Окислительно-восстановительный потенциал как характеристика качества воды.
ОВП– міра хімічної активності електролітів і їх сполук в оборотніх хімічних процесах, що пов’язані зі зміною зарядів іонів. Одиниці вимірювання [мВ].
Значення ОВП будь-якої хімічної сполуки тим більше чим більша концентрація компонентів, що віддають свої електрони, по відношенню до концентрації компонентів, що приймають електрони.
Вода – складна хімічна сполука і всі домішки у воді володіють різними хімічними потенціалами і виступають менш активними окисниками і відновниками ніж O2 і H2.
Значення ОВП в природній воді від -400 до 700 мВ, це в деякій мірі характеризує хімічний склад води.
Від значення ОВП розрізняють декілька ситуацій:
· Окиснювальна - вода для якої ОВП 100-150 мв – обумовлено вільним киснем та рядом елементів у вищій формі валентності (Fe3+, V5+, Cu2+ , Pb2+)
· Перехідна (окисно-відновна) - визначається величинами ОВП від 0 до +100 мВ – залежить від нестійкого біохімічного режиму та вмісту H2S I O2, протікає слабке окиснення та відновлення.
· Відновна – ОВП < 0 – це підземні води, що містять метали в низьких ступенях валентності (Fe2+, Mn2+, Mo4+, V4+, U4+, Cu+)
22.Какие типы флокулянтов используют в технологии водоочистки? Чем отличаются механизмы проявления флоккулирующего действия для флокулянтов разной химической природы?
Для пришвидшення і покращення процесів утворення пластівців використовують високомолекулярні сполуки – флокулянти. Зазвичай їх використовують як додаток до коагулянтів, оскільки вони розширюють діапазон температур, рН, стабільну роботу обладнання. Їх поділяють на три групи: неорганічні, природні органічні, синтетичні органічні.
В залежності від складу полярних груп :
· Неіоногенні (полімери, що містять (неіоногенні сполуки) такі групи як –OH, -CO, -C2H4O): крохмаль, оксиетилцелюлоза, поліетил спирт)
· Аніонні (містять аніонні групи –СООН, -SO3OH, OSO3H): активна кремнієва кислота, поліакрилат натрію.
· Катіонні (містять катіонні групи -NH, -NH2): поліетилен амін, сполуки вінілперидину.
· Амфотерні ( аніони + катіони групи):поліакриламід, білки.
Всі полімери мають бути розчинні, у водних розчинах набувають вигляду клубків. При зменшенні іонної сили розчину клубок може випрямлятись.
Механізм флокуляції може бути описаний:
· Мостикоутворенням
· Нейтралізацією заряду дисперсних частинок, включаючи електростатичні заплати.
При наявності адсорбційної спорідненості відбувається відбувається адсорбція на поверхні частинки. Для довгого полімерного ланцюга існує шанс, що всі прикріпленні сегменти не можуть одночасно відщепитись від поверхні. Конфігурація адсорбції полімерного ланцюга відрізняється від звернутої конформації в розчині.
Сегменти:
1) Прикріплені до поверхні окремі сегменти
2) Хвости полімерного ланцюга в об’ємі розчину
3) Сегменти у формі петлі між прикріпленими сегментами
Ступінь притягання хвостів і петель залежить від сили взаємодії полімерних сегментів з водою і поверхнею.
Адсорбційна взаємодія обумовлена: електростатичним притяганням, водневими зв’язками, силами Ван-дер-Ваальса.
Мостиковий механізм. Адсорбована кількість полімерів не повинна бути дуже висока. Якщо частинка повність покрита полімером і не буде достатньої кількості адсорбційних центрів, то такі частинки будуть рестабілізуватися. Оптимальна доза для мостикової флокуляції – це доза, що відповідає ½ ступені заповнення(покриття) поверхні. Найбільш ефективні полімери для утворення мостиків – лінійні ланцюги з високою молекулярною масою.
Нейтралізація заряду з електростатичними заплатами. У воду, що містить частинки негативнозаріджені додають катіонний флокулянт. Електростатична взаємодія призводить до сильної адсорбції, що призводить до нейтралізації заряду або перезарядки. Нульові значення потенціалу відповідають оптимальній дозі флокулянтів.
Поліелектроліти з високою густиною заряду прагнуть адсорбуватись до плоскої конфігурації.
Коли високо заряджені поліелектроліти адсорбуються на зарядженій поверхні з низькою густиною адсорбційних центрів виникає «електростатична заплата».
Суть механізму: коли високо заряджені катіонні полімери адсорбуються на слабо-зарядженій поверхні, то повна нейтралізація частинок практично не можлива, хоча поверхня має заряд близький до 0, існують ділянки позитивно заряджені.
Важливим наслідком заплатної адсорбції є: частинки зближаються і це призводить до їх злипання і флокуляції. Отримані флокули слабші ні флокули у мостиковому механізмі, але сильніші нейтралізаційних.
Ведені у воду негативно заряджені частинки(аніонні електроліти) не призводить до утворення пластівців. Для здійснення флокуляції аніонними флокулянтами необхідна очистка води.
23.Виды классификации природных вод.
Залежно від походження розрізняють атмосферні, поверхневі і підземні води.
Атмосферні води падають на поверхню землі у вигляді дощу, граду, снігу, роси і туману. Вони відрізняються високим вмістом газів (азоту, кисню і двоокису вуглецю). Ці води для пиття вони непридатні.
Поверхневі води - це атмосферні і частково ґрунтові води, які перемістилися до знижених частин рельєфу місцевості (ставки, річки, озера, моря). Через можливість забруднення вони непридатні для пиття без очищення.
Підземні води утворюються головним чином з атмосферних вод, які проникають в нижні шари ґрунту і накопичуються там у вигляді підземних водотоків або водосховищ. Ці води концентруються над водонепроникним шаром в порах ґрунту, утворюючи водоносний горизонт. Він може знаходитися між першим водонепроникним шаром і ґрунтом або ж між водонепроникними пластами, тоді вода може піддаватися гідростатичному тиску (артезіанська вода).
З санітарної точки зору підземні води діляться на верховодку, ґрунтові та артезіанські. Верховодка знаходиться зазвичай у верхньому (2- 3 м) шарі землі, накопичуючись над першим водонепроникним шаром. Залежно від пори року ці води можуть розташовуватися на різній глибині від поверхні землі. Під час посухи вони можуть зникати.
У більшості випадків верховодка без попереднього очищення непридатна для пиття.
Ґрунтові води знаходяться під першим водонепроникним шаром, залягають на глибині не менше 7 м. Води, що знаходяться на глибині до 15 м, називають дрібними ґрунтовими водами. Вони служать головним джерелом водопостачання. Води, що залягають на глибині понад 15 м (на третьому або ще більш глибокому водонепроникному шарі), називаються глибокими ґрунтовими водами.
Ґрунтові води, що містять не менше 1000 мг/л розчинених солей або СО2, або одного з рідко зустрічаються в прісній воді елементів, наприклад брому, йоду, фтору, заліза, радію, називаються мінеральними.
Артезіанські води особливо цінуються за їх гігієнічні властивості. Вони практично вільні від мікроорганізмів, тому придатні для пиття без очищення та знезараження.
24.Характеристика качества природных вод по биологической загрязненности
Оценка качества вод по микробиологическим показателям
| Класс чистоты | Характеристика класса чистоты воды | Общее число бактерий, 106 клеток | Число сапрофитных бактерий, 1000 клеток/мл | Отношение общего числа бактерий к числу сапрофитных бактерий |
| I | Очень чистая | Менее 0,5 | Менее 0,5 | До 1000 |
| II | Очень чистая | От 0,5 до 1,0 | От 0,5 до 5,0 | Более 1000 |
| III | Умеренно загрязненная | Более 1,0 до 3,1 | Более 5,1 до 10,0 | Более 1000 до 100 |
| IV | Умеренно загрязненная | Более 3,1 до 5,0 | Более 10,0 до 50,0 | Менее 100 |
| V | Грязная | Более 5,0 до 10,0 | Более 50,0 до 1000 | Менее 100 |
| VI | Очень грязная | Более 10 | Более 1000 | Менее 100 |
25.Электрокоагуляция, способы осуществления.
Очистка воды электрокоагуляцией – способ, который позволяет использовать воду повторно после процедуры.
Метод электрокоагуляции основан на физико-химическом процессе оседания (коагуляции) коллоидных систем при воздействии на них постоянным электрическим током. С помощью стальных или алюминиевых анодов сточные воды подвергаются электролизу, в результате чего происходит электрохимическое растворение металлов, загрязняющих воду. Окислительно-восстановительные реакции, протекающие в водной среде, при очистке воды для дома электрохимическими методами многоступенчаты и довольно сложны. Целый ряд факторов оказывает влияние на скорость и механизмы протекания определенных химических реакций в общей цепи, от чего во многом зависит и качество очистки воды методом электрокоагуляции.
Так при очистке воды электрокоагуляцией решающее значение имеет не только материал анодов, но и расстояние между ними. Для получения очищенной жидкости, с определенными показателями качества, исходя из химического состава сточных вод, подвергающихся электрокоагуляции, учитывают такие факторы, как скорость движения воды между анодами, температура водной среды, а также плотность и напряжение постоянного тока.
Как уже отмечалось выше, очищение жидкости методом электрокоагуляции преимущественно используется в промышленном производстве. Сам прибор для проведения данного способа, как правило, представляет собой ванну, в которой установлены электроды. Чаще всего используют пластинчатые электрокоагуляторы с параллельным или вертикальным током воды. Существуют однопоточные системы водоочистки и водоподготовки, в которых вода движется последовательно от электрода к электроду, многопоточные с параллельным соединением каналов (в них вода проходит одновременно через все электроды) и смешанные. Преимуществом однопоточных агрегатов является большая скорость тока воды, однако, использование многопоточных установок позволяет снизить пассивацию электродов, т.е. замедление электродной реакции из-за воздействия собственных ее продуктов. Подобный метод отлично зарекомендовал себя при обработке водной среды, насыщенной эмульсиями нефтепродуктов, жиров и масел, степень удаления которых из сточных вод методом коагуляции составляет 92-99 % и 54-68 % соответственно.
Метод очистки воды электрокоагуляцией обладает как преимуществами, так и рядом недостатков. К достоинствам можно отнести компактность установки и простота управления. При этом отсутствует такая статья расходов, как реагенты. Еще одним положительным качеством установки для проведения электрокоагуляции сточных вод является ее независимость к резким изменениям таких показателей, как температура, уровень кислотно-щелочного баланса среды, появление токсичных элементов.
К тому же подобный процесс обладает высокой бактерицидной эффективностью. Постоянный электрический ток большой плотности разрушает химические соединения и выделением ионов кислорода, который является одним из мощных средств обеззараживания.
Среди недостатков метода водоочистки способом электрокоагуляции сточит отметить энерго- и металлоемкость процесса, относительно невысокую производительность, образование большого объема шлама (хотя вторичные отходы зачастую имею хорошие структурно-механические свойства), нередки случаи, когда в процессе коагуляции образуются токсичные реагенты.
Специалисты не рекомендуются осуществлять очистку воды электрокоагуляциейдля бытовых нужд по ряду причин, основная из которых заключается в том, что результат воздействия постоянного электрического тока на воду непредсказуем. В процессе в водной среде могут образоваться вещества, опасные для здоровья живых организмов. Безопасность полученной после очистки воды с точки зрения химического состава может показать только анализ, который проводить в бытовых условиях, увы, невозможно.
26.Мостиковый механизм процесса флокуляции. Что такое рестабилизация при флокуляции?
Механизм дестабилизирующего действия полимерных флокулянтов заключается в адсорбции растворенных молекул на частицах твердой фазы, обрабатываемой дисперсной системы и образовании таким образом механической связи, так называемых «мостиков между отдельными группами частиц. Возникающие при этом агрегаты твердых частиц называются флокулами, а процесс их образования – мостиковой флокуляцией.
Адсорбция полимера на частицах твердой фазы не всегда приводит к флокуляции. Необходимым условием флокуляции является адсорбция одной макромолекулы или ассоциата макромолекул на нескольких частицах и образованием хлопьев, состоящих из частиц, связанных полимерными мостиками. Основанная на этих представлениях теория флокуляции нейтральных частиц предполагает, что сначала происходит первичная адсорбция и каждая макромолекула прикрепляется несколькими сегментами к одной коллоидной частице. Адсорбированные молекулы занимают часть поверхности частиц (точнее активных центров, на которых возможна адсорбция), а остальная поверхность остается свободной. Затем в процессе агрегации частиц полимером или так называемой вторичной адсорбции свободные сегменты адсорбированных молекул закрепляются на поверхности других частиц, связывая их полимерными мостиками.
При оценке возможности адсорбции уже закрепленных макромолекул на свободной поверхности других частиц нужно учитывать следующие факторы:
1) соотношение площадей свободной поверхности частиц и поверхности, занятой макромолекулами;
2) конкуренцию макромолекул, находящихся в растворе, и сегментов макромолекул, уже адсорбированных на этих же частицах;
3) стерические затруднения, препятствующие подходу частиц с абсорбированными макромолекулами к свободной поверхности других частиц.
