Промышленная экология. Учебно-методическое пособие

В процессе реагентного дехлорирования сточных вод необходимо строго поддерживать дозу дехлорирующего реагента. Уменьшение концентрации дехлорирующего реагента приводит к повышению содержания активного хлора в сточных водах, сбрасываемых в открытый водоем. Передозировка дехлорирующего реагента обеспечит снижение концентрации кислорода в сточных водах, что потребует дополнительной аэрации перед сбросом в водоем.

Дехлорирование воды фильтрацией через слой гранулированного активного угля. При этом уголь сорбирует NHCl2, НОСl и NH2Cl, которые, окисляя его до СO2, восстанавливаются до хлоридов:

2НОСl + С → 2НСl + СO2

Сорбционная способность углей при скорости фильтрования хлорированной воды около 50 м/ч по хлору достигает 70 % собственного веса угля. Из этих же опытов следует, что снизить концентрацию хлора с 3,5 до 0,1 мг/дм3 возможно гранулированным углем с высотой слоя около 2 м (размер его зерен около 2 мм). В процессе дехлорирования воды при фильтрации через слой активного угля им захватываются вместе с хлором и органические вещества. При этом поверхность активного угля блокируется продуктами неполного окисления хлором этих органических веществ, что со временем ухудшает его способность сорбировать и восстанавливать хлор. Периодическая промывка горячим раствором щелочи и гипохлорита кальция служит для восстановления способности активированного угля к сорбции. Частота, с которой производится регенерация угля, а значит, и расходы определяются степенью предварительной очистки дехлорируемой воды от органических загрязнений и взвешенных веществ.

Лабораторная работа 6 Дехлорирование воды

В лабораторной работе используются следующие методы дехлорирования воды:

1)аэрация;

2)фильтрация через слой активированного угля;

3)применение реагентов (бисульфита натрия, тиосульфата натрия, сульфита натрия);

Цель работы: оценить эффективность различных методов дехлорирования.

71

Оборудование, материалы и реактивы

Весы аналитические лабораторные, класс точности 1, 2 по ГОСТ 24104.

Компрессор с диспергатором.

Бюретка с краном 10; 25 см3 по ГОСТ 29251. Воронка стеклянная по ГОСТ 25336.

Колбы стеклянные лабораторные конические номинальной вместимостью 250; 500 см3 типа Кн по ГОСТ 25336.

Палочка стеклянная.

Пипетки мерные вместимостью 1; 10 см3 2-го класса по норма- тивно-техническому документу.

Стакан вместимостью 50 см3 по ГОСТ 25336. Цилиндры вместимостью 100; 250 см3 по ГОСТ 1770.

Бумага индикаторная универсальная по ТУ 6-09-1181-89. Бисульфит натрия по ГОСТ 902.

Вода дистиллированная по ГОСТ 6709.

Калий йодистый по ГОСТ 4232, х. ч. в кристаллах. Кислота салициловая по ГОСТ 624.

Кислота уксусная ледяная по ГОСТ 61. Калий двухромовокислый по ГОСТ 4220. Кислота серная по ГОСТ 4204.

Кислота соляная по ГОСТ 3118, плотностью 1,19 г/см3. Крахмал растворимый по ГОСТ 10163.

Метиловый оранжевый (пара-диметиламиноазобензолсульфо- кислый натрий) по ТУ 6-09-5171.

Натрий углекислый кристаллический по ГОСТ 84.

Натрий серноватистокислый (тиосульфат натрия) по ГОСТ 27068.

Сульфит натрия по ГОСТ 5644. Тиосульфата натрия по ГОСТ 27068. Уголь активированный по ГОСТ 6217.

Все реактивы, используемые в анализе, должны быть квалификации «чистые для анализа» (ч. д. а.).

Дехлорирование аэрацией. Метод эффективен при рН 5. Од-

нако многие соединения хлора не летучи, поэтому эффективность метода низкая.

72

Ход работы

1.В исследуемой пробе воды определить свободный, связанный

иобщий остаточный хлор (см. п. «Проведение анализа» лабораторной работы 5).

2.Отмерить цилиндром 350 см3 обрабатываемой воды.

3.Перелить в коническую колбу вместимостью 500 см3.

4.Погрузить в колбу шланг с диспергатором на конце, подключенный к компрессору.

5.Аэрировать в течение 15 мин.

6.Определить свободный, связанный и общий остаточный хлор (по пункту «Проведение анализа» лабораторной работы 5).

Фильтрация через слой активированного угля. Дехлорирование протекает по реакции:

2НОСl + С → 2НСl + СO2 2Сl2 + С +H2O→ 4НСl + СO2

Ход работы

1.В исследуемой пробе воды определить свободный, связанный

иобщий остаточный хлор (см. п. «Проведение анализа» лабораторной работы 5).

2.Сделать бумажный фильтр и поместить его в воронку.

3.Взвесить 5 г активированного угля.

4.Засыпать взвешенный уголь в бумажный фильтр.

5.Отобрать 350 см3обрабытываемой воды.

6.Пропустить обрабатываемую воду через полученный фильтр.

7.Определить свободный, связанный и общий остаточный хлор (см. п. «Проведение анализа» лабораторной работы 5).

Дехлорирование с применением реагентов. Для достижения мак-

симального эффекта необходимо рассчитать точную дозу реагента, исходя из стехиометрического соотношения.

1. Бисульфат натрия или сульфит натрия. Дехлорирование протекает по следующим реакциям:

Сl2 + NaНSO3 + Н2O → 2НСl + NaНSO4

Сl2 + Na2SO3 + Н2O → 2НСl + Na2SO4

73

Расчетное количество бисульфита натрия или сульфита натрия определяют исходя из соотношения 1,63 мг NaНSO3 или Na2SO3 на 1 мг активного хлора по формуле

где A – объем раствора бисульфита натрия или сульфита натрия, см3;

X – концентрация общего остаточного хлора в пробе до обработки, мг/дм3;

V – объем обрабатываемой пробы, см3;

CA – концентрация бисульфита натрия или сульфита натрия, мг/дм3.

2. Тиосульфат натрия. Дехлорирование протекает по реакции

4Сl2 + Na2S2O3 + 5H2O → 2NaCl + 6НСl + 2H2SO4

Расчетное количество тиосульфата натрия определяют исходя из соотношения 2,23 мг Na2S2O3на 1 мг активного хлора по формуле

где В – объем раствора тиосульфата натрия, см3;

X – концентрация общего остаточного хлора в пробе до обработки, мг/дм3;

CВ – концентрация тиосульфата натрия, мг/дм3.

Ход работы

1.В исследуемой пробе воды определить свободный, связанный

иобщий остаточный хлор (по пункту «Проведение анализа» лабораторной работы 5).

2.Отмерить цилиндром 350 см3 обрабатываемой воды.

3.Перелить в коническую колбу вместимостью 500 см3.

4.Добавить реагент, количество которого рассчитано по форму-

лам (4.4), (4.5).

5.Перемешать.

6.Оставить на 15 мин (при использовании бисульфита натрия или сульфита натрия) или на 30 мин (при использовании тиосульфата натрия) для полного протекания реакции.

7.Определить свободный, связанный и общий остаточный хлор (по п. «Проведение анализа» лабораторной работы 5).

74

Обработка и оформление результатов

Для сравнения используемых методов обработки воды с целью дехлорирования необходимо рассчитать эффективность удаления остаточного хлора при использовании каждого метода по формуле

где Э – эффективность дехлорирования, %; ХН – концентрация общего остаточного хлора в пробе до обработки,

мг/дм3; ХК – концентрация общего остаточного хлора в пробе после обра-

ботки, мг/дм3; Результаты измерений и расчетов заносят в табл. 4.3.

Сделать выводы по работе. Сравнить эффективность методов дехлорирования воды. Для использованных методов необходимо оценить соответствие конечных концентраций свободного остаточного хлора и связанного остаточного хлора ПДК в питьевой воде.

Таблица 4.3

Сравнительная характеристика методов дехлорирования

75

Контрольные вопросы

1.Назовите простые методы дехлорирования воды, их преимущества и недостатки.

2.Какие реагенты используются для дехлорирования? Приведите реакции.

3.Опишите сущность метода дехлорирования воды фильтрацией через слой активированного угля.

4.Рассчитайте количество реагента (бисульфита натрия, тиосульфата натрия, сульфита натрия), необходимое для удаления из воды

объемом 200 дм3 свободного остаточного хлора с концентрацией 5 мг/дм3 и связанного остаточного хлора с концентрацией 0,25 мг/дм3. Концентрацию реагента примите равной его концентрации, использованной в лабораторной работе.

76

П р и г о т о в л е н и е р а с т в о р о в

Лабораторная работа 1:

1.Приготовление основного стандартного раствора железо-ам- монийных квасцов.

0,8636 г железоаммонийных квасцов FeNH4(SO4)2 × 12H2O взвешивают с точностью, не превышающей 0,0002 г по шкале весов, растворяют в мерной колбе вместимостью 1 дм3 в небольшом количестве дистиллированной воды, добавляют 2,00 см3 соляной кислоты плотностью 1,19 г/см3 и доводят до метки дистиллированной водой. 1 см3 раствора содержит 0.1 мг железа. Срок и условия хранения раствора – по ГОСТ 4212.

2.Приготовление рабочего стандартного раствора железоаммонийных квасцов.

Рабочий раствор готовят в день проведения анализа разбавлением основного раствора в 20 раз. 1 см3 раствора содержит 0,005 мг железа.

3.Приготовление раствора сульфосалициловой кислоты.

20 г сульфосалициловой кислоты растворяют в мерной колбе вместимостью 100 см3 в небольшом количестве дистиллированной воды и доводят этой водой до метки.

4.Приготовление раствора хлористого аммония молярной концентрации 2 моль/дм3.

107г NH4Cl растворяют в мерной колбе вместимостью 1 дм3 в небольшом количестве дистиллированной воды и доводят этой водой до метки.

5.Приготовление раствора аммиака (1:1).

100 см3 25 % раствора аммиака приливают к 100 см3 дистиллированной воды и перемешивают.

Лабораторная работа 3:

1. Раствор трилона Б молярной концентрации 25 ммоль/дм3. Трилон Б высушивают при 80 °С в течение двух часов, отвеши-

вают 9,31 г, помещают в мерную колбу вместимостью 1000 см3, растворяют в теплой от 40 до 60 °С бидистиллированной воде и после охлаждения раствора до комнатной температуры доводят до метки бидистиллированной водой. Раствор трилона Б пригоден для использования в течение 6 мес.

77

2. Раствор ионов магния молярной концентрации 25 ммоль/дм3. Раствор готовят из ГСО состава водного раствора ионов магния

или стандарт-титра (фиксанала) сульфата (сернокислого) магния в соответствии с инструкцией по его применению, при необходимости разбавляя до требуемой концентрации.

3. Буферный раствор рН = (10±0,1).

Для приготовления 500 см3 буферного раствора в мерную колбу вместимостью 500 см3 помещают 10 г хлорида аммония, добавляют 100 см3бидистиллированной воды для его растворения и 50 см3 25 % водного аммиака, тщательно перемешивают и доводят до метки бидистиллированной водой. Буферный раствор пригоден для использования в течение 2 мес. при его хранении в плотно закрытой емкости, изготовленной из полимерного материала.

4. Раствор индикатора.

Для приготовления 100 см3 раствора индикатора в стакан вместимостью не менее 100 см3 помещают 0,5 г индикатора эриохром черный Т, добавляют 20 см3 буферного раствора, тщательно перемешивают и добавляют 80 см3 этилового спирта. Раствор пригоден для использования в течение 10 сут при хранении в темной стеклянной емкости.

5. Сухая смесь индикатора.

Сухую смесь индикатора готовят в следующей последовательности: 0,25 г эриохрома черного Т смешивают с 50 г хлорида натрия в фарфоровой ступке и тщательно растирают. Смесь пригодна для использования в течение одного года при хранении в темной стеклянной емкости.

6. Раствор гидроксиламина гидрохлорида.

Для приготовления 100 см3 раствора 1 г гидроксиламина гидрохлорида растворяют в 100 см3бидистиллированной воды. Раствор пригоден для использования в течение 2 мес.

7. Раствор сульфида натрия.

Для приготовления 100 см3 раствора 5 г сульфида натрия или 3,5 г растворяют в 100 см3бидистиллированной воды. Раствор готовят

вдень проведения определений.

8.Раствор соляной кислоты молярной концентрации 0,1 моль/дм3. В мерную колбу вместимостью 1000 см3, наполовину заполнен-

ную бидистиллированной водой, наливают 8 см3 соляной кислоты и доводят до метки бидистиллированной водой. Срок хранения раствора – не более 6 мес.

78

9. Раствор гидроксида натрия молярной концентрации 0,2 моль/дм3. Для приготовления 1000 см3 раствора в стакан помещают 8 г гидроксида натрия, растворяют в бидистиллированной воде, после остывания раствор переносят в мерную колбу вместимостью 1000 см3 и доводят до метки бидистиллированной водой. Срок хранения раствора в ем-

кости из полимерного материала – не более 6 мес.

Лабораторная работа 5:

1. Приготовление 0,1 н раствора серноватистокислого натрия.

25г тиосульфата натрия Na2S2O3 · 5H2O растворяют в свежепрокипяченной и охлажденной дистиллированной воде, добавляют 0,2 г углекислого натрия (Nа2СО3) и доводят объем до 1 дм3.

2.Приготовление 0,01 н раствора серноватистокислого натрия. 100 см3 0,1 н. раствора тиосульфата натрия разбавляют свежепрокипяченной и охлажденной дистиллированной водой, добавляют 0,2 г углекислого натрия и доводят раствор до 1 дм3. Раствор применяют при содержании активного хлора в пробе более 1 мг/дм3.

3.Приготовление 0,005 н. раствора серноватистокислого натрия. 50 см3 0,1 н. раствора тиосульфата натрия разбавляют свежепрокипяченной и охлажденной дистиллированной водой, добавляют 0,2 г углекислого натрия и доводят раствор до 1 дм3. Раствор применяют при содержании активного хлора в пробе менее 1 мг/дм3.

4.Приготовление 0,01 н. раствора калия двухромовокислого.

125г алюмокалиевых квасцов [AlK(SO4)2 × 12H2O] растворяют

в1 дм3 дистиллированной воды, нагревают до 60 °С и постепенно прибавляют 55 см3 концентрированного раствора аммиака при постоянном перемешивании. После отстаивания в течение 1 ч осадок переносят

вбольшой стакан и промывают декантацией дистиллированной водой до исчезновения реакции на хлориды.

5.Приготовление 0,5 % раствора крахмала. 0,5 г растворимого крахмала смешивают с небольшим объемом дистиллированной воды, приливают к 100 мл кипящей дистиллированной воды и кипятят несколько минут. После охлаждения консервируют, добавляя хлороформ или 0,1 г салициловой кислоты.

6.Приготовление буферного раствора pH 4,5.

102 см3 1 М уксусной кислоты (60 г ледяной уксусной кислоты в 1 дм3 воды) и 98 см3 1 М раствора уксуснокислого натрия (136,1 г уксуснокислого натрия СН3СОONа · 3Н2О в 1 дм3 воды) наливают в мерную колбу вместимостью 1 дм3 и доводят до метки дистиллированной

79