Определение кинетики осаждения взвешенных веществ

 

Цель работы: определение кинетики осаждения взвешенных веществ в сточной воде экспериментальным методом.

 

Задание

1. Рассчитать концентрацию взвешенных веществ в исходной воде (до отстаивания) и в пробах осветленной воды (после отстаивания).

2. Рассчитать эффект осветления, относительное количество осевшей взвеси и гидравлическую крупность для каждого периода отстаивания.

3. По данным расчетов построить кривые кинетики отстаивания:

а) зависимость эффекта осветления (относительного количества осевшей взвеси) от продолжительности отстаивания Э(Р)=f(t);

б) зависимость эффекта осветления (относительного количества осевшей взвеси) от гидравлической крупности Э(Р)=f(U_o).

 

Основные теоретические положения

Взвешенные вещества это нерастворимые или малорастворимые в воде твердые вещества органического и неорганической природы.

Они могут быть как природного (частицы глины, песка, лесса, илистых веществ, карбонатных соединений, водных оксидов алюминия, железа, марганца, высокомолекулярных органических примесей гумусового происхождения, фито- и зоопланктон), так и производственного происхождения (гидроксиды тяжелых металлов, тяжелые фракции нефтепродуктов, осадки и шламы, выносимые из очистного оборудования).

При сбросе сточных вод и других работах на водном объекте содержание взвешенных веществ в контрольном створе не должно увеличиваться по сравнению с естественными условиями в водоемах хозяйственно-питьевого назначения более чем на 0,25 мг/л, а в водоемах культурно-бытового назначения более чем на 0,75 мг/л.

Взвешенные вещества имеют различную степень дисперсности. Размеры частиц этих веществ находятся в пределах размеров коллоидных и грубодисперсных частиц, ориентировочно – от 1 мм до 1·10^{-6 мм.}

Отличительной особенностью таких примесей является их способность осаждаться при продолжительном отстаивании под действием силы тяжести.

Удаление из воды взвешенных веществ является непременным условием подготовки ее для хозяйственно-питьевых и технических целей. Эффективность очистки воды от взвешенных загрязнений, а также производительность очистных сооружений, главным образом, определяются дисперсным состоянием загрязнений. Дисперсность загрязнений принято характеризовать кривыми кинетики отстаивания Э=f(t), получаемыми опытным путем. По этим кривым можно определить дисперсный состав загрязнений и получить основные параметры для выбора и расчета очистных сооружений, в первую очередь гидравлическую крупность частиц.

Гидравлическая крупность – это скорость равномерного осаждения твердых частиц в неподвижной воде при определенной температуре. Ее используют в качестве критерия, характеризующего размер частиц, и определяют экспериментально.

Определение содержания взвешенных частиц производится весовым методом.

Сущность метода состоит в фильтровании пробы воды через фильтр, высушивании фильтра при 105⁰ до постоянной массы и взвешивании фильтра с осадком.

 

Приборы, посуда и реактивы

Аналитические весы с точностью взвешивания не менее 0,1 мг, сушильный шкаф с рабочей температурой 105±2⁰ С, эксикатор, часы, пинцет, емкость на 5 л, мерный цилиндр на 0,5 л, мерный цилиндр на 100 мл, колбы на 0,5 л, стакан на 0,6 л, стакан на 150 мл, бюкс с притертой крышкой, воронка, сифон, груша, фильтры беззольные «белая лента»

 

Порядок выполнения работы

Тщательно встряхивают емкость с исследуемой водой поршневым движением (вверх-вниз) и немедленно переносят воду поочередно в цилиндры, строго до метки 500 мл. В момент окончания заполнения каждого цилиндра, начинают отсчет продолжительности отстаивания. После заполнения, цилиндр не передвигать! По истечении заданной для каждого цилиндра продолжительности отстаивания, из верхнего слоя цилиндра, пользуясь сифоном, отбирают 50 мл исследуемой воды в стакан на 0,6 л. После отбора пробы, замеряют высоту части цилиндра h, из которой была отобрана эта проба.

Предварительно высушенный при 105^о С до постоянной массы и взвешенный фильтр, пинцетом извлекают из бюкса, аккуратно расправляют на воронке и смачивают дистиллированной водой. Исследуемую воду из стакана отфильтровывают через фильтр. Стакан несколько раз ополаскивают дистиллированной водой, которую также выливают на фильтр. Влажный фильтр с осадком помещают в тот же бюкс и высушивают в сушильном шкафу при 105^о С в течении 1,5-2 часов, охлаждают в эксикаторе и взвешивают на аналитических весах.

 

Обработка результатов

1. Концентрация взвешенных веществ (мг/л)

где - масса осадка, г; - объем воды, отбираемой из цилиндра, л; 1000 – пересчет единиц измерения из г в мг.

2. ,

где - масса бюкса с осадком, г; - масса пустого бюкса, г.

3. Эффект осветления (%)

где - концентрация взвешенных веществ в исходной воде (до отстаивания), мг/л; - концентрация взвешенных веществ в пробах осветленной воды (после отстаивания), мг/л; 100 – пересчет единиц измерения.

4. Относительное количество осевшей взвеси (%)

где - масса осадка в исходной воде (до отстаивания), г; - масса осадка в пробах осветленной воды (после отстаивания), г; 100 – пересчет единиц измерения.

5. Гидравлическая крупность (мм/с)

где - высота слоя жидкости, в котором проводилось отстаивание, мм; - продолжительность отстаивания (время, в течение которого проходило отстаивание), с.

6.

где - количество цилиндров, в которых проводилось отстаивание.

 

Оформление результатов

Полученные результаты заносят в таблицы 1.12 и 1.13.

Таблица 1.12

Экспериментальные данные

 

№ ци- линдра	Продолжи-тельность отстаивания t, мин	Масса пустого бюкса М1, г	Масса бюкса с осад- ком М2, г	Масса осадка Мос, г	Объем воды, отбираемой из цилиндра V, мл	Высота слоя осаждения h, мм

 

Таблица 1.13

Результаты исследований

 

№ ци линд- ра	Концентрация взвешенных веществ С, мг/л	Эффект осветления Эt, %	Относительное количество осевшей взвеси Рt, %	Гидравлическая крупность U0, мм/с

Продолжение табл. 1.13

 

Вопросы для самопроверки

1. Взвешенные вещества – это?

2. Каким методом очищают сточные воды от взвешенных веществ?

3. Что такое гидравлическая крупность, что она характеризует и как определяется?

4. Сущность метода определения взвешенных веществ?

5. Что можно определить по кривым кинетики отстаивания?

6. Как зависит эффект осветления от продолжительности отстаивания?

Рекомендации к выполнению практических работ

Приведенные ниже практические работы рассчитаны на двухчасовые занятия в аудитории под руководством преподавателя. Для выполнения работы студентам выдаются задания и исходные данные, необходимые дополнительные справочные и нормативные материалы.

Ход выполнения и результаты работы оформляются в виде отчета по следующей форме

Отчет

по практической работе № ____

(указывается тема работы)

1. Цель работы.

2. Задание.

3. Исходные данные.

4. Расчеты.

5. Выводы.

При оформлении расчетной части отчета необходимо: указать определяемую величину; привести общую расчетную формулу с последующей расшифровкой всех составляющих формулы и указанием их размерности; подставить количественные значения составляющих в формулу и привести конечный результат. Недостающие исходные данные, принятые самостоятельно, приводятся с необходимым обоснованием их значений.

Выводы по работе должны содержать основные расчетные значения определяемых величин и отвечать дополнительным требованиям по содержанию выводов к каждой работе.

Оформленный отчет по работе представляется преподавателю на проверку. Защита отчета производится в установленном преподавателем порядке.

 

Практическая работа № 1.