تئوری برای گزارش کار آزمایشگاه اصول تصفیه آب

[parichehr]

این تاپیک شامل مجموعه ای از تئوری ها برای گزارش کار آزمایشگاه اصول تصفیه آب و پساب های صنعتی هست، که در جمع آوریش هم از جزوات و کتاب هایی که در اختیار داشتم استفاده کردم و همچنین برای تکمیل بعضی قسمت ها از سایت های شیمی استفاده شده. که شامل آزمایش های زیر میشه:


1- تعیین مقدار مواد محلول در آب ( باقیمانده تبخیر)

2- اندازه گیری ظرفیت اسیدی و بازی آب نمونه

3- اندازه گیری سختی آب

4- اندازه گیری کلرید داخل آب

5- اندازه گیری اکسیژن موجود در آب بروش وینکلر

6- اندازه گیری اکسیژن شیمیایی محلول در آب

7- تعیین ظرفیت رزین

[parichehr]

آزمایش 1 : تعیین مقدار مواد محلول در آب ( باقیمانده تبخیر)

آب خالص در طبيعت وجود ندارد . در طول بارش باران و جريان آب بر روي سطح زمين گازهاي متنوع ، مواد معدني و آلي در آب وارد شده و به صورت مواد معلق و شناور كلوئيدي يا كاملاً محلول پديدار مي گردند . به طور كلي ناخالصي آب هاي طبيعي را به 3 گروه مي توان تقسيم كرد . 1) يون هاي محلول 2) غير يون ها و نامحلول ها 3) گازها



هدف : تعيين غلظت كل انواع مواد يوني محلول در نمونه آب از طريق اندازه گيري هدايت الكتريكي آن محلول . هدايت الكتريكي ،‌ اندازه گيري جريان الكتريكي در محلول است . در واقع نشان مي دهد كه چگونه جريان الكتريكي توسط محلول هدايت مي شود . وجود چنين خاصيتي در محلول تحت تأثير غلظت يون هاي موجود در آن و همچنين درجه حرارت است . هر چند اين روش اختصاص به ماده يوني خاصي ندارد بلكه بيشتر دلالت بر غلظت كل يون هاي حل شده در محلول دارد .



TDS
منظور از TDS كل مواد جامد محلول در آب است كه برابر غلظت همه يون هاي موجود در آب مي باشد . واضح است كه اگر غلظت يون ها برحسب معادل كربناتي باشد غلظت يون هاي مختلف يون را مي توان با هم جمع كرد و مجموع را با TDS بيان كرد .

برای این تست 2 روش وجود دارد: 1) روش توزین 2) روش الکتریکی

1) روش توزین : در این روش ابتدا حجم مشخصی از نمونه صاف شده را در یک کپسول چینی یا پلاتینی که از قبل به خوبی شسته و تمیز شده ریخته و محتوی آن را روی اجاق تبخیر به تدریج حرارت می دهند تا بخار شود.
بعد از اینکه کاملا" تبخیر شد کپسول را د رآون در درجه حرارت 110 درجه سانتیگراد به مدت 4ساعت قرار می دهند و پس از سرد شدن در دسیکاتور فورا" توزین می کنند.

تعيين TDS به روش وزن سنجي

روش قابل استفاده ديگر براي تعيين TDS‌ اين است كه حجم مشخصي از نمونه آب را گرفته پس از صاف كردن ، آب را به دقت تبخير كنيم . وقتي كه تمام آب تبخير شد ،‌ ته مانده خشكي باقي مي ماند كه در واقع همان تركيبات قبلي در نمونه آب هستند . با توزين ته مانده خشك مي توان وزن مواد جامد محلول را بر حسب ميلي گرم در ليتر تعيين كرد . روش وزن سنجي نسبت به هدايت الكتريكي به زمان بيشتري نياز دارد ، اما تجهيزات و ابزارهاي مورد استفاده در اين روش كم هزينه تر است .

2) روش الکتریکی : اساس کار این روش بر مبنای هدایت الکتریکی آب است. که با دستگاه هدایت سنجی که درجه بندی آن مستقیما" برحسب مقدارمواد محلول در آب است، انجام می شود. Dissolved Solidmeter))

تعيين TDS از طريق قابليت هدايت الكتريكي
يكي از فوايد تعيين غلظت واقعي كل تركيبات يوني محلول در اندازه گيري صحرايي ، باردار بودن يون ها ( مثبت و منفي ) است كه امكان فراهم شدن غلظت واقعي كل را در محلول ميسر مي كند . محلولي كه داراي بار الكتريكي است به عنوان يك هادي عمل نخواهد كرد و اجازه عبور جريان الكتريكي را از ميان محلول مي دهد . مقدار جرياني كه از محلول عبور مي كند با غلظت و انواع يون هاي حل شده در محلول متناسب است . ابزاري كه در آزمايشگاه براي اندازه گيري TDS مورد استفاده قرار مي گيرد هدايت سنج الكتريكي است . اين دستگاه داراي مدار الكتريكي حساسي است كه به پل وتستون معروف است . ضريب هدايت الكتريكي محلول توسط اين دستگاه اندازه گرفته مي شود ، بدين ترتيب كه هدايت الكتريكي محلول در بين دو صفحه موازي كه در داخل نمونه غوطه ور است سنجيده مي شود . هدايت الكتريكي اين محلول معادل مقداري است كه براي اندازه گيري TDS ثبت مي شود كه در اينجا هدايت الكتريكي ، ضريب هدايت بين دو صفحه موازي در واحد فاصله طولي است كه معمولاً برحسب زيمنس بر سانتي متر (S/cm) يا براي واحدهاي كوچك تر آن برحسب ميكروزيمنس بر سانتي متر بيان مي شود .

منبع : سایت علمی نخبگان جوان
نویسنده : Parichehr

[parichehr]

آزمایش 2 : اندازه گیری ظرفیت اسیدی و بازی آب نمونه

اسیدیته و قلیائیت آب ، هر دو به مقدار CO2 محلول در آب بستگی دارند. CO2 در آب حل شده و اسید کربنیک تولید می‌کند. اسید حاصله در داخل آب ،یونیزه شده وپروتون و یون بی‌کربناتایجاد می‌کند. پروتون باکربنات کلسیم ترکیب شده و با تولید بی‌کربنات باعث تبدیل کربناتها به بی‌کربنات می‌شود و در نتیجه حلالیت کربنات کلسیم در آب افزایش می‌یابد.



شناساگر مورد استفاده

شناساگرهای مورد استفاده در تعیین قلیائیت آبعبارتند ازفنل فتالینومتیل اورانژ. تیتراسیون معمولا یک اسید قوی استاندارد نظیراسید سولفوریک واسید کلریدریکانجام می‌شود. در تیتراسیونبا فنل فتالین، اگر رنگ شناساگر که در داخل محلول نمونه بعلت محیط قلیائیارغوانی باشد و در PH=8.3 بی‌رنگ شود، مقدار اسید مصرفی خنثی‌سازی قلیائیت ناشی ازهیدروکسید و کربنات را نشان می‌دهد.

اگر به این نمونه چند قطره متیل اورانژ اضافه شود، رنگ محیط نارنجی زرد خواهد شد که با تیتراسیون توسط اسید در PH اسیدی رنگ محلول سرخ خواهد شد. این مقدار اسید در واقع برای خنثی سازیبی‌کربناتها بکار رفته است. مجموع قلیائیت‌های فنل فتالین و متیل اورانژ راقلیائیت کلمی‌نامند و با علامت اختصاری T نشانمی‌دهند.




در رابطه بالا ، M، بیانگراسیدمصرفی برای خنثی کردن بی‌کربناتها ، P، اسید مصرفی برای خنثی کردن هیدروکسید و کربنات و T، قلیائیت کل است.


قلیائیت آب ناشی از تعدا زیادی آنیونهای مختلف موجود در آب است مهمترین این آنیونها: CO3 2- , OH- , SiO3 2- , PO4 3- , HCO3 – می باشند.


قلیائیت را از روش تیتراسیون مستقیم نمونه توسط یک محلول استاندارد اسید بدست می آورند، اما بسته به اینکه کدامیک از دو معرف فنل فتالئین یا متیل اورانژ استفاده شود دو نوع قلیائیت حاصل می شود، که هر کدام از ایندو در محدوده pH خاصی تغییر رنگ میدهند.


قلیائیت p : تغییر رنگ فنل فتالئین در حدود 3/8= pH است و در این موقعیت هیدروکسید ها و نیمی از قلیائیت کربناتی خنثی می شود و به آن قلیائیت فنل فتالئین یا قلیائیت p می گویند.


قلیائیت T : تغییر رنگ اندیکاتور متیل اورانژ در حدود 5/4= pH است، و قلیائیت ناشی از وجود هیدروکسیدها و کربنات ها و بی کربناتها، تا حدی که بی کربناتها خنثی شده و تبدیل به اسید کربنیک شوند پیش خواهد رفت. به این قلیائیت، قلیائیت کل یا قلیائیت T می گویند.


منبع : سایت علمی نخبگان جوان
نویسنده : Parichehr

[parichehr]

آزمایش سوم: اندازه گیری سخــــتی آب

سختی آب:
سختی آب (Hardner) ، اساسا به معنی ظرفیت آن در ترسیب صابوناست.

عناصر ایجاد کننده سختی آب

صابون عمدتا توسط کلسیم و منیزیم قابلترسیب است، ولی به غیر از آنها فلزات دیگری نظیر آلومینیوم ، آهن ، منگنز ،استرانسیم و روی نیز در ایجاد سختی آب شرکت می‌کنند، ولی از این نظر که دو عنصراولی در مقادیر زیاد در آبهای طبیعی وجود دارند، لذا سختی آب بطور عمده بر اساس ایندو سنجیده می‌شود. ولی با وجود این ، اگر مقادیر فلزات دیگر قابل توجه باشد، بایدآنها را نیز محسوب داشت.

محاسبه سختی آب :مقدار سختی آب ، برحسباکی‌والانهای کربنات کلسیم آنها محاسبه و بیان می‌شود.

تقسیم بندی سختی آب :سختی آب را می‌توان به دو نوع تقسیم کرد:

سختی موقت
سختیموقت (Temporary Hardner) را سختی کربناتی (Carbonate Hardner) نیز می‌نامند. اینسختی ، مولود بی‌کربنات کلسیم و منیزیم است که عمدتا به کمک حرارت و یا ازدیاد PH کاهش می‌یابد.

سختی دائم
سختی دائم (Permanent Hardner) را سختیغیرکربناتی (Noncarbonate Hardner) نیز می‌نامند. این سختی ، با حرارت دادن قابلحذف نیست.


اهمیت سختی آب:مقدار سختی آب ، علاوه بر اینکه در آبهای صنعتیاهمیت وافر دارد، از نظر بهداشت عمومی نیز اهمیت خاصی دارد. کلسیم که یکی از عواملسختی آب است، در رشد استخوان و حفظ تعادل بدن دخالت داشته، ولی به همان اندازه ،سولفات کلسیم به علت کمی قابلیت هضم ، ناراحتیهایی در دستگاه هاضمه بوجود می‌آورد. گاهی توصیه می‌شود که جهت تامین بهداشت و سلامت مصرف کنندگان ، آهک به آب آشامیدنیافزوده شود. بعضی دانشمندان معتقدند، بهتر است کلسیم و منیزیم لازم بدن توسط غذاتامین شود و حتی‌الامکان از آبهای سبک برای شرب استفاده شود. باید توجه داشت که بدننسبت به سنگینی موجود در آب مورد مصرف خود حساسیت دارد، چنانچه این نوشیدنی تغییریابد، ممکن است در دستگاه گوارش ایجاد اخلال نماید و این موضوع را به اصطلاح آب بهآب شدن می‌گویند.


واحدهای بکار رفته در سختی آب

در صورتیکه مقادیر کاتیونهای مختلف برحسب میلی گرم بر لیتر (ppm) در دست باشد، معمولا جهتسهولت ، به کمک فاکتورهایی که از تقسیم وزن مولکولی کربنات کلسیم به وزن اتمی هر یکاز عناصر بدست آمده ، کلیه این مقادیر برحسب کربنات کلسیم محاسبه و بیان می‌گردد. سختی آب ، معمولا بر حسب ppm یعنی mg/lit بیان می‌شود. علاوه بر این ، واحدهایآلمانی ، انگلیسی ، فرانسوی ، آمریکایی را نیز در بیان آن بکار می‌برند.

نکته : برای شناسایی منیزیم شناساگر اریو کروم بلاک تی بسیار مناسب است.این شناساگر صرف نظر از اینکه ظرفیت فلز چه باشد با یون کلسیم و یون منیزیم تیتر می شود. و به این دلیل که مقدار کلسیم در آب بیشتر از منیزیم اگر شناساگر اریو کروم بلاک تی را بطور مستقیم در آب بریزیم و تیتراسیون را انجام دهیم پاسخ مطمئنی به دست نمی دهد، بنابراین بهتر است ابتدا کلسیم را با منیزیم توسط کمپلکس هم ارزی مانند Mgy -2 (اتیلن دی آمین) جایگزین نمائیم.

منبع : سایت علمی نخبگان جوان Njavan.com

[parichehr]

آزمایش چهارم : اندازه گیری کلـــرید داخل آب

برای تعیین میزان کلر در آب در آزمایشگاه از روش موهر استفاده می شود.

روش Mohr :

در اين طريقه نيترات نقره با كلرورهاي محلول در آب تركيب شده و رسوب سفيدرنگي ايجاد مي نمايد.

براي تشخيص خاتمه فعل و انفعالات از انديكاتور كرومات پتاسيم استفاده مي شود ، بدين ترتيب كه به محض تمام شدن يون كلرور ، مقداري از يون كرومات با نقره محلول تركيب شده و بر طبق واكنش زير توليد رسوب آجري رنگ مي نمايد.

Ag+ + CrO4 2- à Ag2CrO4

اين آزمايش معمولاً بر روي آبهائي كه pH‌ آن ها بين 7 و 8 است صورت مي گيرد ، در غير اين صورت اگر pH بيش از تعداد ذكر شده باشد نقره به صورت ئيدرات رسوب مي كند . در pH پايين تر مقداري از يون كرومات به يون دي كرومات تبديل مي شود .

همچنين مقدار انديكاتور اضافه شده بايستي محدود باشد . در صورتيكه مقدار كرومات بيش تري افزوده شود رنگ تيتراسيون زود ظاهر گرديد و باعث اشتباه در عمل مي گردد .

ميكروارگانيسم هاي آب تغييري حاصل نگردد . براي مثال ، باقي مانده كلر تركيبي كه يك گندزدايي ضعيفي است ، در مقايسه با كلر باقي مانده آزاد به غلظت و زمان تماس بيش تري نياز دارد تا ميكروارگانيسم هاي آب را از بين ببرد . بنابراين ، هنگامي كه زمان تماس ميان نقطه افزايش كلر به آب و محل معروف آن كوتاه است ( براي مثال ، 10 دقيقه ) فقط كلر باقي مانده اثر گندزدايي مؤثر ايجاد مي كند . رانستن زمان تماس و نوع كلر باقي مانده براي رسيدن به غلظت كافي كلر خيلي مهم است .


pH

چون نسبت اسيد هيپوكلرو به يون هيپوكلريت بستگي به pH دارد بنابراين pH بر عمل گندزدائي با افزايش بيشتر كلر به آب مقدار كلر باقي مانده واقعي كاهش مي يابد زيرا كه كلر بعضي از تركيبات كلر آلي و آمونياك را اكسيد مي نمايد ( ميان نقطه 3 و 4 ) ، همچنين كلر اضافي مقداري از منوكلرآمين را به دي كلرآمين ، NHCl4 ، و تري كلر آمين ، NCl3 تبديل مي نمايد .
با افزايش كلر اضافي مقدار كلر آمين ها به حداقل مي رسد كه بعد از آن به نقطه اي مي رسيم ( نقطه شكست كلر ) كه كلر اضافي توليد كلر باقي مانده آزاد مي كند . ( مقدار كلر باقي مانده آزاد بعد از نقطه شكست بايد از 85% تا 90% كلر باقي مانده تمام آب باشد . و بقيه 10% تا 15% كلر باقي مانده تركيبي ، شامل دي كلرآمين ها ، تري كلر آمين ها و تركيبات كلر آلي مي باشد .


مواد موجود در آب

اثر گندزدائي كلر فقط بعد از تماس ارگانيسم ها با كلر مؤثر است . كدورت ، ذرات ريز و ساير ناخالصيهاي معلق در آب ، مانع تماس كافي ارگانيسم ها با كلر شده و آن ها در برابر اثر كشندگي كلر حفظ مي نمايد . بنابراين براي كلرزني مؤثر ، كدورت بايد تا حداكثر ممكن به وسيله مراحل مختلف تصفيه ، مانند انعقاد ، تجمع ذرات و صاف كردن ، كاهش يابد .

تركيب مواد آلي و آمونياك آب با كلر منجر به تشكيل كلر باقي مانده تركيبي كمتر مؤثر شود كه غلظت آن ها در آب عامل مهمي در تعيين مقدار كلر است .


منبع : سایت علمی نخبگان جوان
نویسنده : Parichehr

[parichehr]

آزمایش پنجم : اندازه گیری اکسیژن موجود در آب بروش وینکلر

سنجش میزان DO :

اکسیژن محلول در آب مورد نیاز موجوداتی است که در آب زندگی می کنند.میزان انحلال اکسیژن در آب تابعی از دما،میزان کلرور در آب و فشار جزئی است.

میزان انحلال اکسیژن در آب تابع قوانین گازهاست.اکسیژن از گازهایی است که با آب واکنش نمی دهد،بنابراین میزان انحلال آن تابعی از قانون هنری است.پس انحلال آن در آب تابع فشار جزئی آن است.بیشترین میزان انحلال آن در کنار دریا و کمترین آن در ارتفاعات است.همچنین انحلال آن در آب تابعی از دما است و با افزایش دما میزان انحلال اکسیژن در آب کاهش می یابد.

اهمیت DO در بحث های مهندسی زیستی به سه دلیل است:
1. در بحث تصفیه فاضلاب به روش بیولوژیکی برای فعالیت میکرواورگانیزم های هوازی نیاز به اکسیژن وجود دارد.
2. اندازه گیری DO پایه آزمایش BOD است.
3. میزان خورندگی آب بستگی به میزان DO موجود در آب دارد.

روش‌های اندازه گیری

روش فیزیکی

امروزه برای اندازه گیری Do در محل نمونهبرداری از دستگاههای کوچک سیار که مجهز به الکترود غشایی است، استفاده می‌شود. الکترود غشایی بر اساس سرعت نفوذ مولکولهای اکسیژن از یک غشا ساخته شدهاست. این روش فیزیکی بطور ساده و سریع انجام می‌گیرد.

روش شیمیایی وینکلر یا یدومتری

یدومتریدقیق‌ترین و قابلاعتمادترین روش اندازه گیری Do می‌باشد.‌ اینروش یک روش تیتراسیونی است که بر اساس خواص اکسیدکنندگی اکسیژن محلول انجام می‌گیرد. با افزایش Mn 2+ به محلول قلیایی شده آب ،هیدروکسید منگنزبا اکسیژن محلول آب ترکیب شده ، ایجاد MnO2 می‌کند. با مصرف تمام اکسیژن موجود ، محلول اسیدی می‌شود. با افزودن یدور در محیط اسیدی MnO2 با یون یدور ، وارد واکنش شده ،ید آزاد می‌کند. مقدار ید آزاد شدهتوسط محلول تیوسولفات تعیین می‌شود و از روی مقدار تیوسولفات مصرفی ، مقدار اکسیژنموجود در آب محاسبه می‌شود.

منبع : سایت علمی نخبگان جوان
نویسنده : Parichehr

[parichehr]

آزمایش ششم : اندازه گیری اکسیژن شیمیایی محلول در آب

تئوری آزمایش:

اکسیژن محلول شاخصی مربوط به کیفیت آب است. گرچه اکسیژن محلول ارتباط مستقیمی با کیفیت آب آشامیدنی ندارد ولی وجود آن در آبهای سطحی بقای آبزیان را امکان پذیر می سازد و از طرف دیگر به عنوان شاخصی است برای تعیین غلظت مواد ارگانیکی و مغذی در آب . میزان کم اکسیژن محلول در آب اکثرا دلالت بر غلظت زیاد مواد آلی در حال تجزیه در آب دارد.نظر به اینکه مواد ارگانیکی به وسیله باکتری ها تجزیه می شوند بنابراین برای تجزیه آن به وسیله این موجودات اکسیژن آب پیوسته تقلیل می یابد و در نتیجه در اثر تهی شدن اکسیژن در اکوسیستم های آبی مرگ و میر موجودات آبزی حتمی خواهد بود.


عوامل موثر بر حلالیت اکیسژن در آب:

درجه حرارت
فشار جزئی اکسیژن در تماس با آب
شوری آب

عوامل کنترل کننده موجودیت اکسیژن در آب های طبیعی:

مقدار مخلوط شدن اکسیژن بین هوا و آب
اکسیژن مورد نیاز بیوشیمیایی
اکسیژن مورد نیاز شیمیایی

واکنش انجام گرفته طی تیتراسیون به صورت زیر می باشد.

2MnO4 - + 5 C2O42- + 16 H+ à 10 CO2 + 8 H2O + 2 Mn +2

منبع : سایت علمی نخبگان جوان


نویسنده : Parichehr

[parichehr]

آزمایش هفتم : تعیین ظرفیت رزین

رزينهاي مصرفي در صنعت آب به دو گروه رزين هاي کاتيوني قوي و رزين هاي آنيوني قوي تقسيم مي شوند. رزين ها براي خارج ساختن يون هاي کلسيم و منيزيم و آنيون هاي سولفات و کلريد موجود در اب و همچنين تهيه آب هاي بي يون براي راکتورهاي اتمي به کار برده مي شود. رزين هاي کاتيوني اغلب به صورت کوپليمرهاي تصادفي دي ونيل بنزن - استيرن در حضور پلي وينيل الکل هستند.

رزين هاي مصرفي به صورت ذرات کوچک جامد به اندازه هاي متفاوت در مخازن ويژه اي سبک انجام گيرد. در برخي از موارد براي حذف يون هاي سرب، جيوه و ساير يون هاي رايدواکتيو نيز از زرين هاي مبادله کننده يوني استفاده مي گردد. رزين هاي تصفيه يوني از نوع کوپليمرهاي استيرن - دي ونيل بنزن در حضورپلي وينيل کلريد تشکيل مي شوند؛ بدين ترتيب که بر روي مخلوط مونومرها، پلي وينيل کلريد را افزوده، در غياب نور و در حال به هم زدن يکنواخت، واکنش را به مدت 3 ساعت انجام مي دهند. سپس کوپليمر حاصل را به وسيله دي اتيل اتر استخراج کرده و خشک مي نمايند.

آزمایشهای تبادل یون را می‌توان به‌صورت ناپیوسته یعنی عبور مقدار معینی محلول از ستون حاوی رزین یا به‌صورت جریان پیوسته محلول از بالا به پائین ستون انجام داد. ستون همیشه باید از آب مقطر پر باشد و حبابهای هوا در قسمت رزین وجود نداشته باشد. دانه‌های رزین ، آب را جذب کرده ، متورم می‌شوند.

اگر منظور ، جدا کردن و بدست آوردن یونهای موجود در یک محلول باشد، پس از عبور نمونه از ستون توسط جریان مداومی از محلول شستشو دهنده ، اجزای موردنظر از ستون خارج می‌شوند. بعد از خاتمه آزمایش باید ستون را با آب مقطر پر کرد. محلولی که وارد ستون می‌شود، جریان ورودی و محلولی که از ستون خارج می‌شود جریان خروجی نام دارد.



تعادل تبادل یونی:

R-OH + HCl --> R-Cl + H2O
R-H + NaCl --> HCl + R-Na

پس از مدتی ، ظرفیت رزینها از نظر تبادل یونی تکمیل می‌شود. در نتیجه ، باید تبادلگرهای کاتیونی و آنیونی را با افزایش اسید یا باز رقیق فعال کرد. این عمل را احیا یا بازسازی می‌نامند. در کارخانه‌هایی که فقط از زئولیت استفاده می‌شود، فعال کردن و بازسازی آن با افزایش محلول ده درصد کلرید سدیم انجام می‌شود.

منبع : سایت علمی نخبگان جوانNjavan.com
نویسنده : Parichehr

[afmmz]

با سلام لطفاً این فایلاروبرام ارسال کنید با تشکر
behroozi55@yahoo.com

[عارف69]

سلام عالی بود ممنون
عارف از آزاد ساوه