МОСКОВСКИЙ АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ (МАДИ) Кафедра техносферной безопасности

МОСКОВСКИЙ АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЫЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ (МАДИ)
Кафедра техносферной безопасности
Утверждаю
Зав. кафедрой д-р техн. наук, проф.
____________ Ю.В. Трофименко
«____» ________________ 2014 г.
Г.И. ЕВГЕНЬЕВ, Е.В. ШАШИНА
ИНЖЕНЕРНАЯ ЗАЩИТА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ И ЭКСПЛУАТАЦИИ
АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ
МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ
ЧАСТЬ 2. ВОДА И ВОДНЫЕ РАСТВОРЫ
МОСКВА
МАДИ
2014
УДК 625.76:504.61
ББК 39.311:20.18
Е145
Евгеньев, Г.И.
Е145
Инженерная защита окружающей среды при строительстве
и эксплуатации автомобильных дорог: метод. рекомендации к
лабораторным работам / Г.И. Евгеньев, Е.В. Шашина. – М.: МАДИ, 2014. – 96 с.
Методические рекомендации к лабораторным работам по курсу
«Экологическая безопасность транспортных сооружений» содержат
теоретическое обоснование и экспериментальные методы оценки качества воды и инженерной защиты окружающей среды в процессе
строительства и эксплуатации автомобильных дорог.
Настоящие методические рекомендации соответствуют требованиям ФГОС по направлению подготовки 280700 «Техносферная
безопасность (квалификация (степень) «бакалавр»)», а также могут
быть использованы при выполнении лабораторных работ по курсу
«Экология» студентами других направлений подготовки МАДИ.
УДК625.76:504.61
ББК39.311:20.18
© МАДИ, 2014
3
ВВЕДЕНИЕ
В условиях эксплуатации автомобильного транспорта особое
значение приобретают вопросы, связанные с охраной водных объектов. Основными загрязняющими веществами, поступающими в водные объекты с автомобильных дорог и объектов транспортной инфраструктуры, являются взвешенные вещества, нефтепродукты и другие
органические соединения, тяжѐлые металлы, соли.
В процессе выполнения лабораторных работ по курсу «Инженерная защита окружающей среды при строительстве, эксплуатации,
ремонте и утилизации транспортных средств», связанных с оценкой
наличия загрязнителей в пробах, отобранных на улично-дорожной
сети города, студенты могут ознакомиться с базовыми методами
оценки экологических показателей и получить практический опыт их
определения.
Освоение теоретического и лабораторного курса позволит грамотно оценивать экологически допустимые уровни загрязнений и применять полученные знания в реальных производственных условиях.
4
Лабораторная работа № 1
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЕРМАНГАНАТНОЙ ОКИСЛЯЕМОСТИ ВОДЫ
Цели работы:
– закрепить теоретические знания по основным свойствам воды
и содержанию катионов и анионов в природной воде;
– провести отбор проб воды на различных участках рек г. Москвы и Московской области;
– методом перманганатометрии экспериментально определить
присутствие органических веществ в воде.
1.1. Основные теоретические положения
Вода является важнейшим составляющим живого вещества и
главным биотопом Земли, занимающим свыше 70% еѐ площади. Вода
обладает уникальными свойствами, которые очень важны для всех
природных процессов [1]:
1) аномальный вид температурной зависимости плотности
воды. Максимальное значение при 4°С – 0,999973 кг/м3, при 0°С –
0,999841 кг/м3; при 25°С – 0,9977047 кг/м3. При наступлении морозов
поверхностный слой при 4°С, как самый тяжѐлый, опускается на дно
водоѐма, вытесняя более тѐплые и лѐгкие слои на поверхность. При
дальнейшем охлаждении будет изменяться только верхний слой льда,
который легче воды и находится на еѐ поверхности. Свежевыпавший
снег при температуре 0°С имеет теплопроводность 90·10-3 Вт/(м·К), а
теплопроводность уплотнѐнного снега близка к теплопроводности
строительного войлока и составляет 44·10-3 Вт/(м·К).Таким образом,
лѐд и снег на его поверхности являются хорошей защитой от дальнейшего промерзания водоѐмов и способствуют сохранению жизни в
водоѐмах средних и высоких широт в зимнее время;
2) теплоѐмкость воды превосходит теплоѐмкость всех твѐрдых
и жидких веществ, за исключением жидкого аммиака и водорода
(75,3 Дж/(моль·К) при 0°С). Такое высокое значение удельной теплоѐмкости позволяет сглаживать колебания температуры, перепад температур от экватора до полюса;
5
3) удельная энтальпия плавления (6,012 кДж/моль при 0°С).
Благодаря высокому значению данного показателя на Земле сглаживаются сезонные переходы. При фазовых переходах воды из одного
состояния в другое требуется значительное количество энергии, поэтому такие переходы затягиваются во времени. Например, при замерзании 1 м3 воды выделяется столько тепла, сколько при сжигании
примерно 10 кг угля;
4) удельная энтальпия испарения (40,683 кДж/моль при 0°С).
Высокое значение данного показателя приводит к расходованию
большей части солнечной энергии, достигающей Земли, на испарение
воды, что препятствует перегреву поверхности Земли;
5) поверхностное натяжение (71,9·10-3 Дж/м3 при 25°С). Аномально высокое значение данного показателя приводит к появлению
ряби и волн на поверхности уже при слабом ветре, что увеличивает
площадь водной поверхности и интенсифицирует процессы теплообмена между атмосферой и гидросферой. Высокое поверхностное натяжение обуславливает проявление капиллярных сил, действием которых объясняется возможность поднятия воды на высоту 10…12 м от
уровня грунтовых вод;
6) диэлектрическая проницаемость (78,3 при 25°С). Данный показатель определяет самую большую растворяющую способность воды по отношению к веществам с полярной и ионной структурой, поэтому в природе нет химически чистой воды. Даже самые чистые атмосферные осадки над Антарктидой содержат до 5 мг/л растворѐнных
солей, а содержание солей в дождевой воде в районах с интенсивной
вулканической деятельностью достигает 1000 мг/л. Главнейшими
природными соединениями, определяющими состав природных вод,
являются:
галит NaCl;
гипс CaSO4·2H2O;
кальцит СаСО3;
доломит CaMg(CO3)2.
При контакте природной воды с галитом в раствор переходят катионы натрия и анионы хлора. При этом резко увеличивается общее
содержание растворенных веществ в природных водах.
6
При контакте с гипсом появляются катионы кальция и сульфатанионы. Общее содержание таких солей обычно составляет 2...3 г/л.
Однако галит и гипс в совместном присутствии увеличивают общее
солесодержание до 6...7 г/л.
Кальцит и доломит увеличивают содержание в природных водах
катионов кальция и магния и гидрокарбонат-анионов. Общее содержание солей может достигать 1 г/л.
В океанической воде присутствуют практически все элементы,
но их содержание различно. На 8 элементов приходится 99,78% от
массы воды Мирового океана: кислород – 85,7%; водород – 10,8%;
хлор – 1,3%; натрий – 1,03%; магний – 0,13%; сера – 0,09%; кальций –
0,04%; калий – 0,039%. Все остальные элементы составляют менее
1% массы гидросферы.
В воде открытого океана независимо от абсолютной концентрации количественные соотношения между главными компонентами основного солевого состава всегда постоянны (закон Дитмара). Эта зависимость была впервые доказана экспериментально У. Дитмаром по
результатам многочисленных анализов проб воды, взятых в различных частях мирового океана.
Благодаря закону Дитмара можно, определив экспериментально
концентрацию одного «реперного» компонента, рассчитать содержание остальных ионов. В качестве такого компонента часто используется легко определяемая величина – хлорность.
Под хлорностью воды понимают число граммов ионов хлора,
эквивалентное сумме ионов галогенов, осаждаемых нитратом серебра, содержащееся в 1 кг воды. В качестве единицы измерения хлорности принято использовать промилле (тысячная доля процента), то
есть количество граммов на килограмм раствора.
Ионы натрия, кальция, магния и калия встречаются в воде чаще
других, поэтому их относят к главным катионам, а к главным анионам
– гидрокарбонат, сульфат и хлорид-анионы. На количестве содержания главных катионов и анионов основана одна из классификаций
природных вод – классификация О.А. Алѐкина. Она сочетает принципы деления вод по преобладающим ионам и по соотношению между
7
ними. Все воды делятся на три класса по преобладающему аниону:
гидрокарбонатные (карбонатные), сульфатные и хлоридные. Внутри
каждого класса выделяют три группы по преобладанию одного из катионов: кальций, магний, натрий (или натрий + калий).
При формировании химического состава природных вод принято
классифицировать факторы воздействия на прямые и косвенные,
главные и второстепенные.
Прямыми называют факторы, которые оказывают непосредственное влияние на химический состав воды и связаны с химическим
составом контактирующих с данной природной водой веществ (минералов, горных пород, почв и др.). Косвенные факторы оказывают
влияние на состав природных вод посредством прямых факторов; к
ним относятся температура, давление и т.п.
Главные факторы определяют содержание главных анионов и
катионов. Второстепенные факторы вызывают появление некоторых
особенностей данной воды (цвета, запаха и др.), но не влияют на еѐ
класс и группу по Алѐкину.
Одной из важных характеристик природных вод является жѐсткость воды – совокупность химических и физических свойств воды,
связанных с содержанием в ней растворѐнных солей щѐлочноземельных металлов, главным образом, кальция и магния.
Для численного выражения жѐсткости воды указывают концентрацию в ней катионов кальция и магния. Рекомендованная единица
СИ для измерения концентрации – моль на кубический метр (моль/м³),
однако в разных странах используются различные внесистемные единицы (табл. 1.1). В России жѐсткость выражается в градусах жесткости
(°Ж) [2]. 1°Ж соответствует концентрации щѐлочноземельного элемента, численно равной 1/2 его миллимоля на литр (1°Ж = 1 мг-экв/л).
По величине общей жѐсткости различают воду мягкую (до 2°Ж),
средней жѐсткости (2…10°Ж) и жѐсткую (более 10°Ж).
Жѐсткость воды поверхностных источников существенно колеблется в течение года; она максимальна в конце зимы, минимальна – в
период паводка (например, жѐсткость волжской воды в марте – 4,3°Ж,
8
в мае – 0,5°Ж) [4]. В подземных водах жѐсткость обычно выше (до
8…10, реже до 15…20°Ж) и меньше изменяется в течение года.
Таблица 1.1
Единицы измерения жѐсткости воды в разных странах [3]
Градус
Обозначение
Немецкий
°dH (degrees of hardness),
°dGH (German (Deutsche)
Hardness),
°dKH (для карбонатной
жѐсткости)
Английский
°e
Французский
°TH
Американский ppm
Определение
1 часть оксида
кальция (СаО)
или 0.719 частей
оксида магния (MgO)
на 100 000 частей
воды
1 гран CaCO3
на 1 английский
галлон воды
1 часть CaCO3
на 100000 частей
воды
1 часть CaCO3
на 1000000 частей
воды
Соотношение
с °Ж
0,3566
0,2848
0,1998
0,0200
Использование жѐсткой воды вызывает появление осадка (накипи) на стенках котлов, в трубах и т.п. В то же время, использование
слишком мягкой воды может приводить к коррозии труб, так как в этом
случае отсутствует кислотно-щелочная буферность, которую обеспечивает гидрокарбонатная (временная) жѐсткость. Потребление жѐсткой или мягкой воды обычно не является опасным для здоровья, но
есть данные о том, что высокая жѐсткость способствует образованию
мочевых камней, а низкая – незначительно увеличивает риск сердечно-сосудистых заболеваний. Вкус природной питьевой воды, например, воды родников, обусловлен именно присутствием солей жѐсткости. Жѐсткость природных вод может варьироваться в довольно широких пределах и в течение года непостоянна. Увеличивается жѐсткость из-за испарения воды, уменьшается в сезон дождей, а также в
период таяния снега и льда.
В результате антропогенного влияния на гидросферу заметно
изменяется состав природных вод. Это связано с большой растворяющей способностью воды, а также тем, что водоѐмы являются конечным пунктом движения сточных вод и естественным аккумулято-
9
ром большинства загрязняющих веществ, поступающих в атмосферу
и литосферу.
В процессе водопотребления происходит не только истощение
поверхностных и подземных вод, но и их загрязнение, т.е. снижение
их биологических функций и экологического значения в результате
поступления в них загрязнителей. Виды загрязнителей показаны на
рис. 1.1.
Виды загрязнителей воды
Физические
Химические
Взвешенные
вещества
Кислоты,
щѐлочи, соли
Радиоактивные
элементы
Тяжѐлые металлы
Тепловое
загрязнение
Нефть
и нефтепродукты
Органолептическое
загрязнение
Пестициды
Биологические
Возбудители
заболеваний
(вирусы, бактерии,
грибы)
Азот аммонийный
и общий
Рис. 1.1. Виды загрязнителей воды
Воздействие загрязнителей на природные водоѐмы различно.
Тепловое загрязнение вызывает интенсификацию процессов жизнедеятельности, что нарушает равновесие экосистемы. Взвешенные
вещества уменьшают прозрачность воды, снижают процессы фотосинтеза и аэрацию водной среды, способствуют заилению дна при
малой скорости течения. Кроме того, на таких веществах возможны
процессы сорбирования загрязнителей, которые затем оседают на
дно и вызывают вторичное загрязнение.
К наиболее опасным загрязнителям относятся соли тяжѐлых металлов, фенолы, пестициды и другие органические яды, нефтепродук-
10
ты, насыщенная бактериями биогенная органика, синтетические ПАВ
и другие моющие средства, минеральные удобрения.
В большинстве районов центральных областей России отмечается нитрат-нитритное загрязнение подземных вод, предполагаемыми
источниками которого являются загрязненные зоны санитарной охраны водоѐмов, аварийные утечки стоков из канализационных систем и
повсеместное использование выгребных (поглощающих) ям для сбора
хозяйственно-бытовых сточных вод, наличие полей фильтрации и
карт навозонакопителей.
На условия формирования химического состава подземных вод
оказывает как техногенное, так и природное загрязнение окружающей
среды. Природное загрязнение проявляется, в основном, в повышенном содержании железа и общей жѐсткости, а также в ухудшении органолептических показателей (мутность и цветность).
Важнейшей способностью водных экосистем является их способность к самоочищению и установлению биологического равновесия. Оно происходит в результате совокупного действия физических, химических и биологических факторов.
К физическим факторам относятся интенсивное течение рек,
обеспечивающее хорошее перемешивание и снижение концентрации
взвешенных веществ, оседание нерастворимых осадков, воздействие
ультрафиолетового излучения солнца и т.п.
Из химических факторов следует выделить окисление органических и неорганических веществ.
Решающую роль в самоочищении водоемов играют водные биоценозы. Водные организмы сообща обеспечивают через трофические
связи многоступенчатую минерализацию органики и перевод ее в
донные отложения.
В лабораторных условиях биологические и химические факторы
оценивают с помощью показателей биохимическое потребление кислорода (БПК) и химическое потребление кислорода (ХПК).
БПК – это количество кислорода в миллиграммах, требуемое
для окисления находящихся в 1 л воды органических веществ в
11
аэробных условиях, без доступа света, при 20°С, за определенный
период в результате протекающих в воде биохимических процессов.
Полным биохимическим потреблением кислорода (БПКполн.) считается количество кислорода, требуемое для окисления органических
примесей до начала процессов нитрификации. Количество кислорода,
расходуемое для окисления аммонийного азота до нитритов и нитратов, при определении БПК не учитывается. Для бытовых сточных вод
(без существенной примеси производственных) определяют БПК20,
считая что эта величина близка к БПКполн. Также определяют БПК5 –
биохимическую потребность в кислороде за 5 суток. Данный параметр
используют в качестве интегрального показателя загрязнѐнности поверхностных вод, а также при контроле эффективности работы очистных сооружений.
ХПК (окисляемость) – это величина, характеризующая содержание в воде органических и неорганических веществ, окисляемых
одним из сильных химических окислителей при определенных условиях. Окисляемость выражается в миллиграммах кислорода, пошедшего на окисление органических веществ, содержащихся в 1 л воды.
Окисляемость применяют для характеристики состояния водотоков и водоѐмов, поступления бытовых и промышленных сточных вод
(в том числе, и степени их очистки), а также поверхностного стока.
Величины окисляемости природных вод изменяются в пределах
от долей миллиграммов до десятков миллиграммов в литре в зависимости от общей биологической продуктивности водоѐмов, степени загрязненности органическими веществами и соединениями биогенных
элементов, а также от влияния органических веществ естественного
происхождения, поступающих из болот, торфяников и т.п. Поверхностные воды имеют более высокую окисляемость по сравнению с подземными (десятые и сотые доли миллиграмма на 1 л), исключение
представляют воды нефтяных месторождений и грунтовые воды, питающиеся за счет болот. Горные реки и озера характеризуются окисляемостью 2…3 мг О2/л, реки равнинные – 5…12 мг О2/л, реки с болотным питанием – десятки миллиграммов на 1 л [5].
12
Окисляемость незагрязненных поверхностных вод проявляет
довольно отчетливую физико-географическую зональность (табл. 1.2).
Таблица 1.2
Физико-географическая зональность природных вод
Окисляемость
Очень малая
мгО/л
0…2
Зона
Высокогорье
Малая
2…5
Горные районы
Средняя
5…10
Зоны широколиственных лесов, степи,
полупустыни и пустыни, а также тундра
Повышенная
15…20
Северная и южная тайга
Окисляемость подвержена закономерным сезонным колебаниям. Их характер определяется, с одной стороны, гидрологическим режимом и зависящим от него поступлением органических веществ с
водосбора и, с другой, гидробиологическим режимом.
Существует несколько способов определения ХПК: перманганатная, бихроматная, иодатная, цериевая окисляемость. Наиболее высокая степень окисления достигается методами бихроматной и иодатной
окисляемости воды. Для природных малозагрязненных вод рекомендовано определять перманганатную окисляемость; в более загрязнѐнных
водах определяют, как правило, бихроматную окисляемость, которая
даѐт значения, наиболее приближенное к полному ХПК.
Более загрязненные поверхностные и сточные воды также, с известным приближением, можно анализировать с помощью перманганатной окисляемости, однако их необходимо разбавлять. Перманганатную окисляемость нельзя рассматривать как меру теоретического
потребления кислорода или общего содержания органических веществ в воде, так как ряд органических соединений в условиях этого
метода окисляются лишь частично.
Перманганатную окисляемость используют при обследовании
источников хозяйственно-питьевого водоснабжения, которые по [6]
делят на 3 класса по комплексу необходимых мероприятий по доведению воды до требований [7]. Для 1-го класса перманганатная окисляемость должна составлять не более 7 мгО/л, для 2-го класса – не
более 15 мгО/л, для 3-го класса – не более 20 мгО/л.
13
Показателем ХПК, регламентирующим качество питьевой воды
согласно [8], является именно перманганатная окисляемость. Вода
считается пригодной для хозяйственных и питьевых целей, если перманганатная окисляемость не превышает 5,0 мгО/л.
Для определения перманганатной окисляемости можно использовать метод Кубеля, сущность которого состоит в окислении присутствующих в пробе веществ раствором перманганата калия при кипячении в сернокислой среде. Данный метод получил широкое распространение в силу своей относительной простоты. Метод Кубеля регламентирован международным стандартом [9], который рекомендован
к применению и в России.
Метод применим для вод с концентрацией хлорид-аниона не более 300 мг/л. Диапазон определяемых методом Кубеля значений перманганатной окисляемости – от 0,5 мгО/л до 10 мгО/л. Пробы с величиной окисляемости более 10 мгО/л перед анализом необходимо разбавлять. Максимально допустимая степень разбавления проб – десятикратная, т.е. метод не рекомендуется использовать для анализа
вод, окисляемость которых более 100 мгО/л [10].
1.2. Материалы и оборудование
Материалы:
– вода дистиллированная;
– раствор КМnО4 (0,01 моль/(л·экв.), титрованный);
– раствор H2SO4 (1:3);
– раствор C2H2O4 (0,01 моль/(л·экв.)).
Оборудование:
– водяная баня (температура 96–98°С) с устройством для крепления колб;
– колбы плоскодонные для кипячения вместимостью 150 мл;
– стеклянные шарики-кипелки;
– бюретки или пипетки для титрования;
– пипетки мерные.
– защитные очки;
– перчатки.
14
1.3. Подготовка и проведение испытаний
Пробы воды для анализа отбирают из открытых водоѐмов с глубины около 50 смв чистую посуду с пробкой. Посуду сначала споласкивают исследуемой водой, а затем наполняют на указанной глубине.
Независимо от того, будет ли проба храниться перед анализом,
для закисления пробы и подавления деятельности микроорганизмов
(предотвращения биохимического окисления органических соединений) к пробе добавляют 2,5 мл серной кислоты (1:3) на 50 мл пробы.
Пробу следует анализировать как можно скорее, но не позже чем через 2 дня после отбора, и хранить в темноте при 0…5°С, если время
хранения превышает 6 ч.
В колбу для кипячения помещают несколько стеклянных шариков-кипелок и 50 мл анализируемой пробы воды, в которую уже добавлен раствор серной кислоты (1:3) в количестве 2,5 мл. Туда же
стеклянной пипеткой добавляют 10 мл раствора перманганата калия.
Содержимое колбы перемешивают покачиваниями руки.
Колбу снабжают обратным холодильником и помещают в кипящую водяную баню на 10 мин. Если в процессе кипячения:
– раствор обесцвечивается (нехватка окислителя при высоком
значении окисляемости), опыт повторяют, уменьшая объѐм исследуемой воды;
– раствор приобретает коричневый цвет, то к раствору следует
добавить 3…5 мл серной кислоты и повторить нагревание;
– раствор приобретает красноватый оттенок или остаѐтся фиолетового цвета – условия эксперимента подобраны правильно.
По истечении 10 мин. кипячения в колбу к горячему раствору
(50...60°С) пипеткой добавляют 10 мл раствора щавелевой кислоты и
ожидают до обесцвечивания раствора (при этом будет выделяться углекислый газ).
Обесцвеченный раствор титруют горячим (лучше всего 80…
90°С) рабочим раствором перманганата калия до бледно-розового оттенка, сохраняющегося не менее 30 с. Температура смеси при титровании не должна снижаться менее 80°С. Для этого колбу рекомендуется периодически опускать в горячую водяную баню.
15
При титровании определяют израсходованное количество раствора перманганата калия (V1) с точностью до 0,05 мл.
Определение повторяют с начала, если раствора перманганата
калия расходуется более 60% от добавленного количества, т.е. более
6 мл на 50 мл пробы. При титровании разбавленных проб должно
быть израсходовано не менее 20% от добавленного количества перманганата, т.е. не менее 2 мл.
Для определения количества перманганата калия, затраченного
на титрование щавелевой кислоты, выполняют холостой опыт. Для
этого повторяют все операции, используя в качестве пробы 50 мл дистиллированной воды. При титровании в холостом опыте аналогично
определяют количество раствора перманганатакалия (Vx). Расход
раствора перманганата не должен превышать 3 мл.
Значение перманганатной окисляемости по Кубелю (IMn) в мгО/л
рассчитывают по формуле:
–
, мгО/л,
где V1 и VX – количество раствора перманганата калия, израсходованное на титрование пробы и в холостом опыте соответственно, мл; CKMnO4 – концентрация
раствора перманганата калия, моль/(л·экв.); 8 – эквивалентная масса кислорода;
Vпр – объѐм пробы, взятой для анализа, мл.
Результат анализа округляют: при значениях перманганатной
окисляемости менее 10 мгО/л – до 0,1 мгО/л; от 10 до 100 мгО/л – до
1,0 мгО/л.
1.4. Вывод
Сделать вывод о пригодности исследованной воды для хозяйственных и питьевых целей по перманганатной окисляемости.
Контрольные вопросы и задания
1. Перечислите уникальные свойства воды.
2. В чѐм заключается закон Дитмара?
3. Что такое «хлорность»?
4. Как классифицируют природные воды по Алѐкину?
16
5. Какие бывают факторы воздействия на формирование химического состава природных вод?
6. Что такое «жѐсткость воды», в каких единицах измеряется?
7. Как влияет жѐсткость воды на еѐ качество?
8. Какие бывают загрязнители воды?
9. Какие существуют механизмы самоочищения водоѐмов?
10. Что такое БПК, ХПК?
11. Что такое «перманганатная окисляемость», где еѐ используют?
12. Каким методом можно определить перманганатную окисляемость? В чѐм его суть?
13. Каков диапазон определяемых значений перманганатной
окисляемости методом Кубеля?
14. Порядок отбора проб для определения перманганатной окисляемости.
15. Что показывает изменение окраски раствора при кипячении?
16. Для чего выполняют холостой опыт?
17. По какому принципу производят округление полученного результата перманганатной окисляемости?
17
Лабораторная работа № 2
ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССА ОТСТАИВАНИЯ
Цели работы:
– закрепить теоретические знания об аппаратах для отстаивания
жидкостей;
– определить скорость осаждения твѐрдой частицы в жидкости.
2.1. Основные теоретические положения
Отстаивание является наиболее простым и часто применяемым
в практике способом выделения из сточных вод грубодисперсных
примесей, которые под действием гравитационной силы оседают на
дно отстойника или всплывают на его поверхность [11].
В зависимости от требуемой степени очистки сточных вод отстаивание применяется или в целях предварительной их обработки
перед очисткой на других, более сложных сооружениях, или как способ окончательной очистки, если по местным условиям требуется выделить из сточных вод только нерастворѐнные (осаждающиеся или
всплывающие) примеси.
По режиму работы различают отстойники периодического действия, или контактные, в которые сточная вода поступает периодически, причем отстаивание еѐ происходит в покое, и отстойники непрерывного действия, или проточные, в которых отстаивание происходит
при медленном движении жидкости. В практике очистки сточных вод
осаждение взвешенных веществ производится чаще всего в проточных отстойниках. Контактные отстойники применяют для обработки
небольших объѐмов сточных вод.
По направлению движения основного потока воды в отстойниках
они делятся на два основных типа: горизонтальные и вертикальные;
разновидностью горизонтальных являются радиальные отстойники. В
горизонтальных отстойниках сточная вода движется горизонтально, в
вертикальных – снизу вверх, а в радиальных – от центра к периферии.
Содержание нерастворенных примесей (взвешенных веществ),
выделяемых отстойниками, зависит от начального содержания и от
18
характеристики этих примесей (формы и размера их частиц, плотности, скорости их осаждения), а также от продолжительности отстаивания. Основная масса грубодисперсных взвешенных веществ выпадает в осадок в течение 1,5 ч. Скорость осаждения и полнота выделения из воды тонкодисперсных частиц зависят от их способности к
агломерации.
Основными условиями эффективной работы отстойников являются установление оптимальной гидравлической нагрузки на сооружение и своевременное удаление осадка и всплывающих веществ.
Исходными данными при расчѐте отстойников на любую степень
полноты выделения из сточных вод нерастворимых примесей, независимо от их вида, являются:
1) объѐм сточных вод и начальная концентрация в них взвешенных веществ;
2) допустимая конечная концентрация взвешенных веществ в
отстоенной воде, принимаемая в соответствии с санитарными нормами или обусловленная технологическими требованиями;
3) условная гидравлическая крупность частиц, которые требуется выделить из воды;
4) показатель, отражающий влияние агломерации взвешенных
частиц при их осаждении.
Горизонтальный отстойник представляет собой прямоугольный в плане резервуар, разделенный на несколько отделений. Обычно строят два или несколько параллельно работающих отделений отстойника, чтобы при чистке или ремонте одного из них не выключать
из работы все сооружения.
Осадок из отстойников удаляется под гидростатическим давлением и с помощью различных механизмов (скребков, насосов, элеваторов и др.).
Основными преимуществами горизонтальных отстойников являются: малая глубина, хороший эффект очистки, возможность использования одного сгребающего устройства для нескольких отделений. К недостаткам относится необходимость применения большего
числа отстойников вследствие ограниченной ширины.
19
Вертикальный отстойник представляет собой круглый в плане
резервуар с коническим днищем. Сточная вода подводится к центральной трубе и спускается по ней вниз. При выходе из нижней части
центральной трубы она меняет направление движения и медленно
поднимается вверх к сливному желобу. При этом из сточной воды выпадают грубодисперсные примеси, плотность которых больше плотности сточной воды. Для лучшего распределения воды по всему сечению отстойника и предотвращения взмучивания осадка опускающейся водой центральную трубу делают с раструбом, ниже которого
устанавливают отражательный щит.
Иловую часть отстойников выполняют конической с углом наклона стенок днища 50°, чтобы обеспечить сползание осадка. Внизу
конуса устраивают площадку диаметром 0,4 м.
Осадок из вертикальных отстойников удаляют под действием
гидростатического давления через иловую трубу, выпуск которой расположен на 1,5…2 м ниже уровня воды в отстойнике.
Вертикальные отстойники имеют преимущества по сравнению с
горизонтальными; к числу их относятся удобство удаления осадка и
меньшая площадь, занимаемая сооружением. Однако они имеют и
ряд недостатков, из которых можно отметить: а) большую глубину, что
повышает стоимость их строительства, особенно при наличии грунтовых вод; б) ограниченную пропускную способность, так как диаметр их
не превышает 9 м.
Радиальный отстойник представляет собой круглый в плане
резервуар. Сточная вода подается в центр отстойника снизу вверх и
движется радиально от центра к периферии. Особенностью гидравлического режима работы радиального отстойника является то, что скорость движения воды изменяется от максимального значения в центре отстойника до минимального у периферии.
Плавающие вещества удаляются с поверхности воды в отстойнике подвесным устройством, размещенным на вращающейся ферме,
и поступают в приемный бункер или в сборный лоток.
Выпадающий осадок с помощью скребков, укрепленных на подвижной ферме, сдвигается в приямок отстойника. Осадок удаляется
20
по трубопроводу с помощью плунжерных и центробежных насосов,
установленных в расположенной рядом насосной станции.
Осветлѐнная вода поступает в круговой сборный лоток через его
борт, являющийся водосливом. В целях обеспечения более надежного выравнивания скорости движения воды на выходе из отстойника
водосливы сборных лотков выполняют зубчатыми. Нагрузка на 1 м
водослива не превышает 10 л/с.
Радиальные отстойники задерживают до 60% взвешенных веществ.
Преимуществом радиальных отстойников является небольшая
глубина, что удешевляет их строительство. Круглая в плане форма
позволяет устанавливать минимальные по толщине стенки, что также
снижает стоимость сооружений.
Основной характеристикой рассматриваемого процесса разделения суспензий является скорость осаждения, т.е. скорость относительного движения твѐрдых частиц. Скорость осаждения взвешенных
частиц зависит как от их плотности, так и от степени дисперсности,
причем осаждение будет протекать тем медленнее, чем меньшими
размерами обладают частицы дисперсной фазы и чем меньше разность плотностей обеих фаз.
Осаждение происходит по законам падения тел в среде, оказывающей сопротивление их движению. Оседающая частица движется
вначале ускоренно, но через некоторый промежуток времени, когда
сопротивление трения уравновесит действие силы тяжести, она приобретает постоянную скорость и падает равномерно.
Процесс отстаивания описывается критериальным уравнением с
применением критерия Рейнольдса:
,
(2.1)
где Ar – критерий Архимеда, определяет режим осаждения твѐрдой частицы.
Определение скорости осаждения шарообразных одиночных
частиц в неподвижной неорганической среде по обобщѐнному методу,
пригодному при любом режиме осаждения, производят следующим
образом.
Сначала определяют критерий Архимеда Ar:
21
–
,
(2.2)
где d – диаметр частицы, м; ρт – плотность частицы, кг/м3; ρж – плотность жидкости, кг/м3; µж – динамический коэффициент вязкости жидкости, Н с/м2; g – ускорение свободного падения, м/с2.
Затем определяют режим осаждения, после чего рассчитывают
критерий Рейнольдса Re:
а) ламинарный режим: Аr < 33,
Re = Ar/18;
(2.3)
б) переходный режим: 33 < Ar < 83 103,
Re = 0,152Ar0,715;
(2.4)
3
в) турбулентный режим: Аr > 83 10 ,
Re = 1,74Ar0,5.
Скорость осаждения частиц вычисляют по формуле:
.
(2.5)
(2.6)
2.2. Материалы и оборудование
Материалы:
– вода дистиллированная.
Оборудование:
– мерный цилиндр на 500…1000 мл;
– термометр;
– штангенциркуль;
– секундомер;
– линейка;
– набор шариков диаметром 1…2 мм сплошных (стекло, металл)
с известной плотностью, большей плотности воды.
2.3. Подготовка и проведение испытаний
Для опыта используют стеклянный цилиндр, наполненный дистиллированной водой, на котором имеются две метки: нижняя и верхняя. Верхняя метка помещена на несколько сантиметров ниже уровня
жидкости, чтобы к тому моменту, когда шарик проходит мимо неѐ, его
движение уже было установившимся.
22
Цилиндр закрыт пробкой с воронкой, в которую опускают шарик,
двигающийся в дальнейшем примерно по оси цилиндра так, чтобы на
его движение не влияли стенки.
Время t прохождения шарика от одной метки до другой измеряют секундомером. Расстояние h между метками измеряют линейкой.
Скорость шарика определяют по формуле:
v = h/t.
(2.7)
Рассчитывают скорость шарика по формулам (2.2)…(2.6). Результаты испытаний оформляют в виде таблицы (см. табл. 2.1).
Таблица 2.1
Форма представления результатов
№
п/п
Свойства
частицы
d,
м
ρт,
кг/м3
Свойства
жидкости
ρж,
кг/м3
µж,
Н.с/м2
Время
осаждения, с
Критерии
Ar
Re
Скорость осаждения
Экспериментальная
Расчѐтная
Среднее значение
2.4. Вывод
Сравнить результаты, полученные экспериментальным и расчѐтным способами. Сделать вывод о точности экспериментальных результатов.
Контрольные вопросы и задания
1. В чѐм смысл отстаивания, в каких случаях его используют?
2. Какие бывают отстойники по периодичности действия?
3. Какие бывают отстойники по направлению движения потока
воды?
4. От чего зависит эффективность очистки в отстойниках?
5. Что является исходными данными при расчѐте отстойников?
6. Принцип действия горизонтального отстойника.
7. Преимущества и недостатки горизонтального отстойника.
8. Принцип действия вертикального отстойника.
23
9. Преимущества и недостатки вертикального отстойника.
10. Принцип действия радиального отстойника.
11. Преимущества и недостатки радиального отстойника.
12. Что является основной характеристикой процесса разделения суспензий?
13. Каким уравнением описывается процесс отстаивания?
14. Порядок определения скорости осаждения расчѐтным и экспериментальным способами.
24
Лабораторная работа № 3
КОЛИЧЕСТВЕННОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ
ЖЕЛЕЗА В ВОДЕ
Цели работы:
– закрепить теоретические знания об оценке качества воды;
– ознакомиться с работой колориметра КФК-2;
– привить навыки построения градуировочного графика;
– качественно и количественно определить содержание катионов железа в исследуемой пробе.
3.1. Основные теоретические положения
3.1.1. Оценка качества воды
В соответствии с правилами охраны поверхностных вод, все
водные объекты подразделяются на два вида водопользования:
1) хозяйственно-питьевое и культурно-бытовое водопользование:
а) водные объекты, используемые в качестве источников хозяйственно-питьевого водоснабжения, а также для водоснабжения предприятий пищевой промышленности;
б) водные объекты, используемые для купания, занятий спортом
и отдыха населения;
2) рыбохозяйственное водопользование:
а) высшая категория – места расположения нерестилищ, массового нагула и зимовальных ям особо ценных видов рыб и других промысловых видов и организмов;
б) первая категория – водные объекты, используемые для сохранения и воспроизводства ценных видов рыб, обладающих высокой
чувствительностью к содержанию кислорода;
в) вторая категория – водные объекты, используемые для других
рыбохозяйственных целей.
Нормы качества воды включают в себя общие требования к состоянию поверхностных вод для различных видов водопользования и
перечень предельно-допустимых концентраций (ПДК) нормативных
25
веществ в воде водных объектов для различного водопользования.
Показатели, по которым оценивают качество воды:
– взвешенные вещества;
– плавающие примеси (вещества);
– окраска;
– запахи и привкусы;
– температура;
– рН;
– минерализация воды;
– растворенный кислород;
– БПКполн;
– ХПК;
– химические вещества;
– возбудители заболеваний;
– лактоположительные кишечные палочки;
– колифаги (в бляшкообразующих единицах).
Химическое загрязнение – наиболее распространенное, стойкое
и далеко распространяющееся. Оно может быть органическим (фенолы, нафтеновые кислоты, пестициды и др.), неорганическим (соли, кислоты, щелочи), токсичным (соединения мышьяка, ртути, свинца, кадмия и т.п.) и нетоксичным.
При осаждении на дно водоѐмов или при фильтрации в пласте
вредные химические вещества сорбируются частицами пород, окисляются и восстанавливаются, выпадают в осадок и т.п., однако, как
правило, полного самоочищения загрязнѐнных вод не происходит.
Очаг химического заражения подземных вод в сильно проницаемых
грунтах может распространиться до 10 км и более.
Нормирование загрязнения воды химическими веществами
осуществляется по принципу лимитирующего показателя вредности
(ЛПВ). Под ЛПВ понимают наиболее вероятное (наиболее отрицательное влияние, оказываемое данным веществом) неблагоприятное
воздействия вещества.
Принадлежность веществ к одному и тому же ЛПВ предполагает
суммацию действия этих веществ.
26
Для водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно- бытового водопользования используют три вида ЛПВ:
1) санитарно-токсикологический – воздействие на здоровье человека;
2) общесанитарный – воздействие на режим водоема;
3) органолептический – цвет, запах, вкус.
Для водных объектов рыбохозяйственного назначения, кроме
этих трѐх видов ЛПВ, используются еще два вида ЛПВ:
1) токсикологический – влияние на живые организмы, обитающие в воде;
2) рыбохозяйственный – воздействие на воспроизводство.
При сбросе сточных вод в водные объекты санитарное состояние водного объекта в расчетном створе считается удовлетворительным, если соблюдается следующее условие:
,
(3.1)
где n – количество веществ с одинаковым ЛПВ; Ci – концентрация i-го вещества в
расчѐтном створе при условии одновременного присутствия n веществ, относящихся к одному и тому же ЛПВ; ПДКi – ПДК i-го вещества.
Контроль загрязнения поверхностных вод производится сетью
пунктов наблюдения. Порядок организации и проведения наблюдений
на этих пунктах определяется стандартными и нормативными документами. Наблюдения за качеством воды ведут по определенным видам программ: 1 обязательная и 4 сокращѐнных.
Наблюдения по обязательной программе на водотоках осуществляют, как правило, 7 раз в год в основные фазы водного режима: во
время половодья – на подъѐме, пике и спаде; во время летней межени – при наименьшем расходе и при прохождении дождевого паводка;
осенью – перед ледоставом; во время зимней межени. По сокращенным программам – ежедневно, ежедекадно и ежемесячно.
3.1.2. Загрязнение воды соединениями железа
Металлы в очень высокой степени вовлечены в антропогенную
деятельность. Они отличаются настолько высокой технофильностью,
27
что говорят о современной «металлизации» биосферы. Особое значение приобрела проблема загрязнения «тяжѐлыми металлами» (ТМ).
К ним относятся более 40 химических элементов периодической системы с атомными массами выше 50 а.е.м. Иногда ТМ называют элементы, имеющие плотность 7…8 г/см3, однако указанные критерии условны. Так, к группе ТМ относят железо, свинец, хром, марганец, кобальт, никель, германий, молибден, медь, цинк, таллий, теллур и др.
Указанные элементы активно участвуют в биологических процессах, а
многие из них входят в состав ферментов.
Главными источниками соединений железа в поверхностных водах являются процессы химического выветривания горных пород, сопровождающиеся их механическим разрушением и растворением. В
процессе взаимодействия с содержащимися в природных водах минеральными и органическими веществами образуется сложный комплекс соединений железа, находящихся в воде в растворенном, коллоидном и взвешенном состояниях. Значительные количества железа
поступают со сточными водами предприятий металлургической, металлообрабатывающей, текстильной, лакокрасочной промышленности и с сельскохозяйственными стоками.
Железо относится к числу сидерофильных элементов (типичных
металлов), имеющих химическое сродство к углероду (с образованием карбонатов), фосфору (фосфатов), сере и кремнию (сульфата,
сульфиды, силикаты). При окислительном выветривании и почвообразовании в биосфере накапливаются минералы железа (III), преимущественно оксиды и гидроксиды. В почвах обнаружены многие минералы
соединения железа (III) и железа (II).
В результате химического и биохимического (при участии железобактерий) окисления Fe(II) переходит в Fe(III), которое, гидролизуясь, выпадает в осадок в виде Fe(OH)3. Как для Fе(II), так и для Fe(III)
характерна склонность к образованию гидроксокомплексов типа
[Fe(OH)2]+, [Fe2(OH)2]4+, [Fe2(OH)3]3+, [Fe(OH)3]- и других, сосуществующих в растворе в разных концентрациях в зависимости от рН и в целом определяющих состояние системы железо-гидроксил. Основной
формой нахождения Fe(III) в поверхностных водах являются его ком-
28
плексные соединения с растворенными неорганическими и органическими соединениями, главным образом гумусовыми веществами. В
ионной форме мигрирует главным образом Fe(II), а Fe(III) в отсутствии
комплексообразующих веществ не может в значительных количествах
находиться в растворенном состоянии. При рН 8,0 основной формой
является Fe(OH)3. Коллоидная форма железа наименее изучена, она
представляет собой гидрат оксида железа Fe(OH)3 и комплексы с органическими веществами.
Взвешенная форма (частицы с размером более 0,45 мкм) представлена преимущественно железосодержащими минералами, гидратом оксида железа и соединениями железа, сорбированными на взвесях. Истинно растворенную и коллоидную форму обычно рассматривают совместно. Железо обнаруживается в основном в водах с низкими значениями Eh.
Содержание железа в поверхностных водах суши составляет
десятые доли миллиграмма в 1 л, вблизи болот – единицы миллиграммов в 1 л. Повышенное содержание железа наблюдается в болотных водах, в которых оно находится в виде комплексов с солями
гуминовых кислот – гуматами. Наибольшие концентрации железа (до
нескольких десятков и сотен миллиграммов в 1 л) наблюдаются в подземных водах с низкими значениями рН.
Являясь биологически активным элементом, железо в определенной степени влияет на интенсивность развития фитопланктона и
качественный состав микрофлоры в водоѐме.
Концентрация железа подвержена заметным сезонным колебаниям. Обычно в водоемах с высокой биологической продуктивностью
в период летней и зимней стагнации заметно увеличение концентрации железа в придонных слоях воды. Осенне-весеннее перемешивание водных масс (гомотермия) сопровождается окислением Fe(II) в
Fе(III) и выпадением последнего в виде Fe(OH)3.
Высокое содержание железа в воде приводит к неблагоприятному воздействию на слизистые и кожу, гемохроматоз, способствует
возникновению аллергических реакций.
29
Содержание железа в воде выше 1…2 мг/л значительно ухудшает органолептические свойства, придавая ей неприятный вяжущий
вкус, и делает воду малопригодной для использования в технических
целях.
Определение содержания железа в воде входит в состав обязательной программы наблюдений. Для водных объектов хозяйственнопитьевого и культурно-бытового водопользования ПДК железа составляет 0,3 мг/л (лимитирующий показатель вредности органолептический), для водных объектов рыбохозяйственного водопользования –
0,1 мг/л (лимитирующий показатель вредности токсикологический).
Технология удаления из воды: окисление, каталитическое окисление, ионный обмен, мембранные методы, дистилляция.
Для определения наличия железа в воде могут быть использованы качественные реакции: взаимодействие с роданидом калия или
аммония или образование комплексных соединений. Фотоколориметрический метод позволяет проводить количественное определение
содержания железа.
3.1.3. Фотоколориметрические методы анализа
Колориметрические методы основаны на измерении интенсивности светового потока, прошедшего через окрашенный раствор. В
данных методах используются химические реакции, сопровождающиеся изменением цвета анализируемого раствора. Измеряя светопоглощение такого окрашенного раствора или сравнивая полученную
окраску с окраской раствора известной концентрации, определяют содержание окрашенного вещества в испытуемом растворе.
Существует зависимость между интенсивностью окраски раствора и содержанием в этом растворе окрашенного вещества. Эта зависимость, называемая законом Бугера-Ламберта-Бера, выражается
уравнением [12]:
-
,
(3.2)
где I – интенсивность света, прошедшего через раствор; I0 – интенсивность падающего на раствор света; ε – коэффициент поглощения света; C – концентрация окрашенного вещества в растворе; h – толщина слоя светопоглощающего раствора.
30
Физический смысл этого закона можно выразить следующим образом: растворы одного и того же окрашенного вещества при одинаковой концентрации этого вещества и толщине слоя раствора поглощают равное количество световой энергии, т.е. светопоглощение таких растворов одинаковое.
Если прологарифмировать уравнение закона Бугера-ЛамбертаБера и изменить знаки на обратные, то уравнение принимает вид
(3.3)
Величина
является важной характеристикой окрашенного
раствора; еѐ называют оптической плотностью раствора и обозначают буквой D:
(3.4)
Из этого уравнения следует, что оптическая плотность раствора
прямо пропорциональна концентрации окрашенного вещества и толщине раствора. Таким образом, чтобы определить концентрацию окрашенного раствора, необходимо измерить его оптическую плотность.
Чтобы измерить оптическую плотность, следует измерить интенсивность светового потока.
При графическом изображении зависимости оптической плотности от концентрации при постоянной толщине слоя получается прямая, проходящая через начало координат (при отсутствии поглощения
света растворителем и систематических ошибок) (рис. 3.1).
Если концентрация поглощающего вещества выражена в молях
на 1 л и толщина слоя в сантиметрах, то величина ε называется молярным коэффициентом экстинкции (поглощения), л/(моль·см) [13].
Молярный коэффициент экстинкции зависит от длины волны проходящего света, температуры раствора и природы растворѐнного вещества и не зависит от толщины поглощающего слоя и концентрации
растворенного вещества, т.е. отражает индивидуальные свойства соединений.
Все окрашенные соединения характеризуются избирательным
поглощением света. Поскольку ε и D различны для разных длин волн
31
света, для полной характеристики окрашенных растворов пользуются
спектрами поглощения (кривыми светопоглощения), т.е. строят график
зависимости оптической плотности раствора или молярного коэффициента экстинкции от концентрации при различной длине волны.
D
C
Рис. 3.1. Зависимость оптической плотности от концентрации раствора
Для измерения интенсивности окраски испытуемого раствора
используют фотоэлементы. Определение проводят в специальных
приборах – фотоколориметрах, откуда метод получил название фотоколориметрического.
Для определения содержания железа в воде используют реакцию образования красного комплекса – роданида железа – при взаимодействии ионов железа (III) с ионами роданида. Ионы железа (II)
подобного комплекса не образуют, поэтому для полного окисления
железа (II) добавляют азотную кислоту. Окраска комплекса малоустойчива, поэтому раствор роданида аммония добавляют непосредственно перед измерением оптической плотности.
Фотометрический анализ проводят при такой длине волны, при
которой наблюдается максимальная оптическая плотность раствора,
что обеспечивает максимальную чувствительность и точность анализа.
3.2. Материалы и оборудование
Материалы:
– стандартный раствор железа (III) – 0,1 мг/мл;
32
– роданид аммония (10%);
– раствора азотной кислоты (1:1);
– вода дистиллированная.
Оборудование:
– колориметр фотоэлектрический концентрационный КФК-2 со
светофильтрами, выделяющими отдельные участки диапазона длин
волн 315…980 нм;
– колбы мерные на 50 мл;
– пипетки мерные.
3.3. Подготовка и проведение испытаний
Схема колориметра фотоэлектрического концентрационного
КФК-2 показана на рис. 3.2.
7
1
2 3
4
5
6
Рис. 3.2. Фотоколориметр КФК-2: 1 – осветитель; 2 – рукоятка смены
светофильтров; 3 – крышка кюветного отделения; 4 – рукоятка перемещения
кювет; 5 – рукоятка «чувствительность»; 6 – рукоятка настройки прибора
на 100% пропускание; 7 – микроамперметр
1. Выбор светофильтра
В мерную колбу на 50 мл вносят 1 мл стандартного раствора
железа, затем добавляют 1 мл раствора азотной кислоты и 5 мл роданида аммония (непосредственно перед измерением), доводят до
метки дистиллированной водой. В другой колбе на 50 мл готовят раствор сравнения (нулевой раствор), куда добавляют все реактивы кроме железа. Растворы из колб наливают в кюветы до риски.
33
КФК-2 включают в сеть, открывают крышку кюветного отделения
3, устанавливают в кюветодержатель кюветы с раствором железа и с
нулевым раствором. С помощью рукоятки перемещения кювет 4 перед световым потоком устанавливают кювету с нулевым раствором.
Закрывают крышку, с помощью рукоятки смены светофильтров 2 устанавливают длину волны 315 нм и с помощью рукояток настройки
прибора на 100% пропускание 6 и «чувствительность» 5 выставляют
стрелку микроамперметра на ноль. После этого рукояткой 4 меняют
местами кюветы и после успокоения стрелки записывают значение
оптической плотности. Далее измеряют оптические плотности при
различных длинах волн (до 540 нм) и записывают полученные значения в табл. 3.1. Для работы выбирают ту длину волны, при которой
наблюдалась наибольшая оптическая плотность.
По формуле (3.4) рассчитывают молярный коэффициент экстинкции для выбранной длины волны.
Таблица 3.1
Оптическая плотность раствора железа при различных длинах волн
Оптическая плотность D
Длина волны, нм
2. Качественное определение содержания железа в пробе
В колбу помещают 3 мл исследуемой воды. Добавляют несколько капель раствора азотной кислоты и по каплям (4–5 капель) раствора роданида аммония. После внесения каждой капли роданида аммония содержимое пробирки необходимо тщательно перемешивать.
Приблизительное содержание железа определяют по табл. 3.2.
Таблица 3.2
Концентрация катионов железа в зависимости от вида осадка
Окрашивание
Окрашивание
Содержание
при рассмотрении сбоку
при рассмотрении сверху вниз
железа, мг/л
Окрашивания нет
Окрашивания нет
< 0,05
Едва заметное
Очень слабое
0,05…0,1
желтовато-розовое
желтовато-розовое
Очень слабое
Слабое желтовато-розовое
0,1…0,25
желтовато-розовое
Слабое желтовато-розовое
Светло-желтовато-розовое
0,25…0,5
Светло-желтовато-розовое
Желтовато-розовое
0,5…1
Сильное желтовато-розовое Желтовато-красное
1…2
Светло-желтовато-красное
Ярко-красное
>2
34
3. Построение градуировочного графика
В мерные колбы емкостью 50 мл вносят стандартный раствор
железа в количестве соответственно 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 3,0; 4,0 и 5,0 мл.
Затем добавляют в них по 1 мл раствора азотной кислоты и непосредственно перед измерением оптической плотности по 5 мл раствора роданида аммония. После чего доводят до метки дистиллированной водой. Измеряют оптическую плотность приготовленных эталонных растворов при выбранном светофильтре. В качестве раствора
сравнения используют нулевой раствор. По полученным данным
строят градуировочный график зависимости оптической плотности
раствора от его концентрации.
4. Количественное определение содержания железа в пробе
К исследуемой пробе добавляют 1 мл раствора азотной кислоты, 5 мл раствора роданида аммония, доводят до метки дистиллированной водой, измеряют оптическую плотность полученного раствора
и определяют концентрацию железа в пробе сначала по градуировочному графику, а затем по формуле (3.4).
3.4. Вывод
Делают вывод о пригодности воды для хозяйственно-питьевого
и культурно-бытового и рыбохозяйственного водопользования.
Контрольные вопросы и задания
1. Какие существуют виды водопользования водных объектов?
2. Что включают в себя нормы качества воды?
3. Какой вид загрязнения воды самый распространѐнный, в чѐм
его опасность?
4. Каким образом осуществляется нормирование загрязнения
воды химическими веществами?
5. Какие бывают ЛПВ?
6. Как осуществляется контроль загрязнения поверхностных вод?
7. Перечислите источники загрязнения поверхностных вод железом.
35
8. В каком виде существует железо в воде?
9. К чему приводит высокое содержание железа в воде?
10. По каким ЛПВ устанавливается ПДК железа в воде?
11. Какие технологии удаления железа из воды вам известны?
12. Какими способами можно качественно и количественно определить содержание железа в воде?
13. В чѐм суть колориметрических методов анализа?
14. В чѐм заключается закон Бугера-Ламберта-Бера?
15. Что такое «оптическая плотность»?
16. Что такое «молярный коэффициент экстинкции»?
17. Почему методы называются фотоколориметрическими?
18. Изобразите графически зависимость оптической плотности
раствора от его концентрации при постоянной толщине слоя.
19. При какой длине волны проводят фотометрический анализ?
Почему?
20. Принцип действия колориметра КФК-2.
21. Каков порядок определения содержания железа в пробе?
36
Лабораторная работа № 4
АНАЛИЗ СОДЕРЖАНИЯ ПРИМЕСЕЙ СНЕЖНОГО ПОКРОВА
В ГОРОДЕ
Цели работы:
– провести отбор проб снега на разном расстоянии от автомобильных дорог и в зонах отдыха;
– проанализировать состояние снежного покрова по органолептическим показателям талой воды;
– гравиметрическим методом определить содержание взвешенных веществ в талой воде;
– оценить кислотность и общее содержание солей в пробе;
– провести качественное определение наличия в пробе нефтепродуктов и катионов свинца;
– провести качественное определение с приблизительной количественной оценкой содержания хлоридов, сульфатов, катионов
железа;
– провести сравнение содержания примесей в отобранных пробах и сделать вывод о степени загрязнения снежного покрова от автомобильных дорог.
4.1. Основные теоретические положения
Снег является долговременной депонирующей средой, он не является активным ни в химическом, ни в биологическом отношении,
как, например, почвы, потому что в нѐм почти не происходит значимых
химических изменений веществ. Снежный покров накапливает в своѐм составе практически все вещества, поступающие в атмосферу, поэтому его можно считать надѐжным индикатором загрязнения атмосферы, он даѐт информацию о пространственном распределении химических элементов и интенсивности воздействия источников выбросов за определѐнный период: период одного снегопада или за весь
период лежания снега.
Оценка состояния окружающей среды по степени загрязнения
снежного покрова является распространенным приѐмом проведения
37
мониторинга. Подобные исследования позволяют проводить экспрессанализ загрязнений, не требующий дорогостоящего оборудования.
Загрязнение атмосферы имеет естественное и искусственное
происхождение. Среди естественных источников выделяют:
– внеземное загрязнение космической пылью и космическим излучением;
– континентальное загрязнение, которое бывает неорганическим
(при извержении вулканов, выветривании горных пород, пыльных бурях) и органическим (аэро-планктон-бактерии, в том числе болезнетворные, споры грибов, пыльца растений, включая ядовитую пыльцу
амброзии и т.п.);
– морское загрязнение (например, при цунами).
На долю естественных факторов в конце XX в. приходилось 75%
общего загрязнения атмосферы. Проблема искусственного загрязнения атмосферы возникла с появлением промышленности и транспорта, работающего на угле, а затем на продуктах переработки нефти.
Быстрый и повсеместный рост промышленности и транспорта в XX в.
привел к резкому росту объѐмов и токсичности выбросов, которые уже
не могут быть рассеяны в атмосфере до безвредных для природной
среды и человека концентраций.
Главными и наиболее опасными источниками антропогенного загрязнения атмосферы являются промышленные, транспортные и бытовые выбросы. Они способствуют поступлению в атмосферный воздух инородных, не свойственных естественным условиям газов и веществ. Искусственное загрязнение атмосферы можно разделить на радиоактивное, электромагнитное, шумовое, дисперсное и газообразное.
Основными загрязнителями антропогенного происхождения являются оксиды углерода (СО и СО2), диоксид серы SO2, оксиды азота
(NO, NО2), твѐрдые частицы. В табл. 4.1 представлены данные по основным загрязнителям атмосферного воздуха в России.
Среди загрязнителей воздуха особую группу образуют вещества, обладающие канцерогенной активностью. Это в первую очередь
бенз(а)пирен и его производные, другие ароматические углеводоро-
38
ды, поступающие от котельных промышленных предприятий и с отработавшими газами автотранспорта.
Таблица 4.1
Основные загрязнители атмосферы
Загрязнители
Основные
искусственные
источники
Среднегодовая
концентрация
в воздухе,
мг/м3
Твѐрдые
частицы
Сжигание
топлива
0,04...0,4
Сернистый
ангидрид SO2
Сжигание
топлива
0,5...0,1
Оксиды азота
NOx
Окисление
атмосферного
азота и топлива при высокой температуре
0,05...0,2
Оксид
углерода СО
Неполное сгорание топлива
1...50
Летучие
углеводороды
и их продукты
Неполное
сгорание
топлива
До 3
Воздействие на окружающую
среду и здоровье человека
Снижение солнечного освещения и видимости, увеличение туманности. Возможное
снижение температуры земли
в результате длительного
воздействия
Хроническое поражение
растений, снижение
урожайности, уничтожение
лесов, заболевания
дыхательных путей
Поглощение солнечного
света, образование фотохимического смога, «кислотных
дождей». Снижение урожайности, уничтожение лесов,
уменьшение содержания
гемоглобина в крови
Уменьшение содержания
гемоглобина в крови
Поражение растений при
концентрации выше
0,02 мг/м3, раздражающее
действие на глаза
Неблагоприятное воздействие на организм человека оказывают
и соединения свинца, обнаруживаемые в отработавших газах автомобилей, несмотря на запрет использования этилированного бензина.
Присутствие таких соединений в воздухе приводит к снижению активности ферментов, к нарушению обменных процессов.
В зависимости от источника загрязнения изменяется состав загрязнения снежного покрова. Так, вблизи котельных, железнодорожных сетей, обслуживаемых тепловозами на мазутном топливе, большого потока автотранспорта, работающего на дизельном серосодержащем топливе, а также ряда специфичных промышленных предприятий следует ожидать повышенное содержание соединений серы. Ан-
39
тропогенные источники содержания соединений азота – автотранспорт, теплоэнергетика, промышленные предприятия. Информативным
является показатель величины рН снеговых вод. В обычном (незагрязненном) состоянии он изменяется от 5,5 до 5,8. Вблизи металлургических заводов, около ТЭЦ, котельных, как правило, рН снега имеет
более высокие значения, т.е. обозначает слабощелочную или щелочную среду, что связано, по-видимому, с выпадением зольных частиц,
содержащих соединения гидрокарбонатов калия, кальция, магния, повышающих рН снеговой воды. Вдоль автомобильных трасс, в местах
выбросов промышленными предприятиями продуктов сгорания с преобладанием оксидов серы, азота, углерода рН снегового покрова
уменьшается, свидетельствуя о кислотности осадков.
Необходимость проведения исследований снежного покрова
связана ещѐ и с тем, что атмосферные осадки являются составляющей баланса поверхностных вод, оказывают влияние на состояние
почв, растительности, грунтовых вод.
Для объективной оценки загрязненности снежного покрова рассчитывают суммарный индекс загрязнѐнности талой воды:
ИЗВ
1
n
n
i
Ci
,
ПДК
1
i
где Сi – концентрация загрязнителя; n – количество загрязнителей, по которым
рассчитывается индекс.
При проведении мониторинга снежного покрова ведѐтся наблюдение за скоростью снеготаяния и учѐт участков, раньше освободившихся от снежного покрова, что позволяет определить:
наличие подземных коммуникаций;
степень загрязнѐнности снежного покрова.
Анализ снежного покрова начинают с измерения толщины снежного покрова снегомерной рейкой. Толщина снежного покрова зависит
от особенностей рельефа, ветрового режима и т.п. Наблюдается корреляция между накоплением снега зимой и пыли летом. Далее определяют объѐмную плотность снега в ненарушенном состоянии. Пробу
снега отбирают на всю глубину так, чтобы объѐм талой воды состав-
40
лял не менее 1 л. Посуда для отбора проб должна быть чистой и химически инертной. Оцениваются следующие параметры талой воды:
1) содержание взвешенных веществ;
2) кислотность (определяется сразу после снеготаяния с точностью до 0,5 единиц);
3) содержание солей;
4) химический состав сухого остатка:
– органическая составляющая (нефтепродукты, продукты истирания резины, сажа);
– неорганическая составляющая (тяжѐлые металлы, соли, продукты истирания дорожного полотна).
4.2. Материалы и оборудование
Материалы:
– пробы снега;
– раствор AgNO3 (1%);
– раствор K2I (5%);
– раствор ВаСl2 (1%);
– раствор NH4CNS (2%);
– раствор НСl (1:5);
– раствор HNO3 (1:1).
Оборудование:
– весы лабораторные с точностью измерения 0,001 г;
– индикаторная бумага;
– фильтры бумажные;
– кондуктометр;
– ѐмкости для проб снега с крышками;
– мерные цилиндры вместимостью 10 и 100 см3;
– конические колбы вместимостью 500 см3;
– пробирки.
4.3. Подготовка и проведение испытаний
Отобрать пробы снега на всю глубину снежного покрова на различном расстоянии от автомобильной дороги. В качестве фоновых
41
участков следует выбирать дворовые территории и зоны отдыха. Общая масса образца должна составлять 600...800 г. Пробы пронумеровать, поместить в тару с пробками и оставить при комнатной температуре до полного расплавления снега. Полученные данные отбора
проб оформить в виде табл. 4.2.
Таблица 4.2
Протокол отбора проб снега
№ пробы
Время, дата
Адрес, место
I. Органолептические свойства талой воды
1.1. Осадок
Количественно осадок характеризуют следующим образом: нет,
незначительный, заметный, большой. При очень большом осадке указывают толщину слоя в миллиметрах. По качеству осадок определяют
как хлопьевидный, илистый, песчаный и т.п. с указанием цвета – серый, бурый, черный и др.
1.2. Запах
Заполнить колбу исследуемой водой на 1/3 объѐма, закрыть
пробкой и взболтать. Открыть колбу и осторожно, неглубоко вдыхая
воздух, сразу же определить характер запаха. Примеры описания запахов: болотный, гнилостный, древесный, землистый, плесневый, рыбный, сероводородный, травянистый, хлорный, фенольный, неопределѐнный.
Интенсивность запаха оценивают по 5-балльной шкале:
0 – не ощущается;
1 – очень слабый, обнаруживается только опытным исследователем;
2 – слабый, не привлекающий внимания, но обнаруживаемый,
если на него обратить внимание;
3 – заметный, легко обнаруживаемый и дающий повод относиться к воде с неодобрением;
4 – отчѐтливый, обращающий на себя внимание и делающий
воду непригодной для питья;
5 – очень сильный, делающий воду совершенно непригодной
для питья.
42
Запах воды следует определять в помещении, где воздух не
имеет постороннего запаха. Желательно, чтобы характер и интенсивность запаха отмечали несколько исследователей.
1.3. Окраска, мутность
Мутность и окраску воды определяют, рассматривая пробирку с
талой водой сверху на белом и тѐмном фоне при достаточном боковом освещении. Мутность характеризуют: слабо опалесцирующая,
опалесцирующая, слабо мутная, мутная, очень мутная.
II. Химические свойства талой воды
2.1. Наличие нефтепродуктов
Качественное содержание нефтепродуктов определяют по наличию/отсутствию плѐнки на поверхности талой воды.
2.2. Взвешенные вещества
Количество взвешенных веществ определяют путем фильтрования определѐнного объема воды (до 500 мл) через бумажный фильтр и
последующего высушивания осадка на фильтре до постоянной массы:
–
,
где С – содержание взвешенных веществ, г/л; m1 – масса высушенного бумажного
фильтра с осадком, г; m2 – масса бумажного фильтра, г; V – объѐм профильтрованной талой воды, л.
2.3. Кислотность (pH)
Определяют с помощью индикаторной бумаги по шкале.
2.4. Общее содержание солей (электропроводность)
Определяют с помощью кондуктометра.
2.5. Качественное определение содержания хлоридов с приближѐнной количественной оценкой
Метод основан на осаждении хлорида серебра:
Сl- + AgNO3  AgCl↓ + NO3В пробирку поместить 3 мл талой отфильтрованной воды. Добавлять по каплям (3 капли) раствора нитрата серебра. Определить
приближенное содержание хлорид-анионов по табл. 4.3.
2.6. Качественное определение катионов свинца
Метод основан на осаждении йодида свинца:
43
Pb2+ + K2I  PbI↓ + 2K+
В пробирку поместить 3 мл талой отфильтрованной воды. Добавлять по каплям (3 капли) раствора йодида калия. Выпадение золотистого осадка свидетельствует о наличии в пробе солей свинца.
Таблица 4.3
Концентрация хлоридов в зависимости от вида осадка
Осадок или муть
Опалесценция или слабая муть
Сильная муть
Образуются хлопья, но осаждаются не сразу
Белый объемистый осадок
Концентрация Cl- ,мг/л
1...10
10...50
50...100
Более 100
2.7. Качественное определение содержания сульфатов- анионов с приближенной количественной оценкой
Метод основан на осаждении сульфата бария:
SO42- + ВаCl2  BaSO4↓ + 2СlВ пробирку поместить 3 мл талой отфильтрованной воды. Добавить несколько капель соляной кислоты и по каплям (3 капли) раствора хлорида бария, полученный раствор перемешать. Приблизительное содержание сульфатов определить по табл. 4.4.
Таблица 4.4
Концентрация сульфатов в зависимости от вида осадка
Характер осадка
Отсутствие осадка
Слабая муть, проявляющаяся
через несколько минут
Слабая муть, проявляющаяся
сразу после добавления хлорида бария
Сильная муть, быстро осаждающаяся
Концентрация SO42-, мг/л
<5
5…10
10…100
> 100
2.8. Качественное определение содержания катионов железа с
приближенной количественной оценкой
Метод основан на образовании окрашенного роданида железа:
Fe3+ + 3NH4CNS  Fe(CNS)3 + 3 NH4+
Проводится по методике, изложенной в пункте 3.3 лабораторной
работы № 3.
Полученные результаты анализа проб снега занести в таблицу
(табл. 4.5).
44
Таблица 4.5
Железо,мг/л
Сульфаты,мг/л
Наличие свинца
Хлориды,мг/л
pH
Взвешенные
вещества, г/л
Нефтепродукты
Окраска, мутность
Запах
Осадок
№ пробы
Форма представления результатов
4.4. Вывод
Провести сравнение проб снега и сделать вывод о степени воздействия автомобильных дорог на состояние атмосферного воздуха.
Контрольные вопросы и задания
1. Для чего оценивают степень загрязнения снежного покрова?
Вследствие каких свойств снега это возможно?
2. Перечислите естественные источники загрязнения атмосферы.
3. Перечислите искусственные источники загрязнения атмосферы.
4. Назовите основные загрязнители атмосферы антропогенного
происхождения.
5. Приведите примеры зависимости состава загрязнения снежного покрова от источника загрязнения.
6. Что такое ИЗВ?
7. Для чего наблюдают за скоростью снеготаяния?
8. Каков порядок выполнения анализа снежного покрова?
9. Опишите методику определения содержания взвешенных
веществ.
10. Назовите источники загрязнения снега хлоридами и опишите
методику определения их содержания в талой воде.
11. Назовите источники загрязнения снега свинцом и опишите
методику определения его содержания в талой воде.
12. Назовите источники загрязнения снега сульфатами и опишите методику определения их содержания в талой воде.
13. Назовите источники загрязнения снега железом и опишите
методику определения его содержания в талой воде.
45
Лабораторная работа № 5
ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕКОТОРЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ХИМИЧЕСКИХ
ПРОТИВОГОЛОЛЁДНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Цели работы:
– закрепить знания о зимней скользкости, видах противогололѐдных материалов (ПГМ) и технологии работ по борьбе с зимней
скользкостью с использованием ПГМ;
– определить растворимость, температурную динамику растворения, pH, температуру кристаллизации, плавящую способность, коррозионную активность на металл различных химических ПГМ;
– сравнить полученные результаты с нормами;
– сравнить химические ПГМ по комплексу показателей.
5.1. Основные теоретические положения
Зимняя скользкость включает в себя все виды снежно-ледяных
отложений, образующихся на дорожном покрытии, приводящие к снижению коэффициенты сцепления. По внешним признакам их подразделяют на рыхлый снег, снежный накат, зернистый лѐд, стекловидный лѐд. Влияние состояния дорожного покрытия в зимнее время на
скорость движения ТС показано на рис. 5.1.
Рис. 5.1. Влияние состояния дорожного покрытия
на скорость движения ТС
46
Рыхлый снег – это ровный по толщине слой снега, образующийся во время слабых и умеренных снегопадов в безветренную погоду.
Плотность свежевыпавшего снега может изменяться от 0,06 до
0,20 г/см3. В зависимости от содержания влаги снег может быть сухим,
влажным и мокрым. При наличии слоя рыхлого снега на дорожном покрытии коэффициент сцепления шин ТС с покрытием снижается до
0,2. Сохранение снега в рыхлом состоянии наиболее вероятно при
температуре воздуха ниже –10°С, так как при низких температурах
воздуха процесс уплотнения снега ТС замедляется, а при температуре воздуха от –6 до –10°С снег не будет уплотняться при относительной влажности воздуха менее 90%.
Снежный накат представляет собой слой снега, уплотненного
колѐсами проходящих ТС. Он может иметь различную толщину – от
нескольких миллиметров до нескольких десятков миллиметров – и
плотность от 0,3 до 0,6 г/см3. Коэффициент сцепления шин с поверхностью снежного наката составляет от 0,1 до 0,25.
Зернистый лѐд имеет зернистое строение, шероховатую поверхность и включения воздушных пузырьков. Цвет – матово-белый.
Толщина отложений неравномерна и достигает 10 мм, плотность –
0,5...0,7 г/см3. Образуется при плотном тумане с ветром при температуре 0°С.
Стекловидный лѐд появляется на покрытии в виде гладкой
стекловидной пленки толщиной от 1 до 3 мм. Отложения стекловидного льда имеют плотность от 0,7 до 0,9 г/см3, а коэффициент сцепления
составляет от 0,08 до 0,15. Этот вид зимней скользкости является
наиболее опасным.
Для организации работ по борьбе и предотвращению образования зимней скользкости необходимо учитывать еѐ вид, погодные условия, предшествующие и сопутствующие образованию скользкости,
и тенденцию их изменения. Для борьбы с зимней скользкостью на автомобильных дорогах и улицах используют ПГМ, классификация которых приведена на рис. 5.2 [14].
В зависимости от используемого сырья и его происхождения
противогололедные материалы делят на три группы: химические,
47
фрикционные и комбинированные, которые выпускают в твѐрдом или
жидком виде.
Твѐрдые
Щебень
Твѐрдые
Песчано-гравийная смесь (ПГС)
Фрикционные
Песок
Природные
рассолы
Нитраты
Твѐрдые
Карбамиды
Ацетаты
Хлориды
Твѐрдые
Комбинированные
Пескосоляная
смесь (ПСС)
Химические
Шлак
Противогололѐдные материалы
Рис. 5.2. Классификация ПГМ
Фрикционные ПГМ по своему происхождению бывают искусственные (щебень, шлак) и естественные (песок, ПГС).
К комбинированным относят материалы, обладающие химическими и фрикционными свойствами, в которых количество соли (чаще
всего NaCl) по отношению к фрикционному материалу составляет не
менее 5%. При содержании соли менее 5% ПГМ относят к фрикционной группе.
Химические ПГМ выпускают в твѐрдом, жидком и смоченном
виде. Сырьем для получения этих материалов чаще всего являются
природные источники (бишофит, галит и др.) или отходы промышленности (сильвинитовые, карнолитовые и др.). С целью снижения
расхода твердых химических ПГМ их смачивают растворами солей с
пониженной точкой замерзания. Эти ПГМ называют «смоченные соли». По химическому составу ПГМ этой группы разделяют на четыре
подгруппы:
1) хлориды (NaCl, CaCl2, MgCl2 и ПГМ на их основе);
2) ацетаты (CH3COONH4, CH3COOK, (CH3COO)2Ca и ПГМ на их
основе);
48
3) карбамиды (мочевина, карбамидно-аммиачная селитра и ПГМ
на их основе);
4) нитраты (Ca(NO3)2, Mg(NO3)2 и ПГМ на их основе).
Химические ПГМ должны выполнять следующие функции:
понижать температуру замерзания воды;
ускорять плавление снежно-ледяных отложений на дорожных
покрытиях;
проникать сквозь слои снега и льда, разрушая межкристаллические связи, и снижать силы их смерзания с дорожным покрытием;
не увеличивать скользкость дорожного покрытия, особенно
при использовании ПГМ в виде растворов;
быть технологичными при хранении, транспортировке и применении;
не увеличивать экологическую нагрузку на окружающую природную среду (зеленые насаждения) и не оказывать токсичного действия на человека и животных;
не вызывать увеличения агрессивного воздействия на металл,
бетон, кожу, резину.
Фрикционные ПГМ должны:
повышать шероховатость снежно-ледяных отложений на покрытиях для обеспечения безопасности движения;
иметь высокие физико-механические свойства, препятствующие разрушению, износу, дроблению и шлифованию ПГМ;
обладать свойствами, препятствующими увеличению запыленности воздуха и загрязнения придорожной полосы.
Комбинированные ПГМ должны обладать одновременно фрикционными и химическими свойствами.
Технология работ по борьбе с зимней скользкостью с использованием ПГМ предусматривает три направления:
снижение отрицательного воздействия образовавшейся зимней скользкости и повышение коэффициента сцепления колеса с дорогой путѐм россыпи по обледеневшему покрытию фрикционных материалов;
49
ликвидацию образовавшейся зимней скользкости с помощью
химических, комбинированных, механических, тепловых и других методов;
предупреждение (недопущение) образования зимней скользкости путем профилактической (предварительной) обработки покрытий ПГМ, которую осуществляют при прогнозировании образования на
покрытии стекловидного льда или начала снегопада или метелей с
возможным образованием на покрытии снежного наката.
В настоящее время в г. Москве разрешены к применению следующие виды ПГМ [15]:
химические
ХКНж – жидкий реагент на основе хлористого кальция и натрия,
массовая доля растворимых солей: хлористого кальция – в пределах
22…23%, хлористого натрия – в пределах 5…6%;
МРКтв – твѐрдый многокомпонентный противогололедный реагент на основе композиции хлористого кальция с другими хлоридами
(натрия и калия) и формиатом натрия: массовая доля хлористого
кальция – не менее 20%; хлористого натрия – не более 75%; хлористого калия – не более 20%; формиата натрия – не менее 5%;
ХКНтв – твѐрдый многокомпонентный противогололедный реагент на основе композиции хлористого кальция и натрия: массовая
доля хлористого кальция – не менее 20%; массовая доля хлористого
натрия – не более 80%;
МРтв – твѐрдый многокомпонентный противогололедный реагент
на основе композиции хлористого кальция с другими хлоридами (натрия и калия) и формиатом натрия: массовая доля хлористого кальция
– не менее 15%; хлористого натрия – не более 80%; хлористого калия
– не более 10%; формиата натрия – не менее 5%;
фрикционные материалы (вспомогательные)
мелкий гранитный щебень фракции 2…5 мм предусматривается
в качестве ПГМ для определенных погодных условий на проезжей
части;
комбинированные
50
КР1тв – твѐрдый комбинированный ПГМ на основе композиции
карбоната кальция (мраморный щебень) и формиата натрия (соль муравьиной кислоты): массовая доля карбоната кальция – 50…80%,
формиата натрия – 20…50%;
КР2тв – твѐрдый комбинированный ПГМ на основе композиции
карбоната кальция (мраморный щебень), формиата натрия (соль муравьиной кислоты) и хлорида натрия (пищевая соль): массовая доля
карбоната кальция – 20…50%, формиата натрия – 10…30%, массовая
доля хлорида натрия – не более 60%;
КР3тв – твѐрдый комбинированный ПГМ на основе композиции
карбоната кальция (мраморный щебень), формиата натрия (соль муравьиной кислоты) и хлорида натрия (пищевая соль) с добавлением
хлоридов (кальция и калия): массовая доля карбоната кальция –
20…50%, формиата натрия – 10…30%, массовая доля хлорида натрия – не более 50%, массовая доля хлоридов (кальция и калия) – не
более 20%.
На участках дорог, где появились метелевые заносы, или вследствие интенсивного снегопада образовался мощный слой снежных
отложений, работы по ликвидации скользкости, в случае еѐ образования, проводят после снегоуборочных работ. На дорогах с переходными и низшими типами дорожных покрытий и на грунтовых дорогах допускается снежный накат.
При получении информации о погодных условиях с возможным
образованием на покрытии снежно-ледяных отложений необходимо
провести предварительную обработку покрытия химическими ПГМ в
количестве 5…15 г/м2 за 1…2 ч до наступления прогнозируемого явления погоды. Для предварительной обработки на дорогах могут быть
использованы твѐрдые, жидкие хлориды, а также смоченные ПГМ.
Сухие ПГМ эффективно применять только в том случае, если на
поверхности дорожного покрытия имеется достаточное количество
влаги для ускорения действия химических ПГМ. Если покрытие сухое
или на нем недостаточное количество влаги, то целесообразно использовать смоченные ПГМ.
51
При температуре воздуха выше –5°С более эффективно использовать растворы химических ПГМ или природные рассолы, которые
могут распределяться и на сухое покрытие перед выпадением осадков для предотвращения образования скользкости.
Таблица 5.1
Требования к химическим ПГМ
№
п/п
1
1.1
1.2
1.3
2
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
2.8
3
3.1
3.2
3.3
4
4.1
4.2
4.3
Норма
Твѐрдые ПГМ
Жидкие ПГМ
Органолептические
Водный раствор
Гранулы, кри- без механических
Внешний вид
сталлы, чешуя включений
осадка и взвеси
Светлый,
От белого до
прозрачный
светло-серого и (допускается
Цвет
светлосо слабой окракоричневого
ской желтого или
голубого цвета)
Запах
Отсутствует
Отсутствует
Физико-химические
Зерновой состав, %, массовая доля частиц размером:
– свыше 10 мм
Не допускается
–
– св. 5 мм до 10 мм вкл., не более
10
–
– св. 1 мм до 5 мм вкл., не более
75
–
– 1 мм и менее, не более
15
–
Влажность, %, не более
5
–
Массовая доля растворимых солей,
–
27…29
% (концентрация), в пределах
Массовая доля нерастворимых
2
–
в воде веществ, %, не более
Температура кристаллизации, °С,
-10
-10
не выше
Водородный показатель, ед. (рН)
5…10
5…10
3
Плотность, г/см
0,8…1,15
1,1…1,3
Динамическая вязкость, кг·с/м2, не более
4
5
Технологические
Плавящая способность, г/г, не менее
5
2
Слѐживаемость
Не допускается
–
Гигроскопичность, %/сут., не более
50
–
Экологические
Удельная эффективная активность есте370
370
ственных радионуклидов, Бк/кг, не более:
Коррозионная активность на металл
0,8
0,8
(Ст3), мг/(см2·сут.), не более
Показатель агрессивности
0,5
0,5
на цементобетон, %, не более
Наименование показателей
52
При прогнозировании снегопадов для предотвращения образования снежного наката сначала производят предварительную обработку покрытия химическими ПГМ. После начала снегопада осуществляют выдержку: в период снегопада интенсивностью 1…3 мм/ч и
выше к распределению ПГМ приступают через 15…20 мин. после начала снегопада; при слабом снегопаде интенсивностью 0,5…1 мм/ч
ПГМ распределяют через 30…45 мин. после его начала. При этом количество распределяемого ПГМ равно норме распределения за вычетом произведенного предварительного распределения (5…15 г/м2).
Далее выдерживается технологический интервал, пока не ослабится
структура отложений, и они не разрыхлятся вследствие частичного их
плавления и воздействия колѐс ТС, после чего разрыхленную массу
(шугу) удаляют с проезжей части.
Если после окончания указанного цикла, включающего предварительное распределение ПГМ, выдержку, дополнительное распределение ПГМ, технологический интервал, снегоочистку, снегопад продолжается, последующее распределение ПГМ и соответствующие
операции цикла должны повторяться необходимое количество раз до
полной уборки снега с дорожного покрытия.
При образовании на дорожном покрытии стекловидного льда
работы по ликвидации этого вида скользкости заключаются лишь в
распределении химического ПГМ по поверхности ледяной корки в соответствии с нормами распределения за вычетом предварительного
распределения, если оно имело место.
По органолептическим, физико-химическим, технологическим и
экологическим показателям химические ПГМ должны соответствовать
требованиям, указанным в табл. 5.1 (см. выше).
5.2. Материалы и оборудование
Материалы:
– химические ПГМ;
– раствор HCl (5%);
– металлические пластины (Ст3);
53
– вода дистиллированная;
– чашки Петри со льдом.
Оборудование:
– весы лабораторные с точностью измерения 0,001 г;
– морозильная камера, обеспечивающая достижение и поддержание температуры до 50±5°С;
– термометр со шкалой -60…+20°С и погрешностью ±1°С;
– термометр с пределом измерений +100°С;
– рН-метр;
– индикаторная бумага;
– фильтровальная бумага;
– воронки для фильтрования;
– чашки Петри;
– фарфоровые чашки;
– конические колбы вместимостью 50 см3;
– мерные цилиндры вместимостью 50 см3;
– цилиндры вместимостью 100 см3.
5.3. Подготовка и проведение испытаний
1. Определение коррозионной активности на металл
Металлическую пластину взвешивают, определяют площадь еѐ
поверхности и погружают в чашку Петри с 5%-ным раствором ПГМ на
1 ч. По окончании испытания пластину промывают в дистиллированной воде, обрабатывают соляной кислотой до полного удаления продуктов коррозии, затем ещѐ раз промывают в дистиллированной воде
и осушают фильтровальной бумагой (мягкой ветошью); взвешивают.
За основной количественный показатель коррозии принимают скорость потери массы на единицу площади образца. Скорость коррозии
K вычисляют по формуле:
, мг/(см2·сут.),
где ∆m – потеря массы образца, мг; S – площадь поверхности образца, см2; t –
продолжительность испытания, сут.
2. Определение водородного показателя (pH)
54
Приготовить 20 мл 20%-ного раствора ПГМ. Определить рН индикаторной бумагой и с помощью pH-метра. За результат испытания
принимают среднее арифметическое значение двух параллельных
определений.
3. Определение температуры кристаллизации
Цилиндр с 20%-ным раствором ПГМ помещают в морозильную
камеру на специальные стеллажи. В цилиндры опускают термометры.
Камеру закрывают и включают. После установления в закрытой камере температуры – 10ºС снимают показания термометров в цилиндрах
через каждые 2ºС понижения температуры в камере. Для снятия показаний термометров камеру открывают. Температура, при которой в
цилиндре с раствором ПГМ появились кристаллы льда, принимают за
температуру кристаллизации данного раствора.
4. Определение плавящей способности
В холодильную камеру при температуре – 5ºС устанавливают
чашке Петри со льдом (m = 65 г). На гладкую ровную поверхность
льда распределяют ровным слоем навеску ПГМ (m = 2 г). Морозильную камеру закрывают на 2 часа. По окончании испытания талую воду, образовавшуюся на поверхности льда, сливают и определяют еѐ
массу. Плавящую способность принимают как отношение массы слитой талой воды к массе навески ПГМ.
5. Приготовление насыщенного раствора (определение растворимости реагента)
В пробирку поместить 10 мл воды и аккуратно присыпать по 1 г
предварительно взвешенную навеску ПГМ (10 г). После каждого досыпания тщательно перемешивать. При необходимости приготовить
ещѐ одну навеску ПГМ. Когда ПГМ перестанет растворяться, взвесить
оставшийся и по разнице определить количество растворившегося.
6. Определение температурной динамики при растворении
Опустить в пробирку датчик термометра, поместить 20 мл дистиллированной воды, записать значение температуры. Добавить реагент в количестве, необходимом для приготовления насыщенного раствора. Перемешать и следить за показаниями термометра. Записать
55
максимальную (минимальную) температуру при растворении. Время
проведения опыта ~5 мин.
Полученные результаты занести в таблицу (табл. 5.2).
Таблица 5.2
Форма представления результатов
норма
Коррозионная активность,
г/(см2·сут.)
результат
норма
Плавящая
способность, г/г
результат
норма
норма
результат
Температура кристаллизации, ºС
pH
результат
Температура после
растворения
Температура
до растворения
Растворимость, г/100 г
воды (при 20ºC)
ПГМ
Тепловой
эффект растворения
5.4. Вывод
Сравнить проанализированные химические ПГМ по комплексу
показателей.
Контрольные вопросы
1. Назовите виды зимней скользкости и их влияние на скорость
движения ТС.
2. Приведите классификацию ПГМ.
3. Перечислите функции химических ПГМ.
4. Перечислите функции фрикционных ПГМ.
5. Перечислите функции комбинированных ПГМ.
6. Перечислите направления технологии работ по борьбе с зимней скользкостью.
7. Опишите последовательность действий дорожных служб при
получении информации о погодных условиях с возможным образованием на покрытии снежно-ледяных отложений.
8. В каких случаях эффективно применять сухие ПГМ, а в каких –
жидкие?
56
9. Опишите последовательность действий дорожных служб при
прогнозировании снегопадов.
10. Опишите последовательность действий дорожных служб при
образовании на дорожном покрытии стекловидного льда.
11. Перечислите требования к химических ПГМ.
12. Опишите методику определения коррозионной активности на
металл.
13. Опишите методику определения температуры кристаллизации.
14. Опишите методику определения плавящей способности.
57
Лабораторная работа № 6
СРАВНЕНИЕ ПОГЛОЩЕНИЯ ПРОТИВОГОЛОЛЁДНЫХ
МАТЕРИАЛОВ ПОЧВАМИ ПРИДОРОЖНОЙ ТЕРРИТОРИИ И
ОЦЕНКА ФИТОТОКСИЧНОСТИ ПОЧВЕННОГО РАСТВОРА
Цели работы:
– закрепить знания о засолении почв придорожных территорий
вследствие использования химических ПГМ и о способах уменьшения
негативного влияния ПГМ;
– сравнить поглощение различных ПГМ разными типами почв
придорожной территории;
– оценить фитотоксичность почвенного раствора после промывания почвы раствором ПГМ по проценту прорастания семян вики,
средней длине зародышевого корешка и проростка, аномалиям развития и степени поражения грибами.
6.1. Основные теоретические положения
6.1.1. Пути миграции ПГМ на придорожной территории
После распределения ПГМ часть ПГМ остается на проезжей
части и затем либо вывозится вместе со сметенными снежно- ледяными отложениями, либо с поверхностным стоком проезжей части попадает в систему водоотведения.
Часть ПГМ под действием колес проезжающих автомобилей и
ветра в виде солевого аэрозоля поднимается в воздух и переносится
на придорожную территорию, где оседает на различных сооружениях
(ограждениях, указателях, рекламных щитах, стенах домов), деревьях
и снежном покрове обочин.
За зимний период деревья покрываются слоем «солѐной пыли»,
которая весной частично смывается дождями с веток и стволов, а частично задерживается на шероховатой поверхности почек. При распускании почек соли попадают в растение, вызывая отравление прилегающих тканей. Не исключено, что часть солей проникает в почки до
их распускания.
58
Осевшие на снежном покрове обочин соли при весеннем снеготаянии частично смываются поверхностным стоком, а частично проникают в почву, где либо остаются в почвенном растворе и поглощаются
корнями растений, либо при обильных осадках вымываются в нижележащие слои, либо связываются в почвенно-поглощающий комплекс.
6.1.2. Засоление почв
Естественные пути поступления солей в почву:
с поливными водами;
с атмосферными осадками;
с пылью, образующейся при выветривании горных пород;
из неглубоко залегающих минерализованных грунтовых вод.
Накопленные соли присутствуют либо в растворенном виде в
почвенном растворе во влажных почвах, либо в виде кристаллов в сухой почве.
Общее содержание солей в верхнем горизонте почвы в течение
года подвергается существенным колебаниям. Это зависит от водного
режима, наличия в верхнем слое нисходящих и восходящих токов воды, переносящих легкорастворимые соли. Хлориды передвигаются
быстрее, чем сульфаты, поэтому на почвах хлоридного засоления содержание солей в различных горизонтах колеблется с большей амплитудой. Наименьшее содержание солей в корнеобитаемом слое
отмечено в зимне-весенний период, когда талые воды и существенные осадки промывают их в подпочвенные горизонты. В начале лета
содержание солей в верхнем слое возрастает и достигает максимальных величин к началу осени. Однако на фоне сезонного изменения
могут иметь место временные колебания содержания солей в почве.
Причиной этому могут служить обильные осадки и поливы. В этом
случае происходит промывка солей вглубь. Изменения содержания
солей в почве могут быть вызваны резкими повышениями температуры воздуха, а также ветром, который усиливает испарение влаги с поверхности и способствует поднятию солей вверх с капиллярной влагой. Большое влияние на подвижность солей оказывает и их способ-
59
ность адсорбироваться на мелкодисперсной фазе почвы. Известно,
например, что хлориды адсорбируются отрицательно в большей степени, чем сульфаты.
Состав водорастворимых солей в почвенном растворе и твердой
фазе почвы бывает весьма разнообразным: в подавляющем большинстве случаев эти соли представляют собой комбинацию катионов
Na+, Mg2+ Са2+ и анионов Cl-, SO42-, СО32- и НСО3-. Наиболее распространенными солями этих почв являются: NaCl, Na2SO4, Na2CO3,
MgCl2, MgSO4, Mg(HCO3)2, CaCl2, CaCO3, CaSO4, Ca(HCO3)2 и некоторые другие.
Общее содержание солей в почвенном растворе обычно определяют измерением электропроводности K насыщенной вытяжки из
почвы. Концентрацию отдельных ионов измеряют с помощью соответствующих методик [16].
Проводимость (S) – это способность раствора проводить электричество; она обратно пропорциональна сопротивлению и имеет
размерность сименс, С. 1 С = 1 Ом-1.
Электропроводность (K) – это проводимость раствора, заполняющего пространство между двумя металлическими поверхностями
площадью 1 м2, находящимися на расстоянии 1 м; размерность С/м. В
большинстве работ по засоленности применяется старая единица
электропроводности ммо/см (произносится миллимо), где 1 ммо = 1 С.
Поэтому для удобства данные часто выражают в децисименсах на
метр (дС/м), потому что 1 дС/м = 1 ммо/см.
Для приблизительной оценки концентрации катионов или анионов C (ммользар/л) используют следующее соотношение (при 25°С;
K25°С = 1,112*K20°С): C ~= 10*K.
Самая простая классификация засоленных почв основана на результатах измерения K: для засоленных почв K > 4 дС/м, для незасоленных почв K < 4дС/м. Выбор такого классификационного порога засоления почв основан на том, что влияние на урожайность чувствительных сельскохозяйственных культур начинает проявляться именно
с этого уровня засоленности.
60
При засолении резко снижается биогенность и биологическая активность почвы, т.е. совокупность биологических и биохимических
процессов, протекающих в почве и связанных с жизнедеятельностью
почвенной фауны, микрофлоры почвы и корней растений. Нередко городские почвы стерильны почти до метровой глубины. А ведь именно
почвенные бактерии переводят мертвые органические остатки в форму, удобную для усвоения питательных веществ корнями растений.
Поступление ПГМ в почву придорожной территории является
причиной не только засоления, но и формирования солонцеватости
почв – явления крайне неблагоприятного для роста растений. О наличии солонцеватости свидетельствует содержание обменного натрия в
ППК, который часто обнаруживается при анализе проб почв, отобранных вдоль магистралей и во дворах города.
Солонцы характеризуются большим содержанием натрия в поглощающем комплексе и щелочной реакцией почвенного раствора,
которые обусловливают главным образом неблагоприятные физические, физико-химические и биологические свойства и низкое плодородие солонцовых почв. В зависимости от содержания поглощенного
натрия солонцовые почвы подразделяются на слабосолонцеватые –
содержат 5…10% поглощенного натрия, солонцеватые – 10…20% и
солонцы – более 20% поглощенного натрия. Остальная часть емкости
поглощения в солонцовых почвах заполнена кальцием и магнием.
Иногда содержание поглощенного натрия в солонцах достигает 80% и
более от емкости их поглощения, т. е. он становится почти единственным поглощенным катионом. Количество водорастворимых солей в
солонцах обычно невысокое – не превышает 0,25% массы почвы [17].
Минеральные и органические коллоиды почвы при насыщении
натрием (в отсутствие водорастворимых солей) легко пептизируются,
частично переходят в золь, поэтому почвенные агрегаты распыляются, пептизированные коллоиды вымываются из верхних слоев почвы в
нижние, образуя плотный, обогащенный тонкодисперсными частицами солонцовый горизонт. Солонцы подразделяются на мелкие, или
корковые, у которых солонцовый горизонт залегает на глубину не более 7 см, средне столбчатые – на глубине 7–15 см и глубокостолбча-
61
тые – на глубине более 15 см. Солонцовые почвы характеризуются
отсутствием агрегированности, неблагоприятным водным и воздушным режимом. Во влажном состоянии солонцовый горизонт сильно
набухает, становится трудноводопроницаемым, вязким и мажущимся,
а в сухом состоянии превращается в плотную твердую массу, не поддающуюся обработке. Солонцовый горизонт препятствует проникновению вглубь корневой системы растений.
В результате обменной реакции между поглощенным натрием и
бикарбонатом кальция или угольной кислотой в почвенном растворе
солонцовых почв образуются углекислые соли натрия (NaHCO3 и
Na2CO3), которые, будучи гидролитически щелочными, создают повышенную щелочность раствора (рН = 9 и выше):
Образовавшуюся соду невозможно удалить из солонцовых почв
промыванием, так как пока присутствует поглощѐнный натрий, она
снова образуется в результате взаимодействия с бикарбонатом кальция или угольной кислотой, всегда находящейся в почвенном растворе. Избыточная щелочная реакция раствора неблагоприятна для
большинства культурных растений и почвенных микроорганизмов.
При щелочной реакции нарушается обмен веществ в растениях,
уменьшаются растворимость и доступность соединений железа, марганца, бора, фосфорнокислых солей кальция и магния в почве.
Для химической мелиорации солонцовых почв, содержащих более 10% поглощенного натрия от общей ѐмкости поглощения, проводят гипсование – внесение в почву гипса (CaSO4·2H2O). При внесении
в почву гипса в почвенном растворе устраняется сода, а поглощѐнный
натрий вытесняется и заменяется кальцием с образованием хорошо
растворимой нейтральной соли – сульфата натрия:
При образовании в растворе небольшого количества Na2SO4 он
не оказывает вредного действия на растения. Однако при гипсовании
62
солонцов, содержащих натрия больше 20% от ѐмкости поглощения,
образуется большое количество Na2SO4, и его необходимо удалить из
почвы, используя орошение.
Внесѐнный в солонцовую почву гипс устраняет еѐ щелочную реакцию. Замена поглощѐнного натрия кальцием сопровождается коагуляцией почвенных коллоидов; образующийся при разложении растительных остатков деятельный перегной в присутствии кальция склеивает почвенные частицы, почва приобретает прочную комковатую
структуру, улучшаются еѐ физические свойства, водопроницаемость и
аэрация, облегчается обработка; создаются благоприятные условия
для развития и деятельности почвенных микроорганизмов, и следовательно, повышается плодородие.
Слабосолонцеватые почвы (натрия меньше 10%) улучшают агробиологическим методом – трехъярусной вспашкой с внесением
больших норм навоза, посевом люцерны и других культур, которые
аккумулируют кальций почвы в корнях. После их разложения кальций
освобождается и вытесняет из ППК натрий. Особенно эффективно
этот процесс идѐт при поливах.
Наряду с качественными изменениями состава почвенного поглощающего комплекса городских почв отмечается и общее увеличение емкости поглощения от малой (до 20 мг-экв/100 г) до средней (20–
40 мг-экв/100 г) и высокой (больше 40 мг-экв/100 г). При этом наличие
техногенных включений (карбонатных, органических) может привести
к резкому увеличению емкости поглощения (до 190 мг-экв/100 г). Почва с такой емкостью уже может рассматриваться как искусственный
ионообменный геохимический барьер для распространения загрязнения на глубину и в грунтовые воды.
Существует три основных вида влияния засоленности почв на
рост растений:
1. Собственно токсичность элементов (натрия, хлора).
2. Дисбаланс ионов в растениях.
3. Снижение доступности воды из-за падения осмотического потенциала. Это называют физиологической засухой, поскольку расте-
63
ния страдают от недостатка влаги, даже если содержание воды в почве соответствует их потребностям.
6.1.3. Солеустойчивость растений
Солеустойчивость обеспечивается тем, что некоторые растения
поглощают соли и с их помощью создают высокое осмотическое давление в тканях; другие виды повышают давление за счет накопления
органических кислот и сахаров, третьи – поглощают соли и выделяют
их на поверхности листьев, откуда они сдуваются ветром. При определении солеустойчивости растений необходимо принимать во внимание следующие факторы:
1. Фазы развития растений (прорастание, всхожесть, созревание). Считается, что чем старше растения, тем они более устойчивы,
однако, бывают и исключения. Некоторые культуры проявляют большую устойчивость к солям в период прорастания, однако, в стадии
проростка чувствительность к засолению резко возрастает;
2. Различное влияние солей на вегетативный рост растений и их
продуктивность;
3. Климатические условия. В условиях холодного климата растения, как правило, проявляют большую солеустойчивость. На это
влияют:
механический состав почвы;
еѐ водообеспеченность;
не только общее содержание солей, но и качество засоления
почвы.
С биологической точки зрения под солеустойчивостью вида или
сорта следует понимать тот предел засоления, при котором растения
еще способны полностью завершить онтогенетический цикл развития
и воспроизвести всхожие семена, а выше которого растения гибнут
раньше завершения цикла онтогенеза или образуют невсхожие семена с недоразвитым зародышем.
Солеустойчивость не является стабильным признаком растения,
а представляет собой процесс, изменяющийся во времени: у неустой-
64
чивых и среднеустойчивых растений (к этому типу относится большинство видов) преобладают изменения концентрации веществ, способствующих повышению устойчивости, тогда как у устойчивых – качественные перестройки обмена веществ.
Виды растений, адаптированные к засоленным местам обитания
и хорошо растущие в этих условиях, называют галофитами. Большинство растений города чувствительно к засолению, и их называют гликофитами. Это растения пресных местообитаний, обладающие сравнительно ограниченной способностью приспосабливаться к засолению в процессе индивидуального развития, так как условия их существования в процессе эволюции не благоприятствовали возникновению данного свойства.
Солеустойчивость растений оценивают разными способами:
влияние на всхожесть – обычно выражают в виде отношения
числа растений, проросших на засоленной почве, к числу растений,
проросших на незасоленной почве, выраженного в процентах;
влияние на рост после появления всходов – обычно выражают
в виде относительной урожайности, которая представляет собой урожайность сельскохозяйственной культуры, растущей на засоленной
почве, выраженную как часть урожайности той же культуры в отсутствие засоленности. Для удобства данные часто представляют в виде K
насыщенной вытяжки, вызывающей 50%-ное снижение урожайности.
Для оценки воздействия ПГМ на придорожные территории приняты следующие критерии (табл. 6.1) [18]:
максимально-недействующая концентрация (МНК) – максимальная концентрация вещества, длительное воздействие которой
еще не вызывает отрицательного либо стимулирующего влияния на
организм;
предельно-допустимая концентрация (ПДК) – максимальная
концентрация вещества, отнесенная к определенному времени осреднения, которая при периодическом воздействии или на протяжении всей жизни организма не оказывает на него вредного действия,
включая отдаленные последствия;
65
Таблица 6.1
Обобщенные критерии оценки влияния ПГМ на окружающую среду [18]
Объект
Вещество
2
NaCl, кг/м
Cl-, г/м2**)
Cl-, мг/л
Талые и грунтовые
Са+2, мг/л
воды, попадающие
Mg+2, мг/л
в водоисточточники
централизованного сухой остаток, мг/л
Общая жѐсткость,
водоснабжения
мг-экв./л
масло солярное,
мг/л
Воды, используемые нефть и нефтепров рыбохозяйствен- дукты, мг/л
ных целях
Mg+2, мг/л
К+, мг/л
Na+, мг/л
Пресмыкающиеся
NaCl, мг/л
Снег
Пресноводные
NaCl, мг/л
Уровни концентрации
МНК*
КК
ПК
0,2
0,3–0,5 0,75–1,0
5
7–15
20–50
350
–
–
180
–
–
120
–
–
1000
–
–
)
ЛК
1,5
75
–
–
–
–
7
–
–
–
0,01
–
–
–
0,001
–
–
–
50,0
50,0
120,0
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
100–200
2500–
3000
ПГМ (хлориды)
Почва (0–30 см)
Лесная и лесостепная зоны:
травянистые
Cl-, %
древесные
Cl-, %
Степная зона:
травянистые
Cl-, %
древесные
Cl-, %
Растения
Лесная и лесостепная зоны:
травянистые
Cl-, %
древесные
Cl-, %
Степная зона:
травянистые
Cl-, %
древесные
Cl-, %
0,005
0,01
0,007–
0,02–0,03
0,015
0,02–0,03 0,04–0,06
0,04
–
–
–
0,04
0,3
0,07–0,1
0,6
0,15
–
0,6
0,15
0,8–0,9
0,2–0,4
1,0–1,3
0,5–0,9
–
–
1,0
0,3
1,3–1,8
0,7–1,0
2,0–2,5
1,1–1,7
*) Для вод и пыли уровень концентраций дан в значении ПДК.
**) Из расчѐта всей высоты снежного покрова.
стимулирующая концентрация (СК) – концентрация вещества,
при действии которой наблюдается усиление роста, накопление
биомассы и т.д. более чем на 20% по сравнению с фоновыми организмами;
66
критическая концентрация (КК) – концентрация вещества, при
действии которой появляются начальные признаки вредного воздействия вещества: изменяется развитие организма, его рост или биомасса уменьшаются на 20–35%. Эта концентрация может быть принята за предел допустимой при воздействии ПГМ на растения и почвы в
придорожной полосе;
патологическая концентрация (ПК) – концентрация вещества,
при которой наступает некроз тканей, гибель органов и отдельных экземпляров растений, организмов; рост и биомасса растений уменьшаются на 40–70%;
летальная концентрация (ЛК) – концентрация вещества, при
которой наступает гибель более 50% организмов, рост или биомасса
растений уменьшается более чем на 75%.
О сильном отрицательном влиянии на растения ПГМ (хлориды
натрия, кальция, магния), что соответствует патологической и летальной их концентрации, можно судить по внешнему виду растений. Рост
побегов ослаблен, они быстрее заканчивают свой рост. Междоузлия
короткие, в связи с этим может наблюдаться розеточность листьев.
Листовые пластинки мелкие, светло-зеленой или синевато-зеленой
окраски. Симптомы отравления появляются на листьях у основания
побега, а затем распространяются к его верхушке. Вначале на кончике
и по краям листа, а затем и между жилками, ткани окрашиваются в
зеленовато-желтый цвет, переходящий в кожано-бурый, коричневобурый или тѐмно-песочный цвет. Некроз может поражать до 2/3 верхней части листовой пластинки. Края листьев часто загибаются книзу.
У хвойных пород гибель тканей начинается с верхушки хвоинки,
которая вначале становится светло-зеленой, а затем приобретает коричневую окраску (у ели обыкновенной) или темно-бурую (у сосны
обыкновенной).
Листья и хвоя преждевременно опадают. Первыми начинают
опадать нижние листья. При сильном засолении наблюдается усыхание веток и гибель деревьев и кустарников. У многолетних травянистых растений происходит изменение видового состава фитоценоза.
67
6.1.4. Пути снижения негативного воздействия ПГМ
на придорожную территорию
Снижение негативного влияния ПГМ на придорожные территории возможно по трѐм направлениям:
в источнике;
на пути распространения;
в объекте.
Снижение влияния в источнике предполагает организационные
мероприятия по рационализации использования ПГМ, а также изменение физических свойств дорожного покрытия. Сюда относятся следующие методы:
профилактический способ борьбы с зимней скользкостью;
учѐт остаточного количества ПГМ на покрытии перед повторной обработкой;
распределение ПГМ только по полосам наката;
гидрофобизация дорожного покрытия;
применение новых реагентов.
Уменьшение негативного влияния ПГМ на придорожную территорию на пути их распространения в основном сводится к технологии
уборки дорог, не допускающей роторный переброс снега с проезжей
части на газоны. Сметѐнный снег должен оставаться в прилотковой
части дороги, откуда его следует как можно быстрее вывозить на снегосплавные пункты. Также возможно экранирование газонов солеустойчивыми видами кустарника. Проблема в том, что зимой нет листьев, и для надежного экранирования надо создавать весьма густую
посадку.
Снижение влияния ПГМ в объекте (на придорожной территории)
предполагает:
формирование промывного водного режима (водная мелиорация) с рыхлением и внесением органических и минеральных (азотных,
фосфорных, магниевых, марганцевых и борных; не вносить хлор- и
натрий содержащих) удобрений. Цель водной мелиорации – умень-
68
шить концентрацию почвенного раствора в корнеобитаемом слое за
счѐт вымывания солей в нижележащие горизонты. При длительном
применении ПГМ с натрием может увеличиться щелочность почвенной среды (до рН = 8…9). В таких случаях рекомендуется гипсование
почв (химическая мелиорация как для солонцов);
уборку скошенной травы сразу же после косьбы и опавших
осенью листьев деревьев для предотвращения вторичного засоления
почв.
6.2. Материалы и оборудование
Материалы:
– образцы различных почв придорожной территории;
– твѐрдые химические ПГМ;
– семена вики;
– вода дистиллированная;
– вода водопроводная.
Оборудование:
– весы лабораторные с точностью измерения 0,001 г;
– кондуктометр;
– фильтровальная бумага;
– воронки для фильтрования;
– ступки с пестиками;
– фарфоровые чашки;
– чашки Петри;
– конические колбы вместимостью 250 см3;
– мерные цилиндры вместимостью 150 см3.
6.3. Подготовка и проведение испытаний
Приготовить раствор ПГМ с концентрацией 2 г/л. Определить его
электропроводность с помощью кондуктометра.
Экспресс-методом [19] определить механический состав образца почвы. Для этого следует взять небольшое количество почвы, смочить еѐ и последовательно слепить фигуры, указанные в табл. 6.2.
69
Таблица 6.2
Экспресс-метод определения механического состава почвы
Тип почвы
Характеристика комочка почвы
по механическому составу
Песок глинистый
Не скатывается в шарик
Супесь
Скатывается в шарик
Скатывается в шнур с толстым окончанием,
Легкий суглинок
легко ломается при изгибе
Скатывается в шнур с тонким острым окончанием,
Суглинок
ломается при изгибе
Скатывается в шнур с тонким острым окончанием,
Тяжелый суглинок
легко сгибается в подкову
Глина
Легко сгибается в кольцо
1. Сравнение поглощения различных ПГМ разными типами
почв придорожной территории
Воздушно-сухую почву растереть пестиком в ступке. Приготовить
навеску массой 25 г, поместить в воронку с фильтровальной бумагой,
пролить сквозь навеску почвы 125 мл раствора ПГМ. Фильтрат не
должен быть мутным; в противном случае повторно профильтровать
его. Определить электропроводность фильтрата.
Для того, чтобы определить естественное содержание солей в
почве, вместо раствора ПГМ использовать дистиллированную воду.
Результаты испытаний занести в табл. 6.3.
Таблица 6.3
Поглощение ПГМ разными типами почвы
Почва 1
Почва 2
Почва 3
Электропроводность фильтрата дистил. воды
Электропроводность раствора ПГМ
Электропроводность фильтрата ПГМ
2. Оценка фитотоксичности почвенного раствора после воздействия ПГМ
В предварительно стерилизованные чашки Петри на обеззоленном фильтре расположить 10 семян, налить фильтрат так, чтобы семена были погружены в раствор наполовину, накрыть обеззоленным
фильтром, закрыть чашку и поставить в термостат при температуре 20°С (в тѐмное помещение с постоянной температурой) на 5–
7 дней. Ежедневно проветривать и смачивать фильтратом (открыть,
долить фильтрата, закрыть).
70
В контрольном растворе вместо фильтрата использовать предварительно отстоянную при комнатной температуре водопроводную
воду.
По окончании эксперимента оценить параметры, указанные в
табл. 6.4.
Таблица 6.4
Оценка фитотоксичности почвенного раствора
после промывания почвы раствором ПГМ
Почва 1
Фильтрат
Фильтрат
дистил.
ПГМ
воды
Оцениваемый
параметр
Почва 2
Фильтрат
Фильтрат
дистил.
ПГМ
воды
Контр.
р-р
Процент прорастания
Средняя длина
зародышевого
корешка, мм
Средняя длина
проростка, мм
Аномалии развития
Степень поражения
грибами
6.4. Вывод
Объяснить полученные результаты, сделать вывод о влиянии
ПГМ на придорожную территорию с разными типами почв.
Контрольные вопросы и задания
1. Какие существуют пути миграции ПГМ на придорожной территории?
2. Каковы естественные пути поступления солей в почву?
3. От чего зависит общее содержание солей в верхнем горизонте почвы?
4. Как обычно определяют общее содержание солей в почвенном растворе? Что такое «проводимость» и «электропроводность»?
5. В чѐм заключается негативное воздействие солей на почву?
6. Каковы основные характеристики солонцов?
7. Какие реакции протекают в солонцах, и как они влияют на растения?
71
8. Как восстанавливают солонцовые почвы?
9. Какие бывают виды влияния засолѐнности почв на рост растений?
10. От чего зависит солеустойчивость почв?
11. Как оценивают солеустойчивость почв?
12. Перечислите критерии оценки воздействия ПГМ на придорожные территории.
13. Как выражается сильное отрицательное влияние ПГМ на
растениях?
14. Пути снижения негативного воздействия ПГМ на придорожную территорию.
15. Как определить механический состав почвы в полевых условиях?
16. Опишите методику оценки фитотоксичности почвенного раствора после воздействия ПГМ.
72
Лабораторная работа № 7
ИЗУЧЕНИЕ СВОЙСТВ ПРИРОДНЫХ СОРБЕНТОВ
Цели работы:
– закрепить теоретические знания об очистке поверхностного
стока с автомобильных дорог;
– определить и сравнить следующие свойства природных сорбентов: ѐмкость неорганических и органических веществ, плавучесть,
гидрофобность, коэффициент фильтрации.
7.1. Основные теоретические положения
7.1.1. Очистка поверхностного стока
с автомобильных дорог
Оседающие на покрытии автомобильных дорог пыль, продукты
износа покрытий, шин и тормозных колодок, выбросы от работы двигателей автомобилей, горюче-смазочные материалы (ГСМ), противогололѐдные и пылеподавляющие материалы и т.д. приводят к загрязнению поверхностного стока с территории автомобильных дорог и
мостов. Такие стоки в пределах водоохранных зон должны подвергаться очистке на локальных очистных сооружениях (ЛОС).
На очистные сооружения должна отводиться наиболее загрязненная часть поверхностного стока, которая образуется в периоды
выпадения дождей, таяния снега и от мойки дорожных покрытий, в количестве не менее 70% годового объѐма стока с автомобильных дорог и мостов.
В связи со значительной зависимостью загрязненности поверхностного стока от санитарного состояния водосборных площадей и
воздушного бассейна, необходимо предусматривать организационнотехнические мероприятия по сокращению количества выносимых
примесей, включающие:
– организацию регулярной уборки территорий;
– проведение своевременного ремонта дорожных покрытий;
73
– ограждение зон озеленения бордюрами, исключающими смыв
грунта во время ливневых дождей на дорожные покрытия;
– повышение технического состояния эксплуатируемой техники;
– организацию уборки и очистки снега с автомагистралей, мостов
и стоянок автомобильного транспорта в пределах водоохранных зон;
– ограждение строительных площадок с упорядочением отвода
поверхностного стока по временной системе открытых лотков, осветлением его на 50…70% в отстойниках и последующим отведением на
очистку;
– исключение сброса в очистные сооружения отходов производства, в том числе и отработанных нефтепродуктов;
– упорядочение складирования и транспортирования сыпучих и
жидких материалов.
Не разрешается сброс сточных вод и (или) дренажных вод в
водные объекты, содержащие природные лечебные ресурсы и отнесенные к особо охраняемым водным объектам.
Не разрешается сброс сточных вод и (или) дренажных вод в
водные объекты, расположенные в границах:
– зон санитарной охраны источников питьевого, хозяйственнобытового водоснабжения;
– первой, второй зон округов санитарной (горно-санитарной) охраны лечебно-оздоровительных местностей и курортов;
– рыбоохранных зон, рыбохозяйственных заповедных зон, участков массового нереста, нагула рыбы и расположения зимовальных ям.
Сброс загрязненных стоков в пределах водоохранных зон
[20]разрешается только после их очистки до установленных нормативов. Рекомендуется использовать очищенные воды в системах оборотного и повторного водоснабжения.
Выделяют четыре основных метода очистки сточных вод: механический, химический, физико-химический, биологический. Классификация существующих методов и сооружений и возможность их эффективного использования для очистки поверхностных сточных вод с автомобильных дорог приведена в табл. 7.1.
Таблица 7.1
Возможность использования существующих методов для очистки сточных вод с автомобильных дорог и мостов
Биологический
Процесс
Процеживание
Отстаивание
Фильтрация
Центробежное разделение
Нейтрализация
Окисление
Биоокисление, биосорбция
Аппарат
Решѐтки, дробилки
Песколовки, первичные
отстойники, отстойники
специального назначения
Фильтры сетчатые,
барабанные,
с зернистой засыпкой
Гидроциклоны,
центрифуги, центробежные сепараторы
Дозатор суспензий,
фильтр с наполнением
нейтрализующими
материалами
Различные установки по
окислению, озонатор
Биологические пруды/фильтры, аэротенки,
циркуляционные окислительные каналы, капельные биофильтры
Возможность использования
Возможно. Установка на входе в очистное сооружение. Размер ячеек определяется
возможными размерами плавающих крупногабаритных загрязнителей
Возможно использование горизонтальных отстойников с учѐтом того, что движение
воды и выемка осадка будет осуществляться без подвода электроэнергии. Применение вертикальных отстойников и отстойников с полочными блоками недопустимо
Возможно только с учѐтом того, что фильтрация проходит без подвода
электроэнергии, а в качестве засыпки используется безопасный
для окружающей среды материал
Невозможно. Высокие энергетические затраты, не вписываются
в природный ландшафт
Невозможно. Отсутствие характерных загрязнителей в сточных водах в достаточных
концентрациях. Требует подвода электроэнергии. Требуются химические реагенты.
Имеет негативное воздействие на ОС и здоровье человека. Возможны опасные
отходы. Возможно повреждение при отрицательных температурах. Необходим
постоянный контроль
Возможно, если аппаратное оформление не требует подвода электроэнергии
74
Химический
Механический
Метод
Окончание таблицы 7.1
Метод
Процесс
Флотация
Коагуляция
Осветлители, электрокоагуляционные установки
Электродиализ
Электродиализатор
Ионообмен
Ионообменные колонны,
ионообменные фильтры
Гипер-,
ультрафильтрация
Гипер-, ультрафильтры
Эвапорация
Эвапорационные колонны
Экстракция
Экстракционные колонны
Испарение,
кристаллизация
Испарительный бассейн
Возможность использования
Невозможно. Требует подвода электроэнергии. Возможно повреждение
при отрицательных температурах. Необходим постоянный контроль
Возможно использование только сыпучих адсорбентов с учетом того,
что аппаратное оформление не требует подвода электроэнергии
Невозможно. Требует подвода электроэнергии. Возможно повреждение
при отрицательных температурах. Необходим постоянный контроль.
Требуются химические реагенты
Невозможно. Отсутствие характерных загрязнителей в сточных водах в достаточных концентрациях. Требует подвода электроэнергии. Возможно повреждение при
отрицательных температурах. Необходим постоянный контроль
Обычно характерные загрязнители в сточных водах в достаточных концентрациях
отсутствуют. Но в случае, если применение ионообменной очистки обоснованно,
необходимо осуществить предварительную очистку сточных вод от взвесей.
Аппаратное оформление не должно требовать подвода электроэнергии
Невозможно. Необходимость постоянного контроля, подвода электроэнергии,
высокие эксплуатационные затраты. Не требуется такая высокая степень очистки.
Возможно повреждение при отрицательных температурах.
Не вписывается в природные ландшафты
Невозможно. Отсутствие характерных загрязнителей в сточных водах
в достаточных концентрациях. Требует подвода электроэнергии. Возможно
повреждение при отрицательных температурах. Необходим постоянный контроль.
Не вписывается в природные ландшафты. Высокие эксплуатационные затраты
Невозможно. Отсутствие характерных загрязнителей в сточных водах в достаточных концентрациях. Требует подвода электроэнергии. Возможно повреждение при
отрицательных температурах. Необходим постоянный контроль. Не вписывается в
природные ландшафты. Высокие эксплуатационные затраты. Требуются химические реагенты. Возможно отрицательное воздействие на ОС и здоровье человека
Возможно, при небольших расходах сточных вод, если аппаратное оформление
не требует подвода электроэнергии
75
Физико-химический
Сорбция
Аппарат
Флотаторы горизонтальные, радиальные,
электрофлотаторы
Адсорбционные фильтры,
адсорберы, абсорберы
76
На автомобильных дорогах применяют следующие виды очистных сооружений [21]:
– пруды-отстойники каскадного типа (рис. 7.1);
– гидроботанические площадки (рис. 7.2);
– очистные сооружения модульного типа (рис. 7.3);
– очистные сооружения индивидуального проектирования из
сборного и монолитного железобетона (рис. 7.4);
– очистные сооружения на основе модульных станций глубокой
очистки подземного расположения (рис. 7.5);
– модульная станция глубокой очистки наземного расположения
(рис. 7.6);
– очистные сооружения индивидуального проектирования кассетного типа (рис. 7.7);
– очистные сооружения типа «фильтрующий патрон» (рис. 7.8);
– простейшие очистные сооружения.
Рис. 7.1. Схема пруда отстойника каскадного типа: 1 – решѐтки, на которых
задерживаются крупные загрязняющие вещества (бумага, пакеты, банки,
бутылки и т.д.), и водосточный коллектор; 2 – камера оседания взвешенных
и иловых частиц, поступающих со стекающей по кювету водой; 3 – камера
с зернистой загрузкой (щебень, крупнозернистый песок, древесный уголь,
антрацитовая крошка, дроблѐный керамзит), где происходит фильтрация
осветлѐнной воды и дополнительная очистка от взвешенных веществ
и нефтепродуктов; 4 – биоплато – искусственный водоѐм со стенками
из габионов, засаженные высшими водными растениями (ВВР) (макрофитами).
Сообщество ВВР и микроорганизмов доочищает сток от нефтепродуктов
и тяжѐлых металлов; 5 – камера с сорбентами (кассеты с углесодержащими
и цеолитовыми сорбентами, заменяемыми механизированным способом),
удаляющими нефтепродукты и другие инородные вещества, что особенно
важно в зимне-весенний период, когда активность биоплато уменьшается;
6 – водоотводящий лоток из матрацев «Рено»
77
Очистные сооружения могут быть наземными, подземными, наземно-подземными и навесными.
Выбор схемы отведения и очистки поверхностного стока определяется уровнем его загрязнения и требуемой степенью очистки.
Пруды-отстойники каскадного типа (рис. 7.1) применяются для
очистки ливневых поверхностных сточных вод до норм сброса в водоѐмы рыбохозяйственного, хозяйственно-питьевого и культурно- бытового водопользования на мостах автомобильных дорог I–IV технических категорий.
Гидроботаническая площадка (ГБП) – комплексная система малых (одного, двух, иногда трѐх) слабопроточных, мелких естественных
или искусственных водоѐмов (прудов), заросших высшей водной растительностью (камыш, тростник, и др.), с размещением природных
сорбентов на дне и/или в фильтрующих кассетах (рис. 7.2).
Рис. 7.2. Схема ГБП: 1 – подводящий сток лоток (канава); 2 – решѐтка
для улавливания плавающего мусора; 3 – мостки; 4 – плавающий бон
из сорбирующего нефтепродукты материала; 5 – буферный пруд
для регулирования расхода стока и осаждения наиболее крупных фракций
взвешенных веществ; 6 – основной пруд, засаженный ВВР; 7 – площадка
на дне пруда, выстланная слоем природных сорбентов (цеолит, шунгит);
8 – фильтрующая кассета, заполненная природным сорбентом; 9 – отводящий
лоток (канава) для отвода очищенного стока на рельеф или водные объекты
78
При необходимости ГБП оснащается дополнительными средствами для улавливания нефтепродуктов. ГБП целесообразно применять на автомобильных дорогах III технической категорий и выше, где
имеются достаточные площади для их размещения.
Очистные сооружения модульного типа сборные, подземного
расположения применяются для очистки ливневых поверхностных
сточных вод до норм сброса в водоемы рыбохозяйственного, хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования и применяются на мостах и автомобильных дорогах I–IV технических категорий
(рис. 7.3).
Рис. 7.3. Размещение и общий вид очистных сооружений модульного типа
На месте установки очистного сооружения готовят фундаменты
и устанавливают соединительные трубы, подводят входной лоток загрязнѐнного стока и выходной лоток для очищенного стока.
В зависимости от места установки, требуемой производительности и необходимой степени очистки в технологических схемах используются комбинации следующих модулей очистных сооружений: водоприемный колодец регулирования потока с решѐтками; песколовка;
песко-илоотделитель; нефтеотделитель с коалесцирующими модуля-
79
ми; колодец для отбора проб; блок доочистки от нефтепродуктов с
сорбционным фильтром (активированный уголь); аккумулирующая
ѐмкость; каналы для сбора воды; сборный резервуар очищенной воды; насосная станция (или насос), технический колодец. Производство
отдельных модулей осуществляется в заводских условиях.
Откачку всплывших нефтепродуктов производят из технического
колодца, через разгрузочную трубу с помощью вакуумной автомашины.
Промывку пластин коалесцирующих модулей производят после
их поочередного подъема краном через технический колодец с помощью струй воды высокого давления. Грязная промывная вода уходит
в отделитель. Промытый блок вытаскивается наружу, а на его место
передвигается следующий.
Очистные сооружения индивидуального проектирования из
сборного и монолитного железобетона (рис. 7.4) применяются на
ограниченной площади, отводимой под строительство очистных сооружений, где имеются необходимые мощности электрических сетей,
а также нет значительных перепадов в рельефе местности для организации прохождения очистки ливневых стоков самотеком. Предназначены для очистки ливневых поверхностных сточных вод до норм
сброса в водоемы рыбохозяйственного значения и применяются в основном на автомобильных дорогах I технической категории.
Очистное сооружение индивидуального проектирования состоит
из распределительного колодца, блока предварительной очистки I,
блока доочистки II и колодца отбора проб.
Блок предварительной очистки ливневого стока включает:
– решѐтку, на которой удаляются крупные загрязняющие вещества (тряпки, бумага, пакеты, банки и т.д.);
– отстойник (песколовку) для задержания наиболее крупных минеральных примесей, содержащихся в сточной воде, который одновременно выполняет роль резервуара-накопителя.
Блок доочистки, как правило, состоит из двух или трѐх ступеней
фильтров:
1-я ступень: фильтр с загрузкой из кварцевого песка или дробленного керамзита (при небольших расходах воды);
80
2-я ступень: фильтр с фильтрующим синтетическим материалом
(ФСМ) (изготовлен из полипропиленового волокна);
3-я ступень: адсорбционный фильтр (активированный уголь).
Предназначен для очистки воды, главным образом, от нефтепродуктов, как в растворѐнном, так и в тонко эмульгированном состоянии.
Отработанный активированный уголь не подлежит регенерации и утилизируется.
Рис. 7.4. Очистное сооружение индивидуального проектирования
(фильтры 1, 2, 3 ступеней очистки)
По мере насыщения фильтрующего материала в 1-й и 2-й ступенях очистки загрязняющими веществами он промывается или, при необходимости, заменяется. Использованный фильтрующий материал
подлежит утилизации. На каждой ступени размещаются, как правило,
два фильтра, включенные параллельно.
Очистные сооружения на основе модульных станций глубокой
очистки подземного расположения (рис. 7.5) применяются для очистки ливневых поверхностных сточных вод до норм сброса в водоемы
рыбохозяйственного, хозяйственно-питьевого и культурно-бытового
водопользования и применяются на мостах и автомобильных дорогах
I–IV технических категорий. Модульная станция изготавливается в заводских условиях. На месте установки очистного сооружения готовит-
81
ся фундамент и подводится входной лоток для загрязнѐнного стока и
выходной лоток для очищенного стока.
КД
К1
D200
D200
1
1
D200 D200
2
Емкость-отстойник 50 м
4
2
К2
2
D200
2
2
2
4
3
4
4
4
2
4
4
КК
D200
D200
D200
3
5
6
Сепараторловушка
3, 4
7
Рис. 7.5. Схема модульной станции глубокой очистки подземного
расположения: 1 – загрязненный поверхностный сток; 2 – загрязненный сток
из аккумулирующей ѐмкости отстаивания; 3 – очищенный сток;
4 – условно чистый сток; 5 – коалесцентный фильтр; 6 – фиброльный фильтр;
7 – угольный фильтр; КД – колодец-делитель; К1, К2 – смотровые колодцы;
КК – колодец сброса очищенных сточных вод
Модульная станция глубокой очистки применяется для очистки
ливневых-поверхностных сточных вод до норм сброса в водоемы рыбохозяйственного, хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования (рис. 7.6) и может применяться на территориях, где затруднительно или экономически нецелесообразно строительство капитальных сооружений, но есть возможность подключить электроэнергию. Установка выпускается в контейнерном исполнении полной
заводской готовности. Применяются на автомобильных дорогах I–
II категорий.
Сорбенты для напорных фильтров подбираются, исходя из состава сточных вод. Для очистки ливневых, поверхностных сточных вод
используется «Сорбент-АС» и активированный гранулированный
уголь различных марок. По мере расхода коагулянтов и реагентов
82
осуществляется их своевременное пополнение. Удалѐнный осадок и
собранные нефтепродукты вывозятся на утилизацию.
Рис. 7.6. Схема модульной станция глубокой очистки наземного расположения:
1 – батарейный гидроциклон; 2 – напорные сорбционные фильтры первой
ступени (очистка от остаточных мелкодисперсных и коллоидных частиц
и основной части нефтепродуктов); 3, 4 – напорные сорбционные фильтры
второй и третьей ступени (снижение концентрации органических соединений);
5 – система УФ обеззараживания; 6, 7 – комплекс дозирования коагулянта;
8 – комплекс дозирования реагента; 9 – ѐмкость разрыва струи;
10 – коллектор отвода осадка; 11 – распределительный колодец;
12 – колодец для сброса очищенного стока
Очистные сооружения индивидуального проектирования кассетного типа применяются на мостовых сооружениях, где имеются
небольшие объемы загрязненных ливневых стоков, и где концентрация загрязняющих веществ низкая, а также есть ограничение площади, отводимой под строительство очистных сооружений. Очистные
сооружения предназначены для очистки ливневых поверхностных
сточных вод до норм сброса в водоемы рыбохозяйственного значения. Целесообразно применение на автомобильных дорогах I–II категорий.
Прохождение и очистка загрязненных стоков в очистных сооружениях осуществляется самотеком. Обводнѐнные нефтепродукты по
мере накопления специальными машинами откачиваются из лотков и
вывозятся на утилизацию.
Комбинированный фильтрующий патрон (рис. 7.8) применяется для очистки поверхностных сточных вод с мостов до норм сброса в
83
водоемы рыбохозяйственного значения, хозяйственно-питьевого и
культурно-бытового водопользования. Применение фильтрующего
патрона осуществляется на автомобильных дорогах I–III категорий
при невозможности размещения очистного сооружения за пределами
конструкции моста, с учетом результатов проведения технико- экономического обоснования. Установка фильтрующего патрона осуществляется на опорах моста с двух сторон.
8
секция 1
4
А
6
Маслосборный
лоток
7
А
3
5
Решетка
корзинчатая
сброс
5
6
2
3
4
1
вход
секция 2
А-А
вход
настил из досок
Рис. 7.7. Схема очистного сооружения кассетного типа:
1 – подводящий коллектор; 2 – распределительный колодец;
3 – успокоительная камера со щелевой распределительной
перегородкой, способствующей расслаиванию
потока; 4 – съѐмная корзина для улавливания мусора;
5 – отстойник с осадочной частью, снабженный двумя лотками
для сбора масла всплывающих нефтепродуктов; 6 – камеры
доочистки с тремя ступенями фильтров; 7 – отводящий коллектор
для отвода очищенного стока на рельеф местности
или в водоѐм; 8 – обводной коллектор
фильтр очистки от
крупных предметов
синтетический
фильтрующий
материал
сорбирующий материал для извлечения органических
загрязнений (уголь)
Рис. 7.8. Схема устройства комбинированного фильтрующего патрона
84
Сточные воды по двухскатному поперечному профилю моста
собираются на лотках вдоль проезжей части, где они стекают в водоприемные решетки, расположенные выше фильтрующего патрона.
Пройдя водоприемную решетку, загрязненный сток попадает на подающий лоток, по которому подается в фильтрующий патрон. После
прохождения фильтров очищенные сточные воды через выпускной
коллектор сбрасываются в водоѐм.
Простейшие очистные сооружения на автомобильных дорогах
устраиваются, когда имеются небольшие объѐмы загрязнѐнных ливневых стоков, и где концентрация загрязняющих веществ низкая. Целесообразно применение на автомобильных дорогах III категорий и
ниже. Такие очистные сооружения призваны максимально уменьшить
уровень загрязнения ливневого стока за минимальные денежные
вложения.
Очистные сооружения, как правило, состоят из одной или двух
ступеней очистки и включают:
– решѐтку для отделения крупного мусора;
– отстойник или успокоительную камеру;
– щебѐночную загрузку.
Прохождение и очистка загрязнѐнных стоков в очистных сооружениях осуществляется самотѐком.
7.1.2. Природные сорбенты
Природные сорбенты – это вещества естественного происхождения, способные избирательно улавливать и поглощать загрязняющие вещества. Природные сорбенты широко используются в сооружениях для очистки поверхностного стока с автомобильных дорог.
Природные цеолиты – гидротермальные, экзогенные, реже метаморфические минералы. Это большая группа близких по составу и
свойствам минералов, представляющих собой водные алюмосиликаты щелочных и щелочноземельных металлов. Кристаллическая структура цеолитов образована тетраэдрическими группами, объединѐнными общими вершинами в трѐхмерный каркас, пронизанный полос-
85
тями и каналами (окнами) размером 2…15 ангстрем. Открытая каркасно-полостная структура цеолитов [AlSi]O4− имеет отрицательный
заряд, компенсирующийся катионами металлов, аммония, легко дегидратирующимися молекулами воды, которые находятся в полостях
цеолита.
Перлит – горная порода вулканического происхождения. На
кромке потока лавы, в местах первичного соприкосновения магматических расплавов и земной поверхности, в результате быстрого охлаждения (закалки) лавы формируется вулканическое стекло – обсидиан. В дальнейшем подземные воды проникают сквозь обсидиан, происходит его гидратация и образование гидроксида обсидиана – перлита. Для перлита характерна мелкая концентрически-скорлуповатая
отдельность (перлитовая структура), по которой он раскалывается на
мелкие шарики. При быстром нагревании содержащаяся в перлите
вода переходит в пар, вспучивая размягченную породу, при этом объѐм увеличивается до 10…20 раз.
Вермикулит – минерал из группы гидрослюд, продукт вторичного изменения (гидролиза и последующего выветривания) тѐмных слюд
биотита и флогопита. Описывается приблизительной формулой (Mg+2,
Fe+2, Fe+3)3 [(AlSi)4O10]·(OH)2·4H2O, но обычно содержит примеси.
Представляет собой крупные пластинчатые кристаллы золотистожѐлтого или бурого цвета. При нагревании до температуры 900…
1000°C из пластинок образуются червеобразные столбики или нити
золотистого или серебристого цвета с поперечным делением на тончайшие чешуйки (вспученный вермикулит), увеличивается в объѐме в
15…25 раз.
Шунгит – докембрийская горная порода, занимающая по составу и свойствам промежуточное положение между антрацитами и графитом. Шунгит образовался из органических донных отложений (сапропеля), который постепенно уплотнялся под новыми наслоениями и
обезвоживался под действием высоких температур. В результате метаморфизации образовался распылѐнный в минеральной матрице
аморфный углерод в виде характерных именно для шунгита глобул.
86
Активированный уголь – пористое вещество, которое получают
из различных углеродосодержащих материалов органического происхождения: древесный уголь, каменноугольный кокс, нефтяной кокс,
кокосовый уголь и др.
Глауконит – минерал, водный алюмосиликат железа, относящийся к группе гидрослюд. Характеризуется непостоянным и сложным
химическим составом. Главнейшими составными частями глауконита
являются: кремнезѐм (49…56%), закись и окись железа (до 21%),
окись алюминия (до 18%), окись калия (до 10%), окись магния (до 7%)
и вода (до 13%). Образуется на дне морей, где выпадает в виде геля.
Известны случаи образования глауконита за счѐт замещения в морском иле зѐрен биотита и др. минералов. Широко распространѐн в
осадочных породах разного возраста.
Торф – органический грунт, который образуется в результате
неполного распада болотных растений при недостатке кислорода и
повышенной влажности. Верховой торф представляет собой смесь из
малоразложившихся растений; обладает высокой кислотностью.
Канадский мох – абсорбент углеводородов Spill-Sorb; термически обработанный по запатентованной технологии канадский торфяной мох, содержащий в своих клетках гумусовую кислоту. Гумусовая кислота, которая действует как природный катализатор, способствует расщеплению поглощенных углеводородов. Сфагнум
(торфяной мох) – преимущественно болотное растение, произрастающее густыми плотными скоплениями, образующими крупные
подушки или сплошные ковры на сфагновых болотах; реже встречается во влажных лесах. Прямостоячий (высотой 10…20 см) мягкий
стебель с пучковидно расположенными ветвями и однослойные листья содержат большое количество мѐртвых водоносных (гиалиновых) клеток с порами, легко впитывающих воду, что обусловливает
высокую влагоѐмкость сфагнума и способствует быстрому развитию
верховых болот в местах, где появляются эти мхи. Стебли сфагнума
ежегодно в нижней части отмирают (рост стебля продолжают верхушечные ветви), образуя торф.
87
Также к природным сорбентам можно отнести сапропель, опилки, солому, кору хвойных пород, опавшую листву, лузгу подсолнечника, зѐрен гречихи и риса.
7.2. Материалы и оборудование
Материалы:
– образцы природных сорбентов (природный цеолит, перлит,
вермикулит, шунгит, активированный уголь, глауконит, торф, канадский мох, сапропель, опилки, солома, кора хвойных пород, опавшая
листва, лузга подсолнечника, гречихи, риса);
– раствор CuSO4 (0,1 моль/л);
– минеральное моторное масло;
– вода дистиллированная;
– фильтры «синяя лента».
Оборудование:
– фарфоровые чашки;
– воронки для фильтрования;
– стеклянные палочки для перемешивания;
– спектрометр;
– весы лабораторные с точностью измерения 0,001 г;
– цилиндры мерные вместимостью 100 мл и 500 мл;
– фильтрационная установка, представляющая собой цилиндрический сосуд высотой 150 мм с открытыми верхом и сетчатым дном.
7.3. Подготовка и проведение испытаний
1. Определение сорбционной ѐмкости неорганических веществ
Поместить навеску сорбента 10 г в фарфоровую чашку. Прилить 50 мл р-ра CuSO4 (0,1 моль/л). Перемешать, дать отстояться в
течение 5 мин., снова перемешать, отстаивать, пока жидкость не
станет прозрачной, затем аккуратно слить жидкость в воронку для
фильтрования c медленным фильтром. Содержание ионов металла
в растворе после сорбции Ск определяется с помощью спектрометра
по формуле:
88
–
, моль/л,
(7.1)
где Он, Ок – оптическая плотность исходного раствора CuSO4 и раствора после
сорбции; ε – молярный коэффициент экстинкции раствора CuSO4 при длине волны, соответствующей максимуму поглощения.
Сорбционная ѐмкость aCu рассчитывается по формуле:
–
моль/г,
(7.2)
где Сн – начальная концентрация ионов меди в растворе, моль/л; mc – масса навески сорбента, г; V – объѐм раствора CuSO4, добавленного к сорбенту, л.
2. Определение сорбционной ѐмкости органических веществ
Сорбционная ѐмкость органических веществ aорг определяется
по формуле:
г/г,
(7.3)
где mм – масса сорбированного масла, г.
а) при отсутствии воды.
Взвесить маленький тигель (mт). Поместить ~1 г масла в тигель.
Записать массу тигля с маслом (mт + mм). Понемногу добавлять в тигель сорбент, пока он не поглотит всѐ масло. Взвесить тигель с маслом и сорбентом (mт + mм + mс);
б) в присутствии воды (параллельно определяется плавучесть
сорбента).
Налить ~10 мл воды в маленький тигель. Взвесить тигель с водой
(mт + mв). Добавить в тигель ~1 г масла. Записать массу тигля с водой и
маслом (mт + mв + mм). Понемногу добавлять в тигель сорбент, пока он
не поглотит всѐ масло (не исчезнет плѐнка на поверхности воды).
Взвесить тигель с водой, маслом и сорбентом (mт + mв + mм + mс).
3. Определение плавучести
Определяется в пункте 2б. Вариант: поместить небольшое количество сорбента в цилиндр с водой. Встряхнуть, наблюдать, какая
часть сорбента утонет.
4. Определение гидрофобности материала
Нанести каплю воды на поверхность сорбента. Если капля лежит
плоской «лепешкой» с острыми углами по краям, сорбент гидрофильный, если шариком – гидрофобный.
89
5. Определение коэффициента фильтрации
Пропустить заданный объѐм воды (V = 500 мл) через слой сорбента толщиной 130 мм в фильтрационной установке. По секундомеру
определить время фильтрации t, мин. Рассчитать скорость фильтрации по формуле:
мл/мин.
(7.4)
Определить площадь сечения фильтрационной установки S, м2.
Рассчитать коэффициент фильтрации по формуле:
м/сут.
(7.5)
Полученные результаты оформить в виде табл. 7.2
Таблица 7.2
Форма представления результатов
Сорбент
Ёмкость по
неорганическим в-вам,
моль/г
Ёмкость по органическим в-вам, г/г
Без воды
С водой
Плавучесть
Гидрофобность
Коэффициент фильтрации,
м/сут.
7.4. Вывод
Сравнить сорбенты по проанализированным показателям и сделать вывод о целесообразности применения сорбентов на различных
стадиях очистки поверхностного стока с автомобильных дорог.
Контрольные вопросы и задания
1. Какими материалами загрязнѐн поверхностный сток с автомобильных дорог?
2. Какая часть годового стока с автомобильных дорог должна отводиться на очистные сооружения? Из чего она складывается?
3. От чего зависит загрязнѐнность поверхностного стока, какие
мероприятия следует предусматривать для сокращения выносимых
примесей?
4. При каких условиях сброс сточных вод в водные объекты запрещѐн?
5. Назовите основные группы методов и способов очистки сточных вод.
90
6. Перечислите механические методы очистки сточных вод. Какие из них возможно использовать для очистки сточных вод с автомобильных дорог, а какие – нет и почему?
7. Перечислите химические методы очистки сточных вод. Какие
из них возможно использовать для очистки сточных вод с автомобильных дорог, а какие – нет и почему?
8. Перечислите физико-химические методы очистки сточных вод.
Какие из них возможно использовать для очистки сточных вод с автомобильных дорог, а какие – нет и почему?
9. Перечислите биологические методы очистки сточных вод. Какие из них возможно использовать для очистки сточных вод с автомобильных дорог, а какие – нет и почему?
10. Какие виды очистных сооружений сточных вод применяют на
автомобильных дорогах?
11. Опишите принцип работы пруда-отстойника каскадного типа.
12. Опишите принцип работы гидроботанической площадки.
13. Опишите принцип работы очистного сооружения модульного типа.
14. Опишите принцип работы очистного сооружения индивидуального проектирования из сборного и монолитного железобетона.
15. Опишите принцип работы очистного сооружения на основе
модульных станций глубокой очистки подземного расположения.
16. Опишите принцип работы модульной станции глубокой очистки наземного расположения.
17. Опишите принцип работы очистного сооружения индивидуального проектирования кассетного типа.
18. Опишите принцип работы очистного сооружения типа
«фильтрующий патрон».
19. Опишите принцип работы простейшего очистного сооружения.
20. Приведите генезис и варианты использования природных
сорбентов, проанализированных в лабораторной работе.
91
ЛИТЕРАТУРА
1. Лосев, К.С. Вода / К.С. Лосев. – Л.: Гидрометеоиздат, 1989. –
272 с.
2. ГОСТ Р 52029-2003. Вода. Единица жѐсткости. – М.: Госстандарт России, 2006. – 4 с.
3. Жѐсткость воды // [Электронный ресурс]: http://ru.wikipedia.
org/wiki/Жѐсткость_воды (дата обращения: 24.12.2013).
4. Химическая энциклопедия. В 5 т. / под ред. И.Л. Кнунянц. – М.:
«БРЭ». – 1988–1999. – Т. 2. – Даф - Мед. – 1990. – 704 с.
5. Никаноров, А.М. Гидрохимия: учеб. пособие / А.М. Никаноров.
– 3-е изд., доп. и перераб. – СПб.: Гидрометеоиздат, 2001. – 444 с.
6. ГОСТ 2761-84. Источники централизованного хозяйственнопитьевого водоснабжения. Гигиенические, технические требования и
правила выбора. – М.: Госстандарт СССР, 1984. – 12 с.
7. ГОСТ Р 51232-98. Вода питьевая. Общие требования к организации и методам контроля качества. – М.: Госстандарт России,
1998. – 21 с.
8. СанПиН 2.1.4.1074-01 Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. Гигиенические требования к обеспечению
безопасности систем горячего водоснабжения. – М. – 54 с.
9. ИСО 8467:1993. Качество воды. Определение перманганатного числа. – 12 с.
10. Муравьѐв, А.Г. Руководство по определению показателей качества воды полевыми методами / А.Г. Муравьѐв. – 3-е изд., доп. и
перераб. – СПб.: Крисмас+, 2004. – 248 с.
11. Канализация: учеб.для вузов / С.В. Яковлев, Я.А. Карелин,
А.И. Жуков [и др.]. – 5-е изд., доп. и перераб. – М.: Стройиздат, 1975. –
632 с.
12. Крешков, А.П. Основы аналитической химии. В 3 т. /
А.П. Крешков. – 3-е изд., перераб. – М.: Химия, 1971. – Ч. 2. Теоретические основы. Количественный анализ. – 1971. – 456 с.
92
13. Алексеев, В.Н. Количественный анализ / В.Н. Алексеев; под
ред. П.К. Агасяна. – 4-е изд., перераб. – М.: Химия, 1972. – 504 с.
14. ОДН 218.2.027-2003.Требования к противогололѐдным материалам. – М.: Минтранс России, 2003. – 23 с.
15. Технология зимней уборки проезжей части магистралей,
улиц, проездов и площадей (объектов дорожного хозяйства г. Москвы)
с применением противогололѐдных реагентов и гранитного щебня
фракции 2–5 мм (на зимние периоды с 2010–2011 гг. и далее) // Распоряжение Департамента жилищно-коммунального хозяйства и благоустройства г. Москвы от 28 сентября 2011 г. № 05-14-650/1.
16. Роуэлл, Д.Л. Почвоведение: методы и использование: пер. с
англ. Е.К. Кубиковой / Д.Л. Роуэл; под ред. Б.Н. Золотарѐвой. – М.: Колос, 1998. – 486 с.
17. Гаркуша, И.Ф. Почвоведение / И.Ф. Гаркуша. – Л.: Издательство сельскохозяйственной литературы, журналов и плакатов, 1962. –
448 с.
18. ВСН 8-89. Инструкция по охране природной среды при строительстве, ремонте и содержании автомобильных дорог. – М.: Минавтодор РСФСР, 1990. – 86 с.
19. Рыжов, И.Н. Школьный экологический мониторинг городской
среды: учеб. пособие / И.Н. Рыжов, Г.А. Ягодин.– М.: Галактика, 2000.
– 192 с.
20. Водный кодекс Российской Федерации от 03 июня 2006 г.
№74-ФЗ.
21. ОДМ Методические рекомендации по содержанию очистных
сооружений на автомобильных дорогах. – М.: Федеральное дорожное
агентство (Росавтодор), 2013.
93
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ ............................................................................................. 3
Лабораторная работа № 1.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЕРМАНГАНАТНОЙ
ОКИСЛЯЕМОСТИ ВОДЫ ....................................................................... 4
1.1. Основные теоретические положения .......................................... 4
1.2. Материалы и оборудование........................................................ 13
1.3. Подготовка и проведение испытаний ........................................ 14
1.4. Вывод ............................................................................................ 15
Контрольные вопросы и задания ...................................................... 15
Лабораторная работа № 2.
ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССА ОТСТАИВАНИЯ ........................................... 17
2.1. Основные теоретические положения ........................................ 17
2.2. Материалы и оборудование........................................................ 21
2.3. Подготовка и проведение испытаний ........................................ 21
2.4. Вывод ............................................................................................ 22
Контрольные вопросы и задания ...................................................... 22
Лабораторная работа № 3.
КОЛИЧЕСТВЕННОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ
СОДЕРЖАНИЯ ЖЕЛЕЗА В ВОДЕ ....................................................... 24
3.1. Основные теоретические положения ........................................ 24
3.1.1. Оценка качества воды ................................................... 24
3.1.2. Загрязнение воды соединениями железа ..................... 26
3.1.3. Фотоколориметрические методы анализа..................... 29
3.2. Материалы и оборудование........................................................ 31
3.3. Подготовка и проведение испытаний ........................................ 32
3.4. Вывод ............................................................................................ 34
Контрольные вопросы и задания ...................................................... 34
94
Лабораторная работа № 4.
АНАЛИЗ СОДЕРЖАНИЯ ПРИМЕСЕЙ
СНЕЖНОГО ПОКРОВА В ГОРОДЕ ..................................................... 36
4.1. Основные теоретические положения ........................................ 36
4.2. Материалы и оборудование........................................................ 40
4.3. Подготовка и проведение испытаний ........................................ 40
4.4. Вывод ............................................................................................ 44
Контрольные вопросы и задания ...................................................... 44
Лабораторная работа № 5.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕКОТОРЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ
ХИМИЧЕСКИХ ПРОТИВОГОЛОЛЁДНЫХ МАТЕРИАЛОВ .................. 45
5.1. Основные теоретические положения ........................................ 45
5.2. Материалы и оборудование........................................................ 52
5.3. Подготовка и проведение испытаний ........................................ 53
5.4. Вывод ............................................................................................ 55
Контрольные вопросы и задания ...................................................... 55
Лабораторная работа № 6.
СРАВНЕНИЕ ПОГЛОЩЕНИЯ ПРОТИВОГОЛОЛЁДНЫХ
МАТЕРИАЛОВ ПОЧВАМИ ПРИДОРОЖНОЙ ТЕРРИТОРИИ
И ОЦЕНКА ФИТОТОКСИЧНОСТИ ПОЧВЕННОГО РАСТВОРА ......... 57
6.1. Основные теоретические положения ........................................ 57
6.1.1. Пути миграции ПГМ
на придорожной территории.......................................... 57
6.1.2. Засоление почв .............................................................. 58
6.1.3. Солеустойчивость растений .......................................... 63
6.1.4. Пути снижения негативного воздействия ПГМ
на придорожную территорию ........................................ 67
6.2. Материалы и оборудование........................................................ 68
6.3. Подготовка и проведение испытаний ........................................ 68
6.4. Вывод ............................................................................................ 70
Контрольные вопросы и задания ...................................................... 70
95
Лабораторная работа № 7.
ИЗУЧЕНИЕ СВОЙСТВ ПРИРОДНЫХ СОРБЕНТОВ ........................... 72
7.1. Основные теоретические положения ........................................ 72
7.1.1. Очистка поверхностного стока
с автомобильных дорог ................................................. 72
7.1.2. Природные сорбенты ..................................................... 84
7.2. Материалы и оборудование........................................................ 87
7.3. Подготовка и проведение испытаний ........................................ 87
7.4. Вывод ............................................................................................ 89
Контрольные вопросы и задания ...................................................... 89
ЛИТЕРАТУРА ....................................................................................... 91
ЕВГЕНЬЕВ Глеб Икарович
ШАШИНА Елена Владимировна
ИНЖЕНЕРНАЯ ЗАЩИТА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ И ЭКСПЛУАТАЦИИ
АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ
МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ
ЧАСТЬ 2. ВОДА И ВОДНЫЕ РАСТВОРЫ
Редактор Т.А. Феоктистова
Подписано в печать 27.05.2014 г. Формат 60×84/16.
Усл. печ. л. 6,0. Тираж 200 экз. Заказ
. Цена 100 руб.
МАДИ, Москва, 125319, Ленинградский пр-т, 64