Обеззараживание питьевой воды.

Источниками питьевого водоснабжения города могут быть подземные или поверхностные воды. Вода, попадая на водозаборные станции, подлежит обязательной обработке: осветлению, обесцвечиванию, коагулированию, отстаиванию и фильтрованию. В результате чего уничтожается до 98 % микроорганизмов.  Финишной обработкой должно быть обеззараживание питьевой воды хлором или гопохлоритом натрия.

Обеззараживание сточных вод, системы очистки сточных вод.

Сточные воды можно разделить на бытовые и производственные.

Очистка бытовых сточных вод.

В бытовых сточных водах находится огромное количество микроорганизмов - туберкулёзная палочка, брюшной тиф, сальмонеллезы, дизентерийная палочка, вирусный гепатит, полиомиелит, холера. Предварительно бытовые сточные воды должны пройти физическую очистку, и на последнем этапе, перед их сбросом в поверхностные воды - обеззараживание.

Очистка производственных сточных вод.

Производственные сточные воды содержат меньше микроорганизмов, но больше неорганических (свинец, ртуть, сода, сульфаты, свинец , азот, марганец, никель, щелочь) и органических веществ (метан, аммиак, пестициды, бензол, альдегиды, толуол, смолы, фенолы). Для них так же необходимо физическая и химическая очистка сточных вод.

Технология очистки сточных вод:

Как и система обеззараживания питьевой воды, системы обеззараживания бытовых и промышленных сточных вод делятся на химическую очистку и физическую. Для эффективного обеззараживания сточных вод возможно применения комбинированного способа. Первичное физическое обеззараживание – ультрафиолетом, вторичное обеззараживание воды хлорированием – примирение гипохлорита натрия, который обеспечивают требование СанПиН 2.1.5.980-00 «Гигиенические требования к охране поверхностных вод»: обеззараженные очищенные сточные воды должны содержать не менее 3 г\ куб.м. активного хлора.

Очистка ливневых сточных вод проводится так же, как и производтсвенных сточных вод.

На станциях очистки сточных вод эффективно используются как периодические установки серии УЭ ГПХН, так и проточные.

3. Напишите уравнения реакций, которые лежат в основе количественного определения остаточного хлора.

 Из уравнения реакции HClO + HCl ® Cl2 + H2O

Вопросы к работе № 3

1. Поясните отличие коллоидных растворов от истинных. Объясните, что такое золь, гидрозоль.

Ранее были рассмотрены истинные растворы, представляющие собой гомогенную смесь компонентов. Истинные растворы содержат атомы или молекулы, размеры которых не превышают 5 нм (5 · 10^-9 м). При увеличении размеров частиц система становится гетерогенной, состоящей из двух или более фаз с границей раздела. Такие системы получили название дисперсных систем.

Все дисперсные системы состоят из сплошной фазы - дисперсионной среды и прерывистой фазы (частиц) - дисперсной фазы. В зависимости от размера частиц дисперсные системы подразделяют на группы: 1) взвеси (суспензии, эмульсии) - системы, у которых частицы имеют размер 10^-6 м (1000 нм) и более;  2) коллоидные системы - частицы имеют размер от 1 до 500 нм.

золь — ультрамикрогетерогенная дисперсная система.

гидрозоли — двухфазные микрогетерогенные дисперсные системы, характеризующиеся предельно высокой дисперсностью, в которых дисперсионной средой является вода — наиболее часто применяемый в аналитической практике растворитель.

2. Дайте понятие седиментации, коагуляции, флокуляции.

Седимента́ция (осаждение) — оседание частиц дисперсной фазы в жидкости или газе под действием гравитационного поля или центробежных сил. Скорость седиментации зависит от массы, размера, формы и плотности вещества частицы,вязкости и плотности среды, а также от ускорения силы тяжести и действующих на частиц центробежных сил.

В поле гравитационных сил седиментируют частицы грубодисперсных систем; в поле центробежных сил возможна седиментация коллоидных частиц и макромолекул (см.центрифугирование).

Седиментацию используют в промышленности при обогащении полезных ископаемых, различных продуктов химической и нефтехимической технологии, при водоочистке и др.

Седиментация в центрифугах и ультрацентрифугах, а также в гравитационном поле лежит в основе седиментационного анализа.

Коагуляция (от лат. coagulatio — свертывание, сгущение), также старение — объединение мелких частиц дисперсных систем в более крупные под влиянием сил сцепления с образованием коагуляционных структур.

Коагуляция — физико-химический процесс слипания коллоидных частиц.

Коагуляция ведёт к выпадению из коллоидного раствора хлопьевидного осадка или кзастудневанию. Коагуляция — естественный, самопроизвольный процесс расслаивания коллоидного раствора на твёрдую фазу и дисперсионную среду. Таким образом дисперсная система стремится достигнуть состояния минимальной энергии.

Флокуляция (от лат. flocculi – клочья, хлопья), вид коагуляции, при которой мелкие частицы, находящиеся во взвешенном состоянии в жидкой или газовой среде, образуют рыхлые хлопьевидные скопления, т. н. флокулы. Флокуляция в жидкихдисперсных системах (золях, суспензиях, эмульсиях, латексах) происходит под влиянием специально добавляемых веществ – флокулянтов, а также при тепловых, механических, электрических и пр. воздействиях. Эффективные флокулянты – растворимые полимеры, особенно полиэлектролиты.   Действие полимерных флокулянтов обычно объясняют адсорбцией нитевидных макромолекул одновременно на различных частицах. Возникающие при этом агрегаты образуют хлопья, которые могут быть легко удалены отстаиванием или фильтрованием. Флокулянты (поликремниевая кислота, полиакриламид и др.) широко используются при подготовке воды для технических и бытовых нужд, обогащении полезных ископаемых, в бумажном производстве, в сельском хозяйстве (для улучшения структуры почв), в процессах выделения ценных продуктов из производственных отходов, обезвреживания промышленных сточных вод. При водоочистке полимерные флокулянты применяют обычно в концентрации 0,1–5 мг/л.Флокуляция под действием органических веществ в природных водоемах – важный фактор их самоочищения.

3. Объясните роль и механизм действия коагулянтов и флокулянтов.

 Механизм действия флокулянтов основан на явлении адсорбции молекул флокулянта на поверхности коллоидных частиц; образование сетчатой структуры молекул флокулянта; слипании коллоидных частиц за счет сил Ван-дер-Ваальса. При действии флокулянтов между коллоидными частицами образуются трехмерные структуры, способные к более быстрому и полному отделению жидкой фазы. Причиной возникновения таких структур является адсорбция макромолекул флокулянта на нескольких частицах с образованием между ними полимерных мостиков.

        Таким образом, флокуляция  - это  процесс, при котором происходит  адсорбционное взаимодействие частицы загрязнений сточных вод с высокомолекулярными веществами (флокулянтами). При этом, в процессе флокуляции происходит процесс хлопьеобразования (при взаимодействии высокомолекулярных веществ с частицами, находящимися в очищаемой сточной воде), с образованием агрегатов (хлопьев, комплексов), имеющих трехмерную структуру.

Механизм действия флокулянтов некоторые авторы объясняют тем, что частицы флокулянта адсорбируются на частицах взвеси и хлопьях коагулянта, превращая их в крупные и прочные агрегаты.

Коагулянт образует в воде хлопья, которые адсорбируют на своей поверхности коллоиды и выделяются в виде осадка. В качестве коагулянтов применяют: сульфат алюминия (глинозем) Al2(SO4)3 · 18 H2O при рН исходной воды 6,5–7,5; сульфат железа (железный купорос) FeSO4 · 7 H2O при рН воды 4–10; хлорное железо FeCl3 · 6 H2O для воды с рН = 4–10; полигидроксихлорид алюминия Al2(OН5)Cl. Для интенсификации процесса коагуляции в воду дополнительно вводят флокулянты (наиболее распространен полиакриламид. Флокулянты способствуют укрупнению осадка и ускоряют процесс слипания осаждаемых коллоидных и взвешенных частиц.       

4. Расскажите порядок работы на рН-метре и фотоэлектроколориметре.

( см выше)

Вопросы к работе № 4

1. Назовите источники фенольных загрязнений. Какова ПДК фенола?

Промышленные сточные воды, содержащие фенолы (растворимыеорганические вещества), выделяются в отдельную группу и подлежат строгомуконтролю. Предельно допустимая концентрация фенола в воде водныхобъектов хозяйственно-питьевого назначения и рыбохозяйственных целейлимитирована до 0,001 мг/л. Это связано с токсичностью и высокойвосстановительной способностью фенолов, со снижением порогаорганолептического обнаружения при хлорировании и свойством ихнакапливаться в мясе и жире рыбы. Существенным источником фенольныхзагрязнений являются производство фенолформальдегидных пластмасс икоксохимическое производство.

2. Охарактеризуйте методы обесфеноливания сточных вод, их особенности.

Многочисленные методы обесфеноливания сточных вод можно разделитьна две большие группы: деструктивные и регенеративные. Деструктивнымиметодами достигается окисление или разрушение фенолов (окисление озоном,активным хлором, электрохимическое окисление, сжигание, биохимическаяочистка). Регенеративными методами фенолы извлекают из сточных вод, и ихможно в дальнейшем вновь использовать (экстракция, ионный обмен,адсорбция). Первая руппа методов пригодна для вод с концентрацией феноловдо 1 г/л. Методы второй группы можно применять там, где концентрацияфенола превышает 1 г/л. Адсорбционный метод рекомендуется для очисткинебольших по объему стоков с содержанием фенолов от 1,5−2,0 г/л и можетприменяться как самостоятельно, так и в комплексе с другими методами.

3. Назовите методы определения содержания фенолов в воде, пояснить ихсущность.

Для определения летучих фенолов при концентрациях до 50 мг/л вповерхностных и сточных водах рекомендуется колориметрический метод сприменением 4-аминоантипирина. Метод основан на образовании соединенийфенола, производных и гомологов с 4-аминоантипирином (1-фенил-2,3-диметил-4-аминопиразолон) в присутствии гексацианоферрата калия[K3Fe(CN)6] или при pH = 10 ± 0,2.

Для определения наиболее низких концентраций летучих фенолов(<0,05 мг/л) в питьевых и поверхностных водах предлагается тот же метод, но спредварительной экстракцией фенолов хлороформом.

Наиболее эффективными сорбентами являются активные угли различныхмарок. Растворенные органические вещества имеют размер частиц менее 10 Å.Они заполняют объем микропор сорбента, полная удельная вместимость, см3/г,которых соответствует поглощающей способности сорбента, поэтому объеммикропор W01 является одной из важнейших характеристик и приводится вспецификациях соответствующих марок активных углей

4. Объясните сущность статического метода сорбции, дайте понятиеизотермы адсорбции, кинетических кривых.

Сорбцию можно проводить в статических и динамических условиях.Статический метод служит для изучения кинетики сорбции, изотерм сорбции, атакже для исследования факторов, влияющих на процесс адсорбции:температуры, концентрации, кислотности сточной воды и др. Сорбция встатических условиях осуществляется путем интенсивного перемешиванияобрабатываемой воды с сорбентом в течение определенного времени τ ипоследующего отделения сорбента от воды в результате отстаивания,отфильтровывания. Последовательным введением чистых порций сорбента вочищаемую воду можно очистить ее от загрязняющего вещества до любойзаданной концентрации.

При однократном введении сорбента в количестве m г на 1 лобрабатываемой воды исходным расчетным уравнением является уравнениебаланса вещества

m·a+Q·С_τ = Q·C₀,

где а – удельная сорбция; Q – количество обрабатываемых сточных вод; С_τ –концентрация вещества, устанавливающаяся в воде после перемешивания водыи сорбента в течение времени τ; C₀ – концентрация вещества в исходной воде.

Соотношение между а иС_τ можно выразить

а = (Q (C₀-С_τ))/m.

Фактическое время перемешивания τ может быть принято значительноменьше τ_равн , при котором достигается близкое к равновесному состояние. Вэтом случае соотношение междуС_τ и a будет выражено зависимостью

a = к·С_τ.

Изотермы адсорбции представляют собой зависимость величины сорбции(а) целевого компонента от его концентрации (С_τ) в очищаемой среде вусловиях равновесия. Наряду с изотермами адсорбции практический интереспредставляют кинетические кривые адсорбции. Они выражают зависимостьвеличины сорбции (а) вещества каким-либо сорбентом или остаточнойконцентрации вещества (С₀-С_τ) в очищаемой воде от времени τ.

5. Назовите основные характеристики сорбентов для сравнения ихэффективности.

Наиболее эффективными сорбентами являются активные угли различныхмарок. Растворенные органические вещества имеют размер частиц менее 10 Å.Они заполняют объем микропор сорбента, полная удельная вместимость, см3/г,которых соответствует поглощающей способности сорбента, поэтому объеммикропор W01 является одной из важнейших характеристик и приводится вспецификациях соответствующих марок активных углей

6. Назовите способы утилизации сорбентов.