Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Современные системы очистки сточных вод. Лабораторный практикум. Практикум
.pdf
Лабораторная работа № 7
ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССА РЕАГЕНТНОЙ НЕЙТРАЛИЗАЦИИ
ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД
Теоретическая часть. Производственные сточные воды содер-
жат щёлочи и кислоты. В большинстве кислых стоков содержатся соли
тяжёлых металлов. Указанные сточные воды производства с содержанием красителя 80…100 г/л обычно ответственны за окрашивание
суммарного стока, поэтому и требуют обесцвечивания на локальных
установках до смешения с общим стоком.
дачей на биологи-
Кроме того, кислые и щелочные воды пер
ед по
ческие очистные сооружения или перед выпуском в водоём должны
быть нейтрализованы.
Также, нейтрализация сточных вод необходима для предотвраще-
ния коррозии трубопроводов, канализационных сооружений.
С целью обезвреживания таких сточных вод их подвергают ней-
трализации до pH = 6,5…8,5.
Применяют следующие способы нейтрализации:
1) взаимная нейтрализация кислых и щелочных сточных вод
и им
(если он
еются на данном предприятии);
2) нейтрализация реагентами;
3) фильтрование через нейтрализующие материалы (известняк,
доломит, магнезит, обожженный магнезит).
При наличии на предприятии только кислых или только щелочных сточных вод их нейтрализацию проводят реагентами. Для этого
используют натр едкий технический, соду кальцинированную, известь
строительную, карбонат кальция, диоксид углерода, аммиак. В качес
ве нейтр
ализующих добавок могут быть также использованы отходы
т-
производства: карбидный шлам ацетиленовых станций, шлам от установок химводоочистки.
Кислые сточные воды встречаются гораздо чаще щелочных.
Общие характеристики нереагентных методов нейтрализации кислых
сточных вод представлены ниже в таблице.
Метод взаимной нейтрализации кислых и щелочных сточных вод
р
широко используют на предприятиях химической п
омышленности.
Вследствие различного режима образования и сброса этих вод применяют регулирующие и усредняющие устройства, с помощью которых
сточные воды равномерно выпускаются в канализацию и обеспечивается максимальное использование кислых и щелочных агентов, содержащихся в сточных водах.
41
Кислота,
содержа-
щаяся
в сточных
водах
Концен-
трация
Режим
притока
Способы нейтрализации
Смешением со
щелоч-
ными
стоками
Раствором
Извести
*
Фильтрованием
через
Известняк
Известняка
Мел
Доломит
Серная
кислота
< 1,5
> 1,5
< 1,5
> 1,5
Соляная
кислота
> 0
> 0
Углекислота и другие
> 0
слабые
кислоты
*
Условные обозначения:
«+» – применение способа рекомендуется;
«0» – применение способа допускается;
«–» – применение способа не рекомендуется [21, 22, 25, 26].
> 0
Равно-
мерный
Равно-
мерный
Неравно-
мерный
Неравно-
мерный
Равно-
мерный
Неравно-
мерный
Равно-
мерный
Неравно-
мерный
+ + 0 – + +
+ + – – – –
+ 0 0 – + +
+ 0 – – – –
+ + + + + +
+ 0 0 + + +
+ + – – – –
+ 0 – – – –
Способ нейтрализации путём фильтрования сточных вод через
нейтрализующие материалы не получил широкого распространения
в отечественной промышленности из-за возникающих эксплуатационных трудностей, обусловленных слеживаемостью и цементированием
загрузки, выносом частиц с нейтрализованной водой.
Наибольшее применение для нейтрализации сточных вод получили гашеная и негашёная известь. Достоинствами извести являются
лизация воды при нейтрализа-
невысокая стоимость и меньшая минер
а
ции серной, сернистой, фосфорной и угольной кислот. Однако образо-
42
вание осадка при нейтрализации обусловливает необходимость строительства устройств для осветления нейтрализованной воды.
Цель работы – ознакомление с процессом нейтрализации произ-
водственных сточных вод.
Приборы и реактивы: сточные воды производства или заранее
приготовленный имитат таковой (100 мл), соляная кислота (2 н.) –
4…5 мл, колбы плоскодонные (500 мл) – 2 шт.; мерный цилиндр
(50 мл); бюретка (50 мл); фарфоровая чашка; электроплитка; ун
сальная инди
каторная бумага или pH-метр; воронка для фильтрования;
ивер-
фильтровальная бумага; технические весы.
Описание установки. Установка представляет собой штатив
с закреплённой на нём бюреткой для титрования и набор колб и другой необходимой лабораторной посуды.
Подготовка к работе. До начала лабораторной работы:
а) преподаватель определяет:
– вид, объём и харак
теристики сточн
ой воды или её имитата;
– способ заполнения колб и бюретки;
– способ измерения массы фарфоровой чашки и сухого продукта;
– способы измерения цвета, цветности и pH;
б) лаборант готовит к проведению занятий:
– лабораторную установку;
– приборы, реактивы и методические рекомендации;
в) студент изучает:
– сущность, теоретические основы и практические особенности
процесса нейтр
– методические р
ализации;
екомендации по проведению лабораторной
работы.
Ход работы
1. Сточная вода с производства либо заранее подготовленный
имитат сточной воды добавляется в плоскодонную колбу в объёме
= 100 мл.
V
общ
2. С помощью универсальной индикаторной бумаги или
pH-метра определяется pH
сточных вод или её имитата.
нач
3. Визуально определяется цвет и стандартным способом изме-
ряется цветность Ц
сточной воды или её имитата.
нач
4. На технических весах взвешивается пустая фарфоровая чашка
и записывается её масса (m
5. Мерным цилиндром отбирается V
ф. ч
).
= 10 мл сточной воды
отбир
или её имитата, переливается в фарфоровую чашку и нагревается на
плитке до полного испарения жидкости.
43
6. Фарфоровая чашка охлаждается и снова измеряется её масса
(m
).
общ
7. Вычисляется масса сухого остатка по формуле:
m
с. о
= m
общ
– m
ф. ч
, г.
8. Вычисляется общая масса солей, содержащихся в сточной
воде или её имитате:
m
соли
=
V
V
общ
отбир
m
, г.
ос.
9. Определяется цвет выделенных солей.
10. Из фильтровальной бумаги изготавливается складчатый
фильтр и через него отфильтровывается оставшаяся сточная вода или
её имитат.
11. Мерным цилиндром отбирается 20 мл сточной воды или
её имитата и переливается в плоскодонную колбу.
12. Данная жидкость титруется соляной кислотой (2 н.) до полно-
го обесцвечивания сточной воды или её имитата.
13
. Визуально оп
ределяется цвет и стандартным способом изме-
ряется цветность Цкон нейтрализованной жидкости.
14. Определяется эффективность обесцвечивания по формуле:
ηЦ = Ц
нач
/ Ц
кон
.
15. Записывается объём соляной кислоты, пошедшей на титрова-
ние (V
), и рассчитывается общий объём кислоты (V
HCl
общ HCl
), необхо-
димой для обесцвечивания всего объёма сточной воды или её имитата,
по формуле:
V = , мл.
HClобщ
V
V
общ
отбир
V
HCl
16. Используя универсальную индикаторную бумагу или
pH-метр, измеряется рН
нейтрализованной сточной воды или её
кон
имитата.
17. Рассчитывается эффективность нейтрализации по формуле:
ηpH = pH
нач
/ рН
кон
.
18. Полученные результаты сводятся в таблицу.
44
Характеристика
Кислотность /
щелочность
Сточная вода
или её имитат
Нейтрализо-
ванная вода
Эффективность
процесса
pH
/ pH
нач
кон
=
Сухой
продукт
х
Объём соляной
кислоты
на титрование
общ HCl
, мл
V
х х х
Цвет х
Ц
/ Ц
Цветность Ц,
град.
Масса сухого
остатка m
с. о
, г
нач
х х х
=
кон
Масса солей,
содержащихся
в сточной воде
х х х
или её имитате
, г
m
соли
19. Делаются выводы об особенностях и эффективности нейтра-
лизации сточной воды или её имитата.
Порядок приготовления имитата сточной воды
1. В качестве имитата сточных вод готовится водный раствор
ряда химических веществ, присутствие которых в воде отражает
требуемые её свойства как сточной воды.
2. Соблюдается следующий примерный состав имитата:
– карбонат натрия – 25 г/л;
ид натрия – 62 г/л;
– хло
– гидроксид натрия (2 н.) – 40 мл/л;
– фенолфталеин – 104 мл/л.
3. После приготовления рН имитата должно составлять пример-
но 11.
Вопросы к защите лабораторной работы
1. Сущность и задачи процесса нейтрализации сточных вод.
2. Кислотность / щелочность сточных вод: причины, свойства,
влияние на окружающую среду и здоровье человека.
3. Произведение растворимости pH: об
особенности вычисления, методы измерения.
р
щая хара
ктеристика,
45
4. Сущность и особенности нейтрализации путём смешения
кислых и щелочных стоков.
5. Реагентная нейтрализация: организация процесса, химизм,
применяемые реагенты.
6. Нейтрализация сточных вод растворами извести или известняком.
7. Особенности нейтрализации сточных вод через различные
виды загрузки (известняк, доломит, мел).
8. Классификация оборудования для нейтрализации сточных
вод.
9. Дырчатые смесители для нейтрализации сточных вод.
. Перег
10
ородчатые смесители для нейтрализации сточных вод.
11. Ершовые смесители для нейтрализации сточных вод.
12. Конструкции и особенности применения аппаратов с мешал-
кой для нейтрализации сточных вод.
13. Организация процесса нейтрализации сточных вод в первич-
ных отстойниках.
14. Особенности дозирования и устройство дозаторов для дози-
рования реагентов в процессе нейтрализации сточных вод.
н
15. Конструкции и особен
ости применения контактных фильтров с загрузкой из известняка, доломита и мела для нейтрализации
сточных вод.
46
Лабораторная работа № 8
ИЗУЧЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК
ПРОЦЕССА ОБРАТНООСМОТИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ ВОДЫ
Теоретическая часть. Мембранная фильтрация (обратный
осмос) – процесс молекулярно-ионного разделения неоднородных систем (эмульсий, реже коллоидных растворов) и однородных систем
(растворов «жидкость – жидкость», реже смесей «газ – газ») при их
движении через различного вида твёрдые фильтровальные перегородки (полупроницаемые пористые с диаметром пор 0,1…8 мкм или
сплошные мембраны) под действием разности рабочего давления
над системой и ос
мотического давления у поверхности фильтровальной перегородки; при этом перегородка пропускает растворитель и
задерживает растворённое вещество.
Однородная система (раствор «жидкость – жидкость») подаётся
в установку обратного осмоса. К однородной системе прикладывается
давление, превышающее осмотическое давление, в результате чего
молекулы и ионы одного из компонентов раствора (растворителя) начинают пер
еходить че
рез полупроницаемую мембрану во второе отделение аппарата, а молекулы и ионы других компонентов раствора
(растворённых веществ) задерживаются мембраной в первом отделении. В результате полной реализации процесса однородная система
(раствор) разделяется на пермеат (условно чистый растворитель).
Загрязняющим компонентом в однородной системе может быть как
пермеат, так и ретант.
да пермеат и ретант называют, соответственно, фильтратом
Иног
и концентратом.
В основе процесса мембранной фильтрации лежит явление осмоса – самопроизвольного перехода молекул и ионов растворителя через
полупроницаемую мембрану в раствор. В зависимости от соотношения
рабочего давления над раствором Р и осмотического давления у поверхности мембраны П изменяется направление перехода молекул и
в растворителя.
но
ио
Осмотическое давление – это давление у поверхности мембраны,
при котором через мембрану из раствора переходит такое же количество растворителя
ратно в раствор
G , какое количество растворителя переходит об-
1п
G , иначе говоря, наступает равновесие.
2п
Если рабочее давление Р меньше осмотического π, то растворитель самостоятельно переходит в раствор, иначе говоря, происходит
осмос. Если рабочее давление Р больше осмотического π, то раствори-
47
тель переходит через мембрану из раствора, т.е. происходит обратный
осмос. При этом полупроницаемая мембрана, пропуская молекулы
и ионы растворителя, задерживает молекулы и ионы растворённых
веществ.
Движущей силой процесса мембранной фильтрации (в случае
обратного осмоса) является разность рабочего давления Р и осмотического давления раствора у поверхности мембраны
П .
3
В реальных условиях мембраны не обладают идеальной полупроницаемостью, и наблюдается переход через мембрану не только молекул и ионов чистого растворителя, но и некоторого количества молекул и ионов растворённых веществ.
Такое явление изменяет движущую силу процесса (в случае
обратного осмоса).
Механизм переноса молекул и ионов различных веществ через
мб
полупроницаемые ме
раны объясняется следующими теориями.
1. Теория просеивания предполагает, что в полупроницаемой
мембране существуют поры, размеры которых достаточны для того,
чтобы пропускать молекулы и ионы растворителя, но слишком малы
для того, чтобы пропускать молекулы и ионы растворённых веществ.
2. Теория молекулярной диффузии основана на неодинаковой
растворимости и на различии коэффициентов диффузии разделяемых
онентов загр
комп
язнённой системы в объёме и порах мембраны.
3. Теория капиллярно-фильтрационной проницаемости основана
на различии физико-химических свойств граничного слоя дисперсионной среды или растворителя на поверхности мембраны и частиц дисперсной фазы или раствора в объёме. На поверхности внутри пор
(капилляров) мембраны, погружённой в раствор, возникает граничный
орителя. Этот слой образует плёнку определён-
слой связанного ра
ств
ной толщины. Связанный в граничном слое растворитель теряет свою
растворяющую способность по отношению к растворённым в объёме
компонентам. Поэтому под действием перепада давления этот растворитель из граничного слоя перетекает по капиллярам через мембрану,
если размер капилляров в мембране меньше размеров ионов и молекул
растворённых вещест
в (ме
ньше 20
o
А ) [7, с. 432–433]. Но реальные
мембраны имеют поры различного размера, в том числе и крупные
o
(больше 20
), поэтому часть молекул и ионов растворённых веществ
А
может проникать через эти крупные капилляры. Следовательно, селективность (задерживающая способность) мембраны тем выше, чем
больше толщина граничного слоя и чем больше размеры молекул
и ионов растворённых веществ.
48
Процессы мембранной фильтрации характеризуются двумя ос-
новными параметрами: проницаемостью и селективностью мембраны.
Виды мембранной фильтрации:
• гиперфильтрация (обратный осмос) – выделение низкомоле-
кулярных растворённых веществ из растворов под давлением через
полупроницаемые мембраны;
• ультрафильтрация – выделение высокомолекулярных раство-
рённых веществ из сточной воды;
• испарение через мембрану – испарение растворителя (чистой
воды) через мембрану в вакуум или поток инертного газа;
• диализ – самопроизвольное ионное разделение однородных и
неоднородных систем через полупроницаемую мембрану;
• диффузионное разделение газов – разделение газов под действи-
ем разности их концентраций по обе стороны мембраны [7, c. 429–430];
• микрофильтрация – выделение из загрязнённых систем час-
тиц загрязнений размерами 0,02…10 мкм.
Цель работы – изучить принцип действия и технологические
характеристики процесса очистки воды на обратноосмотической установке с частичным возвратом фильтрата в исходный раствор.
Приборы и реактивы: лабораторная обратноосмотическая уста-
новка; цифровой кондуктометр; штатив с пробирками; колбы; водопроводная вода или имитат сточной воды.
Описание установки. Установка представляет собой лаборатор-
ный обратноосмотический модуль. Для очистки воды в данном процессе используются мембранные обратноосмотичекие элементы
с композитной мембраной на основе полиамида.
В состав установки входят фильтр грубой очистки магистральный Ф, ёмкость для исследуемого раствора Е1, ёмкость моющего раствора Е2, аппараты рулонные А1, А2, электронасосы Н1, Н2, шкаф
упра
вления, система КИПиА, трубопроводы.
Условно установка разделена на две линии. Каждая из них содержит рулонный элемент и насос. Рабочее давление в режиме низконапорного обратного осмоса – 0,6…1,6 МПа, в режиме высоконапорного
обратного осмоса – 1,6…5,5 МПа.
Первая линия служит для проведения экспериментальных работ
на обратном осмосе низкого давления. Здесь осуществляется контроль
процесса по электроп
роводности, расходам, температуре с выводом
значений всех показателей на шкаф управления.
Вторая линия работает в ручном режиме с необходимыми приборами КИПиА (манометры, ротаметры и т.д.) для высоконапорного
49
обратноосмотического разделения и концентрирования растворов с
высоким солесодержанием.
Стенд оборудован двумя многоцелевыми ёмкостями, являющимися общими как для первого, так и для второго узла обратноосмотического разделения.
Ёмкость Е1 предназначена для заполнения исходным (предназначенным для очистки) раствором, сбора концентрата в процессе концентрирования и оборудована теплообменником для охлаждения раствора, пр
иборами контроля температу
ры, а также датчиком уровня.
Ёмкость Е2 предназначена для сбора фильтрата или концентрата
(в зависимости от целей эксперимента). Она оборудована теплообменником, прибором контроля температуры.
В схеме предусмотрена возможность слива фильтрата и/или концентрата в дренаж (канализацию).
Первая и вторая линия одновременно работать не могут. При работа
м насосе HI, насос Н2 блокируется.
юще
Исследуемый раствор из ёмкости поз. Е1 насосом H1 подается
для разделения на аппарат А1 с низконапорной обратноосмотической
мембраной или насосом Н2 – на аппарат A2 с высоконапорной мембраной. В процессе разделения поток делится на две части: пермеат –
очищенная и обессоленная вода и концентрат – обогащенный солями
и др. примесями. Во
можна работа в режиме разделения, т.е. пермеат
з
и концентрат возвращаются в исходную ёмкость Е1 и в режиме концентрирования, при этом пермеат отводится на дальнейшую переработку, а концентрат возвращается в исходную ёмкость. Часть концентрата через вентиль В2 (В4) поступает в линию рециркуляции,
что обеспечивает оптимальную скорость движения воды над поверх
-
ностью мембраны и предотвращает забивку мембран. Одновременно
возможна подпитка в ёмкости Е1 исследуемого раствора.
Система КИПиА лабораторной обратноосмотической установки
позволяет осуществлять:
– контроль и регулирование температуры в ёмкости Е1;
– регулирование давления после насоса H1;
– контроль и регулирование давления концентрата на выходе из
аппарата.
Подготовка к работе. До начала лабораторной работы:
а) преподаватель определяет:
– вид, объём и характеристики воды или её имитата;
– способ заполнения колб и другой лабораторной посуды;
– способ отбора проб;
– способы измерения общего солесодержания;
50
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]