71. Вычисление содержания агрессивной углекислоты с помощью таблицы

Анализом устанавливают количество свободной и связан­ной углекислоты (если содержание гидрокарбонатного иона дано в мг-экв/л, то его нужно умножить на эквивалентную массу СО₂, т. е. на 22). Сумму свободной и связанной углекислоты (в мг/л) находят в графе S, а в графе G — соответствующую ей сумму связанной и агрессивной углекислоты. Вычитая из последней величины найденное количество связанной углекислоты, получают количество агрессивной СО₂, содержащейся в 1 л воды.

Пример. На опыте установлено, что вода из артезианской скважины содер­жит 4,70 мг-экв/л гидрокарбонатного иона и 50 мг/л СО₂. Определить количество агрессивной углекислоты.

Решение. 1. Определим содержание в воде связанной углекислоты:

4,70x22= 103,4 мг/л.

2. Определим сумму свободной и связанной углекислоты (5):

103,4 + 50 = 153,4 мг/л.

2. Находим в графе 5 цифру 153 и соответствующее ей значение суммы свя­занной и агрессивной углекислоты в графе G— 114,7.

3. Вычитая из 114,7 количество связанной углекислоты, получим количество агрессивной:

х = 114,7 — 103,4 = 11,3 мг/л.

Следовательно, в испытуемой воде содержится 11,3 мг/л агрессивной угле­кислоты.

72. Индекс насыщения воды карбонатом кальция

Характеристику стабильности воды определяют по индексу насыщения I ее карбонатом кальция. Для этого используются номограммы, по которым определяют значение функции от заданных величин.

При заданных концентрациях: иона кальция (Са²⁺, мг/л), щелочности воды (Щ, мг-экв/л), общего солесодержания (Р, мг/л) и определенной температуре (t) испытуемой воды — находят с по­мощью номограммы значение функции от этих аргументов и опре­деляют расчетным путем значение pH_s, соответствующее равновес­ному состоянию системы в этих условиях по формуле: рH_s= f₁(t)- f₂ (Са²⁺) – f₃ (Щ) + f₄ (Р)

Затем, производя сравнение опытного значения рН₀ этой воды с расчетным pH_s, находят индекс насыщения: I=рН₀—pH_s. Вода считается стабильной, если индекс насыщения I равен нулю. При положительном значении I вода склонна к отложению карбоната кальция на стен­ках аппаратуры. При отрицательном значении индекса насыщения вода агрессивна по отноше­нию к металлу и бетону, поэтому ее подвергают дополни­тельной обработке — стабилизации.

Пример. Установлено, что в воде при t= 10° С и рН 7 содержится 50 мг/л иона кальция, 300 мг/л солей, а щелочность воды 2 мг-экв/л. Рассчитать индекс ста­бильности.

Решение. По номограмме находим значение функции заданных величин и рассчитываем pH_s = 2,35—1,7—1,3+8,81 =8,16. Тогда I=рН₀—pH_s=7,0—8,16=- 1,16. Вода агрессивна, в ней количество свободной углекислоты превышает равновесную. Требуется проводить ее стабилизацию.

73. Особенности химического состава бытовых и производственных сточных вод

Бытовые сточные воды образуются при приготовлении пищи, мытья посуды, уборки помещения, из санитарных узлов, прачеч­ных, ванн и бань. Эти воды представляют собой неустойчивую поли­дисперсную систему, частицы которой по своим размерам колеблют­ся от грубых до высокодисперсных (молекулы и ионы). Минеральные соединения в бы­товых сточных водах представлены солями аммония, фосфатами, хлоридами, гидрокарбонатами и другими соединениями, образую­щимися в результате жизнедеятельности человека и разложения органических веществ. Бытовые сточные воды имеют обычно сла­бощелочную реакцию среды (рН 7,2—7,8). Минеральные и органи­ческие примеси в воде могут в зависимости от степени дисперсно­сти находиться во взвешенном, коллоидном и растворенном состоя­ниях. Органичес­кие вещества бытовых сточ­ных вод можно разделить на две группы: 1) безазотис­тые, содержащие углерод, водород и кислород; 2) азот­содержащие вещества. Основная часть безазотистых органических примесей бытовых сточных вод представлена углеводами и жирами. В бытовых сточных водах могут содержаться в небольших коли­чествах и другие безазотистые органические соединения (кислоты, спирты, альдегиды, кетоны и т. п.). Компонентами являются такие полисахариды, как целлюлоза и крахмал. Азотсодержащие органические соединения представлены в быто­вых сточных водах белками и продуктами их гидролиза — пептида­ми и аминокислотами. активной частью являются поверхностно-активные вещест­ва, они стали постоянным компонентом быто­вых сточных вод. Бактериальное население бытовых сточных вод представлено микроорганизмами, живущими в организме человека и животных, бактериями, разлагающими ор­ганические вещества.

Концентрация загрязнений в бытовой воде:

где а — количество загрязнений данного вида, приходящееся на 1 чел. в сутки; g— норма водоотведения на 1 чел. в сутки; 1000—коэффициент перехода от граммов к миллиграммам.

Производственные сточные воды в основном загрязнены отходами и выбросами производства. Количественный и качественный состав таких стоков разнообразен и зависит от отрасли промышленности, ее технологических процессов. По составу сточные воды делят на три основные груп­пы, содержащие:

•       неорганические примеси (в том числе токсические); •       органические примеси;

•       неорганические и органические загрязняющие примеси.

К первой группе относятся сточные воды содовых, сульфатных, азотно-туковых заводов, обогатительных фабрик свинцовых, цинковых, никелевых руд и т. д., в которых содержатся кислоты, щелочи, ионы тяжелых металлов и др. Сточные воды второй группы сбрасывают нефтеперерабатывающие и нефтехимические заводы, предприятия органического синтеза, коксохимические и др. В стоках содержатся различные нефтепродукты, аммиак, альдегиды, смолы, фенолы и другие вредные вещества. Сточные воды третьей группы образуются в процессах гальванохимической обработки поверхностей, производстве печатных плат электронной техники, в коксохимических и других технологических процессах. В составе этих стоков присутствуют неорганические кислоты, ионы тяжелых металлов, ПАВ, масла, красители, смолы и другие вещества. Фенол содержится в сточных водах многих нефтехимических предприятий и коксохимических производств. При этом резко снижаются биологические процессы водоемов, процесс их самоочищения, вода приобретает специфический запах карболки.

74.Санитарно-химический анализ сточных вод

В водах, поступающих на канализационную очистную стан­цию, определяются: 1) температура; 2) окраска; 3) запах; 4) про­зрачность по шрифту; 5) рН; 6) осадок по объему в цилиндрах Ли­сенко через 5, 10, 15, 30, 60 и 120 мин; 7) относительная стабиль­ность по обесцвечиванию метиленовой сини; 8) взвешенные вещества с делением их на летучую (при t=900—1000° С) и нелетучую части;

9) сухой остаток также с делением на летучую и нелетучую части;10)БПК₅, БПКполн;, П) общая кислотность и щелочность воды при титровании с различными индикаторами; 12) частичная окисляемость (по КМп0₄); 13) химическое потребление кислорода (ХПК).

Относительная стабильность сточных вод. Относительной ста­бильностью или стойкостью сточных вод называется отношение за­паса кислорода в воде к БПКполн этих сточных вод. Относительную стабильность выра­жают в %. За показатель относительной стабильности при­нимают время, необходимое для использования содержащегося а воде кислорода в присутствии метиленовой сини как индикатора.

Перед определением стойкости в сточных водах нейтрализуют свободную кислоту или щелочность по бромтимолблау и удаляют другие бактерициды; за­тем вводят в нее микрофлору сточной жидкости. Подготовленную таким образом пробу переносят в склянку емкостью 150 мл, добавляют 0,4 мл метиленовой сини (концентрация 0,5 г на 1 л жидкости), тщательно перемешивают, заполняют до -краев сточной жидкостью, закрывают стеклянным колпачком с водяным затво­ром, снова перемешивают и помещают в термостат, отрегулированный на темпе­ратуру 20° С.

Число суток, прошедшее до момента обесцвечивания жидкости в пробе,является сроком начала загрязнения этой жидкости.Относительную стабильность сточных вод для t=20° С рассчи­тывают по следующей формуле:s = (1 -0,794 ^τ) 100,где s — относительная стабильность или стойкость сточной жидко­сти, %;τ— количество суток, в течение которых израсходован весь кислород (срок начала загнивания).

БПК сточных вод. Раз­личают БПКб и БПКполн— это количество кис­лорода (мг/л), расходуемое на биохимические процессы в течение 5 суток. БПКполн — это количество кислорода (мг/л), расходуемое на биохимические процессы до наступления реакции нитрификации.

биохимические процессы связаны с жиз­недеятельностью микроорганизмов, которые расходуют кислород на получение энергии для поддерживания жизненных процессов и роста клеточных веществ. Схематически эти процессы можно выра­зить уравнениями:С_xH_yO_zN+(x+ - - )O₂ O₂+( H₂O+NH₃+Q_ккал

Коэффициенты перед кислородом означают; х — на один атом уг­лерода расходуется одна молекула кислорода; у — на один атом водорода расходуется 1/4 молекулы кислорода; содержащийся в со­единении кислород не входит в величину БПК, его вычитают; каждый атом составляет половину молекулы кислорода (z/2): азот восста­навливается до аммиака с затратой трех атомов водорода, что соответствует уменьшению количества кислорода еще на 3/4 молекулы.При синтезе клеточных веществ протекает примерно следующий процесс:

С_xH_yO_zN+ NH₃ +O₂ С₅H₈O₂N+(x-5)CO₂+Q_ккал

где С_xH_yO_zN — среднее соотношение основных элементов в клеточ­ном веществе бактерий.

Суммарное количество кислорода, израсходованное при этих процессах, и отвечает величине БПКполн

Определение БПК производится несколькими методами.

1. Стандартный метод разбавления используется для характери­стик и БПК сильно загрязненных вод.

2. Метод определения БПКполн производственных сточных вод, которые трудно поддаются биохимическому окислению.

3. Определение БПК методом продувания кислорода предназна­чен для анализа сильно загрязненных природных поверхностных вод с низкой концентрацией кислорода.

Определение константы Скорости БПКполн Процесс биохимического потребления кислорода (БПК) бытовых сточных вод подчиняется закону реакции 1-го порядкаv=kc, где v— скорость реак­ции; с — концентрация реагирующего вещества; к— коэффициент пропорциональности или константа скорости химической реакции. Кинетическое уравнение реакции 1-го порядка имеет следующий вид:

k=

где к — константа скорости химической реакции; -начальная концентрация вещества, моль/л; х — концентрация вещества, про­реагировавшая к моменту време­ни τ, моль/л; ( —х)—концен­трация оставшегося вещества к моменту времени τ, моль/л; τ — время, сут.

Определение БПК по кратным срокам. По этому методу опреде­ляют БПК через 2 и 4 дня или через 3 и 6 дней. Для этого в подго­товленной для определения БПК пробе определяют растворенный кислород до консервации (проб), а затем в пробах после консерва­ции через кратные сроки. Рассчитывают БПК для обоих сроков и находят константу скорости к для биохимического процесса:

k=(1/τ)∙ /( )

Затем, переходя от натурального логарифма к десятичному, опре­деляют БПКполн:БПК_полн=БПК _τ / 1-10^-k'τ

Химическая потребность в кислороде (ХПК). Химической по­требностью в кислороде называется его количество, необходимое для полного окисления всех восстановителей (органического и не­органического происхождения), находящихся в воде. Количествен­ное определение ХПК данной сточной воды производят сжиганием примесей сильными окислителями (двухромовокислым калием или иодатом калия) в кислой среде. В этих условиях все элементы окис­ляются: углерод до С0₂, сера до 50₃, фосфор до Р₂0₅₎ водород до Н₂0, только не учитывается кислород, расходуемый на окисление

Если в сточной воде со­держатся только органиче­ские вещества и состав и ко­личество загрязнений из­вестно, то ХПК можно рас­считать по стехиометрйче-ским уравнениям. По вели­чине ХПК характеризуют главным образом производ­ственные сточные воды, со­держащие органические ве­щества. ХПК всегда больше БПКполн

Удаление взвешенных веществ.