Выполнение работы. 4.1. Если модельная сточная вода (СВ) заморожена, произвести ее оттаивание, довести до комнатной температуры

4.1. Если модельная сточная вода (СВ) заморожена, произвести ее оттаивание, довести до комнатной температуры. Измерить исходные рН и электропроводность СВ. Отмерить с помощью мерного цилиндра 800 мл СВ и процедить ее на неплотном тканевом фильтре для освобождения от крупных частиц. Еще 50 мл нефильтрованной СВ оставить для измерения перманганатного индекса.

4.2. К 100 мл полученного фильтрата СВ добавить 1 мл раствора Al₂(SO₄)₃, тщательно перемешать в течение 3...5 мин и нейтрализовать смесь до рН 6.5...7.0, добавляя по каплям раствор NH₃ или NaOH. Последняя операция требуется для перевода гидроксида алюминия в минимально растворимое состояние. Еще 3 порции исходного фильтрата СВ по 100 мл каждая обработать соответственно 2, 4 и 8 мл раствора Al₂(SO₄)₃, довести каждую из них до того же значения рН, дать всем образцам постоять при комнатной температуре не менее 5 мин.

4.3. Фильтровать образцы на бумажных или плотных тканевых фильтрах с измерением времени набора 50 мл фильтрата. Полученные фильтраты визуально сравнить по прозрачности и цветности, оценки занести в журнал вместе с измеренными временами фильтрования. Построить график зависимости времени фильтрования от введенной дозы раствора Al₂(SO₄)₃. По полученному графику выбрать оптимальную дозу D_o для данного типа СВ, исходя из требования наилучших фильтрационных характеристик.

4.4. Пересчитать оптимальную дозу D_o введенного безводного сульфата алюминия на количество эквивалентов D_э алюминия, необходимое для достижение требуемой очистки. Рассчитать из величины D_э по закону Фарадея заряд Q₁₀₀ в кулонах, который должен быть пропущен через 100 мл СВ, и заряд Q₂₀₀ = 2Q₁₀₀ для обработки 200 мл СВ, перевести Q₂₀₀ в ампер-часы. Все расчетные формулы вывести самостоятельно при подготовке к работе.

4.5. Разделить остаток СВ на две порции по 200 мл каждая. Первую из них обработать удвоенной дозой D_o раствора сульфата алюминия, перемешивать 3...5 мин, нейтрализовать и дать постоять по п. 4.2. 50 мл полученного коагулята профильтровать, измерить электропроводность фильтрата и его перманганатный индекс. Титрование при последнем измерении проводить пипеткой на 2 мл, использовать 10 мл фильтрата СВ. Выразить полученный перманганатный индекс в единицах «мг О₂ на литр», аналогичным образом титровать 10 мл исходной СВ, сравнить индексы между собой и с величиной ~10 мг О₂ на литр, допустимой для воды поверхностных источников. 40 мл фильтрованного коагулята сохранить для сравнения с продуктом электрокоагуляции. Остаток в 150 мл коагулята сохранить для использования при изучении механического фильтрования.

4.6. Вторую порцию в 200 мл СВ подкислить соляной кислотой до рН 3.5...4 и обрабатывать электрокоагуляцией в пластиковом стакане. Для этого собрать технологическую электрическую цепь по схеме на рис. 1 (все соединения производятся с помощью зажимов типа «крокодил»), предъявить ее для проверки преподавателю, не включая источник питания. После проверки залить СВ в стакан и погрузить туда электроды коагулятора. Если в качестве амперметра используется прибор «Mastech», включить его на режим измерения тока до 10 А.

Включить источник питания, запустить секундомер и записать начальное значение тока. Далее записывать ток в таблицу по форме табл. 1 через каждые 5 мин, или при изменении тока по сравнению с последним записанным на 5 % и более.

Рис. 1. Схема электрической цепи для изучения электрокоагуляции

Таблица 1. Ток в цепи и прошедший заряд в процессе электрокоагуляции

Вторая колонка таблицы должна заполняться непосредственно во время выполнения работы: время в минутах и секундах надо переводить в доли часа для вычисления прошедшего заряда в ампер-часах. Заряд вычисляется как интеграл тока по времени методом трапеций, в таблицу заносится полный прошедший заряд нарастающим итогом.

Во время электрообработки СВ может образовываться достаточно устойчивая пена, которую необходимо гасить, перемешивая пену с жидкостью пластиковой палочкой или непосредственно электродами.

4.7. Когда рассчитанная оптимальная доза Q₂₀₀ в ампер-часах будет набрана, выключить источник питания, отсоединить электрокоагулятор от источника и амперметра, тщательно перемешать жидкость в стакане, стараясь максимально осадить пену.

Измерить величину рН полученного электрокоагулята, записать ее, при необходимости довести реакцию препарата до нейтральной (рН от 6.5 до 7.5) добавлением по каплям раствора кислоты или щелочи с тщательным перемешиванием после каждой капли, записать количество реагента, пошедшего на нейтрализацию.

Профильтровать весь нейтрализованный электрокоагулят на бумажном или плотном тканевом фильтре, визуально оценить его прозрачность и цветность, сравнить по цветности (на фоне белой бумаги или снега) с продуктом химической коагуляции. Измерить величины электропроводности и перманганатного индекса фильтрованного электрокоагулята и сравнить с полученными ранее при химической коагуляции. Весь фильтрованный электрокоагулят сохранить для работы по электродиализной деминерализации.

4.8. Составить сравнительную таблицу затрат материалов, реагентов и электроэнергии при химической и электрохимической коагуляции СВ. В этой же таблице указать ущерб, наносимый природе при сливе в естественные водоемы продуктов изученных процессов очистки СВ.

Контрольные вопросы.

1. Назовите основные методы очистки сточных вод (СВ).

2. Почему при очистке СВ необходимо проводить частичную деминерализацию?

3. Назовите основные химические процессы при очистке с применением коагулянтов на основе алюминия и железа. В чем преимущество алюминия при обработке СВ с большим содержанием органических примесей?

4. Каковы принципиальные отличия в процессах очистки химической и электрохимической коагуляцией?

5. Почему за критерий оптимальности очистки берется наилучшая фильтруемость?

6. Зачем требуется подкисление СВ перед электрокоагуляцией?

7. Почему после электрообработки необходимо максимально осадить пену?

8. Как соотносятся величины электропроводности химического и электрохимического коагулятов и почему? То же касательно перманганатного индекса?