litceysel.ru
добавить свой файл
1 2 3


МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ


ХАРКІВСЬКА НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ МІСЬКОГО ГОСПОДАРСТВА


МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

ДО ВИКОНАННЯ ЛАБОРАТОРНИХ РОБІТ З КУРСУ

ТЕХНОЛОГІЇ ОЧИЩЕННЯ ПРИРОДНИХ ВОД”


(для студентів 4 – 5 курсів денної і заочної форм навчання,

екстернів і іноземних студентів

спеціальності 7.092601   “Водопостачання і водовідведення”)


Харків – ХНАМГ – 2006


Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з курсу “Технологія очищення природних вод” (для студентів 4- 5 курсу денної і заочної форм навчання, екстернів і іноземних студентів спец. 7.092601   “Водопостачання і водовідведення”). Укл.: В.О. Тихонюк-Сидорчук. – Харків: ХНАМГ, 2006. – 44 с.


Укладач: В.О. Тихонюк-Сидорчук


Рецензент: С.С. Душкін


Рекомендовано кафедрою водопостачання, водовідведення та очищення вод, протокол № 6 від 27.02.06.


З М І С Т

Стор.

1. Теоретична частина…………………………………………………………….

4

Загальні вказівки……………………………………………………...

4

Види аналізів води…………………………………………………………..

5

1.1. Хімічний аналіз води…………………………………………….

5

1.2. Технологічний аналіз води………………………………………

10


1.3. Бактеріологічний аналіз води…………………………………

12

2. Лабораторні роботи…………………………………………………………….

13

Лабораторна робота №1. Визначення оптимальної дози коагулянту……………………………………………………………..


13

Лабораторна робота №2. Визначення показника осаджуваності зважених речовин у воді. Знаходження розрахункових технологічних параметрів відстійників……………………………



18

Лабораторна робота №3. Видалення заліза з води аеруванням і фільтруванням……………………………………………………….


24

Лабораторна робота №4. Видалення заліза з води коагуляцією…

29

Лабораторна робота №5. Натрій - катіонний метод зм’якшення води…………………………………………………………………..


31

Лабораторна робота №6. Зм’якшення води вапняно - содовим методом………………………………………………………………


36

3. Правила техніки безпеки підчас проведення лабораторних робіт………


40

Додаток 1……………………………………………………………………..

42

Список літератури………………………………………………………….

43


1. ТЕОРЕТИЧНА ЧАСТИНА


ЗАГАЛЬНІ ВКАЗІВКИ


Лабораторні роботи студенти виконують відповідно до навчального плану. Тривалість виконання однієї роботи - 2 години. Для проведення лабораторних занять академічна група студентів підрозділяється на бригади, які займаються кожна своєю лабораторною роботою. Заняття проводять два викладачі, за кожним з яких закріплюється рівна кількість бригад.

Перед початком лабораторних робіт викладач проводить інструктаж з техніки безпеки проведення лабораторних робіт і пожежної безпеки, з оформленням у відповідних журналах і підписами студентів. Студенти, які не пройшли інструктаж з техніки безпеки, до виконання робіт не допускаються.

Перед лабораторними заняттями студенти проробляють теоретичну і практичну частини майбутньої лабораторної роботи, доповідають викладачеві порядок її проведення, після чого оформляють лабораторний журнал і одержують допуск до виконання роботи.

З усіма питаннями, що виникають у процесі виконання лабораторної роботи, студенти звертаються до викладача.

Результати лабораторних робіт заносять в лабораторний журнал (Додаток).

Оформлену роботу студент захищає і здає викладачеві.

ВИДИ АНАЛІЗУ ВОДИ

До основних аналізів води відносять хімічний, технологічний і бактеріологічний.

1.1. ХІМІЧНИЙ АНАЛІЗ ВОДИ

Хімічний аналіз поділяється на якісний і кількісний.

Завдання якісного аналізу води - встановлення якісного складу її домішок. Кількісний аналіз дозволяє оцінити кількісний вміст домішок у воді.


Якісний аналіз дає відповідь типу "так", "ні". Його здійснюють додаванням до досліджуваної проби води реактиву (реагенту), що вступає з певними сполуками у реакцію, яка супроводжується характерною зміною системи (поява чи зміна фарбування, помутніння).

У ряді випадків проведення якісного аналізу буває достатнім, щоб установити придатність води для тієї чи іншої мети. Наприклад, у воді, яка використовується для виробництва кіноплівки, повинне бути зовсім відсутнє залізо. Якщо аналіз показує наявність у воді заліза, це - однозначна відповідь про непридатність такої води для вказаної мети.

Якісний аналіз надає також велику допомогу у виборі правильного методу кількісного аналізу. Більшість кількісних методів визначення призводять до помилкових результатів у присутності інших „елементів, що заважають”. Якісний аналіз, виявляючи ці „елементи ”, допомагає відповідно змінити основний хід роботи так, щоб подолати цей заважаючий вплив.

Найбільш розповсюдженими методами кількісного аналізу є гравіметричний, об’ємний і фізико-хімічний.

Гравіметричний аналіз здійснюють шляхом додавання в пробу води надлишку реактиву, що утворює з умовною речовиною малорозчинну сполуку, яке випадає в осад. Осад відфільтровують, висушують, визначають його масу.

Характерна риса гравіметричного аналізу - додавання до проби води надлишку реактиву для забезпечення повноти реакції його з компонентом. Реактив повинен реагувати тільки з обумовленим компонентом.

Гравіметричний аналіз досить громіздкий і вимагає значних витрат часу для одержання результату.

Принцип об’ємного аналізу полягає в тому, що умовна речовина вступає в хімічну взаємодію з реактивом, яку додають у пробу у вигляді розчину точно відомої концентрації (титрований розчин) і в кількості, строго еквівалентній кількості умовної речовини. Процес доливання реактиву до води називають титруванням. Наприкінці реакції між титрованим розчином реактиву і умовною речовиною судять за зміною фарбування індикатора, який вводять у пробу води як допоміжний реактив.


Для обчислення результату аналізу необхідно знати точні обсяги розчинів речовин, які беруть участь у реакції (титрованого розчину і проб води). Формула для розрахунку має наступний вигляд:

,

де X – кількість умовної речовини, мг/дм3 ;

V1 – об’єм титрованого розчину, витрачений на титрування проби досліджуваної води, см3;

N – нормальність титрованого розчину;

Е – міліграм-еквівалент умовної речовини;

V –об’єм досліджуваної води, взятий для титрування, см3.

У тих випадках, коли умовна речовина міститься у воді в дуже малих кількостях, найбільш придатними є методи фізико-хімічного аналізу. Найбільше поширення мають методи колориметрії і нефелометрії.

У методах колориметрії концентрацію умовної речовини, якщо вона пофарбована, можна встановити безпосередньо, порівнюючи інтенсивність фарбування зі стандартом (тобто розчином з відомою концентрацією умовної речовини). В інших випадках у досліджувану воду додають реактив, який, вступаючи в реакцію з умовною речовиною, утворює пофарбовану сполуку. Порівнюючи фарбування досліджуваної води зі стандартом (в який доданий той же реактив) установлюють концентрацію умовної речовини, абсолютне значення якої знаходять за допомогою градуювального графіка.

При порівнянні інтенсивності фарбувань використовують головним чином такі методи: метод колірної шкали, метод порівняння фарбувань, фотоколориметричний.

У методі колірної шкали фарбування досліджуваноі проби води порівнюється з фарбуваннями серії стандартних розчинів, виготовлених тим самим способом. Аналіз проводять у скляних посудинах, які заповнені досліджуваною водою і стандартними розчинами. Концентрація умовної речовини у воді дорівнюватиме концентрації стандартного розчину, з кольором якого збігається колір проби води.


У методі порівняння фарбувань порівнюють інтенсивності фарбувань проби води і стандартного розчину, що можуть значно різнитися. Порівняння виконують у спеціальних колориметричних циліндрах (циліндри Генера) з краниками, розташованими в нижній частині циліндра. Висоту стовпчика рідини в кожному циліндрі шляхом відливання регулюють таким чином, щоб інтенсивності фарбувань в обох циліндрах при розгляді рідин зверху зрівнялися.

При досягненні однакової інтенсивності фарбувань мають місце співвідношення:



де Сcm і Сb – концентрації відповідно стандартного розчину і досліджуваної води;

hcm і hb – висота стовпчика відповідно стандартного розчину і води.

Фотоколориметричний метод визначення концентрації речовини заснований на вимірі інтенсивності світлового потоку (коефіцієнта пропущення), що пройшов через пофарбований розчин.

Для виміру коефіцієнта світлопропускання використовують фотоколориметри різних моделей (ФЭК, КФК-2, КФО та ін.).

Проведення фотоколориметричних вимірів на колориметрі фотоелектричному однопроменевому (КФО) полягає у вимірі відношення двох світлових потоків - повного і минулого через вимірюване середовище.

На фотоприймач по черзі направляють світлові потоки: повний Ф0 і пропущений через досліджувану пробу води Ф.

Коефіцієнт світлопропускання досліджуваної води, що являє собою відношення цих потоків, визначають у вигляді відношення відповідних фотострумів І безпосередньо по шкалі мікроамперметра (рис. 1), тобто

,

де І – фотострум, що відповідає світловому потоку Ф, який пройшов через досліджувану воду;


І0 – фотострум, що відповідає повному світловому потоку Ф0.

Проведенню вимірів передує підбір поглиначів (світлофільтрів) і вимірювальних кювет. Наявність комплекту поглиначів і кювет дозволяє підібрати такі умови для вимірів, коли похибка у визначенні концентрації буде найменшою.



Рис. 1   Зовнішній вигляд приладу КФО


Вимірювання коефіцієнта пропущення (рис. 1). Рукояткою „Поглиначі” 2 вводять попередньо підібраний поглинач, потім рукояткою „Встановлення нуля” 3 на шкалі мікроамперметра 1 встановлюють нуль при відкритій кришці 4 кюветного відділення. У кюветне відділення встановлюють підібрану кювету з дистильованою водою, в яку додані всі необхідні для аналізу реактиви. Кришка кюветного відділення закривається і за допомогою рукоятки „Установка 100” і виставляється відлік 100 на шкалі приладу.

Потім у кюветне відділення вставляють кювету з досліджуваною водою, в яку додані всі необхідні реактиви. Переключення кювет у світловому пучку виконують поворотом рукоятки „Кювета” 6 до упору. Кришку 4 закривають і знімають відлік за шкалою 1. Відлік відповідає коефіцієнту пропущення вимірюваного зразка води, вираженому в %.

Будують градуювальну криву. Для цього готують ряд розчинів умовної речовини з відомими концентраціями. Потім вимірюють коефіцієнти пропущення і по них, користаючись табл. 1, визначають оптичну щільність D усіх розчинів. Відкладаючи по горизонтальній осі відомі концентрації розчинів, а по вертикальній - відповідні їм значення оптичної щільності, будують градуювальну криву.


Градуювальну криву потім використовують для визначення невідомої концентрації речовини в досліджуваній воді. Для цього досліджувану воду з доданими реактивами наливають у ту ж кювету, для якої побудована градуювальна крива, і, включивши той же поглинач (світлофільтр), вимірюють коефіцієнт пропущення і визначають оптичну щільність за табл. 1. Потім за градуювальною кривою знаходять концентрацію шуканої речовини, що відповідає отриманому значенню оптичної щільності.


Таблиця 1


D

0,00

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,07

0,08

0,09

0,0

100

97,7

95,5

93,3

91,2


89,1

87,1

85,1

83,2

81,3

0,1

79,4

77,6

75,9

74,1

72,4

70,8

69,2

67,6

66,1

64,6

0,2

63,1

61,7

60,3

58,9

57,5

56,2

54,9

53,7

52,5

51,3

0,3


50,1

49,0

47,9

46,8

45,7

44,7

43,7

42,7

41,7

40,7

0,4

39,8

38,9

38,0

37,1

36,3

35,5

34,7

33,9

33,1

32,4

0,5

31,6

30,9

302

29,5

28,8

28,2


27,5

26,9

26,3

25,7

0,6

25,1

24,5

24,0

23,4

22,9

22,4

21,9

21,4

20,9

20,4

0,7

19,9

19,5

19,1

18,6

18,2

17,8

17,4

17,0

16,6

16,2

0,8

15,8


15,5

15,1

14,8

14,5

14,1

13,8

13,5

132

12,9

0,9

12,6

123

12,0

11,7

11,5

11,2

11,0

10,7

10,5

102

1,0

10,0

9,8

9,5

9,3

9,1

8,9

8,7


8,5

8,3

8,1


Примітка. У першому стовпці таблиці подані значення оптичної щільності D через 0,1, а у верхньому рядку вміщені її соті частки. На перетині рядка зі стовпцем наведені відповідні значення коефіцієнта пропущення в %.


1.2. ТЕХНОЛОГІЧНИЙ АНАЛІЗ ВОДИ

У сучасних умовах одержання води заданої якості здійснюють за складною хімічною технологією, що використовує безліч різних реагентів, матеріалів, фізичних агентів і різноманітних споруд. У результаті властивості води зазнають значних змін, які необхідно враховувати, щоб забезпечити потрібний ефект очищення. Ці так звані технологічні властивості води визначають методами технологічного аналізу. За допомогою технологічного аналізу з декількох можливих методів коригування того чи іншого показника якості води вибирають найбільш ефективний і економічний, установлюєть необхідну дозу реагенту, визначають кінетику осадження суспензій, швидкості протікання води в різних спорудах, динаміку росту втрат напору у фільтрувальних спорудах і т.д. Незнання технологічних властивостей води може призвести до серйозних помилок при проектуванні водопідготовчих станцій.

При реалізації найбільш розповсюджених технологічних схем очищення води необхідно мати дані про наступні параметри, що характеризують технологічні властивості води: коагулювання, знефарбування, осадження суспензії, фільтрування, знезалізнення, пом’якшення, стабільність, хлорування. Ці дані одержують у результаті технологічного аналізу води. Якість води, як уже вказувалося, визначається її складом, концентрацією і властивостями домішок, що містяться в ній. Крім того, щоб ознайомитися з фізичними і хімічними показниками якості води і засвоїти методи їхнього визначення, студенти повинні вміти встановлювати склад домішок води та їхню концентрацію. Однак цих даних недостатньо, щоб кваліфіковано запроектувати технологічну схему обробки води з метою поліпшення її якості, підібрати і розрахувати споруди, в яких ця технологія буде здійснюватися. Дані про фізичні й хімічні показники якості води повинні бути доповнені технологічними показниками, які встановлюють за допомогою технологічного аналізу.


Технологічний аналіз проводиться:


  • для визначення властивостей води при відшукуванні джерела водопостачання і проектуванні споруд, для коригування якості води;

  • з метою контролю показників якості води в процесі її обробки.

Сучасна водопідготовка - складна хімічна технологія, в якій для обробки води використовують різні реагенти, матеріали, фізичні впливи і безліч різноманітних пристроїв. Від характеру взаємодії домішок води з використовуваними речовинами залежить ефективність підготовки води різного призначення.

У наш час важко передбачити поведінку домішок води в процесі її обробки. Такі дані можна одержати, визначивши в результаті технологічного аналізу так звані технологічні властивості води.

За допомогою технологічного аналізу встановлюють оптимальні дози реагентів для обробки води, що забезпечують найкращий ефект очищення і економічність процесів; визначають кінетику осадження суспензій, що дозволяє розрахувати об’єм і розміри очисних споруд; підбирають оптимальні швидкості протікання води в різних водообробних пристроях; забезпечують вибір з декількох можливих методів коригування показника якості води найбільш ефективного й економічного і т.п.

У практиці водопідготовки широко використовують технологічний аналіз води, що включає пробне коагулювання, хлорування, зм’якшення, знезалізнення, стабілізацію та інші визначення.

Технологічний аналіз проводять при тій температурі, при якій передбачається вести процес обробки води у виробничих умовах.


1.3. БАКТЕРІОЛОГІЧНИЙ АНАЛІЗ ВОДИ

У лабораторних умовах обов’язково проводять різноманітні бактеріологічні аналізи води на водопідготовчих станціях.

Як правило, визначають наявність в них збудників хвороб, колі-індекс, колі-титр. Відображають зміст і результати аналізів у журналах.

Людина, яка здійснює подібний аналіз, повинна мати фахову освіту, володіти хімічними і бактеріологічними знаннями в межах роботи, що виконується, знати порядок відбору зразків і правила їх підготовки до випробувань, основні властивості матеріалів, що аналізуються, лабораторне обладнання; методи обробки отриманих даних.


2. ЛАБОРАТОРНІ РОБОТИ


Лабораторна робота № 1

Визначення оптимальної дози коагулянту


1. Загальні вказівки

Для видалення з води речовин, що обумовлюють кольоровість і каламутність, застосовують обробку води коагулянтами. Як коагулянти використовують солі алюмінію і заліза: сульфат алюмінію, сульфат заліза (ІІ), сульфат заліза (ІІІ), хлорид алюмінію, хлорид заліза (ІІІ), змішаний коагулянт, який складається із сульфату алюмінію і хлориду заліза, взятих у співвідношенні 1:1 чи 1:2, та ін.

Коагулянти є солями сильних кислот і слабких лугів, тому при введенні у воду вони гідролізуються.

Гідролізом називається обмінна реакція між катіонами й аніонами солі і води, при якій відбувається зв’язування продуктів розкладання з одним чи обома іонами води з утворенням малодисоційованих чи важкорозчинних гідроокисів. Гідроліз солей супроводжується зміною рН середовища:

пряма реакція

Аl2 (SO4)3 + 6Н2О Аl(ОН)3 + 3H2SO4 ,

зворотна реакція

FеСl3 + ЗН2О Fe (ОН)3 + ЗНСl .

Реакції гідролізу оборотні. Тому, щоб забезпечити повноту протікання гідролізу (пряма реакція), необхідно зв’язувати (нейтралізувати) кислоти, що утворюються. Цю функцію виконують присутні в природних водах гідрокарбонат-іони, що визначають природну лужність води:

H+ + НСО3- = Н2СО32О + СО2.

Якщо лужність оброблюваної води невелика, то кислота, яка утвориться при гідролізі коагулянту, може бути нейтралізована не повністю. Наслідком цього є погіршення процесу пластівцеутворення, поява у воді залишкового алюмінію чи заліза. Щоб уникнути цього, воду додатково підлужують введенням Са (ОН)2 чи Н2СО3:


H2SO4 + Са(ОН)2 = CaSO4 + 2Н2О ,

2НС1 + Na2CO3 = 2NaCl + Н2СО3 = 2NaCl+ Н2О + СО2 .

Гідроксиди алюмінію і заліза малорозчинні у воді і виділяються з неї у вигляді колоїдних позитивно заряджених часток з великою сумарною площею поверхні. Гумусові речовини, що надають воді зафарбування, і частки порід і ґрунтів, що визначають її каламутність, являють собою негативно заряджені колоїди. Через різницю зарядів ці дві системи взаємодіють: на позитивно зарядженій поверхні гідроксидів добре адсорбуються гумусові речовини, а безпосередньо частки гідроксидів адсорбуються на поверхні ґрунтових, глинистих та інших зважених часток.

Разом з тим наявність у воді негативно заряджених іонів приводить до коагуляції колоїдних часток гідроксидів, тобто відбувається зниження їхнього заряду і втрата стійкості. У результаті частки починають злипатися одна з одною, що призводить до утворення „містків” між зваженими частками домішок. Ці „містки” немовби „зшивають” зважені частки між собою, утворюючи так звану понадміцеллярну структуру. Остання під впливом гідродинамічних сил потоку розривається в найбільш слабких місцях, наслідком чого є утворення мікропластівців, що потім збільшуються при взаємних зіткненнях. Осадження такої коагульованої суспензії призводить до видалення з води речовин, які обумовлюють її каламутність і кольоровість.

Для успішного протікання процесу необхідно правильно підібрати дозу коагулянту. Оптимальною називається та його найменша доза, що забезпечує кольоровість очищеної води < 20 град, при мінімальній її каламутності і доброму пластівцеутворенні (досить швидке утворення великих, добре осідаючих пластівців). Оптимальна доза коагулянту залежить від величини і природи кольоровості оброблюваної води, її каламутності, лужності й температури. Оптимальну дозу визначають у процесі пробного коагулювання води різними дозами коагулянту.


2. Схема установки

Установка складається з магнітної мішалки 1 і колби 2 з випробуваною водою і реагентами, яка встановлена на підставці 3 корпусу магнітної мішалки. Усередину колби опускають стержень, що перемішує, 4. Корпус мішалки заземлюють, після чого мішалку вмикають в мережу напругою 220 В. Для приєднання проводу, що заземлює, на задній стінці корпуса розташована клема. Стержень 4 приводять в обертання за допомогою тумблера 5. Для збільшення швидкості обертання стержня рукоятку 6 повертають за годинниковою стрілкою і встановлюють на середині шкали швидкості обертання магнітного стержня. Це відповідає приблизно 800 об/хв магнітного стержня.

Тумблер 7 призначений для включення електрообігріву. Для запобігання від саморозмагнічування магніту до мішалки додане сталеве кільце, яке концентрично накладають на підставу корпусу при вимкнутому апараті.

Для виконання роботи готують колбу з випробуваною водою, закритою пробкою; мірні циліндри на 250 мл - 7 шт., плоскодонні колби -2-3 шт., ємкістю 500 мл; піпетки на 1 і 5 мл, пісковий годинник на 3 хв.; секундомір; розчин А12(SО4)3 концентрацією 20 г/л (готується розчиненням 39A12(SO4)3×18Н2О в 1 л води); 5%-ний розчин NaOH.



Рис.2   Схема установки: 1   магнітна мішалка, 2   колба, 3   основа, 4   стержень, 6   рукоятка, 4, 5, 7 – тумблери.



следующая страница >>