212

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Пензенский государственный университет архитектуры и строительства»

(ПГУАС)

ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД

Методические указания по выполнению лабораторных работ Часть 2

Под общей редакцией доктора технических наук, профессора Ю.П. Скачкова

Пенза 2013

УДК 628.3:378.147.091.313(075.8) ББК 38.761.2:74.58я73

ОF94

Рекомендовано Редсоветом университета

Рецензенты: заместитель технического директора по инновациям ООО «Горводоканал» г. ПенF зы П.В. Пивоваров;

главный специалистFэксперт государF ственного автономного учреждения (РеF гиональный центр государственной эксF пертизы и ценообразования в строительF стве Пензенской области) С.А. Ляпин

ОF94 Очистка сточных вод: методические указания по выF полнению лабораторных работ. Ч. 2 / А.М. Исаева, И.И. ШпиF лева, С.И. Коровянский; под общ. ред. дFра техн. наук, проф. Ю.П. Скачкова. – Пенза: ПГУАС, 2013. – 28 с.

Изложены методика и порядок проведения анализа сточных вод, активного ила и осадков.

Направлены на овладение навыками постановки и проведения экспериментов по заданным методикам; выработку умений составлять отчеты по выполненным работам.

Методические указания подготовлены на кафедре «Водоснабжение, водоотвеF дение и гидротехника» и базовой кафедре ПГУАС при ООО «Гипромаш» и предназначены для использования студентами, обучающимися по направлению 270800 «Строительство» (бакалавриат), при выполнении лабораторных работ по курсу «Очистка сточных вод».

Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, 2013

Исаева А.М., Шпилева И.И., Коровянский С.И., 2013

2

ВВЕДЕНИЕ

Сточные воды, отводимые с территории промышленных предприяF тий, по своему составу делятся на три вида: производственные, бытовые и атмосферные. Производственные стоки могут быть загрязF ненными и незагрязненными (условно чистыми). Загрязненные проF изводственные сточные воды отличаются большим разнообразием как по наименованиям, так и по количественному содержанию примесей и веществ: минеральные, органические, легкоF и трудноокисляемые, нефть и нефтепродукты, кислоты и щелочи, токсичные и опасные в эпидемиологическом отношении вещества, анионы различных солей

(сульфаты SO42 , фосфаты РO43 , нитриты NO2 , нитраты NO3 , хлориды Сl– и т.д.), катионы тяжелых металлов (никель Ni+2, медь Cu+2,

хром Cr+6, Cr+3, цинк Zn+2, железо Fе+3, Fе+2, свинец Рb+2, марганец Мg+2 и т.д.), СПАВ, радиоактивные отходы, фенолы, взрывоопасные веF щества и т.д.

Загрязненные сточные воды промышленных предприятий в завиF симости от видов загрязнений и требований к дальнейшему их испольF зованию можно после очистки на канализационных сооружениях сбрасывать в горколлектор, в водоемы, использовать в оборотFной системе водоснабжения промышленных предприятий, при этом максимально извлекая ценные примеси из промстоков, утилизировать образующиеся осадки.

Условия выпуска производственных сточных вод в водоемы регF ламентируются «Правилами охраны поверхностных вод от загрязF нения сточными водами», «Правилами санитарной охраны прибрежF ных районов морей» и МДК 3–01.2001.

Содержание вредных веществ в воде водоема и в производственных стоках нормируется значениями предельно допустимых концентраций (ПДК) – основного гигиенического критерия качества воды водоемов, используемого органами Государственного контроля. ПДК – это максимальные концентрации, при которых вещества не оказывают пряF мого или опосредованного влияния на состояние здоровья населения и не ухудшают гигиенических условий водопользования. ПДК – это основа расчета нормативно допустимого сброса предприятий (НДС) очищенных производственных сточных вод в водоемы. ПДК установF лены по санитарноFтоксикологическому, общесанитарному и органоF лептическому показателям вредности для водоемов хозяйственноF питьевого и культурноFбытового, а также рыбохозяйственного водоF пользования.

При расчете условий спуска производственных сточных вод при соF вместном присутствии в них нескольких вредных веществ сумма конF центраций этих веществ (нормируемых по одному признаку вредности),

3

выраженных в долях от соответствующих ПДК для каждого вещества в отдельности, не должна превышать единицы, то есть:

C1/C1пд + С2/С2пд + С3/С3пд + … + Сi/Сiпд 1,

Расчет необходимой степени очистки производственных сточных вод по концентрации загрязняющим веществом Сст, мг/л, производится по формуле

Ccт [( Qr)/q](Cпд – Сp) + Спд, где – коэффициент смешения;

Qr – расход воды в водоеме, м3/с;

q – средний расход сточных вод, м3/с;

Спд – предельно допустимое содержание загрязняющего вещества в воде водоема, мг/л;

Ср – концентрация загрязняющего вещества в воде водоема выше места выпуска рассматриваемого стока, мг/л.

4

Лабораторная работа 1 ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД МЕТОДОМ КОАГУЛЯЦИИ.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ ДОЗ КОАГУЛЯНТА

Цель работы – изучить очистку сточных вод методом коагуляции, определить оптимальные дозы коагулянта без подщелачивания и с подщелачиванием.

Реактивы и оборудование:

1)сульфат алюминия Al2(SO4)3;

2)хлорид железа FeCl3;

3)известковое молоко Ca(OH)2;

4)мерные цилиндры емкостью 500 мл (12 шт.) и 5–10 мл;

5)индикатор – лакмусовая бумага;

6)беззольный фильтр;

7)сушильный шкаф;

8)аналитические весы;

9)пипетки.

Порядок и методика проведения анализа

Оптимальной дозой коагулянта считается наименьшее его колиF чество, при котором достигается наилучший эффект очистки конкретF ной сточной воды. В качестве коагулянта чаще всего применяют различные соли алюминия и железа: сульфат алюминия Al2(SO4)3, алюF минат натрия Na3AlO3, сульфат двухвалентного и трехвалентного жеF леза: FeSO4 и Fe2(SO4)3, хлорид железа FeCl3.

В результате гидролиза коагулянтов снижается величина pH сточF ной воды, что отрицательно сказывается на ходе процесса коагуляции.

Гидролиз коагулянтов можно выразить следующими уравнениями:

Al2(SO4)3+2H2O 2AlOHSO4+H2SO4

FeCl3+H2O FeOHCl2+HCl

Fe(SO4)3+2H2O 2FeOHSO4+H2SO4

Нейтрализация кислот, образующихся при гидролизе коагулянтов, может протекать за счет щелочного резерва сточной воды или щелочей, которые специально вводят в обрабатываемую воду вместе с коагулянF тами.

Предварительно следует определить pH и концентрацию взвешенF ных веществ в исследуемой воде. Затем в 12 мерных цилиндров емF

5

костью 500 мл каждый налить по 250 мл исследуемой воды. В первые шесть цилиндров пипеткой добавить 1 %Fй раствор коагулянта в коF личестве, указанном в табл. 1.

Т а б л и ц а 1

Доза коагулянта

В цилиндры 7–12 вместе с раствором коагулянта ввести 0,1 %Fй

После введения реагентов включить секундомер и содержимое цилиндров быстро перемешать стеклянной палочкой в течение 30 с, затем медленно перемешивать в течение 10 мин, после чего в течение 30 мин (60 мин). Дать отстояться жидкости и отобрать пипеткой или сифоном из верхнего слоя каждого цилиндра (не взмучивая осадка) пробы воды, в которых определить pH и концентрацию взвешенных веществ.

При отстаивании воды в цилиндрах следует отмечать время начала образования хлопьев, их вид (рыхлые, крупные, мелкие). Наблюдения проводить через каждые 10 минут. Результаты вычислений занести в табл. 3.

Для каждой серии проведенных опытов построить графики в коорF динатах:

pH – доза коагулянта;

время полного оседания хлопьев – доза коагулянта.

6

Т а б л и ц а 3 Основные параметры, определяемые при очистке стоков

методом коагуляции

Графики представить в координатах, приведенных на рис. 1.

Рис. 1. Графики в координатах:

доза коагулянта – pH, доза коагулянта – время оседания хлопьев

На основании анализа графических данных определить оптимальF ную дозу коагулянта, а также влияние подщелачивания на процесс осветления воды.

7

Лабораторная работа 2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ОБЩЕГО ЖЕЛЕЗА

КОЛОРИМЕТРИЧЕСКИМ МЕТОДОМ

Цель работы – определить содержание общего железа Fe+3, Fe+2 c применением роданистого аммония колориметрическим методом.

Реактивы и оборудование:

1)стандартный раствор железа Fe+3;

2)роданистый аммоний (20 %Fй раствор);

3)перманганат калия (0,1 н. раствор);

4)азотная кислота HNO3 (6 н. раствор);

5)КФКF2, зеленый светофильтр, = 490 нм, кювета 50,0 мм;

6)электроплитка с асбестовой сеткой;

7)колбы емкостью 200 мл, 100 мл; измерительные цилиндры.

Принцип метода и мешающие влияния

Метод основан на образовании окрашенного в красный цвет родаF нида железа Fe(CNS)3 и его комплексных соединений Fe(CNS)6, Fe(CNS)3 при добавлении раствора роданистого аммония к раствору, содержащему ионы трехвалентного железа. Находящееся в пробе заF кисное железо Fe+2 переводят в окисное железо Fe+3 кипячением с азотной кислотой.

Порядок и методика проведения анализа

В широкогорлую колбу для кипячения вместимостью 200 мл помещают 50 мл хорошо перемешанной пробы, содержащей не более 4 мг железа в 1 л или меньший объем пробы, разбавленной дистилF лированной водой до 50 мл, добавляют 5 мл 6 н. азотной кислоты, кипятят не менее 5 мин. К горячей жидкости прибавляют раствор перманганата калия до слабоFрозового окрашивания после 5Fминутного стояния. Раствор охлаждают, фильтруют через бумажный фильтр и переносят в мерную колбу на 100 мл, добавляют 5 мл роданистого аммония. Объем раствора доводят дистиллированной водой до метки и после перемешивания тут же измеряют оптическую плотность на КФКF2 через зеленый светофильтр с длиной волны = 490 нм (кювета – 50 мм). Вводят поправку на оптическую плотность холостой пробы, приготовленной таким же способом с дистиллированной водой, как и со сточной. По калибровочной кривой находят концентрацию железа

8

Сгр, мг/л, и определяют концентрацию общего железа Сх, мг/л, в пробе по формуле

где V – объем пробы, взятой для анализа, мл.

Результаты в диапазоне до 1 мг/л округляют до сотых долей, от 1 до 10 мг/л – до десятых долей.

ПДК железа, общего в воде водоемов хозяйственноFпитьевого и культурноFбытового водопользования, должна быть не более 0,3 мг/л, в воде рыбохозяйственного водопользования – не более 0,1 мг/л. Концентрация общего железа на очистных сооружениях биологичесF кой очистки с аэротенками снижается на 65 %.

Построение калибровочной кривой

Калибровочная кривая строится на основании анализа серии, соF держащей от 0,5 до 10 мл стандартного раствора железа.

9

Лабораторная работа 3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ СВИНЦА

НЕФЕЛОМЕТРИЧЕСКИМ МЕТОДОМ

Цель работы – определить концентрацию свинца Pb+2 в исслеF дуемой пробе.

Реактивы и оборудование:

1)сегнетовая соль 50 %Fя;

2)едкий натр 27 %Fй;

3)натрий серноватистоFкислый (тиосульфат натрия) 10 %Fй;

4)глицерин химически чистый;

5)сульфид натрия кристаллический Na2S 9H2O;

6)азотная кислота 1:5;

7)индикаторная бумага;

8)водноFглицериновый раствор сульфида натрия;

9)фотоэлектроколориметр ФЭКF56, светофильтр №4, кювета 50,0 мм;

10)колбы, V = 100 мл, измерительные цилиндры.

Принцип метода и мешающие влияния

Сущность метода заключается в том, что при введении в раствор, содержащий свинец, сульфидиона, образуется бурая коллоидная взвесь сульфида свинца, количество свинца во взятом объеме исследуемой воды не должно быть менее 0,1 мг и более 5 мг. Мешающее влияние железа устраняется сегнетовой солью; алюминия и цинка – введением едкого натра меди и тиосульфата натрия.

Порядок и методика проведения анализа

В мерную колбу на 100 мл отбирают 10–80 мл фильтрованной пробы. Приливают в колбу последовательно:

5 мл 50 %Fй сегнетовой соли;

3 мл 27 %Fго едкого натра;

5 мл 10 %Fго тиосульфата натрия.

После введения каждого реактива содержимое колбы хорошо переF мешивается.

Затем приливают 0,2 мл водноFглицеринового раствора сульфида натрия, перемешивают, доводят до метки дистиллированной водой и через 2 минуты колориметрируют с синим светофильтром. КолоF риметрирование ведется быстро, чтобы предотвратить возможное осаждение свинца. В качестве раствора сравнения используют ту же

10