МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ ДНІПРОДЗЕРЖИНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

ДО ВИКОНАННЯ ЛАБОРАТОРНИХ РОБІТ

з дисципліни «Екологія гідросфери»

для студентів напряму 6.040106 «Екологія, охорона навколишнього

середовища та збалансоване природокористування»

ЗАТВЕРДЖЕНО: Редакційно-видавничою секцією науково-методичної ради ДДТУ 18. 06. 2015 р., протокол № 5

Дніпродзержинськ 2015

2

Розповсюдження і тиражування без офіційного дозволу Дніпродзержинсь-

кого державного технічного університету заборонено. Методичні вказівки до виконання лабораторних робот з дисципліни «Еко-

логія гідросфери» для студентів за напрямом підготовки 6.040106 - «Екологія, охорона навколишнього середовища та збалансоване природокористування».

Укладач: Пікареня Д.С. – Дніпродзержинськ: ДДТУ, 2015. – 26 с.

Укладач: докт. геол. наук, професор кафедри ЕК ДДТУ Пікареня Д.С.

Відповідальний за випуск: докт. техн. наук, завідувач кафедри ЕК Зберовський О.В.

Рецензент: канд. техн. наук, доцент кафедри ЕК Непошивайленко Н.О.

Затверджено на засіданні кафедри екології та охорони навколишнього середовища Протокол № 12 від 17.06.2015 р.

Коротка анотація видання Вказівки містять відомості про теоретичні основи процесу очистки стічних

вод, що пропонується до виконання, аналітичний контроль заданого зразка сті-чної води, інструкцію до виконання роботи та аналітичний контроль очищеної води.

3

ЗМІСТ

Лабораторна робота №1. Реагентна очистка води коагуляцією………. 4

Лабораторна робота №2. Очистка стічної води від фенолів…………... 10

Лабораторна робота №3. Очистка стічної води від аміаку та амоній-

них солей ………………………………………………………………….

13

Лабораторна робота №4. Очистка стічних вод от зважених домішок

на зернистих фільтрах……………………………………………………

20

Лабораторна робота №5. Вивчення очисних споруд для очистки стіч-

них вод міста Дніпродзержинська……………………………………….

21

4

Лабораторна робота №1 Реагентна очистка води коагуляцією

Мета роботи:Освітлення води, збільшення її прозорості, очистка від завис-

лих речовин та знезараження. Необхідні реактиви та посуд: I. Освітлений розчин гашеного вапна ( 5-10 %) 1. Освітлений розчин коагулянту ( 5 %) 2. Стічна вода (дивись пункт 1.2) 3. Конусна колба на 1,5-2 дм3 4. Мірні циліндри на 0,5 і 1 дм3 5. Мірні циліндри на 10,25 і 50 см3 6. Піпетки з поділками на 10 см3-2шт 7. Лійка 8. Мірний стакан на 200 СМ3 9. Конусна колба на 250 см3 II. Мірні стакани — мензурки на 50 CM3— 2 ШТ. 12. Для приготування вихідної (стічної води) беремо 10 л води з каналу і

додаємо в неї СаНСО3)2-2,5 і ; Na2CO3-2г; FeS04.7H20 -0,1 г

2. Сутність методу Коагуляцією називається злипання дрібних частинок у великі. Це основний

процес, за допомогою якого вдається звільнити річкову або озерну воду від за-бруднюючих частин і зробити її придатною для пиття чи промислових потреб. Коагуляція являється також одним із ефективних методів очистки стічних вод. Цей метод очистки стічних вод був відомий те єгиптянам, римлянам і грекам.

Сутність коагуляції полягає в тому, що в воду додають реагенти-коагулянти. Це, як правило, солі алюмінію чи заліза.

При попаданні в воду коагулянти піддаються гідролізу, утворюючи добре розвинену поверхню для осаду. Осідаючи, ця структура ніби “проціджує” воду, захоплюючи із неї в осад усілякі домішки, що містяться у воді.

При коагуляції вода в значній мірі вода звільняється від колоїдно-розчинних та грубодисперсних частин, які мають мінеральне або органічне по-ходження. Це алюмосилікати, гід рахована кремнієва кислота, продукти розпа-ду рослин і живих організмів. Значну роль при цьому відіграють процеси адсо-рбції.

Очистка води коагуляцією дозволяє не тільки збільшити прозорість води, але в значній мірі звільнити її від таких, особливо шкідливих домішок, як бак-терії і віруси, пестициди і синтетичні домішки, сполуки важких металів і радіо-активних речовин.

Тому коагуляція - це ефективний бар’єр для проникнення шкідливих речо-вин в організм людини а також метод підтримання чистоти оточуючого середо-вища.

При гідролізі коагулянтів-сірчанокислої алюмінію чи хлорного заліза утворюються гідроксиди алюмінію та заліза і нейтралізуються виділених кис-

5

лот бікарбонатними солями, що містяться у воді. Ці процеси можуть бути проі-люстровані наступними рівняннями хімічних реакцій:

Аl(SО)4 + 6Н20 = 2АІ(ОН)3 + 3Н2S04 (1) Н2S04+Са (НС03)2 = СаSО4↓+ 2С02 + 2Н2О (2) FеСl3 + 3Са(НС03)2 = СаС12↓ +3НСl (3) 2НСl + Са(НС03)2 = СаСІ↓ + 2СО3 + 2Н2О (4) Приведені рівняння дають тільки схематичне уявлення пропроцес гідролі-

зу. В дійсності цей процес значно складніший. Процес коагуляції стає можливим завдяки низькій розчинності гідроксидів

заліза та алюмінію. Для створення умов низької розчинності гідроксидів необ-хідно створювати лужнесередовище, так як у кислому середовищі гідроксиди розчиняються і реакції 1-3 будуть йти у зворотньому напрямку. Як видно з реа-кцій (1), (3), процес гідролізу супроводжується утворенням кислот, накопичен-ня яких може створити умови припинення гідролізу, гак як протікатимуть зво-ротні процеси розчинення гідроксидів.

Частково роль нейтралізуючого реагенту відіграють солі бікарбонатів (рів-няння 2 і 4).

Але ці реакції можливі за умов наявності у воді бікарбонатів у достатній кількості.

Якщо ж у воді бікарбонатів мало, або не має зовсім, тоді для успішної коа-гуляції необхідно у воду ввести лужний реагент, який би зміг нейтралізувати кислоти, що виділяються при гідролізі.

На швидкість і ефективність процесів очистки води коагуляцією впливає багато факторів- це кількість і склад розчинних домішків, концентрація колоїд-них частин, температура, перемішування, магнітне і електричне поля. Неорга-нічні речовини, які мають загальний іон з коагулянтом прискорюють процес коагуляції. По ступеню впливу на процес коагуляції аніони можуть бути розта-шовані вряд Сl-<НС0з-<S04

2-.В присутності цих домішок скорочується інкуба-ційний період. Органічні речовини адсорбуються на кристалах зростаючого ко-агулянта, утворюють плівки, які заторможують ріст кристалів. Температура та-кож впливає на ріст кристалів коагулянту.

Перемішування прискорює процес росту кристалів, який залежить від умов дифузії.

2.1. Визначення завислих речовин у стічній воді Вміст завислих речовин характеризує забрудненість води нерозчинними

домішками. Висушують беззольні фільтри до постійної ваги (2-3 год). Через подвійний

фільтр пропускають визначений об*єм(100 мл) рідини після перемішування проби. Після фільтрування осад на фільтрі двічі промивають дистильованою водою. Потім висушують до постійної ваги при 110-120°С.

(1) де V - об’єм проби, мл;

6

а - вага фільтра з осадом, мг; б - вага чистого фільтра, мг. 2.2 Визначення сухого залишку Це загальний вміст у воді всіх розчинних нелетких твердих речовин. В чи-

стій прокаленій фарфоровій чашці випарюють певний об*єм (50-100 мл) профі-льтрованої води, а отриманий залишок висушують при 110-120°С до постійної ваги. Розрахунок проводять за формулою:

X =((а-б) 1000)-V, мг/л (2) де: а - масачашки з сухим залишком, мг/л; б - маса пустої чашки, мг; V - об’єм проби, що аналізується, мл. 3.2 ВизначеннявмістуСаО у вапняному розчині Вапняний розчин готують із технічного товарного вапна, яке вміщує крім

основних речовин домішки і вологу. Дія використання беремо 70 г вапна і роз-чиняємо в 500 см3 води . готують цей розчин заздалегідь і зберігають в закритій посудині (щоб попередити карбонізацію).

Для визначення концентрації [СаО] в розчині,беремо для аналізу берем 5 см3вапняного розчину і титруємо 1н розчином НС1, використовуючи змішаний індикатор (метиловий червоний і метиловий голубий).

Вміст СаО визначаємо спочатку еквівалентах, а потім перераховуємо в від-сотки:

(8) (9) де d - густина приготованого розчину вапна (визначаємо ареометром),

г/см3

2.3 Визначити вміст кальцію Метод оснований на взаємодії іонів Са з трилоном Б в лужному середови-

щі при рН 10-12 в присутності індикатора мурексида з утворенням комплексної сполуки, забарвленої в лиловий колір.

Реактиви: 1. Трилон Б-0.1Н 2. Мурексид (0,2 г мурексида розтертого з 40 г NClч.д.а.) 3. NaOH(2н) В конічну колбу на 250 мл відміряють 100 мл води, яка досліджується, до-

дають 2 мл 2н розчину NaOH і 10-15 мл індикатора, повільно перемішують і титрують із мікробюреткитрилоном Б до переходу забарвлення із червоного в лиловий.

(3)

7

(4) де: а - об’єм трилону Б, використаний при титруванні; К - поправочний коефіцієнт; V - обєм води, що аналізується, мл 0,1 - кількість мг-екв Са2+, що відповідає 1мл 0,1н розчину трилона Б Вміст

магнію (Мg2+) розраховують, як різницю загальної жорсткості (п.1.5) та вмісту кальцію – Х1| по (3). ХМg=Жз-Х1 (мг.екв./л)

2.4 Визначення загальної та карбонатної жорсткості води Жорсткість визначаємо методом комплексонометричного титрування. Ме-

тод оснований на утворенні стійких внутрішньокомплексних сполук катіонів металів (в основномуСа і Mg) зтрилономБ. В якостііндикаторавикористовується хром чорний або кислотний хром темно-синій. Індикатор утворює з катіонами жорсткості малинові комплекси. По мірі титрування трилон Б зв*язує катіони жорсткості в безбарвні комплекси. Індикатор при цьому звільнюється. Тому з досягненням точки еквівалентності при титруванні розчин набуває забарвлення вільного індикатора.

Реактиви:

1. Трилон Б-0,01н, 0,3н 2. Аміачно-буферний розчин; 3. Індикатор хром чорний, або кислотний хром-темносиній. До 10 мл води додають 5 мл аміачно-буферного розчину, 5-7 крапель індикатора, титрують повільно трилоном Б при інтенсивному перемішу-

ванні. Кінець титрування відповідає переходу забарвлення із малинової в синю-

вато- фіолетове.Загальну жорсткість розраховують за формулою: (5) де: % - кількість 0,1 н трилону Б, використаний на титрування; К - поправочний коефіцієнт; V - обєм проби, мл. Карбонатна жорсткість води (Жк) чисельно дорівнює вмісту бікарбонатів у

воді, що визначаються по слідуючій методиці (1.6). 2.5 Визначення лужності і вмісту бікарбонатів Вміст бікарбонатів (НСО3-) визначають у стічній воді, яка підлягає оброб-

ці коагуляцією, якщо ця вода має кислий характер, то цей аналіз виконують. Після її нейтралізації і використовують цей показник для розрахунку дози вап-на, необхідного для пом*якшення води.

Вільну лужність X визначають у воді після її пом*якшення. Цей показник характеризує якість процесу пом*якшення. Метод оснований на титруванні гід-ратів, карбонатів і бікарбонатів розчином соляної кислоти в присутності інди-каторів –фенол-фталеїна і змішаного ( метиловий червоний, метиленовий бла-

8

китний у розчині етилового спирту). При титруванні кислотою проходять на-ступні реакції:

ОН- +Н += Н2О СОз2- +Н+ = НС03 НС03+Н+ = Н2О + СО2 Перші дві реакції проходять в присутності фенолфталеїну, третя- в прису-

тності змішаного індикатора. Хід визначення

В конічну колбу наливають 10 мл води, шо аналізується. Додають 5 кра-пель фенолфталеїну, при цьому вода повинна забарвитися в рожевий колір. Якщо вода після додовання індикатора не забарвилась, то додають 2 мл 0,1 н розчинуNaОН, після чого починають титрування. Розчин титрують спочатку 0,1н НСl до обезбарвлення. Потім додають 4 краплі змішаного індикатору і ти-трують 0,1н розчином NaOH до зеленого кольору. Записують об*єм 0,1 н і 0,01 н. кислоти,шо пішла на титрування з фенолфталеїном і змішаним індикатором.

Вміст вільної гідратної лужності: (HCO3x)= (6)

5.6. Визначення кислотності стічної води Кв Кислотність визначається сумою речовин, які вступають в реакцію з силь-

ними лугами. Такими є сильні кислоти (HCl, HNO3 та інші), слабі (H2CO3. H2SO4, та інші), катіони слабких основ, іони амонію, органічних основ та ін.

При титруванні слабких кислот спостерігається зворотня реакція = Яка зумовлює слабко лужне середовище в кінці титрування (за рахунок

зворотньої реакції гідролізу). Тому для визначення загальної кислотності води необхідно використовувати індикатори, колір яких змінюється в слаболужному середовищі- фенолфталеїн (рН = 8,4), або фенолфталеїн (рН = 9,4). для визна-чення вмісту сильних кислот титрквання ведуть в присутності індикатора фе-нолфталеїна.

До 100 мл води, що аналізується, додають 5-10 крапель фенолфталеїну і титрують 0,1 н розчином КаОН поки не буде з*являтися не зникаюче рожеве забарвлення.

(х) де: а - кількість 0,1 н. роз-

чину лугу, використаного для титрування, мл, К - поправочний коефіцієнт нормальності, V — об’єм проби,що титрувалась, мл. Дозу вапна, яку необхідно додати при здійсненні коагуляції розраховують

по формулі: (7) Характеристики води:

9

(6) де М - маса завислих речовин у воді, яку взяли для обробки, мг/дм3; Ж, - загальна жорсткість води, мг.екв/дм3

Жк - карбонатна жорсткість води, мг.екв/дм3; Mg- концентрація магнію у воді, мг.екв/дм3; Д„ - доза вапна (в перерахунку на СаО), мг/дм3; М - вміст СаО в товарному вапні,% Орієнтовно дозу коагулянту можна розрахувати по формулі: (5)

10

Лабораторна робота №2 Очистка стічної води від фенолів

1. Мета роботи: Практичне засвоєння одного з методів очистки води та визначення фенолів

в стічних водах - бромометричного. Реактиви та посуд: Сульфат міді СuSO4*5H2О, 10%-ний розчин Сірчана кислота, розчин (1:3) Бромід-броматна суміш. Розчиняють 1,57г бромата калію в 1 дм3 дисти-

льованої води Йодистий калій Тіосульфат натрію 0,05н розчин Крохмаль 0,5% розчин Колби конусні на 100 см3 - 2шт., на 250 см3- 2шт. Колби мірні на 1 дм3 - 2шт., на 500 см3 - 2шт. Піпетки мірні на 2,5,10 і 25 см3Бюретки для титрування на 25 см3 - 2шт. Вода дистильована Прилади: Терези лабораторні ВДР-200Т Сушильна шафа Електроплитка Витяжна

шафа Холодильник прямогоний на шліфу Колба кругдонна на 500 см3 з пришліфованим горлом Бризковловлювач

2. Сутність роботи До групи летючих фенолів відносяться: простий фенол С6Н5ОН, три крезо-

ли, шість ксиленолів, гваякол, тимол і багато їх похідних продуктів заміщення. Частково з паром відганяються пірокатехін та а - нафтол. Для визначзння вели-ких кількостей летючих фенолів використовують бромметричний і гравіметри-чний методи.

В основі методу лежить реакція взаємодії фенолу з бромом, що знаходить-ся в надлишку. Надлишковий бром при доданні йодиду калію витісняє йод, який потім титрують тіосульфатом натрію. Хімічні реакції, які мають місце в процесі:

(2) Бром, необхідний для реакції бромування, утворюється в бромід-броматній

суміші в кислому середовищі аналізуємоїводи, по реакції BrO3+5Br +6Н-=3Вr2+3Н20 (3) В результаті протікання реакцій (1) та (2) кожен еквівалент фенолу зв’язує

6 еквівалентів брому. Знаючи кількість брому, введенного в розчин, визначають кількість йоду, що виділився, а звідси і вміст фенолу в пробі.

Аналогічно фенолу С6П5ОН реагують і інші названі вище феноли, тому в результаті аналізу знаходять сумарну кількість фенолів, що вилучають водяни-мпаром.

11

Перед бромуванням стічних вод необхідно їх обробити, як описано нижче, щоб запобігти помилок та усунути заважаючи фактори.

3.Хід виконання аналізу

3.1. Попередня обробка стічної води До 100 см3 проби, яку аналізують, додають 14 cм3сульфата міді (для виса-

дження сульфідів), підкислюють сірчаною кислотою, додаючи 6 см3 сірчаної кислоти (якщо додавання сульфата міді призвало до появи осадка гідроксида міді, то додають ще декілька крапель кислоти до повного розчинення) і ведуть перегонку на стандартній перегонній установці до тих пір, поки в перегоній ко-лбі не залишиться невеликий об’єм (30-40 cм3) рідини. До залишка приливають 100cм3дистильованої води і продовжують перегонку, збираючи дистилят в той же посуд. Для перевірки на повноту відгонки рекомендують відбирати в пробі-рку декілька крапель рідини, і довиходить з холодильника і контролювати на присутність в ній фенолу додаванням діазотованого п-нітроапіліна.

Після закінчення відтопки дистилят переносять у вимірну колбу місткістю 500 см3 розчиняють дистильованою водою до мітки і відбирають частину для бромування.

3.2. Знешкодження заважаючих факторів Якщо стічна вода покрита плівкою нафти, пробу для визначення фенолів

треба брати піпеткою, занурюючи ії кінець всередину рідини так, щоб плівка нафти не попадала в піпетку.

У випадку присутності нафтопродуктів їх можна попередньо усунути си-льно залуживши розчин (для перетворення фенолів у феноляти) і екстраіуваги нафтопродукти петролейним або діетиловим ефіром. Потім до проби додати сульфат міді, підкислити і відганяти феноли з паром.

3.3. Вибір об’єму води для аналізу Утворення С6H2Br3OBrповинно здійснюватися при велккій перевазі брому.

Необхідно знати, що приведена вище кількість бромата та бромідакалія виділяє при підкисленні 119,9 мг брому, який може бромувати не більше 24 мг фенолу. Відповідно цієї кількості необхідно підбирати об’єм стічної води, шо береться для бромування.

3.4. Бромування фенолів і йодометричне титрування Відібравши 25-50 см3 одержаного дистиляту, переносять його в конусну

колбу на 250-500 см3, що закривається притертою пробкою, додають 25 см3 бромід-броматноі суміші і 10 см3 сірчаної кислоти, закривають колбу пробкою і залишають на 30 хвилин. Потім додають 1г сухого йодиду калія, перемішують, закривши колбу пробкою і через 5 хвилин титрують йод, що виділився тіосуль-фатом натрію, додаючи перед закінчення титрування крохмаль.

В другу таку ж колбу наливають дистильовану воду в тому ж об'ємі, що і дистилят, додають ту ж кількість бромід-броматної суміші, сірчаної кислоти, і йодиду калію і через 5 хвилин титрують розчином тіосульфату. Ця операція на-зивається титруванням холостої проби.

12

3.5. Розрахунки результатів 3.5.1. Розрахунки результатів для фенилу Вміст летких з паром фенолів в перерахунку на С6Н5ОІ1 (X) в мг/дм3 роз-

раховують по формулі: (4) де в — рб’єм розчину тіосульфату натрія,витраченої о на холосте титру-

вання, см3 а - б’єм розчину тіосульфату натрія, витраченого на титрування проби (ди-

стиляту) см3

тіосульфату натрія до 0,05 н V- об’єм стічної води, взятої для аналізу, см3 V1 - об’єм дистиляту, взятий для бромування і титрування, см3 0,784 - кількість фенолу, еквівалентна 1 см3 0,05н розчину тіосульфатанат-

рія, мг 3.5.2. Розрахунки для суміші фенолів в стічних водах Багаточисленні аналізи стічних вод, проведені в різних країнах, показали,

що середня молекулярна маса летких фенолів в стічних водах близка до 102. Виходячи з цього значення, можна розрахувати вміст летких з паром фенолів (V) в мг/дм3 по формулі:

(5) де а, в, V, V1-теж, що і у формулі (1) 0,85 - кількість суміші летких фенолів, еквівалентна 1cм30,05н розчину тіо-

сульфату натрія, мг Висновок: Промислові води містять розчинені феноли у концентрації 1 г/л, після

очистки концентрація повинна знаходитись у межах від 100-300 мг/л. В лабораторних умовах нам вдалося очистити воду від фенолів до концен-

трації 263 мг/л, що відповідає вимогам що до ГДК фенолів.

13

Лабораторна робота №3 Очистка стічної води від аміаку та амонійних солей

Мета роботи:

- Ознайомлення з методами утилізації та знешкодження аміакової селітри, тобто з методами уловлювання аміаку та його солей зі стічних вод - конденса-тів.

- Ознайомлення з принципами роботи іонообмінних матеріалів та можли-вості їх використання з метою очищення водних розчинів.

перелік необхідних реактивів та необхідний посуд реактиви: 1) Вихідний розчин стічної води: до 1л води додаємо ЗмлNH4OH

(25%) та приблизно 2г NH 4N03. 2) Сірчана кислота 0,02Н розчин. 3) Натр їдкий 0,1Н; 0,5Н та 10% розчини. 4) Метил червоний - індикатор 0,1% розчин. 5) Реактив Неслера. 6) Катіоніт КУ-2-8-100см. 7) Аніоніт АН-31-100см. 8) Азотна кислота-10% розчин. 9) Розчин аміаку-10%. 10)Змішаний індикатор для визначення кислотності, лужності (метиловий

червоний та метиловий блакитний). Посуд: 1) Бюретки на титрування - 4шт. (0,1Н HCL; 0,02Н H?S04; 0,1Н та

0,5Н NaOH). 2) Напірні склянки на 2л - 2шт. 3) Колонки 0=18мм, h =400мм - 2шт. 4) Колби-приймачі на 150-200мл - 20шт. 5) Круглодонна колба на 500мл з пробкою - 1шт. 6) Краплинна лійка на 100мл - 1шт. 7) Кульковий холодильник - 1 шт. 8) Алонж з пробкою - 1 шт. 9) Приймальна колба з пробкою - 1шт. 10) Розрахунок об*ємукатіоніта: 11) Розрахунок об*ємукатіоніта: 3. Загальні положення При виробництві аміакової селітри утворюються такі відходи : - конденсат свіжого гріючого пару; - конденсат сокових парів при отриманні розчинів аміакової селітри та їх

упарювання; - конденсат сокових парів при отриманні розчинів аміакової селітри та їх упарювання;

14

- шлам, що виникає при додаванні деяких неорганічних добавок, які вико-ристовуються з метою зменшення алежуваністі готових продуктів.

Крім того, до атмосфери потрапляє величезна кількість забрудненого пові-тря після гранулювальних башт та охолоджувачів, а також після довипарюва-льних апаратів.

І Іеочищений конденсат сокового пару частково утилізується, а частково виводиться у промзливну каналізацію умовно - чистих стоків, звідки потрапляє на біологічні очисні споруди.

Виключається викид у природні водойми навіть невеликих кількостей кон-денсатів сокових парів - амонійних водних розчинів.

Шлам, отриманий у процесі виготовлення неорганічних добавок, може бу-ти вивезений у шламовідвали.

У виробництві аміакової селітри у крупних масштабах питання утилізації та знешкодження відходів отримали першорядне значення.

Розроблені та частково застосовані 2 засоби очищення конденсатів соко-вих парів. Пізніше, вперше у вітчизняній практиці був розроблен засіб очищен-ня від селітри відпрацьованого повітря на агрегаті 140Фг/добу.

У відпрацьованому повітрі, що викидається після гранулювальних башт до атмосфери, аміакова селітра знаходиться у вигляді дрібнодисперсних частинок, які механічними пристроями (циклонами, рукавними фільтрами) не уловлю-ються.

Такі частинки утворюються у баштах в разі сублімації аміакової селітри у процесі розбризкування плаву на краплі та особливо за рахунок порожнистих фанул у киплячому шарі.

Винесення з повітрям цих частинок з гранулювальних башт повинно знач-но прискоритися у разі підвищення навантаження та швидкості повітря у всьо-му об’ємі башти та переходу на двоповерхове охолоджування у киплячому ша-рі.

Чим більше швидкість повітря, тим більше винесення. Кількість конденса-тів та вміст домішок ІЧНз та ИН^СЬ, які знаходяться в них, залежить від кон-центрації азотної кислоти, продуктивності нейтралізатора та випарних апаратів (на 1т готового продукту у процесі нейтралізації викидається 350-500кг сокових парів, а під час упарювання розчинів селітри-приблизно 300кг ). Вміст МНз в суміші обох конденсатів досягає 1 г/л, а ІЧН^СЬ - до Зг/л.

Вловлюють пари абсорбцією водою. Розбавлені водою розчини аміаку та нітрату амонію являють собою стічні води/Одним із сучасних і ефективних ме-тодів очистки таких стічних вод є іонітний метод. Сутність методу полягає в тому, що при пропусканні стічної води послідовно через катіоніт, та аніоніт з нього виловлюються спочатку катіони, а потім аніони, на які дисоціюють у воді солі амонію та амонійна вода.

Іоніти - це тверді матеріали, які практично нерозчинені у воді та у багатьох інших розчинниках. Іоніти здібні до обміну своїх іонів на іони, які знаходяться у розчині.

Обмінну ємність іоніта виражають у міліграм-еквівалентах (мг/екв) погли-неного

15

іону одним грамом, або одним кубічним сантиметром іоніту, що відповідає - мг- екв/г, або мгекв/см3.

Під час роботи іоніту на очищенні конденсату сокового пару робоча єм-ність катіоніту КУ-2-8 по іону амонія дорівнює 1 ІООмг-екв/л. Емкість аніоні-тів АН-31 або АН-2Ф дорівнює 700 — 800 мг-екв/л.

Іоніти застосовуються у багатьох галузях промисловості: за їх допомогою проводять очищення води від солей у системах живлення парових котлів, вико-ристовують під час добування рідких та розсіяних металів, під час органічного синтезу їх використовують як каталізатори.

4. Сутність процесу іоного обміну Конденсат сокового пару, який вміщує NН3-, не більш Іг/л та NH4NO3-, не

більш Зг/л подається спочатку до катіонітної колонки. Іони NН4, які містяться у конденсаті, поглинаються катіонїтом за рівнянням:

(1) (2) R- складний комплекс катіоніту; R*-складний комплекс (матриця) аніоні-

ту'. Процес фільтрування продовжується до вичерпання ємкості катіоніту. Піс-ля вичерпання ємкості іоніт піддають регенерації, шляхом промивання його ки-слотою. В даному випадку використовують азотну кислоту. Процес регенерації йде по схемі:

(3) Процес регенерації включає: - розпушування шару іоніту; - спуск водної подушки; - регенерацію; - відмивання від регенерату. Розпушування фільтруючого шару Здійснюється струменем води знизу

вгору. В лабораторних умовах можна використати механічне струшування ко-лонки. Для регенерації фільтру використовується концентрована азотна кисло-та, розведена до концентрації 15-20%.

Після очищення на катіонітовому фільтрі стічна вода подається для очи-щення нааніонітовий фільтр.

Процес поглинання N03 у аніонітовому фільтрі відбувається за рівнянням: , (4) R* - складний комплекс аніоніту. Вичерпання аніонітового фільтру та необхідність проведення регенерації

визначається по проскоку нітрат-аніону NO3до 2мг/л. Під час проведення реге-нераціїаніоніту відбуваються ті ж операції, що і під час регенерації катіоніту. Процес регенерації аніонітового фільтру відбувається за рівнянням:

(5)

16

Для регенерації використовується 25% розчин аміакової води. Подача ре-генераційного розчину відбувається після його розведення до 10% концентра-ції.

5. Порядок проведення експерименту Вихідну стічну воду аналізують на присутність у ній аміаку та амселітри за

методиками 5.1 та 5.2, які приведені нижче. Для виконання іонітної очистки стічну воду заливають до напірної склянки 1 (мал.4.1):

Мал. 4.1 - схема установки для іонітної очистки стічної води 1 – напірна ємкість зі стічною водою; К1 - краник подачі; 5 - водоток для рихлення; К2 - трьохходовий кран; 1 ’-напірна ємкість аніоніоновоїколонки; 2’ - напірний шар катіонованої води. З колонки 2 зливаємо шар води, який покриває іоніт, відкривши кран К2 до

тих пір, поки рівень води не зрівняється з рівнем іоніту. Після цього заливаємо до колонки конденсат, відкривши кран К)5 при відкритому вихідному крані К2 та регулюємо ним швидкість витікання рідини з таким розрахунком, щоб шви-дкість знаходилася у межі 18-20 об’ємів на об’єм іоніту в годину. (Якщо до ко-лонки засипано 20см іоніту, швидкість витікання рідини дорівнює 360-400 мл/год або приблизно 6 мл/хвил.)

Дослід поглинання продовжуємо 2 години, збираючи фільтрат в склянки 4, в іких контролюємо кислотність елюату по приведеній нижче методиці (6.4). Конденсат, який пройшов очищення на катіонітовій колонці переносимо до іа-пірної ємкості аніонітової колонки (1’,мал.2).

Так само встановлюємо подачу конденсату на аніоніт зі швидкістю 15 год. Збираємо конденсат після аніонітової колонки порціями до приймача 4, за-міряємо лужність розчину (див. методику 6.5).

Після закінчення очищення конденсату на іонітових колонках останні пі-длягають регенерації.

Іоніти перед регенерацією розпушуємо подачою води з напірних баків зни-зу до колонок через водотоки 5 та 5’ протягом п’яти хвилин. Після розпушу-вання зливаємо розпушувальні води через крани К? та К2’ та додаємо кожну з

17

них до очищених розчинів. Підрахувавши об’єми конденсату, очищеного на катіонітовій та аніоніто-

віи колонках, розраховуємо: - кількість поглиненого іону амонію на катіонітовому фільтрі: (6) де Свих., Скін. - сумарна концентрація NH3+NH4 у вихідному та очище-

ному розчині, г/л. V р-ну - об’єм розчину, який пройшов через катіонітову колонку'. Розраховуємо кількість поглиненого нітрат-іону: (7) де С вих., С кін. - концентрації нітрат-іону у вихідному розчині га після

виходу його з колонки, г/л (5.3). V р-ну - об’єм конденсату, який пройшов через аніонітову колону, л. Для проведення регенерації ємкість 1 заповнюємо 10% розчином азотної

кислоти (ЮОмл), а ємкість 1' заповнюємо 10% NH4OH (100мл). Регенераційні розчини пропускаємо через колонки:кислотний розчин через

катіоніт, а аміачний - через аніоніт. (ЮОмл), а ємкість 1' заповнюємо 10% NH4OH (100мл). Регенераційні розчини пропускаємо через колонки: кислотний розчин че-

рез катіоніт, а аміачний - через аніоніт. 6. Метод контролю

6. Визначення вільного аміаку Здійснюють титруванням проби стічної води кислотою у присутності ме-

тилоранжу. При цьому вільний аміак нейтралізується за формулою: NH4OH + HCL = NH4CL + Н20, (8) Відбираємо піпеткою 10 см3аналізуємого розчину (стічної води) до коніч-

ної колбі ємкістю 200 см3. Додаємо до колби 2-3 краплі метилоранжу та титру-ємо 0,1H розчином HCL (до переходу жовтого забарвлення до рожевого).

Вміст аміаку розраховуємо за формулою: (9) де а — кількість кислоти, яка пішла на титрування, см3 0,018 - кількість NH3, яка дорівнює 1см3 0,1Н кислоти N — нормальність розчину Паралельно проводять холосте титрування, (титрують дисцильовану воду).

6.2.Визначення вмісту зв 'язаного аміаку Зв’язаний аміак визначають за різницею між загальним та вільним аміа-

ком. Під час взаємодії нітрату амонію з лугом утворюється гідроокис амонію,

який пр* підігріванні розкладається на NH3та Н20. Виділений аміак разом з ві-льним, якиї міститься у розчині, переганяють до приймача з кислотою (мад.4.2).

Нітрат амонію NH4NO3 визначають за еквівалентним вмістом у вихідному розчині зв’язаного амонію методом відгону аміаку, який виникає під час розк-

18

ладу гідрату амонію зарівнянням: H4NO3 + NaOH= NH4OH + NH3+ Н20 + NaN03, (10) Стічну воду (10 мл) заливаємо до колби 1, додаємо 150мл води. До прий-

мальної колби заливаємо 30-50мл 0,1Н розчину Н2S04. До реакційної колби через краплинну лійку додають 10 мл 10% розчину NaОН. Після цього реакцій-ну колбу підігрівають до кипіння і кип’ятять поки у колбі не залишиться 50 - 60мл рідини.

Після закінчення досліду надлишок кислоти у колбі-приймачі відтитрову-ють0,1Н розчином Nа0Н. Вміст аміаку у суміші розраховують за формулою:

(11) Де V – об*єм 0,1Н розчинуNaOH витраченого на титрування контрольної

вихідної проби H2SO4. А – об*єм розчину NaOH, витраченого на титрування залишкової H2SO4 в

приймачі після закінчення досліду К - поправочний коефіцієнт для доведення нормальності розчину NaОН до

точно 0,1Н; 17 - грам-еквівалент NН3; V - об’єм аналізуємоироби конденсату, який брали для досліду. Для аналізу беруть 10 мл проби. Одночасно проводять холосте титрування

(10 мл Н2S04). 6.3Розрахунок вмістунітратуамонію та нітрат-іону Якщо відомо вміст аміаку у розчині та кількість вільного аміаку розрахо-

вують вміст нітрату амонію за формулою: (12) Вміст нітраг-іону у розчині розраховують так: (13) де 62 та 80 - еквівалентні маси іону N03 та нітрату амонію.

6.4 Визначення кислотності елюату після катіонітової колонки До аналізу відбирають піпеткою 10 мл проби, добавляють 2-3 краплі змі-

шаного індикатора (метилового червоногб + метилового блакитного) та титру-ють 0,5Н розчином NаОНдо переходу фіолетового забарвлення у зелене. Від-значаємо об’єм лугу, витрачений на титрування.

Кислотність розчину розраховуємо за формулою: (14) де N - нормальність луга, виточеного на титрування; Vл - об’єм луга, витраченого на титрування розчину; Vк - об’єм кислого елюату, який взяли на титрування,см3. 6.5 Визначення лужності розчину після аніонітової колонки Беремо 20 мл елюату, який вийшов з аніонітової колонки, додаємо 2-3 кра-

плі індикатора та титруємо 0,02Н Н2S04 до переходу зеленого забарвлення у

19

фіолетове. Вміст лугу розрахуємо за формулою: (15) де Nк та Vк - нормальність та об’єм кислоти, витраченої на титрування

аналізуємої проби.

6.6. Методика якісного контролю наявностіаміаку у елюаті Елюат, який пройшов катіонітову колонку перевіряємо на наявність аміаку

таким іином: до пробірки заливаємо 1 мл елюату, додаємо до нього 2мл реакти-ву Неслера. При відсутності аміаку конденсат не повинен мати жовтий колір.

7. Звіт по роботі Таблиця 4.1 - Характеристика елюатів після катіонітової та аніонітової ко-

лонок

Номер пор-

цій

Елюат після катіоні-тової колонки Н

омер по

рцій

Елюат після аніоні-тової колонки

Об’єм порції, мл

Кислот-ність,

мг.екв/л

Об’єм порції, мл

Луж-ність,

мг.екв/

1. 50 0.1

1. 50 0.1 2. 100 0.4 2. 100 0.4

3. 200 0.5 3. 200 0.5 4. 200 0.3 4. 200 0.6 5. 200 0.5 5. 200 0.55 6. 200 0.2 6. 200 0.5 ∑ v=950 CNH3,г/

л= ∑ V’=950 СNH4NO

,г/л= мл мл QNHз (поглин.) = V - (СNH3, (вих.) –СNНз в елюаті після

катіоновоїколонки) (16) де Vд - об’єм, що пройшов через катіонітову колонку. QNН4NO3(поглин.) = V' (СNH4NO3(вих.)-СNH4NO3 в елюаті), (17) Відсоток очистки: Після аніонітової 16%: (2,142-1,8)/2,142*100=16% Після аніонітової колонки: (7,4 – 0,34)/7,4*100= 95,4%

20

Лабораторна робота №4 Очистка сточных вод от взвешенных примесей на зернистых фильтрах.

Цель: Изучить динамику очистки воды на фильтре. Оборудование: Колонка для фильтрования, разнозернистый песок, мерные стаканы, цилиндр И шрифт для определения прозрачности воды, секундомер, лейка Методика: 1. Фильтр (песок) загружают на 1 см. 2. Сточную воду взбалтывают и отбирают 50 (100) мл и заливают в

фильтр. 3. С помощью секундомера устанавливают время фильтрации. 1,2,3 операции повторяются 6 раз для повышения точности значений очи-

стки и для понижения влияния ошибки при измерениях. 4. После каждой фильтрации определяется прозрачность очищенной воды

по методу шрифта. Нулевая прозрачность сточной воды 15 мм. Таблица с результатами

№ пп Толщина фильтра, мм

Объем сточ-ной воды, мл

Объем осветлен-ной воды, мл

Время фильтра-ции, с

Прозрачность, мм

1 10 100 100 30 36 2 20 100 98 81 48 3 30 100 86 100 59 4 40 100 99 187 69 5 50 100 91 200 76 6 60 100 86 205 86

Расчёт объёма песка, плотность песка 1,4 г/см3 ,1440 кг/м3

№ пп

расчёт Масса песка, г

1 5,773*1,44 8,24 2 2*5,773*1,44 16,48 3 3*5,773*1,44 24,93 4 4*5,773*1,44 33,24 5 5*5,773*1,44 41,54 6 6*5,773*1,44 49,85

После промывки фильтра 150 мл воды прозрачность составила 2 мл. Вывод: Согласно графиков при увеличении массы песка увеличивается

время прохождения сточной воды через фильтр и качество очистки.

21

Лабораторна робота №5

Вивчення очисних споруд для очистки стічних вод міста Дніпродзержин-

ська Мета: ознайомлення з роботою очисних споруд та послідовністю очистки

води. 1. Закріпити теоретичні знання про способи очищення води. 2. На прикладі роботи очисних споруд м.Дніпродзержинська простежити

всі стадії очистки стічних вод. 3. Зібрати матеріал для лабораторної роботи. Водопровідно-каналізаційне господарство Дніпродзержинська міста вклю-

чає 746,7 км водопровідних мереж, 358,2 км каналізаційних мереж, три водоп-ровідні насосні станції, 16 каналізаційних насосних станцій, два каналізаційних очисних споруди. Річний обсяг водоспоживання міста - 48 млн.м3, з них насе-ленням - 25 млн.м3.

1. Приймальна камера стічних вод міста

МЕХАНІЧНА ОЧИСТКА

Проводиться попередня очистка вступників на очисні споруди стічних вод

з метою підготовки їх до біологічному очищенню. На механічному етапі відбу-вається затримання нерозчинних домішок.

22

2. Решітки

Спочатку йде механічна очистка. Воду позбавляють від сміття, яке не вло-вили що затримують решітки на головній насосній станції з розміром прозорів в решітці до 100 мм (велике сміття). Решітки призначені для затримання грубо-дисперсних домішок і забруднень, що містяться в стічних водах.

Зняте з решіток сміття найбільшої фракції

3. Пісковловлювач

Другий щаблем механічної очистки стічних вод є пісковловлювачі - спору-ди для видалення мінеральних домішок, що містяться в стічних водах. До міне-ральних забруднень, що знаходяться в стічних водах відносяться: пісок, глини-сті частинки, розчини мінеральних солей, мінеральні масла.

Пісковловлювач

3. Первинний відстійник

Первинні відстійники – це залізобетонні резервуари з ухилом до центру. Осад збирається в центральний приямок, що проходять по всій площі дна скре-бками, і викачуються за графіком. Спеціальний поверхневий скребок зверху зганяє всі легші за воду забруднення, в жировий бункер. Плаваючі забруднення (сірапіна) видаляються за допомогою жирозбірник в бункер.

Механічна очистка важлива для створення рівномірного руху стічних вод (усереднення) і дозволяє уникнути коливань обсягу стоків на біологічному ета-пі.

23

Заповнений

Порожній

БІОЛОГІЧНА ОЧИСТКА

4. Аеротенк

Біологічне очищення припускає деградацію органічної складової стічних

вод мікроорганізмами (бактеріями і найпростішими). На даному етапі відбува-ється мінералізація стічних вод, видалення органічного азоту і фосфору.

Аеротенк - резервуар (найчастіше прямокутного перерізу), за яким проті-кає стічна вода, змішана з активним мулом, де відбувається біохімічна очистка стоків. Повітря, що вводиться за допомогою пневматичних або механічних ае-раторів перемішує стоки з активним мулом і насичує їх киснем, необхідним для життєдіяльності бактерій.

Аеротенк, по дну якого проходить аераційна система, для подачі повітря.

24

Аеротенк у роботі

За допомогою аеробних організмів (мікроорганізми: бактерії, водорості,

гриби, черви) від 19 до 36 видів одночасно. При активному перемішуванні від-бувається розкладання мікроорганізмами органічних речовин.

Водозлив аеротенках, суміш активного мулу і очищеної стічної води, яка надходить на відстоювання у вторинні відстійники.

Активний мул

5. Вторинний відстійник

Вторинні відстійники служать для затримання активного мулу, що надхо-дить разом з очищеною водою з аеротенків, або для затримання біологічної плі-вки, що надходить з водою з біофільтрів. Насоси видаляють активний мул з дна вторинних відстійників.

Вторинний відстійник

Жовта споруда – мулозбирач, він потрібен для підгрібання випадаючого

мулу в кільцевої приямок.

25

ОБЕЗЗАРАЖЕННЯ СТІЧНИХ ВОД

6. Очищення стічної води за допомогою хлорування Найпоширенішим хімічним методом очищення води є хлорування. Одна з

причин цього - економічність даної речовини. Для очищення може використо-вуватися хлор у вигляді газу, гіпохлорит натрію або кальцію, хлорні агенти або діоксид хлору. При цьому потрібно враховувати, що для того, щоб отримати хлорні агенти, потрібно буде застосувати електроліз. З перерахованих речовин менш популярні хлорне вапно і гіпохлорит кальцію. Вони не тільки знезаражу-ють воду, але і сприяють її забруднення.

Широко застосовується діоксид хлору для того, щоб знезаразити питну во-ду. У порівнянні з іншими речовинами він нешкідливий для людського органі-зму. Застосування діоксиду хлору набагато ефективніше, ніж обробка води про-стим хлором. Життєздатних бактерій залишається набагато менше. Однак да-ний метод малоефективний при дуже сильному забрудненні води. Діоксид хло-ру у звичайній дозі просто не зможе з ним впоратися, доводиться збільшувати концентрацію речовини в кілька разів. Недоліками даного методу є те, що ця речовина вибухонебезпечне і має високу вартість. Метод очищення води хло-руванням простий по застосуванню, проте він не є найефективнішим. Доза, ре-комендована до застосування санітарним наглядом, не може забезпечити повне знищення всіх бактерій.

Станція хлорування

7. Контактний відстійник

Контактні відстійники можуть бути горизонтальними або вертикальними.

При однозмінній роботі передбачають один відстійник, при двозмінній - два ві-дстійника. З контактного відстійника освітлені стічні води випускають періоди-чно по випускний трубі, що розташовується в межах висоти нейтрального ша-ру. Мул випускається по мулової трубі діаметром 200 мм при висоті розташу-вання випускного патрубка не менше 1,5 м від поверхні стічної води в відстій-нику. Осад з контактного відстійника випускається в резервуар насосної станції і перекачується разом зі стічною рідиною в двох'ярусний відстійник. При збі-льшенні зазначеного співвідношення стічні води від перед надходженням на споруди біологічної очистки необхідно попередньо обробляти на контактних відстійниках з попередньою коагуляцією домішок. Відстійники, застосовувані в

26

даний час, є проточними. Це значить, що відстоювання стічних вод відбуваєть-ся при повільному їх протоці через відстійники.

Контактний відстійник

27

Навчальне видання

Методичні вказівки до виконання практичних робот з дисципліни «Еколо-гія гідросфери» (частина 1) для студентів за напрямом підготовки 6.040106 - «Екологія, охорона навколишнього середовища та збалансоване природокорис-тування».

Укладач: Пікареня Д.С. . Підписано до друку _____________________________2015 р. Формат ____________________ Обсяг_____________ др.арк. Тираж _________________ екз. Заказ ________________ м. Дніпродзержинськ, вул. Дніпробудівська,2