Материал: 1361

Наиболее опасным загрязнителем воды считают нефть и нефтепродукты. Нефть может попасть в воду при авариях в процессе добычи, транспортировки. В морских экосистемах разлив нефти может вызвать гибель морских обитателей, так как нефть распределяется на поверхности воды в виде тонкой пленки и препятствует растворению кислорода в воде, отражает солнечные лучи, оказывает прямое токсическое действие. Естественное окисление и разложение нефти под влиянием температуры воздуха, воды, солнечного света, частичное растворение легких компонентов нефти в воде и их испарение, конечно, способствуют самоочищению водоёмов, но для полного очищения требуется очень много времени.

Большую опасность представляет радиационное загрязнение воды, которое может произойти при сбросе вод, используемых для охлаждения на АЭС, при транспортировке и переработкеИ радиоактивных отходов, при авариях на АЭС и судах с атомными реакторами. Поэтому захоронение радиоактивных отходовДв морях и океанах, называемое дампингом, представляет собой серьёзную экологическую угрозу.

В бытовых сточных водахАбольшая доля загрязнений приходится на моющие средства (детергенты, П В). Эти вещества практически не разлагаются естественным путем, в воде образуют пену, которая препятствует проникновениюбсолнечных лучей к водной растительности, нарушается процесс фотосинтеза. Кроме этого, ПАВ оказывают раздражающее итокс ческое действие на обитателей водоёмов, вызывают заболеван я г ель.

ПоступлениеСв водоёмы соединений азота и фосфора, сброс нагретой воды вызывают бурный рост водорослей, фитопланктона, которые активно потребляют кислород, растворённый в воде. Начинается гниение остатков водной растительности, вода приобретает тёмный цвет, неприятный запах, становится непригодной для использования. Такой процесс называется эвтрофикацией (цветением) водоёмов. В ходе сукцессии, вызванной эвтрофикацией водоёмов, первыми гибнут раки, так как они наиболее чувствительны к недостаткукислорода в воде.

Требования к воде, пригодной для питьевого использования, достаточно высокие. Вода должна быть нейтральной (рН = 6,5 – 7,5), безвредной по химическому составу, прозрачной, не иметь привкуса, цвета и запаха. Безвредность по химическому составу означает, что содержание в воде вредных веществ не должно превышать предельно допустимой концентрации.

61

Для того чтобы вода соответствовала всем предъявляемым к ней нормативным показателям, её необходимо очищать. Существуют механические, химические, физико-химические и биологические методы очистки воды. При механической очистке сточных вод проводят процеживание, отстаивание, фильтрацию, в результате чего удаляют до 90% нерастворимых механических примесей (песок, глина, железная окалина, зола и т.п.). В качестве аппаратов механической очистки используют решетки, песколовки, отстойники, нефте- и маслоловушки, песчаные фильтры.

К химическим методам относятся нейтрализация, осаждение и окисление загрязняющих примесей. Для нейтрализации кислот, содержащихся в сточных водах, добавляют специальные химические реагенты: известь, кальцинированную соду, аммиак. Для нейтрализации щелочных стоков через них пропускаютИкислые газы: углекислый, сернистый. Осаждение солей тяжёлых металлов в виде нерастворимых гидроксидов обычно проводятДраствором извести. Токсичные компоненты, такие как фенолы, цианиды, сульфиды, окисляют реагентом – окислителем (перманганат калия, бихромат калия, гипохлориты, пероксид водорода, озонА). В результате токсичные компоненты превращаются в менее вредные соединения.

Наиболее широко бв настоящее время используются физикохимические методы, так как они позволяют достичь высшей степени очистки. Это методыикоагуляции, флотации, сорбции, ионного обмена, обратного осмоса некоторые другие. Метод коагуляции используется для удаленСя тонкод сперсных примесей, которые не удается задержать с помощью ф льтров. К воде добавляют специальные вещества – коагулянты (чаще всего используют сульфат алюминия и хлорид железа), которые вызывают хлопьеобразование. На поверхности хлопьев адсорбируются токсичные вещества, которые удаляются вместе с осадком. Для интенсификации процесса хлопьеобразования добавляют флокулянты – специальные органические соединения, которые «сшивают» отдельные хлопья в крупные агрегаты, что значительно ускоряет процесс осаждения.

Метод флотации заключается в пропускании через сточные воды воздуха. Газовые пузырьки захватывают при движении вверх по- верхностно-активные вещества, нефть, масла, другие загрязнители, образуют на поверхности воды легко удаляемую пену.

62

Метод сорбции основан на способности некоторых пористых веществ, имеющих большую удельную площадь поверхности, удерживать за счет сил межмолекулярного взаимодействия различные загрязняющие вещества. Чаще всего в качестве сорбентов используют активированный уголь, цеолиты, силикагель, бентонитовые глины и т.п. Метод сорбции позволяет не только очистить воду от загрязнителей, но и извлечь из воды ценные компоненты и вернуть их в процесс производства.

Для очистки бытовых стоков, промышленных сточных вод цел- люлозно-бумажных, нефтеперерабатывающих, пищевых производств успешно используют биологический метод очистки. Основой метода является минерализация органических загрязнителей при помощи аэробных биохимических процессов. Биологическую очистку проводят как естественными методами (на поляхИорошения, полях фильтрации, в биологических прудах), так и в специальных аппаратах (аэротенках, метатенках, биофильтрах).ДПосле осветления сточных вод образуется осадок, который сбраживают в метатенках, затем удаляют на специальные иловые площадки и подсушивают. Осадок обычно используют как удобрение. ОсветленнаяАчасть сточных вод смешивается с активным илом, содержащим популяции гетеротрофных микроорганизмов, обогащаетсябв аэротенках кислородом для создания необходимых условий для развития микроорганизмов. После вторичного отстаивания водуиотделяют от активного ила, обеззараживают (дезинфицируют) с помощью соединений хлора (гипохлориты, хлорамин) или другихСс льных окислителей. После этого воду можно использовать в системе оборотного водоснабжения или сбрасывать в поверхностные водоёмы.

Лабораторная работа № 7 Методы очистки природных и сточных вод

Цель работы: изучить различные методы очистки воды.

Оборудование и материалы: модельные образцы сточной воды, бумажные фильтры, конические колбы объёмом 250 см3, стеклянные воронки, активированный уголь, 10% раствор сульфата алюминия Al2(SO4)3 или хлорида железа (III) FeCl3, насыщенный раствор извести

63

Са(ОН)2, раствор соляной кислоты (1 : 5) HCl, 5% раствор хлорида бария BaCl2, 10% раствор нитрата серебра AgNO3, 2 Н раствор азотной кислоты HNO3, 10% раствор роданида калия или аммония KSCN или NH4SCN, стандартная шкала цветности.

Ход работы

Опыт 1. Механическая очистка воды

Для механической очистки воды используют бумажный фильтр. Фильтруют 200 см3 исследуемой воды через бумажный фильтр, собирая фильтрат в коническую колбу объемом 250 см3. После окончания фильтрования часть фильтрата и неочищенную воду полуколичественно анализируют на содержание сульфатов, хлоридов и ионов железа, как описано в опытах 3 – 6. Оставшуюся часть отфильтрованной воды используют для определения цветности (органолептического показателя). Результаты заносят в табл. 5.

Опыт 2.СФизико-химические методы очистки

Для физико-химической очистки используют воду, прошедшую механическую очистку.

а) метод адсорбции

Для проведения адсорбционной очистки 50 см3 воды, отфильтрованной в результате механической очистки, помещают в коническую колбу объемом 250 см3, добавляют к пробе воды 1 г активированного угля, закрывают пробкой и встряхивают в течение 20 мин таким образом, чтобы жидкость не соприкасалась с пробкой. Затем пробу отфильтровывают через бумажный фильтр. В фильтрате определяют хлориды, сульфаты и ионы железа (опыты 3 – 6). Результаты

64

определения заносят в табл. 5. Следует отметить, что активированный уголь наиболее эффективен при очистке воды от нефтепродуктов и других неполярных соединений.

б) метод коагуляции

Для осаждения коллоидных примесей, которые не удаляются фильтрованием, воду обрабатывают раствором сульфата алюминия или хлорида железа.

В колбу наливают 40 см3 отфильтрованной воды, добавляют 8 см3 10% раствора сульфата алюминия. По появлению хлопьевидного осадка судят об эффективности очистки.

в) химическая очистка

Для нейтрализации воды, имеющей кислую реакцию среды (рН

< 6), а также для осаждения ионов тяжелых металлов и ионов железа воду обрабатывают раствором извести Са(ОНИ)2.

В колбу наливают 40 см3 отфильтрованной воды, добавляют 8 см3 10%-ного раствора гидроксида Дкальция Са(ОН)2. По появлению мути или осадка судят об эффективности очистки.

Содержимое колб, полученных после коагуляции и химической

очистки, отфильтровывают, в фильтрате определяют хлориды и ионы железа по той же методике. Результаты определения заносят в табл. 5.

хлорида бария BaCl2. Проббрку осторожно встряхивают. Появление

белой мути указывает на содержание в воде сульфатов. Чтобы убедиться, что осадок образован именно сульфатами, а не фосфатами или карбонатами, часть раствора отделяют в другую пробирку и добавляют несколько капель соляной кислоты. Если осадок не растворяется, это указывает на присутствие в растворе сульфатов.

Для полуколичественного определения сульфат-ионов сравнивают исследуемый раствор со стандартной шкалой (табл. 6).

Таблица 6

Стандартная шкала для определения содержания сульфатов в воде

65