ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1
Введение
Коагуляция – процесс слипания частиц в дисперсных системах, ведущий к уменьшению числа частиц дисперсной фазы, снижению их свободной поверхности и к увеличению массы каждой частицы. Особенно эффективно процесс коагуляции проходит в области коллоидной дисперсности, т.е. мельчайших частиц, находящихся во взвешенном состоянии в поле сил тяжести не выпадающих в осадок.
Коагуляция в естественных условиях происходит под влиянием молекулярных сил при соударении частиц в результате броуновского движения.
Коагуляция ускоряется под действием внешних сил и воздействий: при перемешивании, при градиентном или неравномерном течении, при акустическом воздействии или под действием звуковых волн, вызывающих сближение частиц, при поляризации в электрическом поле.
Коагулянты – вещества, способные вызывать или ускорять коагуляцию. При введении в дисперсную систему коагулянтов ускоряется и облегчается отделение частиц дисперсной фазы от сплошной среды.
|
|
Концентрация коагулянта, при которой наступает быстрая коагуляция, называется порогом коагуляции.
Широко распространены полимерные коагулянты – различные растворимые высокомолекулярные соединения. Макромолекулы полимерного поверхностно-активного вещества закрепляются отдельными участками цепи одновременно на двух частицах и таким образом связывают частицы в прочные флокулы, устойчивые к механическому разрушению при перемешивании. Полимерная флокуляция используется в процессах обогащения руд, при водоочистке, в производстве бумаги и в экологических процессах очистки промстоков и хозбытовых сточных вод.
Особый случай коагуляции представляет гетерокоагуляция, при которой две дисперсные системы взаимно коагулируют друг друга в результате прилипания частиц одной дисперсной фазы к частицам другой. Обычно это происходит при разноименно заряженной поверхности частиц каждой дисперсной фазы. В этом случае ионо-электростатические силы приводят к притяжению частиц, а не к их отталкиванию. Использование мелкодисперсной золы, извести и других материалов для гетерокоагуляции вместо применения дорогостоящих полимерных коагулянтов более эффективно и экономически целесообразно особенно в экологических процессах. С гетерокоагуляцией связан механизм коагулирующего воздействия солей многовалентных металлов, которые гидролизуются с образованием коллоидного гидрооксида.
Смазочно-охлаждающая жидкость (СОЖ) представляет собой концентрат водосмешиваемой полусинтетической СОЖ на основе минерального масла, органических поверхностно-активных веществ (ПАВ), антифрикционных присадок с ингибиторами коррозии и бактерицидом.
|
|
СОЖ разработана для использования на металлообрабатывающем оборудовании с циркуляционной подачей технологической подачей технологической среды, на станках специального назначения или на ручных слесарных работах. Концентрация эмульсии зависит от состава технологической операции и обрабатываемого материала.
Для обезвреживания отработанной эмульсии СОЖ могут использоваться несколько методов:
- Метод ультрафильтрации.
- Метод огневого обезвреживания.
- Реагентный метод.
Цель работы:
Изучение процесса коагуляции и возможности его применения для очистки промышленных сточных вод от тонкодисперсной твердой или жидкой фазы (особенно коллоидных взвесей).
Степень очистки СОЖ определяют фотометрическим методом с помощью каллориметра фотоэлектрического компенсационного КФК-2.
Принцип измерения светопропускания состоит в том, что на фотоприемник поочередно направляются потоки – полный (прошедший через дистиллированную воду) и частично поглащенный после прохождения через исследуемую среду и затем определяется их отношение. Концентрацию примесей в пробах находят по градуировочному графику. Для построения градуировочного графика приготавливают серию стандартных растворов (с известным содержанием примесей). Обычно это делают, разбавляя исходную неочищенную жидкость дистиллированной водой в известной пропорции. Измеряются коэффициенты светопропускания этих растворов и строят градуировачный график. Тогда концентрацию частиц в исследуемой пробе очищаемой жидкости определяют по этому градуировочному графику с учетом измеренного коэффициента светопропускания.
.Методика проведения исследований при коагуляционном разделении смазочно-охлаждающей жидкости и обработки результатов опытов
1.Приготовить серию стандартных растворов для построения градуировочного графика. Для этого исходный раствор СОЖ разбавляют дистиллированной водой, в соотношении, указанном в таблице 1.
Таблица 1
Параметры стандартных растворов СОЖ
Разбавление | 1:0 | 1:0,1 | 1:0,2 | 1:0,4 | 1:0,6 | 1:1 | 1:1,4 | 1:2,3 | 1:4 | 1:9 | 1:99 | 1:999 |
Относительная концентрация, % | 0,1 | |||||||||||
Коэффициент светопропускания, % | ||||||||||||
Чувствительность |
Измерить на колориметре коэффициент светопропускания приготовленных растворов.
Для этого необходимо:
включить прибор тумблером, расположенным на задней стенке слева;
открыть крышку кюветного отделения 7 (рис.2);
установить кювету с дистиллированной водой в крайнее отделение 1;
переключатель светофильтров 8 установить в положение 750 нм;
переключатель 5 установить в положение 1;
ручку 6 перевести в положение 1 чувствительности (шкала красного цвета);
закрыть крышку кюветного отделения;
регуляторами 3 и 4 установить стрелку на число 100 шкалы коэффициента светопропускания Т;
установить кювету с исследуемым раствором в ближнее отделение 2 и закрыть крышку;
перевести ручку 6 в положение 1, переключатель чувствительности 5 в положение 1 шкалы красного цвета;
установить если необходимо стрелку на число 100;
перевести рукоятку 6 в положение 2 и снять показания прибора (если стрелка показывает меньше 10%, то переключатель чувствительности прибора перевести в положение 3);
занести в таблицу 1 показания прибора и чувствительность, на которой сняты показания;
проделать вышеперечисленные операции для всех 12 растворов таблицы 1.
Построить тарировочный график с учетом того, что первый диапазон чувствительности соответствует показаниям шкалы прибора, второй диапазон – показания прибора необходимо уменьшить в 3 раза, третий диапазон – показания прибора уменьшить в 9 раз.
|
|
Реагентный метод.
Оборудование: лабораторная центрифуга, фильтровальная установка, рН-метр.
Реагент – коагулянт: FeCl3 (Fe(OH)3) или Al(OH)3; Al2(SO4)3; Fe2(SO4)3.
- флокулянт: праестол, седипур.
Реагентный метод очистки включает в себя несколько стадий:
Первая стадия заключается в разрушении эмульгаторов водомаслянных эмульсий за счет добавления концентрированной серной кислоты до рН=5.5 Во второй стадии обезвреживания происходит сорбция оставшихся в сточной воде масел на гидроокисях алюминия, образовавшихся при добавлении в стоки 6 %-ного раствора глинозема (используются также коагулянты: хлорид железа или алюминия; гидроокись алюминия и железа) и 2 %-ного раствора известкового молока до рН=7; для ускорения процесса осаждения осадка добавляется 0.1 % -ный раствор полиакриламида (ПАА) (аналоги - возможные флокулянты: праестол, седипур). При использовании принципа разделения дисперсной фазы (масла) от сплошной среды (воды) в поле действия центробежных сил процесс осаждения осадка протекает в несколько раз быстрее.
Порядок выполнения работы:
К 70 мл пробы прилить 1мл концентрированной серной кислоты. Масляный слой, образовавшийся на поверхности жидкости, удаляют. Для этого водный слой перелить в другую емкость и добавить 2 мл р-ра извести. Постепенно приливая, 10 мл 6 % р-ра коагулянта (Аl(ОН)3) и 1 мл 0,1 % р-ра флокулянта (седипур) осаждаем полученный осадок. Раствор фильтруем и определяем коэффициент светопропускания.
2.1. Реагентное кондиционирование в поле действия
центробежных сил.
Исследовать влияние флокулянта на разделение СОЖ и определить эффективную дозу. Центрифугирование с добавлением различного количества флокулянта марки «Седипур» проводить на лабораторной центрифуге периодического действия, позволяющей менять число оборотов в диапазоне 0 – 6000 об/мин.
Концентрация рабочего раствора флокулянта – 0,1 % масс.
|
|
Объём пробы осадка – 50 мл.
Время центрифугирования – 5 мин.
Число оборотов центрифуги – 4000 об/мин.
Дозировка флокулянта задается преподавателем.
Результаты эксперимента свести в таблицу 3.
Таблица 3. Параметры проб очищаемой жидкости с добавлением флокулянта на центрифуге
пп/п | Доза флокулянта, мл 0,1 % раствора | Коэффициент светопропускания,% | Относительная концентрация | Концентрация, С мг/л | Э, % |
где Э – эффективность разделения, определяется по формуле 2:
%. (2)
Построить график зависимость концентрации от дозы флокулянта, по графику определить эффективную (оптимальную) дозу флокулянта «Седипур». Перевести оптимальное количество флокулянта в г сухого флокулянта/кг сухого вещества осадка.
Содержание отчета
Отчет должен содержать цель работы, схему лабораторной установки и кинетическую кривую, таблицу 2, вывод о необходимом времени обработки при заданной степени очистки и плотности тока. Данные и сравнительный анализ по двум методам очистки.
Техника безопасности:
Работу на электрофлотокоагуляторе проводить в присутствии преподавателя или лаборанта.
Помните, что выполнение лабораторной работы связано с электроустановками: электрофлотокоагулятором, выпрямителем постоянного тока и фотоэлектрическим калориметром - и требует выполнения правил электробезопасности.
Не пытайтесь самостоятельно устранить неисправности. В случае их появления установку необходимо выключить и сообщить о неисправностях преподавателю или лаборанту.