3028

11

Рис.1. График зависимости эффекта осветления сточной жидкости от продолжительности отстаивания.

Рис.2. График зависимости эффекта осветления сточной жидкости от гидравлической крупности.

По полученным кривым получают данные для проектирования отстойников.

Ход выполнения работы

В тщательно перемешенной испытуемой сточной жидкости предварительно определяют исходное содержание взвешенных веществ по методике, описанной в 1-ой работе, или фотоколориметрическим способом (проба берется с разбавлением). Испытуемую воду разливают в 4 мерных сосуда Лисенко (или 4 мерных цилиндров

12

на 500 мл).Через 5, 15, 30 и 60 мин. из середины каждого сосуда отбирают пробу осветленной жидкости и определяют количество содержащихся в ней взвешенных веществ. Результаты заносят в таблицу. Эффект осветления сточной жидкости подсчитывают по формуле :

				Э = (Сисх –		Скон)100/Сисх
Где		Э - эффект осветления, %;
		Сисх - концентрация взвешенных веществ в исходной воде, мг/л ;
		Скон - концентрация взвешенных веществ через 5,15, 30 и 60 мин, мг/л.
									Таблица I
		Время отбора			5		15	30	60
		проб, мин.
		Концентрация	Сисх		С1		С2	С3	С4
		взвешенных
		веществ, мг/л
		Э, %
		U0, мм/с

Для определения U0, мм/с замеряют высоту мерного цилиндра или сосуда, в котором проводилось определение кинетики осаждения взвеси, делят ее на время отстоя, соответствующее определенному проценту выпавшей взве си ( 5,15,30 и т.д. мин.), и рассчитывают гидравлическую крупность в мм/с.

Строят графики, подобные графикам рис. 1 и 2.

Контрольные вопросы.

1.Какие существуют методы определения кинетики осаждения взвеси из сточной жидкости и какой из методов наиболее точный?

2.Методики определения взвешенных веществ.

3.Что характеризуют кривые осаждения взвеси ?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

Определение окисляемости воды

Цель работы: Получить навыки определения окисляемости воды бихроматным и перманганатным методами.

Аппаратура и реактивы 1. Колбы круглодонные, емкостью 250 мл и с пришлифованными обратными холодильниками.

13

2.Электроплитки.

3.Колбы плоскодонные конические на 250 мл, предназначенные только для определения окисляемости.

4.Стеклянные шарики или обожженная пемза.

5.Бихромат калия, 0,25 N раствор.

6.Серная кислота концентрированная.

7.Сульфат ртути.

8.Сульфат серебра.

9.Ферроин, индикатор.

10.Соль Мора, 0,25 N титрованный раствор.

11.Серная кислота, разбавленный раствор (1:3).

12.Щавелевая кислота, 0,01 N раствор.

13.Перманганат калия, 0,01 N раствор.

14.Дистиллированная вода.

Работа рассчитана на 2 часа (1 занятие).

Общая часть

Сложность и трудоемкость определения в воде органического углерода привели еще в прошлом столетии к разработке косвенного метода определения органических веществ по окисляемости.

Окисляемость - количество кислорода, затрачиваемое на окисление органических веществ, содержащихся в одном литре воды. В зависимости от применяемого окислителя различают окисляемости: бихроматную, йодатную и перманганатную. Наиболее полное окисление органических веществ (65-98%) достигается бихроматным методом. Бихроматную окисляемость называют часто химическим поглощением кислорода - ХПК.

ХПК - это основной метод определения окисляемости: его следует применять при анализе сточных и загрязненных вод, окисляемость которых равна или превышает 100 мг О2/л. Заменив 0,25 раствор бихромата на 0,025 N раствор, этот метод можно использовать и для анализа вод, окисляемость которых лежит в пределах 20 -100 мг О2/л , но воспроизводимость получаемых результатов не превышает 10 %.

Для питьевых и поверхностных вод окисляемость которых не превышает 100 мг О2/л можно применять перманганатный метод Кубеля. Перманганат калия окисляет не все органические вещества и не полностью Преимуществом метода является его быстрота и простота выполнения. Разность между результатом определения окисляемости в жестких условиях (ХПК) и мягких условиях (перманганатная окисляемость) показывает содержание в сточной воде трудно окисляемых органических веществ.

ОТНОШЕНИЕ ХПК/БПК

ХПК для большинства индивидуальных органических веществ больше БПК

14

(за любой срок инкубации) и больше (очень редко равна) окисляемости КМн04. В зависимости от характера примесей отношение БПК/ХПК различно. Считается, что при БПК/ХПК > 0,5 сточные воды целесообразно очищать биологическим путем. Если же соотношение БПК/ХПК < 0,5, то эффективнее применять физико-химическую обработку.

БИХРОМАТНАЯ ОКИСЛЯЕМОСТЬ (ХПК)

Ход определения

Отбирают 20 мл пробы (или меньший её объем, доведенный до 20 мл дистиллированной водой) и помешают в круглодонную колбу для кипячения Прибавляют 10 мл 0,25 N раствора бихромата калия 0,4 г сульфата ртути, 0,4 г сульфата серебра, стеклянные шарики или кусочек пемзы. Смесь перемешивают и осторожно приливают к ней 30 мл концентрированной серной кислоты, после чего вставляют в колбу пришлифованный обратный холодильник и кипятят 2 часа. Затем охлаждают, отсоединяют холодильник, приливают в колбу 100 мл дистиллированной воды, смесь снова охлаждают, прибавляют 2-3 капли раствора ферроина или 5 капель раствора N-фенилантраниловой кислоты и титруют избыток бихромата титрированным раствором соли Мора до изменения окраски индикатора. Параллельно проводят холостой опыт с 20 мл дистиллированной воды.

Расчет.

Бихроматную окисляемость (X) в мг О2/л вычисляют по формуле:

Х=(а – b)* к*0,25*8*1000/ V = 2000*(а – b)* к/ V

где а - объем раствора соли Мора, израсходованной на холостой опыт, мл;

b - объем раствора соли Мора, израсходованной на титрование пробы, мл; к - поправочный коэффициент к нормальности соли Мора;

V - объем пробы, взятой для определения, мл; 8 - эквивалент кислорода.

ПЕРМАНГАНАТНАЯ ОКИСЛЯЕМОСТЬ (метод Кубеля)

В колбу помешают несколько стеклянных шариков и вносят 100 мл пробы (после 2-часового отстаивания) или меньшее ее количество, доведенное до 100 мл дистиллированной водой для разбавления, приливают 5 мл разбавленной серной кислоты и 20 мл 0,01 N раствора перманганата калия. Смесь нагревают так, чтобы она закипела через 5 мин и кипятят точно 10 мин. К горячему раствору прибавляют 20 мл 0,01 N раствора щавелевой кислоты. Обесцвеченную смесь титруют горячей (лучше при 80-90й С) 0,01 N раствором перманганата калия до розового окрашивания. Температура смеси при титровании не должна падать ниже 80° С.

Одновременно ставят холостой опыт с водой для разбавления. Если раствор при кипячении обесцветится или побуреет, определение повторяют с разбавленной пробой. Для холостой пробы берут 100 мл дистиллированной воды и

15

обрабатывают ее так же, как и анализируемую пробу. Расчет.

Окисляемость по Кубелю (X) в мгО2/л вычисляют по формуле:

Х=(а – b)* к*0,01*8*1000/ V = (а – b)* к*80/ V

где а - объем 0,01 N раствора перманганата калия, израсходованного на титрование пробы, мл;

b - объем 0,01 N раствора перманганата калия, израсходованного на титрование холостой пробы, мл;

к - поправочный коэффициент к нормальности раствора перманганата калия; V — объем пробы, взятой для анализа, мл;

8 - эквивалент кислорода.

Определение коэффициента К

К только что оттитрованной пробе прибавляют 10 мл (из бюретки, точно!) 0,01 N раствора щавелевой кислоты и титруют перманганатом калия 0,01 N раствором до слабо-розового окрашивания. Если на 10 мл щавелевой кислоты пошло точно 10 мл перманганата калия , то коэффициент К равен единице.

Коэффициент К вычисляют по формуле:

К = V1/ V2

где V1 - объем прилитого 0,01 N раствора щавелевой кислоты (10 мл);

V2 - объем 0,01 N раствора перманганата калия, пошедший на титрование 10 мл 0,01 N раствора щавелевой кислоты.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Что такое окисляемость?

2.Виды окисляемости.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

Определение биохимического потребления кислорода (БПК)

Цель работы. Получить навыки определения БПК

Аппаратура и реактивы

1.Кислородные склянки с притертыми пробками, предварительно прокалиброванные.

2.Термостат.

3.Дистиллированная вода.

4.Фосфатный буферный раствор.

5.Сульфат магния.

16

6.Хлорид железа.

7.Сульфат марганца

8.Едкое кали с йодитом калия и азидом натрия

9.Серная кислота (1:4).

10.Тиосульфат натрия 0,025 N раствор.

11.Крахмал 0,5%-ный раствор

ОБЩАЯ ЧАСТЬ.

Биохимическим потреблением кислорода называют количество кислорода в миллиграммах, требуемое для окисления находящихся в 1 л сточной воды органических веществ в аэробных условиях в результате происходящих в воде биологических процессов. Биохимическое потребление кислорода не включает расхода кислорода на нитрификацию.

Значительное число бактерий - облигатных аэробов и факультативных анаэробов способно существовать за счет использования загрязнений сточной воды в качестве источников питания. При этом часть использованных органических веществ расходуется клетками на энергетические нужды, а другая часть - на построение (синтез) тела клетки. Часть вещества, затрачиваемая на энергию клетки (энергию движения, роста, размножения, тепловую и т д ), окисляется клеткой до конца, т.е. до С02, Н2О, NH3. Продукты окисления - метаболиты выводятся из клетки во внешнюю среду. Реакция синтеза клеточного вещества идет также с участием кислорода. Количество кислорода, необходимого микроорганизмам на весь цикл реакций энергии и синтеза, и есть БПК. В результате жизнедеятельности бактерий сточная вода очищается от исходных органических примесей однако в ней остаются некоторые органические вещества, малодоступные или совсем недоступные бактериям для усвоения и, кроме того, вода получает новые загрязнения - органические и неорганические - метаболиты.

Если обозначить все органические вещества сточной воды через СхНУ OzN, то сумму реакций биологического окисления можно представить в виде схемы, показывающей начало и конец реакции.

ферменты

CxHyOzN + NH3+ 02	= C5H7N02 + C02 + энергия (2)
ферменты
C5H7N02 +502 = 5C02 + NH3 + 2H20 + энергия (3)
ферменты	ферменты
NH3+02 =	HN02 +02 = HN03 (4)

где C5H7N02 - среднее отношение основных элементов в клеточном веществе бактерий.

Две первые реакции схемы символизируют биохимический процесс очистки сточной воды от исходных загрязнений (состава CxHyOzN), который происходит в

17

склянках БПК, биофильтрах, аэротенках, биопрудах и т.п. Первая (1) реакция - окисление вещества на энергетические потребления клетки. Вторая (2) - на синтез клеточного вещества C5H7NO2. Затраты кислорода на эти две реакции составляют полную БПК (БПКполн.). Если процесс проводится дальше, то после использования исходного органического вещества начинается процесс окисления клеточного вещества бактерий по реакции (3) и окисление азота аммиака по реакции (4). Реакции (1) - (3) осуществляются гетеротрофами. Когда вода практически очищена, то наступают благоприятные условия для развития автотрофных культур (при наличии достаточного количества растворенного кислорода).

Всточных водах развиваются бактерии - автотрофы (нитрификаторы), проводящие последовательно окисление азота аммонийных солей до нитритного, а затем до нитратного (реакция 4).

Величина БПКполн., замечательна тем, что она практически в точности совпадает с истинным расходом кислорода на процесс очистки в действующих сооружениях.

Всклянках процесс длится несколько суток, сооружениях - несколько часов, что объясняется различной концентрацией микроорганизмов в этих системах. В склянках она составляет микроколичества, а в сооружениях - макроколичества. Разница в концентрациях бывает в несколько миллионов раз.

Таким образом, величина БПКполн. - важнейшая технологическая характеристика процесса биологической очистки воды в любых биокислителях.

Экспериментально БПКполн. определяют по началу реакции (4), при этом фиксируют появление следов нитритов (0,1 мг/л N - NOx) Процесс биохимического

окисления (БПКполн.) может быть относительно коротким (2-3 суток), но может затянуться и на более длительный период - 10-15 и даже 40 суток, что зависит от характера исследуемых веществ, концентрации бактерий, степени их адаптации. По данным проф. В.Т. Каплина к легкоокисляемым - «биологически мягким» веществам относят формальдегид, глюкозу, мальтозу, низшие алифатические спирты, фенол и др.

Ранее часто ограничивались определением БПК за определенное время инкубации, чаще всего за 5 суток (БПК5). Это было допустимо, когда общегородские стоки очень мало загрязнялись промышленными отходами, содержащими «Биологически жесткие» вещества; в настоящее время допускается только определение БПКполн.

Существует несколько способов аналитического измерения БПК - метод разведения, нитратный, хлоратный, респирометрический и др. На практике чаще всего применяют метод разведения.

Сущность метода разведения

Исследуемую сточную воду после двухчасового отстаивания разбавляют чистой водой, взятой в таком количестве, чтобы содержащегося в ней кислорода с избытком хватило для полного окисления всех органических веществ в сточной

18

воде. Необходимое разбавление можно ориентировочно подсчитать по результату определения ХПК следующим путем. Значение ХПК, выраженное в миллиграммах кислорода на 1 л, делят на 4 или 5 (значение, соответствующее примерно половине содержания кислорода в чистой разбавляющей воде). Полученный результат показывает, во сколько раз надо разбавить анализируемую воду Разбавляющая вода готовится на основе дистиллированной воды, насыщенной при 20° С кислородом воздуха, к 1 л которой прибавляют 1 мл фосфатного буферного раствора, 1 мл раствора сульфата магния. 1 мл хлорида кальция, 1 мл раствора хлорида железа и 1 мл 0,05-процентного раствора этилентиокарбамида. Непосредственно перед применением разбавляющей воды в нее вносят культуру микроорганизмов, адаптированную к составу анализируемой воды. Когда анализируют городские сточные воды, внесение бактериальной затравки не требуется, поскольку в этих водах всегда содержится большое число сапрофитов, способных развиваться за счет примесей.

Ход определения

Разбавленную сточную воду разливают сифоном в четыре калиброванные склянки, наполняя их доверху и закрывают пробками так, чтобы под пробками не оказалось пузырьков воздуха. Затем наливают эту же воду в колпачки от склянок и, перевернув склянку кверху дном, вставляют их в колпачки, вытесняя из последних воду так чтобы пузырьки воздуха не попали в колпачки. После этого ставят склянки в нормальное положение. Таким же образом наполняют другие 4 калиброванные склянки одной разбавляющей водой (контрольный опыт). Следовательно, должно быть всего 8 склянок.

В двух склянках с испытуемой водой и в двух с разбавляющей водой сразу же определяют растворенный кислород. Остальные 2 склянки с испытуемой водой и 2 с контрольной разбавляющей водой помещают в термостат и выдерживают в нем при 18-20° С в течение 14 суток (до следующего занятия).

Разность в содержании кислорода между первым и 14-м днем инкубации будет представлять биохимическое потребление кислорода сточной воды за 14 суток.

Расчет. БПК сточной воды рассчитываю по формуле:

где

БПК14 - биохимическое потребление кислорода в сточной воде за 14 суток,

мг/л02;

(а1 – b 1) - разность между начальным и конечным содержанием кислорода в разбавленной сточной воде, мг/л;

(а2 – b 2) - разность между начальным и конечным содержанием кислорода в разбавляющей воде, мг/л;

V - объем взятой для анализа сточной воды, мл.

19

Определение содержания растворенного кислорода

В кислородную склянку, заполненную доверху пробой, вводят пипеткой 2 мл раствора сульфата марганца. Наполненную этим раствором пипетку надо погрузить до самого дна кислородной склянки, открыть верхний ее конец и медленно вынуть пипетку (пользуются специальной пипеткой с длинным носиком) Затем другой пипеткой наливают 2 мл раствора едкого калия с йодитом калия и азидом. В этом случае конец пипетки подводят только под уровень пробы и горлышке кислородной склянки. Затем склянку осторожно закрывают пробкой так, чтобы под ней не оставалось пузырьков воздуха. При этом из склянки выливается 4 мл анализируемой воды, т.е. столько, сколько налили в склянку реактивов. На эту потерю вносят при расчете соответствующую поправку. Закрытую пробкой склянку несколько раз переворачивают вверх дном и обратно для перемешивания ее содержимого. Дают осадку осесть на дно склянки, открывают и наливают в нее пипеткой 10 мл разбавленной (1:4) серной кислоты. Кислородную склянку снова закрывают пробкой (на выделяющуюся при этом жидкость не обращают внимания) и, переворачивая, перемешивают ее содержимое. Затем перливают содержимое склянки в колбу для титрования и ополаскивают склянку дистиллированной водой, сливая ее в ту же колбу. Через 5 минут титруют выделившийся йод раствором тиосульфата натрия до светло-желтой окраски. Прибавляют 1-2 мл раствора крахмала и продолжают титрование до исчезновения синей окраски.

Расчет.

Содержание растворенного кислорода X в мг/л находят по формуле:

где

а – объем раствора тиосульфата, израсходованного на титрование, мл; К - поправочный коэффициент для приведения концентрации раствора

тиосульфата к точной нормальности; N - нормальность раствора тиосульфата; V1 - вместимость кислородной склянки, мл;

V2 - общий объем реактивов, прибавленных в кислородную склянку при фиксации кислородом, мл;

8 - эквивалент кислорода.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1 Что такое БПК?

2.Технологический смысл БПК.

3.В чем состоит определение БПК методом разведения.

4.Расчет степени разведения при постановке БПК.

20

Лабораторная работа № 5

Определение азотсодержаших веществ (NH4 +, N02-, NO3-)

Цель работы: Получить навыки определения азотсодержащих веществ

Аппаратура и реактивы

1.ФЭК.

2.Кюветы с толщиной слоя 1-5 см.

3.Водяная баня.

4.Фарфоровые чашки.

5.Колбы на 100 мл.

6.Мерные цилиндры на 100, 50, 25 и 10 мл.

7.Пипетки на 1,5 и 10 мл.

1.Реактив Несслера.

2.Тартрат натрия и калия (сегнетова соль) 50 % р-р.

3.0,6-процентный раствор сульфаниловой кислоты.

4.α-нафтиламин, 0,6 % раствор.

5.Фенолдисульфоновая кислота.

6.Аммиак, 10 % раствор.

7.Дистиллированная вода.

8.Бидистиллят безаммиачный.

ОБЩАЯ ЧАСТЬ

Азот в воде может находиться в органических соединениях белковых и небелковых и неорганических - в виде аммонийного, нитритного и нитратного. Повышенное количество азота в природной воде в органических соединениях или в аммонийной форме свидетельствует о загрязнении водоисточника сточными водами, как бытовыми, так и производственными. Поэтому в питьевой воде вообще не допускается присутствие органического и аммонийного азота. Наличие же окисленных форм азота, в особенности нитратов, позволит говорить либо о ликвидации внесенного загрязнения, т.е. о закончившемся окислении аммонийных соединений, либо о неорганическом их происхождении, т е об отсутствии внешнего загрязнения вообще.

Вречных водах содержание азота аммонийных солей колеблется от 0 до 1 мг/л

взависимости от степени ее загрязненности сточными водами. В городских сточных водах до их очистки азот находится в основном в виде углекислого аммония (т е. в аммонийной форме), образующегося при гидролизе мочевины. Углекислый аммоний, разлагаясь, дает аммиак по следующему уравнению:

(NH4)2C03 = 2NH3 + С02 + Н20

Количество азота аммонийных солей на одного человека в сутки колеблется в пределах 7-8 г. Азот в окисленных формах в виде нитритов и нитратов обычно отсутствует в городских сточных водах до их очистки. Окисленные формы