенилантраниловой кислоты
0,25 г реактива растворяют в 12 см3 раствора гидрооксида натрия
(для ускорения растворения можно слегка подогреть) и разбавляют
дистиллированной водой до 250 см3.
Для приготовления раствора ферроина 2,43 г индикатора растворяют в 100см3 дистиллированной воды. При приготовлении раствора ферроина на основе 1,10-фенантролина в 100 см3 дистиллированной воды растворяют 0,980 г соли Мора (NH4)2Fe(SO4)2 × 6H2О,
добавляют 2,085 г 1,10- фенантролина моногидрата или 2,93 г сульфата и перемешивают до растворения последнего.
Раствор индикатора хранят в плотно закрытой склянке из темного стекла не более 3 месяцев.
Раствор гидроксида натрия 0,4%
0,4 г NaOH растворяют в 100см3 дистиллированной воды. Раствор устойчив при хранении в плотно закрытой полиэтиленовой посуде не более 6 месяцев.
Раствор сульфата серебра
5,0 г Ag2SO4 растворяют в 1 дм3 концентрированной серной кислоты.
Раствор устойчив в закрытой склянке в течение 6 месяцев.
18
Определение точной концентрации раствора соли Мора
Пипеткой вместимостью 10 см3 отбирают 10см3 раствора бихромата калия с концентрацией 0,025 моль/дм3, переносят в коническую колбу, добавляют 180 см3 дистиллированной воды, 20 см3
концентрированной серной кислоты, после охлаждения 3–4 капли
индикатора ферроина или 10 капель раствора N-фенилантраниловой кислоты и титруют раствором соли Мора с концентрацией
0,025 моль/дм3 до перехода окраски из синевато-зеленой в красно-коричневую при использовании в качестве индикатора ферроина и из красно-фиолетовой в синевато-зеленую при использовании
N-фенилантраниловой кислоты. Титрование повторяют и при отсутствии расхождения в объемах титранта более 0,05 см3 за результат принимают среднее значение. В противном случае повторяют
титрование до получения результатов, отличающихся не более чем
на 0,05 см3.
Точную концентрацию раствора соли Мора находят по формуле:
ÑÌ =
ÑÄ VÄ
VM
,
где СМ – концентрация раствора соли Мора, моль/ дм3; СД – концентрация раствора бихромата калия, моль/ дм3; VД – объем раствора
бихромата калия, взятый для титрования, см3; VМ – объем раствора
соли Мора, пошедший на титрование, см3.
Устранение мешающих влияний
Мешающее влияние хлоридов при концентрациях менее 300 мг/
дм3 устраняется за счет присутствия в пробе катализатора (сульфата серебра). При больших содержаниях хлоридов к пробе добавляют
сульфат ртути (II) из расчета 100 мг на 10 мг хлоридов.
Мешающее влияние сульфидов и соединений железа (II) устраняют предварительной продувкой пробы воды воздухом, если
она не содержит летучих органических соединений, или учитывают при расчете ХПК. В последнем случае определяют их концентрации и пересчитывают на величины ХПК, исходя из того, что 1 мг H2S и 1 мг Fe+2 эквивалентны соответственно 0,47
и 0,14 мг O2.
Таким же образом учитывают влияние нитритов (1 мг NO2- эквивалентен 0,35 O2).
19
Выполнение измерений в водах с низким содержанием хлоридов
При содержании в пробе анализируемой воды менее 300 мг/дм3
хлоридов помещают пипеткой 20 см3 воды (или аликвоту, доведенную дистиллированной водой до 20 см3) в круглодонную колбу со
шлифом для кипячения, добавляют пипеткой 10,0 см3 раствора бихромата калия с концентрацией 0,025 моль/дм3, 30 см3 раствора сульфата серебра в концентрированной серной кислоте и для равномерного кипения бросают 2–3 капилляра. К колбе присоединяют обратный
холодильник и смесь кипятят на песчаной бане в течение 2 ч.
После охлаждения промывают холодильник дистиллированной
водой (около 50см3), отсоединяют его, добавляют в колбу, обмывая
ее стенки, еще 50 см3 дистиллированной воды, вновь охлаждают,
переносят пробу в коническую колбу, дважды споласкивая круглодонную колбу дистиллированной водой (по 20–30 см3). Добавляют
3–4 капли раствора ферроина (или 10 капель раствора фенилантраниловой кислоты) и титруют избыток непрореагировавшего бихромата калия раствором соли Мора до перехода окраски индикатора
из синевато-зеленой в красно-коричневую при использовании в качестве индикатора ферроина и из красно-фиолетовой в синевато-зеленую при использовании N-фенилантраниловой кислоты.
Аналогичным образом проводят холостой опыт с 20см3 дистиллированной воды.
Выполнение измерений в водах с высоким содержанием хлоридов
Если содержание хлоридов в воде превышает 300 мг/дм3, к отобранной для анализа пробе (20см3 или меньшей аликвоте, доведенной до 20 см3 дистиллированной водой) добавляют сульфат ртути из
расчета 100 мг на каждые 10 мг содержащихся в пробе хлоридов и
тщательно перемешивают. Далее выполняют определение, как описано для воды с низким содержанием хлоридов. Наличие небольшого количества осадка, образовавшегося после добавления сульфата
ртути, не мешает определению.
Обработка результатов измерений
Величину ХПК (бихроматной окисляемости) Сх, мгO/дм3, находят по формуле
ÑX =
20
8,0 ( VÌÕ − VM ) ÑM 1000
V
,
где VМХ – объем раствора соли Мора, израсходованный на титрование в холостом опыте, см3; VМ – объем раствора соли Мора, израсходованный на титрование пробы воды, см3; СМ – концентрация раствора соли Мора, моль/ дм3; V – объем пробы воды, взятый для определения, см3; 8,0 – масса миллиграмм-эквивалента кислорода, мг.
Содержание отчета и его форма
Отчет о выполненной работе оформляется на листах А4. На титульном листе указывается название дисциплины, номер и название лабораторной работы, фамилия, имя и группа студента, выполнившего работу (Приложение). На следующей странице записывается цель работы, аппаратура и материалы, используемые в работе,
порядок выполнения работы и результаты, которые представляются в виде таблицы. По полученным результатам эксперимента делается вывод.
Вопросы для защиты работы
1. Сущность спектрофотометрического метода определения ХПК.
2. Что называется химическим потреблением кислорода?
3. Расчетная формула для определения ХПК.
4. Причины окисляемости сточных вод промышленных предприятий.
5. Методы снижения показателя ХПК.
21
Лабораторная работа № 3.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЕРМАНГАНАТНОЙ ОКИСЛЯЕМОСТИ
ПИТЬЕВЫХ, ПРИРОДНЫХ И СТОЧНЫХ ВОД
Цель работы: освоение методики определения содержания органических веществ в воде по перманганатной окисляемости [5].
Теоретическая часть
Для малозагрязненных природных и сточных вод оценку содержания органических веществ рекомендуется вести по перманганатной окисляемости (перманганатному индексу).
Окисляемость воды показывает наличие в воде органических и
легко окисляющихся неорганических веществ, способных реагировать с окислителями. По количеству израсходованного кислорода оценивается количество окисляемых веществ, содержащихся
в сточной воде.
Сущность метода. Метод основан на окислении веществ, присутствующих в пробе воды, известным количеством перманганата калия в сернокислой среде при кипячении в течение 10 минут.
Не вошедший в реакцию перманганат калия восстанавливают щавелевой кислотой. Избыток щавелевой кислоты оттитровывают
раствором перманганата калия.
При определении перманганатной окисляемости после реакции
должно оставаться не менее 40 % введенного перманганата калия,
так как степень окисления зависит от его концентрации.
Исследуемая вода обрабатывается марганцовокислым калием
в присутствии серной кислоты. Выделившийся кислород окисляет
органические и неорганические вещества. С целью учета вошедшего в реакцию кислорода избыток марганцовокислого калия восстанавливается щавелевой кислотой. По ходу процесса протекают следующие реакции:
2KMnO4 +3H2 SO4 → K2 SO4 +2MnSO4 +3H2O+5O,
2KMnO4 +5H2C2O4 +3H2 SO4 → 10CO2 +2MnSO4 +K2 SO4 +8H2O.
Окисляемость выражается в миллиграммах израсходованного кислорода на 1 дм3 испытуемой воды (мгО/дм3). Для сточной воды окисляемость иногда достигает 100 мг/дм3 и выше. Она значительно больше, чем у чистой поступающей на производство воды
(табл. 3.1).
22
Таблица 3.1
Характеристика вод по перманганатной окисляемости
Величина окисляемости
Единица измерения, мгО/дм3
Очень малая
До 4
Малая
Более 4 до 8
Средняя
Более 8 до 12
Высокая
Более 12 до 20
Очень высокая
Более 20
Аппаратура и материалы
Весы аналитические.
Бюретка вместимостью 25 см3.
Колбонагреватель.
Колбы конические вместимостью 250 см3.
Цилиндры мерные вместимостью 100 см3.
Пипетки вместимостью 5, 10, 15 см3.
Колбы мерные вместимостью 1000 см3.
Серная кислота, 25%-ный раствор.
Марганцовокислый калий, 0,01 н. раствор.
Щавелевая кислота, 0,01 н. раствор.
Методика и порядок выполнения работы
Отбор проб. Отбор проб осуществляют в соответствии с ГОСТ
31861-12 «Вода. Общие требования к отбору проб» и ГОСТ 51953-2000
«Отбор проб. Питьевая вода». Пробы отбирают в емкости из стекла. Требуемый объем пробы не менее 0,2 дм3. Анализ следует проводить как можно быстрее.
Если проба не может быть проанализирована сразу же после
отбора, то допускается ее хранение в течение 24 часов при 2–5 °С.
В случае более длительного хранения (но не больше 2-х суток) пробу
консервируют в лаборатории немедленно после доставки, исходя из
расчета 5 см3 серной кислоты (1:3) на 1 дм3 пробы.
Приготовление растворов
Раствор серной кислоты (1:3)
Прибавляют при перемешивании к 3 объемам дистиллированной воды 1 объем серной кислоты. После охлаждения раствора
23
(до ~40 °С) к нему прибавляют по каплям раствор перманганата калия (0,01 н) до слабо-розовой окраски. Срок хранения раствора 6 месяцев.
Раствор серной кислоты (1:15)
К 15 объемам дистиллированной воды при перемешивании добавляют 1 объем серной кислоты. После охлаждения раствора (до ~40 °С)
к нему прибавляют по каплям раствор перманганата калия (0,01 н)
до слабо-розовой окраски. Срок хранения раствора 6 месяцев.
Основной раствор щавелевой кислоты (0,1 н)
Растворяют 6,3 г щавелевой кислоты в растворе серной кислоты
(1:15) и доводят объем раствора до 1 дм3 этим же раствором кислоты.
При приготовлении основного раствора из стандарт-титра содержимое ампулы количественно переносят в мерную колбу вместимостью 1 дм3 и доводят объем раствора до метки раствором серной кислоты (1:15). Срок хранения раствора в темном месте 6 месяцев.
Раствор щавелевой кислоты (0,01 н)
Разбавляют 100 см3 раствора щавелевой кислоты (0,1 н) в мерной
колбе вместимостью 1 дм3 раствором серной кислоты (1:15). Срок
хранения раствора 2 недели при 2–5°С.
Основной раствор перманганата калия (0,1 н)
При приготовлении основного раствора из стандарт-титра содержимое ампулы количественно переносят в мерную колбу вместимостью 1 дм3 и доводят объем раствора до метки дистиллированной
водой. Основной раствор используют через 2 недели после приготовления. При этом колбу помещают в темное место и в течение 2 недель ежедневно перемешивают. Раствор стабилен в течение 6 месяцев при хранении в темном месте.
Раствор перманганата калия (0,01 н)
Разбавляют 100 см3 раствора перманганата калия (0,1 н) в мерной колбе вместимостью 1 дм3 дистиллированной водой. Хранят
в склянке из темного стекла. Пригодность раствора проверяют по
значению титра, который устанавливают перед использованием
раствора как описано ниже.
Определение поправочного коэффициента
к раствору перманганата калия
Поправочный коэффициент раствора перманганата калия
(0,01 моль/дм3) устанавливают не реже 1 раза в неделю.
В коническую колбу наливают 100 см3 дистиллированной воды,
прибавляют 10 см3 раствора щавелевой кислоты (0,01 н) и 5 см3 раствора серной кислоты (1:3). Смесь нагревают до кипения, слегка ох24
лаждают (до 80–90 °С) и титруют раствором перманганата калия
(0,01 н) до слабо-розовой окраски. Поправочный коэффициент (К)
для приведения концентрации раствора перманганата калия точно
к 0,01 моль/дм3 эквивалента рассчитывают по формуле:
K=
10
,
V
где 10 – объем раствора щавелевой кислоты (0,01 н), см3; V – объем
раствора перманганата калия (0,01 н), см3.
Если поправочный коэффициент раствора отличается от 1,00
больше чем на ± 0,05, то раствор готовят заново.
Выполнение измерений
В колбу помещают 100 см3 хорошо перемешанной пробы (при
необходимости разбавленной дистиллированной водой до 100 см3),
несколько капилляров или стеклянных шариков, приливают 5 см3
разбавленной серной кислоты (1:3) и 10 см3 раствора перманганата
калия (0,01н). Смесь нагревают так, чтобы она закипела не позднее
чем через 5 минут, и кипятят 10 ± 2 мин, закрыв маленькой конической воронкой для уменьшения испарения. Если в процессе кипячения содержимое колбы потеряет розовую окраску или побуреет, то
определение надо повторить, разбавив исследуемую воду. К горячему раствору (80–90 °С) прибавляют 10 см3 раствора щавелевой кислоты (0,01 моль/дм3 эквивалента). Обесцвеченную горячую смесь
титруют раствором перманганата калия (0,01н) до слабо-розового
окрашивания. Если при титровании пробы расходуется перманганата калия более 60 % от добавленного количества, т. е. если при
обратном титровании израсходовано более 7 см3 раствора титранта,
то пробу разбавляют и повторяют определение.
Если при анализе предварительно разбавленной пробы на титрование расходуется менее 2 см3 раствора перманганата калия, то
определение повторяют с менее разбавленной или неразбавленной
пробой.
Холостое определение
Одновременно проводят холостой опыт со 100 см3 дистиллированной воды и обрабатывают ее так же, как анализируемую воду.
Расход раствора перманганата калия при холостом определении не
должен превышать 0,5 см3. В противном случае проводят дополнительную очистку используемой дистиллированной воды и посуды.
25
Обработка результатов измерений
Величину перманганатной окисляемости Х, выраженную в мгО/
дм3, рассчитывают по формуле:
X ==
0,08(V1 − V2 ) ÊðÊ
V
,
где V1 – объем 0,01н раствора КМnO4, пошедший на титрование избыточного раствора щавелевой кислоты в рабочем опыте, см3; V2 –
то же в контрольном опыте, см3; 0,08 — количество кислорода, эквивалентное 1 мл точно 0,01н раствора КМnO4, мг; V – объем исследуемой воды, см3; К – поправочный коэффициент к титру раствора
перманганата калия; Кр – коэффициент разбавления пробы.
Если поправочный коэффициент к титру перманганата калия
имеет значение от 0,995 до 1,005, то при вычислении результатов
его можно не учитывать.
Содержание отчета и его форма
Отчет о выполненной работе оформляется на листах А4. На титульном листе указывается название дисциплины, номер и название лабораторной работы, фамилия, имя и группа студента, выполнившего работу (см. Приложение). На следующей странице записывается цель работы, аппаратура и материалы, используемые
в работе, порядок выполнения работы и результаты, которые представляются в виде таблицы. По полученным результатам эксперимента делается вывод.
Вопросы для защиты работы
1. Сущность метода определения перманганатной окисляемости
природных и сточных вод.
2. Причины, обуславливающие способность воды вступать в реакции окисления.
3. Способы борьбы с загрязнением воды органическими веществами.
26
Лабораторная работа № 4.
НЕЙТРАЛИЗАЦИЯ ЩЕЛОЧНЫХ СТОКОВ
УГЛЕКИСЛОТОЙ ДЫМОВЫХ ГАЗОВ
Цель работы: ознакомление с процессом нейтрализации щелочных сточных вод с помощью углекислого газа, содержащегося в дымовых газах.
Теоретическое обоснование
Сточные воды, содержащие минеральные кислоты или щелочи
перед сбросом их в водоемы или перед использованием в технологических процессах нейтрализуют. Практически нейтральными считаются воды, имеющие рН = 6,5–8,5. Нейтрализацию можно проводить различным путем: смешиваниeм кислых и щелочных сточных
вод, добавлением реагентов, фильтрованием через нейтрализующие материалы, абсорбцией кислых газов щелочными водами и абсорбцией аммиака кислыми водами.
Для нейтрализации щелочных сточных вод используют отходящие газы, содержащие СО2, SO2, NO2, N2O3 и др. [6,7]. Применение
кислых газов позволяет не только нейтрализовать сточные воды, но
и одновременно производить высокоэффективную очистку самих
газов от вредных компонентов. Применение СО2 для нейтрализации
сточных вод позволяeт резко снизить стоимость процесса нейтрализации. Вследствие плохой растворимости СО2 уменьшается опасность перекисления нейтральных растворов. Образующиеся карбонаты находят большее применение, чем сульфаты и хлориды. Коррозионное и токсичное воздействие CO23− – в воде меньше, чем ионов
SO24− и CI− .
Процесс нейтрализации может быть проведен в реакторах с мешалкой, в распылительных, пленочных и тарельчатых колоннах.
Нейтрализация щелочных вод дымовыми газами является примером ресурсосберегающей технологии, позволяющей исключать
использование кислот, использовать бессточную схему водопотребления. При этом ликвидируется сброс сточных вод, сокращается потребление свежей воды, а также очищаются дымовые газы от
кислых компонентов (СО2, SO2 и др.) и пыли.
Аппаратура и материалы
Аппарат Кипа.
Колбы конические плоскодонные.
Стеклянный барбатер.
27
Трубки силиконовые.
рН-метр.
Универсальная индикаторная бумага.
Мрамор.
Кислота соляная (1 н раствор).
Буферный раствор с рН=1,68.
Буферный раствор с рН=9,18.
Методика и порядок выполнения работы
Получение углекислого газа
Для получения газов часто пользуются аппаратом Киппа – стеклянным прибором, состоящим из трех резервуаров обычно шарообразной формой (рис. 4.1). Три резервуара соединены между собой.
В нижнем имеется тубус с пробкой, через который выливают отработанную жидкость. Средний шар также имеет тубус, закрытый
пробкой, через которую проходит стеклянная трубка с краном.
В верхнее отверстие этого шара вставляется на шлифе воронка,
расширяющая вверху в шар, конец ее доходит до дна аппарата.
Для получения двуокиси углерода в средний шар помещают куски мрамора, а в верхний наливают соляную кислоту, которая при
открывании крана поступает через резервуар в средний шар и соприкасается с мрамором. Если кран аппарата закрыт, то под давлением образующегося газа кислота вытесняется из среднего шара
через нижний в верхний и реакция прекращается.
Определение рН сточной воды
Для полученного у преподавателя образца сточной воды определяют рН предварительно с помощью универсальной индикаторной
бумаги, а затем с помощью рН-метра.
HCl
CaCO3
NaHCO3
H2SO4
CO2
Рис. 4.1. Установка для получения и очистки двуокиси углерода
28
а)
 б)
Рис. 4.2. рН-метр: а) – рН-420; б) – электрод ЭСЛП-01.7
Для измерения рН растворов используется рН-метр марки рН4100 (рис. 4.2).
Измерения производят в следующем порядке:
Аккуратно снять с электрода флакон с раствором хлорида калия,
удерживая крышечку и поворачивая флакон по часовой стрелке.
Крышечка должна остаться на корпусе электрода.
Перед началом работы необходимо убедиться в отсутствии механических повреждений электрода и соединительного кабеля.
Поместить электрод в раствор соляной кислоты с концентрацией
0,1 моль/дм3 и выдержать в нем 24 ч. При этом глубина погружения электрода в раствор должна составлять 10–15 мм и покрывать
только мембрану (шарик) электрода.
Аналогичным образом подготавливают электрод к работе в тех
случаях, когда он продолжительное время не использовался.
Особенности эксплуатации электродов
Глубина погружения электрода в раствор при измерении рН
должна быть не менее 20 мм.
В перерывах между измерениями электрод должен храниться
в транспортировочном флаконе (с 3,3М раствором хлорида калия)
либо в насыщенном растворе хлорида калия.
Не допускается применение электрода в растворах, содержащих
фторид-ионы и вещества, образующие осадки и пленки на поверхности электрода.
Измерение рН растворов следует вести в соответствии с инструкцией по эксплуатации рН-метра марки рН-420.
29
Нейтрализация сточной воды углекислым газом
В коническую колбу объемом 200–250 мл наливают 100–150 мл
сточной воды, для которой предварительно измерено значение рН.
Опускают в воду барбатер (стеклянная трубка с перфорированным
шариком на конце), подсоединенный к отводной трубке от аппарата Кипа и пропускать очищенный СО2 через сточную воду в течение 5 минут. Затем кран закрыть и определить рН сточной воды. Затем пропускать СО2 через сточную воду еще 5 минут. Снова определить рН. Процесс повторять до тех пор, пока щелочная сточная вода
будет нейтрализована. Полученные данные занести в табл. 4.1 и построить график зависимости «время – рН».
Уточните у преподавателя какая щелочь содержится в сточной
воде. Напишите уравнение реакции нейтрализации стоков. По значению рН до нейтрализации рассчитайте концентрацию ионов ОН–
в растворе и далее по уравнению реакции определите сколько мл СО2
затрачено на нейтрализацию сточной воды.
Содержание отчета и его форма
Отчет о выполненной работе оформляется на листах А4. На титульном листе указывается название дисциплины, номер и название лабораторной работы, фамилия, имя и группа студента, выполнившего работу (Приложение). На следующей странице записывается цель работы, аппаратура и материалы, используемые в работе,
порядок выполнения работы и результаты, которые представляются в виде таблицы. По полученным результатам эксперимента делается вывод.
Таблица 4.1
Результаты измерений
№ п/п
Исследуемая проба
1
Сточная вода
0
2
Сточная вода
5
3
Сточная вода
10
4
Сточная вода
15
5
Сточная вода
20
30
Время с начала очистки, мин. рН сточной воды
Вопросы для защиты работы
1. Охарактеризуйте химические способы очистки сточных вод.
2. В чем суть процесса очистки сточных вод фильтрованием через нейтрализующие материалы.
3. Очистка сточных вод окислением и восстановлением.
4.Фильтры с зернистой перегородкой: механизм действия, достоинства и недостатки.
5. Рассмотрите использование процесса нейтрализации для
очистки сточных вод, а также области их применения, достоинства,
недостатки, эффективность.
31
Лабораторная работа № 5.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД
ОТ ЭМУЛЬГИРОВАННЫХ МАСЕЛ В ФИЛЬТРАХ
С ЗЕРНИСТОЙ ЗАГРУЗКОЙ
Цель работы: изучить метод и дать сравнительную оценку эффективности очистки сточных вод от эмульгированных масел на
различных фильтрах с зернистой загрузкой.
Теоретическое обоснование
Нефть, а также многочисленные продукты ее переработки, широко используемые в народном хозяйстве в качестве топлива, смазок,
исходного сырья для нефтехимической промышленности и т. д., попадают в значительных количествах в атмосферу, промышленные
и хозяйственно-бытовые сточные воды и вместе с ними поступают
в открытые водоемы, почву, подземные водоносные горизонты, нарушая ход естественных биохимических процессов, вызывая гибель флоры и фауны озер, рек и морей, снижая плодородие почв.
Основная особенность нефтезагрязнений в стоках – меньшая плотность по сравнению с водой (бензин – 0,70–0,760 г/см3, дизельное
топливо – 0,80–0,90 г/см3, мазут – 0,94–1,00 г/см3) и низкая растворимость в воде. Поэтому нефтяные пленки, образующиеся на
поверхности водоемов, нарушают энерго-, водо-, газообмен между
водоемом и атмосферой. Нефтесодержащие сточные воды стали одним из глобальных загрязнителей окружающей среды. По данным
ЮНЭП, нефтепродукты относятся к числу десяти наиболее опасных загрязнителей окружающей среды. ПДКв для нефтепродуктов
равно 0,3 мг/дм3, ПДКрх=0,05 мг/дм3.
Наряду с крупными водоемкими нефтеперерабатывающими и
нефтехимическими заводами, машиностроительными и другими
предприятиями, генерирующими огромный поток нефтесодержащих сточных вод, но в тоже время в большей степени охваченными
оборотным водоснабжением, существуют многочисленные набольшие предприятия типа авторемонтных заводов, центров обслуживания автомобилей, нефтебаз и других объектов, очистка нефтесодержащих стоков которых является актуальной проблемой [6,7].
Предотвращение сброса нефтепродуктов со сточными водами
– довольно сложная инженерная и научная задача. С одной стороны, это обусловлено большим многообразием химических соединений, объединенных общим понятием «нефтепродукты», а также
32
наличием в стоках массы сопутствующих загрязнений. С другой –
многочисленные предприятия хранения и транспортировки нефтепродуктов, средние и малые предприятия сельского хозяйства, автотранспорта, коммунальной и других отраслей промышленности
оснащены примитивными очистными сооружениями, а порой их
вообще не имеют.
Это приводит к неизбежному сбросу нефтесодержащих стоков
в окружающую среду, ухудшению санитарно-гигиенического состояния почвы, водного и воздушного бассейнов и, соответственно,
влияет на растительный и животный мир.
Несмотря на то, что проблема очистки нефтесодержащих стоков
существует не один десяток лет и ей посвящено значительное количество публикаций, она полностью практически так и не решена.
Поэтому очистка нефтесодержащих сточных вод, особенно средних
и мелких предприятий, дающих в сумме огромное количество стоков, трудно поддающихся обработке обычными способами, – актуальная задача.
Основные методы очистки сточных вод
от нефтепродуктов
При выборе технологии очистки сточных вод определяющими
факторами являются: объем стока, исходная концентрация нефтепродуктов и сопутствующих загрязнителей, требования к качеству
очищенной воды. Основой технологической схемы очистки является механическая очистка стока (гравитационное отделение загрязнителей). Помимо отстаивания с применением (или без применения) реагентов (коагулянтов, флокулянтов) технологическая схема
может включать фильтрование, флотацию, сорбцию, центрифугирование, хлорирование, озонирование.
Аппаратура и материалы
Весы аналитические.
Электрическая плитка или колбонагреватель.
Воронка стеклянная.
Бюретка на 25 мл.
Колбы конические, объемом 200–250 мл.
Песок.
Керамзит.
Пенополиуретановая крошка.
Активированный уголь.
Перманганат калия, 0,01 н раствор.
33
Щавелевая кислота, 0,01 н раствор.
Серная кислота, 25 %-ный раствор.
Методика и порядок выполнения работы
Определение окисляемости сточной вод
Для неочищенной и очищенной сточной воды определяется перманганатная окисляемость, по которой оценивается содержание органических веществ–нефтепродуктов. Методика определения приведена в лабораторной работе № 3.
Очистка сточной воды от нефтепродуктов фильтрацией
Проводится процесс фильтрации сточной воды через песчаный
фильтр. Для этого готовят фильтр следующим образом. Отверстие
в стеклянной воронке закрывают ватным тампоном и насыпают в нее
100–150 г чистого сухого песка. Через полученный фильтр фильтруют 50–100 мл сточной воды, содержащей нефтепродукты. Для полученного фильтрата определяют перманганатную окисляемость. Аналогично фильтруют воду через слой керамзита и пенополиуретана.
Фильтрование следует вести со скоростью 1–2 см3 в минуту.
Все полученные фильтраты анализируют на окисляемость. Полученные результаты по содержанию нефтепродуктов (перманганатной окисляемости) сводят в табл. 5.1.
Содержание отчета и его форма
Отчет о выполненной работе оформляется на листах А4. На титульном листе указывается название дисциплины, номер и название лабораторной работы, фамилия, имя и группа студента, выполТаблица 5.1
Результаты анализов
№
п/п
1
2
3
4
34
Фильтрующий
материал
Объем
воды,
см3
Окисляемость сточной
воды, мг/см3
До
После
очистки, Х1 очистки, Х2
Эффективность
очистки,
ϕ=
Õ1 − Õ2
Õ1
100
нившего работу (Приложение). На следующей странице записывается цель работы, аппаратура и материалы, используемые в работе,
порядок выполнения работы и результаты, которые представляются в виде таблицы. По полученным результатам эксперимента делается вывод.
Вопросы для защиты работы
1. Каковы основные источники загрязнения водного бассейна нефтепродуктами?
2. В чем заключается отрицательное воздействие нефтепродуктов на состояние водных объектов, а также на жизнедеятельность и
состояние флоры и фауны водоемов?
3. Каковы величины ПДК по нефтепродуктам для водоемов рыбохозяйственного и хозяйственно-бытового назначения?
4. В каких формах нефтепродукты могут находиться в водной
среде с точки зрения дисперсного состава, и какими методами очистки можно удалить каждую из форм загрязнения?
5. Охарактеризуйте основные методы очистки сточных вод от
нефтепродуктов и назовите пределы применения каждого из этих
методов.
6. Дайте определение ХПК и БПК и назовите вещества, мешающие определению ХПК, и вещества, способствующие более полному
окислению органических веществ, присутствующих в сточной воде.
7. Назовите область применения ускоренного метода определения ХПК. На чем он основан? На чем основан метод определения
ХПК при низких концентрациях органических веществ в воде (фотометрический метод)?
35
УКАЗАНИЯ ПО ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ
При работе в лаборатории необходимо строго соблюдать основные правила техники безопасности независимо от того, какой выполняется эксперимент.
1. Категорически запрещается работать одному в лаборатории,
так как в экстренном случае будет некому оказать пострадавшему
первую помощь и ликвидировать последствия неудавшегося эксперимента. Работать следует только в отведенное время под контролем преподавателя или других сотрудников.
2. Необходимо соблюдать чистоту, порядок и тишину. Поспешность и неряшливость в работе часто приводят к несчастным случаям. Нельзя отвлекаться от работы и отвлекать своих товарищей.
Запрещается держать на лабораторном столе посторонние предметы (сумки, учебники и т. д.).
3. Категорически запрещается принимать и хранить пищу, пить
воду и курить.
4. Каждый должен знать, где находятся средства индивидуальной защиты, аптечка, средства для тушения пожара.
5. В лаборатории необходимо находиться в застегнутом хлопчатобумажном халате. Это обеспечивает некоторую индивидуальную
защиту и позволяет избежать загрязнения одежды.
6. Нельзя проводить опыты в загрязненной посуде. Посуду следует мыть сразу после окончания эксперимента.
7. Категорически запрещается пробовать химические вещества
на вкус.
8. Все банки, в которых хранятся вещества, должны быть снабжены этикетками с соответствующими названиями.
9. Запрещено выливать в раковину остатки кислот и щелочей,
огнеопасных и взрывоопасных, а также сильно пахнущих веществ.
Для слива этих веществ в вытяжном шкафу должны находиться
специальные сосуды с плотно притертыми крышками и соответствующими этикетками («СЛИВ КИСЛОТ», «СЛИВ ЩЕЛОЧЕЙ»,
«СЛИВ ОРГАНИКИ»).
10. Не разрешается бросать в раковину стекла от разбитой посуды, бумагу и вату.
11. После завершения работы необходимо отключить воду, вытяжные шкафы и электроэнергию.
36
ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ
ПРИ РАБОТЕ С КИСЛОТАМИ И ЩЕЛОЧАМИ
1. Хранить концентрированные кислоты и щелочи следует в вытяжном шкафу в прочной посуде на поддоне.
2. Концентрированную соляную и азотную кислоты можно переливать в вытяжном шкафу. Разбавление кислот следует проводить в
жаростойкой посуде, при этом кислоту необходимо приливать к воде небольшими порциями, при перемешивании (нельзя приливать
воду к концентрированной кислоте, так как в этом случае выделяется большое количество теплоты, вода, как менее плотное вещество, вскипает на поверхности кислоты, и жидкость может быть выброшена из сосуда).
3. При растворении гидроксидов натрия и калия кусочки щелочи можно брать только пинцетом или шпателем, но не руками. Растворение этих веществ следует проводить небольшими порциями.
Список рекомендуемой литературы
1. ГОСТ 31861-2012 «Межгосударственный стандарт. Вода. Общие требования к отбору проб».
2. ПНД Ф 12.15.1-08 «Методические указания по отбору проб для анализа сточных вод» . М., 2015.
3. ПНД Ф 14.1:2:3.100-97 «Количественный химический анализ вод.
Методика измерений химического потребления кислорода в пробах природных и сточных вод титриметрическим методом». М., 1997.
4. ПНД Ф 14.1:2:4.210-05 «Методика выполнения измерений химического потребления кислорода (ХПК) в пробах питьевых, природных и сточных вод фотометрическим методом». М., 2005.
5. ПНД Ф 14.1:2:4.154-99 «Методика выполнения измерений перманганатной окисляемости в пробах питьевых, природных и сточных вод титриметрическим методом». М., 1999.
6.Тихонова И. О., Тарасов В. В. Практикум по химическим методам
анализа в экологическом мониторинге. М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева,
2002. 64 с.
7. Лурье Ю. Ю., Рыбникова А. И. Химический анализ производственных сточных вод: изд. 4-е, перераб. М.: Химия, 1974.
37
ПРИЛОЖЕНИЕ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего образования
«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
АЭРОКОСМИЧЕСКОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ»
КАФЕДРА № 5
ОТЧЕТ
ЗАЩИЩЕН С ОЦЕНКОЙ
ПРЕПОДАВАТЕЛЬ
должность, уч. степень, звание
подпись, дата
инициалы, фамилия
ОТЧЕТ О ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ № 1
«Адсорбционная очистка питьевой воды»
по дисциплине: ПРОМЫШЛЕННАЯ ЭКОЛОГИЯ
РАБОТУ ВЫПОЛНИЛ
СТУДЕНТ(КА) ГР.
подпись, дата
Санкт-Петербург 2017
38
инициалы, фамилия
СОДЕРЖАНИЕ
Введение..................................................................... Лабораторная работа № 1.
Отбор проб воды. Виды проб.......................................... Лабораторная работа № 2.
Определение химического потребления кислорода (ХПК)
в питьевых, природных и сточных водах......................... Лабораторная работа № 3.
Определение перманганатной окисляемости
питьевых, природных и сточных вод.............................. Лабораторная работа № 4.
Нейтрализация щелочных стоков
углекислотой дымовых газов......................................... Лабораторная работа № 5.
Определение эффективности очистки сточных вод
от эмульгированных масел в фильтрах
с зернистой загрузкой................................................... Указания по технике безопасности................................. Правила техники безопасности
при работе с кислотами и щелочами................................ Список рекомендуемой литературы................................ Приложение................................................................ 3
5
14
22
27
32
36
37
37
38
39
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
589 Кб
Теги
kiprianovakoltyshev1
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа