2775
.pdfМинистерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»
В.А. Земскова, Л.А. Карпова, Н.И. Корочкина
Очистка сточных вод
Учебно-методическое пособие по выполнению лабораторных работ для обучающихся по дисциплине
«Очистка сточных вод» по направлению подготовки 08.03.01 Строительство профиль Теплогазоснабжение, вентиляция, водоснабжение и водоотведение зданий, сооружений, населенных пунктов
Часть 2
Нижний Новгород
2016
2
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»
В.А. Земскова, Л.А. Карпова, Н.И. Корочкина
Очистка сточных вод
Учебно-методическое пособие по выполнению лабораторных работ для обучающихся по дисциплине
«Очистка сточных вод» по направлению подготовки 08.03.01 Строительство профиль Теплогазоснабжение, вентиляция, водоснабжение и водоотведение зданий, сооружений, населенных пунктов
Часть 2
Нижний Новгород ННГАСУ
2016
3
УДК
Земскова В.А. / Очистка сточных вод [Электронный ресурс]: учеб.-метод. пос. / В.А. Земскова, Л.А. Карпова, Н.И. Корочкина; Нижегор. гос. архитектур. - строит. ун - т – Н. Новгород: ННГАСУ, 2016. – 24 с.– 1 электрон. опт. диск (CD-RW)
В пособии приведены методики проведения лабораторных работ по технологии очистки сточных вод, которые предназначены для закрепления и более глубокого изучения теоретических основ по обработке осадков городских сточных вод.
Предназначено обучающимся в ННГАСУ для выполнения лабораторных работ по дисциплине «Очистка сточных вод» по направлению подготовки 08.03.01 Строительство профиль Теплогазоснабжение, вентиляция, водоснабжение и водоотведение зданий, сооружений, населенных пунктов.
©В.А. Земскова, Л.А. Карпова, Н.И. Корочкина, 2016
©ННГАСУ, 2016
4
Содержание
Введение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
5 |
Общие правила работы и техники безопасности при проведении |
|
лабораторных работ по технологии очистки сточных вод . . . . . . . . . . . |
6 |
Лабораторная работа № 1 |
|
Определение основных свойств осадка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
7 |
Лабораторная работа № 2 |
|
Определение оптимального режима работы лабораторного вакуум- |
|
фильтра при обезвоживании осадков сточных вод . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
11 |
Лабораторная работа № 3 |
|
Удельное сопротивление осадка и методика его определения . . . . . . . . . . |
15 |
Лабораторная работа № 4 |
|
Механическое обезвоживание осадков на центрифугах . . . . . . . . . . . . . |
19 |
Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
23 |
5
Введение
Впроцессе использования в быту и в производственной деятельности человека природные воды изменяют свои физико-химические свойства, загрязняясь веществами минерального и органического происхождения. Такую воду называют сточной водой. Сточные воды могут содержать токсичные вещества и возбудители инфекционных заболеваний. Водоотводящие системы городов обеспечивают отведение сточных вод за пределы населенного пункта,
атакже их очистку, обезвреживание и обеззараживание перед сбросом в водоем и обработку образующихся осадков.
Условия водоотведения, технология очистки воды и обработки осадков постоянно усложняются. Связано это с тем, что вода используется во всех производственных и бытовых процессах. Поэтому сточные воды населенных пунктов можно характеризовать как гетерогенную смесь воды и твердых примесей минерального и органического происхождения, находящихся в диспергированном или растворенном состоянии.
Вреальных условиях в чистом виде бытовых сточных вод не бывает. Водоотводящие сети транспортируют смесь бытовых и производственных сточных вод, так называемые «городские сточные воды», содержащие компоненты загрязнений, характерных для производственных сточных вод.
Сложной проблемой очистки сточных вод является обработка осадков. Выделенные в процессе очистки сточных вод осадки относятся к труднофильтруемым суспензиям коллоидного типа. Большие объемы, бактериальная зараженность, наличие органических веществ, способных быстро загнивать с выделением неприятных запахов, а также неоднородность состава и свойств осложняют их обработку.
Внастоящее время для обработки городских сточных вод и осадков используют сооружения, действия которых основано на принципах механического разделения воды от загрязнений (осветления) и биологического
ихимического действия (окисления). Т.е. технология очистки городских сточных вод включает два важнейших этапа – механическую очистку и биологическую. Технология обработки образующихся осадков практически сводилась к сбраживанию в метантенках с последующей подсушкой на иловых площадках. На современном этапе применяются интенсивные методы обезвоживания осадков – механическое обезвоживание на барабанных вакуумфильтрах, на фильтр-прессах различных конструкций, на осадительных шнековых центрифугах. Освоены новые методики анализа состава и свойств осадка.
Современная система водоотведения бытовых и производственных сточных вод должна обеспечивать высокую степень защиты окружающей природной среды от загрязнений.
.
6
Общие правила работы и техники безопасности при проведении лабораторных работ по технологии очистки сточных вод
1.Перед началом каждой лабораторной работы студенты должны четко усвоить
еецель, знать теоретические основы и порядок проведения работы.
2.Каждому студенту необходимо помнить, что сточные воды и осадки могут быть опасны в санитарном отношении.
3.Работать на моделях лабораторных установок только с разрешения преподавателя и под его наблюдением.
4.Все операции, связанные с отбором сточных вод, осадков и с подготовкой их к анализу, требуют соблюдения санитарных норм предосторожности.
5.Необходимо избегать непосредственного контакта со сточной жидкостью, производя те или иные операции.
6.Отбор сточной жидкости и осадка производить в резиновых перчатках.
7.При отмеривании воды пипетками нужно пользоваться только резиновыми баллончиками, категорически запрещается делать это ртом.
8.Использованные пипетки и посуду опускать в жидкость с дезинфицирующим раствором.
7
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1
Определение основных свойств осадка
Цель работы: Познакомиться с основными свойствами осадков сточных вод и методами их определения.
ПРИБОРЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
1.Сушильный шкаф.
2.Муфельная печь.
3.Водяная баня.
4Аналитические весы с разновесами.
5Фарфоровые чашки.
6Стеклянные бюксы.
7.фарфоровые тигли.
8.Осадок городских сточных вод.
9.Электрические плитки.
10.Прибор для ускоренного определения влажности.
11.Металлические чашки со стеклами.
12.Технические весы с разновесами.
Работа рассчитана на 4 часа (2 занятия).
ОБЩАЯ ЧАСТЬ
Типы осадков и их характеристика
В практике очистки городских сточных вод различают следующие типы осадков:
1.сырой осадок, выпадавший в первичных отстойниках;
2.активный ил, задерживаемый во вторичных отстойниках после биологической очистки;
3.осадок первичных отстойников, сброженный в метантенках, двухъярусных отстойниках или септиках;
4.активный ил, сброженный в метантенках;
5.сброженная смесь осадка первичных отстойников и активного ила.
На очистных сооружениях промышленных предприятий образуются осадки или шламы производственных сточных вод.
Сырой осадок первичных отстойников представляет собой студенистую суспензию серого или светло-коричневого цвета. Вследствие большого количества органических веществ сырой осадок подвержен быстрому загниванию, при загнивании приобретает темно-серый или черный цвет и издает неприятный кислый запах. Осадки первичных отстойников имеют влажность 90-97% и вследствие своей структуры и большого количества
8
коллоидных веществ плохо отдают воду. Основную часть сухого вещества осадка составляют органические вещества, количество которых достигает 70%. Осадки первичных отстойников имеют pH от 6,5 до 7,5, температуру, практически равную температуре осветляемых сточных вод 15-18оС и объемный вес в пределах I.
Активный ил или биопленка, образующиеся в результате биологической очистки сточных вод, имеют влажность от 99,6 до 95% в зависимости от степени уплотнения и принятого метода очистки сточных вод. Твердая фаза активного ила представляет собой аморфную хлопьевидную массу, состоящую из аэробных бактерий и микроорганизмов с адсорбированными на их поверхности различными веществами из сточных вод. Суспензия активного ила имеет светло-серый или бурый цвет. В свежем виде активный ил почти не имеет запаха, но быстро загнивает и тогда приобретает специфический неприятный запах.
Сброженный осадок первичных отстойников или сброженный активный ил, а также их смеси представляют собой суспензию черного или темно-серого цвета влажностью 94-98% (при сбраживании в септиках и двухъярусных отстойниках влажность осадка более низкая).
При сбраживании осадка в мезофильных условиях (температура брожения 33-35° С) или термофильных (температура брожения 53-55° С) условиях органическое вещество осадка распадается (процент распада зависит от химического состава осадка), благодаря чему сброженные осадки не загнивают и не издают неприятного запаха.
Производственные осадки или шламы производственных сточных вод весьма разнообразны по составу и свойствам и зависят от типа производства и от принятого технологического процесса.
Основными свойствами осадка являются его влажность, зольность, плотность (объемная масса), концентрация взвешенных веществ и удельное сопротивление.
Ход выполнения работы
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛАЖНОСТИ ОСАДКА
Отношение массы воды, содержащейся в осадке, к массе сырого осадка, выраженное в процентах, дает величину влажности.
От влажности зависят пластично-вязкие свойства осадка, его объем и вес. Вода, находящаяся в осадке, подразделяется на свободную, коллоидно-
связанную и гигроскопическую.
Взависимости от того, какая вода определяется в осадке, различают обычную влажность и гигроскопическую.
При определении обычной влажности удаляется свободная вода и коллоидно-связанная и осадок находится в воздушно-сухом состоянии.
Впредварительно прокаленную и взвешенную с точностью до 0,01 г фарфоровую чашку отвешивают 50 г хорошо перемешанного осадка и высушивают его на водяной бане досуха, после чего ставят в сушильный шкаф
9
и сушат при температуре 105*t до постоянной массы. Затем охлаждают в эксикаторе и взвешивают.
Влажность осадка в процентах определяют из выражения:
Х = (в – с)*100/а ,
где Х - влажность осадка в %; а - масса осадка, г; '
в - масса чашки с сырым осадком, г; с - масса чашки с высушенным осадком, г.
Ускоренное определение влажности
Сущность ускоренного метода заключается в высушивании небольшой навески осадка, помещенной между двумя мощными лампами на 10-15 мин. Две электрические лампы (мощностью каждая 200 Вт) с отражателями из белой жести, изготовленными в виде конуса, закрепляются в штативе в вертикальной плоскости. Между лампами помещают асбестовую сетку 200×200 мм.
Расстояние между лампами определяют опытным путем так, чтобы времени нагрева t сек соответствовала оптимальная температура асбестовой сетки.
Перед началом работы прибор прогревают в течение 5 мин. Навеску осадка в 10 г распределяют ровным слоем по дну (оно должно быть плоским) алюминиевой чашки диаметром 90-100 мм и высотой 1012 мм. Чашку с навеской ставят на асбестовую сетку между лампами и высушивают ь течение 10-15 мин. После этого чашку снимают с сетки и покрывают часовым стеклом, при конденсации влаги на стекле навеску сушат еще 0,5-1 мин. и взвешивают.
Расчет: Х = (в – с)*100/10 ,
где Х - влажность осадка в %; 10 - масса осадка, г; '
в - масса чашки с сырым осадком, г; с - масса чашки с высушенным осадком, г.
Гигроскопическая влажность
Гигроскопическая влажность осадка обуславливается частицам воды, адсорбированными поверхностью твердых частиц осадка.
Осадок, находящиеся в состоянии гигроскопической влажности, является воздушно-сухим.
Величину гигроскопической влажности дает процентное отношение массы гигроскопической воды, содержащейся в осадке к массе воздушносухого осадка.
МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ
В предварительно просушенный и взвешенный стеклянный бюкс отвешивают 1 г воздушно-сухого осадка. Затем бюкс с .навеской помещают в сушильный шкаф, где при температуре 105° С осадок сушат в течение 5 ч при
10
открытом бюксе.
Осадок после такой сушки из воздушно-сухого становится абсолютно сухим. По окончании сушки бюкс закрывают крышкой, охлаждают в эксикаторе и взвешивают.
Расчет: Х = (в – с)*100/а ,
где Х - гигроскопическая влажность в %;
а- масса осадка, г;.
в- масса бюкса с осадком до сушки, г;
с - масса бюкса с осадком после сушки, г.
Зольность
Осадки городских сточных вод состоят из минеральных (зольных/) и органических (беззольных) веществ.
При прокаливании навески абсолютно сухого осадка органические вещества выгорают и улетучиваются в виде газов и водяных паров, а минеральные остаются в виде золы.
Зольностью (Р) называется процентное отношение массы золы, оставшейся после прокаливания, к массе абсолютно сухого осадка.
Потеря при прокаливании (беззольное вещество) будет соответственно
100 % -Р.
Методика определения
В предварительно прокаленный и взвешенный тигель отвешивает 1 г абсолютно сухого осадка.
Тигель с навеской прикрывают крышкой и в вытяжном шкафу ставят на электричекую плитку с асбестовой сеткой тля озоления осадка. Озоление ведут осторожно, чтобы осадок частично не улетел с газами, образующимися при сгорании пробы. После озоления тигель прокаливают до постоянного веса в муфельной печи при температуре 600-800° С. Затем тигель охлаждают в эксикаторе и взвешивают.
Расчет: Р = (с – а)*100 /в,
где Р - зольность, %; а - вес тигля, г;
в - масса абсолютно сухого осадка, г; с - вес тигля с навеской после прокаливания, г.
В осадке бытовых стопных вод количество золы колеблется от 20 до 30 %, а количество беззольного вещества соответственно от 70 до 80 %. Примесь к бытовым водам производственных сточных вод может сильно изменить зольность осадка в ту или иную сторону.
Определение плотности осадка
Плотность Р, кг/м3, осадка характеризует массу единицы его объема и выражается отношением массы всех составных компонентов осадка к его