5 Контрольні запитання

1. Які домішки видаляються з води методом коагулювання?

2. Що є методом коагулювання?

3. Які речовини додаються у воду під час коагулювання?

4. Що таке коагулянти?

5. Напишіть рівняння гідролізу сульфату алюмінію і хлориду заліза.

6. Чому алюміній(III) гідроксид і ферум(III) гідроксид виділяються із розчинів?

7. Як утворюються пластівці?

8. Назвіть стадії коагулювання.

9. Якими стадіями характеризується процес коагулювання візуально?

10. Назвіть фактори, які впливають на процес коагулювання.

11. Як рН впливає на процес коагулювання?

12. Як температура води впливає на процес коагулювання?

13. Поясніть сутність явища, що носить назву «відлежування» коагулянту.

14. Яким чином сольовий склад води впливає на процес коагулювання?

15. Як доза коагулянту впливає на процес коагулювання?

16. Що таке оптимальна доза коагулянту? Яким чином вона встановлюється і як визначається?

17. Поясніть чому в очищеній воді не повинно бути залишкових кількостей алюмінію або заліза?

18. Поясніть порядок виконання лабораторної роботи.

19. Як визначається прозорість води?

20. Як визначається залишковий алюміній в очищеній воді?

6 Література

1. Кульський Л.А., Накорчевская В.Ф. Химия воды. Физико-химические процессы обработки природных и сточных вод. – К.: Вища школа. Головне вид-во, 1983. – 240 с.

2. Кульский Л.А., Строкач П.П. Технология очистки природных вод. – К.: Вища школа. Головне вид-во, 1986. – 352 с.

3. Кульский Л.А., Гороновский И.Т., Когановский А.М., Шевченко М.А. Справочник по свойствам, методам анализа и очистке воды. В двух частях. Часть I. – К.: Наукова думка, 1979. – 680 с.

4. Инструкция по анализу воды, пара и отложений в теплосиловом хозяйстве. – М.: Энергия, 1967. – 295 с.

5. Копылов А.С., Лавыгин В.М., Очков В.Ф. Водоподготовка в энергетике. – М.: МЭИ, 2006. – 309 с.

Лабораторна робота № 7

Вивчення впливу вапнування на процес коагуляційної очистки води

Мета роботи. Вивчення впливу вапнування на процес коагуляційної очистки води.

1 Фізико-хімічні основи процесу

Проходження процесу гідролізу коагулянтів супроводжується накопиченням у воді іонів Н⁺, що призводить згідно рівняння реакції до сповільнення процесу. Реакція протікає зліва направо, а процес гідролізу солей – коагулянтів сповільнюється і проходить неповно

Аl₂(SO₄)₃ + 6НОН 2Аl(ОН)₃ + 6Н⁺ + 3SO₄^2-

або FеСl₃ + 3НОН Fе(ОН)₃ + 3Н⁺ +3Сl^-

Необхідною умовою для швидкого і найбільш повного проходження процесу гідролізу є зв’язування іонів Н⁺ у недисоційовані молекули (Н₂О) і видалення із зони реакції гідроксиду металу, що утворився.

Вода, що очищається, повинна мати деякий лужний резерв, який забезпечується наявністю у воді певної кількості іонів ОН^-, СО₃^2- і НСО₃^-, які зв’язують іони гідрогену внаслідок проходження реакцій:

Н⁺ + ОН^- = Н₂О

Н⁺ + НСО₃^- = Н₂СО₃ → Н₂О + СО₂↑

У природній воді лужний резерв забезпечується в основному наявністю іонів НСО₃^-, які покращують процес коагуляції.

Іони НСО₃^- разом з карбонатною(IV) кислотою (вугільною кислотою) , розчиненою у воді, утворюють буферну систему з рН близьким до нейтрального (рН ≈ 7).

Додавання невеликої кількості кислоти або лугу до такої системи не змінить значно величину її рН до тих пір, доки не буде вичерпано ємність буферної системи, яка визначається кількістю карбонатів у воді. Завдяки такій буферній системі можливий повний гідроліз коагулянту і утворення колоїдного розчину гідроксиду металу.

При великих кількостях коагулянту величина лужності природної води може виявитися недостатньою для зв’язування гідрогену, що необхідно для успішного протікання гідролізу коагулянту. Тоді лужність води підвищують введенням кальцій гідроксиду(вапняного молока), натрій гідроксиду, розчину натрій карбонату тощо.

У перших двох випадках ефект підлужування пояснюється зв’язуванням іонів Н⁺ в іони НСО₃^-. Використання натрій гідроксиду або натрій карбонату можливо тільки для води, яка використовується для технічних потреб.

На підставі рівняння гідролізу коагулянтів можна підрахувати кількість гідрокарбонат-іонів, що необхідна для нейтралізації кислоти, яка утворюється при гідролізі певної дози коагулянту.

Виходячи із сумарної реакції гідролізу алюміній(III) сульфату(VI) в присутності гідрокарбонат-іонів, яка описується рівнянням

Аl₂(SO₄)₃ + 3Са(НСО₃)₂ + 6НОН = 2Аl(ОН)₃ + 3 СаSO₄ + 6Н₂СО₃ ,

виходить, що на кожні 342 мг Аl₂(SO₄)₃ витрачається 6 мг-екв НСО₃^- -іонів.

Якщо знати лужність води, що обробляється, і дозу введеного коагулянту, то можна підрахувати кількість кальцій гідроксиду(вапна), натрій карбонату, тощо, яка необхідна для гідролізу і забезпечення резервної залишкової лужності, що дорівнює 1 мг-екв:

(1)

де х – доза лугу, що забезпечує нормальне протікання гідролізу, мг-екв/дм³;

Д_к – доза алюміній(III) сульфату(VI), мг/дм³;

Щ – лужність вихідної води, мг-екв/дм³.

Кількість (доза) лугу, що необхідна для гідролізу коагулянту, у мг/дм³ визначається за формулою:

(2)

де к – кількість лугу, яка необхідна для підлужування води на 1 мг-екв/дм³, мг/дм³; вона дорівнює: для кальцій гідроксиду(вапна) – 28; для натрій гідроксиду – 30-40; для натрій карбонату – 53;

е – еквівалентна вага коагулянту (безводного), мг-екв/дм³; яка дорівнює:

для Аl₂(SO₄)₃ – 57; FеСl₃ – 54; Fе₂(SO₄)₃ – 67;

Д_к – максимальна доза безводного алюміній(III) сульфату(VI), мг/дм³;

Щ – мінімальна лужність води, мг-екв/дм³ (для природних вод зазвичай дорівнює карбонатній твердості).

Вапнування води дозволяє збільшити дозу коагулянтів до концентрацій, які забезпечують очищення води у відповідності до ГОСТ 2874-82 «Вода питьевая. Гигиенические требования и контроль за качеством» (прозорість води «за шрифтом» – 30 см).

При суміщенні процесу коагуляції з вапнуванням рекомендується здійснювати підігрів води до температури t = 30 – 40⁰С з метою підвищення ефективності її очищення.

обладнання

Колби мірні ємкістю 50 см³

Колби конічні ємкістю 500, 1000 см³ з пробками

Колби конічні ємкістю 250 см³

Бюретки ємкістю 25, 50 см³

Піпетки Мора ємкістю 5, 100 см³

Піпетки ємкістю 1, 2, 5, 10 см³

Циліндри ємкістю 25, 50, 500 см³

Стакан ємкістю 100 см³

Лійка скляна

Текст, написаний стандартним шрифтом № 1 з висотою букв 3,5 мм

Фільтрувальний папір

Прилад Снеллана

КФК-2

Електроплитка

Розчини

Природна вода поверхневого джерела

Н–катіонірована дистильована вода

Аскорбінова кислота, розчин з масовою часткою 0,3%

Ацетатний буферний розчин з рН=5,4-5,6

Стильбазо, водний розчин (Н–катіонірована дистильована вода) з масовою часткою 0,02 %

Алюміній(III) сульфат(VI), розчин з концентрацією 25 г/дм³ (коагулянт)

Вода дистильована

Кальцій гідроксид, розчин з концентрацією 1 г/дм³

Кислота хлористоводнева, розчин з концентрацією 0,1 мг-екв/дм³

Розчин індикатору метилоранжу

підготовка до виконання роботи

У три конічні колби ємкістю 250 см³ піпеткою Мора наливають по 100 см³ води поверхневого джерела, визначають її загальну лужність і знаходять середньоарифметичне значення лужності води. Потім розраховують кількість (дозу) лугу, яку необхідно додати для підлужування 7 проб води, за формулою (2), куди підставляють середньоарифметичне значення лужності вихідної води, дози коагулянту тощо.

Якщо після розрахунку значення доз деяких проб мають від’ємні значення, то це означає, що у ці проби додавати лугу не треба. Винятком є четверта проба, в яку необхідно додавати 10 см³ лугу навіть у тому випадку, коли доза лугу для неї має від’ємне значення. Це пов’язано з тим, що у четвертій пробі пластівці коагулянту майже не осідають, що недопустимо.

Знаючи дозу лугу, розраховують кількість лугу (кальцій гідроксид), враховуючи її концентрацію.