Файл: Министерство образования Тверской области Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение.pdf

116
Рисунок 3 – Схема дренажа с несколькими дренами:
H – высота депрессионной кривой; B – междренное расстояние
Тогда, задаваясь требуемой нормой осушения тела полигона Н
1
, вычисляют меж- дренное расстояние.
Междренное расстояние, м:
(3)
Расчетное число дрен:
(4) где B
к
– расчетная ширина (длина) котлована, м; В – междренное расстояние, м.
Уточненное междренное расстояние, м:
(5)
Задачи для самостоятельного выполнения
1. Определить требуемое количество дренажных труб при проектировании полиго- на со следующими параметрами (значения параметров полигона представлены по вариан- там в таблице 6): высота откосов А, ширина котлована В, длина дрены равна длине котло- вана С, инфильтрационное питание полигона q, используемый свалочный грунт D (значе- ния коэффициента фильтрации грунта приведены в таблице 7).

117 2. Определить достаточное ли количество дренажных труб Е заложено на полигоне, имеющем следующие характеристики: высота откосов А, ширина котлована В, длина кот- лована С, используемый свалочный грунт D (значения коэффициента фильтрации грунта приведены в таблице 7), инфильтрационное питание полигона q. Длина дрены берется равной длине полигона (характеристики полигона представлены по вариантам в таблице
8).
На дом: оформить отчет о практической работе в виде файла MS Word.

118
Раздел 5. Организация обращения с опасными отходами.
Тема 5.2. Использование и обезвреживание опасных отходов.
Занятие 50
ПР № 15: Исследование осадков производственных сточных вод.
Тип занятия: формирование умений и навыков.
Форма занятия: практическая работа.
Цель занятия: выработка новых умений и навыков.
Образовательные задачи занятия:
- освоить методику исследования осадка производственных сточных вод;
- научиться рассчитывать результаты анализа осадка;
- научиться оценивать результаты исследования;
- ознакомиться с методами очистки производственных сточных вод.
Воспитательные задачи занятия:
- развитие понимания сущности и социальной значимости получаемой профессии, устойчивого интереса к ней;
- воспитание информационной культуры.
Развивающие задачи занятия: продолжить развитие умений
- организовывать собственную деятельность, выбирать типовые методы и способы выполнения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество;
- осуществлять поиск и использование информации, необходимой для эффективно- го выполнения профессиональных задач, профессионального и личностного развития;
- использовать информационно-коммуникационные технологии в профессиональ- ной деятельности;
- работать в коллективе и команде, эффективно общаться с коллегами;
- ориентироваться в условиях частой смены технологий в профессиональной дея- тельности.
Обеспечение занятия: методические указания к практическим работам, персональ- ные компьютеры, приложения MS Office.
Структура занятия:
1) Организационный этап.
2) Целеполагание.
3) Актуализация знаний (фронтальный опрос).
4) Выполнение практических заданий.
5) Контроль результатов выполнения практической работы.
6) Подведение итогов занятия, выставление оценок.
7) Домашнее задание, пояснения по его выполнению.
Практические задания:
ЗАДАНИЕ № 1
Анализ сточных вод аккумуляторного цеха предприятия
Общие сведения.
На транспорте используются два типа аккумуляторов: кислотные и щелочные. В свинцовых (кислотных) аккумуляторах в качестве электролитов применяют 28-40% рас- творы серной кислоты, в щелочных – растворы KOH или NaOH.
Ремонт аккумуляторов, приготовление свежих и слив отработанных электролитов производится в специальных помещениях – аккумуляторных. При выполнении перечис- ленных операций категорически запрещается сливать растворы электролитов в канализа- цию, так как это вызывает коррозию трубопроводов. Сточные воды аккумуляторных це-

119 хов необходимо подвергать нейтрализации, в результате которой реакция среды становит- ся близкой к рН = 7.
При спуске производственных сточных вод в водоем или в городскую канализаци- онную сеть практически нейтральными следует считать смеси с рН = 6,5-8,5. Следова- тельно, подвергать нейтрализации следует сточные воды с рН < 6,5 и pH > 8,5.
Если отработанные производственные сточные воды подаются в систему оборот- ного водоснабжения, то требования к величине активной реакции зависят от специфики технологических процессов.
Таким образом, чтобы сточные воды аккумуляторных цехов спустить в городскую канализацию или использовать для оборотного водоснабжения, необходимо провести их качественный и количественный анализ.
Если при качественном анализе окажется, что реакция среды кислая, необходимо тогда провести количественный анализ стоков на содержание ионов водорода, т.е. опреде- лить общую (титруемую) кислотность.
Если окажется, что реакция среды щелочная – определить общую щелочность во- ды. Это необходимо для проведения дальнейшей очистки воды одним из следующих спо- собов:
1) взаимной нейтрализацией кислых и щелочных сточных вод;
2) нейтрализацией реагентами (растворы кислот, негашеная известь, гашеная из- весть, кальцинированная сода и пр.);
3) фильтрование через нейтрализующие материалы (мел, магнезит и т.д.).
Экспериментальная часть.
В сточной воде аккумуляторного цеха необходимо определить с помощью универ- сальной индикаторной бумаги реакцию среды. Если окажется, что она кислая или щелоч- ная, определить значение рН на иономере.
Затем, если рН менее 6,5 – определить общую кислотность сточных вод, если более
8,5 – общую щелочность сточных вод аккумуляторного цеха.
Опыт 1. Определение общей кислотности сточных вод.
В коническую колбу на 250 мл поместить 100 мл сточной воды (рН < 6,5) и доба- вить 2-3 капли фенолфталеина. Пробу титровать 0,1 н раствором NaOH до появления сла- бого розового окрашивания, не исчезающего 1-2 мин.
Кислотность сточной воды рассчитать по формуле: где С
к
– кислотность сточной воды, V
NaOH
– объем раствора NaOH, пошедший на титрование (нейтрализацию) пробы сточной воды, мл; С
NaOH
– нормальность рабочего раствора NaOH, моль/л, V
с.в.
– объем пробы сточной воды, мл.
Опыт 2. Определение щелочности сточных вод.
В коническую колбу на 250 мл поместить 100 мл сточной воды (рН > 8,5), добавить
2-3 капли метилоранжа. Пробу титровать 0,1 н раствором HCl до перехода желтой окраски индикатора в розовую, устойчивую в течение 1-2 минут.
Общая щелочность воды рассчитывается по формуле: где С
щ
– щелочность воды; V
HCl
– объем раствора HCl, пошедший на титрование
(нейтрализацию) пробы сточной воды, мл; С
HCl
– нормальность раствора НСl, моль/л; V
с.в.
– объем пробы сточной воды, мл.
Опыт 3. Нейтрализация сточных вод.
Используя результаты опытов 1 и 2, рассчитать, какой объем кислых стоков требу- ется для нейтрализации 50 мл щелочных стоков.

120
Провести взаимную нейтрализацию кислых и щелочных стоков, рН образующегося раствора определить на иономере.
Результаты анализа проб воды представить в виде таблицы 1.
Таблица 1
Результаты анализа сточных вод
N пробы во- ды
Кислотность С
к
, моль/л
Щелочность С
щ
, моль/л рН стоков после ней- трализации
ЗАДАНИЕ № 2
Анализ оборотных сточных вод промышленных предприятий
Общие сведения.
Для повышения экономичности производства, а также улучшения экологической ситуации на большинстве производств (железнодорожном транспорте, ТЭС и пр.) вода используется многократно, т.е. осуществляется замкнутый цикл очистки и повторного ис- пользования воды.
Оборотная вода поступает в теплообменники (как теплоноситель), используется в паровых котлах и так далее. Обязательными требованиями к такой воде является отсутст- вие ионов Ca
2+
, Mg
2+
, Fe
3+
(ионов жесткости), способствующих образованию накипи и рН=7, что препятствует коррозии оборудования.
В связи с этим, в сточной воде, предназначенной для повторного использования, определяют реакцию среды и проводят элементный качественный анализ.
Элементный качественный анализ проводят, в основном, химическими методами с использованием реакций обнаружения, характерных для неорганических ионов в раство- рах. Эти реакции обычно сопровождаются изменением окраски раствора, образованием осадков или выделением газообразных продуктов. Вещества, используемые для обнару- жения тех или иных ионов в растворе, называются реагентами.
Качественный анализ может быть основной целью исследования или первым эта- пом при количественном анализе объектов неизвестного состава.
Количественный анализ – это определение содержания или количественных соот- ношений компонентов в анализируемом образце.
По результатам качественного и количественного анализов делают заключение о необходимости и методах очистки (опреснения) сточной воды.
Экспериментальная часть.
Необходимо провести элементный качественный и количественный анализ (ком- плексометрический, колориметрический) ионов Ca
2+
, Fe
3+
Опыт 1. Качественное определение ионов Ca
2+
, Fe
3+
в растворах их солей. а) Определение ионов Ca
2+
К 3-4 каплям раствора CaCl
2
прибавить 2-3 капли раствора оксалата аммония
(NH
4
)
2
C
2
O
4
, являющегося реактивом на ионы Ca
2+
. Образующийся осадок оксалата каль- ция должен растворяться в соляной кислоте и не растворяться в уксусной кислоте. Напи- сать соответствующие уравнения реакций. б) Определение ионов Fe
3+
1) Ферроцианид калия K
4
[Fe(CN)
6
] образует с ионами Fe
3+
осадок ферроцианида железа Fe
4
[Fe(CN)
6
]
3
, который называется "берлинской лазурью". Эта реакция является характерной реакцией на ионы трехвалентного железа.
К 3-4 каплям раствора FeCl
3
прибавить 2-3 капли ферроцианида калия. Отметить цвет образующегося раствора. Написать уравнение реакции.

121 2) Раствор тиоционита калия содержит бесцветные ионы NCS
-
, которые, соединя- ясь с ионами Fe(III), образуют кроваво-красный, слабо диссоциированный тиоцианат же- леза (III) Fe(NСS)
3
К 3-4 каплям FeCl
3
прибавить 2-3 капли KNCS. Отметить цвет образующегося рас- твора. Написать уравнение реакции.
Результаты качественного анализа растворов солей представить в виде таблицы 2.
Таблица 2
Результаты анализа растворов солей ион/определение
Ca
2+
Fe
3+ реагент химическая формула и цвет осадка
Опыт 2. Качественный анализ ионов кальция и железа (III) в сточной воде.
Согласно методикам, приведенным в опыте 1, проделать элементный качественный анализ сточной воды и сделать вывод о содержании в ней ионов Ca
2+
, Fe
3+
Определить на иономере рН сточной воды.
Опыт 3.Количественный анализ ионов жесткости в сточной воде
При обнаружении в пробе сточной воды ионов Ca
2+
или Fe
3+
(опыт 2) определить их содержание количественными методами анализа согласно методикам, представленным ниже. а) Комплексометрический метод определения ионов кальция.
100 мл сточной воды поместить в коническую колбу на 250 мл, прилить 2 мл 2 н раствора NaOH, добавить на кончике микрошпателя сухого индикатора (смесь мурексида и хлорид натрия) и медленно титровать 0,1 н раствором трилона-Б до перехода окраски от красной до лиловой.
Расчет содержания ионов кальция по формуле: где V
1
– объем раствора трилона-Б, израсходованного на титрование, мл; С
н
– нор- мальность раствора трилона-Б, моль/л; V
2
– объем пробы сточной воды, мл. б) Количественное определение ионов Fe
3+
колориметрическим методом.
В мерный цилиндр на 50 мл отмерить пипеткой 25 мл исследуемой воды, приба- вить 5 мл 1 н соляной кислоты и 15 мл 10% раствора сульфосалициловой кислоты. Дове- сти объем дистиллированной водой до 50 мл и вылить в химическую колбу.
В другой цилиндр на 50 мл поместить 15 мл дистиллированной воды, те же объемы реактивов и отмерить из бюретки такой объем стандартного раствора, содержащего Fe
3+
, чтобы концентрация незначительно отличалась от его содержания в исследуемой воде, т.е. окраска обоих растворов была бы одинаковой интенсивности. После этого дистиллиро- ванной водой довести объем до 50 мл. Через 10 минут определить оптическую плотность этих растворов на КФК-2 при светофильтре, которому соответствует длина волны 490 нм, длина кюветы равна 30 мл.
Концентрацию ионов Fe
3+
(С
ст
) в стандартном растворе с учетом разбавления опре- деляем по формуле: где Т – титр стандартного раствора (г/мл);
– объем стандартного раствора ио- нов Fe
3+
; 50 – объем воды (мл).
Расчет произвести с точностью до 0,01 мг/л.
Содержание в сточной воде ионов Fe
3+
(в мг/л) определяется по формуле:

122 где: D
1
и D
2
– соответственно оптическая плотность исследуемого и стандартного раствора; С
ст
– концентрация ионов Fe
3+
в стандартном растворе (мг/л) с учетом разбавле- ния.
Результаты качественного и количественного анализа сточной воды представить в виде таблицы 3.
Таблица 3
Результаты анализа сточной воды
Номер пробы рН
Качественный анализ (да/ нет )
Количественный анализ содержание, мг/л
Сделать вывод о необходимости очистки сточной воды от ионов жесткости для ее дальнейшего использования.
ЗАДАНИЕ № 3
Очистка сточных вод
Необходимо освоить физические и химические методы очистки сточных вод от растворенных и взвешенных примесей.
Общие сведения.
Для очистки сточных вод существуют два способа: отделение содержащихся в воде вредных примесей или их разложение; все остальные – это лишь разновидности этих двух принципиальных методов.
Отделяют примеси, в основном, с помощью фильтров, а разлагают разнообразными физическими, химическими и биологическими способами.
К физическим методам относятся: отстаивание, фильтрование, дистилляция, вымо- раживание.
К химическим – окисление, нейтрализация, осаждение, комплексообразование, ад- сорбция, коагуляция, экстракция и т.д.
К биологическим – аэробные процессы очистки (осуществляются в аэротенках, биологических фильтрах, биологических прудах, полях орошения и фильтра- ции),анаэробные процессы очистки (осуществляются в метан-септиктенках, двухярусных отстойниках).
Выбор рационального процесса очистки воды задается ГОСТом или СНиПом в за- висимости от состава природной или сточной воды, фазово-дисперсного состояния при- месей и назначения воды (питьевая, хозяйственно-бытовая, технологическая – питание котлов ТЭЦ, АЭС, охлаждающая вода и т.д.).
Классификация примесей воды по фазово-дисперсному состоянию (таблица 4), созданная академиком Л.А. Кульским, позволяет с единых позиций оценивать технологи- ческие процессы очистки воды, обеспечивать эффективную очистку в соответствии с со- временными требованиями к качеству воды.

123
Таблица 4
Классификация примесей воды по фазово-дисперсному состоянию и процессы, используемые для удаления примесей (сокращенный вариант)
С И С Т Е М А
1 2
3 4
Гетерогенная
Гомогенная
Взвеси (суспензии и эмульсии, обуслов- ливающие мутность воды, а также мик- роорганизмы- планктон);
Коллоидные растворы и высокомолекуляр- ные соединения, обу- словливающие окис- ляемость и цветность воды, а также вирусы;
Молекулярные рас- творы (газы, рас- творимые в воде органические веще- ства, придающие ей запахи и привкусы);
Ионные растворы (со- ли, кислоты, основа- ния, придающие воде минерализованность, кислотность или ще- лочность);
Группа (размер частиц)
I
II
III
IV
(10
-2
-10
-4
cм)
(10
-5
-10
-6
cм)
(10
-6
-10
-7
cм)
(10
-7
-10
-8
cм)
Механическое без- реагентное разделе- ние;
Диализ; ультрафильт- рация;
Аэрирование;
Гиперфильтрация;
Окисление хлором, озоном и др.;
Окисление хлором, озоном и пр.;
Окисление хлором, оксидом хлора (IV), озоном, КМnО
4
;
Перевод ионов в мало- диссоциированные со- единения;
Адгезия на зерни- стых и на высоко- дисперсных мате- риалах;
Адсорбция на гидро- ксидах алюминия и железа;
Адсорбция на акти- вированном угле и др. материалах;
Фиксация ионов на твердой фазе ионитов;
Флотация суспензий и эмульсий;
Коагуляция коллоид- ных систем;
Экстракция орга- ническими раство- рителями;
Перевод ионов в мало- растворимые соедине- ния;
Бактерицидное воз- действие.
Электрофорез.
Биохимическое разложение.
Выделение ионов ме- таллов микроорганиз- мами.
Из таблицы 4 видно, что используя один метод, например, окисление хлором или адсорбцию, можно удалить из воды примеси нескольких групп.
Экспериментальная часть.
В пробе сточной воды № 1 удалить примеси 1 группы, используя механическое безреагентное разделение, осуществляемое отстаиванием, фильтрованием, а также цен- трифугированием. Центрифугирование применяется для удаления низко- и высокодис- персных примесей. Для этого используются непрерывно действующие центрифуги, гид- роциклоны. Степень очистки при этом методе составляет 80-90 %. Для фильтрования ис- пользуют сетки и ткани, бумагу, песок, керамзит, антрацит, пенополиуретан, пенополи- стирол и другие материалы.
Опыт 1. Центрифугирование.
В пробе сточной воды № 1 измерить мутность воды на ФЭК до и после 10-ти ми- нутного центрифугирования. Сделать вывод о степени очистки воды с помощью центри- фуги.
Опыт 2. Фильтрование.
В пробе воды № 1 измерить мутность воды до и после фильтрования через склад- чатый бумажный фильтр. Определить степень очистки воды, сравнить результаты с пре- дыдущим методом очистки.
Результаты опытов представить в виде таблицы 5.