2. Требования, предъявляемые к сточной воде

Лабораторная работа. СПОСОБЫ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД
Цель работы. Ознакомление студентов с основными видами сточных
вод, методами очистки сточных вод. Сравнение результатов очистки
сточных вод различными методами, определение наиболее эффективных
методов по очистке воды от катионов железа.
Различают природную, сточную и денатурированную воду. Природная вода – это вода, которая качественно и количественно формируется под
влиянием естественных процессов при отсутствии антропогенного воздействия и качественные показатели которой находятся на естественном среднемноголетнем уровне. Сточная вода – это вода, бывшая в бытовом, производственном или сельскохозяйственном употреблении. Природная вода, подвергаемая антропогенному загрязнению, например, путем смешивания со
сточной водой, называется денатурированной или природно-антропогенной.
По происхождению сточные воды разделяются на следующие группы:
1) атмосферные, или дождевые;
2) хозяйственно-бытовые;
3) производственные.
Атмосферные, или дождевые воды образуются в результате выпадения
атмосферных осадков и таяния снега. Эти воды загрязнены, главным образом, песком, пылью, органическими веществами и нефтепродуктами.
Хозяйственно-бытовые сточные воды образуются в результате использования воды населением. Это стоки из кухонь, бань, санузлов, прачечных и
других объектов. Они характеризуются специфическими особенностями: содержат значительное количество взвешенных частиц различной степени диспергирования; отличаются способностью к загниванию; содержат органические и неорганические вещества. Они являются наиболее опасными в санитарном отношении.
Производственные сточные воды отличаются значительным разнообразием как по количеству, так и по составу в зависимости от технологического
процесса производства.
1. Способы очистки сточных вод
По концентрации загрязнений производственные сточные воды большинства промышленных предприятий делят на две основные группы:
1) малозагрязненные, или условно чистые (содержащие главным образом
твердые вещества);
2) грязные сточные воды.
Состав промышленных сточных вод второго типа бывает самый разнообразный и специфичен для каждого промышленного предприятия. Для выбора метода очистки производственных вод необходимо знать их состав и
технологический процесс данного производства. Во многих промышленных
и хозяйственных процессах в качестве отходов образуются сточные воды,
которые возвращаются в окружающую среду после использования.
Способы очистки сточных вод делятся на механические, физико-химиче1
ские, электрохимические, биохимические способы.
Методы очистки сточных вод
Огневое обезвреживание
Анаэробный процесс
Аэробный процесс
Экстракция
Магнитная обработка
Электрохимические методы
Сорбция
Ионный обмен
Коагуляция
Термические
Биологические
Огневое концентрирование
Физико-
химические
Флокуляция
Окисление-восстановление
Химические
Осаждение, нейтрализация
Центрифугирование
Фильтрование
Отстаивание
Процеживанине
Механические
Рис. 1. Методы очистки сточных вод
1.1 Механическая очистка
Механические методы заключаются в удалении нерастворимых в воде
(механических) примесей. К сооружениям для механической очистки относятся:
- решетки и сита – для задержания крупных примесей; для удаления
более мелких взвешенных частиц применяют сита, отверстия, которых зависят от улавливаемых примесей (0,5–1 мм);
- песколовки – для улавливания минеральных примесей, песка; Принцип
действия песколовки основан на изменении скорости движения твердых тяжелых частиц в потоке жидкости. Песколовки могут быть различных конструкций (с горизонтальным, вертикальным или круговым движением воды);
- отстойники – для медленно оседающих и плавающих примесей;
- нефтеловушки – применяются для выделения из сточных вод нефтепродуктов, масел и жиров. Принцип работы основан на всплывании частиц с
меньшей, чем вода, плотностью;
- фильтры – для мелких нерастворенных примесей. Применяется для
выделения из сточных вод тонкодисперсных твердых и жидких частиц, которые не отстаиваются. В качестве фильтрующих материалов используются
металлические сетки, тканевые фильтры (хлопчатобумажные, из стекло- и
искусственного волокна), керамические, иногда используются зернистые материалы (песок, гравий, торф, уголь и др.);
- гидроциклоны очищают сточные воды от взвешенных частиц под действием центробежной силы. При вращении в гидроциклоне жидкости на ча2
стицы действуют центробежные силы, отбрасывающие тяжелые частицы к
периферии потока. Чем больше разность плотностей, тем лучше разделение.
Образующийся осадок может утилизироваться, уничтожаться или складироваться. Как правило, механическая очистка является методом предварительной очистки перед другими более эффективными очистными сооружениями.
1.2 Физико-химические методы очистки
Флотация применяется для удаления из сточных вод нерастворимых
диспергированных примесей, которые плохо отстаиваются. Для этого в воду
подают воздух под давлением через перфорированные трубы с мелкими отверстиями. При движении через слой жидкости пузырьки воздуха сливаются
с частичками загрязнений и поднимают их на поверхность воды, где они собираются в виде пены. Эффект очистки зависит от величины пузырьков воздуха, которые должны иметь размер 10–15 мкм. Степень очистки составляет
95–98%. Для увеличения степени очистки в воду можно добавить коагулянты. Иногда во флотаторе одновременно проводится и окисление, тогда воду
насыщают воздухом, обогащенным кислородом или озоном. В других случаях для устранения окисления флотацию осуществляют инертными газами.
Флотация бывает напорная и вакуумная.
Адсорбционная очистка (очистка на твердых сорбентах) применяется
для глубокой очистки сточных вод при незначительной концентрации загрязнителей, если они биологически не разлагаются или являются сильными
ядами (фенолы, гербициды, пестициды, ароматические и нитросоединения,
СПАВы, красители и т. д.).
Адсорбция может быть реагентной, т. е. с извлечением вещества из адсорбента, и деструктивной, с уничтожением извлекаемого вещества вместе с
адсорбентом. Эффективность очистки, в зависимости от применяемого адсорбента, 80–95%. В качестве адсорбентов используют активированный
уголь, золу, шлаки, синтетические сорбенты, глины, силикагели, алюмогели,
гидраты окислов металлов. Наиболее универсальны активированные угли с
радиусом пор 0,8–5 нм. Процесс адсорбции проводят либо при интенсивном
перемешивании адсорбента и воды, с последующим отстаиванием, либо
фильтрованием через слой адсорбента. Отработанный адсорбент регенерируют перегретым паром или нагретым инертным газом.
Ионообменная очистка применяется для извлечения из сточных вод
металлов (Zn, Cu, Cr, Ni, Pb, Hg, Cd, Va, Mn и др.), а также соединений мышьяка, фосфора, цианистых соединений и радиоактивных веществ. Метод
позволяет рекуперировать ценные вещества. Суть метода состоит в том, что
существуют природные и синтетические вещества (иониты), нерастворимые
в воде, которые при смешивании с водой обменивают свои ионы на ионы,
содержащиеся в воде. Иониты, способные поглощать из воды положительные ионы называют катионитами, а отрицательные – анионитами. Иониты,
обменивающие и катионы и анионы, называются амфотерными. К неорганическим природным ионитам относятся цеолиты, глинистые минералы, полевые шпаты, различные слюды. К неорганическим синтетическим ионитам от3
носятся силикагели, труднорастворимые оксиды и гидроксиды некоторых
металлов (алюминия, хрома, циркония и др.).
Органические природные иониты – это гуминовые кислоты почв и углей. К органическим искусственным ионитам относятся ионообменные смолы. Упрощенно формулу катионита можно записать RH, а анионита – ROH,
где R – сложный радикал.
Реакция ионного обмена протекает следующим образом:
при контакте с катионитом
RH + NaCl = RNa + HCl,
при контакте с анионитом
RОH + NaCl = RCl + NaOH.
Процессы ионообменной очистки сточных вод проводят на установках
периодического и непрерывного действия.
Экстракция применяется для очистки сточных вод, содержащих фенолы, масла, органические кислоты, ионы металлов и др. Экстракция выгодна,
если стоимость извлекаемых веществ компенсирует затраты на ее проведение. При концентрации 3–4 г/л экстракция выгоднее адсорбции.
Экстракция проводится в три стадии:
1) интенсивное смешивание сточной воды с экстрагентом (органическим
растворителем). При этом образуются две жидкие фазы; одна фаза – экстракт, содержащий извлекаемые вещества и экстрагент, другая – рафинат – сточную воду и экстрагент;
2) разделение экстракта и рафината;
3) регенерация экстрагента из экстракта и рафината.
Экстрагент из экстракта выделяется выпариванием, дистилляцией, химическим взаимодействием и осаждением.
Ультрафильтрация – процессы фильтрования растворов через полупроницаемые мембраны под давлением, превышающим осмотическое давление. Мембраны пропускают молекулы растворителя, задерживая растворенные вещества, размером < 0,5 мкм.
1.3 Химические методы очистки
К химическим методам очистки сточных вод относят нейтрализацию,
коагулирование и флокулирование, окисление и восстановление. Химическая
очистка проводится как доочистка вод перед биологической очисткой или
после нее.
Нейтрализация. Сточные воды, содержащие кислоты или щелочи, перед сбросом в водоемы или перед технологическим использованием подвергаются нейтрализации. Практически нейтральными считаются воды, имеющие рН 6,5 – 8,5. Для нейтрализации кислых стоков используют щелочи, для
нейтрализации щелочных – кислоты.
Нейтрализацию можно проводить различными путями: смешением кислых и щелочных сточных вод, добавлением реагентов, фильтрованием через
нейтрализующие материалы. Для нейтрализации кислых вод используют щелочи (NaOH, KOH), соду (Na2CO3), аммиачную воду (NH4OH), карбонаты
кальция и магния (CaCO3 и MgCO3), доломит (CaCO3*MgCO3), цемент. Од4
нако наиболее дешевым реагентом является известковое молоко Ca(OH)2.
H+ + ОН ̄ → H2O
2 H+ + CaCO3 → Ca2+ + CO2 ↑ + H2O.
Для нейтрализации щелочных сточных вод применяют отходящие газы,
содержащие СО2, SО2, NО2, N2О3 и др. При этом происходит очистка дымовых газов от кислых компонентов.
SO2 + Са(ОН)2 = СаSО3↓ + Н2О.
Метод реагентной (химической) обработки применяют для получения соединений, обладающих низкой степенью растворимости. Очистку
сточных вод от ионов некоторых металлов (Cu+2, Ni+2, Fe+2 и др.) можно производить, используя щелочи. При рН = 8–9 обеспечивается наиболее полное
осаждение труднорастворимых соединений меди, никеля и железа в результате реакции:
Ме2+ + 2ОН ̄ → Mе(ОН)2 ↓
Fе3+ + 3 Ca(OH)2 → Fe(OH)3↓ + 3Са2+
Cd2+ + S2-→ CdS↓
Рb2+ + CO32- → PbCO3↓
2Fе3+ + 3 СО32- +3Н2О → 2 Fe(OH)3↓ + 3СО2↑.
Очистка окислением и восстановлением. Для очистки сточных вод
используют следующие окислители: газообразный и сжиженный хлор, диоксид хлора, хлорную известь, гипохлориты кальция и натрия, перманганат калия, дихромат калия, перекись водорода, кислород воздуха, озон и др.
При окислении токсичные загрязнения переходят в менее токсичные с
последующим удалением из воды. Очистка окислением связана с большим
расходом реагентов, поэтому окисление используется тогда, когда загрязнители трудно извлечь другими способами.
Окисление хлором. Хлор и вещества, содержащие активный хлор являются наиболее распространенными окислителями. Их используют для очистки
сточных
вод
от
сероводорода,
фенолов,
цианидов и бактерий.
При обеззараживании вод от цианидов их окисляют до азота и диоксида
углерода:
CN ̄ + 2 ОН ̄ + Cl2 → CNO ̄ + 2 Cl ̄ + H2O
2 CNO ̄ + 4 ОН ̄ + 3 Cl2 → 2 CO2 + 6 Cl ̄ + N2 + 2 H2O.
При хлорировании воды бактерии, находящиеся в воде, погибают в результате окисления веществ, входящих в состав протоплазмы
клеток.
Окисление кислородом воздуха используется при очистке воды от железа, для окисления двухвалентного железа в трехвалентное и последующее
отделение гидроксида железа(III):
4 Fe 2+ + O2 + 2 H2O → 4 Fe3+ + 4 OH̅
Fe3+ + 3 H2O → Fe(OH)3 + 3 H+.
Очистка восстановлением применяется в тех случаях, когда вода содержит легко восстанавливаемые вещества (соединения хрома, ртути, мышьяка). При этом их восстанавливают до более низкой степени окисления или
5
металлов, а затем удаляют фильтрованием или флотацией.
Для восстановления Cr(VI) можно использовать металлическое железо
или соли Fe(II). Наиболее хорошие результаты получают при
рН = 2,5–3,0. Процесс восстановления протекает по реакции:
Cr2O72- + 6 Fe2+ + 14 H+ = 2 Cr3+ + 6 Fe3+ + 6 H2O.
Для восстановления Cr(VI) можно также использовать SO2. Далее восстановленный хром осаждают известью:
2 Cr3+ + 3 Ca(OH)2 = 2 Cr(OH)3↓ + 3 Ca2+ .
Затем влажный осадок Cr(OH)3 прокаливают до образования Cr2O3, служащего источником получения хрома в промышленности:
t
2 Cr(OH)3↓ → Cr2O3 + 3 H2O .
1.4 Электрохимические методы очистки
Для очистки вод от различных растворенных и диспергированных примесей применяют анодное окисление, катодное восстановление, электрокоагуляцию, электрофлотацию, электродиализ. Все эти процессы протекают на
электродах при пропускании через сточную воду постоянного электрического тока.
Электрофлотация является частным случаем пенной флотации. Сущность этого метода заключается в том, что удаление частиц дисперсной фазы
осуществляется путем флотации их тонко диспергированными пузырьками
водорода или кислорода, образующимися в результате электролиза водной
части очищаемой жидкости.
электролиз
Na2SO4 →
2 Na+ + SO42 ̄
K: 2 Н2О + 2е = Н2 + 2 ОН ̄
A: 2 Н2О – 4е = О2 + 4 Н+
2 H2O → 2 H2 + O2
Электрофорез – процесс переноса частиц в электрическом поле. При
электрофорезе в результате возникновения электрического поля между электродами, благодаря малому размеру частиц дисперсной фазы, происходит
перенос отрицательно заряженной дисперсной фазы к положительному электроду.
Электроосмос – процесс переноса жидкости при приложении разности потенциалов через пористую перегородку. Под влиянием электрического
поля по капиллярам перегородки к отрицательному электроду передвигается
положительно заряженная жидкость.
Питьевую воду готовят с особой тщательностью. Ее осветляют и обесцвечивают, пропускают через решетки и сита, освобождают от взвесей и
коллоидных частиц с помощью коагулянтов, таких как сульфаты алюминия и
железа. Обеззараживают воду хлорированием или озонированием. Окисляя
соли двухвалентного железа в трехвалентное состояние с меньшей растворимостью, воду обезжелезивают. Кроме того, воду дегазируют, дезодорируют,
т. е. удаляют запахи и привкусы, фторируют при недостатке фтора, опресняют путем термообработки электрохимическим методом или методом ионного
обмена.
6
1.5 Биологическая очистка
Биологическая очистка  это очистка при помощи микроорганизмов,
которые способны превращать органические соединения в неорганические
вещества. При этом разрушаемые органические соединения служат микроорганизмам источником питательных веществ и энергии. Сооружения биологической очистки условно делят на два типа:
- сооружения, в которых процессы протекают в условиях, близких к
естественным; к ним относятся поля фильтрации и биологические пруды;
- сооружения, в которых очистка происходит в искусственно созданных
условиях; такими сооружениями являются биофильтры и аэротенки.
Способ очистки воды выбирают на основе предварительного изучения
состава и свойства воды, по данным технико-экономического анализа, руководствуясь минимальными затратами и высоким технологическим эффектом. В табл. 17 приведены способы очистки сточных вод в зависимости от
характера примесей.
2. Требования, предъявляемые к сточной воде
Для сохранения водных ресурсов необходимо переходить на замкнутые
циклы водоснабжения, где очищенные сточные воды не сбрасываются, а
многократно используются в технологических процессах. Большое количество воды расходуется на охлаждение, поэтому переход к воздушному охлаждению позволит сократить расход воды, используемой в промышленности,
на 7090 %.
При определении условий спуска сточных вод в водоем в первую очередь рассматриваются следующие возможности:
1. Совершенствование технологии производства, направленное на сокращение водопотребления и сброса сточных вод в водоем (вплоть до его
устранения); использование сточных вод в системах оборотного водоснабжения, а также уменьшение степени загрязнения сточных вод.
2. Использование очищенных и обезвреженных городских сточных вод в
технологическом водоснабжении предприятий.
3. Использования сточных вод данного предприятия для технического водоснабжения других предприятий.
4. Совместная очистка и обезвреживание сточных вод данного предприятия со сточными водами других предприятий и с городскими сточными
водами.
5. Самостоятельная очистка и отведение сточных вод.
Сброс сточных вод не допускается:
1. При размещении предприятия на маломощном водоеме, когда возможность разбавления в нем сточных вод и его самоочищение ограничено.
2. При наличии в сточных водах высокотоксичных веществ, ПДК которых в водоеме чрезвычайно низки.
3. Когда на водоеме расположены другие объекты, создающие в водоеме
высокий уровень загрязнения.
7
Таблица 1
Способы очистки сточных вод в зависимости от их состава
Примеси
Грубодисперсные
Эмульгированнные
Органические вещества
Минеральные вещества
механические
Отстаивание
Фильтрование
Центрифугирование
-
-
-
Газы
Способы очистки
физикохимические
химические
-
-
Нейтрализация
Нейтрализация
Перевод в нерастворимое состояние
Нейтрализация
-
Микроорганизмы
-
Хлорирование
Озонирование
Коагуляция
Флотация
Адсорбция
Комплексообразование
биологические
-
Разложение микроорганизмами
Кристаллизация
Ионный обмен
Электролиз
Дистилляция
Адсорбция
Термическое
воздействие
Облучение
УФ-лучами
-
-
3. Экспериментальная часть
Материалы и оборудование. Конические колбы вместимостью 250 мл;
воронки химические (большая и маленькая); цилиндр на 100 мл; химические
стаканы вместимостью 50, 100, 250 мл, набор пробирок, бумажные фильтры.
Ионообменная колонка с катионитом или любым сорбентом, песчаный
фильтр, штатив с кольцами.
Реактивы. Раствор соляной кислоты (1:1), раствор азотной кислоты,
5%-й раствор хлорида бария, 10%-й раствор нитрата серебра, 10%-й раствор
роданида аммония, раствор карбоната натрия, раствор известкового молока,
активированный уголь, проба исследуемой воды.
Данная лабораторная работа посвящена изучению способов очистки
сточных вод. До и после каждого вида очистки в воде определяют содержание хлорид-ионов и ионов железа.
8
3.1 Полуколичественное определение ионов, содержащихся в воде
3.1.1 Определение содержания хлоридов
Выполнение опыта. В пробирку наливают 3–5 мл воды (примерно 1/3
объема пробирки), 2–3 капли азотной кислоты и затем добавляют 2–3 капли
10%-го раствора нитрата серебра
Ag+ + С1‾ = AgС1↓ (белого цвет).
Появление осадка или мути указывает на присутствие в воде хлоридов.
По табл. 2 определите полуколичественное определение хлоридов.
Таблица 2
Данные для определения содержания хлоридов в воде
Характеристика осадка или мути
Содержание хлоридов, мг/л
Опалесценция или слабая муть
1 – 10
Сильная муть
10 – 50
Образуются хлопья, осаждаются не сразу
50 – 100
Белый объемистый осадок
Более 300
Для того чтобы убедиться, что осадок образовался за счет хлорид-ионов,
в пробирку можно добавить несколько капель азотной кислоты. Нерастворившийся осадок или муть свидетельствует о содержании в воде хлоридов.
Результаты определения занести в табл. 5.
3.1.2 Определение содержания катионов железа
Выполнение опыта. Для определения содержания в воде солей железа
наливают 1/3 пробирки испытуемой воды, добавляют несколько капель
азотной кислоты (для создания кислой среды и для окисления двухвалентного железа в трехвалентное) и прибавляют 5 капель 10% раствора роданида
аммония NH4CNS. При наличии ионов Fe3+ появляется красное окрашивание:
Fe3+ + 3NH4CNS → Fe(CNS)3 + 3NH4+.
Примерное содержание трехвалентного железа определяется по цвету
раствора (табл. 3).
Таблица 3
3+
Шкала оценки содержания Fe
Цвет раствора
Желтовато-красный
Красный
Ярко-красный
Содержание Fe3+, мг/л
0,4 – 1,0
1,1 – 3,0
3,1 – 10,0
Результаты занести в табл. 5.
3.1.3 Определение мутности
Мутность природных вод вызвана присутствием тонкодисперсных
примесей, обусловленных нерастворимыми или коллоидными неорганическими и органическими веществами различного происхождения.
Мутность определяют фотометрически (турбидиметрически – по
ослаблению проходящего света или нефелометрически – по светорассея9
нию в отраженном свете) или визуально. В соответствии с гигиеническими требованиями к качеству питьевой воды мутность не должна
превышать 1,5 мг/дм3 по каолину.
В лаборатории мутность воды определяют визуально – по степени
мутности столба жидкости высотой 10–12 см в мутномерной пробирке
( ГОСТ 24902 –81 ).
Выполнение анализа. Оборудование. Пробирка стеклянная высотой 10–12 см; лист темной бумаги (в качестве фона).
Заполните пробирку исследуемой водой до 10–12 см. Определите
мутность воды, рассматривая пробирку сверху на темном фоне при достаточном боковом освещении (дневном, искусственном). Выберите
подходящее определение для воды, из приведенных в таблице 4.
Таблица 4
Мутность воды
Оценка интенсивности мутности
Оценка интенсивности мутности
Мутность не заметна (отсутствует)
Слабо мутная
Слабо опалесцирующая
Мутная
Опалесцирующая
Очень мутная
3.2 Очистка воды
3.2.1 Механическая очистка
Фильтрование – это общее название для различных способов
очистки жидкости от твердых частиц. Фильтрование заключается в
пропускании смеси через материал (фильтр), задерживающий твердые
частицы. Жидкость, собираемая после фильтрации, называется фильтратом. В данной работе для механической очистки (рис. 2) используются:
а) бумажные фильтры для извлечения из воды крупных примесей
и мелких примесей. Пробу исследуемой воды отфильтровывают на
бумажном фильтре и делают вывод о присутствии в природной воде частиц размерами менее 0,01 мм;
б) фильтрование через песок. Песочный фильтр захватывает твердые загрязнения, которые слишком велики, для того чтобы пройти между песчинками. В песчаном фильтре – нижний слой гравия предотвращает вымывание песка через дырки, верхний слой гравия нужен для того, чтобы песок не взмучивался при вливании воды.
Выполнение опыта. Профильтруйте исследуемый раствор, используя бумажный и песчаный фильтры (примерно по 100–150 мл).
10
а)
б)
Рис. 2. Фильтрование: а) на воронке с бумажным фильтром; б) песчаный
фильтр
После механической очистки определите:
а) содержание в фильтрате ионов хлора и железа;
б) мутность раствора после фильтрования.
Сравните полученные результаты, с результатами, полученными до
механической очистки раствора, и сделайте вывод.
Результаты определения занесите в табл. 5.
3.2.2 Химическая очистка
Для исследования используют пробы воды, прошедшей предварительную механическую очистку. Для осаждения ионов металлов из растворов
применяются реагенты–осадители, при взаимодействии которых с извлекаемым ионом должен получиться крупнокристаллический труднорастворимый
осадок.
Выполнение опыта. В две одинаковые пробирки налейте по 10 мл
очищаемой воды. В первую пробирку добавляют 2 мл раствора карбоната
натрия (Na2CO3), во вторую  2 мл раствора гидроксида кальция (Ca(OH)2
или известкового молока). По появлению мути или осадка судят об эффективности химической очистки в каждом случае.
2Fe3+ + 3 CO32- + 3 H2O → 2Fe(OH)3↓ + 3CO2↑
2Fe3+ + 3 Ca(OH)2 → 2Fe(OH)3↓ + 3Ca2+ .
При добавлении раствора соды к раствору соли железа протекает взаимодействие двух солей, взаимно усиливающих гидролиз друг друга.
Содержимое каждой пробирки отфильтруйте при помощи бумажного
фильтра. В фильтратах определите остаточное содержание исследуемых
ионов Cl- и Fe3+, сравните их с концентрацией ионов в исходном растворе,
сделайте вывод. Результаты занести в табл. 5.
3.2.3 Физико-химическая очистка
Для удаления примесей из воды широкое применение находят
сорбционные методы очистки воды.
Для устранения запаха, обесцвечивания вод применяют уголь, который
добавляют непосредственно в воду и перемешивают (статическая
11
адсорбция), либо пропускают воду через фильтр с углем (динамическая
адсорбция).
Статический метод – частицы жидкости движутся вместе с сорбентом
(аппараты с перемешивающими устройствами). Сорбция в статических условиях осуществляется путем интенсивного перемешивания обрабатываемой
воды с сорбентом в течение определенного времени τ и последующего отделения сорбента от воды в результате отстаивания и фильтрования.
Определяющими условиями для эффективного применения сорбционных
методов очистки вод являются: правильный подбор сорбента, выбор условий
для проведения процесса и регенерация сорбента.
Динамический метод – частица жидкости перемещается относительно
сорбента (рис. 3).
Раствор с исходной концентрацией ионов С1
1
2
Раствор с концентрацией С2,
после адсорбции
( С2< C1)
Рис. 3. Схема лабораторной установки для исследования процесса очистки
сточных вод от различных ионов: 1 – адсорбционная колонка; 2 – сорбент.
Выполнение опыта. А) В коническую колбу отмерьте 50 мл исследуемой воды (пропущенной предварительно через песчаный фильтр
или бумажный фильтр) и в колбу добавьте 2 таблетки активированного
угля. Раствор с углем тщательно перемешивайте 10–15 минут, а затем
оставьте его стоять примерно на 15–20 минут для достижения адсорбционного равновесия. Затем раствор с углем отфильтруйте через бумажный фильтр. В фильтрате определите содержание катионов железа и
12
хлорид-ионов. Полученные результаты сравните с концентрацией исследуемых ионов в растворах после механической очистки. Сделайте
вывод. Результаты занести в табл. 5.
Б) В процессе сорбционной очистки пробу воды (пропущенную через песчаный фильтр) пропустите через стеклянную колонку, заполненную любым сорбентом. При этом загрязняющие вещества из воды
поглощаются и удерживаются на поверхности наполнителя. В воде,
прошедшей через колонку, определите содержание хлорид-ионов и катионов железа. По полученным результатам анализа сделайте вывод.
Результаты занести в табл. 5.
В отчете по лабораторной работе сравните содержание исследуемых ионов до и после очистки и сделайте вывод об эффективности
каждого способа очистки.
Таблица 5
Содержание в воде примесей до и после очистки (мг/л)
Способы очистки
ПДК
фильтровальМеханиная бумага
ческие
песок
карбонат
Химиче- натрия
ские
гашеная известь
Физикохимиче- статический
ские сорбци- динамический
онный
Мутность
ПоДо
сле
очист
очист
ки
ки
Содержание ионов, мг/л
До очистки
После очистки
хлохлорид- железо
железо
ридион
(общее)
(общее)
ион
300 мг/л
0,3 мг/л
Контрольные вопросы
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
Какие виды сточных вод существуют?
Какие способы очистки воды используют?
На основании каких параметров выбирают способ очистки воды?
Чем отличается химический способ очистки воды от механического способа?
В чем суть реагентного способа очистки воды?
Какие способы очистки воды относятся к физико-химическим способам?
В чем суть электрохимического способа очистки воды?
Требования, предъявляемые к сточной воде.
Качественные реакции на ионы Fe3+.
Качественная реакция на хлорид-ионы.
13