ЛР. ТООВ. часть 1

3.Як видаляється осад з тонкошарового елементу ?

4.Як кут нахилу впливає на ефект осадження ?

Лабораторна робота № 7

ВИЗНАЧЕННЯ ЗДАТНОСТІ ВОДИ ДО ФІЛЬТРУВАННЯ

Мета роботи - опанувати методику визначення здатності води до фільтрування на паперових фільтрах.

Теоретичні основи роботи

Здатність води до фільтрування являє собою умовний технологічний показник, який характеризує воду по кількості і якості завислих речовин, що утримуються в ній. Кількість завислих речовин може бути визначена при аналізі води (див. лабораторну роботу 1). Однак,

крім кількості завислих речовин на тривалість фільтроциклу значно впливає і якісний склад завислих часток: дисперсність, здатність стискатисть, липкість. Саме ці параметри можна оцінити при визначенні здатності води до фільтрування.

Здатність води до фільтрування - це відношення тривалості фільтрування 100 мл дистильованої води через щільний паперовий фільтр до тривалості фільтрування через той же фільтр 100 мл досліджуваної води.

	Ф = Тдист	/ Тдосл,
де	Ф - здатність води до фільтрування;
	Тдист - тривалість фільтрування 100	мл дистильованої води через щільний

паперовий фільтр, с;

Тдосл - те ж саме для 100 мл досліджуваної води, с.

Звичайно проводять десять дослідів і беруть середнє значення. Для фільтрування варто застосовувати щільний фільтр діаметром 25 мм при t = 18° і розрідженні 0,0165 МПа.

Чим більше здатність до фільтрування, тим легше вода буде фільтруватися на швидких фільтрах і тем більше тривалість фільтроциклу. В ідеальному випадку Ф = 1. У

цьому випадку практично відсутня суспензія.

Послідовність виконання роботи

1.Змонтувати установку згідно схеми рис. 7.1.

2.Змочити перший паперовий фільтр, помістити його в воронку. ввімкнути розрідження.

3.Відміряти 100 мл дистильованої води, вилити її в лійку з паперовим фільтром і одночасно пустити в хід секундомір.

4.Визначити тривалість фільтрування першої проби дистильованої води Тд1 = ..с.

21

Рис. 7.1. Схема установки для визначення фільтруємості води 1- воронка Бюхнера; 2- мірний циліндр на 500мл.; 3- сосуд Вульфа; 5- запірний кран;

6- мановакуумметр, 7- пристрій для утворення вакууму

5 Повторити дослід з дистильованою водою 4 рази, щоразу змінюючи фільтр,

визначити Тд2 = .... с, Тд3 = .... с, Тд4 = .... с, Тд5 = .....

с.

6.Відміряти 100 мл води, що досліджується, вилити її до лійки з новим змоченим фільтром і визначити тривалість фільтрування проби Т1 = .... с.

7.Повторити дослід з досліджуваною водою 4 рази, щоразу змінюючи фільтр,

визначити Т2 = .... с, Т3 = .....		с, Т4 = .....	с, Т5 = ....	с.
8.	Обчислити середні значення з 5 дослідів			Тд* та Т*.
9.	Визначити здатність води до фільтрування по формулі Ф = Тд* / Т*.
			Контрольні питання

1.Що таке здатність води до фільтрування?

2.Що враховує показник здатності води до фільтрування?

3.Як впливає здатність води до фільтрування на тривалість фільтроциклу?

Лабораторна робота №8

ВИЗНАЧЕННЯ ГРАНУЛОМЕТРИЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК

ЗЕРНИСТИХ ФІЛЬТРУЮЧИХ МАТЕРІАЛІВ

Мета роботи - оволодіти методикою визначення основних гранулометричних характеристик зернистих фільтруючих матеріалів на прикладі кварцевого піску.

Теоретичні основи роботи

Гранулометричні характеристики фільтруючого завантаження є визначальними в роботі швидких фільтрів. Правильний підбор крупностей та їхніх співвідношень забезпечують необхідний ефект очищення, санітарну надійність роботи фільтра, оптимальні параметри промивання.

22

Основа для визначення гранулометричних характеристик зернистого фільтруючою матеріалу - графік гранулометричного складу (графік ситового аналізу). Графік будується за результатами розсіву зернистого матеріалу на ситах.

За графіком можна визначити основні гранулометричні характеристики фільтруючого матеріалу:

d10 - 10%-й діаметр зерен, тобто калібр сита, через яке проходить 10% проби

матеріалу;

d80 - 80%-й діаметр зерен, тобто калібр сита, через яке проходить 80% проби: dекв - еквівалентний діаметр зерен;

Кн - коефіцієнт неоднорідності зерен

Кн= d80 / d10 (8.1)

Параметри d10 і d80 характеризують фактично мінімальну та максимальну крупність зерен, тому що безпосередньо ці величини виміряти важко.

Так, на прикладі графіка (див. малюнок) можна с упевненістю затверджувати тільки те, що максимальний діаметр зерен не перевищує 2,5 мм, тому що весь матеріал пройшов через сито цього калібру. Але може бути весь матеріал пройшов би й через сито 2,4 або 2,2

мм. Так само, як і те, що весь матеріал залишився на ситі 0,5 мм, не виключає можливості,

що він у повному об’ємі залишився б і на ситі 0,6 або 0,7 мм, якби таке сито використовувалося при розсіві. Тому однозначно судити про максимальний і минимальний діаметри зерен неможливо і в більшій мірі склад завантаження характеризують d10 і d80.

Коефіцієнт неоднорідності зерен Кн не повинен перевищувати величини 2.2. Якщо ця умова не виконується при великому розкиді крупностей зерен важко організувати процес промивання. Якщо параметри промивання призначати по крупних зернах, дрібні будуть виноситися із промивною водою з фільтра. Якщо орієнтуватися на невинесення зерен, то не будуть зважуватися та відмиватися крупні зерна. Велика неоднорідність зерен завантаження у швидких фільтрах зі спадним потоком очищаємої води приводить також до неефективного використання затримуючої здатності фільтруючого завантаження: забруднення вилучаються тільки верхнім дрібнозернистим шаром, а нижній крупнозернистий не використовується. В

ідеалі Кн повинен бути близьким до одиниці.

Еквівалентний діаметр є узагальнюючою характеристикою, дозволяє одним числом охарактеризувати крупність завантаження.

Кращими фільтруючими завантаженнями вважаються ті. у яких графік гранскладу близький до прямої - не вигинається ні нагору, ні вниз.

Послідовність виконання роботи

1.Відібрати пробу митого і висушеного до постійної маси фільтруючого матеріалу

23

масою 200 г та виконати її розсів на каліброваних ситах на протязі 15 хв.

2.Зважити залишки на ситах mi (в грамах) з точністю до 0,01 г.

3.Визначити залишки на ситах в відсотках Зi = mi / 2 , %.

4.Визначити відсоток матеріалу, що пройшов крізь сито даного калібру Pi = 100 - Зi,

де Зi - сума залишків на даному ситі та всіх ситах більшого калібру, %.

Результати занести до таблиці такої форми:

Калібр сита, мм		Залишок на ситі		Пройшло крізь сито, %
	г		%

Примітка: Таблицю заповняють, починаючи з більших калібрів сит.

5.	За результатами ситового аналізу побудувати графік гранулометричного складу в
координатах d - Р.
6.	По графіку визначити d10 та d80, розрахувати Кн = d80 / d10.
7.	Обчислити еквівалентний діаметр зерен dе = 100 / ( Рi / di ), мм.

Контрольні питання

1.Що таке d10 та d80?

2.Що таке графік ситового аналізу?

3.Як визначити коефіцієнт неоднорідності завантаження?

4.Як знайти еквівалентний діаметр зерен?

5.Як визначити калібр сита?

6.Методика визначення калібрів сит для одержання фільтруючого матеріалу з необхідними гранулометричними характеристиками.

Лабораторна робота №9

ДОСЛІДЖЕННЯ КОАГУЛЮВАННЯ ДОМІШОК ВОДИ РІЗНИМИ

РЕАГЕНТАМИ

Мета роботи - порівняти ефективність коагулювання домішок води при різних режимах коагулювання: лише коагулянтом, коагулянтом з аніонним флокулянтом,

коагулянтом з катіонним флокулянтом, лише аніонним флокулянтом, лише катіонним флокулянтом.

Теоретичні основи роботи

Об'ємне коагулювання домішок води у вигляді зважених речовин і колоїдів полягає у їхньому укрупненні з метою інтенсифікації процесу осадження домішок у відстійних

24

спорудах. Метою об'ємного коагулювання є одержання великих і міцних пластівців.

Найпоширенішим коагулянтом у практиці очищення природних вод є сірчанокислий алюміній A12(S04)3. При його введенні в воду протікає реакція гідролізу

Al2 SO4 3 6H2O 2Al OH 3 6H 3SO42

Реакція успішно протікає в бік утворення гідроксиду алюмінію тільки при зв'язуванні водневих іонів гідрокарбонатами

	Н НСО	Н	2	О СО
	3			2
Оскільки гідрокарбонаті іони обумовлюють				лужність води, їхнє витрачання на
зв'язування Н+ приводить до зниження лужності води.
Лужність обробленої води складе, мг-екв/л:
	Л*=Ло-Дк/Ек,			(9.1)
де	Ло - лужність висхідної води, мг-екв/л;
	Дк - доза коагулянту, мг/л;

Ек - еквівалент коагулянту (для A12(S04)3 EK = 57).

Через підкислення води при введенні сірчанокислого алюмінію знижується рН води.

Гідроксид алюмінію, що утворився в результаті реакції гідролізу коагулянту, являє собою колоїд, що складається з міцел із невеликим позитивним зарядом або в ізоелектричному стані із дзета-потенціалом, близьким до нуля (залежно від рН води). Міцели Аl(ОН)3 взаємно коагулюють, а також злипаються із частками суспензій та адсорбують колоїдні домішки,

створюючи пластівці. Коагуляція часток у мікропластівці розміром до 1-10 мкм протікає під впливом броунівського руху (перикінетична стадія коагуляції). При подальшому укрупненні пластівців вони стають нечутливими до ударів молекул води і для утворення великих пластівців потрібне зовнішнє перемішування, що забезпечує зіткнення мікропластівців та їхнє злипання у великі агрегати (ортокінетична стадія коагуляції).

Для укрупнення й зміцнення пластівців додатково до коагулянтів уводяться флокулянти. Полімерні молекули флокулянтів у формі ниток зв'язують первинні пластівці домішок в укрупнені агрегати, які швидше випадають у відстійниках і не руйнуються в потоках з підвищеними швидкостями води.

Спільно з коагулянтами діють аніонні флокулянти, тому що їхні молекули, будучи негативно зарядженими, притягаються й злипаються з позитивно зарядженими міцелами гідроксидів, що перебувають у складі пластівців. Самі по собі, без застосування коагулянту,

аніонні флокулянти не забезпечують видалення домішок.

При обробці води катіонними флокулянтами не потрібне введення коагулянту.

Оскільки частки суспензій і колоїдів у природній воді заряджені негативно, а фрагменти ланцюжка катіонного флокулянта - позитивно, відбувається їхнє взаємне притягання,

25

злипання й укрупнення. Через однойменність зарядів часток гідроксидів і катіонних флокулянтів їхнє спільне застосування позбавлене сенсу.

Як флокулянти в практиці водоочищення застосовуються в основному синтетичні поліелектроліти. наприклад. ПАА (поліакриламід), ППС (полімер піридинової солі). ВА-2 (високомолекулярний амоній). Флокулянти не впливають на іонний склад, лужність і рН води.

Послідовність виконання роботи

1.Визначаємо каламутність, лужність та рН висхідної води за відомими методиками.

2.Визначаємо по табл. 13. 17 БНіП 2.04.02-84 дози коагулянта та флокулянта та кількості їх розчинів для обробки води.

3.Наливаємо в 5 циліндрів по 500 мл висхідної води.

4.Вводимо розчин коагулянта розрахованою дозою в перший циліндр, швидко перемішуємо розчин з водою перевертанням циліндра, а потім повільно перемішуємо суспензію на протязі 10-15хв, спостерігаючи за процесами утворення пластівців та їх осадження. При цьому відзначаємо початок утворення пластівців (появи видимих очами пластівців), початок та кінець осадження пластівців.

5.В другий циліндр вводимо розчини спершу коагулянту, а через 2 хв - флокулянта ПАА, спостерігаємо за процесом.

6.В третій циліндр вводимо розчини коагулянта та флокулянта ППС, спостерігаємо за процесом.

7.В четвертий та п'ятий циліндри вводимо лише флокулянти: відповідно ППС та ПАА. Кожного разу спостерігаємо за процесом.

8.Після закінчення процесу осадження в кожному з циліндрів визначаємо каламутність. лужність та рН проб відстояної води.

9.Результати дослідів заносимо до таблиці

	Оди-	По-	Метод	Значення показника при режимі
		зна-				обробки
Показник	ниця		визна-
		чен-		К	К +		К +	ПАА	ППС
	виміру		чення
		ня			ПАА		ППС
Дані висхідної води:
-каламутність	мг/л	М	ФЕК
-лужність	мг-екв/л	Л	титруван-
			ня
-рН			рН-метр
Дози реагентів:	мг/л	Др	БНіП
-коагулянт		Дк						-	-
-ПАА				-			-		-
-ППС				-	-			-

26

Об’єм проби води	л	W
Об’єм розчину	мл	W*
реагента
-коагулянта			= ДрW/10				-	-
-ПАА			= Др W	-		-		-
-ППС			= Др W	-	-		-
Дані обробленої води:
-каламутність	мг/л	М*
-лужність	мг-екв/л	Л*
дослідна			титруван-
			ня
розрахункова		Л*	= Л -
			Дк/57
-рН			рН-метр
Час до початку	хвилин		Візуаль-
			но
-появи пластівців
-осадження
Час до кінця осадження	хвилин		Візуаль-
			но

10. Зробити висновки про дієвість кожного режиму обробки.

Контрольні питання

1.Яка мета об'ємного коагулювання?

2.Як впливає введення коагулянту на рН води? лужність? іонний склад? 3.За рахунок чого відбувається утворення пластівців?

4.Що необхідно для утворення великих пластівців з мікропластівців? 5.Роль аніонних флокулянтів в очищенні води.

6.Чим відрізняється дія аніонних і катіонних флокулянтів?

7.Як впливають флокулянти на хімічний склад води?

Лабораторна робота №10

ВИЗНАЧЕННЯ ДОЗИ КОАГУЛЯНТА ДЛЯ КОНТАКТНОЇ КОАГУЛЯЦІЇ

Мета роботи - оволодіння методикою визначення дози коагулянта при очищенні води методом контактної коагуляції, докази преваг контактної коагулціїї в порівнянні з об'ємною

Теоретичні основи роботи

Розрізняють два види коагулювання: об'ємне й контактне. Перше характерно для процесів очищення, що протікають в об'ємі, освітлення води у відстійниках. Для об'ємного коагулювання необхідне утворення великих пластівців. Контактна коагуляція протікає па поверхні контактного середовища, яким може виступати завантаження фільтрів або пластівці

27

зваженого шару. Цей процес характерний для очищення води в освітлювачах зі зваженим шаром осаду, контактних освітлювачах і інших установках, що працюють без попереднього відстоювання.

При контактній коагуляції немає необхідності в утворенні пластівців, досить тільки знизити дзета-потенціал суспензій до граничної величини - при цьому частки суспензій стають нестабільними та прилипають до зерен завантаження або пластівців. Доза коагулянта,

необхідна для контактної коагуляції, нижче, ніж для об'ємної, тому що не потрібно утворення пластівців. Ця обставина враховується БНіПом. що рекомендує приймати дозу коагулянту для контактної коагуляції на 10-15% менше.

Загальноприйнята наступна методика визначення дози коагулянту для контактного фільтрування в лабораторних умовах. У кілька циліндрів вміщується однакова кількість висхідної води, потім у них по черзі вводяться різні дози коагулянту, циліндри струшуються для змішування води з коагулянтом, а потім їхній вміст фільтрується через звичайні паперові фільтри. У фільтраті визначається вміст зважених речовин і будується крива зміни мутності фільтрату при різних дозах коагулянту. Оптимальній дозі буде відповідати перелом отриманої кривої. У досліді відбувається коагуляція астабілізованих часток суспензій і волокон целюлози паперового фільтра.

Послідовність виконання роботи

1.Визначаємо каламутність висхідної води на фотоелектроколориметрі Мо =

мг/л.

2.Наливаємо в 5 циліндрів по 500 мл висхідної води.

3.Залишки висхідної води фільтруємо через паперовий фільтр і визначаємо на ФЕК каламутність фільтрату.

4.Добавляємо в перший циліндр 0,25 мл розчину коагулянта (що відповідає дозі

5мг/л), змішуємо перевертанням циліндру декілька разів і відразу фільтруємо пробу через

паперовий фільтр.

5.В наступні циліндри добавляємо відповідно 0.50; 0.75; 1.0; 1.25 мл розчину

коагулянта (що відповідає дозам 10, 15, 20, 25 мг/л ) та повторюємо дії п.4.

6.Визначаємо каламутності проб фільтрату на ФЕК, заносимо одержані результати до

таблиці

Доза коагулянта, мг/л	0	5	10	15	20	25
Оптична щільність фільтрату
Каламутність фільтрату, мг/л

7. Будуємо криву залежності каламутності фильтрату від дози коагулянта та по точці перелому визначаємо оптимальну дозу коагулянта для води, що досліджувалась.

8. Порівнюємо отримане значення дози коагулянта з рекомендованим БНіП.

28

Контрольні питання

1.Як протікає контактна коагуляція?

2.Дія коагулянту на частки суспензій при контактній коагуляції.

2.Переваги контактної коагуляції в порівнянні з об'ємною. 3.Умови коагулювання часток при контактній коагуляції.

4.Чому точка перелому кривої Мф = f (Дк ) відповідає оптимальній дозі коагулянту? 5.Про що свідчить підйом кривої після точки перелому?

Лабораторна робота №11

ПОБУДОВА КРИВОЇ ХЛОРОПОГЛИНАННЯ ВОДИ

Мета роботи - засвоїти методику побудови експериментальної кривої хлоропоглинання води та визначення потрібної дози хлору за допомогою цієї кривої.

Теоретичні основи роботи

Хлор - сильний окислювач, тому використовується для деструкції органічних речовин і знезаражування води. Загибель мікробів пояснюють окислюванням ферментів і клітинної речовини. Основними реагентами для хлорування води є: хлор-газ Сl, хлорне вапно СаОСl,

гіпохлорит натрію NaOCl.

При додаванні у воду хлор-газ піддається гідролізу з утворенням хлорноватистої і соляної кислот, які потім можуть дисоціювати повністю або частково

Cl2 H2O HOCl HCl 2H OCl Cl

(11.1)

При розчиненні у воді хлорного вапна або гіпохлориту натрію також протікає дисоціація цих сполук

CaOCl2 Ca2 OCl Cl

NaOCl Na OCl

Суму концентрацій бактериційних	форм хлору (у міліграмах на літр)
(Cl2 OCl HOCl ) називають вільним	активним хлором. Співвідношення між

перерахованими формами aктивного хлору визначаються величиною рН води; при підвищенні рН рівновага в реакції (11.1) зміщується вправо, при рН = 6...9 в основному у воді присутні НОСl і ОСl

При наявності у воді аміаку або амонійних солей утворюються хлораміни

NH4 OCl NH2Cl H2O

NH3 HOCl NH2Cl H2O

29

В обох випадках при малих дoзах хлору утворюється монохлорамін NH2Cl.

При підвищенні концентрації хлору у воді утворюється діхлорамін NHCl2

NH2Cl HOCl NHCl2 H2O

Хлор у вигляді хлорамінів називають зв'язаним активним хлором.

Moнo- і дихлорамін є бактерицидними та мають окисні властивості, хоча й у меншому ступені, ніж вільний активний хлор. Суму вільного та зв'язаного активного хлору називають просто активним хлором.

При подальшому підвищенні концентрації хлору у воді хлораміни розкладаються до небактерицидних сполук хлору (соляної кислоти)

HOCl NHCl2 N2 3HCl

Оцінити наявність у воді аналогічних сполук, органічних речовин і легкоокиснюваних мінеральних речовин можна за допомогою кривої хлоропоглинання води. Вона відображає залежність між дозою хлору та залишковим вмістом хлору у воді через 30 хв. після введення хлору. Найчастіше ця крива має вигляд, наведений на малюнку 11.1.

Умовно криву розбивають на 4 зони:

І - малі дози хлору, залишковий активний хлор через 30 хв. у воді не виявляється. Весь доданий хлор витрачається на окислювання легкоокислюваних забруднень.

2,0-

		Дг	3,0	Доза ХЛОРУ, мг/л

Рис. 11.1. Крива хлоропоглинання

30