Лабораторная работа по теме «№ 5 Определение солесодержания химических стоков промышленных предприятий» для ИнЭУ

Цель работы – определить электропроводность химических стоков, по найденной электропроводности раствора определить его солесодержание.

1. Теоретическое обоснование работы

Стоки от химводоочистки, образующиеся при работе водоподготовительных установок и конденсатоочисток имеют отклонения в показателе водородных ионов (рН), выходящие за пределы оптимальных для природных вод (6,5-8,5), содержат большое количество грубодисперсных примесей и солей. Например, на ТЭЦ мощностью 2400 МВт суммарная производительность химводоочистки составляет 2000 т/час. В результате этого процесса сбрасывается со сточными водами 2,0-2,5 т/час различных солей.

Воды ионообменной части ВПУ насыщены солями, состав которых складывается из концентрата природных «собственных» солей, извлеченных из воды в процессе очистки на ВПУ и предназначенной для нагрева и парообразования, «дополнительных» солей, входящих в состав реагентов, используемых в технологии очистки.

Современные исследования показывают, что выделяются три основных уровня экологической защиты гидросферы от солевых загрязнений.

Первый уровень — защита водоемов от локальных залповых солевых нагрузок. Этот уровень, защиты реализуется разбавлением и рассредоточением сточных вод, хотя общее количество сбрасываемых солей в итоге остается без изменений. Для большинства водоемов защита по этому уровню может оказаться достаточной, так как ПДК по хлоридам и сульфатам весьма велики. Эта же задача решается при использовании минерализованных стоков для смыва золы и шлака и транспортировке их по системе ГЗУ на золоотвалы. Эффективность этого мероприятия будет высокой при эксплуатации системы ГЗУ по оборотному циклу. В этом случае экологические проблемы могут решаться без затрат на переработку и утилизацию сточных вод. К этому же уровню защиты следует отнести возможность передачи в теплосеть не только собственных, но и в некоторых схемах водоподготовки дополнительных солей, а также рассеи­вание солей о брызгоуносом бессточных градирен.

Второй уровень защиты водоемов, который заключается в максимальном ограничении сброса дополнительных солей, осуществляется совершенствованием технологии водоприготовления и внедрением технологических процессов с минимальным расходом реагентов. Это достигается использованием установок ионного обмена, электродиализа, обратного осмоса, термических методов на аппаратах, использующих воду ухудшенного качества. На этом уровне предусматривается возможность восстановления и повторного использования реагентов в схемах известкования, натрий- и водородкатионирования. В этих схемах предотвращается сброс не только дополнительных солей, но и осаждаемой части собственных солей, содержащихся в воде.

Третий уровень экологической защиты предусматривает полное прекращение сброса минеральных солей (включая и собственные) в водоемы. Этот уровень рекомендуется в практике в строго регламентированных случаях после осуществления всех мероприятий второго уровня.

2. Оборудование и техническое оснащение лабораторной работы

Лабораторная установка представляет собой стенд для измерения электропроводности растворов. Измерение электропроводности может проводиться для шести различных растворов электролита, посредством последовательного установления переключателя «Растворы» от положения 1 до положения 6. Измерение параметров электрической цепи на клеммах электродов осуществляется при помощи мультиметра.

1-стенд для измерения электропроводности растворов; 2- переключатель «Растворы»; 3-исследуемые растворы; 4-мультиметр

Рисунок 5.1 – Схема лабораторной установки

3. Содержание лабораторной работы

Электролитами называются вещества, которые в расплавленном или растворённом состоянии проводят электрический ток. Электролитами являются водные растворы солей, кислот и оснований, молекулы которых под действием растворителя диссоциируют на ионы:

(5.1)

Количественно процесс диссоциации характеризуется некоторыми величинами, например степенью электрической диссоциации α и константой электролитической диссоциации, К.

Число показывающее, какая часть растворённого электролита находится в растворе в виде ионов, называется степенью электролитической диссоциации и выражается в процентах.

Электролит считается сильным, если значение α > 30 %, и слабым, если α < 30 %.

Сильные электролиты диссоциируют практически полностью. В растворах слабых электролитов имеются и молекулы и ионы растворённого вещества. Следовательно, диссоциация слабых электролитов представляет обратимый процесс, в результате которого устанавливается равновесие, подчиняющееся закону действующих масс.

Константа равновесия в таких случаях называется константой электролитической диссоциации. Эта величина есть отношение произведения концентрации ионов к концентрации недиссоциированных молекул. Чем больше способность электролита к диссоциации, тем больше значение константы.

Растворы электролитов являются проводниками второго рода, перенос электричества у них осуществляется за счёт ионов. Способность электролита пропускать электрический ток можно характеризовать его электропроводностью. Электропроводность рассматривается как величина обратная сопротивлению. За единицу электропроводности в системе СИ принят сименс (См = 1/Ом).

Электропроводность растворов электролита определяется количеством ионов, которые перейдут через площадь поперечного сечения раствора в единицу времени. Это количество в основном зависит от числа ионов, находящихся в растворе в единице объёма (от концентрации), скорости их перемещения, заряда ионов, температуры раствора.

Так с увеличением концентрации раствора электролита электропроводность его растёт и достигает при некоторой концентрации максимального значения, а затем начинает падать. Такая зависимость объясняется тем, что при малых концентрациях растворов электролитов число ионов в единице объёма раствора мало и, т. к. ток переносится ионами, мала электропроводность раствора. По мере увеличения концентрации раствора растёт число ионов в единице объёма раствора и соответственно растёт и электропроводность. Однако, при достижении определённой концентрации раствора электропроводность начинает падать, потому что у сильного электролита возникает влияние межионнных сил, в результате чего усиливается торможение ионов, а у слабых – уменьшается степень диссоциации.

4. Порядок выполнения работы

5. В исследуемые растворы поместить угольные электроды.

6. Установить переключатель «Растворы» в положение 1 и к клеммам электродов подключить мультиметр.

7. Включить стенд в работу и снять показания прибора (в качестве амперметра и вольтметра).

8. Посредством последовательного установления переключателя «Растворы» от положения 1 до положения 6 произвести измерение параметров электрической цепи на клеммах электродов всех растворов.

9. Произвести расчет электропроводности по формуле:

(5.2)

6. По полученным значениям электропроводности определить солесодержание раствора по рисунку 5.1.

5. Контрольные вопросы:

1. Что такое электролиты?

2. Что такое степень электрической диссоциации и константа электролитической диссоциации?

3. Опишите процесс электропроводности в жидкостях.

6. Литература

1. Тепловые и атомные электрические станции. Справочник под общей редакцией Григорьева Г.А. и Зорина В.М. – М., Энергоиздат, 1982 г.

2. Жабо В.В. Охрана окружающей среды на ТЭС и АЭС. — М., Энергоатомиздат, 1992 г. — 240 с.