Литература

1. Торошечников Н.С. к др. Техника защиты окружающей среды -М: Химия, 1981, с. 22-138.

2. Охрана окружающей среды /СВ. Белов, А.Ф. Козьяков и др 2-е изд.- М.: Высш. шк., 1991.-с. 13-153.

Тема 5 Определение качества воды и концентрации кислорода в ней. Методы очистки сточных вод (2 часа)

Цель занятия: изучение требований к составу и свойствам воды водоемов питьевого и культурно-бытового назначения, ознакомление с приемами контроля загрязнения водных источников, приемами оп­ределения БПК и ХПК, с основными методами и техническими средствами очистки сточных вод.

Вопросы, подлежащие изучению:

1. Изучить требования к качеству воды водоемов питьевого назначения.

2. Ознакомиться с приемами контроля загрязнения вод, приемами определения БПК и ХПК.

3. Изучить основные методы очистки сточных вод от примесей.

1. Качество питьевой воды подлежит строгому нормирование согласно ГОСТ 2874-73 по трем группам нормативов:

а) органолептические

Запах и привкус - 2 балла - оценивается органолептически по пятибалльной шкале или на основе "порогового испытания" - разбавления воды до исчезновения запаха или привкуса.

Цветность - 20 град. - связана с присутствием гуминовых веществ и трехвалентного железа - определяется путем сравнения пробы со стандартными растворами оксида платины.

Мутность - 1,5 мг/л - связана с присутствием нерастворенных или коллоидных веществ - определяется сравнением со стандартными растворами.

Сухой остаток - до 1000 мг/л - определяется фильтрованием с последующей сушкой и взвешиванием.

Хлориды - 350 мг/л

Сульфаты - 500 мг/л

Железо - 0,3 мг/л

Реакция среды рН=6,5-8,5

Содержание химических растворенных веществ определяется методами аналитической химии. Реакция среды - электрометрически или с помощью набора буферных стандартных примесей.

б) санитарно-токсикологические (максимальное содержание вещества, мг/л). Определяются химическими методами.

Бериллий - 0,0002

Молибден - 0,5

Мышьяк - 0,05

Нитраты - 10

Свинец - 0,1

Селен -0,001

Фтор 0,7-1,5

в) санитарно-эпидемиологические

Общее число бактерий в 1 мл воды (микробное число) - до 100 шт.

Colli-индекс - до 3 шт.

Микробное число определяется методом посева на стандартную мясо-пептонную среду, оптимальную для большинства сапрофитных микроорганизмов. Чем выше микробное число, тем больше вероятность присутствия в воде патогенов.

По числу бактерий группы Соlli оценивается присутствие в воде патогенных организмов. Наличие бактерий коли-форм говорит о фекальном загрязнении воды. Для количественного определения коли-бактерий применяют фуксин-сульфитный агар (среду Эндо).

При определении качества воды, она оценивается по всем трем группам показателей. При отклонении каких-либо показателей от нормативов намечаются пути очистки воды.

Задание: оценить пригодность воды для питья по задаваемым параметрам, в случае отклонения параметров от нормативов предложить способы устранения отклонений.

2. Контроль качества воды в водоемах осуществляется периодическим отбором и анализом проб из поверхностных водоемов не реже 1 раза в месяц (ГОСТ 2874-82). Отбор проб осуществляется в местах водозабора и на расстояние» 1 км выше по течению (для рек).

В настоящее время, наряду с анализов проб воды в лабораториях, используют автоматические станции контроля качества воды, которые одновременно измеряют 6-10 показателей качества воды (концентрацию растворенного кислорода, электрическую проводимость, температуру, уровень воды, рН, концентрацию взвешенных веществ, меди).

На очистных сооружениях предприятий осуществляют контроль состава исходных и очищенных сточных вод, а также контроль эффективности работы очистных сооружений. Контроль осуществляется один разе 10 дней.

Пробы воды отбирают в чистую стеклянную или полиэтиленовую посуду. Анализ проводится не позднее 12 часов после отбора пробы.

Контроль состава сточных вод заключается в измерении органо-лептических показателей воды, рН среды, содержания взвешенных частиц, химического потребления кислорода (ХПК), количества растворенного кислорода, биохимического потребления кислорода (БПК) и концентрации вредных веществ, для которых существуют ПДК.

Из органолептических показателей воды при анализе контролируют цвет и запах. Цвет воды устанавливают измерением её оптической плотности на спектрофотометре при различных длинах волн проходящего света или сравнением со стандартными растворами.

Значение рН определяется электрометрическим способом, основанным на том, что при изменении рН жидкости на единицу потенциал стеклянного электрода, опущенного в эту жидкость, изменяется на постоянную для данной температуры величину.

При определении массовой концентрации механических примесей и фракционного состава частиц применяют фильтрование через специальные фильтроэлементы, измерение количества "сухого" осадка. Кроме этих характеристик периодически вычисляют скорости всплывания (осаждения) механических примесей.

Под ХПК понимается величина, характеризующая общее содержание в воде восстановителей, реагирующих с сильными окислителями. Выражается ХПК количеством кислорода, необходимым для окисления всех содержащихся в воде восстановителей.

На практике окисление пробы сточной воды производится раствором бихромата калия в серной кислоте.

Под БПК понимается количество кислорода (в мг), необходимого для окисления а аэробных условиях в результате происходящиз в воде биологических процессов органических веществ, содержащихся в 1 л сточной воды. Определение БПК производят на основе анализа из­менения количества растворенного кислорода с течением времени. На практике обычно используют пятисуточное биохимическое потребление кислорода - БПК₅.

Содержание растворенного кислорода измеряют после процесса очистки непосредственно перед сбросом воды в водоемы. Это необходимо знать для оценки коррозионных свойств воды, а также для вычисления биологической потребности кислорода. Из лабораторных методов наибольшее применение имеет иодометрический метод Винклера для определения кислорода с концентрацией более 0,0002 кг/м . Меньшие концентрации измеряют колориметрическими методами, основанными на интенсивности цвета соединений, образующихся в результате реакции сточной воды с красителями.

Автоматически концентрация кислорода измеряется приборами ЭГ-152-003 (0...0.1 кг/м³); АПК-100,1 (0,01…0,02 кг/м³); «Оксиметр» (0...0.01 кг/м³).

Задание: уяснить приемы контроля качества сточных вод; уяснить суть определения ХПК и ВПК.

Определение концентрации кислорода иодометрическим способом

Растворенный в воде кислород оказывает большое влияние на физико-химический режим водоемов, их самоочищение, обуславливает жизнедеятельность водных организмов. Концентрация кислорода в водах колеблется от 0 до 14,7 мг/л в связи с давлением, температурой, содержанием примесей.

У большинства рыб процессы жизнедеятельности протекают нормально при содержании кислорода не ниже 3,0-4,5 мг/л, а лососевых, осетровых, сиговых - не ниже 6,0…7,0 мг/л. По санитарным требованиям во все сезоны содержание кислорода в воде должно быть не менее 4,0 мг/л. Концентрация кислорода в воде - показатель качества воды, индикатор ее загрязнения. Уменьшение показателя свидетельствует о наличии в воде легкоокисляемых органических веществ и других загрязнителей.

Оборудование: калиброванная емкость 250-300 мл -1 шт; пипетка на 1 мл - 2- шт; пипетка на 5 мл - 1 шт; бюретка ка 15-25 мл - 1 шт; колбы конические плоскодонные на 250 мл - 2 шт; стаканы химические на 150 мл - 2 шт; стакан химический на 50 мл - 1 шт; кювета - 1 шт; резервуар для исследуемой воды -1 шт; термометр -1 шт; резиновая трубка -1 шт.

Реактивы:

1.Щелочной раствор йодистого калия (75г КIрастворяют в 50 мл дистиллированной воды и смешивают с 350г КОН или 250 г NаОН, растворенными в 150-200 мл дистиллированной воды. Общий обьем воды доводят до 500 мл).

2. Раствор хлористого марганца (210 г МnС1₂-4Н₂О растворяют в дистиллированной воде с последующим доведением объема воды до 500 мл. Вместо МnСl₂ можно использовать (240 г МпSО₄- 4Н₂О).

3. 0,02Н раствор тиосульфата (5,0 г Na₂S₂О₃-5Н₂О растворяют в 1 л прокипяченной дистиллированной воды).

4. Раствор (2:1) соляной кислоты (2 объема химически чистой концентрированной НСl (удельный вес 1,19) и 1 объем дистиллированной воды). Вместо раствора НСl (2:1) можно Применять раствор Н₂S0₄(1:4).

5. Раствор крахмала (0,1 г рисового или пшеничного крахмала перемешивают на холоде с 20 мл дистиллированной воды и нагревают в пробирке до кипячения.

Принцип метода.

1. Фиксация кислорода солями марганца в щелочной среде

2 Мn" + 40Н¹ 2Мn(ОH)₂

2 Мn(ОН)₂ + Н₂О + О 2Мn(ОН)₃

2. Выделение йода в кислой среде:

2 Мn(ОН)₃ + 2KI + 6Н¹ 2Мn" + 2К'+ 6Н₂О + I₂ 3.Титрование йода тиосульфатом

I+2SO 2I+SO

1 мл точно 1.0Н раствора тиосульфата соответствуете 8 мг кислорода. Если на титрование израсходовано n мл раствора тиосульфата, то 8n выражает содержание кислорода в данном объеме воды.

Ход определения

1. Наполнить водой колиброванную склянку так, чтобы вода переливалась через край.

2. Ввести в склянку с водой пипеткой 1 мл раствора хлористого марганца.

3. Ввести в склянку с водой с помощью другой пипетки 1 мл раствора Кl + NaОН. При этом в склянке образуется муть.

4. Закрыть склянку притертой пробкой так, чтобы в склянке не оставалось пузырьков воздуха. Содержимое перемешать и оставить на 15…20 мин для осаждения осадка.

5. После образования осадка склянку осторожно открыть и пипеткой на 5 мл внести 5 мл раствора кислоты.

6.Склянку вновь закрыть и жидкость перемешать до полного рас­творения осадка. При этом раствор окрасится в желтый цвет.

7. Раствор из склянки количественно перенести в коническую колбу (перелить, ополоснуть склянку 2-3 раза дистиллированной водой, которую также слить в коническую колбу).

8. Для индикации в коническую колбу добавить раствор крахмала (цвет жидкости станет синим).

9. Провести титрование раствора тиосульфата.

10. Рассчитать результаты:

, мг/л

K - содержание растворенного кислорода;

n - количество раствора тиосульфата, израсходованного на титрование, мл;

Н - нормальность раствора тиосульфата; V - объем склянки, в которой фиксировалась проба воды, мл; 2 мл - объем воды, вылившейся при введении 2 мл реактивов.

Содержание кислорода, полученное при анализе, можно сравнить с его нормальной концентрацией при данной температуре и давлении 760 мм.рт.ст. по формуле:

(К-100) / Кп

К - содержание кислорода (мг/л) в пробе воды; Кп - нормальное количество кислорода при данной температуре и давлении 760 мм.рт.ст.

3. Очистка сточных вод производится с целью удаления из них или разрушения, нейтрализации вредных веществ.

С учетом характеристики сточных вод методы очистки можно раз-, делить на три группы: очистка от суспендированных или эмульгированных примесей; очистка от растворенных примесей; устранение или уничтожение.

В общем случае водоочистные сооружения состоят их установок для механической очистки, для химической очистки, для биологической очистки и обеззараживания сточных вод.

Наиболее распространены для механической очистки: решетки, песколовки, отстойники, нефте- и маслоловушки.

Обработка осадков сточных вод в метантенках, на иловых площадках, в двухъярусных отстойниках и др.

Для биологической очистки используют сооружения естественной биологической очистки (поля фильтрации, поля орошения, биологические пруды) и искусственной биоочистки (биофильтры, аэрофильтры, аэротенки).

Обеззараживание сточных вод производится хлорированием, воздействием электротока и др. Для доочистки вод после биологической очистки используют биологические пруды, песчаные фильтры. Перед биологической очисткой воды, содержащие растворенные неорганические примеси, должны пройти хи

Таблица 6 Классификация основных методов очистки сточных вод

Очистка от суспендированных и эмульгированных примесей		Очистка от растворенных примесей					Уничтожение или устранение
От грубодисперсных	От мелкодисперсных и коллоидных	От минеральных примесей	От органических примесей		Очистка от газов
Отстаивание	Коагуляция	Дистилляция	Регенеративные методы	Деструктивные методы	Отдувка	Устранение
Флотация	Флокуляция	Ионообмен	Экстракция	Биологические	Нагрев	Закачка в скважины
Фильтрование	Электрические методы	Обратный осмос	Ректификация	Жидкофазное окисление	Реагентные методы	Захоронение
Осветление во взвешенном слое осадка		Ультрафильтрация	Адсорбция	Парафазное окисление		Закачка в глубины морей
центрифугирование		Реагентные методы	Ионная флотация	Озонирование		Термическое уничтожение
		Электрические методы		хлорирование		Радиационное окисление
		замораживание				Электрохимическое окисление

мическую или физико-химическую очистку. В связи с этим применяются специальные приемы локальной очистки: флотация, коагуляция, адсорбция, электролиз.

Основные методы очистки сточной воды в зависимости от вида загрязнений приведены в табл. 6.

Задание: по наличию в сточных водах загрязняющих веществ различных групп, задаваемых преподавателем, предложить общую схему очистных устройств и методы очистки воды.

Материалы и оборудование: таблицы, схемы, реактивы.