8 Література

1. Кульский Л.А., Строкач П.П. Технология очистки природных вод. – К.: Вища школа, 1986. – 352 с.

2. Кульский Л.А., Гороновский И.Т., Когановский А.М., Шевченко М.А. Справочник по свойствам, методам анализа и очистке воды. В двух частях. Часть 1. – Харьков: Наукова думка, 1978. – 680 с.

3. Набиванець Б.Й., Сухан В.В., Калабіна Л.В. Аналітична хімія природного середовища. – К.: Либідь, 1996. – 304 с.

4. ГОСТ 25 794.1-83 – ГОСТ 25 794.3-83. Реактивы. Методы приготовления титрованных растворов.

5. ГОСТ 4517-87 Реактивы. Методы приготовления вспомогательных реактивов и растворов, применяемых при анализе.

6. ГОСТ 10 398-76 Реактивы и особо чистые вещества. Комплексонометрический метод определения основного вещества.

7. Рабинович В.А., Хавин З.Я. Краткий химический справочник. – Л.: Химия, 1977. – 376 с.

8. Современные методы аналитической химии: в 2-х томах / М. Отто; пер. с нем. под ред. А.В. Гармаша. – М.: Техносфера, 2003. – Т. 1 – 2003. – 416 с.: Т. 2 – 2004. – 288 с.

Лабораторна робота № 9

Вивчення процесів опріснення і знесолення води

Мета роботи. Провести знесолення питної води, а саме дистиляцію, використовуючи процес перегонки. Визначити загальну твердість та сухий залишок у вихідній і знесоленій воді.

1 Фізико-хімічні основи процесу

Процес видалення солей з води в залежності від ступеня їх вилучення називається знесоленням або опрісненням.

При знесоленні води концентрація розчинених солей знижується до межі, яка наближається до вмісту їх у дистильованій воді (0,1 мг/дм³); при опрісненні – до концентрації, що допустима при використанні води для господарсько-питних потреб (100 – 150 мг/дм³).

Методи знесолення і опріснення води поділяють на дві основні групи: із зміною і без зміни агрегатного стану.

До першої групи методів відносяться дистиляція, нагрівання води зверх критичної температури (350⁰С), заморожування, газогідратний метод; до другої – іоонообмін, електродіаліз, зворотний осмос (гіперфільтрація), ультрафільтрація, екстракція.

Вибір методу обумовлюється якістю води, що очищається, вимогами до якості очищеної води, продуктивністю установки і техніко-економічними міркуваннями.

Знесолення води іонообміном найкраще проводити для води зі ступенем мінералізації менше 1,5 – 2,02 г/дм³ і сумарним вмістом хлоридів і сульфатів не більше ніж 5 мг-екв/дм³. Це пов’язано з тим, що вартість знесолення води іонообміном дуже зростає із збільшенням вмісту солі у воді; одночасно знижується глибина знесолення води.

При вмісті солей у воді до 1,5 – 2 г/дм³ рекомендується використовувати іонообмінний метод знесолення, більше 10 г/дм³ – дистиляцію, заморожування або зворотний осмос; 2,5 – 15 г/дм³ – електродіаліз або гіперфільтрацію.

Метод знесолення і опріснення води дистиляцією засновано на випарюванні води з наступною конденсацією парів. Для випарювання використовують теплоту, яка виділяється при згорянні палива, теплоту конденсації пари, енергію сонячних променів, атомних реакторів тощо.

Дистилюють воду у випарниках різних конструкцій. Сама проста одноступенева випарна установка складається з котла, де утворюється пара при кип’ятінні води, випарника зі змійовиком, конденсатора пари, збірника знесоленої води і насоса для подачі знесоленої води споживачу (рисунок 1).

Вода в котлі (1) нагрівається до кипіння. Первинна пара із котла надходить у змійовик випарника (2), де конденсується у практично знесолену воду.

За рахунок теплоти, яка віддається первинною парою, що конденсується, утворюється вторинна пара із знесоленої води. Вторинна пара, що надходить в конденсатор (3), конденсується і зливається в загальний збірник знесоленої води (5), звідки вона насосом (4) подається за призначенням.

Розрізняють випарники з природною і штучною циркуляцією води, вертикальні і горизонтальні, працюючі під тиском пари нижче атмосферного (вакуумні випарники) і вище атмосферного.

1 – котел; 2 – випарник; 3 – конденсатор; 4 – насос; 5 – збірник знесоленої води

Рисунок 1 – Схема одноступеневої випарної установки

Частіше використовують багатоступінчасті випарювальні установки, оскільки в них вдається отримати значну кількість знесоленої води.

Газогідратний метод опріснення води відноситься до методів з використанням штучного холоду і подібний до виморожування із вторинним хладоагентом. Метод полягає в отриманні кристалогідратів контактуванням солоної води з гідратоутворюючою речовиною, наступним відділенням їх від розсолу, відмивкою кристалогідратів від розсолу і їх плавленням.

Іонообмінний метод опріснення і знесолення води засновано на послідовному пропусканні води через Н-катіонітові і ОН^-, СО₃^2- або НСО₃^- – аніонітові фільтри, в наслідок чого рухливі іони іонітів заміщаються катіонами і аніонами, які знаходяться у воді. В залежності від глибини опріснення води, що вимагається, використовуються одно-, дво- і триступеневі установки.

Опріснення води електродіалізом (електрохімічним опрісненням) засновано на тому, що при пропусканні через неї постійного струму катіони переміщуються до катоду, а аніони – до аноду. Відокремив анодний і катодний простір від решти об’єму води проникними для іонів діафрагмами, у проміжному просторі можна отримувати воду зі значно меншим ступенем мінералізації, чим у вихідній воді.

Процес розділення дійсних розчинів полягає у фільтруванні рідини через напівпроникні мембрани, які пропускають розчинник (воду) і затримують розчинені речовини (гідратовані іони і молекули, органічні з’єднання), називається зворотним осмосом. Окремим випадком зворотного осмосу є ультрафільтрація.

Опріснення води екстракцією представляє собою фізичний метод розділення рідких сумішей, який засновано на неоднаковому рівноважному розподілу компонентів розчину між двома фазами, що утворюються при введенні додаткової речовини – екстрагенту. Екстракційний процес опріснення складається із трьох основних стадій: власне екстракції, яка полягає у змішуванні вихідної води і екстрагенту із наступним розділенням водної і органічної фаз; сепарації – відділення екстрагованої води і розсолу від розчинника попереднім розшаруванням при зміні температури екстракту і рафінату; десорбції – вилучення залишків розчинника із опрісненої води і розсолу.

обладнання

Колба перегонна ємкістю 500 см³ зі шліфом

Колба приймальна ємкістю 250 см³ зі шліфом

Колби конічні ємкістю 250 см³

Колби мірні ємкістю 100, 1000 см³

Алонжі

Насадка Кляйзена

Лійка лабораторна

Бюретка ємкістю 25 см³ зі скляним краном

Піпетка ємкістю 5 см³

Піпетки Мора ємкістю 10 – 100 см³

Циліндри ємкістю 25, 50, 100, 250 см³

Чашки керамічні

Фільтри щільні «синя стрічка»

Холодильник Лібіха

Штатив з лапками

Ексикатор

Баня водяна

Плитки електричні

Терези аналітичні марки ВЛР-200

Шафа сушильна з терморегулятором

Ступка фарфорова

Розчини

Вода питна

Вода дистильована

Амоній буферний розчин з рН = 10

Трилон Б (комплексон ІІІ–динатрій етилендіамін тетраацетат), розчин з молярною концентрацією 0,02 моль/дм³ (0,02 н)

Індикатор еріохром чорний Т (хромоген чорний), суміш із NаСl