Очистка воды от взвесей и коллоидов».
Большинство промышленных сточных вод содержит значительное количество взвешенных в воде твердых частиц и коллоидов различного химического состава, обусловленного спецификой производства. Кроме того, вода, предназначенная для хозяйственно-питьевых нужд, для охлаждения агрегатов, паросилового хозяйства и других целей часто содержит частицы глины, песка, ила и т.д., которые должны быть удалены или реагентными, или безреагентными методами.
Процесс удаления из воды взвешенных веществ и коллоидных частиц называется осветлением и обесцвечиванием. Возможно два метода осветления: естественный и искусственный. При естественном методе вода очищается без применения химических реагентов. Искусственный метод основан на использовании различных химических реагентов. При этом происходит изменение в определенных пределах ионного состава воды, а также формы и размеров суспензии.
При естественном методе очистки крупные частицы под действием силы тяжести выпадают в осадок, а более мелкие частицы суспензии размером 4-0,1 мк и коллоидов размером 0,1-0,001 мк длительное время остаются во взвешенном состоянии и без применения химических реагентов осаждению практически не поддаются.
Для интенсификации процесса осаждения взвесей, суспензий и коллоидов в качестве реагентов применяют коагулянты и флокулянты.
В качестве флокулянтов используют высокомолекулярные соединения, которые могут применяться для очистки воды от взвесей как самостоятельно, так и в качестве дополнения к коагулянтам.
|
|
|
Флокулянты могут быть как неорганическими - активированная кремневая кислота, так и органическими – полиакриламид (ПАА), альгинат натрия, щелочной крахмал, карбоксиметилцеллюлоза и др.
Наиболее широкое применение в практике очистки воды в последнее время получил полиакриламид (ПАА), который является полимером амида и солей акриловой кислоты с молекулярным весом (5,2-5,6) 106.
Имеющиеся в воде взвешенные твердые частицы сорбируются молекулами полиакриамида и связываются с молекулами полимера, образуя при этом крупные хлопья.
Для снижения расхода флокулянта – полиакриламида, как наиболее дорогого реагента и увеличения скорости осаждения взвесей в практике широко используют совместное применение ПАА и различных коагулянтов.
Полиакриламид добавляют в незначительных количествах (0,5-1,5 мг на 100 мг взвешенных веществ). Обычно область наиболее эффективной флокуляции соответствует содержанию флокулянта 0,4- 2 % (от массы твердых частиц).
Принцип метода:
Для очистки воды в качестве коагулянтов применяют сернокислый алюминий AI2(SO4)3* 18H2O, хлорное железо FeCI3, железный купорос FeSO4 *7H2O, сернокислое трехвалентное железо Fe2(SO4)3.
|
|
|
При использовании солей алюминия в качестве коагулянтов они подвергаются гидролизу, который протекает ступенчато.
AI3+ + H2O = AI(OH)2+ + H+
AI(OH)2+ + H2O = AI(OH)2+ + H+ (I)
AI(OH)2+ + H2O = AI(OH)3 + H+
AI3+ + 3H2O = AI(OH)3 + 3H+
Степень гидролиза возрастает с разведением раствора, а также при повышении его температуры и рН.
Концентрация водородных ионов, при которой гидроксид алюминия имеет минимальную растворимость, лежит в пределах рН = 6,5 – 7,5.
Осаждение гидроксида алюминия начинается при рН=3 и достигается полноты при рН=7. При дальнейшем повышении рН осадок начинает растворяться, причем растворение становится заметно при рН=9.
Образовавшиеся хлопья гидроксида алюминия сорбируют содержащиеся взвешенные частицы, образуя при этом крупные флокулы, которые быстро оседают и раствор осветляется. Кроме того хлопьевидная масса, имея развитую поверхность способна сорбировать некоторые органические вещества, вызывающие запах воды.
Ориентировочно дозу коагулянта определяют по таблице №1.
Таблица № 1
| Содержание в воде взвешенных веществ в мг/л. | ||||||
| Доза безводного AI2(SO4)3 в мг/л | 28-35 | 30-45 | 40-60 | 55-80 | 60-90 | 80-125 |
|
|
|
Цель работы:
Познакомиться с методами очистки воды от взвесей и коллоидов с использованием химических реагентов (AI2(SO4)3 и полиакриламида) и сравнить эффективность их действия.
Посуда и оборудование:
Бумажные фильтры
Сушильный шкаф
Аналитические весы
Стеклянные стаканы 500 мл
Воронки
Секундомер
Реагенты
Сульфат алюминия
Полиакриламид
Ход работы:
Определение содержания количества взвешенных твердых веществ в воде.
Два листа фильтровальной бумаги высушивают в сушильном шкафу при температуре 100-1100 с до постоянного веса и взвешивают на аналитических весах. Пробу воды, содержащую шламы (вода, содержащая твердые вещества с размером частиц менее 10 мк) взбалтывают и наливают по 250 мл в два стеклянных стакана. Исследуемые шламы фильтруют. Оставшиеся твердые частицы на стенках стакана смывают водой из промывалки на фильтр. Фильтрат оставляют для дальнейшей работы. Фильтры с твердыми веществами высушивают в сушильном шкафу при 100-1100 до получения постоянного веса. Взвешивают и определяют содержание взвешенных веществ в воде.
Определение оптимальной дозы коагулянта и флокулянта и скорости осаждения взвеси при их действии.
|
|
|
Для определения скорости осаждения взвеси при действии коагулянта (сульфата алюминия) и флокулянта (полиакриламида) необходима проба исследуемой воды в количестве 4 литра. Пробу тщательно перемешивают и отливают по 500 мл воды с известным содержанием твердых веществ (определение твердых веществ проведено в пункте I данной работы) в стеклянные стаканы 1% раствор сульфата алюминия в количествах, указанных в таблице № 2.
Таблица № 2
| 1 стакан | 2 стакан | 3 стакан | 4 стакан | 5 стакан | 6 стакан | |
| Количество добавляемого 1% раствора сульфата алюминия в мл. | 2,0 | 3,0 | 4,0 | 5,0 | 8,0 |
После добавления сульфата алюминия содержимое в стаканах тщательно перемешать стеклянной палочкой и выливают в соответствующий цилиндр. Включают секундомер и наблюдают за процессом образования мелких хлопьев, крупных хлопьев, началом осветления и перемешиванием границы осветленного слоя в течение 30-40 минут.
Через определенные промежутки времени в таблицу 3 записывают высоту осветленного слоя и строят график S=f (t).
Таблица № 3
| Время начала опыта, в мин. | 1 цилиндр | 2 цилиндр | 3 цилиндр | 4 цилиндр | 5 цилиндр | 6 цилиндр |
| минут | ||||||
| минут | ||||||
| минут | ||||||
| минут |
Процесс образования из находящихся в воде мелких частиц более крупных хлопьев, способных выпадать в осадок, называется коагуляцией коллоида или суспензией, а доза коагулянта, при которой визуально наблюдается наиболее скорое образование крупных быстро осаждающихся хлопьев, называется оптимальной дозой коагулянта.
Аналогичные опыты проводят с использованием 0,1% раствора флокулянта – полиакриламида, добавляя в каждый цилиндр количества, указанные в таблице № 4.
Таблица № 4
| Номера цилиндров | ||||||
| Количество добавляемого 0,1% раствора ПАА в мл. | 1,0 | 2,0 | 3,0 | 4,0 | 7,0 |
По результатам наблюдений с полиакриламидом строят график S=f(t) и сравнивают эффективность действия ПАВ и сульфата алюминия.
Контрольные вопросы:
1. Объясните механизмы действия флокулянта и коагулянта.
2. Перечислите вещества, выполняющие роль коагулянтов и флокулянтов.
3. Укажите основные направления использования воды в химическом производстве. Приведите примеры.
4. Что такое водооборот и с какой целью он используется?
5. В чем заключается рациональное использование водных ресурсов в химической промышленности?
Литература:
1. Э.Е. Нифантьев, Н.Г. Парамонова. Основы прикладной химии. М.: Владос, 2002. 375 с.
2. В.С. Бесков. Общая химическая технология. М.: Академкнига, 2005. 452 с.
3. М.Ю. Тихвинская, В.Е. Волынский. Практикум по химической технологии. М. Химия, 2004, 234 с.
4. Ю.А. Москвичев, О.С. Павлов, А.К. Григоричев. Теоретические основы химической технологии, М.: Академия, 2005, 272 с.
5. Р.С. Соколов. Химическая технология. М.Владос, 2000, 368 с.
РАБОТА № 3
Дата добавления: 2016-01-06; просмотров: 86; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!