Лабораторна робота № 5 очищення виробничих стічних вод від органічних домішок сорбційним методом

Мета роботи: ознайомлення із сорбційним методом очищення стічних вод від фенолів (С₆Н₅ОН) на активованому вугіллі у динамічних умовах.

Короткі теоретичні відомості

Сорбція багатьох розчинних речовин - процес переходу молекул розчиненої речовини з об'єму розчину на поверхню твердого сорбенту під дією силового поля поверхні. Сорбенти застосовують такі, як: активоване вугілля, глини, обпилювання, золу, іонообмінні смоли, оксигідрати заліза і алюмінію, кремнієвої кислоти (силікагелі) та ін. Крім того, при очищенні стічних вод роль сорбентів виконують пластівці гідроокисів металів (коагулянти) і флокулянтів, активний їл аеротенків, біоплівка біофільтрів. Сорбційним методом видаляють із виробничих стоків багато видів СПАР, складні органічні речовини, барвники, метали.

Сорбцію можна здійснювати в статичних і динамічних умовах. У першому випадку сорбент у вигляді крихти або порошку вводять у стічну воду, що очищує; після певного часу контакту суміш відстоюється. При другому варіанті передбачається фільтрація стічної води через шар сорбенту. Основною технологічною характеристикою процесу сорбції служить сорбційна здатність, обумовлена кількістю забруднень, що знімають з 1 м³ або 1 кг сорбенту.

При сорбції відбуваються два види конкуруючих між собою міжмолекулярних взаємодій.

1. Гідратація молекул розчиненої речовини - взаємодія їх з молекулами води в розчині;

2. Взаємодія молекул адсорбуючих речовин з поверхнею твердого тіла.

Різниця енергії цих 2-х процесів є та енергія, з якої витягнута з розчину речовина втримується на поверхні сорбенту.

Для адсорбції фенолів з води найбільш частіше застосовуються активоване вугілля та синтетичні смоли. Вони гідрофобні й енергія адсорбційної взаємодії їхньої поверхні з молекулами води нижче енергії взаємодії з молекулами фенолів.

Адсорбційна здатність вугіль залежить від рН розчинів. Для фенольних розчинів оптимальне значення рН ~ 4,5. При підвищенні рН розчинів сорбційність фенолу падає. Це розумівається тим, що на адсорбцію фенолу впливає структура його молекул і дисоціація її. Якщо в розчині перебувають одночасно іони й недисоційовані молекули, то адсорбуються тільки останні.

Процес адсорбції може бути описаний ізотермою, що характеризує залежність кількості речовини, адсорбованих після встановлення рівноваги, від рівноважної концентрації розчину при постійній температурі. Адсорбційна ізотерма більш точно описується рівнянням Фрейндліха.

Методика проведення роботи й обробка результатів дослідів

Установка складається з напірної посудини, дозатора, адсорбера й приймача очищеної води (рис. 4.1.).

Рис. 4.1. Сорбційна установка

1 - напірна посудина;

2 - дозатор;

3 - адсорбер;

4 - шар активованого вугілля;

5 - центральна трубка;

6 - зливна трубка;

7 - приймач.

Випробувана стічна вода заливається у напірну посудину при закритому крані дозатора. Після заповнення посудини кран закривається пробкою, крізь яку просмикнута відкрита з обох кінців скляна трубка. Адсорбер являє собою циліндричну ємність, в яку завантажено активоване вугілля марки БАУ-МФ у кількості 200 гр. (вугілля марки БАУ-МФ дрібнопористе, середньої активності, розмір зерен 1-3 мм).

Для виконання роботи підготовлюється секундомір, 10-12 мірних циліндрів на 0,5 л, промивка, посуд і реактиви для фотокалометричного визначення фенолу. Відкривають кран і встановлюють задану витрату води за хвилину.

Фіксують час початку й закінчення досліду, відбирають 8-10 порцій по 0,5 л очищеної води. Потім визначають концентрацію фенолу за загальноприйнятою методикою колориметричним методом із застосуванням 4 - аміноантипірину.

Результати досвіду записують у наступній формі:

- Час початку досліду.

- Час закінчення досліду.

- Тривалість адсорбції t, год.

- Кількість завантаженого сухого вугілля, м.

- Початкова концентрація фенолів у стічній воді C_О, мг/л.

Дані, отримані при проведенні експерименту зводять у таблицю 4.1.

Таблиця 4.1.

Таблиця експериментальних даних

Номер проби очищеної води від початку досвіду (по 0,5 л)	Концентрація фенолу в пробі, мг/л
1 2 3 n Усього G літрів	C1 = C2 = C3 = Cn = Середня концентрація фенолу мг/л

На підставі отриманих даних визначають:

1) средньогодинну кількість води, що надійшла у адсорбер (л/год):

.

2) швидкість адсорбції (л/год):

,

де: f - площа поперечного переріза адсорбера, см².

3) кількість витягнутих фенолів (мг):

.

4) сорбційну здатність фенолів на куті даної марки (мг/см²):

,

де: Р - кількість сухого активованого вугілля, зваженого в адсорбер, м.

5) ефективність витягнення фенолу

.

В кінці будують графік залежності кількості стічної води, що пройшла через адсорбер у літрах від початку досліду (вісь абсцис), і залишкової концентрації фенолу в пробах у мг/л (вісь ординат).