1, 2, 8, 10 – Штуцер; 3, 9 – трехходовой кран; 4 – абсорбер; 5 – насадка; 6, 7 – коническая колба; 11 – сосуд Мариотта; 12 – зажим

Рис. 7. Адсорбционная установка:

1, 2, 7, 9 – Штуцер; 3, 8 – трехходовой кран; 4 – адсорбер; 5 – поглотитель (цеолит); 6 – коническая колба

Показатель	Очистка воздуха абсорбцией	Очистка воздуха адсорбцией
Поглотитель	раствор карбоната натрия	цеолит
Концентрация углекислого газа до очистки , мг/м^3
Концентрация углекислого газа после очистки , мг/м^3
Эффективность очистки , %

Опыт 2. Очистка воды различными методами.

Вводная информация:

Очистка воды в природе может происходить несколькими путями. При испарении и конденсации влаги удаляются практически все растворенные вещества. Бактерии в процессе собственной жизнедеятельности расщепляют органические вещества на более простые соединения. Наконец, фильтрование воды через песок и гравий удаляет взвешенные вещества, при этом пористые вещества (например, торф) дополнительно очищают воду за счет процесса адсорбции. Однако при перегрузке природные системы не могут качественно справляться с задачей очистки воды.

Для ликвидации загрязнений воды в настоящее время используются разнообразные методы биологические, химические, сорбционные, электрохимические и др.

Одним из распространенных методов очистки промышленных сточных вод от взвешенных веществ с малым размером частиц является обработка их коагулянтами и флокулянтами. Коагуляция – это процесс укрупнения дисперсных частиц за счет их взаимодействия и объединения в агрегаты. Коагуляция заключается в том, что в воду вносят вещество (коагулянт), которое приводит к слипанию и осаждению коллоидных и грубодисперсных частиц загрязнений. При этом вначале образуется огромное количество мельчайших хлопьев, которые слипаются в более крупные и оседают под действием силы тяжести. Удаление хлопьев из воды происходит в отстойниках или флотационных установках.

Для очистки сточных вод наиболее широко применяются коагулянты на основе солей алюминия или железа. В некоторых случаях используют синтетические вещества. Сульфат алюминия обладает такими достоинствами, как относительно низкая стоимость, хорошая растворимость и отсутствие особых требований к обращению с сухим и растворенным продуктом. Коагуляция сульфатом алюминия производится в щелочной среде.

Для увеличения размера хлопьев и ускорения их осаждения используют флокулянты, наиболее распространенным из которых являются полиакри-ламид (ПАА). В процессе флокуляции образуются крупные, быстро оседающие агрегаты.

В результате коагуляции устраняются мутность и цветность воды, может снижаться интенсивность привкусов и запахов. Существенной особенностью использования процесса коагуляции является очистка воды не только от грубодисперсных и коллоидных загрязнений, но и частично от растворенных примесей, в том числе красителей.

Адсорбцией называется процесс поглощения растворенных веществ из растворов (питьевых и сточных вод) твердыми поглотителями – адсорбентами. Адсорбцию применяют для очистки питьевой воды, глубокой очистки сточных вод от растворенных органических веществ и газов, ароматических нитросоединений, красителей, поверхностно-активных веществ и др. В качестве адсорбентов используют различные природные и синтетические твердые пористые материалы: активированные угли, силикагели, цеолиты, торф, глины, а также некоторые отходы производства – шлаки, зола, опилки, кора и лигнин. Наиболее универсальным является активированный уголь. Процесс адсорбционной очистки воды осуществляют в аппаратах периодического или непрерывного действия. Выбор схемы адсорбционной очистки определяется характером производства, качественным составом сточных вод, требованиями, предъявляемыми к очищенным водам, и наличием других очистных сооружений.

Цель опыта: изучение различных методов очистки воды от загрязнений.

Оборудование и материалы: воронка стеклянная, держатель для пробирок, палочки стеклянные (мешалки), пробирки, штатив для пробирок, фильтры бумажные, пипетки, ложка или шпатель, пинцет, стаканы или колбы на 50 мл, воронка делительная цилиндрическая, штатив лабораторный, вата, часы, спиртовка, спички, водоочиститель «ГЕЙЗЕР»; уголь активированный, хлорид калия или натрия, раствор красителя зеленого антрахинонового (2,5%), раствор гидроксида натрия (1 моль/л), раствор сульфата алюминия (10%), раствор полиакриламида (0,1%); шкала образцов раствора красителя различной концентрации; модельные образцы воды, загрязненной нефтепродуктами или жиром, механическими примесями, растворенными веществами (соли железа, нитраты, нитриты, соединения активного хлора), CMC; тест-комплекты или тест-системы «рН», «Железо», «Нитраты», «Нитриты», «Активный хлор».

Ход работы:

1. Соберите установку для фильтрации воды (рис. 8, а или б).

2. Очистка коагуляцией воды, загрязненной красителем. В цилиндр налейте 200-300 мл водопроводной воды, добавьте 1 мл раствора красителя (2,5%), доведите водой до метки 500 мл и перемешайте до получения равномерно окрашенного раствора. Запишите концентрацию красителя (50 мг/л) и внешний вид раствора в таблицу. Добавьте 1,0 мл раствора гидроксида натрия, перемешайте, добавьте 1,5 мл раствора сульфата алюминия и интенсивно перемешивайте в течение 2 минут. При этом в растворе появляются мелкие хлопья, а интенсивность окраски уменьшается. Далее добавьте 2 мл раствора ПАА и медленно перемешивайте в течение 1 минуты. Оставьте систему в покое на 15-20 минут, пока образуются крупные, постепенно осаждающихся хлопья.

3. Анализ и очистка воды, загрязненной растворенными веществами. Проведите химический анализ модельного образца с помощью тест-комплектов или тест-систем «Железо», «Нитраты», «Нитриты», «Активный хлор», зафиксируйте обнаруженные загрязнения в таблице. Налейте около 100 мл этой воды в кувшин водоочистителя «Гейзер».

4. Из цилиндра для коагуляции пипеткой отберите 10-20 мл воды (из верхней части с наименьшим содержанием твердой фазы), отфильтруйте через бумажный фильтр. Пробирку сполосните несколько раз обесцвеченной водой, налейте в нее обесцвеченную воду (5 мл) и сравните с контрольной шкалой, выбирая ближайший по характеру окраски образец шкалы. Полученную концентрацию красителя зафиксируйте в таблице.

5. Проведите повторно химический анализ воды, очищенной в водоочистителе «Гейзер», зафиксируйте результаты в таблице.

6. Очистка воды, загрязненной нефтепродуктами или жиром. Соберите установку для очистки воды адсорбцией (рис. 8, в): поместите в нижнюю часть делительной воронки ватный тампон, заполните ее поверх ватного тампона на высоту 2-3 см активированным углем. Влейте загрязненную воду в делительную воронку при закрытом кране. Откройте кран воронки так, чтобы вода вытекала тонкой струйкой. Зафиксируйте в таблице внешний вид воды до и после очистки.

7. Очистка воды, загрязненной СМС. Налейте 5 мл загрязненной воды в пробирку, определите рН с помощью тест-системы или тест-комплекта «рН». Добавьте сухую соль – хлорид калия или натрия (примерно 1 чайную ложку без горки). Нагрейте содержимое пробирки на спиртовке до выпадения осадка. Отфильтруйте воду через бумажный фильтр, определите рН очищенной воды. Зафиксируйте в таблице внешний вид и рН воды до и после очистки.

8. Очистка воды, загрязненной механическими примесями. Отфильтруйте половину загрязненной воды через бумажный фильтр, половину через вату. Зафиксируйте в таблице внешний вид воды до и после очистки.

9. Оценка эффективности очистки. Для загрязнений механическими примесями, нефтепродуктами или жиром, СМС эффективность очистки оцените качественно. Для загрязнений красителем и растворенными веществами эффективность рассчитывается по концентрациям загрязнителей по формуле:

.

а) б) в)

Рис. 8. Установки для очистки воды фильтрацией (а, б) и адсорбцией (в)

Загрязнитель	Метод очистки	Характеристика воды (внешний вид, концентрация загрязнителя)		Эффективность очистки
		до очистки	после очистки
Краситель	Коагуляция (сульфат алюминия, ПАА), фильтрование (бумажный фильтр)
Растворенные вещества: ______________ (какие именно)	Адсорбция (водоочиститель «Гейзер»)
Нефтепродукты или жир	Адсорбция (активированный уголь)
Синтетические моющие средства (СМС)	Химическая очистка (хлорид натрия или калия), фильтрование (бумажный фильтр)
Механические примеси	Фильтрование (бумажный фильтр)
	Фильтрование (вата)