Лабораторная работа 2 Метод хлорирования. Очистка сточных вод активным хлором

Общие сведения

Обработка сточных вод хлором или раствором хлорной извести – один из самых распространенных и относительно дешевых способов очистки сточных вод от загрязнения органическими и неорганическими веществами. Этот способ применяют, например, для окисления фенолов, содержащихся в сточных водах. Процесс окисления идет через образование ди- и трихлорфенолов до карбоновых кислот (цис-бутендиовой, 2,4-гексадиендиовой, метановой). Процесс окисления фенолов может быть ускорен подогреванием сточной воды до 40^оС. При дальнейшем повышении температуры происходит переход гипохлоритов в хлораты, которые обладают меньшей окислительной способностью, что приводит к замедлению процесса окисления. Поскольку сточные воды обычно содержат вещества, реагирующие с хлором с разной скоростью, или вещества, совсем не окисляющиеся хлором, то определение окисляемости сточной воды не дает достаточных данных для выводов о том, как вода будет хлорироваться. В этом случае для получения характеристики исследуемой сточной воды применяют диаграммный метод

Реактивы.

1. Са(ОС1)₂, насыщенный раствор; 2. KI, кристаллический;

3. Na₂S₂O₃, раствор 0,05 н; 4. Крахмал, раствор 0,5 %;

5. СН₃СООН, раствор 30 %.

Оборудование:

1. Пипетка – 5, 10 мл;

2. Мерный цилиндр – 100 мл;

3. Конические колбы – 250 мл (10 шт.);

4. Бюретка на 25 мл и микробюретка на 1 мл для раствора тиосульфата

натрия.

Ход работы

1. Раствор хлорной извести (хлорную воду) разбавляют в десять раз,

фильтруют и определяют его титр. Для этого прибавляют к 10 мл хлорной воды 1 г сухого иодида калия, подкисляют (10 мл 30 % раствора СН₃СООН) и титруют

выделившийся йод 0,05 н раствором тиосульфата натрия в присутствии крахмала.

2. В 9 конических колб вместимостью 250 мл, снабженных притертыми пробками, наливают по 100 мл исследуемой воды. Затем к взятым пробам прибавляют раствор хлорной извести: в первую колбу – 1 мл, во вторую – 2 мл, далее – 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12, согласно табл. 3.1. Колбы закрывают притертыми пробками, ставят в темное место и выдерживают 5 мин при 16−20^oС (первая серия). Параллельно с этими пробами ставят другие с такими же добавками раствора хлорной извести и выдерживают 1,5 ч (вторая серия).

По истечении намеченного времени в каждую колбу добавляют от 0,2 до 2

г сухого йодида калия в зависимости от прибавленного количества раствора хлорной извести согласно табл. 3.1, перемешивают до растворения, подкисляют

(10 мл 30 % раствора СН₃СООН) и титруют выделившийся йод раствором тиосульфата натрия. Когда цвет раствора станет слабо-желтым, прибавляют 1 мл раствора крахмала и продолжают титрование до полного исчезновения синей окраски. Результаты измерений заносят в табл. 3.1.

Таблица 3.1

Расход реагентов для расчета содержания остаточного хлора

Содержание остаточного хлора с вычисляют по формуле, мг/л:

с = (а·К·1,78·1000)/V,

где а – объем раствора Na₂S₂O₃, израсходованного на титрование, мл;

К – поправочный коэффициент для приведения концентрации раствора

тиосульфата натрия точно к 0,05 н;

1,78 – число миллиграммов хлора, эквивалентное 1 мл 0,05 н раствора тио

сульфата натрия;

V – объем анализируемой сточной воды, мл.

3. Для каждой серии опытов строят диаграммы зависимости количества

остаточного хлора от количества хлора, которым обработан соответствующий

объем сточной воды (рис. 1 и 2).

Если перехода кривой линии в прямую на диаграмме не получилось, то это указывает на недостаточное количество прибавленного хлора, и необходимо провести еще одну серию опытов с бо́льшими дозами раствора хлорной извести. Если на диаграмме отсутствует участок ОА, то это указывает на слишком большое количество хлора, введенного в первую порцию сточной воды, и необходимо дополнить серию опытами с меньшими дозами хлорной извести.

Начальный участок ОА кривой совпадает с осью абсцисс: количество остаточного хлора равно нулю. Длина этого участка показывает содержание в воде веществ, быстро окисляющихся хлором (особенно при построении кривой для первой серии опытов). В тех случаях, когда исследуемая вода содержит аммиак, аммонийные соли или некоторые органические амины и когда определение остаточного хлора проводят йодометрическим методом, начальный отрезок кривой может получиться другой формы (рис. 2). Объясняется это тем, что прибавляемый

хлор, вступая в реакцию с перечисленными соединениями, образует различные хлорамины, которые выделяют йод из йодида калия, как и прибавленный хлор. Дальнейшее прибавление хлора приводит к разрушению хлораминов (с образованием азота и хлористоводородной кислоты), и кривая, достигнув некоторого максимума, снова снижается, подходя к нижней точке перегиба. Ввиду этого перегиб на кривой при анализе сточных вод можно не учитывать, в отличие от анализа питьевых вод, которые хлорируют меньшим количеством хлорирующего агента.

Отрезок АК кривой (рис. 1) характеризует процесс окисления и хлорирования веществ, медленно реагирующих с хлором, которые за время опыта не успевают прореагировать и остаются в растворе вместе с остаточным хлором. Отрезок КВ (всегда прямолинейный) показывает отсутствие в растворе к концу опыта веществ, реагирующих с хлором.

После построения кривых по ним определяют:

а – длину отрезка ОА, характеризующую содержание быстро реагирующих с хлором веществ;

b – отрезок ОС, который выражает количество хлора, израсходованное на

окисление органических веществ и на хлорирование (действительную хлороемкость воды);

c – длину отрезка ОS (OR-SR), которая показывает, сколько хлора расходуется на окисление, замещение хлором и на каталитическое разложение;

d – длину отрезка OR, который показывает, сколько нужно прибавить хлора, чтобы добиться полноты реакции его с присутствующими в воде окисляющими и хлорируемыми веществами за время проведения опыта (5 мин или 1,5 ч);

f = с – b – количество хлора, прореагировавшего с водой с образованием кислорода за время проведения опыта;

площадь треугольника АКС условно характеризует замедленность и неполноту происходящих реакций: чем больше площадь, тем медленнее или менее полно проходят реакции в растворе;

угол β (наклона прямой СВ к оси абсцисс) – характеризует каталитическое разложение хлорноватистой кислоты:

2HClO = 2HCl + O₂.

4. Анализ полученных результатов по отрезкам a, b, c, d, f и углу β.

Оформление выводов и рекомендаций.