3028

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 1

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 1

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. – __ 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 механической и биологической очистке 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

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, а также их очистку, обезвреживание и обеззараживание перед сбросом в водоем и обработку образующихся осадков.

По происхождению сточные воды могут быть классифицированы на следующие: бытовые, производственные и атмосферные. Условия водоотведения, технология очистки воды и обработки осадков постоянно усложняются. Связано это

стем, что вода используется во всех производственных и бытовых процессах. Поэтому сточные воды можно характеризовать как гетерогенную смесь воды и твердых примесей минерального и органического происхождения, находящихся в диспергированном или растворенном состоянии.

Вбытовых сточных водах содержатся загрязнения минерального и органического происхождения, находящиеся в нерастворенном, растворенном и коллоидном состояниях. Состав их оценивается такими показателями, как взвешенные вещества, БПК (биохимическая потребность в кислороде), ХПК (химическая потребность в кислороде) и др.

Производственные сточные воды различных отраслей промышленности существенно отличаются как по составу загрязняющих веществ, так и по их концентрации.

Вдождевых сточных водах содержится значительное количество нерастворенных минеральных примесей, а также загрязнения органического происхождения.

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.

Внастоящее время для обработки городских сточных вод и осадков используют сооружения, действия которых основано на принципах механического разделения воды от загрязнений (осветления) и биологического и химического действия (окисления). Т.е. технология очистки городских сточных вод включает два важнейших этапа – механическую очистку и биологическую.

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 ее цель, 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 взвешенных веществ, сухого и плотного остатков в сточной воде

Цель: Получить навыки определения взвешенных веществ, сухого и плотного остатков в сточной воде.

Приборы и оборудование

1.Фарфоровые чашки.

2.Беззольные фильтры /белая лента/.

3.Сушильный шкаф.

4.Водяная баня.

5.Колбы на 250 мл.

7.Стеклянные бюксы;

8.Сточная жидкость.

9.Мерные цилиндры на 100 мл.

10.Аналитические весы.

Работа рассчитана на 2 занятия.

1-е занятие. Взвешивание, фильтрация, начало выпаривания.

2-е занятие. Взвешивание, доведение до постоянного веса, расчеты.

Общая часть

По физическому состоянию загрязнения сточных вод делятся на:

а) нерастворимые примеси, находящиеся в виде крупной взвеси, в виде суспензии, эмульсии и пены (частицы диаметром 0,1 мм – 0,1 мкм);

б) коллоидные (частицы диаметром от 0,1 до 0,001 мкм); в) растворимые (частицы диаметром - менее 0,001 мкм).

Нерастворимые вещества в сточных водах могут быть в грубодисперсном состоянии (в виде крупной взвеси) и тонкодисперсном (суспензии, эмульсии и пены) состоянии.

Нерастворимые вещества, задерживающиеся на бумажном фильтре, называют

взвешенными веществами.

В зависимости от размеров отдельных частиц (степени дисперсности) и их удельного веса взвешенные вещества могут быть в виде осадка, всплывать на поверхность или оставаться во взвешенном состоянии.

Определение взвешенных веществ

Берут взвешенный и доведенный до постоянного веса бюкс с беззольным фильтром (d = 9-11 см, белая лента). Взвешивают (с точностью до 0,0001 г) и записывают вес. Фильтр вынимают из бюкса и вкладывают в стеклянную воронку. Для ускорения фильтрования можно пользоваться воронкой Бюхнера с вложенной медной сеткой, сосудом Бунзена и вакуум-насосом.

8

Затем отмеряют 100 мл тщательно перемешанной сточной жидкости и фильтруют через фильтр. После чего фильтр с осевшими взвесями подсушивают в течение 3-5 мин. на воздухе и переносят в бюкс. Бюкс ставят в сушильный шкаф в открытом состоянии (крышку с бюкса снимают), сушат до постоянного веса при температуре 105° С, охлаждают в эксикаторе, взвешивают.

Расчет: Х = (а-в)1000/ V

где Х - масса взвешенных веществ, мг/л; а- масса бюкса с фильтром и высушенными взвешенными веществами, мг; в- масса бюкса с фильтром, мг;

V- объем профильтрованной пробы, мл.

Определение сухого остатка

Сухой остаток дает представление об общем количестве загрязнений во всех агрегатных состояниях.

Берут 100 мл тщательно взболтанной пробы (количество пробы зависит, от концентрации загрязнений), наливают в заранее высушенную и взвешенную фарфоровую чашку и ставят на водяную баню. Чашку с выпаренным осадком подсушивают в сушильном шкафу при температуре I05eC в течение 3 ч. После охлаждает в эксикаторе и взвешивает.

Расчет: Х = (а-в)1000/ V

где X - масса сухого остатка, мг/л;

а - масса чашки с выпаренным осадком, г; в – масса чашки, г;

V- объем фильтрованной пробы, мл.

Определение плотного остатка

Плотный остаток отражает содержание коллоидных и растворенных в сточных водах веществ.

100 мл фильтрованной сточной воды выпаривают на водяной бане в предварительно прокаленной и взвешенной (до постоянного веса) фарфоровой чашке. При выпаривании чашку заполняют не более чем на 3/4 объема. Чашку с выпаренным осадком переносят в сушильный шкаф и сушат в течение 3 часов при 105° С. Затем охлаждают в эксикаторе и взвешивают.

Расчет: Х = (а-в)1000/ V

где Х- масса плотного остатка, мг/л; а - масса чалки с выпаренным осадком, мг; в- масса чашки, мг;

V- объем фильтрованной пробы, мл.

9

Результат анализа сточной жидкости

Контрольный вопрос. Цель определения взвешенных веществ, сухого и плотного остатков в сточной жидкости.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

Определение кинетики осаждения взвешенных веществ из сточной жидкости

Цель работы: Получить практические знания о закономерностях осаждения взвешенных веществ в сточной жидкости. Построить графики зависимости эффекта осветления сточной жидкости от времени отстаивания и от гидравлической крупности взвеси.

Приборы и оборудование

1.Сосуды Лисенко,закрепленные в штативе.

2.Мерные цилиндры ёмкостью 1л (или 500 мл) и 100 мл.

3.Секундомер.

4.Сушильный шкаф.

5.Колбы на 250 мл.

6.Стеклянные воронки.

7.Сточная жидкость.

8.Фотоэлектроколориметр

Работа рассчитана на 2 часа ( 1 занятие).

Содержание взвешенных веществ в пробах в ходе эксперимента определить фотоколориметрическим методом.

Теоретическая часть.

Содержащиеся в сточных водах нерастворимые примеси представляют собой массу частиц различных по величине, форме и весу. В частности, при отстаивании бытовых сточных вод приходится иметь дело с хлопьевидными частицами, изменяющими в процессе осаждения свою форму, удельный вес и размеры, вследствие этого изменяется также и скорость их выпадения.

Скорость выпадения частиц, которую называют гидравлической крупностью, можно определить теоретически по известной формуле Стокса.

10

U0 = g (P1 - P2) d2 / 18 µ

U0 - гидравлическая крупность частицы, м/с ; d - эквивалентный диаметр частицы, м ;

P1 - плотность частицы, кг/м3;

P2 - плотность жидкости, кг/м3

µ - коэффициент динамической вязкости, Па с ; g - ускорение силы тяжести, м/с.

Приведенная формула верна, во-первых, при числе Рейнольдса, Rе ≤ 2, во-вторых, предполагается, что частицы имеют форму шара. В третьих, процесс осаждения должен проходить в монодисперсной агрегативно-устойчивой’ системе. Поскольку при осаждении взвесей сточных вод приходиться иметь дело с полидисперсной системой, характеристики осаждения получают экспериментальным путем в лабораторных условиях в сосудах Лисенко или мерных цилиндрах весовым или объемным методами. Более точным следует считать весовой метод.

На основании полученных результатов опытов строят график зависимости эффекта осветления сточной жидкости от продолжительности отстаивания, который имеет вид кривой рис. 1, обращенной выпуклой стороной вверх. Это свидетельствует о замедлении процесса осветления с течением времени, что объясняется неоднородным составом взвеси. Более крупные частицы выпадают быстрее и осаждаются в начале процесса осветления сточной жидкости. Чем более выгнута кривая, тем более неоднороден состав взвеси. Для монодисперсной взвеси эта кривая обратилась бы в прямую линию.

Переход кривой в прямую (рис. I), почти параллельную оси абсцисс, указывает на завершение процесса, к этому моменту времени оседает или всплывает практически полностью все количество нерастворенных примесей, способных к оседанию или всплыванию.

Время выпадения t зависит от высоты слоя жидкости. Разделив эту высоту на время, соответствующее определенному проценту выпавшей взвеси, находят так называемые "проценты" скорости выпадения в мм (или иначе гидравлическую крупность).

Рассчитав процентные скорости, строят кривые зависимости эффекта осаждения от процентной скорости или гидравлической крупности, которая также имеет вид кривой (рис. 2), но обращенной выпуклой стороной вниз.