График проведения лабораторных работ

График проведения лабораторных работ

По курсу «Промышленная экология»

Номер бригады	Номер лабораторной работы

Лабораторный практикум по курсу «Промышленная экология»

Содержание

Лабораторная работа 1. Осветление воды осаждением. 3

Лабораторная работа 2. Коагуляционная обработка воды.. 7

Лабораторная работа 3. Очистка воздуха аэрозольных загрязнений методом фильтрации. 11

Лабораторная работа 4. Реагентное обесцвечивание воды.. 16

Лабораторная работа 5. Очистка воды с помощью дистилляции. 21

Лабораторная работа 6. Очистка сточных вод от тяжелых металлов……………… 25

Лабораторная работа 1. Осветление воды осаждением

Цель работы

Изучение основных расчетных параметров отстойников: скорости осаждения взвешенных веществ и продолжительности пребывания воды в отстойнике, обеспечивающем заданный эффект ее осветления.

Теоретическая часть

Удаление из воды основной массы нерастворимых примесей от грубодисперсных взвесей до микрогетерогенных коллоидно растворенных веществ является одним из важнейших условий подготовки воды для хозяйственно-питьевых и технических целей. При этом улучшаются такие органолептические показатели, как мутность и цветность воды.

В природной воде могут присутствовать твердые нерастворимые вещества в виде взвешенных частиц глины, песка, гидроокисей, органических примесей гумусового происхождения, фито- и зоопланктона и других в зависимости от пород и почв, окружающих источник, и развития в нем биологических процессов. Концентрация нерастворимых веществ в некоторых природных водах поверхностных водотоков достигает иногда значительных величин (до 5000-10000 мг/л). Обычно содержание их колеблется от 100 до 1500 мг/л, плавно изменяясь по сезонам года и эпизодически – скачкообразно при наличии атмосферных осадков и паводков.

О размерах частиц, встречающихся в природных водных, и скорости их осаждения можно судить на основании данных, приведенных в таблице 1.

Таблица 1 - Размер и гидравлическая крупность частиц в воде

Взвешенные частицы	Размер частиц, мм	Скорость осаждения, мм/сек	Время осаждения частиц на глубину 1 м
Песок: Крупный	1,0		10 сек
средний	0,5		20 сек
Мелкий	0,1		2,5 мин
Ил	0,05-0,027	1,7-0,5	10-30 мин
Мелкий ил	0,01-0,005	0,07-0,017	4-18 ч
Глина	0,0027	0,005	2 суток
Тонкая глина	0,001-0,0005	0,0007-0,00017	0,5-2 месяца
Коллоидные Частицы	0,0002-0,000001	Средняя 0,000007	4 года

Одним из методов очистки воды от взвешенных веществ является отстаивание - удаление взвешенных веществ под действием силы тяжести. Метод основан на разнице удельных весов воды и удаляемых частиц. Частицы, удельный вес которых больше, чем удельный вес воды осаждаются на дно под действием сил тяжести. А частицы, у которых удельный вес меньше, чем у воды – всплывают на поверхность. К таким частицам относятся частицы жира, масла, нефти. С помощью специальных лопастей осадок и всплывающие загрязнения удаляются из очистных сооружений.

Реализация этого процесса происходит в отстойниках. Современные конструкции отстойников являются проточными и осаждение в них взвеси происходит при непрерывном движении воды от входа к выходу.

В зависимости от направления движения потока воды отстойники классифицируются на: горизонтальные, вертикальные и радиальные. В горизонтальных отстойниках движение воды происходит горизонтально, в вертикальных отстойниках вода подается снизу и движется вверх, в радиальных – происходит закручивание потока жидкости и вода движется от центра к периферии. На практике чаще всего для самой низкой пропускной способности (до 10 000 м³/сутки) применяются вертикальные отстойники. При средней пропускной способности (15 000 – 20 000 м³/сутки) применяют горизонтальные и радиальные отстойники. При пропускной способности очистных сооружений выше 20 000 м³/сутки чаще всего применяют радиальные отстойники с вращающимся распределительным устройством.

Скорости движения воды должны быть малыми, они измеряются десятыми долями мм/с в вертикальных отстойниках и несколькими мм/с – в горизонтальных, тонкослойных и радиальных.

При таких малых скоростях поток почти полностью теряет транспортирующую способность, обусловленную интенсивным турбулентным перемешиванием. Осаждение взвеси в потоке с такими малыми скоростями подчиняется с известными приближениями законам осаждения в неподвижной жидкости. Хорошо изучено осаждение зернистой агрегативно устойчивой взвеси, частицы которой при этом не слипаются и не изменяют своих форм и размеров. Осаждение неустойчивой взвеси, способной агломерироваться, слипаться в процессе осаждения, изучено в меньшей степени.

Оба явления имеют практическое значение для отстойников, применяемых в технологии очистки воды. Первое – для осветления мутных вод в качестве предварительной ступени очистки. Второе – для отстойников, в которых происходит осаждение скоагулированной взвеси.

Седиментация зернистой взвеси подчиняется более простым закономерностям, чем неустойчивой, хотя эти же закономерности с определенными допущениями применяют для расчета осаждения и неустойчивой взвеси.

Осаждение взвеси подчиняется линейному закону Стокса, который в общем виде можно записать:

(1)

где F₃ – сила сопротивления, Н;

h – вязкость жидкости;

ω – скорость осаждения частицы;

d – диаметр частицы, м.

Закон Стокса справедлив для частиц малого размера (10^-1- 10^-4 мм), осаждающихся с малой скоростью. В более общем виде закон сопротивления при падении частицы в жидкости может быть представлен в виде, предложенном Ньютоном–Рэлеем:

(2)

где Ψ₃ – коэффициент сопротивления, н;

r₁ – плотность жидкости; кг/м³:

d – диаметр частицы, м.

Коэффициент сопротивления Ψ₃ зависит от числа Рейнольдса (Rе)

(3)

Зависимость силы сопротивления от числа Rе определяется экспериментально. В области действия линейной зависимости в большинстве случаев справедливо выражение:

(4)

и тогда скорость осаждения частиц взвеси можно представить как:

(5)

где – плотность частицы;

g – ускорение свободного падения.

Выражение (5) называют формулой Стокса. Но эта формула справедлива при значениях Rе₃ << 1 и ее трудно использовать на практике.

Скорость осаждения взвешенных частиц используют в качестве критерия, характеризующего размер частиц, и называют «гидравлической крупностью частицы». Этот параметр используют для расчета отстойников, когда важно знать скорость осаждениячастиц, а не их размеры.

Гидравлическую крупность частиц находят экспериментально, определяя относительное количество взвеси, выпавшей за определенный интервал времени на дно цилиндра, заполненного испытуемой водой на высоту.

Когда взвесь монодисперсная, т.е. состоит из частиц примерно одинаковой гидравлической крупности, количество осадков, выпавшего за время t составит:

m = ωcAt, (6)

где с – концентрация взвеси в исследуемой воде; А – площадь цилиндра.

Массовое содержание взвеси в исследуемой воде до начала осаждения:

m₀ =cAh (7)

Относительное количество выпавшей взвеси или эффект осаждения находится из выражения:

р = m/m₀ = ωt/h, (8)

откуда гидравлическая крупность

ω=ph/t (9)

Из уравнения (9) видно, что относительное количество выпавшей взвеси р возрастает прямо пропорционально продолжительности осаждения. График зависимости р = f(t) называется кривой выпадения взвеси. На рис.1 представлена кривая выпадения моно– (а) и полидисперсной (б) взвеси.

Закон выпадения монодисперсной смеси имеет линейный характер, а кривая выпадения полидисперсной смеси значительно отличается от прямой линии. Экспериментальная кривая выпадения взвеси позволяет найти процентное содержание различных ее фракций, т. е. фракций с различной гидравлической крупностью. Относительное содержание взвеси с частицами крупностью ω> h/t равно отрезку, отсекаемому на оси ординат касательной, проведенной в точке А с абсциссой t. Проводя касательные в различных точках кривой, можно определить фракционный состав взвеси по интервалам гидравлической крупности частиц.

Пользуясь кривой выпадения, можно определить среднюю гидравлическую крупность полидисперсной смеси или среднюю скорость осаждения ω_ср по уравнению (9). На практике определяют не среднюю скорость осаждения полидисперсной взвеси, а некоторую фиктивную скорость:

U = ω_ср/p = h/t, (10)

называемую процентной скоростью осаждения. Величина хотя и имеет размерность скорости, не является физической скоростью осаждения частиц.

Из изложенного видно, что все предыдущие рассуждения строги лишь по отношению устойчивой зернистой смеси, т.е. для тех частиц, которые не изменяют своей фракционный состав в процессе осаждения, тем не менее кривые выпадения используют для расчетов отстойников и для неустойчивой взвеси, так как они (кривые) позволяют определить необходимую продолжительность пребывания воды в них, по заданному эффекту осветления. Это утверждение основано на подобии кривых, получаемых при различных высотах столба исследуемой воды. О подобии свидетельствует уравнение (8) из которого следует, что одинаковый эффект осаждения взвеси с определенной гидравлической крупностью частиц достигается при равных отношениях t/h.

На рис. 2а представлено семейство кривых выпадения полидисперсной зернистой взвеси. Каждая кривая получена при различных значениях высоты столба воды, кривые отличаются друг от друга только формой. Одинаковый эффект осаждения достигается при различной продолжительности отстаивания, но все кривые подобны между собой. Если изменить масштаб времени оси абсцисс и отложить по этой оси вместо значений времени значения t/h, то все кривые совместятся в одну (рис. 2б).

Это обстоятельство дает простое правило пересчета времени, необходимого для получения заданного эффекта оседания по результатам технологического моделирования. Получив в лаборатории кривую выпадения взвеси в процессе исследования исходной воды при высоте столба воды можно определить требуемый эффект осаждения р. Он может быть рассчитан по концентрации взвеси в исходной воде С₀ и концентрации взвеси в осветленной воде С, принимаемой 10 мг/л;

p = (C₀ –C)/С₀ или (С₀ –10)/C₀ (11)

По величине р с помощью кривой выпадения взвеси определяется продолжительность осаждения t₁ а затем расчетную продолжительность пребывания воды в отстойнике t_p из соотношения:

t_p/t₁ = h_p/h₁ (12)

Так как из условия подобия t_р = h_p = t₁/ h₁ = const, при р = соnst здесь h и t соответственно расчетная высота зоны осаждения и продолжительность пребывания воды в проектируемом отстойнике. Уравнение (12) показывает, что при осаждении устойчивой взвеси продолжительность пребывания воды в отстойнике во столько раз больше продолжительности осаждения воды в цилиндре, во сколько высота зоны осаждения больше высоты слоя воды в цилиндре.

При осаждении неустойчивой коагулирующей взвеси для расчета отстойников следует пользоваться выражением

t_p = t₁ (h_p/h₁)ⁿ (13)

где n = 0,2 – 0,5 эмпирическая величина.

Применяемое оборудование

1. 3 цилиндра емкостью 1 л, высотой 400 мм.

2. Коалиновая суспензия, моделирующая устойчивую полидисперсную взвесь.

3. Песок.

4. Секундомер.

Порядок проведения работы

1. В цилиндры наливают по 1 литру водопроводной воды.

2. Добавляют в первый цилиндр 100 мг каолиновой взвеси, во второй – 100 мг песка, в третий – 100 мг загрязнителя по указанию преподавателя.

3. Тщательно перемешивают воду с навесками в цилиндрах.

4. Через каждые 5 минут отмеривают осветленные участки, где происходит осветление до 10 мг/л (по указанию преподавателя).

5. Результаты измерений заносят в таблицу 2 (отдельно для каждого загрязнителя), по уравнения (8) рассчитывают р.

Таблица 2 – Результаты измерений

t	Vосветленной жидкости, мл	p=Vосветленной жидкости/1000

6. По экспериментальным данным строится кривая выпадения р=f(t).

7. Определяется необходимое время отстаивания.

Содержание отчета

1. Краткое описание физико–химических основ осаждения оттаиванием (закон Стокса).

2. Табличный и графический материал по экспериментальной кривой выпадения взвеси.

3. Определение необходимой продолжительности пребывания воды в отстойнике.

4. Выводы по работе.

Контрольные вопросы:

1. Применение закона Стокса для процессов осаждения.

2. Влияние фракционного состава на процесс осаждения.

3. Как можно оценить фракционный состав по кривой выпадения.

4. Что такое гидравлическая крупность.

5. Основные расчетные параметры для расчета отстойников.

Цель работы

Изучение основ коагуляционной обработки воды. Определение оптимальной дозы| коагулянта.

Теоретическая часть

Одним из наиболее широко применяемых на практике приемов снижения содержания взвешенных и коллоидных примесей является их седиментация.

Однако примеси, обуславливающие мутность и цветность природных и сточных вод, отличаются малыми размерами (или находятся в молекулярном состоянии), из–за чего их осаждение происходит крайне медленно, так как диффузионные силы превалируют над силами тяжести. Для ускорения процессов осаждения, фильтрования, флотации прибегают к коагулированию воды.

Коагуляцией примесей воды называют процесс агломерации мельчайших коллоидных и дисперсированных частиц, происходящий вследствие их слипания под действием сил молекулярного притяжения. Коагуляция завершается образованием видимых невооруженным глазом агрегатов–хлопьев их отделением от жидкой среды.

Различают два типа коагуляции: коагуляция в свободном объеме (происходит в камерах хлопьеобразования) и контактная коагуляция (в толще зернистой загрузки или в массе взвешенного осадка). Дисперсированные коллоидные и взвешенные примеси природных и сточных вод в большинстве случаев имеют одинаковые заряды, что обуславливает возникновение межмолекулярных сил отталкивания и, создавая тем самым агрегативную устойчивость. В технологии очистки воды производят частичное или полное удаление примесей, поэтому их агрегативную устойчивость стремятся разрушить, снизив их заряд до нуля или до очень малых значений.

Это достигается добавлением к воде коагулянтов: сульфатов алюминия, железа (II и Ш), хлорида алюминия и железа (Ш), алюминия натрия, оксихлорида алюминия и других веществ, которые либо нарушают агрегативную устойчивость примесей, либо вследствие гидролиза образуя коллоиды, которые эти примеси сорбируют.

Примеси природной воды образуют вместе с ней гетерофазную систему, в которой вода является дисперсионной средой, а масса распределенных в воде коллоидных частиц – дисперсной фазой. Эти частицы представляют собой мелкие агрегаты кристаллического или аморфного характера с огромной удельной поверхностью (до 800 м²/г), обладающей весьма значительной поверхностной энергией и, следовательно, и высокой адсорбционной емкостью. Это обстоятельство имеет большое значение для очистки, так как коагулирование связано с адсорбцией на коллоидных частичках примесей, содержащихся в воде в растворенном состоянии.

Образованию коллоидных частиц предшествует формирование твердой фазы (ядра), адсорбирующей из растворов потенциал образующие ионы. В результате поглощения ионов поверхность ядра приобретает заряд.

Присутствующие в воде разноименные заряженные ионы группируются у поверхности ядра вследствие электрического притяжения между разноименными электрическими зарядами, образуя коллоидную частицу. Коллоидная частица вместе с окружающим ее диффузионным слоем называется мицеллой.

На рис. 1 представлена схема строения мицеллы золя гидроксида железа III полученного путем гидролиза хлорного железа.

Коллоидная частица золя гидроксида железа (III) состоит из ядра (см. рис. 1), образованного гидроксидом железа III, адсорбционно связанных с ним потенциал образующих водородных ионов (n Н⁺) и некоторого количества ионов хлора (n –– х)Сl^- меньшего, чем количество ионов водорода, в результате чего частица имеет положительный заряд. Ионы водорода и входящие в состав частицы противоионы хлора образуют двойной электрический слой.

Отдельные ионы хлора (Сl^-) образуют диффузный слой и вместе с коллоидной частицей составляют мицеллу золя гидроксида железа III. (Золь – система, состоящая из коллоидных частиц, распределенных в жидкой или газообразной среде, если такой средой является вода, то система – гидрозоль).

Большинство коллоидов природных и сточных вод в интервале рН 6,5–8,5 в отличие от золей коагулянтов заряжено отрицательно. К ним относятся распространенные в природных водах кремниевая кислота, мельчайшие глинистые и гумусовые вещества.

На процесс коагуляции примесей воды в объеме оказывают влияние следующие факторы: концентрация ионов водорода, содержание в воде естественных взвесей, температура воды, условия перемешивания и наконец, правильный выбор дозы коагулянта.

Правильный выбор дозы коагулянта имеет первостепенное значение для коагулирования примесей. Под дозой коагулянта подразумевается определенное количество реагента, которое добавляется к единице объема обрабатываемой воды. Доза коагулянта измеряется в мг/л или г/м³.

Наглядное представление о влиянии дозы коагулянта на процессы осветления и обесцвечивания воды дает коагуляционная кривая (рис. 2).

Кривую можно разбить на три зоны. В первой зоне при недостаточных дозах коагулянта эффект осветления – отрицательный, за счет образования коллоидных частиц самого коагулянта. Во второй зоне увеличение дозы резко сказывается на эффекте осветления и обесцвечивания. Граница между первой и второй зоной носит название порога коагуляции. В третьей зоне увеличение дозы коагулянта не дает заметного улучшения эффекта осветления и обесцвечивания воды.

Зона между второй и третьей зонами носит название оптимальных доз.

В настоящее время оптимальную дозу определяют методом пробного коагулирования. Суть его заключается в том, что отбирают из анализируемой среды шесть одинаковых проб, в которые вводят различные дозы коагулянта, после определенного времени определяют степень осветления каждой пробы и строят кривую коагулирования, по которой определяют зону оптимального коагулирования. Как правило, этот процесс занимает несколько часов.

Такое определение основано на законе Бугера–Ламберта–Бера, который гласит, что при всех прочих равных условиях ослабление светового потока, проходящего через анализируемую среду при одной и той же массовой концентрации взвешенных частиц пропорционально размеру этих частиц. В этом методе предлагается фиксировать порог коагуляции оптическим методом.

Порядок выполнения работы

1. Приготовить раствор коагулянта с концентрацией 1 г/л(сульфата алюминия или хлорида алюминия).

2. Ввести в емкость 1 л воды с 100 мг калиброванной бентонитовой глины, перемешать созданную суспензию.

3. Получить у преподавателя длину волны, на которой будут проводиться измерения с помощью фотометра КФК-3.

4. Приготовить суспензии для построения калибровочного графика. Для этого приготовить 5 пробирок с концентрацией бентонитовой глины 100, 50, 25, 12,5, 6,25 мг/л, т.е. разбавить часть исходного раствора 2, 4, 8, 16 раз. С помощью фотометра КФК-3 снять показания τ и внести полученные значения в таблицу 1. Построить калибровочный график.

Таблица 1 – Данные для построения калибровочного графика

Сглины, мг/л				12,5	6,25
τ, %

5. Приготовить 6 пробирок по 50 мл исходного раствора (с концентрацией бентонитовой глины 100 мг/л) В каждую пробирку ввести разные дозы коагулянта в количестве: 2, 4, 5, 7, 8, 9 мг/л, тщательно перемешать.

6. Оставить смесь на 20-30 минут для завершения процесса коагуляции.

7. С помощью фотометра КФК-3 определить коэффициенты пропускания τ для всех проб, внести значения в таблицу 2.

Таблица 2 – Данные для определения оптимальной дозы коагулянта

Скоаг, мг/л
τ, %

8. На основании полученного значения оптимальной дозы коагулянта для пробы, объемом 50 мл, рассчитать значение оптимальной дозы коагулянта для исходной суспензии с концентрацией 100 мг/л.

9. Используя калибровочный график определить остаточную концентрацию бентонитовой глины в растворе С_ост (концентрация, при которой τ на калибровочном графике соответствует τ раствора с оптимальной дозой коагулянта).

10. Определить эффективность очистки по формуле:

η=100·(С_исх- С_ост)/ С_исх,

где С_исх – исходная концентрация бентонитовой глины, равная 100 мг.

Содержание отчета

1. Калибровочный график, построенный в соответствии с п.4.

2. Заполненные таблицы 1 и 2.

3. Экспериментальная коагуляционная кривая, построенная в соответствии с п.7.

4. Определение оптимальной дозы коагулянта.

5. Расчет эффективности очистки загрязненного раствора.

6. Выводы по работе.

Контрольные вопросы

1. Чем определяется устойчивость коллоидных систем.

2. Возможные коллоидные загрязнения природных и сточных вод.

3. Механизм коагуляции.

4. Оптимальная доза коагулянта.

Цель работы

Оценка линейной скорости фильтрации, выбор фильтрующего материала, оценка фильтрации пыли по размеру пылинок.

Теоретическая часть

Воздействие атмосферных загрязнений на окружающую среду включает ряд эффектов, влияющих на земную атмосферу и на протекание атмосферных процессов. В присутствии загрязняющих веществ уменьшается прозрачность атмосферы и ухудшается видимость. В метеорологии прозрачность атмосферы, определенную путем визуальных наблюдений, называют "видимость". Не все атмосферные загрязнения влияют на видимость, а только те которые находятся в виде аэрозоля, или в виде газа, способного образовать аэрозоль в результате реакций в атмосфере. Основными загрязнителями являются пыль, дым, сажа и другие твердые частицы. Частицы аэрозоля в атмосфере могут приводить к снижению, интенсивности солнечного излучения из–за потерь, связанных с рассеиванием, поглощением света.

Концентрация частиц в загрязненной атмосфере может быть порядка 10 на 1 см³, концентрации вблизи источников загрязнений могут быть на несколько порядков выше. Концентрация по массе представляет собой отношение массы частиц в данном объеме к величине этого объема. Концентрация по массе твердых частиц в загрязненной атмосфере обычно составляет менее 1000 мкг/м³. В отходящих газах промышленных процессов массовая концентрация твердых частиц значительно превышает 1 г/м³.

Для определения химического состава в настоящее время используют два метода отбора проб: полную фильтрацию и использование каскадного импактора. При достаточно высокой эффективности фильтра можно получить информацию об усредненном химическом составе для всех размеров частиц и всего интервала отбора проб.

Данные о зависимости химического состава от размера частиц можно получить, используя каскадный импактор, подвергая исследованию каждую фракцию, получаемую при разделении. Эти данные можно использовать при разработке методов контроля за содержанием твердых частиц, позволяющих удалить из отходящих газов частицы, наиболее опасных веществ.

Все типы оборудования для улавливания частиц, присутствующих в отходящих газах могут быть описаны уравнениями, характеризующие размер частиц, геометрию коллектора, свойств выбрасываемых веществ и характеристик потока.

При введении в аэрозольный поток препятствий, например, водяных капель или фильтровального волокна крупные частицы вследствие инерции сталкиваются с препятствием. Улавливание частиц за счет инерции называется импакцией.

Эффективность инерционного улавливания определяется тремя факторами:

– первым из них является распределение по скоростям, поступающим к препятствию, оно определяется числом Рейнольдса газа;

– второй фактор – траектория частицы. Она зависит от массы частицы и ее аэродинамического сопротивления, от размера и формы препятствия, а также от скорости газового потока;

– третьим фактором является способность препятствия удерживать частицы.

Фильтрация – один из старейших и наиболее широко используемых методов удаления частиц из запыленных газовых потоков.

Фильтрация вне конкуренции, когда роль идет об обеспечении исключительно высокой эффективности улавливания очень мелких частиц ценой умеренных затрат.

Тканевые фильтры изготавливают из тканых или валяных набивных материалов, которые служат подложкой для слоя пыли. Существуют гранулированные, волокнистые фильтры. Применение фильтров ограничены температурами, превышающими 500÷600К, при которых разрушается ткань или укорачивается срок ее службы.

Прохождение загрязнителя через фильтр требует расхода энергии. Обычной мерой расхода энергии служит перепад давления на фильтре или производная давления по толщине ткани. Перепад давления зависит от скорости аэрозоля. Сочетание этих двух величин образует параметр, называемый сопротивлением:

R = Δp/v, (1)

где R - сопротивление фильтра,

Δp – перепад давления на фильтре,

v - скорость на поверхности фильтра.

Для первичной фильтрации при температурах, превышающих 500–600К, используют гравийные фильтры. Волокнистые фильтры обычно не очищают. Их используют, когда концентрация частиц низка (менее 2 г/м³) и фильтр может прослужить достаточно долго, не требуя замены.

Если необходима высокая эффективность улавливания, то вместо фильтров можно использовать электрофильтры и мокрые скрубберы. Механические аппараты играют второстепенную роль и применяются для предварительной очистки. Электрофильтры могут конкурировать с тканевыми фильтрами, если электрическое сопротивление частиц лежит в пределах 10¹³–5–10¹⁴ Ом–м, требуемая эффективность улавливания менее 99,5%, газовый поток не превышает 10⁵ м³/ ч, а доля субмикрометровых частиц относительно мала.

В таблице 1 приведены данные по материалам фильтров, способы очистки, скорости фильтрации.

Таблица 1 – Характеристики фильтров

Улавливаемый материал	Фильтрующий материал	Способ очистки	Скорость фильтрации, см/с	Коэфф. удельного сопротивления, н⋅с/г⋅м
Абразивы	Полиэфирное	Встряхивание	1,5	0,005
Алюминий	Хлопок, нейлон	Встряхивание	0,011	0,0055
Асбест	Хлопок, шерсть	Встряхивание	0,014	0,0047
Бронзовый порошок	Хлопок	Реверс потока	0,01	0,0075
Пыль полированная	Хлопок	Реверс потока	0,0165	0,05
Сажа	Фгоропласт, полискрилат	Реверс потока	0,006	0,08
Цемент	Хлопок, стекло	Реверс потока	0,01	0,01
Керамика	Хлопок	Встряхивание	0,0125	0,97
Древесный уголь	Хлопок	Встряхивание	0,0115	0,97
Соли хрома	Шерсть	Встряхивание	0,012	0,97
Глина	Хлопок	Встряхивание	0,011	0,042
Кокс	Хлопок	Встряхивание	0,0115	0,042
Дым электропечей	Стекло, полиакрил	Встряхивание	0,07	0,15
Полевой шпат	Стекло	Встряхивание	0,0125	0,9
Угольная зола	Стекло, фторопласт	Встряхивание	0,02	0,03
Нефтяная зола	Стекло	Встряхивание	0,033	0,0133
Дым мусоро–сжигателей	Стекло	Встряхивание	0,02	0,352
Гипс	Хлопок	Встряхивание	0,0125	0,03
Оксид железа	Полиакрил	Встряхивание	0,0107	0,34
Дым свинцовой плавки	Полиэфир	Встряхивание	0,005	0,159
Свинцовая пыль	Полиакрилат	Встряхивание	0,015	0,159
Штукатурка	Хлопок, полиэфир	Встряхивание	0,027	0,025
Табак		Встряхивание	0,017	0,101
Древесина	Хлопок	Встряхивание	0,017	0,085
Цинк	Полиакрилат, хлопок	Встряхивание	0,0092	0,09
Ламповая сажа	Полиэфир	Встряхивание	0,01	0,13

Для расчета улавливания фильтром аэрозолей используем уравнение для расчета концентрации на выходе из фильтра и проскока через фильтр:

C_вых = [k +(0,1 – k)e^am]C_вх+C_у; (2)

k = 1,5·10⁷exp[12,7(1 – e^60,18V)]; (3)

a = 0,66•10⁴ + 0,094, (4)

где: С_вых – концентрация на выходе, г/м³,

v – скорость, м/с,

С_вх – концентрация пыли на входе, г/м³,

С_у – концентрация уносимых с фильтра частиц, г/м³,

m – количество пыли на фильтре, г/м³.

Для каждого вида фильтра С_у имеет определенную величину, определяемую экспериментально. При использовании понятия сопротивления (уравнение (I) вывода соотношения для суммарного перехода давления на системе ткань–осадок пыли имеем:

Δp = R_эффv+k_nC_nv² (5)

где: R_эфф – эффективное остаточное сопротивление ткани;

k_n – коэффициент удельного сопротивления пыли;

C_n – концентрация пыли в потоке;

t – время фильтрации.

Величина R_эфф является мерой сопротивления чистого тканевого фильтра, в котором имеется остаточная пыль, глубоко проникающая в толщу и с трудом поддающаяся удалению. Коэффициент удельного сопротивления представляет первичную характеристику пыли и подлежит измерению. В таблице 1 приведены значения k_n для различных видов пыли и перечень используемых материалов для фильтров и их характеристики.

Порядок проведения работы

1. Определить счетную концентрацию аэрозольных частиц и их дисперсного состава без фильтра с помощью счетчика аэрозольных частиц ГТА–0,3 (измерения проводить по каждому каналу по размерности не менее трех раз, результаты усреднить). Результаты занести в таблицу 2.

Таблица 2 – Результаты измерений счетной концентрации аэрозольных частиц

ni	di, мкм
0,3	0,4	0,5	0,6	0,8	1,0
ni1
ni2
ni3
niср

2. Зная счетную концентрацию аэрозольных частиц определить массовую концентрацию с использованием формулы:

C = 5,23·10^–3 (мг/м³)

где: – плотность аэрозольных частиц, мг/ м³, принимаем = 300 кг/ м³;

d_i– средний диаметр частиц в 1–м интервале их размеров, мкм;

n_i – число частиц со средним диаметром d_i в 1–м интервале их размеров;

j – число интервалов размеров частиц;

V – объем пробы, м³.

3. Определить счетную концентрацию аэрозольных частиц и их дисперсного состава за каждым из фильтров путем их поочередной установки в аллонж. Измерения и расчеты произвести аналогично п.1, полученные значения записать в таблицы.

4. Сравнить вычисленные значения концентрации пыли после фильтрации с ПДК. Для кремниевой пыли, используемой в работе, ПДК составляет 4 мг/м³.

Содержание отчета

1. Таблица 2 с результатами измерений запыленности воздуха без фильтров и с использованием трех типов фильтров.

2. Графики распределения количества частиц по фракциям для загрязненного воздуха и очищенного с использованием фильтров.

3. Определение степени очистки для каждой фракции по размерам для каждого из фильтров, а также суммарную степень очистки с использованием массовой концентрации.

4. Выводы по работе.

Контрольные вопросы

1. Методы отбора проб воздуха для определения его химического состава.

2. Область применения тканевых и волокнистых фильтров.

Цель работы

Изучение фотоколориметрического метода анализа степени окрашенности сточных вод. Изучение физико–химического механизма реагентного обесцвечивания воды.

Теоретическая часть

Фотоколориметрический метод анализа степени окрашенности воды относится к оптическим методам.

В основе метода лежит поглощение водным раствором пропускаемого через него света. При прохождении световой волны через раствор часть ее проходит, а часть поглощается. Это обусловлено следующими причинами. При прохождении световой волны через вещество часть энергии волны затрачивается на возбуждение колебаний электронов. Частично эта энергия вновь возвращается излучению в виде вторичных волн, порождаемых колеблющимися электронами; частично же она переходит в энергию движения атомов, т.е. во внутреннюю энергию вещества. Поэтому световой поток Ф₀ при прохождении через вещество уменьшается – свет поглощается в веществе.

Опытным путем установлено, что убывание светового потока при прохождении через вещество происходит по экспоненциальному закон