49

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

«Полоцкий государственный университет»

Кафедра химической техники

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к выполнению лабораторных работ по курсу

“Отраслевая экология” для студентов специальности

36.01.04. «Оборудование и технология высокоэффективных процессов обработки материалов» машиностроительного факультета.

Новополоцк 2007

СОДЕРЖАНИЕ

Лабораторная работа №1 «Реагентное разделение СОЖ с применением коагулянтов, флокулянтов»	3
Лабораторная работа №2 «Влияние неоднородной поверхности на кинетику электрохимической коррозии металлов».	8
Лабораторная работа №3 «Оксидирование поверхности металлов».	14
Лабораторная работа №4 «Умягчение, обессоливание и обескремнивание воды методом ионного обмена»	19
Лабораторная работа №5 «Определение окисляемости природных и сточных вод»	22
Лабораторная работа №4 «Оценка состава и свойств сточной воды» Лабораторная работа №4 «Определение нитратов в сточной и питьевой воде» Лабораторная работа №4 «Определение фосфатов в сточной и питьевой воде» Приложение	24 38

Лабораторная работа №1 реагентные способы разделения сож

Введение

Коагуляция – процесс слипания частиц в дисперсных системах, ведущий к уменьшению числа частиц дисперсной фазы, снижению их свободной поверхности и к увеличению массы каждой частицы. Особенно эффективно процесс коагуляции проходит в области коллоидной дисперсности, т.е. мельчайших частиц, находящихся во взвешенном состоянии в поле сил тяжести не выпадающих в осадок.

Коагуляция в естественных условиях происходит под влиянием молекулярных сил при соударении частиц в результате броуновского движения.

Коагуляция ускоряется под действием внешних сил и воздействий: при перемешивании, при градиентном или неравномерном течении, при акустическом воздействии или под действием звуковых волн, вызывающих сближение частиц, при поляризации в электрическом поле.

Коагулянты – вещества, способные вызывать или ускорять коагуляцию. При введении в дисперсную систему коагулянтов ускоряется и облегчается отделение частиц дисперсной фазы от сплошной среды.

Концентрация коагулянта, при которой наступает быстрая коагуляция, называется порогом коагуляции.

Широко распространены полимерные коагулянты – различные растворимые высокомолекулярные соединения. Макромолекулы полимерного поверхностно-активного вещества закрепляются отдельными участками цепи одновременно на двух частицах и таким образом связывают частицы в прочные флокулы, устойчивые к механическому разрушению при перемешивании. Полимерная флокуляция используется в процессах обогащения руд, при водоочистке, в производстве бумаги и в экологических процессах очистки промстоков и хозбытовых сточных вод.

Особый случай коагуляции представляет гетерокоагуляция, при которой две дисперсные системы взаимно коагулируют друг друга в результате прилипания частиц одной дисперсной фазы к частицам другой. Обычно это происходит при разноименно заряженной поверхности частиц каждой дисперсной фазы. В этом случае ионо-электростатические силы приводят к притяжению частиц, а не к их отталкиванию. Использование мелкодисперсной золы, извести и других материалов для гетерокоагуляции вместо применения дорогостоящих полимерных коагулянтов более эффективно и экономически целесообразно особенно в экологических процессах. С гетерокоагуляцией связан механизм коагулирующего воздействия солей многовалентных металлов, которые гидролизуются с образованием коллоидного гидрооксида.

Смазочно-охлаждающая жидкость (СОЖ) представляет собой концентрат водосмешиваемой полусинтетической СОЖ на основе минерального масла, органических поверхностно-активных веществ (ПАВ), антифрикционных присадок с ингибиторами коррозии и бактерицидом.

СОЖ разработана для использования на металлообрабатывающем оборудовании с циркуляционной подачей технологической подачей технологической среды, на станках специального назначения или на ручных слесарных работах. Концентрация эмульсии зависит от состава технологической операции и обрабатываемого материала.

Для обезвреживания отработанной эмульсии СОЖ могут использоваться несколько методов:

• Метод ультрафильтрации.

• Метод огневого обезвреживания.

• Реагентный метод.

Цель работы:

Изучение процесса коагуляции и возможности его применения для очистки промышленных сточных вод от тонкодисперсной твердой или жидкой фазы ( особенно коллоидных взвесей ).

Степень очистки СОЖ определяют фотометрическим методом с помощью каллориметра фотоэлектрического компенсационного КФК-2.

Принцип измерения светопропускания состоит в том, что на фотоприемник поочередно направляются потоки – полный (прошедший через дистиллированную воду) и частично поглащенный после прохождения через исследуемую среду и затем определяется их отношение. Концентрацию примесей в пробах находят по градуировочному графику. Для построения градуировочного графика приготавливают серию стандартных растворов (с известным содержанием примесей). Обычно это делают, разбавляя исходную неочищенную жидкость дистиллированной водой в известной пропорции. Измеряются коэффициенты светопропускания этих растворов и строят градуировачный график. Тогда концентрацию частиц в исследуемой пробе очищаемой жидкости определяют по этому градуировочному графику с учетом измеренного коэффициента светопропускания.

.Методика проведения исследований при коагуляционном разделении смазочно-охлаждающей жидкости и обработки результатов опытов

1.Приготовить серию стандартных растворов для построения градуировочного графика. Для этого исходный раствор СОЖ разбавляют дистиллированной водой, в соотношении, указанном в таблице 1.

Таблица 1

Параметры стандартных растворов СОЖ

Разбавление	1:0	1:0,1	1:0,2	1:0,4	1:0,6	1:1	1:1,4	1:2,3	1:4	1:9	1:99	1:999
Относительная концентрация, %	100	91	83	71	63	50	42	30	20	10	1	0,1
Коэффициент светопропускания, %
Чувствительность

Измерить на колориметре коэффициент светопропускания приготовленных растворов.

Для этого необходимо:

включить прибор тумблером, расположенным на задней стенке слева ;

открыть крышку кюветного отделения 7 (рис.2);

установить кювету с дистиллированной водой в крайнее отделение 1;

переключатель светофильтров 8 установить в положение 750 нм;

переключатель 5 установить в положение 1;

ручку 6 перевести в положение 1 чувствительности (шкала красного цвета);

закрыть крышку кюветного отделения;

регуляторами 3 и 4 установить стрелку на число 100 шкалы коэффициента светопропускания Т;

установить кювету с исследуемым раствором в ближнее отделение 2 и закрыть крышку;

перевести ручку 6 в положение 1, переключатель чувствительности 5 в положение 1 шкалы красного цвета;

установить если необходимо стрелку на число 100;

перевести рукоятку 6 в положение 2 и снять показания прибора (если стрелка показывает меньше 10%, то переключатель чувствительности прибора перевести в положение 3) ;

занести в таблицу 1 показания прибора и чувствительность, на которой сняты показания;

проделать вышеперечисленные операции для всех 12 растворов таблицы 1.

Построить тарировочный график с учетом того, что первый диапазон чувствительности соответствует показаниям шкалы прибора, второй диапазон – показания прибора необходимо уменьшить в 3 раза, третий диапазон – показания прибора уменьшить в 9 раз.

Реагентный метод.

Оборудование: лабораторная центрифуга, фильтровальная установка, рН-метр.

Реагент – коагулянт: FeCl₃ (Fe(OH)₃) или Al(OH)₃; Al₂(SO₄)₃; Fe₂(SO₄)₃.

- флокулянт: праестол, седипур.

Реагентный метод очистки включает в себя несколько стадий:

Первая стадия заключается в разрушении эмульгаторов водомаслянных эмульсий за счет добавления концентрированной серной кислоты до рН=5.5 Во второй стадии обезвреживания происходит сорбция оставшихся в сточной воде масел на гидроокисях алюминия, образовавшихся при добавлении в стоки 6 %-ного раствора глинозема (используются также коагулянты: хлорид железа или алюминия; гидроокись алюминия и железа) и 2 %-ного раствора известкового молока до рН=7; для ускорения процесса осаждения осадка добавляется 0.1 % -ный раствор полиакриламида (ПАА) (аналоги - возможные флокулянты: праестол, седипур). При использовании принципа разделения дисперсной фазы (масла) от сплошной среды (воды) в поле действия центробежных сил процесс осаждения осадка протекает в несколько раз быстрее.

Порядок выполнения работы:

К 70 мл пробы прилить 1мл концентрированной серной кислоты. Масляный слой, образовавшийся на поверхности жидкости, удаляют. Для этого водный слой перелить в другую емкость и добавить 2 мл р-ра извести. Постепенно приливая, 10 мл 6 % р-ра коагулянта (Аl(ОН)₃) и 1 мл 0,1 % р-ра флокулянта (седипур) осаждаем полученный осадок. Раствор фильтруем и определяем коэффициент светопропускания.

2.1. Реагентное кондиционирование в поле действия

центробежных сил.

Исследовать влияние флокулянта на разделение СОЖ и определить эффективную дозу. Центрифугирование с добавлением различного количества флокулянта марки «Седипур» проводить на лабораторной центрифуге периодического действия, позволяющей менять число оборотов в диапазоне 0 – 6000 об/мин.

Концентрация рабочего раствора флокулянта – 0,1 % масс.

Объём пробы осадка – 50 мл.

Время центрифугирования – 5 мин.

Число оборотов центрифуги – 4000 об/мин.

Дозировка флокулянта задается преподавателем.

Результаты эксперимента свести в таблицу 3.

Таблица 3. Параметры проб очищаемой жидкости с добавлением флокулянта на центрифуге

пп/п	Доза флокулянта, мл 0,1 % раствора	Коэффициент светопропускания,%	Относительная концентрация	Концентрация, С мг/л	Э, %
1
2
3

где Э – эффективность разделения, определяется по формуле 2:

%. (2)

Построить график зависимость концентрации от дозы флокулянта, по графику определить эффективную (оптимальную) дозу флокулянта «Седипур». Перевести оптимальное количество флокулянта в г сухого флокулянта/кг сухого вещества осадка.

Содержание отчета

Отчет должен содержать цель работы, схему лабораторной установки и кинетическую кривую, таблицу 2, вывод о необходимом времени обработки при заданной степени очистки и плотности тока. Данные и сравнительный анализ по двум методам очистки.

Техника безопасности:

Работу на электрофлотокоагуляторе проводить в присутствии преподавателя или лаборанта.

Помните, что выполнение лабораторной работы связано с электроустановками: электрофлотокоагулятором, выпрямителем постоянного тока и фотоэлектрическим калориметром - и требует выполнения правил электробезопасности.

Не пытайтесь самостоятельно устранить неисправности. В случае их появления установку необходимо выключить и сообщить о неисправностях преподавателю или лаборанту.