Определение перманганатной окисляемости воды. Перманганатная окисляемость (ПО), или перманганатный индекс Перманганатная окисляемость питьевой воды

Я убежден, что на вопрос о качестве водопроводной воды в нашем городе каждый из вас ответит голосом полным уверенности, что качество нашей воды оставляет желать лучшего. Но готовы ли вы ответить насколько наша вода не соответствует допустимым нормам? Если нет, то мы готовы помочь вам разобр …

Уже ни для кого не секрет, что пресной воды на нашей планете больше не будет и чище она не станет. Техногенные катастрофы и катаклизмы происходят чуть ли не каждый день и ухудшают экологическую обстановку. Одними из основных макро-показателей качества питьевой воды считаются: …

Система обратного осмоса постоянно сливает воду в канализацию. Проверьте действительно ли это так. Перекройте подачу воды в бак. Для того чтобы перекрыть бак для воды залезьте под мойку и перекройте рычажок на кране (синий) под прямым углом (90 градусов), к потоку воды (шлангу). Если через 30 мин …

Сегодня на рынке водоочистного оборудования существует множество моделей и типов фильтров, предназначенных для доочистки питьевой воды. В последнее время для этих целей всё чаще используются обратноосмотические системы. В связи с технической сложностью конструкции систем обратного осмоса многие сп …

Всем известно, что воду в городских водопроводах в Украине обеззараживают хлором. Не секрет, что хлор в воде - неприятная вещь не только для бактерий, на которых он рассчитан, но и для людей, которые эту воду пьют. С трупами бактерий, к слову. Но не в этом дело. Хлор из воды можно удалить с …

Что это такое дистиллированная вода? Правда ли, что дистиллированная вода кипит? Правда ли, что пить дистиллированную воду вредно? Опасно ли пользоваться дистиллированной водой? Дистиллят - это плохо? Для чего используется дистиллированная вода? Можно ли пить дистиллят детям? В …

Вымываются ли соли из организма? В одном из писем получил вопрос: "Вымывается ли из организма кальций при постоянном употреблении родниковой воды?". Попробуем ответить:) Для начала определимся с родниковой водой, которая уже упоминалась ранее в статьях. Так, например, в приведённом при …

Главные «сигналы» Увы, то, что вода далеко не всегда и везде пригодна для питья, знают все. Безусловно, в разных странах и городах ситуация сильно различается, однако способы «уличения» воды в непригодности при этом едины. Самый лучший способ убедиться в пригодности (ил …

Вода в организме является главным химическим компонентом, составляющим в среднем 60 процентов веса тела. Каждая система в организме зависит от воды. Например, вода вымывает токсины из органов, приносит питательные вещества клеткам и обеспечивает влажную среду для тканей горла, носа и ушей. Недостато …

Прописная истина гласит — «человек состоит из воды». Мозг взрослого человека состоит из воды на 74,5%, кровь — на 83%, в мышцах воды 75,8%, в костях — 22%. Человеческий зародыш — сплошная вода: в трехдневном эмбрионе ее 97%, в трехмесячном — 91%, а в восьмим …

Обусловлена наличием органических веществ и легко окисляекмых неорганических веществ (Fe 2+ , SO 3 - , H 2 S и т.д.).

Это количество кислорода эквивалентное количеству, расходуемого перманганата калия. Методика определения показателя основана на окислении веществ, присутствующих в сточной воде, 0,01%-м раствором перманганата калия в сернокислой среде (мг. О 2 /л. H 2 O ).

Бихроматное потребление кислорода (ХПК).

Методика потребления ХПК основана на окислении веществ, присутствующих в сточных водах, 0,25%-м раствором бихромата калия (K 2 Cr 2 O 7) при кипячении в течение 2 часов в 50%-м растворе (по объему) H 2 SO 4 (мг/л).

БПК – биохимическое потребление кислорода

Степень загрязнения сточных вод органическими примесями, способными разлагаться биоорганизмами с потреблением кислорода. Количество кислорода, израсходованное за определенный промежуток времени на аэробное разложение органических веществ, мг/л. При определении БПК методом разбавления и продолжительностью инкубации 5 суток при температуре 20 С 0 в отсутствии света. Кроме БПК 5 , можно определить БПК при продолжительности инкубации 20 суток - БПК 20 или независимо от времени - БПК полн .

Жесткость воды

Характеризует содержание в ней хлоридов, сульфатов и гидрокарбонатов кальция и магния. Различают:

- карбонатную жесткость , обусловленную присутствием в воде гидрокарбонатов Са и Mg,

- некарбонатную , вызываемую присутствием в воде хлоридов и сульфатов Са и Mg.

Определение концентрации хлоридов позволяет контролировать постоянство солевого состава сточной воды. В процессе очистки ее солевой состав практически не меняется, снижается лишь содержание органических веществ, поэтому легкое увеличение концентрации хлоридов свидетельствует о сбоях и работе очистных сооружений или попадании в сточные воды посторонних загрязняющих веществ.

Для нормального функционирования биохимической очистки требуется, чтобы содержание фосфатов в сточных водах было не ниже 3 мг/л в пересчете на Р 2 О 5 , так как фосфор необходим для микроорганизмов. Определение фосфатов в сточных водах позволяет корректировать содержание фосфора и при необходимости дополнительно подавать необходимое количество его соединений на сооружения биологической очистки.

Контроль работы очистных сооружений и качества очищенных вод наряду с определением основных показателей, общих для всех видов стоков, предусматривает и определение загрязняющих веществ, специфических для каждого отдельного производства:

Для успешного контроля их содержания в сточных водах все чаще находят применение современные физико-химические методы анализа , в том числе:

Хроматография, включая газовую, жидкостную и тонкослойную;

Полярография;

Электрохимические методы анализа;

Ионометрия;

Колориметрия;

Люминесцентный анализ.

Хроматография – метод разделения соединений, основанный на распределении вещества между двумя фазами: неподвижной с большой поверхностью и подвижной, протекающей через неподвижную фазу. Компоненты смеси селективно задерживаются стационарной фазой, причем площади пиков хроматограммы пропорциональны концентрациям соответствующих компонентов. Методом газожидкостной хроматографии в сточных водах определяют органические кислоты с длиной углеродных цепей С 2 - C 5 , спирты, альдегиды, сложные эфиры, фенолы и другие органические соединения. Метод тонкослойной хроматографии позволяет определять в сточных водах нефтепродукты, побочные продукты синтеза изопрена, фенолы.

Полярография - это электрохимический метод анализа, в основе которого лежит зависимость между потенциалом поляризуемого рабочего электрода и силой тока, протекающего через раствор. Анализ полярограммы позволяет сделать вывод о том, катионы из числа определяемых и в каких концентрациях присутствуют в растворе. Нижний предел концентраций составляет 6 моль/л. К преимуществам полярографии следует отнести возможность определения ряда ионов, присутствующих в растворе, без их предварительного разделения и возможность осуществления практически неограниченного количества повторных в одной и той же пробе. Метод полярографии успешно используется для определения содержания в сточных водах тяжелых металлов, в том числе свинца, кадмия, ртути, меди, цинка, кобальта, никеля, титана, хрома, марганца. Кроме металлов полярографическим методом в сточных водах определяют ПАВ, ароматические углеводороды, нитраты.

Ионометрия – анализ, основанный на использовании ионселективных электродов, представляющих собой электрохимические полуэлементы, для которых разность потенциалов на границе раздела фаз электродный материал электролит зависит от активности определяемого иона в исследуемой среде. В настоящее время предложено несколько десятков типов ионселективных электродов для обнаружения К + , Na + , Ca 2+ , Cu 2+ , Cd 2+ , Pb 2+ , CN - , Br - , Cl - , F - , N0 и др. В анализе вод их используют для определения фтора, нитратов.

Колориметрия – метод анализа, основанный на сравнении качественного и количественного изменения световых потоков при их прохождении через исследуемый и стандартный растворы. Определяемый компонент с помощью химической реакции переводят в окрашенное соединение, после чего измеряют интенсивность окраски полученного раствора.

Систематический анализ состава сточных вод , сбрасываемых промышленными предприятиями и предприятиями коммунального хозяйства, необходим для проверки эффективности работы очистных сооружений, оценки воздействия сбрасываемых сточных вод на водоприемники, разработки мероприятий по совершенствованию работы очистных сооружений и для осуществления дополнительных мер по охране водных объектов. Контроль за работой очистных сооружений и сбросом сточных вод имеет целью прекращение или предупреждение загрязнения водоемов и водотоков неочищенными и недостаточно очищенными сточными водами.

Тема № 11 Основные методы очистки атмосферного воздуха в производстве химических волокон. аппаратурное оформление

Методы очистки атмосферы определяются природой загрязнителей. Ряд современных технологических процессов связан с измельчением веществ. При этом часть материалов переходит в пыль, которая вредна для здоровья и наносит значительный материальный ущерб вследствие потери ценных продуктов.

Пыль, осевшая в индустриальных городах, преимущественно содержит 20 % оксида железа, 15 % оксида кремния и 5 % сажи. Промышленная пыль включает также оксиды различных металлов и неметаллов, многие из которых токсичны. Это оксиды марганца, свинца, молибдена, ванадия, сурьмы, мышьяка, теллура. Пыль и аэрозоли не только затрудняют дыхание, но и приводят к климатическим изменениям, поскольку отражают солнечное излучение и затрудняют отвод тепла от Земли.

Принципы работы пылеулавливающих аппаратов основаны на использовании различных механизмов осаждения частиц: гравитационном осаждении, осаждении под действием центробежной силы, диффузионном осаждении, электрическом (ионизационом) осаждении и некоторых других. По способу улавливания пыли аппараты бывают сухой, мокрой и электрической очистки.

Основной критерий выбора типа оборудования: физико-химические свойства пыли, степень очистки, параметры газового потока (скорость поступления). Для газов, содержащих горючие и ядовитые примеси, лучше использовать аппараты мокрой очистки.

Основным направлением защиты атмосферы от загрязнений является создание малоотходных технологий с замкнутыми циклами производства и комплексным использованием сырья.

Очистка - удаление (выделение, улавливание) примесей из различных сред.

Существующие методы очистки можно разделить на две группы: некаталитические (абсорбционные и адсорбционные) и каталитические.

Обезвреживание - обработка примесей до безвредного для людей, животных, растений и в целом для окружающей среды состояния.

Обеззараживание - инактивация (дезактивация) микроорганизмов различных видов, находящихся в газовоздушных выбросах, жидких и твердых средах.

Дезодорация - обработка одорантов (веществ, обладающих запахом), содержащихся в воздухе, воде или твердых средах, с целью устранения или снижения интенсивности запахов.

Очистка газов от диоксида углерода:

1. Абсорбция водой. Способ прост и дешев, однако эффективность очистки мала, так как максимальная поглотительная способность воды - 8 кг СО 2 на 100 кг воды.

2. Поглощение растворами этаноламинов: В качестве поглотителя обычно применяют моноэтаноламин, хотя триэтаноламин обладает большей реакционной способностью.

3. Холодный метанол является хорошим поглотителем СО 2 при 35 °С.

4. Очистка цеолитами. Молекулы СО 2 очень малы: 3,1А, поэтому для извлечения СО 2 из природного газа и удаления продуктов жизнедеятельности (влаги и СО 2) в современных экологически изолированных системах (космические корабли, подводные лодки и т. д.) используются молекулярные сита.

Очистка газов от оксида углерода:

· Дожигание на Pt/Pd-катализаторе.

· Конверсия (адсорбционный метод).

Очистка газов от оксидов азота .

В химической промышленности очистка от оксидов азота на 80 % осуществляется за счет превращений на катализатора:

1. Окислительные методы основаны на реакции окисления оксидов азота с последующим поглощением водой:

· Окисление озоном в жидкой фазе.

· Окисление кислородом при высокой температуре.

2. Восстановительные методы основаны на восстановлении оксидов азота до нейтральных продуктов в присутствии катализаторов или под действием высоких температур в присутствии восстановителей.

3. Сорбционные методы:

· Адсорбция оксидов азота водяными растворами щелочей и СаСО 3 .

· Адсорбция оксидов азота твердыми сорбентами (бурые угли, торф, силикагели).

Очистка газов от диоксида серы SO 2:

1. Аммиачные методы очистки. Они основаны на взаимодействии SO 2 с водным раствором сульфита аммония.

Образовавшийся бисульфит легко разлагается кислотой.

2. Метод нейтрализации SO 2 , обеспечивает высокую степень очистки газов.

3. Каталитические методы. Основаны на химических превращениях токсичных компонентов в нетоксичные на поверхности катализаторов:

· пиролюзитный метод - окисление SO 2 кислородом в жидкой фазе в присутствии катализатора - пиролюзита (МпО 2); метод может использоваться для получения серной кислоты.

· озонокаталитический метод - разновидность пиролюзитного метода и отличается от него тем, что окисление Мп 2+ в Мп 3+ осуществляют в озоновоздушной смеси.

Эффективность очистки зависит от множества факторов: парциальных давлений SO 2 и О 2 в очищаемой газовой смеси; температуры отходящих газов; наличия и свойств твердых и газообразных компонентов; объема очищаемых газов; наличия и доступности компонентов; требуемой степени очистки газа.

После проведенной очистки газ поступает в атмосферу и рассеивается, при этом загрязнение воздушной среды в приземном слое не должно превышать ПДК.

Промышленная очистка - это очистка газа с целью последующей утилизации или возврата в производство отделенного от газа или превращенного в безвредное состояние продукта. Этот вид очистки является необходимой стадией технологического процесса, при этом технологическое оборудование связано друг с другом материальными потоками с соответствующей обвязкой аппаратов. В качестве пыле-, газоулавливающего оборудования могут использоваться разгрузочные циклоны, пылеосадительные камеры, фильтры, адсорберы, скрубберы и т.д.

Санитарная очистка - это очистка газа от остаточного содержания в газе загрязняющего вещества, при которой обеспечивается соблюдение установленных для последнего ПДК в воздухе населенных мест или производственных помещений. Санитарная очистка газовоздушных выбросов производится перед поступлением отходящих газов в атмосферный воздух, и именно на этой стадии необходимо предусматривать возможность отбора проб газов с целью контроля их на содержание вредных примесей.

Выбор метода очистки отходящих газов зависит от конкретных условий производства и определяется рядом основных факторов:

Объемом и температурой отходящих газов;

Агрегатным состоянием и физико-химическими свойствами примесей;

Концентрацией и составом примесей;

Необходимостью рекуперации или возвращения их в технологический процесс;

Капитальными и эксплуатационными затратами;

Экологической обстановкой в регионе.

Пылеулавливающее оборудование. Пылеулавливающее оборудование в зависимости от способа отделения пыли от газовоздушного потока делится на сухое, когда частицы пыли осаждаются на сухую поверхность, и мокрое, когда отделение частиц пыли производится с использованием жидкостей.

Выбор типа пылеуловителя обусловлен степенью запыленности газа, дисперсностью частиц и требованиями к степени его очистки.

Устройства для гравитационной очистки просты по конструкции, но пригодны главным образом для грубой предварительной очистки газов. Наиболее простыми являются пылеосадительные камеры. Они применяются в основном для предварительной очистки газов от крупной пыли (с размером частиц 100 мкм и более) и одновременно для охлаждения газа. Камера представляет собой пустотелый или с полками короб прямоугольного сечения с бункером внизу для сбора пыли. Площадь сечения камеры значительно больше площади подводящих газоходов, вследствие чего газовый поток движется в камере замедленно - около 0,5 м/с и пыль оседает (рис. 1).

Рис 1. Пылеосадительная камера: а - полая; б - с перегородками

Достоинства пылеосадительной камеры:

1. имеет низкое аэродинамическое сопротивление;

2. проста и выгодна в эксплуатации.

Недостатки - громоздкость, низкая степень очистки.

Эффективность камеры можно довести до 80 - 85 %, если сделать внутри камеры перегородки, увеличивающие время нахождения газа в ней. Обычно пылеосадительные камеры встраивают в газоходы, они изготавливаются из металла, кирпича, бетона и т. д.

Инерционные пылеуловители. В этих аппаратах за счет резкого изменения направления газового потока частицы пыли по инерции ударяются об отражательную поверхность и выпадают на коническое днище пылеуловителя, откуда разгрузочным устройством непрерывно или периодически выводятся из аппарата. Наиболее простые из пылеуловителей этого типа - пылевые коллекторы (мешки), представленные на рис. 2. Они также задерживают только крупные фракции пыли, степень очистки 50 - 70 %.

Рис. 2. Инерционные пылеуловители (пылевые коллекторы): а - с перегородкой; б - с центральной трубой

В более сложных жалюзийных аппаратах улавливаются частицы размером 50 мкм и более. Они предназначены для очистки больших объемов газовоздушных выбросов. Жалюзи состоят из перекрывающих друг друга рядов пластин или колец с зазорами 2-3 мм, причем всей решетке придается некоторая конусность для поддержания постоянства скорости газового потока. Газовый поток, проходя сквозь решетку со скоростью 15 м/с, резко меняет направление. Крупные частицы пыли, ударяясь о наклонные плоскости решетки, по инерции отражаются от последней к оси конуса и осаждаются. Освобожденный от крупнодисперсной пыли газ проходит через решетку и удаляется из аппарата. Часть газового потока в объеме 5-10 % от общего расхода отсасываемого из пространства перед жалюзийной решеткой, содержит основное количество пыли и направляется в циклон, где освобождается от пыли и затем присоединяется к основному потоку запыленного газа. Степень очистки газов от пыли размером более 25 мкм составляет примерно 60 % (рис. 3). Основными недостатками жалюзийных пылеуловителей является сложное устройство аппарата и абразивный износ жалюзийных элементов.

Рис. 3. Инерционный жалюзийный пылеуловитель: 1 - инерционный аппарат; 2 - циклон; 3 - жалюзийная решетка

Широко распространенными устройствами для пылеулавливания являются циклоны , действие которых основано на использовании центробежной силы. Пылегазовая смесь тангенциально поступает в устройство через штуцер и приобретает направленное движение вниз по спирали. При этом частицы пыли отбрасываются центробежной силой к стенке циклона, опускаются вниз и собираются в приемном бункере. Из бункера пыль периодически выгружается через затвор. Очищенный воздух выбрасывается через центральную трубу из аппарата.

Эффективность улавливания пыли в циклоне прямо пропорциональна массе частиц и обратно пропорциональна диаметру аппарата. Поэтому вместо одного циклона большого размера целесообразно ставить параллельно несколько циклонов меньших размеров. Такие устройства называются групповыми батарейными циклонами .

Для очистки больших объемов газов с неслипающимися твердыми частицами средней дисперсности можно использовать мультициклоны (рис. 4). В этих аппаратах вращательное движение пылегазового потока организуется с помощью специального направляющего устройства (розетка или винт), расположенного в каждом циклонном элементе. Мультициклоны, состоящие из элементов диаметром 40 - 250 мм, обеспечивают высокую (до 85-90%) степень очистки газов от мелкодисперсных частиц диаметром менее 5 мкм.

Рис. 4 Мультициклон и его элемент

Циклоны являются эффективными пылеулавливающими устройствами, степень очистки которых зависит от размера частиц и может достигать 95 % (при размере частиц более 20 мкм) и 85 % (при размере частиц более 5 мкм).

К недостаткам циклонов всех конструкций относится сравнительно высокое аэродинамическое сопротивление (400 - 700 Па), значительный абразивный износ стенок аппаратов, вероятность вторичного уноса осевшей в пылесборнике пыли за счет перегрузки по газу и неплотностей. Кроме того, циклоны недостаточно эффективно улавливают полидисперсные пыли с диаметром частиц менее 10 мкм и низкой плотностью материала.

Для устранения недостатков циклонов разработаны вихревые пылеуловители (ВПУ), которые также относятся к прямоточным аппаратам центробежного действия. Существует два типа ВПУ - сопловые и лопаточные (5, а, б).

Рис. 5 Вихревые пылеуловители

В аппаратах такого типа запыленный газ входит в камеру 1 через входной патрубок с лопаточным завихрителем 5 типа «розетка» и обтекателем 4. Кольцевое пространство вокруг входного патрубка образовано подпорной шайбой 2, положение и размеры которой обеспечивают безвозвратное осаждение пыли в пылевой бункер. Обтекатель направляет поток запыленного газа к стенкам аппарата и вверх, а струи вторичного воздуха, выходящего из сопла 3 благодаря их тангенциально-наклонному расположению, переводят движение потока во вращательное. Возникающие в потоке воздуха центробежные силы отбрасывают частицы пыли к стенкам аппарата, а оттуда они вместе со спиральным потоком воздуха направляются вниз.

В тех случаях, когда допустимо увлажнение очищаемого газа, применяют гидропылеуловители. В этих аппаратах запыленный поток соприкасается с жидкостью или орошаемыми ею поверхностями. Мокрые пылеуловители отличаются от сухих более высокой эффективностью при сравнительно небольшой стоимости. Они особенно эффективны для очистки газовоздушных выбросов, содержащих пожаро- и взрывоопасные, а также слипающиеся вещества.

Аппараты мокрой очистки можно использовать для очистки газов от мелкодисперсных пылей с размером частиц от 0,1 мкм, а также от газо- и парообразных вредных веществ.

Мокрые пылеуловители подразделяются на пять групп:

1 - скрубберы;

2 - мокрые центробежные пылеуловители;

3 - турбулентные пылеуловители;

4 - пенные аппараты;

5 - вентиляторные пылеуловители.

Наиболее простыми и распространенными аппаратами для очистки и охлаждения газов являются полые и насадочные скрубберы .

Рис. 6 Скрубберы: а - полые; 6 – насадочные

Они представляют собой вертикальные цилиндрические колонны, в нижнюю часть которых вводится запыленный газ, а сверху через форсунки подают распыленную жидкость. Очищенный газ отводится из верхней части аппарата, а вода с уловленной пылью в виде шлама собирается внизу скруббера. Степень очистки от пыли с размером частиц более 5 мкм может составлять более 90 %.

Наиболее высокие результаты очистки достигаются при использовании форсунок грубого распыла, образующих капли диаметром 0,5 - 1,0 мм. Для снижения брызгоуноса скорость очищаемого газа в скруббере не должна превышать 1,0 - 1,2 м/с.

Насадочные скрубберы заполняются различными насадочными телами (кольца Рашига, седла Берля, сетка, стекловолокно и т. д.), уложенными на опорной решетке. Одновременно с улавливанием пыли на сложной поверхности насадочных тел может происходить и абсорбция отдельных компонентов газовой смеси. Гидравлическое сопротивление насадочного скруббера зависит от скорости газа (обычно она составляет 0,8 - 1,25 м/с), плотности орошения, высоты насадки, некоторых других параметров и наххшится в пределах 300 - 800 Па.

Центробежные мокрые пылеуловители являются самой многочисленной группой разделительных аппаратов самого различного назначения.

Рис. 7. Циклон с водяной пленкой (ЦВП)

Внутренняя стенка корпуса аппарата 3 орошается водой, подаваемой из коллектора 5 через сопло 4, которое установлено под углом 30 0 вниз касательно к внутренней поверхности корпуса. Для предотвращения брызгоуноса распыл воды совпадает с направлением вращения запыленного потока газа. В нижней части аппарата расположен гидрозатвор 6.

Из турбулентных пылеуловителей в последние годы широкую популярность завоевали скрубберы Вентури (рис. 8), высокая эффективность которых позволяет обеспечить очистку газа практически для любой концентрации улавливаемой пыли. Эти аппараты просты в изготовлении, монтаже и эксплуатации, характеризуются небольшими габаритами.

Рис. 9. Скруббер Вентури

В скруббере Вентури запыленный газ через конфузор 3 подается в горловину 2, где вследствие уменьшения живого сечения аппарата скорость потока возрастает до 30 - 200 м/с. Вода подается в зону конфузора. При смешивании с потоком газа она диспергируется на мелкие капли. В горловине 2 и диффузоре 1 частицы пыли, содержащиеся в запыленном воздухе, соединяются с капельками воды, увлажняются, коагулируют и в виде шлама выделяются в сепараторе 4 (каплеуловителе). Вода в скруббер может подаваться различными способами, однако наибольшее ральным подводом жидкости в конфузор.

В качестве каплеуловителей используются почти все известные типы гидромеханических аппаратов для разделения неоднородных систем (сепараторы, циклоны, пенные аппараты, электрофильтры и др.). Чаще всего применяются циклоны самых различных типов.

В промышленности республики широко используются пенные аппараты :

Рис. 10. Пенные аппараты

В этих пылеуловителях запыленный поток воздуха проходит через слой жидкости со скоростью 2-3 м/с (превышает скорость свободного всплывания пузырьков воздуха при барботаже), в результате чего создаются условия для образования слоя высокотурбулизированной пены. Пенные аппараты поставляются двух типов: с провальными решетками (рис. 10, а) и переливной решеткой (рис. 10, б). В аппаратах с провальной решеткой вся жидкость для образования пенного слоя поступает из оросительного устройства 3 на решетки 4, проваливается через ее отверстия на нижнюю решетку, а затем вместе со шламом удаляется из аппарата. Запыленный воздушный поток поступает в корпус аппарата 1 снизу, образуя на решетках при взаимодействии с водой слой пены. Для улавливания брызг воды в верхней части аппарата установлен каплеуловитель 2.

Основным недостатком пенных аппаратов является чувствительность к колебаниям расхода очищаемого газа. При этом оказывается невозможным поддерживать слой пены на всей площади решетки: при расходах газа, меньших оптимальных, пена не может равномерно образовываться на всей поверхности решетки, при больших - слой пены также неравномерен и даже сдувается в некоторых местах. Это приводит к прорыву неочищенных газов, повышенному брызгоуносу и, как следствие, резкому снижению эффективности аппарата.

К вентиляторным пылеуловителям относятся сухие и мокрые ротоклоны (рис. 11), которые широко используются за рубежом.

Рис. 11. Ротоклон

По существу они представляют собой комбинированные пылеуловители, принцип действия которых основан на осаждении пыли орошаемыми поверхностями, действии инерционных и центробежных сил, распылении воды и т. д. Например, запыленный воздух засасывается по центральной трубе 3 в корпус 2 мокрого ротоклона, при этом частицы пыли отбрасываются на лопатки 1 специального профиля, смоченные водой, подаваемой из распылительных сопел 4. Частицы пыли увлажняются, коагулируют и поступают в виде шлама в нижнюю часть аппарата, откуда через трубу 5 удаляются в отстойник.

Эффективность мокрых пылеуловителей зависит в большей степени от смачиваемости пыли. При улавливании плохо смачивающейся пыли в орошающую воду вводят ПАВ.

К недостаткам мокрого пылеулавливания относятся: большой расход воды, сложность выделения уловленной пыли из шлама, возможность коррозии оборудования при переработке агрессивных газов, значительное ухудшение условий рассеивания через заводские трубы отходящих газов за счет снижения их температуры. Кроме того, мокрые пылеуловители требуют значительного расхода электроэнергии для подачи и распыления воды.

Фильтрация - представляет наиболее радикальное решение проблемы очистки газов от твердых примесей, обеспечивает степень очистки 99 -99,9 % при умеренных капитальных и эксплуатационных затратах. В связи с возросшими требованиями к степени очистки газов в последние годы четко выявляется тенденция к увеличению доли использования фильтров по сравнению с аппаратами мокрой очистки и электрофильтрами.

Фильтрами называются устройства, в которых запыленный воздух пропускается через пористые материалы, способные задерживать или осаждать пыль. Очистку от грубой пыли проводят в фильтрах, заполненных коксом, песком, гравием, насадкой различной формы и природы. Для очистки от тонкодисперсной пыли применяют фильтрующие материалы типа бумаги, сетки, нетканых материалов, войлока или ткани различной плотности. Бумагу используют для очистки атмосферного воздуха или же газа с низким содержанием пыли.

В промышленных условиях применяют тканевые, или рукавные, фильтры. Они имеют форму барабана, матерчатых мешков или карманов, работающих параллельно. Частицы пыли, оседая на фильтрующий материал, создают слой с порами, меньшими, чем у фильтрующего материала, поэтому улавливающая способность слоя пыли возрастает, но вместе с этим увеличивается и его аэростатическое сопротивление.

Из аппаратов фильтрующего типа для очистки от пыли наибольшее распространение получили тканевые (рукавные) фильтры (рис. 12).

Рис. 12. Рукавный фильтр

Тканевые рукава изготавливаются из хлопка, шерсти, дакрона, нейлона, полипропилена, тефлона, стекловолокна и других материалов. Часто на ткани наносится силиконовое покрытие с целью повышения изгибоустойчивости, термостойкости, стойкости к усадке, абразивного изнашивания или улучшения регенерации ткани. Выбор фильтрующего материала зависит от условий его эксплуатации. Степень очистки газов от пыли при правильной эксплуатации фильтров может достигать 99,9 %.

Недостатками рукавных фильтров являются трудоемкость ухода за тканью рукавов и большая металлоемкость аппаратов, так как натягивание рукавов осуществляется с помощью грузов.

В промышленности для тонкой очистки газов от пыли и токсичных примесей широко используется большое количество конструкций фильтров из пористых материалов. К ним относятся фильтры с полужесткими фильтровальными перегородками из ультратонких полимерных материалов (фильтры Петрянова), обладающих термостойкостью, механической прочностью и химической стойкостью. Среди множества конструкций фильтров этого типа наиболее широкое распространение получили рамочные фильтры (рис. 13).

Рис. 13 Рамочный фильтр с тканью ФП

Фильтр собирается из трехсторонних рамок 1 таким образом, чтобы торцевая сторона оказывалась попеременно то справа, то слева. Фильтровальная перегородка 2 укладывается так, как показано на схеме (рис. 13). Воздух проходит в щели между рамками, фильтруется через фильтровальную перегородку и выходит очищенным с другой стороны. Пакет из рамок помещается в корпус 4. Чтобы полотна не соединялись друг с другом под напором воздушного потока, между ними ставят гофрированные сепараторы 3 (рис. 13, а, б, в, г, д). Со стороны входа запыленного потока на корпусе имеется фланец 5 с наклеенной резиновой прокладкой 6. Корпус фильтра изготавливается из фанеры, пластмасс, металла.

Известно много конструкций посадочного фильтра коробчатого типа с насадкой из стекловолокна, шлаковаты и других волокнистых материалов. Толщина насадки 100 мм при плотности набивки 100кг/м 3 и скорости фильтрации 0,1 - 0,3 м/с. Аэродинамическое сопротивление таких фильтров составляет 450 - 900 Па. Коробчатые, или кассетные, фильтры используются обычно для очистки вентиляционных газов при низких температурах (30-40 °С) и небольшой начальной запыленности порядка 0,1 г/м 3 .

Электрофильтры применяются для очистки запыленных газов от наиболее мелких частиц пылей, туманов размером до 0,01 мкм. Промышленные электрофильтры делятся на две группы: одноступенчатые (однозонные), в которых одновременно происходит ионизация и очистка воздуха, и двухступенчатые (двухзонные), в которых ионизация и очистка воздуха проводятся в разных частях аппарата.

По конструкции электрофильтры делятся на пластинчатые и трубчатые, горизонтальные и вертикальные, двупольные и многопольные, одно- и многосекционные, сухие и мокрые.

На рис. 14 представлены схемы трубчатого (а) и пластинчатого (б) электрофильтров.

Рис. 14. Схемы электрофильтров

В корпусе 1 трубчатого электрофильтра расположены осадительные электроды 2 высотой 3 - 6 м, выполненные из труб диаметром 150 - 300 мм. По оси труб натянуты коронирующие электроды 3 диаметром 1,5-2 мм, которые закреплены между рамами 4. Верхняя рама 4 соединена с опорно-проходным изолятором 5. Имеется распределительная решетка 6.

В пластинчатом электрофильтре (рис. 14, б) коронирующие электроды 3 натянуты между параллельными поверхностями осадительных электродов 2. Расстояния составляют 250 - 350 мм. Двумя крайними электродами служат, стенки металлического корпуса. Если напряжение электрического поля между электродами превышает критическое, которое при атмосферном давлении и температуре 15 °С равно 15 кВ/см, то молекулы воздуха, находящегося в аппарате, ионизируются и приобретают положительные и отрицательные заряды. Ионы движутся к противоположно заряженному электроду, встречают на своем пути частицы пыли, передают им свой заряд, а те в свою очередь направляются к электроду. Достигнув его, частицы пыли образуют слой, который удаляют с поверхности электрода при помощи удара, вибрации, отмывки и т. д.

Постоянный электрический ток высокого напряжения (50 - 100 кВ) в электрофильтр подают на коронирующий (обычно отрицательный) и осадительный электроды. Электрофильтры обеспечивают высокую степень очистки. При скоростях газа в трубчатых электрофильтрах от 0,7 до 1,5 м/с, а в пластинчатых от 0,5 до 1,0 м/с можно достичь степени очистки газа, близкой к 100 %. Эти фильтры обладают высокой пропускной способностью. Недостатками электрофильтров являются их высокая стоимость и сложность в эксплуатации.

Ультразвуковые аппараты используются для повышения эффективности работы циклонов или рукавных фильтров. Ультразвук со строго определенной частотой приводит к коагуляции и укрупнению частиц пыли. Наиболее распространенными источниками ультразвука являются разного типа сирены. Относительно хороший эффект ультразвуковые пылеуловители дают при высокой концентрации пыли в очищаемом газе. Чтобы увеличить эффективность работы аппарата, в него подают воду. Ультразвуковые установки в комплексе с циклоном применяют для улавливания сажи, тумана различных кислот.

Абсорбция - это процесс поглощения газов или паров из газовых или паровых смесей жидкими поглотителями - абсорбентами. Различают физическую и химическую абсорбцию. При физической абсорбции молекулы поглощаемого вещества (абсорбтива) не вступают с молекулами абсорбента в химическую реакцию. При этом над раствором существует определенное равновесное давление компонента. Процесс абсорбции проходит до тех пор, пока парциальное давление целевого компонента в газовой фазе выше равновесного давления над раствором.

При химической абсорбции молекулы абсорбтива вступают в химическое взаимодействие с активными компонентами абсорбента, образуя новое химическое соединение. При этом равновесное давление компонента над раствором ничтожно мало по сравнению с физической абсорбцией и возможно полное его извлечение из газовой среды.

Процесс абсорбции является избирательным и обратимым.

Избирательность -это поглощение конкретного целевого компонента (абсорбтива) из смеси при помощи абсорбента определенного типа. Процесс является обратимым, так как поглощенное вещество может быть снова извлечено из абсорбента (десорбция), а абсорбтив снова может быть использован в процессе.

На рис. 15 показана принципиальная схема абсорбционной установки для улавливания целевого компонента из газовой смеси.

Рис. 15. Принципиальная схема абсорбционно-десорбционного процесса

Газовая смесь поступает в абсорбер 1, где контактирует с охлажденным абсорбентом, который избирательно поглощает извлекаемый компонент (абсорбтив). Газ, очищенный от компонента, удаляется, а раствор лообменник 4, нагревается в нем и подается насосом 5 в десорбер 3, где из него извлекается поглощенный компонент путем нагревания поглотителя водяным паром. Освобожденный от целевого компонента поглотитель насосом 6 направляется сначала в теплообменник 4, где охлаждается, отдавая тепло насыщенному абсорбенту, затем через холодильник 2 он снова поступает на орошение абсорбера.

Применяемые абсорбенты должны хорошо растворять извлекаемый газ, иметь минимальное давление паров, чтобы возможно меньше загрязнять очищаемый газ парами поглотителя, быть дешевым, не вызывать коррозию аппаратуры.

Для очистки газов от диоксида углерода в качестве абсорбентов используются вода, растворы этаноламинов, метанол.

Очистка от сероводорода осуществляется растворами этаноламинов, водными растворами Nа 2 С0 3 , К 2 С0 3 , NН 3 (с последующим окислением поглощенного Н 2 S кислородом воздуха с получением элементарной серы).

Для очистки газов от диоксида серы используются аммиачные методы, известковый метод, марганцевый метод.

Для удаления оксида углерода его абсорбируют медно-аммиачными растворами.

Процесс абсорбции протекает на поверхности раздела фаз, поэтому абсорбер должен иметь возможно более развитую поверхность соприкосновения между жидкостью и газом. По способу образования этой поверхности абсорберы можно разделить на поверхностные, насадочные и барботажные. Поверхностные абсорберы малопроизводительны и используются для поглощения только хорошо растворимых газов. Наиболее распространенными универсальными видами являются насадочные абсорберы. Они имеют более развитую поверхность соприкосновения, просты по устройству, надежны. Их широко применяют для очистки газов от оксидов азота, S0 2 , С0 2 , СО, С1 2 и некоторых других веществ.

Более компактными, но и более сложными по устройству являются барботажные абсорберы, в которых газ барботируется через слой абсорбента, размещенного в колонне на тарелках.

Еще более совершенными являются пенные абсорберы. В этих аппаратах жидкость, взаимодействующая с газом, приводится в состояние пены, что обеспечивает большую поверхность контакта между абсорбентом и газом, а следовательно, и высокую эффективность очистки.

В общем случае в качестве абсорберов могут использоваться любые массообменные аппараты, применяющиеся в химической промышленности.

Адсорбция - основана на избирательном извлечении примесей из газа при помощи адсорбентов - твердых веществ с развитой поверхностью. Адсорбенты должны обладать высокой поглотительной способностью, избирательностью, термической и механической стойкостью, низким сопротивлением потоку газа, легкой отдачей адсорбированного вещества. В качестве адсорбентов применяют в основном активные угли, силикагели, синтетические и природные цеолиты.

Активные угли представляют собой зернистые или порошкообразные углеродные адсорбенты, изготовленные по специальной технологии из каменного угля, торфа, полимеров, косточек кокосовых орехов, древесины и другого сырья. Для очистки газовоздушных выбросов используют газовые и рекуперационные угли.

Газовые угли применяют для улавливания относительно плохо сорбирующихся веществ с небольшой концентрацией. Если же концентрация целевого компонента в газовом потоке значительна, то в этом случае необходимо использовать рекуперационные угли.

Силикагели являются минеральными адсорбентами с регулярной структурой пор. Они производятся двух типов: кусковые (зерна неправильной формы) и гранулированные (зерна сферической или овальной формы). Силикагели представляют собой твердые стекловидные или матовые зерна размером 0,2 - 7,0 мм, насыпной плотностью 400 - 900 кг/м 3 . Силикагели используют в основном для осушки воздуха, газов и поглощения паров полярных веществ, например метанола.

Близкими по свойствам к силикагелям являются алюмогели (активный оксид алюминия), которые выпускаются промышленностью в виде гранул цилиндрической формы (диаметром 2,5-5,0мми высотой 3,0-7,0 мм) и в виде шариков (со средним диаметром 3-4 мм).

Цеолиты (молекулярные сита) - это синтетические алюмосиликатные кристаллические вещества, обладающие большой поглотительной способностью и высокой избирательностью даже при весьма низком содержании определенного вещества (адсорбтива) в газе.

По происхождению цеолиты подразделяются на природные и синтетические. К природным цеолитам относятся такие минералы, как клинопти-лолит, морденит, эрионит, шабазит и др. Синтетические цеолиты характеризуются практически идеально однородной микропористой структурой и способностью избирательно адсорбировать молекулы малых размеров при низких концентрациях адсорбируемого компонента.

Адсорбцию осуществляют в основном в адсорберах периодического действия. Очищаемый газ проходит сверху вниз через слой адсорбента. Процесс поглощения адсорбтива начинается с верхнего слоя сорбента, затем фронт поглощения постепенно передвигается вниз, захватывая все его слои, и после исчерпания поглотительной способности всех слоев наступает «проскок» поглощаемого компонента, показывающий, что аппарат должен быть переключен на процесс десорбции.

Десорбцию ведут обычно острым паром, подаваемым снизу, который выносит из сорбента поглощенный им продукт (адсорбат) и поступает в холодильник-конденсатор, где продукт отделяется от воды.

Адсорберы периодического действия отличаются простотой и надежностью. Недостатками их является периодичность процесса, низкая производительность и относительно небольшая эффективность.

Непрерывные процессы адсорбционной очистки газов осуществляются в кипящем слое адсорбента.

На рис. 16 показана принципиальная схема адсорбционной очистки газов с циркулирующим псевдоожиженным адсорбентом.

Рис. 16. Принципиальная схема адсорбционной очистки газов с циркулирующим псевдоожиженным адсорбентом

Подлежащий очистке газ подается в адсорбер 1 с такой скоростью, чтобы в нем образовывался и поддерживался кипящий слой адсорбента 3, в котором поглощаются целевые компоненты. Какая-то часть адсорбента постоянно опускается в десорбер 2 для регенерации, которая осуществляется вытесняющим веществом, подаваемым в нижнюю часть десорбера. В десорбере также поддерживается кипящий слой адсорбента, из него извлекается адсорбат и выводится из системы. Регенерированный адсорбент снова возвращается в адсорбер 1.

Адсорберы с кипящим слоем сложны по устройству, требуют точного регулирования процесса.

Обезвреживание газовоздушных выбросов. Если концентрация примесей в газовоздушных выбросах незначительна (десятки миллиграммов на кубометр), улавливание их экономически и технически нецелесообразно. В этих случаях необходимо использовать различные приемы обезвреживания.

Одним из современным способов обевреживания газовоздушных выбросов с низкими концентрациями органических соединений, диоксида азота, оксида углерода, неприятнопахнущих соединений является каталитический, при котором происходит глубокое их окисление до углекислого газа и воды. Каталитическое обезвреживание основано на каталитических реакциях, в результате которых находящиеся в газе вредные примеси окисляются и превращаются в другие соединения, безвредные или менее вредные, или же легко удаляющиеся из среды. Степень их конверсии может достигать 99,9 %. Принципиальная технологическая схема каталитического обезвреживания газовоздушных выбросов с частичным использованием обезвреженных газов в основном технологическом процессе представлена на рис. 17.

Рис. 17. Принципиальная технологическая схема каталитического обезвреживания газовоздушных выбросов: 1 - каталитический реактор; 2 - вентилятор; 3 - технологическая установка

Эффективным методом обезвреживания нейтральных газов является каталитическое восстановление оксидов до элементарного состояния.

Каталитический способ обезвреживания газовых смесей обычно реализуют в контактном аппарате со стационарно работающим адиабатическим слоем катализатора и рекуперативным теплообменником, где происходит нагрев исходной смеси теплом прореагировавших газов. Для нагрева смеси до температуры начала реакции окисления при низком содержании горючих веществ требуется либо дополнительный подвод тепла, либо чрезмерно большая поверхность теплообмена, что приводит к удорожанию процесса обезвреживания.

Термический метод обезвреживания получил более широкое распространение, так как некоторые вредные примеси трудно или невозможно полностью нейтрализовать другими методами из-за сложности их состава, низкой концентрации, а также из-за отсутствия эффективных средств улавливания. Он заключается в том, что все органические вещества полностью окисляются кислородом воздуха при высокой температуре до нетоксичных соединений. В результате выделяются минеральные продукты, вода, диоксид углерода, а также теплота, которые требуют дальнейшей их утилизации.

К преимуществам термического метода обезвреживания отходящих газов относятся отсутствие шламового хозяйства, небольшие габариты установок, простота обслуживания, высокая эффективность, возможность обезвреживания горючих выбросов сложного состава.

Метод дожига углеводородов получает все большее распространение. Накоплен опыт термического обезвреживания воздуха, содержащего примеси стирола, формальдегида, толуола, бутилацетата и других органических веществ. Степень окисления последних составляет 99 %.

Установки прямого сжигания представляют собой камеру, в которую по самостоятельным каналам подается топливо, очищаемый газ и воздух. Для полного окисления горючих компонентов необходимо тщательное перемешивание смеси.

При всей простоте конструктивного оформления метод прямого сжигания имеет ряд недостатков, главным из которых является необходимость высоких температур, что приводит к повышенным энергозатратам.

Термокаталитическое дожигание органических веществ до диоксида углерода и воды применяют в тех случаях, когда отходящие газы представляют собой многокомпонентную смесь различных органических веществ. В настоящее время разработаны типовые схемы обезвреживания выбросов от сушильных камер путем сжигания паров растворителей на поверхности катализатора. Внедрение схем, предусматривающих последующую утилизацию теплоты, позволяет достичь сокращения расхода теплоносителей не менее чем на 20 % (при сжигании паров с низким содержанием горючего компонента).

Дезодорация газовоздушных выбросов (ГВВ), как правило, проводится для устранения запаха газовых потоков, содержащих примеси органических и неорганических веществ. Концентрация этих примесей в большинстве случаев ниже предельно допустимых значений, т. е. выбросы являются «чистыми» с точки зрения санитарных норм. Однако наличие запаха не позволяет выбрасывать такие отходящие газы в атмосферу без дополнительной обработки.

Для дезодорации и обеззараживания неприятнопахнущих выбросов (НПВ) в промышленности используют все вышеперечисленные методы термического и термокаталитического дожигания, абсорбции, адсорбции, химического и биохимического окисления, а также различные их сочетания. Содержание в ГВВ химических производств одорантов различной химической природы создает определенные трудности при выборе методов дезодорации.

Термические и термокаталитические методы применяются в основном при дезодорации газов, содержащих низкокипящие органические вещества, так как содержание высокомолекулярных и высококипящих органических соединений может привести к закоксовыванию поверхности катализатора продуктами их окисления. Кроме того, при неполном окислении высокомолекулярных веществ могут образовываться новые одоранты, обладающие еще более неприятным запахом, чем исходные вещества.

Перспективным комбинированным методом устранения запахов ГВВ является биосорбционная дезодорация - сочетание адсорбции одорантов различными сорбентами с последующим их биохимическим окислением микроорганизмами, образующими биопленку на поверхности сорбента. В качестве сорбентов используют торф, древесные опилки, шлам от очистных установок, компост, песок, камни, кокс, пластмассы, антрацит, активированный уголь и т. д.

Особенно широкое распространение получили биофильтры, снабженные носителем с фиксированными клетками микроорганизмов, в которых периодически производится увлажнение носителя и подпитка микроорганизмов. Преимущества биосорбционного метода - универсальность, незначительные затраты, высокая эффективность.

Дезодорацию путем обычного биохимического окисления можно проводить в различных абсорберах. При биохимической дезодорации примесей в абсорбционной колонне суспензию аэробных бактерий помещают на тарелки либо на элементы насадки, над которыми расположены распылители, подающие питательный раствор и абсорбент.

Абсорбционно-окислительные методы дезодорации и обеззараживания основаны на поглощении газов водой или другими поглотителями. Они нашли самое широкое применение на предприятиях химической и микробиологической промышленности. Для этого может использоваться абсорбционное оборудование различных видов, рассмотренное ранее.

Для повышения эффективности абсорбционного метода в качестве абсорбента используют растворы многих окислителей (перманганата калия, оксида водорода, гипохлоритов натрия и кальция, галогенсодержащих соединений, кислот), а также кислород, озон и некоторые другие. Процесс обеззараживания и дезодорации перманганатом калия или гипохлоритом натрия проводится при рН < 6. Недостатками метода являются высокая стоимость окислителя, а также необходимость дополнительной обработки сточных вод для удаления диоксида марганца.

Теоретическая часть

Природная вода является сложной системой, в которой присутствует множество других веществ – растворенные газы (О 2 , N 2 , СО 2), соли в виде ионов Na + , K + , Mg 2+ , Ca 2+ , Cl – , SO 4 2– , HCO 3 – и др., а также живые организмы.

Гидросфера служит естественным аккумулятором большинства загрязняющих веществ, поступающих в атмосферу и литосферу. Это связано с большой растворяющей способностью воды, с гидрологическим циклом воды в природе, а также с тем, что водоемы являются конечным пунктом на пути движения различных сточных вод.

В природную воду могут попадать отходы двух видов (рис. 2):

Природные – органические остатки природного происхождения (экскременты животных, растительные остатки и т.д.);

Антропогенные – отходы, связанные с деятельностью человека. Основными источниками загрязнения водоемов служат предприятия черной и цветной металлургии, химической, целлюлозно-бумажной, легкой промышленности, бытовые сточные воды и т.д.

Важным показателем качества воды является количество растворенного в ней кислорода. В прямой зависимости от его содержания находится жизнь микроорганизмов (см. рис. 2) и способность вод к самоочищению. Живущие в воде аэробные бактерии с помощью кислорода окисляют органические вещества, попавшие в воду, так как они служат им пищей и удовлетворяют энергетические запросы. Органические вещества, способные окисляться в воде бактериями, называют биоразложимыми.

Процесс окисления достаточно сложен. В результате его органические загрязнители исчезают, а содержащиеся в них элементы С, Н, О, N, S, Р превращаются в окисленные формы - H 2 O , CO 2 , PO 4 3– , SO 4 2– , NO 3 – (неопасные для живых организмов вещества).

Если в воде находится большое количество загрязняющих веществ, то окислительные реакции снижают количество растворенного в воде кислорода и на смену аэробным бактериям приходят анаэробные (см. рис. 2). Анаэробные бактерии разлагают органические вещества до NH 3 , PH 3 , H 2 S и CH 4 . Продукты разложения токсичны для всех живых организмов и обладают неприятным запахом.

Количество растворенного О 2 , необходимое для окисления всех биоразложимых органических отходов в воде, называют биохимической потребностью в кислороде (БПК). Величину БПК определяют следующим образом: пробу насыщают кислородом и определяют его количество (при t = 20 0 С) непосредственно после насыщения и через 5 (или 20 суток). Разность между этими значениями соответствует БПК 5 (или БПК 20). Также определяют полное биохимической потребление кислорода - БПК ПОЛН.

Максимальная растворимость кислорода в воде при 20 0 С равна ~ 9 мг/дм 3 , а БПК ПОЛН (по стандартам качества питьевой воды) не должна превышать 3 мгО 2 / дм 3 Н 2 О. Чем больше БПК, тем сильнее загрязнена вода органическими и другими биоразложимыми веществами.

В воде появляется все больше веществ, которые не поддаются биологическому разложению (например, органические растворители) и поэтому не фиксируются показателем БПК. Также определение БПК в природной воде является сложной и трудоемкой задачей.

Поэтому пользуются более простыми косвенными методами. Для окисления загрязняющих веществ используют химические окислители – перманганат калия (KMnO 4) или бихромат калия (K 2 Cr 2 O 7), израсходованное количество которых переcчитывают на эквивалентное количество кислорода (О 2).

Соответственно различают перманганатную и бихроматную окисляемость.

Окисляемость – это условная величина, характеризующая загрязненность воды различными легко окисляющимися веществами, главным образом органического происхождения. Она показывает, сколько миллиграммов кислорода необходимо для окисления загрязнителей, содержащихся в одном литре воды (мгО 2 / дм 3 Н 2 О). В чистых родниковых и артезианских водах окисляемость обычно составляет 1,0–2,0 мгО 2 /дм 3 . В воде открытых водоемов окисляемость повышается до 6-8 мгО 2 /дм 3 H 2 O, достигая большего значения в водах болотного происхождения.

Перманганатная окисляемость является характеристикой питьевых вод, а также вод рек, защищенных от попадания каких-либо промышленных отходов.

Вода считается пригодной для хозяйственных и питьевых целей, если перманганатная окисляемость ее не превышает 5,0 мгО 2 / дм 3 Н 2 О (при t = 25 0 С).

При загрязнении вод промышленными стоками перманганатная окисляемость не отражает полного содержания органических загрязнений в воде. В этом случае определяют бихроматную окисляемость, которая называется химическим потреблением кислорода (ХПК).

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Тема работы “Определение перманганатной окисляемости воды”.

Цель работы – исследование воды на содержание в ней органических загрязнителей.

Определение основано на том, что перманганат калия (KMnO 4), являясь сильным окислителем, в кислой среде реагирует с восстановителями (органические вещества, соли железа (II), нитраты и т.д.) в соответствии с уравнением:

MnO 4 – + 8Н + + 5ē = Mn 2 + + 4H 2 O (1)

фиолетовый бесцветный

Избыток KMnO 4 , оставшийся после окисления загрязнителей, реагирует с вводимой щавелевой кислотой (Н 2 С 2 О 4) по уравнению

2MnO 4 – + 5С 2 О 4 2– + 16Н + = 2Mn 2+ + 10СО 2 + 8H 2 O (2)

Не вступившую в реакцию (2) щавелевую кислоту оттитровывают перманганатом калия (KMnO 4) по реакции 1.

Выполнение опыта

1. Отмерьте цилиндром 100 см 3 исследуемой воды (V H 2 O ИССЛ) и перенесите ее в коническую колбу емкостью 250 см 3 .

2. Добавьте к воде 5 см 3 раствора серной кислоты H 2 SO 4 (1:2).

3. Прилейте из бюретки 20 см 3 раствора перманганата калия концентрацией 0,01 моль-экв/дм 3 . Этот объем обозначим V 1 .

4. Накройте колбу воронкой, нагрейте до кипения и кипятите в течение 10 минут. При кипячении идет процесс окисления веществ-загрязнителей по уравнению (1), в результате чего раствор светлеет.

5. Снимите колбу с нагревательного прибора и добавьте в нее 20 см 3 раствора щавелевой кислоты концентрацией 0,01 моль-экв/дм 3 . Раствор обесцвечивается, так как щавелевая кислота реагирует с избытком KMnO 4 по уравнению (2).

6. Проведите титрование обесцвеченного горячего раствора с помощью раствора перманганата калия до появления устойчивой светло-розовой окраски.

Определите объем KMnO 4 , израсходованный на титрование, который обозначим как V 2 .

Таким образом, перманганат калия Вы использовали дважды, поэтому его общий объем V общ = V 1 + V 2 , т.к. KMnO 4 расходуется как на окисление органических загрязнителей воды, так и на окисление 20 см 3 щавелевой кислоты.

Для определения окисляемости необходимо учитывать расход перманганата калия на окисление только органических примесей воды. Поэтому отдельным опытом надо определить объем перманганата калия, необходимый для окисления 20 см 3 щавелевой кислоты.

Для этого проведите следующий эксперимент:

1. Отмерьте цилиндром 100 см 3 дистиллированной воды (V ДИС) и перенесите ее в коническую колбу емкостью 250 см 3 .

2. Добавьте к воде 5 см 3 H 2 SO 4 (1:3) и нагрейте раствор до 50-60 0 С.

3. Снимите колбу с нагревательного прибора.

4. Добавьте в колбу 20 см 3 раствора щавелевой кислоты концентрацией 0,01 моль-экв/дм 3 и титруйте раствором перманганата калия до устойчивой светло-розовой окраски.

Определите значение объема KMnO 4 (V 3), израсходованного на титрование этого раствора.

Запись результатов опыта

Перманганат калия является сильным окислителем, поэтому концентрация его раствора изменяется со временем и ее необходимо рассчитать, используя закон эквивалентов:

Перманганатную окисляемость воды Х (мгО 2 /дм 3 H 2 O) рассчитайте по формуле:

где 8 – эквивалентная масса кислорода

В выводе дайте заключение о качестве исследуемой воды относительно содержания в ней органических загрязнителей по рассчитанному значению окисляемости.

Вопросы для самоконтроля знаний

1. Какой качественный состав имеет природная вода?

2. Назовите источники и способы загрязнения природных водоемов.

3. Дайте понятие аэробных и анаэробных бактерий и охарактеризуйте их роль в водных экосистемах.

4. Можно ли назвать процесс окисления различных веществ аэробными бактериями процессом самоочищения водных экосистем?

5. Какие изменения водных экосистем связаны с хозяйственной деятельностью человека?

6. Почему одним из критериев качества природной воды является количество растворенного в ней кислорода?

7. Введите понятия показателей качества воды БПК, БПК 5 , БПК 20 и ХПК. В чем их различие?

8. Что такое окисляемость? Что показывает величина окисляемости?

9. В чем сущность метода перманганатной окисляемости и для определения качества какой воды его используют?

Работа № 5

Кислотные осадки

Теоретическая часть

Одной из экологических проблем является повышение кислотности окружающей среды.

Основными источниками кислотных осадков являются соединения серы и азота. Сера содержится в таких полезных ископаемых, как уголь, нефть, железные, медные и другие руды. Одни из них используются как топливо, другие направляют на предприятия химической и металлургической промышленности с целью их переработки. При обжиге металлических руд и сжигании ископаемого топлива сера окисляется с образованием оксидов серы SO 2 и SO 3 , которые, соединяясь с парами воды, находящимися в атмосфере, образуют кислоты – сернистую и серную:

SO 2 + Н 2 O ® Н 2 SO 3 ,

SO 3 + Н 2 O ® Н 2 SO 4

Природным источником серосодержащих соединений является извержение вулканов. При извержении вулканов преобладает диоксид серы (SO 2), в меньшем количестве в атмосферу поступает сероводород (Н 2 S), а также сульфаты в виде аэрозолей и твердых частиц. Ежегодно во всем мире в результате вулканической деятельности выделяется 4-16 млн. т. соединений серы (в пересчете на SO 2).

Основным источником соединений азота является процесс сжигания топлива. Так, например, в выхлопных газах автомобильного транспорта содержится 93% монооксида азота (NO), который в результате химических реакций в атмосфере превращается в диоксид азота (NO 2), образующего с водой азотистую и азотную кислоты.

2NO 2 + Н 2 O ® НNO 3 + НNO 2

3HNO 2 ® HNO 3 + 2NO + H 2 O

Природные источники азота – это деятельность почвенных бактерий, лесные пожары, грозовые разряды и молнии.

Основными компонентами кислотных осадков являются серная и азотная кислоты.

Количественной характеристикой кислотности среды является водородный показатель рН – логарифм концентрации ионов водорода (моль/дм 3), взятый с обратным знаком, рН = – lg .

В кислой среде 0<рН< 7, в щелочной - 7< рН< 14, в нейтральной – рН=7.

Чистая дождевая вода имеет слабокислую среду вследствие растворения в ней диоксида углерода СO 2:

2СO 2 + Н 2 O « Н 2 СO 3 « H + + НСO 3 – ,

и ее рН ≈ 5,5 - 5,6. Осадки, рН которых меньше, чем 5,5, называются кислотными .

Кислотные осадки наносят экологический, экономический и эстетический ущерб.

В результате выпадения кислотных осадков нарушается равновесие в экосистемах, снижается продуктивность сельскохозяйственных растений и плодородие почв, ржавеют металлические конструкции, разрушаются здания, сооружения, памятники архитектуры.

Кислотные осадки растворяют тяжелые металлы и их соединения, находящиеся в почве, в результате чего они усваиваются растениями и передаются по пищевым цепям от уровня к уровню. Попадание в организм соединений тяжелых металлов (ртути, свинца, кадмия, меди и др.) может привести к различным патологическим изменениям. В частности, они нарушают структуру белков и их функции.

Учеными доказана токсичность алюминия, оказывающего негативное влияние на растения, животных и человека. Алюминий – составной элемент глинистых почв, при средних значениях кислотности он находится в малорастворимых нетоксичных формах. При повышении кислотности почвы происходит растворение соединений алюминия, образуются токсичные соединения, которые разрушают корневую систему, нарушается процесс питания.

Изменение рН влечет глубокие биохимические перестройки водных экосистем. Многие организмы вымирают из-за невозможности размножения в кислой среде. При рН равном 6,0 –5,0 гибнут сиговые рыбы, форель, хариус, лосось, окунь, щука. При рН ниже 4,5 в воде озер вымирают микроорганизмы, развиваются анаэробные (бескислородные) процессы с выделением метана и сероводорода.

Кислотные осадки медленно растворяют сооружения из мрамора и известняка. Существует опасность полной утраты произведений искусства в ближайшие 15-20 лет.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Тема работы “Кислотные осадки”.

Цель работы – определение значения рН атмосферных осадков и изучение влияния кислотных осадков на живые организмы и архитектурные сооружения.

Перманганатная окисляемость характеризует легкоокисляемую часть органических веществ (преимущественно алифатику). В среднем 1 мг кислорода перманганатной окисляемости соответствует 1 мг углерода органического вещества. Соотношение перманганатной и бихроматной окисляемости позволяет судить о природе органических веществ в воде. Чем меньше это отношение, тем больше в воде трудноокисляемой ароматики.

Определение перманганатной окисляемости.

Принцип метода.

Окисление проводится раствором перманганата калия в сернокислой среде при кипячении:

MnO 4 - + 8H + + 5e -  Mn 2+ + 4H 2 O

Избыток перманганата калия после кипячения определяют иодометрически. Метод рекомендуется для анализа пресных вод, содержащих не более 300 мг Cl - /л.

Реактивы:

1. Раствор перманганата калия, С (KMnO 4) = 0,01 М

2. Раствор тиосульфата натрия Na 2 S 2 O 3 . 5H 2 O, C (Na 2 S 2 O 3) = 0,01 М

3. Раствор крахмала, 0,5%-ный

4. Иодистый калий кристаллический

5. Раствор серной кислоты H 2 SO 4 , х.ч., 1:3.

Оборудование и посуда:

1. Электроплитки с закрытой спиралью - 2 шт.;

2. Колбы конические 250 мл - 2 шт.;

3. Обратные холодильники - 2 шт.;

4. Пипетки 100 мл -1 шт.;

10 мл - 1 шт.;

15 мл - 1 шт.;

5 мл - 1 шт.

5. Бюретка 25 мл - 1 шт.;

6. Капилляры

Ход определения.

В коническую колбу на 250 мл наливают 100 мл исследуемой воды, добавляют 2-3 капилляра, приливают 5 мл H 2 SO 4 (1:3) и нагревают. В самом начале кипения в колбу добавляют пипеткой 20 мл 0,01 М раствора KMnO 4 , закрывают колбу пробкой-холодильником и после этого кипятят 10 минут. Если во время кипячения розовая окраска в колбе, свойственная перманганату, исчезает, определение надо повторить вновь, разбавив исследуемую воду бидистиллятом. По окончании кипячения пробу охлаждают, добавляют около 0,5 г иодистого калия и выделившийся иод титруют 0,01 М раствором тиосульфата, пока жидкость не приобретет слабо-желтый цвет. Затем добавляют 1 мл раствора крахмала и продолжают титрование до исчезновения синей окраски раствора. Аналогично проводят холостое определение с 100 мл бидистиллята.

Величина перманганатной окисляемости в мг О 2 /л рассчитывается по формуле:

где М - молярность раствора тиосульфата; n 1 - количество миллилитров раствора тиосульфата, пошедшего на титрование холостой пробы; n 2 - количество миллилитров раствора тиосульфата, пошедшего на титрование пробы; V - объем пробы воды, мл.

Бихроматная окисляемость.

Принцип метода.

Окисление бихроматом калия протекает в кислой среде в присутствии катализатора:

Cr 2 O 7 2- + 14H + + 6e -  2 Cr 3+ + 7H 2 O

Избыток бихромата калия, добавленный к пробе, титруют раствором железоаммонийных квасцов. Метод предназначен для анализа пресных вод с содержанием органических веществ, соответствующих 5 и более мг О 2 /л.

Реактивы:

1. Дважды дистиллированная вода

2. Раствор бихромата калия C (K 2 Cr 2 O 7) = 0,025 М

3. Раствор железоаммонийных квасцов, 0,025 М

4. Раствор сернокислого серебра в концентрированной серной кислоте

5. Раствор серной кислоты 1:1

6. Раствор N-фенилантраниловой кислоты

Оборудование и посуда:

1. Электроплитка с закрытой спиралью - 2 шт.

2. Штативы - 2 шт.

3. Колбы круглодонные объемом 250 мл с пришлифованными обратными холодильниками - 2 комплекта

4. Пипетки 20 мл - 1 шт.;

10 мл - 1 шт.;

25 мл - 1 шт.;

5. Мерные цилиндры 50 мл - 1 шт.;

100 мл - 1 шт.

6 . Бюретка 25 мл - 1 шт.

7. Капилляры

Ход определения.

Пробу исследуемой воды объемом 20 мл или меньший ее объем, доведенный бидистиллятом до 20 мл, помещают в колбу со шлифом для кипячения. Прибавляют 20 мл 0,025 М раствора бихромата, осторожно приливают 30 мл раствора сернокислого серебра и для равномерного кипения бросают 2-3 стеклянных капилляра. К колбе присоединяют обратный холодильник и смесь равномерно кипит 2 часа. После охлаждения снимают холодильник, промывают его стенки 25 мл бидистиллята, переносят в коническую колбу на 750 мл и смесь вновь охлаждают. Затем прибавляют 15 капель раствора индикатора и избыток непрореагировавшего бихромата калия титруют раствором железоаммонийных квасцов до перехода окраски индикатора из красно-синей в синевато-зеленую, перемешивая раствор энергичным взбалтыванием.

Таким же образом производят холостое определение.

Величину бихроматной окисляемости в мг О 2 /л рассчитывают по формуле:

где М - молярность раствора железоаммонийных квасцов; n 1 - количество миллилитров раствора железоаммонийных квасцов, пошедшего на титрование холостой пробы; n 2 - количество миллилитров раствора железоаммонийных квасцов, пошедшего на титрование пробы; V - объем пробы воды, мл.

Недавно получили в комментариях вопрос: «Перманганатная окисляемость превышение в многоэтажном доме — причины и последствия?» Анализ воды с помощью нюха показал запах гнили. А анализ воды в лаборатории показал превышение перманганатной окисляемости. Дом 1970 года постройки, трубы ни разу не менялись. Постараемся ответить на вопрос, заодно пополнив раздел «Вода » и подраздел « «.

Перманганатная окисляемость — это показатель общего количества органических веществ в воде. Он не показывает, какие именно вещества присутствуют, но показывает, сколько их в сумме. Назван показатель по способу получения значения — в пробу воды добавляется марганцовка (перманганат калия). Окисляемость — это потому, что окисленные «до упора» формы органических веществ не взаимодействуют с марганцовкой. То есть, окисляются все вещества до этого «упора», и считается количество затраченной марганцовки. Результат — значение перманганатной окисляемости.

Теперь переходим к ответу на вопрос.

Первый вывод о превышении перманганатной окисляемости:

Само по себе превышение показателя «Перманганатная окисляемость» говорит всего-навсего о том, что в воде избыток органических веществ. Показатель не говорит, хорошие это вещества, плохие, нужные, ненужные. Просто их много.

Другое дело — это откуда взялись эти вещества и каковы последствия их избытка.

Источник органики в водопроводных трубах — водоросли.

За десятки лет работы на внутренних стенках труб развиваются колонии водорослей. Это не привычные нам водоросли из реки. Это особые водоросли, способные жить без света и более-менее устойчивые к хлорированной воде. Практически каждый пользователь водопровода может обнаружить эти водоросли в своём водопроводе. Ими богаты внутренние стенки унитаза — самый лёгкий источник проверки. Более сложный путь — выкрутить ключом аэратор крана (его всё равно стоит иногда выкручивать и промывать, чтобы поток воды был больше), и сунуть палец внутрь крана. Слизь на ощупь — это те самые микроорганизмы.

Чтобы бороться с водорослями и другими микроорганизмами, воду хлорируют на Водоканале. В некоторых городах вместо хлора используют фтор, сути дела это не меняет.

Водоросли — отличный источник пищи для бактерий — если они смогут выжить в хлорированной воде и укорениться в слое водорослей. Чем старше дом, тем больше слой слизи на трубах. И тем больше мест, куда могут спрятаться бактерии от хлорирования. Бактерии, живущие в темноте и без кислорода воздуха — это обычно гнилостные бактерии.

Гнилостные бактерии разлагают слой водорослей с выделением неприятного запаха.

То есть, весьма вероятная причина запаха воды в данном случае — бактерии, пирующие в слое водорослей. Молекулы этого запаха также могут давать вклад в превышение перманганатной окисляемости.

Теперь о том, чем грозит превышение перманганатной окисляемости.

Само по себе, превышение не грозит ничем. Чтобы оценить угрозу, необходимо знать, какие именно органические вещества присутствуют — а это дополнительные химические анализы и дополнительные затраты. Поэтому, возможно, дешевле применить комплексные методы воздействия:

на уровне дома — хлорирование
на уровне квартиры — фильтр для воды.

В многоэтажных домах проводят регулярное хлорирование воды — по трубам проходит намного большая концентрация хлора, чем обычно. Результат — слой водорослей вместе с бактериями умирает. Естественно, если слой водорослей толстый, то обычного повышения концентрации маловато, и нужно повысить дозу. Возможно, обращение в Водоканал с результатами анализа воды может помочь исправить ситуацию.

Но практика обращений в Водоканалы показывает ничтожный положительный результат. Поэтому чаще всего выбирают второй путь решения проблемы — фильтрация воды.