Кинетика обезжелезивания подземной воды Лианозовского молочного комбината с помощью озона

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Кинетика обезжелезивания подземной воды Лианозовского молочного комбината с помощью озона

Введение

озонирование химический фенантролин железо

Подземные воды Московского артезианского бассейна используются для целей водоснабжения с 70-80-х годов XIX века. Величина прогнозных запасов пресных подземных вод, которые можно использовать в пределах города превышает 800 тыс. м³/сутки. Эти объемы составляют более 10% от величины существующей подачи поверхностной воды в городской водопровод. Ежегодный отбор поземных вод скважинами составляет более 230 тыс.м³/сутки с учетом водоотлива из выработок метрополитена. Существует проблема очистки подземных вод от содержащегося в них железа.

Наиболее распространенным окислителем в системах очистки и подготовки воды для различных нужд являлся хлор и хлорсодержащие реагенты. Однако, ввиду его высокой токсичности и трудностей, связанных с его утилизацией и удаления, как из воды, так и из атмосферы водоочистных предприятий, существует потребность замены хлора на более безопасный реагент для очистки воды.

Одним из немногих заменителей сравнимых по эффективности с хлором является озон. Озон характеризуется следующими свойствами необходимыми для очистки воды, как то: высокая окислительная способность, дезодорирующие, дезинфицирующее, бактерицидное действие.

Использование озона также обусловлено его низкой себестоимостью и относительной безопасностью по сравнению с хлором. При озонировании в обрабатываемую воду не вводятся посторонние примеси, так как непрореагировавший озон очень быстро превращается в кислород. Озон эффективно обесцвечивает и обеззараживает, как питьевую воду, так и сточные воды, устраняет неприятные запахи, снижает концентрацию органических соединений в воде и переводит многие трудно окисляемые вещества в легко устраняемые биологической очисткой.

Цель данной работы - определение кинетики (дозы озона) для обезжелезивания воды при помощи озонирования.

1. Литературный обзор

1.1 Озон

Физико-химические свойства озона

Озон О₃ - трехатомная аллотропная форма кислорода, существует во всех трех агрегатных состояниях. Открыт Х. Шенбейном в 1840 году.

При нормальных условиях представляет собой нестабильный диамагнитный газ синего цвета с резким запахом, ощущаемым уже при концентрациях 10^?6%. При концентрациях порядка 10^?5% запах озона ощущается хорошо, но через некоторое время ощущение практически исчезает. Озон - вещество токсичное, ПДК равно 5*10^?6% [1,2].

Молекула О₃ имеет угловую форму как и изоэлектронные частицы ONCl и ONO^? По данным микроволновой спектроскопии угол между связями составляет 116,8±0,5^o, а межатомные расстояния между центральным атомом О и каждым из концевых атомов О равны 0,1278±0,0003 нм [2].

Озон конденсируется в виде темно-синей жидкости (т.кип ?111,9^oC) и затвердевает в виде фиолетово-черных кристаллов (Т.пл. ?192,5^oС). Такой цвет обусловлен интенсивной полосой поглощения в красной области спектра между 500 и 700 нм. Как твердый, так и жидкий озон взрываются из-за разложения до газообразного кислорода с большим выделением тепла. Газообразный озон также термодинамически не устойчив к разложению на дикислород, однако при отсутствии катализаторов он разлагается весьма медленно даже при 200^оС:

³/₂О₂(г.) > О₃(г.); [2] ДHє_обр = +142,7 кДж/моль

ДGє_обр = +163,2 кДж/моль;

Основные физико-химические характеристики озона приведены в таблице 1.

Таблица 1. Физико-химические свойства О₃ [1, 3]

Показатель	Значение
Молекулярный вес	48 г./моль
Температура плавления (1 атм)	- 192,4 ?С
Температура кипения (1 атм)	- 112?С
Плотность газа (273,15 К)	2,144 г./л
Стандартная энтальпия образования	142,3 кДж/моль
Стандартная энтропия	238,8 Дж/(моль·К)
Стандартная свободная энергия Гиббса	162,7 кДж/моль

Озон - один из самых сильных окислителей. Потенциалы реакций (1) и (2) положительны [4]:

О₃ + 2 Н⁺ + 2e > O₂ + Н₂О Е?= + 2,076 В (1)

О₃ + Н₂О + 2e > O₂ + 2 ОН ^- Е?= + 1,24 В (2).

Под его действием почти все металлы (кроме Au, Pt и Ir) превращаются в оксиды [5]. Например:

2 О₃ + 2 Ag > Ag₂O₂ +2 O₂ (Ag⁺¹Ag⁺³O₂).

Помимо того высокую окислительную способность характеризуют следующие реакции:

PbS + 4O₃ > PbSO₄ +O₂

6NO₂ + О₃ > 3 N₂O₅

2Co²⁺ +O₃ + 2H⁺> 2Co³⁺ + O₂ +H₂O

Также важным химическим свойством озона является реакция с алкенами, присоединение озона происходит по двойной связи с образованием озонидов и мольозонидов. Озониды в свою очередь легко гидролизуются водой с образованием карбонильных соединений и пероксида водорода. Эта реакция используется для определения положения двойной связи и строения алкенов [6].

Для снижения концентрации железа в воде до уровня ПДК (0,3 мг/л) часто используется озонирование, в процессе которого происходит окисление ионов Fe²⁺ в ионы Fe³⁺ по следующим уравнениям реакции:

2Fe²⁺ + O₃ +2H⁺ > 2Fe³⁺ + O₂ + H₂O

Fe³⁺ + 3H₂O > Fe(OH)₃ + 3H⁺

молярная стехиометрия O₃/Fe²⁺ равна 0,5:1 или 0,43 мг O₃ на 1 мг Fe.

Из табл. 1 следует, что отношение О₃/Fe²⁺ = 0,5, которое соответствует уравнению (4) наблюдается только в случае высоких концентраций ионов железа (II). При озонировании природных вод, где концентрация Fe²⁺ значительно ниже отношение О₃/Fe²⁺ увеличивается в 5 раз. Полученные результаты объясняются влиянием на механизм процесса озонирования быстрых реакций с участием радикалов ОHя, особо значимых в разбавленных растворах при малых концентрациях Fe²⁺.

Таблица 2. Влияние концентрации ионов железа (II) на отношение О₃/Fe²⁺ при озонировании железосодержащих водных растворов

[Fe2+]ж105, моль/л	[O3]ж104, моль/л	Скорость потока, л/ч	Количество озона на окисление Fe2+ [O3]105, моль/л	[O3]/ [Fe2+]ж
1,3	2,3	9,0	3,1	2,4
8,2	2,5	9,0	9,6	1,2
89,5	2,4	12,9	42,5	0,5

Получение озона

В природных условиях озон образуется по большей части из атомарного кислорода в стратосфере, а также при действии грозовых разрядов в нижних слоях атмосферы.

Существуют разные методы получения озона искусственным путем, однако наибольшее распространение получили следующие три: фотохимическое, синтез в электролитических ячейках и синтез в газовой фазе из кислорода посредством барьерного разряда.

В качестве источника света в УФ-озонаторах могут использоваться Хе-лампы с длиной волны 170 нм или Hg-лампы низкого давления с длиной волны 190 нм. Так, например, в патенте [7] предложено использовать ртутные лампы низкого давления с действующей в реакции () длиной волны 190 нм:

О₂ > О + О

О + О₂ > О₃ (1)

В патенте [8] указывается на то, что интенсивность излучения на 190 нм у Hg-лампы мала, и производительность такого озонатора низка и не превышает 0,1 мг / Вт. Там же предлагается использовать более интенсивное излучение Хе-лампы на длине волны 170 нм. В этом случае удельная (на Вт потребляемой электроэнергии) производительность озонатора возрастает в 5 раз до 0,5 мг / Вт. В общем же случае максимальная производительность ламп не превышает 30 г./кВт [9]. В целом, главное достоинство таких озонаторов заключается в чистоте получаемого озона.

При синтезе озона в электролитических ячейках в качестве электролита используется холодный раствор H₂SO₄ (или HClO₄), и при высокой плотности анодного тока синтезируется озон в умеренной концентрации, наряду с О₂ и H₂S₂O₈, в качестве побочного продукта. [2]

Наиболее распространенным и удобным на сегодняшний день является метод синтеза озона в барьерном разряде. Под барьерным разрядом понимается разряд, возникающий между двумя диэлектриками или диэлектриком и металлом. Для синтеза озона в системе поддерживается переменное напряжение между диэлектриками. Впервые озонатор, в котором использовался барьерный разряд, был предложен Сименсом в 1897 году. В настоящее время разработаны озонаторы производительностью по O₃ до 4,7 кг/час, однако в промышленности также применяются озонаторы меньшей мощности, которые при необходимости получения большего количества озона соединяются в блоки. [1]. При синтезе озона из кислорода воздуха у метода появляется существенный недостаток - образование оксидов азота в качестве побочного продукта, однако обычно эта проблема решается путем обогащения исходной газовой смеси кислородом [10].

Помимо вышеописанных методов озон также можно получать при разложении йодной кислоты при 130C, а также в качестве побочного продукта реакции F₂ и воды, однако эти методы не получили распространения [2].

Методы анализа озона

В настоящее время существует множество методов анализа озона. Ниже будут перечислены лишь некоторые, наиболее распространенные.

Прежде всего стоит отметить химический метод - йодометрический. Основан метод на реакции окисления KI озоном (1) и на дальнейшем титровании выделившегося йода (2):

O₃ + 2KI + H₂O > I₂v + 2KOH + O₂^ (1)

I₂ + 2Na₂S₂O₃ > 2NaI + Na₂S₄O₆ (2)

Технологически метод осуществляется путем барботажа озонсодержащей газовой смеси через аналитический раствор до появления слабой желтоватой окраски (от I₂). При очень малых концентрациях озона в исходной газовой смеси увеличивают время барботажа и дополнительно в конце титрования добавляют в аналитический раствор крахмал, и раствор приобретает синюю окраску.

При концентрациях ниже 0,1 ppm титрование «на глаз» необходимо заменить спектральным измерением поглощения света. Система анализа довольно проста: она состоит из трех барботеров, соединенных последовательно, компрессора и измерителя расхода газа. Во всех трех барботерах - раствор K1. Первый барботер - измерительный, в нем поглощается почти весь озон; второй - страховочный, в нем проверяется отсутствие озона; третий - сравнительный. После прокачки озонсодержащего газа, добавляют крахмал, выжидают 2 минуты, а затем измеряют поглощение света I₀ в третьем барботере и I в первом барботере (максимум поглощения у соединения включения I₂ и крахмала - примерно 350 нм, зависит от сорта крахмала). Затем рассчитывают количество выпавшего йода и далее, учитывая время и скорость прокачки, определяют концентрацию озона. [1]

К несомненным преимуществам метода относятся простота методики, а также высокая чувствительность - (1-2)•10^-3 ppm, что сравнимо с лучшими оптическими приборами. Однако у метода есть свои недостатки: длительность анализа составляет примерно 1 час, в результате чего получается усредненная по времени концентрация, а также кропотливость работы, требующая аккуратности и немалых аналитических навыков. Из вышесказанного следует, что использовать данный метод в качестве экспресс-метода определения концентрации озона весьма затруднительно [1].

Одним из наиболее распространенных методов определения концентрации озона в газовой смеси, применимых в экспресс режиме, является оптический метод. Основан он на законе Ламберта-Бера:

I = I₀e ^?kpl, (1)

где I₀, I - интенсивности света на входе и выходе поглощающей среды, k - коэффициент, зависящий от свойств среды и длины падающего света, p - парциальное давление поглощающей примеси, l - длина пути, пройденного светом в некоторой среде с коэффициентом k.

Отсюда нетрудно получить выражение для p:

P = ln (I/I₀)/kl (2)

Также в данной работе использовался хемилюминесцентный метод анализа (для измерения концентраций, близких к ПДК). Суть метода проста: при взаимодействии озона с некоторыми веществами (люминофорами) освобождающаяся при перестройке связей энергия выделяется в виде излучения. Интенсивность этого излучения (свечения) можно померить. В некотором интервале концентраций существует зависимость между концентрацией озона и интенсивностью излучения.

Если стоит задача определения концентрации озона в газовой смеси, то могут использоваться, либо твердые, либо газообразные люминофоры. Среди первых стоит особо отметить родамин С, который использовался в нашей стране. Его свечение по данным спектральных измерений находится в области 560-700 нм. Регистрация свечения производится фотоумножителями. Недостатком всех без исключения твердых люминофоров является уменьшение интенсивности свечения с течением времени, вследствие отравления поверхности люминофора. Однако к несомненным преимуществам этого метода следует отнести высокую чувствительность (в данной работе использовался анализатор озона 3-02.П-Р фирмы ОПТЭК с диапазоном измерений 0 - 500 мкг/м³) и малое время отклика [1].

Среди остальных методов определения концентрации следует отметить волюметрический, основанный на измерении увеличения объема при разложении озона до дикислорода, калориметрический, основанный на измерении тепла, выделившегося при разложении O₃ тепла посредством терморезисторов, и различные электрохимические методы.

Обезжелезивание воды с помощью озона

Озон находит множество применений, как в науке, так и в промышленности, основанных на его окислительной и дезинфицирующей способностях, а также на свойстве разлагаться в химических реакциях до экологически безвредного дикислорода. В последнее время все больше и больше озон используется на станциях водоподготовки вместо Cl₂, о чем уже было сказано выше. Также весьма интересна технология «озонового ножа» или OK-technology (OK - ozone knife) применяемая на предприятиях переработки армированных резиновых изделий, в первую очередь покрышек и пневмошин. Основана технология на свойстве озона разрушать резину. Резиновое изделие помещается в газовую камеру с концентрацией озона в газовой смеси 0,1-10%, а также подвергается механическому воздействию, в результате чего резина осыпается в виде крошки, а арматура изделия (шинный корд и т.п.) остается целой Подробно технология, а также устройство для ее применения описано в патенте [11].

Так или иначе на производствах, где используются вышеописанные технологии, концентрация озона в рабочей зоне может существенно превышать ПДК. В связи с этим, как уже было сказано выше, становится актуальна проблема разработки эффективного метода разложения озона.

2.2 Определение содержания железа

Определение содержания железа с помощью фенантролина

Методика предназначена для выполнения измерений массовой концентрации общего железа (0,05-2,0 мг/дм³) в неокрашенных и слабоокрашенных сточных и природных водах фотометрическим методом. Принцип метода заключается в определении массовой концентрации общего железа основан на взаимодействии ионов Fe(II) с о-фенантролином с образованием красного комплекса с максимумом светопоглощения при л=510 нм. Восстановление Fe(III) до Fe(II) проводят гидроксиламином. Окраска комплекса не зависит от pH в пределах от 3 до 9 ед. pH и устойчива длительное время.

Если массовая концентрация общего железа в анализируемой пробе превышает верхнюю границу, то допускается разбавление пробы таким образом, чтобы концентрация общего железа соответствовала регламентированному в табл. 1 диапазону.

Мешающие влияния, обусловленные присутствием в пробе меди, кобальта, хрома, цинка, в количествах, превышающих в 10 раз концентрацию железа, органических веществ, нитритов, полифосфатов, и др. устраняются специальной подготовкой пробы.

Настоящая методика обеспечивает получение результатов анализа с погрешностью не превышающей значений, приведенных в таблице 3.

Таблица 3. Значение погрешностей

Диапазон измерений, мг/дм3	Показатель точности (границы относительной погрешности при вероятности Р=0,95), ±д, %	Показатель повторяемости (относительное среднеквадратическое отклонение повторяемости) уr, %	Показатель воспроизводимости (относительное среднеквадратичное отклонение вопроизводимости), уR, %
От 0,05 до 0,10 вкл.	25	7	10
св. 0,10 до 1,00 вкл.	20	6	8
Св. 1,0 до 2,0 вкл.	16	5	7

Подготовка к выполнению измерений.

Готовят стандартные растворы фенантролина, солянокислого гидроксиламина, ацетатно-аммонийный буферный раствор, раствор азотной кислоты, основный стандартный раствор соли железа, рабочий раствор соли железа.

Построение градуировочного графика.

В стаканы из термостойкого стекла емкостью 150 см³ помещают 0,00; 0,10; 0,5; 1,0; 2,0; 5,0; 7,5; 10,0 см³ рабочего стандартного раствора железа 0.00; 0,02; 0.10; 0,20; 0,40; 1,00; 1,50; 2,00 мг/дм³, добавляют дистиллированную воду ~40 см³, 1 см³, 10%-ного раствора гидроксиламина, доводят pH раствора гидроксиламина, до 3 ед. (по универсальной бумаге), добавляя по каплям конц HCl, и кипятят растворы до уменьшения ~1/3. После охлаждения количественно переводят растворы в мерные колбы по 50 см³, прибавляя по 2 см³ раствора о-фенантролина, 10 см³ ацетатно-аммонийного буфера, доводят до метки дистиллированной водой, перемешивают и через 10-15 минут измеряют светопоглощение при л=510 нм, в кюветах с длиной поглощающего слоя 10 и 50 мм против холостого раствора на дистиллированной воде с добавлением всех реактивов. (Холостой раствор обычно бывает слегка окрашенным, т.к. даже очень чистые реактивы обычно содержат примесь железа).

Градуировочный график строят в координатах оптическая плотность - концентрация, мг/дм³, используя метод наименьших квадратов [12].

Измерение массовой концентрации общего железа с сульфосалициловой кислотой

Сущность метода

Метод основан на взаимодействии ионов железа в щелочной среде с сульфосалициловой кислотой с образованием окрашенного в желтый цвет комплексного соединения. Интенсивность окраски, пропорциональную массовой концентрации железа, измеряют при длине волны 400-430 нм. Диапазон измерения массовой концентрации общего железа без разбавления пробы 0,10-2,00 мг/дм³. В этом интервале суммарная погрешность измерения с вероятностью Р=0,95 находится в пределах 0,01-0,03 мг/дм³.

Подготовка к анализу

Готовят основный стандартный раствор железо-аммонийных квасцов, рабочий стандартный раствор железо-аммонийных квасцов, растворы сульфосалициловой кислоты, хлористого аммония, аммиака.

Проведение анализа

При массовой концентрации общего железа не более 2,00 мг/дм³ отбирают 50 см³ исследуемой воды (при большей массовой концентрации железа пробу разбавляют дистиллированной водой) и помещают в коническую колбу вместимостью 100 см³. Если проба при отборе не консервировалась кислотой, то к 50 см³ добавляют 0,20 см³ соляной кислоты плотностью 1,19 г./см³. Пробу воды нагревают до кипения и упаривают до объема 35-40 см³. Раствор охлаждают до комнатной температуры, переносят в мерную колбу вместимостью 50 см³, ополаскивают 2-3 раза по 1 см³ дистиллированной водой, сливая эти порции в ту же мерную колбу. Затем к полученному раствору прибавляют 1,00 см³ хлористого аммония, 1,00 см³ сульфосалициловой кислоты, 1,00 см³ раствора аммиака (1:1), тщательно перемешивая после добавления каждого реактива. По индикаторной бумаге определяют значение рН раствора, которое должно быть 9. Если рН менее 9, то прибавляют еще 1-2 капли раствора аммиака (1:1) до рН 9.

Объем раствора в мерной колбе доводят до метки дистиллированной водой, оставляют стоять 5 мин для развития окраски. Измеряют оптическую плотность окрашенных растворов, используя фиолетовый светофильтр (400-430 нм) и кюветы с толщиной оптического слоя 2, 3 или 5 см, по отношению к 50 см³ дистиллированной воды, в которую добавлены те же реактивы. Массовую концентрацию общего железа находят по градуировочному графику.

Для построения градуировочного графика в ряд мерных колб вместимостью 50 см³ наливают 0,0; 1,0; 2,0; 5,0. 10,0; 15,0; 20,0 см³ рабочего стандартного раствора, доводят до метки дистиллированной водой, перемешивают и анализируют, как исследуемую воду. Получают шкалу растворов, соответствующих массовым концентрациям железа 0,0; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,0 мг/дм³.

Строят градуировочный график, откладывая по оси абсцисс массовую концентрацию железа, а по оси ординат - соответствующие значения оптической плотности. Построение градуировочного графика повторяют для каждой партии реактивов и не реже одного раза в квартал.

3. Экспериментальная часть

3.1 Устройство установки озонирования

Кислород или воздух из баллона 1 через редуктор 2 поступал в систему подготовки газа 3, состоящую из четырех колонок, заполненных цеолитом. Влажность исходного газа поддерживалась 20-40 ррт Н₂О и измерялась влагомером 4 «Байкал». Осушенный газ через расходомер 5 поступал в озонатор 6, где под действием электрического разряда синтезировали озон. Из озонатора озоно-кислородная (озоно-воздушная) смесь проходила через ротаметр 7. Далее смесь сразу поступала на озонометр 8 для измерения исходной концентрации озона. Затем смесь с помощью крана 12 подавалась в реактор 9, представляющий собой цилиндр, в нижней части которого для диспергирования газа в жидкость впаян пористый фильтр и трубка для подачи газа. Газоотводная трубка в верхней части реактора соединена с озонометром для измерения концентрации озона на выходе. Сигнал с озонометра подавался на компьютер 10 и на каталитическую колонку 11. Концентрация озона измерялась по оптическому поглощению при 260 нм.

Синтез озона осуществлялся из кислорода и из воздуха при частоте питающего тока 50 Гц. Скорость потока газа 1,7 л/мин. Концентрация озона изменялась от 0 до 17,4 мг/л, время озонирования варьировалось от 3 до 15 минут. Температура исследуемой воды в опыте была 23°С. Объем анализируемой пробы 1400 мл.

Методы исследования реакций в растворе обусловлены спецификой жидкой фазы. Наиболее часто для изучения реакций озонирования различных веществ используют барботажный реактор, в котором через неподвижный слой жидкости продувают струю газа. Реакции озонирования изучают по изменению концентрации озона на выходе из реактора [8].

Именно такая модель реактора для исследования озонирования воды использована в наших экспериментах. Для определения количества озона, пошедшего на озонирование были сняты кинетические кривые (озонограммы) - зависимости концентрации озона в газовой фазе на выходе из ректора от времени озонирования исследуемой воды и также для сравнения сняты кинетические характеристики для дистиллированной воды. Площадь, ограниченная между этими двумя кинетическими кривыми, эквивалентна количеству озона, пошедшему на окисление примесей, содержащихся в исследуемой воде, откуда может быть также определена требуемая доза озона.

Доза озона, необходимая для обеспечения требуемой степени очистки, является очень важным технологическим параметром процесса очистки природных вод.

На основе статистической обработки экспериментальных данных по определению дозы озона, приведенных в различных литературных источниках, получено следующее уравнение (1):

D_озон=0,0000185 (рН)^2,992 (t^o)^0,01224 (Ц)^0,3225 (Э_о)^1,277 (t_к)^0,1193 (1)

где: рН - водородный показатель; D_озон - доза озона, мг/л; (t°) - температура воды; Ц - цветность воды, град; Э₀ - эффект очистки%; t_К - время контакта воды с обрабатываемой смесью, мин. Используя это уравнение можно оценочно определить дозу озона.

Проведено озонирование воды из артезианских скважин Лианозовского молочного комбината (ЛМК): 88 м, 180, 270 и накопительного бака.

Химический анализ качества исходной воды и после озонирования проводился в лаборатории ЛМК.

3.2 Методика озонирования воды

Измерение массовой концентрации общего железа с помощью ортофенантролина

Сущность метода

Метод основан на реакции ортофенантролина с ионами двухвалентного железа в области рН 3-9 с образованием комплексного соединения, окрашенного в оранжево-красный цвет. Интенсивность окраски пропорциональна концентрации железа. Восстановление железа до двухвалентного проводится в кислой среде гидроксиламином. Окраска развивается быстро при рН 3,0-3,5 в присутствии избытка фенантролина и устойчива в течение нескольких дней. Диапазон измерения массовой концентрации общего железа без разбавления пробы 0,05-2,0 мг/дм³. В этом интервале суммарная погрешность измерения с вероятностью Р=0,95 находится в пределах 0,01-0,02 мг/дм³.

Подготовка анализу

Готовят растворы ортофенантролина, солянокислого гидроксиламина, буферного раствора, 2, 2-дипиридила, основный стандартный раствор железо-аммонийных квасцов, рабочий стандартный раствор железо-аммонийных квасцов, Определению мешают цианиды, нитриты, полифосфаты; хром и цинк в концентрации, превышающей в 10 раз массовую концентрацию железа; кобальт и медь в концентрации более 5 мг/дм³ и никель в концентрации 2 мг/дм³. Предварительное кипячение воды с кислотой превращает полифосфаты в ортофосфаты, добавлением гидроксиламина устраняется мешающее влияние окислителей. Мешающее влияние меди уменьшается при рН 2,5-4.

При отсутствии полифосфатов исследуемую воду тщательно перемешивают и отбирают 25 см³ (или меньший объем, содержащий не более 0,1 мг железа, разбавленный, до 25 см³ дистиллированной водой) в мерную колбу вместимостью 50 см³. Если при отборе пробы вода была подкислена, то ее нейтрализуют 25%-ным раствором аммиака до рН 4-5, контролируя потенциометрически или по индикаторной бумаге. Затем добавляют 1 см³ солянокислого раствора гидроксиламина, 2,00 см³ ацетатного буферного раствора и 1 см³ раствора ортофенантролина. После прибавления каждого реактива раствор перемешивают, затем доводят объем до 50 см³ дистиллированной водой, тщательно перемешивают и оставляют на 15-20 мин для полного развития окраски.

Окрашенный раствор фотометрируют при сине-зеленом светофильтре (=490-500 нм) в кюветах с толщиной оптического слоя 2, 3 или 5 см по отношению к дистиллированной воде, в которую добавлены те же реактивы.

Массовую концентрацию железа находят по градуировочному графику.

В присутствии полифосфатов 25 см³ исследуемой пробы помещают в плоскодонную колбу вместимостью 100-150 см³, прибавляют 1 см³ концентрированной соляной кислоты, нагревают до кипения и упаривают до объема 15-20 см³. После охлаждения раствора его переносят в мерную колбу вместимостью 50 см³, добавляют дистиллированную воду до объема примерно 25 см³ и доводят 25%-ным раствором аммиака до рН 4-5, контролируя потенциометрически или по индикаторной бумаге.

Далее прибавляют реактивы и проводят анализ, как указано выше (при отсутствии полифосфатов).

Для построения градуировочного графика в мерные колбы вместимостью 50 см³ вносят 0,0; 0,5; 1,0; 2,0; 3.0; 4,0; 5,0; 10,0; 20,0 см³ рабочего стандартного раствора, содержащего в 1 см³ 0,005 мг железа, доводят объем дистиллированной водой приблизительно до 25 см³ и анализируют так же, как и исследуемую воду. Получают шкалу стандартных растворов с массовой концентрацией железа 0,0; 0,05; 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 1,0 и 2,0 мг/дм³. Фотометрируют в тех же условиях, что и пробу. Строят градуировочный график, откладывая по оси абсцисс массовую концентрацию общего железа в мг/дм³ а на оси ординат - соответствующие значения оптической плотности [13].

4. Обсуждение результатов

Рис. 2. Озонограмма при озонировании дистилята

Рис. 3 Озонограмма при озонировании артезианской воды Лианозовского молочного комбината

D= 40,55 [мгс/л]*(1,7 [л/c]/60) / 1,7 [л] = 0,6758 мг/л

Малое снижение цветности и мутности, возможно, связано, или с агломирацией диспергированных твердых частиц малых размеров, присутствующих в воде, под действием озона. А, возможно, связано с микрофлокуляцией, возникающей при озонировании воды, содержащей органические вещества и соединения железа, кальция, магния и др., после реакции органических веществ с этими катионами. Молекулярная масса продуктов озонирования является большей, чем исходных веществ и они могут выпадать в осадок.

Таким образом проведенные исследования показали высокую эффективность использования озона для очистки воды из артезианских скважин Лианозовского молочного комбината.

Были установлены дозы озона, обеспечивающие доведение качества воды по показателям цветности, мутности, содержанию железа до требуемых норм Сан ПИН:

Для воды из артезианской скважины 88 м доза озона в зависимости от качества вод - 4ч6 мл/л; для воды из скважины 180 м 1ч2 мг/л, скважины 270 м -0,5 чч1 мг/л. Так как в нашей работе мы используем модель барботажного реактора, в котором через неподвижный слой жидкости продувается газ, что не совсем отражает процесс барботирования в реальных технологических схемах озонирования, поэтому приведенные дозы озона, возможно, являются не совсем точными и требуют проведения исследования на укрупненной пилотной установке.

Значение водородного показателя рН практически не меняется при озонировании, содержание фторидов, стронция жесткости также практически не меняется, т.е. для устранения стронция и снижения жесткости должны быть применены дополнительно другие технологические методы очистки.

Список литературы

1. В.В. Лунин, М.П. Попович, С.Н. Ткаченко. Физическая химия озона. - М.: Изд-во Московского Университета, 1998. - 480 С

2. Н. Гринвуд, А. Эрншо. Химия элементов Т.2. - М.: Бином, 2008. - С 566-570

3. В.А. Алешин, К.М. Дунаева, А.И. Жиров Практикум по неорганической химии. - М.: Академия, 2004. - С. 339.

4. В.П. Зломанов, Г.Н. Мазо, Ф.М. Спиридонов, А.А. Дроздов. Неорганическая химия (под редакцией Ю.Д. Третьякова) Т.2. Химия непереходных элементов. - М.: Академия, 2004. - С 238-239.

5. Б.В. Некрасов. Основы общей химии. - М.: Химия, 1973. - Т.1. - С. 50-51.

6. О.Я. Нейланд. Органическая химия. - М.:Высшая школа, 1990. - С. 117.

7. Arthurson, Craig J., Ozone generator // US Patent №5223105

8. Rhieu, Ji Hyo. Dual wavelength UV lamp reactor and method for cleaning/ashing semiconductor wafers // US Patent №6143477

9. Лунин В.В., Ткаченко С.Н и др., Способы получения озона. М. Изд х. ф. МГУ, 2006

10. Н.А. Четвергов, Н.С. Безруких, Е.Г. Безруких // Вест. КрасГУ, сер «Физ-мат науки», №7, 2006. С 60-62.

11. Даньщиков Е.В.; Лучник И.Н.; Рязанов А.В.; Чуйко С.В. // Патент №2060882

12. Махов Е.А. Дисс. на соиск. степени к.х.н. М. 2004, С 19-20.

13. М.П. Попович, Н.Н. Смирнова, Л.В. Сабитова и др. // Вест. Московского Университета. Сер. Химия. - 1985. - Т.26. - №2. - С. 167.

Размещено на Allbest.ru