122

1.5.Определение содержания нитратов

Вхимический стакан объемом 100 мл налить 50 мл испытуемой воды и упарить ее на электрической плитке с закрытой спиралью до 2 мл для увеличения концентрации нитратов, содержащихся в воде. К упаренной воде при помощи стеклянной палочки добавить несколько

кристалликов дифениламина и осторожно прилить из капельницы 4 5 капель концентрированной серной кислоты. По появлению синей окраски судят о присутствии в воде нитрат-ионов. Для полуколичественной оценки содержания нитрат-ионов сравнить интенсивность окраски полученного раствора со стандартной шкалой

( табл. 5).

Таблица 5

Стандартная шкала для определения содержания нитратов в воде

Результаты занести в табл. 1.

1.6.Определение содержания фосфатов

Вхимический стакан объемом 100 мл налить 50 мл пробы воды, добавить 1 мл соляной кислоты (1:5), 1 мл раствора молибдата аммония и по каплям (всего 3 капли) вводят раствор хлорида олова.

По интенсивности окраски полученного раствора судят о количестве в исследуемой воде фосфат-ионов ( табл. 6).

Таблица 6

Данные для определения содержания фосфатов в воде

Результаты испытаний занести в табл. 1.

1.7. Определение содержания катионов железа

Для определения содержания в воде солей железа налить 1/3 пробирки испытуемой воды, добавить несколько капель азотной кислоты (для создания кислой среды и для окисления двухвалентного

10

железа в трехвалентное) и прибавить 1 мл 10%-ного раствора роданида аммония.

В присутствии ионов железа раствор окрашивается в красный цвет. По стандартной шкале (табл. 7) определить содержание в воде катионов железа.

Таблица 7

Стандартная шкала для определения содержания катионов железа в воде

Результаты занести в табл. 1.

1.8.Определение содержания катионов свинца

Впробирку поместить 10 мл пробы воды, прибавить 1 мл раствора хромата калия. Полученный раствор сравнить со стандартной шкалой (табл. 8).

Таблица 8

Стандартная шкала для определения содержания катионов свинца в воде

Полученный результат занести в табл. 1.

2.Расчет индекса загрязнения природных вод (ИЗВ)

иопределение возможных видов водопользования

Индекс загрязнения сточных вод рассчитывают в соответствии

загрязнения без учета бактериологических показателей (содержания болезнетворных микроорганизмов) и показателя БПК (биологического потребления кислорода).

Порядок расчета

1.Определить степень отклонения Аi полученных концентраций веществ Сi от их ПДК (см. табл. 1):

11

2.Найти степень превышения ПДК S, равную сумме показателей Аi для всех веществ:

3.Сопоставив полученные показатели с показателями, представленными в табл. 9, определить индекс загрязнения, степень загрязнения водного объекта и класс качества воды.

Таблица 9

Гигиеническая классификация природных вод по степени загрязнения

От степени загрязнения природной воды зависит способ ее применения. В табл. 10 приведены возможные виды водопользования в зависимости от степени загрязнения природной воды.

12

На основании проведенных исследований, а также данных таблиц сделать вывод о степени загрязнения, классе качества, индексе загрязнения природной воды и возможных способах ее использования.

Лабораторная работа № 2

ИЗУЧЕНИЕ СПОСОБОВ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

Во многих промышленных и хозяйственных процессах в качестве отходов образуются сточные воды, содержащие токсичные вещества. Сточные воды это те воды, которые возвращаются в окружающую среду после использования. К сточным водам относятся:

-канализационные воды;

-сбросы промышленных предприятий;

-дренажные воды;

-отходы сельскохозяйственных ферм;

-стоки с полей с растворенными удобрениями и химикатами;

-нагретые воды систем охлаждения и т.д.

Вводоемах происходит естественный процесс самоочищения воды. Однако этот процесс медленный, и сегодня водоемы не справляются с загрязнением в связи с большим количеством сточных вод. Возникает необходимость очистки сточных вод, т.е. их обработки с целью извлечения и удаления из них загрязняющих веществ. В зависимости от характера примесей, количества поступающих на очистку сточных вод, требуемой степени очистки применяют механические, химические, физико-химические и биологические методы очистки.

Втабл. 11 приведены способы очистки сточных вод в зависимости от характера примесей.

13

1.Механические методы заключаются в удалении нерастворимых в воде (механических) примесей. К сооружениям для механической очистки относятся:

-решетки и сита - для задержания крупных примесей;

-песколовки - для улавливания минеральных примесей, песка;

-отстойники - для медленно оседающих и плавающих примесей;

-фильтры - для мелких нерастворенных примесей. Образующийся осадок может утилизироваться, уничтожаться

или складироваться. Как правило, механическая очистка является методом предварительной очистки перед другими более эффективными очистными сооружениями.

14

2.Химические методы основаны на применении специальных реагентов (химических веществ), разрушающих или осаждающих примеси. К химическим методам относятся:

- нейтрализация изменение водородного показателя (рН) сточных вод до значений рН = 6,5 7,5; нейтрализацию осуществляют добавлением к воде кислотных и щелочных компонентов или фильтрованием воды через эти компоненты;

-коагуляция это процесс удаления загрязнений при помощи специально вводимых веществ коагулянтов; в воде коагулянты вступают в химические реакции, образуя крупные хлопья, которые захватывают мелкие частицы загрязнителей и увлекают их на дно; наиболее часто для очистки сточных вод используются следующие коагулянты: сульфат алюминия Al2(SO4)3, хлорид железа FeCl3, сульфат железа Fe2(SO4)3, известь Ca(OH)2 и др.;

-стерилизация обеззараживание сточных вод при помощи сильных окислителей хлора (при хлорировании) или озона (в процессе озонирования); для обеззараживания городских сточных вод широко применяется метод хлорирования газообразным хлором или хлорной известью (CaOCl2).

3.Физико-химические методы − основаны на использовании специальных физико-химических процессов, среди которых можно выделить следующие:

-сорбция − поглощение загрязняющего вещества из раствора и

удерживание его на поверхности специального поглотителя сорбента; в качестве сорбента для извлечения органических веществ часто применяют активированный уголь;

-экстракция − извлечение вещества специальным экстрагентом;

-электрохимические методы очистка при помощи электрического тока и т.д.

Впроцессе физико-химической очистки из воды удаляются мелкодисперсные и растворенные примеси, а также разрушаются трудноудаляемые вещества.

Физико-химическая очистка применяется в основном для производственных сточных вод. Применение ее для очистки бытовых стоков ограниченно по экономическим соображениям. В ряде случаев физико-химическая очистка обеспечивает такое глубокое удаление загрязнений, что последующая биологическая очистка не требуется.

15

4.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.

Поля фильтрации − это специально отведенные земельные участки, разделенные на секции, по которым равномерно распределяется сточная вода. Вода фильтруется через слой грунта, после чего собирается в дренажных трубах и канавах и стекает в водоемы. Очистку осуществляют находящиеся в почве микроорганизмы, поглощающие органические вещества.

Биологические пруды − это специально созданные неглубокие водоемы, в которых протекают естественные процессы самоочищения сточных сод. Такие пруды могут использоваться как для первичной биологической очистки, так и для доочистки сточных вод после биофильтров и аэротенков.

Биофильтры − это сооружения, в которых создаются условия для усиления естественных процессов самоочищения воды. Сточная

вода в биофильтрах пропускается через слой специального фильтрующего материала, на поверхности которого образуется пленка из различных микроорганизмов, разлагающих органические вещества до неорганических (как на полях фильтрации).

Аэротенк − это резервуар, в который поступает сточная вода (обычно после механической очистки), активный ил (совокупность специальных микроорганизмов-очистителей), а также непрерывный поток воздух для поддержания нормальной жизнедеятельности микроорганизмов. После аэротенка вода в смеси с активным илом подается в отстойники, где ил осаждается.

Для ликвидации кислородной недостаточности и обезвреживания водоемов применяется аэрация − нагнетание воздуха в воду.

16

При выборе способа очистки сточных вод следует учитывать их состав, требования к качеству воды (ПДК, ПДС).

Очистка сточных вод включает три стадии обработки первичную, вторичную и, в случае необходимости, третичную. Важным показателем эффективности очистки является биологическое потребление кислорода (БПК). БПК характеризует содержание в воде органических загрязнителей.

Первичная обработка отделение фильтрованием крупного мусора и больших частиц взвесей. После этого сточные воды попадают в отстойники, где происходит осаждение более мелких частиц. Если воды не направляются на вторичную очистку, то перед тем как их сбросить в природные водоемы производят дополнительную стерилизацию (чаще всего хлором). Показатель БПК воды после первичной обработки снижается на 35 %.

Вторичная обработка может проводиться с использованием биологических и химических методов. Биологическая обработка обычно проводится в аэротенке с активным илом. Вторичная обработка удаляет взвеси примерно на 90 % по массе, и показатель БПК воды понижается на 90 %. Тем не менее даже после первичной и вторичной обработки воды могут содержать значительное количество азота и фосфора.

Третичная (специальная) обработка проводится не всегда, так как она требует дополнительных материальных затрат и нацелена на удаление каких-либо отдельных загрязнителей специальными методами.

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 %.

Данная лабораторная работа посвящена изучению способов очистки сточных вод. До и после каждого вида очистки в воде определяют содержание сульфат-ионов, хлорид-ионов и ионов свинца методами, указанными в п. 1.3, 1.4 и 1.8 Результаты определения занести в табл. 12.

17

(или хлорид железа FeCl3) , известь Ca(OH)2, растворы кислоты и щелочи.

В две одинаковые пробирки налить по 10 мл очищаемой воды. Добавляют в первую пробирку 2 мл раствора сульфата алюминия, во вторую 2 мл раствора гидроксида кальция (известкового молока). По появлению мути или осадка судят об эффективности химической очистки в каждом случае.

Содержимое каждой пробирки фильтруют при помощи бумажного фильтра. В фильтратах определяют остаточное содержание сульфатов, хлоридов и свинца. Результаты занести в табл. 12.

3.Физико-химическая очистка

Впроцессе сорбционной очистки пробу воду пропускают через стеклянную колонку, заполненную активированным углем. При этом загрязняющие вещества из воды поглощаются и удерживаются на поверхности наполнителя.

Воду, прошедшую через колонку, собирают и определяют в ней содержание сульфатов, хлоридов и свинца. Результаты занести в табл. 12.

Вотчете по лабораторной работе сравнивают содержание сульфатов, хлоридов и свинца до и после очистки и делают вывод об эффективности каждого способа очистки.

Библиографический список

1.Одум Ю. Основы экологии. – М.: Мир, 1986. –742с.

2.Экология: Учебник для технических вузов / Л.И. Цветкова, М.И. Алексеев и др. – М.: Изд-во АСВ; СПб.: Химиздат, 1999. – 488с.

3. Стадницкий Г.В., Родионов А.И. Экология. – М.: Высшая школа, 1988.

– 272с.

4.Вронский В.А. Экология. – Ростов-на-Дону: Феникс, 1999. – 576с.

5.Шустов С.Б., Шустова Л.В. Химические основы экологии. М.: Просвещение, 1995. 240 с.

6.Правила охраны поверхностных вод (СанПиН 4630-88). – М., 1991.

7.Попов А.М. Химия и охрана окружающей среды в Омском регионе:

В 2 ч. – Омск: ОмГУ. – 1999.

19