Пособие пор самост.раб.


Чтобы посмотреть этот PDF файл с форматированием и разметкой, скачайте его и откройте на своем компьютере.
Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Томский государственный архитектурно
-
строительный университет



Н.В. СУББОТИНА, Н.П. ГОРЛЕНКО




ХИМИЯ ВОДЫ

И МИКРОБИОЛОГИЯ



УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

ПО САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЕ

















Томск

Издательство ТГАСУ

2014
УДК

543.39 (075.8)

ББК

24.46
я7



Субботина, Н.В.
Химия воды и микробиология

Текст:
учебное пособие / Н.В. Субботина, Н.П. Горленко.


Т
омск: Изд
-
во Том. гос. архит.
-
строит. ун
-
та, 2014.


60 с.

ISBN 978
-
5
-
93057
-
635
-
1


Учебное пособие предназначено для организации самостоятел
ь-
ной работы студентов. В пособии приведены: содержание данн
ого
курса согласно стандартам М
инистерства образования

и
науки РФ
, в
и-
ды самостоятельной работы, примеры решения задач и задачи для с
а-
моконтроля.

Учебное пособие предназначено для студентов
2
-
го

курса очной
формы обучения и студентов
2
,
4

и
5
-
го курсов заочной формы обуч
е-
ния
по направлению
: 08.03.01 Строительств
о, профиль 08.03.01_07
Водоснабжение и водоотведение.

Пособие рекомендуется для подг
о-
товки студентов к практическим занятиям, для выполнения индивид
у-
альных заданий и контрольных работ
.



УДК
543.39 (075.8)

ББК
24.46я7


Рецензенты:

О.А. Зубкова
, кандидат

техн. наук, доцент кафедры х
и-
мии ТГАСУ;

Е.Б. Чернов,
кандидат химических наук, доцент кафедры
химии Института естественных и технических наук Сургутского
государственного университета
.



ISBN

978
-
5
-
93057
-
635
-
1
©Томский

государстве
н
ный




архитектурно
-
строительный



университет, 2014


©
Н.В. Субботина, Н.П. Горле
н
ко,

2014

С
-
89

3

ВВЕДЕНИЕ



Согласно образовательным

програм
м
ам

нового пок
о
ления
студент для освоения программы специальности должен прио
б-
рести набор компетенций, т.

е
. результатом освоения програ
м
мы
специ
альности являются приобретаемые

выпускником комп
е-
тенции, которые позвол
я
ют применять знания, умения и личные
ка
чества в соответствии с задачами профессиональной деятел
ь-
ности. Компетенции выпускника по направлению подг
о
товки
непосредственно связаны с областью, объектами, видами и з
а-
дачами профессиональной деятельности выпускника. Для фо
р-
мирования заявленных в ФГОС к
омпетенций недостаточно пр
и-
вычных видов учебных занятий, новые требования предполаг
а-
ют применение новых технологий и форм реализации
уче
б
ной
работы
.
Одной из таких форм является самостоятельная р
а
бота
студе
н
та (СРС).

Самостоятельная работа


это вид учебно
й деятельности,
выполняемый учащимся без непосредственного контакта с пр
е-
подавателем или управляемый преподавателем оп
о
средова
н
но
через специальные учебные материалы;
это
неотъемлемое об
я-
зательное звено процесса обучения,
предусматривающее

пре
ж
де
всего инд
ивидуальную работу учащихся в соответствии с уст
а-
новкой преподавателя или учебника, программы обучения.

С
а-
мостоятельная работа представляет собой особую, высшую ст
е-
пень учебной деятельности. Она обусловлена индивидуал
ь
ными
пси
хологическими различиями учащи
х
ся и личностными ос
о-
бенностями и требует высокого уровня самосознания, рефле
к-
тивн
о
сти. Самостоятельная работа может осуществляться как во
внеаудиторное время (дома, в лаборатории), так и на аудито
р-
ных занятиях в письме
н
ной или устной форме.




4

Для повышен
ия эффективности самостоятельной р
а-
боты необходимо:

1)
организовывать индивидуальные планы обучения с пр
и-
влечением студентов к научно
-
исследовательской работе и по во
з-
можности
,

к реальному проектированию по заказам предпр
и
ятий;

2)
включение самостоятельной

работы студентов в уче
б-
ный план и расписание занятий с организацией индивидуальных
консультаций на кафедрах
;

3)
создание комплекса учебных и учебно
-
методических
пособий для выполнения самостоятельной работы студе
н
тов;

4)
ориентация лекционных курсов на са
мостоятельную
раб
о
ту;

5)
разработка заданий, предполагающих нестандартные
решения
;

6) проведение лекционных занятий в виде

лекции
-
беседы,
лекции
-
дискуссии, где докладчиками и содокладчиками выст
у-
пают сами студенты, а преподаватель выполняет роль в
е
дущего.

Такие занятия предполагают предварительную самосто
я-
тельную проработку каждой конкретной темы выступа
ю
щими
студентами по учебным пособиям, консультации с преподават
е-
лем и использование дополнительной л
и
тературы
.

Данное учебное пособие ориентирует студентов

по вопр
о-
сам лекционного курса, позволяя самостоятельно освоить ди
с-
циплину. Помогает при решении индивидуальных и контрол
ь-
ных заданий, а т
акже, с помощью тестов для самоконтроля, п
о
з-
воля
ет проверить подготовку
к
кон
тролю

зн
а
ний.









5

1.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВ
Ы ХИМИИ ВОДЫ



1.1.

Содержание темы



1
.
Вода, как химическое соединение
. Изотопный состав в
о-
ды. Аномалии воды. Физические и химическ
ие свойства воды.
Окислительно
-
восстановительные процессы, потенциалы. Эле
к-
трохимические проце
с
сы.

2
.
Кинетика химических реакц
ий
.

Закон действия масс.
Влияние температуры на скорость химической реакции. Прав
и-
ло Вант


Гоффа, уравнение Аррениуса. Катализ.

3.
Теория растворов
.

Растворимость газов в жидкостях.
Взаимная растворимость жидкостей. Растворимость твердых
веществ в жидкост
ях.
Общие свойства растворов. Теория сил
ь-
ных электролитов. Константа диссоциации. Произведение ра
с-
творимости. Закон распределения.
Электролитическая дисс
о
ц
и-
ация воды, рН, кислотно
-
основные индикаторы. Буферные ра
с-
творы. Ги
д
ролиз солей.

4.
Коллоидные систе
мы
.

Виды коллоидных растворов.
Свойства коллоидных растворов. Способы получения. Устойч
и-
вость коллоидных систем. Строение коллоидной частицы, пр
а-
вило Паннета



Фаянса, двойной электрический слой, дзета
-

и
термодинамический потенциалы. Коагуляция, электр
о
ли
тная
коагуляция лиофобных золей. Правило Шульце



Гарди. Пепт
и-
зация.

5.

Гетерогенные системы
.
Фазовое равновесие.
Фазовые
состояния воды. Правила фаз.

6
.
Поверхностные явления
.

Поверхностная энергия. П
о-
верхн
о
стное натяжение. Сорбция. Адсорбция. Виды адсор
бции.
Адсорбция на поверхности жидкости твердых тел. Изотерма а
д-
сорбции. Поверхностно
-
активные и п
о
ве
рхностно
-
инактивные
вещества.

6

1.2.

Виды самостоятельной работы студентов



1.
Конспект 
Буферные растворы (п.

3 в содержании т
е
мы).

2.
Подготовка к лабораторны
м работам
.


3.
Индивидуальное задание.



1.3.

Примеры решения задач


Пример 1
.

Как изменится скорость реакции

2СО
(г)
+

О
2(г)

 2СО
2(г)

а) при увеличении концентрации кислорода в 3 раза;

б) при увеличении давления в системе в 10 раз? Темп
ер
а-
тура системы поддерживается пост
оянной;

в) при увеличении температуры на 40 ºС, если температу
р-
ный коэффициент этой реакции равен 3.

Решение

Предположим, что рассматриваемая реакция является эл
е-
ментарной, т
аким образом,
для нее справедлив
закон дейс
т
в
у-
ю
щих масс:
скорость простых реакций прямо

пропорци
о
нальна
произведению концентраций реагирующих веществ, вз
я
тых в
степенях их стехиометрических к
о
эффициентов.

Для данной реакции математическое выражение закона
действующих масс (ки
нетиче
ское уравнение) запис
ывается сл
е-
дующим образом:


где
v



скорость реакции,
k



константа скорост
и реакции; CO
и O


концентрации СО и О
2

соотве
т
ственно.

а
) При увеличении концентрации кислорода в 3 раза ск
о-
рость изменится следу
ющим образом:


Отсюда
т.

е
. скорость реакции увеличится в 3 раза
.

],
O
[
]
CO
[
2
2
k
v

].
O
[
]
CO
[
3
]
O
[
3
]
CO
[
2
2
2
2
,
k
k
v



,
3
/
,

v
v
7

б) После увеличения давления в системе в 10 раз парц
и-
альное давление каждого из реагентов возрастет в 10 раз. Так
как концентрация и парциальное

давление связаны прямо пр
о-
порциональной зависимостью


г
де
Р
i



парциальное давление газа
, Па;
С



молярная конце
н-
трация, моль/л;
Т


температура, К;
R



универсальная газовая
п
о
стоянная,
R

= 8,314
т
о и концент
рация каждого из
реагирующих веществ возрастет в 10 раз, таким образом, ск
о-
рость реакции можно рассч
и
тать, применив закон действующих
масс:


Отсюда
. Следовательно, скорость реакции
увеличится в 1000 раз.

в
) За
висимость скорости химической реакции от темпер
а-
туры выражается эмпирическим
правилом Вант
-
Гоффа,
согла
с-
но которому
при увеличении температуры на 10 ºС скорость
гомогенных реакций увелич
и
вается в 2

4 раза.

Число, показывающе
е, во сколько раз увеличивается
ск
о-
рость химической реакции при повышении темп
е
ратуры на 10 º,
называется
температурным коэффициентом γ.
М
а
тематически
правило Вант
-
Гоффа выглядит следующим о
б
разом:

,

где

и



скорости

химической реакции при температ
у
рах
Т
2

и
Т
1

соответственно.

Выражение
показывает, во сколько раз увеличится
скорость реакции при повышении температуры.

В данном примере температура повысилась на 40 ºС

(
Т
2



Т
1
).
,
CRT
P
i

,
К
моль
Дж

].
O
[
]
CO
[
1000
])
O
[
10
(
])
CO
[
10
(
2
2
2
2
,
,
k
k
v


1000
/
,
,

v
v
10
1
2
1
2
γ
T
T
v
v
-

2
v
1
v
10
1
2
γ
T
T
-
8

Следовательно,
, т.

е
. скорость реакции во
з
росла в
81 раз.


Пример 2.
Вычислите
:

а)

массовые доли в процентах; б)

молярную

концентрацию

(молярность)

и молярную концентр
а-
цию эквивалента

(нормальность)
; в) моляльность; г) титр ра
с-
твора Н
3
РО
4
, полученного п
ри растворении 18 г кислоты в 282

мл воды, если плотность
это
го раствора с
о
ставила 1,031 г/мл.

Решение

а)
М
ассовые доли (пр
оцентная концентрация) показываю
т
число граммов (единиц массы) вещества, содержащег
о
ся в 100 г
раствора. Так как массу 282 мл воды м
ожно пр
и
нять равной 282

г


( ρ 
1 г/мл), то масса полученного раствора 18

+

282

=

300 г и,
сл
е
довательно,


в 300 г раствора содержится 18 г кислоты
;

в 100 г раствора содержится
С
%

кислоты,

.

б
)
М
олярная
концентрация
и молярная конце
нтрация экви
в
а-
лента показываю
т число молей и чис
ло моль
-
эквивалентов раств
о-
ренного вещества, содержащихся в 1 л раствора. С учетом плотн
о-
сти раствора масса 1 л раствора составляет 1031 г

(
m

=

V
·ρ
)
, тогда
массу

кислоты в литре раствора находим из соотн
о
шени
я:

в 300 г раствора содержится 18 г кислоты
,

в 1031 г раствора содержится
х

кислоты,


г.

Молярность раствора получим делением числа граммов
Н
3
РО
4

в 1 л

раствора на молярную

массу Н
3
РО
4

(
М 
98 г/моль):

.


81
3
4
1
2


v
v
%

6
300
18
100
%



C
86
,
61
300
18
1031



x
М
С
63
,
0
98
86
,
61
М


9

Так к
ак молярная масса эквивалента

М
э

3
РО
4
) =
=

32,7 г/моль,

тогда молярная концентрация эквивалента

(нормальность
)


в
) М
оляльная концентрация показывает число молей ра
с-
творенного вещества, содержащихся в 1 кг рас
творителя, и ра
с-
сч
и
тывается из соотношения

,

где
m
1



масса растворенного вещества, г;

m
2



масса раствор
и-
теля, г;

М


молярная
масса растворенного вещества, г/моль;

1000


перерасчет массы растворителя в кг.


моль/кг
.

г
) Т
итром раствора называется число граммов растворе
н-
ного вещества в 1 мл раствора. Зная молярную концентрацию
эквивалента и молярную массу эквивалента растворенного в
е-
щества, т
итр можно рассчитать по формуле

,

где
С
Н



моля
рная концентрация эквивалента, моль
-
экв/л;

М
э



молярная масса эквивалента, г/моль.


г/мл.


Пример 3.
Определить молярную концентрацию эквив
а-
лента раствора КОН, если на нейтрализацию 0,035 л 0,3Н Н
3
РО
4

израсходовано 0,02 л КОН.



3
98
Н.

89
,
1

7
,
32
86
,
61
н


C
2
1
M
1000
m
m
C
m



65
,
0
282
98
1000
18




m
C
1000
M
C
T
э
H

0618
,
0
1000
7
,
32
89
,
1
T



10

Реш
ение

Из закона эквива
лентов следует, что число грамм
-
эквивалентов
всех участвующих в химической реакции
веществ
одинаково.

В реакции участвует

0,035

·

0,3

=

0,0105

г
-
экв фосфо
р-
ной кислоты. Для нейтрализации Н
3
РО
4

потребуе
т
ся такое же
число грамм
-
эквивален
тов КОН, т.

е
.


где




объемы фосфорной кислоты и гидроксида к
а-
лия, мл;



молярная концентрация эквивале
н
та
(нормальная концентрация)

фосфорной кислоты и гидроксида
к
а
лия, моль
-
экв/л.

О
тсюда

Н
.


Пример 4.
К 1 л

10%
-
го раствора КОН (ρ 

1,092 г/мл)
прибавили 0,5 л

5%
-
го раствора КОН (ρ 

1,045 г/мл). Объем
раствора довели до 2 л. Вычислите молярную концентрацию п
о-
лученного раствора.

Решение


Масса одного литра 10%
-
г
о раствора КОН составляет 1092 г
(пример 1). В этом растворе содержится


 109,2 г КОН.
Масса 0,5 л

5%
-
го раствора составляет 1045

·

0,5  522,5 г. В
этом растворе содержи
т
ся

г КОН.

В общем объеме полученного
раствора (2 л) содержание
КОН составляет 109,2

+

26,13  135,33 г
. Отсюда м
олярность ра
с-
твора

М
,

где 56 г/моль


это мольная масса КОН.


,
KOH

H
KOH
PO
H

H
PO
H
4
3
4
3
C
V
C
V



KOH
PO
H

и

4
3
V
V
KOH

H
PO
H

H

и

4
3
С
C
53
,
0
02
,
0
0105
,
0
KOH
PO
H

H
PO
H
KOH

H
4
3
4
3




V
C
V
C
100
10
1092

13
,
26
100
5
5
,
522


2
,
1
2
56
33
,
135
M



C
11

Пример
5
.
Найдите степень диссоциации серовод
о
родной
кислоты по первой ступ
е
ни в 0,1

М

растворе.

Решение

Сероводородная кислота


это слабый многоосновный
электролит, поэтому дисс
о
циирует ступенчато:

I

ступень диссоциации:

H
2
S


H
+

+
;
выражение ко
н-
станты
имеет вид


и составляет 1,1 ·
10
-
7
.

Константа дис
социации и степень диссоциации слабого
электролита связаны между собой соотношением (закон разба
в-
ления Оствальда):

,

где α


степень диссоциации;

С
М



молярная концентрация, моль/л.

В случае очень слабых электролитов (α<<1) выражение

з
а-
кона Оствальда упрощается, т.

к
. величиной α в знаменателе
пренебрегают, т.е. К
д

=

α
2
С
М
.

Воспользуемся упрощенным выражением закона разбавл
е
ния:

.

Таким
образом, степень диссоциации сероводородной к
и
с-
лоты по первой ступени равна
1,05·10
-
3
.


Пример 6.
В
ычислите водородный показатель рН во
д
ного
раствора гидроксида калия, содержащегося в растворе в конце
н-
трации 4,2 · 10
-
3

моль/л.

Решение

Концентрация гидроксильных ионов в растворе КОН ра
в
на:


моль/л.

Исходя из

ионного произведения воды
,
находим
-
HS






S
H
HS
H
K
2
д
-




-

1
α
М
2
д
С
K
3
7
М
д
10
05
,
1
1
,
0
10
1
,
1
α
-
-





С
K
3
OH
10
2
,
4
-


-
C
O
H
2
K
12

ко
н
центрацию ионов водорода:

моль/л.

Водородный показатель раствора КОН равен:

.


Пример 7.

Рассчитайте ионную силу раствора
K
2
SO
4
, м
о-
ляльная концентр
ация которого равна 0,02 моль/кг.

Решение

В водных растворах электролитов коэффициент активн
о-
сти зависит от концентрации и заряда всех присутству
ю
щих в
растворе ионов.
Для количественного выражения эт
ой завис
и-
мости введено понятие об ионной силе раствора
(
I
)
, которая
численно равна полусумме произведений конце
н
трации каждого
иона на квадрат его з
а
ряда (
Z
)
:

,

тогда для раствора
:

,

.


Пример
8
.

Как по
влияет на выход хлора в системе

4
HCl

(г)

+
O
2 (г)




l
2 (г)

+ 2
H
2
O

(ж)
; Δ
H
0
=



202,4 кДж

а) повышение температуры в реакционном объёме; б) уменьш
е-
ние общего объёма системы; в) уменьшение концентрации к
и
с-
лорода; г
)

введение катализат
о
ра?

Решение


а
) Данная реакция протекает с выделением теплоты

H
0
<0), поэтому согласно принципу Ле Шателье выход хлора
11
3
14
OH
O
H
H
10
24
,
0
10
2
,
4
10
2
-
-
-





-

C
K
C
62
,
11
10
24
,
0
lg
lg
pH
11
H


-

-

-

C
)
...
(
2
1
2
2
2
2
2
1
1
n
n
Z
C
Z
C
Z
C
I




-



2
4
4
2
SO
K
2
SO
K
)
(
2
1
2
SO
SO
2
K
K
SO
K
2
4
2
4
4
2
-
-




Z
C
Z
C
I
06
,
0
)
2
02
,
0
1
2
02
,
0
(
2
1
2
2
SO
K
4
2






I
13

увеличи
т
ся при понижении температуры до такого её значения,
при к
о
тором скорость реакции ещё достаточна для относительно
быстрого достижения равнов
е
си
я.

б
) Протекание реакции в прямом направлении сопрово
ж-
дается уменьшением общего числа молей газообразных в
е
ществ,
т.

е
. понижением давления в системе. Уменьшение общего об
ъ-
ёма системы приведёт к повышению давления, а значит, в
ы
зовет
смещение равновесия в с
торону прямой реакции


увел
и
чения
выхода хлора.

в
) Ум
еньшение концентрации кислорода


о
д
ного из и
с-
ход
ных веществ

приведёт к сдвигу равновесия в направлении
о
б
ратной реакции, т.

е
. понизит выход хлора.

г
)
Введение катализатора лишь ускоряет достижение рав
нов
е-
сия, но не влияет на количественный выход продуктов р
е
акции.


Пример 9.

Чему равна энергия активации реакции, если
при повышении температуры от 290 до 300

К скорость её увел
и-
чи
т
ся в 2 раза?

Решение

Обозначим константы скорости реакции при 290 и 300

К
с
оответственно
k
1

и
k
2
.

Используя уравнение Аррениуса, нах
о
дим:

.

Известно, что
k
2
/
k
1

=

2, отсюда
.

Выражаем из последнего соотношения энергию актив
а
ции:

.

кДж
.


)
290
1
300
1
(
R
290
300R
1
2
a
a
a
-
-
-
-


R
E
E
E
e
e
e
k
k
2
)
290
1
300
1
(
а

-
-
R
Е
е
)
290
1
300
1
(
314
,
8
2
lg
30
.
2
2
ln
a
-
-


E
48,0
Дж
48013
00333
,
0
00345
,
0
314
,
8
693
,
0
a


-


E
14

П
ример 10
.
Рассчитайте молярную концентрацию эквив
а-
лен
та, моляльную концентрацию

и массовую долю (в %) серной
к
и
сло
ты в 2
М

растворе
H
2
SO
4
, имеюще
м плотность 1,12 г/мл.

Решение

а)
Молярная масса серной кислоты
М

(
H
2
SO
4
)

=

98 г/моль,
тогда м
олярная масса эк
вивалента
H
2
SO
4

в реакц
иях полной
нейтрализации равна:
М
экв

(
H
2
SO
4
)

=

98/2

=

49 г/моль.

Отношение
М

(
H
2
SO
4
)/
М
экв

(
H
2
SO
4
)

=

98/49

=

2.

Следователь
но, одномолярный (1
М)

раство
р содержит
2 моль
-
эквивал
ента

в одном
л
итре

H
2
SO
4
, а 2
М

раствор соде
р-
жит 4
моль
-
эквивалента

в 1
л

раствора
, т.

е
. является четырё
х-
нормальным (4

Н
).

б) Для вычисления моляльной концентрации

найдём массу
одного лит
ра 2
М

раствора
, массу вещества (
H
2
SO
4
) и раствор
и-
теля (
H
2
O
) в нём:

m
р
-
ра

=

ρ

V
р
-
ра

=

1,12

·

1000

=

1120 г
;

m
в
-
ва

=

М

(
H
2
SO
4
)

·

n
(H
2
SO
4
)

=

98

·

2

=

196
г
;

m
р
-
ля

=

m
р
-
ра



m
в
-
ва

=

1120



196

=

924

г

=

0,924 кг
;

n
(
H
2
SO
4
) в 1 л раствора


2 моль.

Моляльность раствора равна:

m
=
n
(
H
2
SO
4
)/
m
р
-
ля
2/0,9242,16 моль/кг
.

в)
Массов
ая доля серной кислоты в 2
М

растворе составл
я
ет:

ω
%

=

(
m
в
-
ва
/
m
р
-
ра
)
100

=

(196/1120)
100

=

17,55

%.


Пример 11.
Золь иодида серебра
AgI

получен при доба
в-
лении к 0,02 л 0,01

Н раствора иодида калия
KI

0,028 л
нитр
а
та
серебра
AgNO
3

в концентрации 0,005

Н. Определите заряд ч
а-
с
тиц полученного золя и напишите форм
улу его мице
л
лы.

Решение

При смешивании растворов
AgNO
3

и
KI

протекает реа
к
ция:

AgNO
3

+
KI


AgI

+
KNO
3
.

Определяем число грамм
-
эквивалентов
AgNO
3

и
KI
, учас
т-
вующих в реакции:

AgNO
3
:
С
н

V

 0,005 ∙ 0,028  1,4 ∙ 10
-
4

г
-
экв
;

15

KI
:
С
н

V

 0,01 ∙ 0,02  2,0 ∙10
-
4

г
-
экв
.


Расчет показывает, что в растворе избыток
KI
, следов
а-
тельно, ядром частиц золя иодида серебра будут адсорбироват
ь-
ся ионы
,

и частицы золя приобретают о
т
рицательный заряд.
Противоионами являются катионы К
+
. Тогда формула миц
еллы
золя иодида серебра при у
с
ловии избытка
KI

имеет вид:


где

ПОИ


потенциалопределяющие ионы;

ПРИ
1



противои
о
ны
адсорбционного слоя;

ПРИ
2



противоионы диффузионного слоя.



1.4.

Тесты для самоконтроля


1.
Во сколько раз станет бол
ьше скорость прямой реакции
по сравнению со скоростью обратной реакции в системе

2СО  О
2
→2СО
2
,

е
с
ли увеличить давление в 2 раза?

а
) в 2 раза;


б) в 4 раза;


в) в 8 раз.

2.
В системе установилось равновесие

Н
2
S
(г)
↔Н
2(г)

+ S
(г)



20,1кДж.

Как необходимо
изменить давление и температуру, чтобы
равновесие сместилось в сторону образования сер
о
водорода?

а
) понизить температуру и давление;

б) понизить температуру, повысить давление;

в) повысить температуру, понизить давление.


3.
При гидролизе хлорида хрома рН
среды

а) рН>7;


б) рН<7;


в) рН 7
.


-
I

-

-







-







2
1
ПРИ
ПРИ
ПОИ
ядро
K
K
)
(
I
AgI
x
x
n
n
m
16

4.
В 190 г воды растворили 10 г сахара. Какова массовая
доля с
а
хара в растворе?

а) 0,1;



б) 0,4;



в)

0,05.


5.
Как изменится скорость химической реакции при
уменьшении температуры на 40 ºС, если температурный коэ
ф-
фиц
и
ент равен 2?

а
) увеличится в 8 раз
;

б) уменьшится в 8 раз
;

в) уменьшится в 16 раз
.


6.
Вычислите молярную концентрацию 20%
-
го

раствора
CaCl
2

(
ρ

=

1,178 г/мл)
:

а) 4,24 моль/л;

б) 2,12 моль/л;

в)

1,06 моль/л.


7.
Вычислите молярную концентрацию эквивалента
ра
с-
твора
CuCl
2
,
содержащего в 200 мл раствора 50 г хл
о
рида меди.

а
) 4,24 моль
-
экв/л
;

б) 2,12 моль
-
экв/л
;

в)

3,7 моль
-
экв/л
.


8.
К какому свойству коллоидных систем можно отнести
эффект Тиндаля
?

а) м
олекулярнокинетическое
;


в
) оптич
е
ское.

б
) э
лектрокинетиче
ское
;


9.
Какой способ применяется в водоподготовке для коаг
у-
ляции коллоидных систем?

а
)
воздейст
вие низких и высоких температур;

б)
введение электролита
;

в)
механическое воздействие
.


10.
Вещество, которое способно адсорбироват
ь на своей
поверхности
,

называется

а)
адсорбат
;


б)
адсорбент
;


в)
адсо
р
бтив
.


17

11.
При очень малых концентрациях уравнение Лэнгмюра
имеет следующий вид
:

а)
А

=

abc
;


б)
;


в)
A

=

a
.

12.
Изотерма адсорбции описывает зависимость колич
е-
с
т
ва адсор
бированного вещества:

а)
от концентрации адсорбтива
;

б)
от температуры
;

в)
от химической природы адсорбента
.



1.5.

Контрольные вопросы и зад
а
ния


1.
Дайте хара
ктеристику
изотопного состава воды.

2.
Укажите различия в свойствах легкой, тяжелой и
свер
х
тяжелой воды.

3.
С чем связаны аномальные явления воды?

4.
Что называется термодинамической системой? К каким
си
с
темам можно отнести природные воды?

5.
По диаграмме состояния воды подсчитайте вариан
т-
ность си
с
темы для тройной точки.

6.
Какие сис
темы

являются гомогенными и

гетерогенн
ы
ми?

7.
Как определяется скорость гомогенных и гетерогенных
реа
к
ций?

8.
Какие факторы влияют на скорость протекания реа
к
ций?

9.
Как изменит
ся скорость реакции 2NO  O
2

= 2
NO
2
, если а)
объем системы увеличить в 5 раз; б) ум
еньшить да
в
ление в 3 раза?

10.
Вследствие осмоса пресная вода будет диффундир
о-
вать ч
е
рез полупроницаемую перегородку в морскую воду. Что
произойдет, если в этих условиях на морскую воду оказать да
в-
ление больше осмотического?

11.
Приг
отовл
енный водный раствор

содержит

50

%
(масс.) серной кислоты. Рассчитайте молярную

концентрацию
,
bc
bc
a
A


1
18

молярную концентра
цию эквивалента, моляльную концентр
а-
цию
и мольную долю серной к
и
слоты в растворе.

12.
Из закона Генри следует, что объем растворяемого газа

не зависит от давления. Растворимость кислорода равна 5 объ
е
мам
в 100 объемах воды при 0º С. Определить молярную
концентр
а-
цию

растворов, полученных при давлениях 101 и 1010 кПа.

13.
Для нейтрализации 20 мл 0,1 Н раствора кислоты п
о-
требов
а
лось 8 мл раство
ра гидроксида натрия. Сколько грамм
ов

NOH соде
р
жит 1 л этого раствора?

14.
Вычислить ионную силу и активность ионов в 0,1%
-
м

растворе FeCl
3

(ρ  1 г/мл).

15.
Что называется произведением растворимости? Какое
сво
й
ство вещества характеризуется этой величино
й? При каких
у
с
ловиях происходит выпадение и растворение осадка?

16.
Раствор имеет рН  12. Кислота или основание нах
о-
дится в этом растворе? Определите концентрацию ионов вод
о-
рода в этом растворе.

17.
В каких случаях сливание растворов двух солей не
привод
ит ни к каким химическим реа
к
циям?

18.
Перечислите случаи солей, подвергающихся ступенч
а-
тому ги
д
ролизу.

19.
Как изменится рН среды после растворения в воде: а)
ацетата натрия; б) хлорида аммония; в) хлорида н
а
трия?

20.
При концентрации раствора ацетата на
трия 0,1 моль/л
его рН 10. Определите по этим данным степень гидрол
и
за соли.

21.
Составьте молекулярные и ионные уравнения реакций
ги
д
ролиза коагулянтов FeCl
3

и
Al
2
(
SO
4
)
3
.

22.
Какие растворы называют буферными? На чем основан
р
е
гулирующий механизм буферных

систем? Какую роль играют
буферные растворы в процессах биологической очистки сто
ч-
ных вод?

23.
К 1 л смеси уксусной кислоты и ацетата натрия
,

взятых
в ра
в
ных концентрациях (0,2 моль/л)
,

добавили 0,005 л раствора
19

ги
д
роксида натрия с концентрацией 0,2 моль/
л. Изменится ли
рН ра
с
твора?

24.
Можно ли получить коллоидные растворы, дисперг
и-
руя в в
о
де следующие вещества: KCl
,
SiO
2
,
Na
,
S
,
Br
2
?

25.
Описать строение коллоидной частицы. Имеет ли заряд
ко
л
лоидная частица?

26.
Коллоидное состояние сульфата бария получе
но путем
добавления раствора ацетата бария к избытку раствора сульфата
лития. Какие ионы будут адсорбироваться на поверхности ча
с
тиц?

27.
Какая устойчивость коллоидной системы обусловлена
броуновским движен
и
ем молекул?

28.
Какая концентрация электролита,
вызывающая явную
коаг
у
ляцию
,

называется порогом коагуляции?

29.
Что называется ξ
-
потенциалом? При каком его знач
е-
нии н
а
ступает изоэлектрическое состояние коллоида и какую
роль это и
г
рает в процессах очистки воды?

30.
Как изменится рН среды после растворени
я в воде: а)
хлорида железа
(
III
)
; б) карбоната калия; в) сульфида алюм
и
ния?

















20

2.
СОСТАВ И ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА

ПРИРОДНЫХ И СТОЧНЫХ ВОД



2.1.
Содержание темы


1.
Классификация природных вод.

Классификация по
происхождению, по принципу использ
ования воды, по
хим
и-
ческому составу. Классификация по количеству и характеру
прим
е
сей.

2.
Физико
-
химические показатели качества
природной
воды
.
Органолептические показатели качества воды
: му
т-
ность, цветность, запах и привкус природной воды.
Физич
е-
ские пока
затели качества воды
: температура, водородный п
о-
казатель рН природной воды, сухой, прокале
н
ный и плотный
остаток. Взвешенные вещества. Примеси, выпадающие в ос
а-
док.
Химические показатели качества воды
: с
одержание о
с-
новных к
а
тионов и анионов природной воды
.

Жесткость воды.
Кислотность и щело
ч
ность природной воды. Окисляемость.

3.
Содержание растворенных газов природной воды
.

Растворимость газов в жидкостях, факторы, влияющие на ра
с-
твор
и
мость газов. Уравнение Клапейрона


Клаузиуса, закон
Генри


Дальтона. Аг
рессивность природных вод, виды агре
с-
сивности по отношению к металлическим и бетонным
издел
и-
ям. Формы углекислоты. Методы определения агрессивной
угл
е
кислоты.

Стабилизация воды.

4
.
Содержание органических веществ
.

Гуминовые с
о-
единения, гуминовые и фульвоки
слоты
,

их влияние на кач
е-
с
т
во приро
д
ных вод.

5.
Содержание микроэлементов в природных водах
.

С
о-
держ
а
ние основных микроэлементов природных вод: кремния,
железа, марганца и фтора в природных водах. Их влияние на
качество воды. Методы обескремнивания, обезжел
езивания,
обесфто
ри
вания и деманг
а
нации.

21

6
.
Формирование состава сточных вод.

Классификация
сточных вод в зависимости от природы примесей, от диспер
с-
ности примесей, от происхождения примесей. Сан
и
тарно
-
химический анализ примесей сточных вод.

7.
Показатели

качества сточных вод.

Важнейшие те
х-
нологические показатели: температура, окраска и запах сто
ч-
ных вод, активная реакция среды, сухой и плотный остаток,
взвеше
н
ные вещества, окисляемость, ХПК и БПК, содержание
синтетических поверхностно
-
активных веществ (СП
АВ), с
о-
держ
а
ние нефтепродуктов.



2.2.
Виды СРС


1.
Подготовка к лабораторным работам
.


2.
Индивидуальное задание.



2.3. Примеры решения задач


Пример 1
.

В воде сод
ержат
ся ионы в мг/л:

Na
+



69,4;
Mg
2+



96,3;

Ca
2+



112,6;




147,
2;



126,8
;




170,03.

Н
е
обходимо выразить концентрацию ионов в ммоль
-
экв/л.

Решение

Для нахождения
молярной массы эквивалента
необходимо
массу иона разделить на валентность иона. Например, м
о
лярная
масса экви
валента иона натрия
Na
+

пр
и
близительно равна


23 вес.

ч.,

иона

Ca
2+

=

20,04,
Mg
2+

=

12,15;
=

35,55;


=

61;
=

48,0;

=

38,04.

Для вы
ражения конце
нтрации ионов в ммоль
-
экв/л надо
массу

(
m
)

иона в мг/л разделить на
молярную массу
эквивалент
а
и
о
на


э
)
:

-
Cl
-
2
4
SO
-
2
3
SiO
-
Cl
-
3
HCO
-
2
4
SO
-
2
3
SiO
22

.


м
моль
-
экв/л;


ммоль
-
экв/л;


ммоль
-
экв/л;


ммоль
-
экв/л;


ммоль
-
экв/л;


ммоль
-
экв/л.


Пример 2
.

При определении содержания кислорода к и
с-
следу
е
мой

воде объемом 100 мл

был добавлен хлорид марганца
и иодид калия. На

титрование избытка иодида кали
я было и
з-
расходовано 15,9 мл раствора

тиосульфата натрия Nа
2
S
2
О
3

с м
о-
лярной концентрацией 0,01 моль/л. Определите содержание
к
и
слорода в исследуемой в
о
де в моль/л и мг/л.

Решение

Концентрацию растворенного кислорода определяют по
закону эквивалентов:

;

,

где

V
1



объём раствора, содержащий кислород, мл;

С
1



конце
н-
трация

растворенного кислорода, моль/л;

V
2



объём
тиосульф
а-
э
m
C
M

01
,
3
23
4
,
69
Na



С
61
,
5
04
,
20
6
,
112
2
Ca



C
92
,
7
15
,
12
3
,
96
2
Mg



C
47
,
4
04
,
38
03
,
170
2
3
SiO


-
С
14
,
4
5
,
35
2
,
147
Cl


-
С
64
,
2
48
8
,
126
2
4
SO


-
C
)
O
S
Na
1
(
υ
)
O
1
(
υ
3
2
2
2
z
z

)
O
S
Na
1
(
)
O
1
(
3
2
2
2
2
2
1
1
z
C
V
z
C
V

23

та натрия Nа
2
S
2
О
3
;

С
2



концентрация
тиосульфата натрия

2
S
2
О
3
.

Для тиосульфата в данной

реакции молярная концентрация
равна молярной концентрации экви
валента, тогда молярная
концентрация эквивалента кислорода равна:

моль
-
экв/л.

Зная молярную концентрацию эквивалента кислорода,
о
п
ределяем его ма
с
су:


где



м
о
лярная масса эквивалента кислорода, кот
о-
рая равна 8 г
-
экв/моль.


г/л  12,72 мг/л.


Пример 3
.

Анализом найдено, что щелочность воды ра
в
на
5,7 мг
-
экв/л
.
Равновесное
содержание

гидрокарбонат
-
ионов с
о-
ставляет 335 мг/л. Определите показатель ст
а
бильности воды.

Решение

Количественное содержание гидрокарбонат
-
ионов в воде
определяется соотношением различных форм углекислоты: ги
д-
рокарбонат
-
ионов
, карбонат
-
ио
нов



и свобо
д-
ной углекислоты


[
CO
2
]
. В водном растворе между ними сущ
е-
ствует динамическое углекислотно
-
карбонатное равнов
е
сие:

2
.

Количественной технологической характеристикой этого
равн
о
весия служит показа
тель стабильности воды:

,

3
3
3
1
2
2
2
1
10
59
,
1
10
100
01
,
0
10
9
.
15
)
O
1
(
-
-
-







V
C
V
z
C
),
O
1
(
M
)
O
1
(
)
O
1
(
2
экв
2
1
2
z
z
C
z
m


)
O
1
(
M
2
экв
z
3
-
3
2
10
12,72

8

10
59
,
1
)
O
1
(





-
z
m


-
3
HCO
]
CO
[
2
3
-
O
H
CO
CO
HCO
2
2
2
3
3



-
-
s
C
Щ
Щ
0

24

где Щ
0



щелочность исходной воды, мг
-
экв/л;

Щ
s



щелочность
воды после насыщения её карбонатом кальция, мг
-
экв/л (равн
о-
весная щелочность воды).

Так

как молярная масса эквивалента
гидрокарбонат
-
иона
равна
мг
-
экв/л
, то


мг
-
экв/л.

Находим показатель стабильности
:

.

На основании значения показателя стабильности (
С



1)
вода является агрессивной, т.

е. при контакте с бетоном и жел
е-
зом б
у
дет вызы
вать коррозию.


Пример 4
.

Является вода стабильной или агрессивной, е
с-
ли в результате анализа установлен
о
, что в ней содержится
[
Ca
2+
]

=

100 мг/л,
[
CO
2
]

=

56 мг/л,

=

183
мг/л?

Решение

Определение агрессивности воды производится на

основ
а
нии
константы равновесия. Для разбавленных раств
о
ров


при
25 ºС:

е
сли
[
Ca
2+
]

и

выражается в г
-
ион/л, а
[
CO
2
]

в
моль/л, тогда
.

е
сли
[
Ca
2+
]

и

выражают

в мг
-
ион/л, а
[
CO
2
]

в
ммоль
/л, тогда
.

Представим концентрации
[
Ca
2+
]

и

в мг
-
ион/л
:


мг
-
ион/л;


мг
-
ион/л.

Представим концентрацию
[
CO
2
]

в ммоль/л
:

61
)
(HCO
M
3
э

-
0
,
6
61
335
Щ


s
95
,
0
0
,
6
7
,
5


С


-
3
HCO


-
3
HCO
5
CO
10
43
,
3
2
-


K


-
3
HCO
3
,
34
2
CO

K


-
3
HCO


5
,
2
40
100
Ca
2





3
61
183
HCO
3


-
25


ммоль/л.

Найдём концентрацию равновесной углекислоты, подста
в
ляя
все известные величины в уравнение константы диссоци
а
ции:

;


ммоль/л.

Из полученного результата

делаем вывод, что вода

агре
с-
сивна, т.

к. содержание свободной углекислоты (1,273 ммоль/л)
больше равновесной (0,547 ммоль/л).


Пример 5
.

Определить ХПК сточной воды, содержащей
2,5 г муравьиной кислоты и 1,0 г уксусной кислоты в одном
литре воды.

Решение

ХПК сточной воды


ки
слородный эквивалент количества
органических веществ (восстановителей), окисляющихся в пр
и-
месях сточной воды.

Запишем процессы химического окисления присутству
ю-
щих к
и
слот в 1 л сточной воды
:







(1)





(2)


Находим количество кислот, содержащихся в 1 л сто
ч
ных вод
:

,

где
n



количество вещества, моль;

m



масса, г;

М


м
о
лярная
масса, г/м
оль.

М(СН
2
О
2
)  46 г/моль,

М(С
2
Н
4
О
2
)  60 г/моль,

М(О
2
)

=

32 г/моль.




273
,
1
44
56
СО
2








2
CO
2
3
2
2
HCO
Ca
CO
K
-





547
,
0
3
,
34
5
,
2
3
CO
2
2



O;
2H
2CO
O
O
CH
2
2
2
2
2



O.
2H
2CO
2O
O
H
C
2
2
2
2
4
2



M
m
n

26

Тогда


моль;


моль.

Согласно уравнению реакции

(1), на окисление 2 молей
муравьиной кислоты расходуется 1 моль кислорода
:

,

тогда количество кислорода


моль
.

Согласно уравнению реакции

(2),
на окисление 1 моль у
к-
с
усной кислоты расходуется 2 моля

кислорода.


тогда количество кислорода


моль
.

Находим
общее количество кислорода, пошедшее на оки
с-
ление двух кислот:


моль,

т
огда


г.

отсюда ХПК сточной воды составляет 1,952 г/л.



2.4. Тесты для самоконтроля


1.
Какой ион (или ионы) обусло
влива
ет естественную щ
е-
лочность воды?

а)
;



б)
;


в)
.


2
.
Какой химический показатель определяет общее число
растворенных в воде солей и ко
л
лоидов
?

054
,
0
46
5
,
2
)
O
CH
(
2
2


n
017
,
0
60
1
)
O
H
C
(
2
4
2


n
2
2
O
O
CH
2
n
n

027
,
0
2
054
,
0
2
2
2
2
O
CH
O



n
n
2
2
4
2
2
O
H
C
O
n
n

034
,
0
017
,
0
2
2
2
4
2
2
O
H
C




n
n
O
061
,
0
034
,
0
027
,
0
2
О



n
952
,
1
32
061
,
0
2
O



m
-
OH
-
3
HCO
-
2
3
CO
27

а) прокаленный остаток
;


в
) сухой ост
а
ток
.

б
) электропроводность;


3.
Для какой кислоты общая кислотность будет равна а
к-
тивной
?

а
)
HCl
;


б
)
CH
3
COOH
;

в
)
H
2
CO
3
.


4.
Какие ионы определяют свободную форму углек
и
слоты
?

а)
СО
2
;



в
)
;

б
)
;


г)
Н
2
СО
3
.


5.
В к
акой форме находится углекислота, если рН

=

4,2
?

а)
СО
2
;



б)
;


в
)
.


6.
Чему равен показатель стабильности, если вода агре
с-
сивна по отношению к бетонным и металлическим изделиям
?

а) С

=

1
;


б)

С



1
;


в) С



1
.


7.
Если в уравнении углекислотного равновесия увеличить
ко
н
центрацию СО
2
, то вода будет
:

а) стабильна
;


в
) склонна к выделению оса
д
ка
.

б
) агресси
в
на
;


8.
Окисляемость воды показывает присутствие в ней
:

а) о
кислителей
;

б)

восстановителей
;

в)
общее содер
жание солей в воде
.


9.
Какие воды имеют наименьшую окисляемость
?

а) артезианские
;

в
) незагрязненные грунт
о
вые
;

б
) озерные
;


г) речные.


10.
По величине БПК можно судить о степени загрязне
н-
ности в
о
ды
:

-
3
HCO
-
2
3
CO
-
3
HCO
-
2
3
CO
28

а)
неорганическими загрязнителями
;

б)
органическими заг
рязнителями
;

в)
загрязнение микроорганизмами
.


11.
Растворимость газов в воде увеличивается
:


а)
при
понижении
давления и понижении

температ
у
ры
;

б)
при
повышении давления и повышении

температ
у
ры
;

в)
при
повышении давления и понижении

температ
у
ры
;

г)
при по
нижении

давления и повышении

температ
у
ры
.



2.1.

Контрольные вопросы и задания


31.
Перечислите виды коррозионной агрессивности воды
по отношению к бетону и дайте им краткую характеристику.
Меры борьбы с разрушением бетона подземных и подводных
соор
у
жений.

32.

Какая вода называется стабильной? Что такое показ
а-
тель стабильности?

33.
Перечислить все формы углекислоты в воде. Как вли
я-
ет величина рН на соотношение между этими формами?

34.
Используя уравнение углекислотного равновесия
,

об
ъ-
ясните, в каком случае во
да является агрессивной, стабильной,
скло
н
ной к отложению карбоната кальция.
Перечислите

методы,
применя
е
мые для обеззараживания воды
, и дайте

им краткую
сравнительную характер
и
стику.


35. Охарактеризуйте

методы дехлорирования в
о
ды.

36. Установите

соотноше
ние между концентраци
я
ми

и

при рН  9,0;
t

 25 °С. Определите

концентр
а
цию

в
воде при рН  12,0 и ко
н
центрации

 2 мг
-
ион/л.

-
2
3
CO
-
3
HCO
-
2
3
CO
-
3
HCO
29

37.
Анализом установлено, что иссл
едуемая вода соде
р
жит
св
о
бодной CО
2

75 мг/л, связанной



7,0 мг
-
экв/л. Сделать
заключение о ст
а
бильности воды.

38.
Используя уравнение углекислотного равнове
сия,

об
ъ-
ясните, в каком случае вода является агрессивной, стабил
ь
ной,
склон
ной к отложению карбоната кальция.


39.
Содержание гидрокарбонатов в исходной воде соста
в-
ляет 250 мг/л. После контакта пробы воды с мрамором щёло
ч-
ность воды стала 4,0 мг
-
экв/л. Сделайте заключение о стабил
ь-
ности в
о
ды.


40.
Анализом воды найдено, ч
то щёлочн
ость её равна
5,7 мг
-
эк
в/л. Равновесное содержание гидр
окарбонатов рав
но
250 мг/л. Опре
делите

показатель стабильн
о
сти.


41.
Установлено, что в воде при
t

 18 °С и рН  7 соде
р-
жится 40 мг/л иона
C
а
2+
. Общее солесодержание 420 мг/л, щ
е-
лоч
ност
ь воды
3 м
г
-
экв/л. Рассчитать индекс стабильн
о
сти.


42.
Что называется активным хлором, как он определяется
в хлорсоде
р
жащем реагенте?

43.
Что называется оптимальной дозой хлора, как он опр
е-
деляется, от чего зависит?

44.
Установите

соотношение между ко
н
центрациями и
она

и угольной кислоты
H
2
C
О
3

при рН  4,
t

=

25 °С.

45. Установите

соотношение между концентраци
я
ми
и

при рН  9,0 и

температуре

25 °С.

46. Определите

концентрацию

в

воде при рН  12,0
и конце
н
трации

 2 мг
-
ион/л.

47.
Является вода стабильной или агрессивной, если в резул
ь-
тате анализа установлено, что в ней соде
р
жится

Са
2+

 100 мг/л,

 56 мг/л,
 183 мг/л.

-
3
HCO
-
3
HCO
-
2
3
CO
-
3
HCO
-
2
3
CO
-
3
HCO
-
2
3
CO
-
3
HCO
30

48.
Анализом установлено, что исследуемая вода содержит
свободной CО
2

75 мг/л, связанной
7,0 мг
-
экв/л.

Сд
е
лать
заключение о стабильности воды.

49.
Содержание гидрокарбонатов в исходной воде соста
в-
ляет 250 мг/л. После

контакта пробы воды с мрамором щёло
ч-
ность воды стала 4,0 мг
-
экв/л. Сделайте заключение о стабил
ь-
ности воды.

50.
Анализом воды найдено, что щёлочность её равна


5,7 мг
-
эгв/л. Равновесное содержание гидрокарбон
атов равно
250 мг/л. Определить показатель стабильн
о
сти.

51.
Установлено, что в воде при
t

 18 °С и рН  7 соде
р-
жится 40 мг/л иона
C
а
2+
. Общее солесодержание 420 мг/л, щ
е-
лоч
ност
ь воды


3

мг
-
экв/л. Рассчитать индекс ст
а
бильности.

52.
Содержание фенола в

с
точных водах составляет
15 г/л.
Коэффициент рас
пределения между водой и

несмешивающи
м
и-
ся с ней растворителями равен 0,1. Экстрагирование 4 м
3

воды
производится растворителем, применяемым для этого в колич
е-
стве 10

%

от объёма воды. Определить ко
н
центрацию ф
енола в
воде после трёх последовательных эк
с
тракций.

53.
Написать уравнение реакций гидролиза коагулянтов
Al
2
(
SO
4
)
3
и

FeCl
3

в присутствии гидрокарбоната кальция. Скол
ь-
ко мг
-
экв содержится в 212 мг
Na
2
CO
3
,

120 мг
CaSO
4
, 56 мг
Al
2
(
SO
4
)
3
?

54.
Анализом установ
лено, что в речной воде содержатся
следую
щие ионы в мг/л:
Na
+
=
73,6;
Mg
2+
= 74,7;
=
2
l
,9;


=
231,0;

= 59,0;

= 1,054.
На
сколько точно

проведён анализ воды?

55
.
Ре
чная вода содержит в мг/л: С
a
2+

=

87,9;
Mg
2+

=
18,6;


= 274,0;

=

107,5;

= 19,5;

=

13,5.
По
данным ана
лиза определить содержание иона К
+

и карбонатную
жёсткость в
оды
(мг
-
экв/л).

-
3
HCO
-
2
4
SO
-
Cl
-
2
3
SiO
-
3
NO
-
3
HCO
-
2
4
SO
-
Cl
-
2
3
SiO
31

56
.
Сравнить качество воды двух источников по приведённым

данным.


Показатель

Источник 1

Источник
2

Плотный осадок, мг/л

1230

700







Концентрация ионов, мг/л



480

19



20

126



24

63


183

305


346

142


330

180


4,4

0,3


1,9

0,3

Жесткость общая, мг
-
экв/л

3,76

12,8

Коли
-
индекс

0

2500


57
.
Дать п
онятие окисляемости воды. Чем отличается ХПК от
БПК?

Как определяется ХПК?

5
8
.
Определить

окисляемость воды, е
сли п
ри определении
окисляе
мости на титрование 100 мл воды

израсходовано 4,2 мл
0,01 Н
KMnO
4
.


59
.
При определении окисляе
мости израсходовано 6 мл

0,1
Н
KMnO
4
,

на титрование 15
0 мл воды. Определить окисляемость
воды
.

60.
Речная вода содержит
мг/л: С
a
2+

=

47,0;
Mg
2+

= 10,3;


Na
+

= 25,1;

= 158,7;

=

52,7;

= 21,0;

=

18,6.
Точно ли
проведён анализ воды?


Na

2
Ca

2
Mg
-
3
HCO
-
2
4
SO
-
Cl

2
Fe
-
F
-
3
HCO
-
2
4
SO
-
Cl
-
2
3
SiO
32

3.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССОВ ОЧИСТКИ
ПРИРОДНЫХ И СТОЧНЫХ ВОД



3.1.
Содержание темы


1.
Механические методы.

Разделение примесей

воды без
структурно
-
химических изменений примесей. Процессы с
е-
диментации, осветл
ения во взвешенном слое, флотация, а
э-
риров
а
ние
.

2.
Физические методы.

Воздействие на водную систему
внешних физических сил (давления, теплового воздействия) или
внутре
н
них поверхностных межмолекулярных сил, приводящих
к уд
а
лению примесей без структурно
-
хи
мических изменений в
системе. Процессы обратного осмоса, коагул
я
ции, адсорбции на
ионитах, дистилляции.

3.
Физико
-
химические методы.

Воздействие на водную с
и-
стему внешних физических силовых полей (акустического,
электрического, теплового) с изменением стру
к
турно
-
химических

свойств в системе. Процессы электродиализа, эле
к-
трокоагуляции, облучения, ди
с
тилляции.

4.

Химические методы.

Воздействие объемных сил ионн
о-
го или ионно
-
молекулярного взаимодействия на примеси, выз
ы-
вающие структурно
-
химические изменения в

водной системе.
Процессы ионного обмена, обеззараживания, экстракции, ос
а-
ж
дения, окисления, нейтрализации, удаление солей жесткости,
коагуляции.

Корректирование в воде содержания железа, ма
р-
ганца, кремниевой кислоты и фтора.

5.
Биохимические (биологическ
ие) методы.

Воздействие на
примеси б
иологических агентов, вызывающих

стру
к
турно
-
химические изменения в системе. Процессы обеззараживания
воды
(хлорированием, гипохлоритами,
солями тяжелых мета
л-
лов, озонир
о
ванием
).


33

3.1.

Виды СРС


1.
Подготовка к лабораторным ра
ботам
.

2.
Индивидуальное задание
.



3.2.

Примеры решения задач


Пример 1
.

Общая жесткость воды равна 6 мг
-
экв/л, а с
о-
держание магния в ней 18,24 мг/л. Определите кальциевую
ж
е
сткость воды.

Решение

Общая
жесткость воды равна суммарному содержанию
ионов
и
в одном литре воды
:

,

где Ж
общ



общая
жесткость воды, ммоль
-
экв/л;



кальци
е-
вая жесткость, показывающая содержание ионов
в одном
литре воды, ммол
ь
-
экв/л;



магниевая жесткость,
показ
ы-
вающая содержание ионов

в одном литре воды, ммоль
-
экв/л.

О
тсюда

.

Переводим количество магния из мг/л в ммоль
-
экв/л, если
м
о
лярная масса эквивален
та магния составляет

,

где
Ar



относительная атомная масса;

В


валентность.


ммоль
-
экв/л
.

Т
огда кальциевая жесткость составляет
:


ммоль
-
экв/л.


2
Ca

2
Mg




2
2
Mg
Са
общ
Ж
Ж
Ж

2
Са
Ж

2
Ca

2
Mg
Ж

2
Mg


-

2
2
Mg
общ
Са
Ж
Ж
Ж
16
,
12
2
32
,
24
В
Ar
)
(Mg
М
2
э




5
,
1
16
,
12
24
,
18
Ж
2
Mg



5
,
4
5
,
1
6
Ж
2
Са

-


34

Пример 2
.

Вычислит
ь количество 70%
-
й

технической и
з-
вести и количество соды (
Na
2
CO
3

·
10
H
2
O
), необходимое для
умя
г
чения 5 м
3

воды, общая жёсткость которой равна 5 мг
-
экв/л,
карбонатная составляет
3 мг
-
экв/л, содержание свободной СО
2

равно
110 мг/л, а ионов
Mg
2+



2

мг
-
экв/л.

Решение

Для определения дозы извести используем формулу

,

где Д
СаО



доза химически чистой извести, мг/л;

Ж
к



карбона
т-
ная жесткость, мг
-
экв/л;

Mg
2+



содержание ионов магния,

мг
-
экв/л;

СО
2



содерж
а
ние свободной углекислоты,
мг/л;

22


молярная масса эквивалента СО
2
;

М
э



молярная масса эквив
а-
лента, М
э
(СаО)  28 г
-
экв/л.

Для определения дозы соды
применим
формулу

,

где Д
соды



доза химически чистой соды, мг/л;

Ж
нк



некарбона
т-
ная
жесткость, мг
-
экв/л;

М
э



молярная масса эквивалента;
М
э
(
Na
2
CO
3

·
10
H
2
O
)

= 143
г
-
экв
/
л
.

Рассчитываем некарбонатную жесткость
:


мг
-
экв/л.

Рассчитываем дозы химически чистой извести и соды
:


мг/л;


мг/л.

Рассчитываем массу этих реагентов для умягчения 5 м
3

(5000 л) воды
:


мг/л  1470 г/л  1,47 кг/л;


мг/л  2145 г/л  2,145 кг/л.

Рассчитываем массу технической извести, учитывая, что
она с
о
держит 70

% извести
:





)
5
.
0
22
CO
Mg
Ж
(
М
Д
2
2
к
э
СаО













)
1
Ж
(
М
Д
нк
э
соды


2
3
5
Ж
Ж
Ж
к
общ
нк

-

-

294
)
5
,
0
22
110
2
3
(
28
Д
СаО





429
)
1
2
(
143
Д
соды



1470000
5000
294
СаО



m
2145000
5000
429
соды



m
35


г/л.


Пример 3
.

Вода
с карбонатной жесткостью 5 ммоль
-
экв/л
подвергается
Na
-
катионированию. Определить концентрацию
ги
д
рокарбоната натрия в умягченной воде.

Решение

Гидрокарбонат натрия (
NaHCO
3
)
в умягченной в
оде поя
в-
ляется при взаимодействии
Na
-
катионита с гидрокарбонатом
кальция (Са(НСО
3
)
2
) и магния (
Mg
(
HCO
3
)
2
), суммарная конце
н-
трация которых в ммоль
-
экв/л составляет карбонатную жес
т-
кость воды
:


Согласно закону эквивалентов
,


где



количество гидрокарбоната натрия, ммоль
-
экв;




количество гидрокарбоната кальция, ммоль
-
экв;




количество г
идрокарбоната магния, ммоль
-
экв.

В расчете на один литр во
ды это значит
:


ммоль
-
экв/л.


Пример 4
.

Катионитовый фильтр объёмом 25 л умягчил

5 м
3

воды с общей жесткостью 3 ммоль
-
экв/л. Рассчитайте о
б-
менную ёмкость катионита.

Решение

Основной технологической характеристикой ионитов я
в-
ляетс
я их обменная ёмкость (ОЕ),

которая экспериментально
определяется количеством ионов, извлеченных из воды 1 г
р

во
з-
душно
-
сухого ионита.


2100
70
100
1470
CaO



m
.
2NaHCO
Mg
R
)
Mg(HCO
2RNa
;
2NaHCO
Ca
R
)
Ca(HCO
RNa
2
3
2
2
3
3
2
2
3






,
2
3
2
3
3
)
Mg(HCO
)
Ca(HCO
NaHCO
n
n
n


3
NaHCO
n
2
3
)
Ca(HCO
n
2
3
)
Mg(HCO
n
5
Ж
карб
NaHCO
3


n
36

Рассчитыв
ают обменную ёмкость по формуле

,

где Ж
общ



общая жесткость воды, ммоль
-
экв/л
;
V



колич
ество
профильтрованной воды до появления ионов кальция в фильтр
а-
те (до 0,05 ммоль
-
экв/л), л;

V
1



объём катионита, мл;

1000


к
о-
эффициент пересчета от ммолей в моли

и от миллилитров в к
у-
бо
метры;
ОЕ


обменная ёмкость, моль
-
экв/м
3
.


м
оль
-
экв/м
3
.


Пример 5
.

На Н
-
катионитных фильтрах умягчается вода,
имеющая следующий состав: Ж
карб
 2 ммоль
-
экв/л,


=

3,2 мг
-
экв/л,

 1,1 мг
-
экв/л. Определить число в мг/л
о
б
разующихся веществ
в фильтрате.

Решение

При Н
-
катионировании жесткой воды протекают следу
ю-
щие реакции
:

;

;

.

Согласно закону эквивалентов
,

количество выделенной углек
и
с-
лоты э
к
вивалентно количеству гидрокар
бонатов в воде
:


ммоль
-
экв/л.

Так
как
,
количество кислот с
о-
ставляет
:


мг
-
экв/л;


мг
-
экв/л.


1
общ
1000
Ж
ОЕ
V
V



600
25000
1000
5000
3
ОЕ




-
Cl
-
2
4
SO
2
2
CO
O
H
3
2
2
2
3
CO
H
Me
R
)
Me(HCO
RH
2




2HCl
Me
R
MeCl
RH
2
2
2



4
2
2
4
SO
H
Me
R
MeSO
RH
2



2
Ж
карб
)
Me(HCO
CO
2
3
2



n
n
2
3
2
3
2
3
)
Mg(HCO
)
Ca(HCO
)
Me(HCO
n
n
n


2
,
3
-
Cl
HCl


n
n
1
,
1
2
4
4
2
SO
SO
H


-
n
n
37

Рассчитываем молярные массы эквивалента выделивш
ихся
в
е
ществ
:


Так как мг
-
эквиваленты этих веществ равны соответс
т
в
у-
ющему количеству мг, рассчитываем массу выделившихся в
е-
ществ
:



Пример 6
.

Какое
количество хлора содержится в

100

м
3

воды, если для его удален
ия потре
бовалось 2 мг/л сернистого
газа?

Решение

Записываем реакцию нейтрализации хлора сернистым г
а
зом
:

.

Рассчитываем количество сернистого газа, пошедшего на
удал
е
ние

хлора из 100 м
3

или 10
5
л воды, исходя из условия, что
на 1 л
требуется 2 мг или 2
10
-
3
г сернистого газа (молярная ма
с-
са
)
:

.

Согласно уравнению реакции с 1 молем
SO
2

взаимодейств
у
ет

1 моль
Cl
2
, поэтому

.

экв/моль.
г

9
4
2
98
2
М
SO
H
М
экв/моль;
г

5
,
36
1
5
,
36
1
М
HCl
М
экв/моль;
г

22
2
44
2
М
СО
M
4
2
э
э
2
э
-



-



-



мг/л.

9
,
53
49
1
,
1
M
мг/л;

,8
116
5
,
36
2
,
3
M
мг/л;

4
4
22
2
М
4
2
4
2
4
2
2
2
SO
эH
SO
H
SO
H
эHCl
HCl
HCl
эСО
CO
2
CO















n
m
n
m
n
m
4
2
2
2
2
SO
H
2HCl
O
2H
SO
Cl




г/моль

4
6
M
2
SO

моль

5
12
,
3
64
10
10
2
M
5
3





-
mV
n
моль

5
12
,
3
SO
Cl
2
2


n
n
38

3.3.
Тесты для самоконтроля


1.
Какими и
онами обусловлена постоянная жесткость в
о
ды
?

а)
,
;


б)
,
;

в)
.


2.
Какая жесткость воды устраняется кипячением в теч
е-
ние 1 часа при атмосферн
ом давл
е
нии
?

а)
постоянная
;

б)
общая
;


в)
вр
е
менная
.


3.
К какому классу относится вода, если ее общая жес
т-
кость ра
в
на 5 ммоль
-
экв/л
?

а) м
ягкая
;



в
)
средней жестк
о
сти
;

б
)
довольно жесткая
;

г)
жесткая
.


4.
По ГОСТ для хозяйственно
-
питьевых целей жесткость
воды не должна превышать

а)
6 ммоль
-
экв/л
;


в
)
7 ммоль
-
экв/л
;

б
)
8 ммоль
-
экв/л
;


г) 6,5 ммоль
-
экв/л.


5.
Через какие соединения устраняются гидрокарбонаты
кальция и магния
?

а)
СаСО
3
,
MgCO
3
;


в
)

Ca
(
OH
)
2
,
Mg
(
OH
)
2
.

б
)
СаСО
3
,
Mg
(
OH
)
2
;


6.
Какой из реагентных м
етодов применяют для устран
е-
ния карбонатной жес
ткости и одновременно для уменьшения

щелочности
?

а)
кипячение
;

б)
известкование
;

в)
введение
N
аОН
.


7.
Какой из реагентных методов дает наименьшую ост
а-
точную ж
е
сткость

а)
известкование
;


в
)
фосфатный
.


б
)

из
вестково
-
содовый
;

-
Cl
-
2
4
SO
-
2
3
CO
-
3
HCO
-
3
NO
39

8.
Импфирование


это перевод

а)
карбонатной жесткости в некарбонатную жесткость
;

б)
некарбонатной жесткости

в карбонатную жесткость
.


9.
Аминогруппа


это основная ион
о
генная группа:

а)
катионита
;



б)
анионита
.


10.
В растворах с малой
концентрацией лучше обменив
а
ются

а)
одновалентные ионы
;

б)
многовалентные ионы
.


11.
С увеличением рН обменная емкость увеличивается для

а)
катионов
;



б)
анионов
.


12.
В каком случае увеличивается кислотность воды при

а)
Na
-
катионировании
;

в
)
N
Н
4
-
катионир
овании
.

б
)
Н
-
катионировании
;




3.5.

Контрольные вопросы и задания


61.
Какой метод является наиболее распространённым при
удалении из воды растворённы
х примесей (катионов и ани
о-
нов)?

Значение произведения растворимости при выборе соо
т-
ветс
т
вующего осадителя.

6
2.
Какой метод умягчения воды называют термическим?
Какие химические реакции протекают при умягчении воды этим
мет
о
дом?

63.
Как осуществляют умягчение воды методом осажд
е-
ния? Какие реагенты используют? Какие реакции прот
е
кают?
Каков эффект умягчения?

64.

Какой процесс следует проводить для умягчения воды:
катионирования или аэрирования? Почему? Составьте уравн
е-
ния реакций, протекающих при умягчении воды методом ионн
о-
го обм
е
на.

40

65.
Описать химические методы очистки сточных вод.

66.
Выразить химическими ура
внениями процессы, леж
а-
щие в основе обезжелезивания воды методом упрощенной аэр
а-
ции. В каком случае этот метод используется? Каково остато
ч-
ное с
о
держание железа?

67.
С какой целью применяется дезодорация воды? Ох
а-
рактеризуйте известные приёмы дезодорации.

68.
Перечислить методы, применяемые для обеззараж
и-
вания воды и

дать им краткую сравнительную характерист
и
ку.

69
.
Как
величина рН влияет
на процесс обеззараживания
методом хлори
ро
в
а
ния
?

70.
Что называется активным хлором, как он определяется
в хло
р
содержа
щем реагенте?

71.
Что называется оптимальной дозой хлора, как он опр
е-
деляется, от чего зависит?

72.
Что понимают
под выражением остаточный хлор
?

Какова в
е
личина

остаточного хлора

по ГОСТ
?

73.
В каких случаях применяется хлорирование с аммон
и-
заци
ей?
В
чём сущность этого процесса?

74.
Привести
rpa
фики хлороемкости воды при отсутствии
и наличии в ней аммонийных солей. Дать им об
ъ
яснение.

75.
Охарактеризовать методы дехлорирования воды.

76.
На чём основано бактерицидное действие озона? Пр
е-
имущества озониро
вания по сравнению с хлориров
а
нием.

77.
Дать краткую характеристику бытовых и произво
д-
с
т
венных сточных вод.

78.
В чем состоит санитарно
-
химический анализ сточных вод?

79.
Что называется относительной стабильностью сточных
вод, БПК сточных вод? Как они оп
ределяются?

80.
Определить БПК полное в бытовой сточной воде, если
норма водоотведения составляет 300 л, а БПК по
л
ное


45 г на

1

чел. в сутки.

81.
Сущность деструктивных методов очистки произво
д-
с
т
венных сточных вод.

41

82.
Сущность регенеративных методов

очистки произво
д-
ственных сточных вод.

83.
Дайте сравнительную характеристику методов

уд
а-
ления из воды мелкодисперсных примесей.

84.
В чём суть реагентного коагулирования? По каким двум
направлениям протекает нейтрализация электрических з
а
рядов
суспензий
и коллоидных частиц при введении в воду коагуля
н
та?

85.
Что называется оптимальной дозой коагулянта, отчего
она зав
и
сит и как определяется?

86.
Как влияет величина рН на процесс коагулирования
сульфатом алюминия? Как устраняется избыточная кисло
т
ность?

87
. Описать физико
-
химические

методы очистки прои
з-
водственных сточных вод.

88.
Общая жёсткость воды равна 6 мг
-
экв/л. Содержание
ионов С
a
2+

 150 мг/л,
Mg
2+

=
28 мг/л. Точно ли сделан анализ
в
о
ды?

87.
Чему равна временная жёсткость воды, в
1

л которой
соде
ржится 0,146 г

гидрокарбоната кальция?

90.
В
1

л воды содержится 38 мг
-
ионов
Mg
2+

и 108 мг
-
ионов С
a
2+
. Вычислить общую жёсткость воды.

91.
Определить дозу 70
%
-
го

СаО в мг/л, необходимую для
обработки 100 м
3

воды со следующими показателями: общая жес
т-
кост
ь равна 6,0 мг
-
экв/л; постоянная жёсткость


1,5 мг
-
экв/л; св
о-
бодная СО
2

 4 мг
-
экв/л; избыток извести принимается ра
в
ным

0,5 мг
-
экв/л.

92.
Вычислить количество 60
%
-
й

соды (
Na
2
CO
3
· 10
H
2
O
)
,

необходимой для умягчения 1

м
3

воды со следующ
и
ми данными:
обща
я жёсткость воды


7,5 мг
-
экв/л, жёсткость карб
о
натная



5,0 мг
-
экв/л
,

содержание свободной
CO
2



10 мг
-
экв/л.

93,
Рассчитать дозу извести для умягчения воды, соде
р-
жащей: НСО
3
-

=
4,2 мг
-
экв/л;
Mg
2+

=
1,4 мг
-
экв/л;
CO
2

18 мг/л.

94.
Анализом установлено:

в

воде содержится 15 мг
-
экв/л
свободной
CO
2
, общая жёсткость воды

5,8 мг
-
экв/л, постоя
н
ная
1
,5 мг
-
экв/л, содержание и
она
Mg
2+

составляет 35
мг/л. Какое
42

количество 60
%
-
й СаО необходимо для умягчения 1000
м
3

в
о-
ды?

Дозу коагулянта принять равной 12 мг/л.

95.
Н
а титрование 10 мл

воды израсходовано 5,6 мл 0,1 Н

раствора трилона Б. Какова общая жёсткость в
о
ды?

96.
Какова общая ёмкость катионита, если
1

м
3

его умягч
а-
ет 0,5 м
3

воды с первоначальной жёсткостью 6,5 мг
-
экв/л?

97.
Обменная емкость сульфоугля 400 г
-
экв/м
. Сколько
ионов
Mg
2+

(в г) поглощает
1

кг катионита?

98.
Обменная емкость глауконита 150 г
-
экв/м
3
. Сколько
ионов кальция (в г) поглощает 10 л катионита?

99.
Обменная ёмкость сульфоугля 500 г
-
экв/м
3
. Какое к
о-
личество воды в м
3

может умягчить
1

м
3

его, если

общая жёс
т-
кость воды равна 7,2 мг
-
экв/л?

100
Определить
,

сколько литров воды может умягчить к
а-
тионный фильтр объёмом 2000 см
3

с обменной вместим
о
стью
450 г
-
экв/м
3
, если содержание иона Са
2+

в воде соста
в
ляет

70 мг/л,
a

Mg
2+



30 мг/л?

101
Определ
ить расход соли на одну регенерацию кати
о-
нита, если высота слоя катионита 2,2 м, обменная ёмкость его
290 г
-
экв/м
3
, удельный расход соли 200 г/г
-
экв, диаметр фильтра
р
а
вен 2,5 м
3
.

102.
Вода с общей жёсткостью 5,5 мг
-
экв/л и постоянной
жёсткостью 2,0 мг
-
экв
/л подвергается
Na
-
катионированию.
О
п
ределить концентрацию гидрокарбоната натрия (мг/л) в
умя
г
чён
ной воде.

103.
На регенерацию катионитового фильтра диаметром
2,0 м с высотой 3,5 м было израсходовано 530 кг
NaCl
. Сколько
кг из этого количества будет исполь
зовано и сколько будет уд
а-
лено из фильтра водой, если обменная емкость катионита с
о-
ставляет 250 г
-
экв/ м
3
?

104.
Какое количество серной кислоты требуется для им
п-
фирирования
1

м
3

воды, карбонатная жёсткость которой равна
5,2

мг
-
экв/л. Сколько свободной СО
2

при этом выделяе
т
ся?

43

4.
МИКРОБИОЛОГИЯ

ПРИРОДНЫХ И СТОЧНЫХ ВОД



4.1.
Содержание темы


1.
Общая микробиология
. Систематика микроорганизмов.
Строение бактериальной клетки. Морфология бактерий. Движ
е-
ние бактерий. Размножение бактерий. Питание бактерий. Фе
р-
мен
ты. Химический состав бактерий. Дыхание бактерий. Уч
а-
стие микробов в круговороте веществ в природе. Влияние вне
ш-
них условий на развитие микроорганизмов. Распространение
ми
к
робов в природе.

2.
Санитарная микробиология.

Состав и показатели кач
е-
ства природных

вод. Главные ионы природной воды. Растворе
н-
ные газы. Биогенные и органические вещес
т
ва. Санитарно
-
химический анализ при
месей сточных вод.
Показатели качес
т
ва
сточных вод. Оценка качества воды по данным сан
и
тарно
-
химического анализа. Индикаторная роль кише
чной пало
ч
ки
.

3.
Загрязнение и самоочищение водоёмов
.
Распространение
микробов в природе. Группировка водоёмов по экологич
е
ским
признакам. Понятие о сапробности. Оценка качества воды в в
о-
доеме или сооружении биологической очистки по индикато
р-
ным микроорга
низмам. Процессы самоочищения водоёмов. О
с-
новные приемы технического воздействия на микробное нас
е-
ление воды.

4
.
Очистка сточных вод с помощью микроорганизмов.

Аэробные процессы очистки сточн
ых вод. Аэ
ротенк, биофил
ь-
т
ры, очистительные пруды. Почвенные мето
ды очис
т
ки сточных
вод. Сравнительная характеристика эффекти
в
ности различных
аэробн
ых методов очистки сточных вод. Анаэробные процессы
очистки сточных вод. Очистные сооружения. Метантенк.
Двух
ъ-
ярусный отстойник. Условия сброса сточных вод в вод
о
ем.



44

4.2.
Виды СРС


1.
Подготовка к коллоквиуму
.

2.
Индивидуальное задание
.




4.3.
Примеры решения задач


Пример 1
.

Активный хлор в количестве 0,1 мг уничтожает
6000 бактерий кишечной палочки в 1 л воды через 4 часа.
Сколько потребуется активного хлора для уничтоже
ния 9000
бакт
е
рий в 1 л воды за то

же время?

Решение

Для определения необходимого количества активного хл
о-
ра составляем пропорцию:

е
сли 0,1 мг активного хлора уничтожает 6000 бактерий
,

тогда
Х

мг активного хлора уничтожает 9000 бактерий
.


Отсюда


мг.


Пример 2
.

В
1 гр воды содержится 20000 микробных кл
е-
ток, из них 45 % кокков, 30

% плесеней и 25 % дрожжей. Скол
ь-
ко кокков, плесеней и дрожжей находится в 1 гр воды?

Решение

По условию задачи 20000 микробных клеток, содержащи
х-
ся в 1 г
р

воды
,

составляет
100

%.

Тог
да количество кокков составляет:

20000


100

%
,

Х



45

%
,


микробных клеток
;

количество плесеней
:

15
,
0
6000
9000
1
,
0



X
9000
100
45
20000



X
45

20000


100

%
,

Х


30

%
,


микробных клеток
;

кол
ичество дрожжей:

20000


100

%
,

Х


25

%
,


микробных клеток
.


Пример 3
.

Вычислите БПК
5

и ХПК раствора этанола с
концентрацией 200 мг·
л
-
1
, если константа
процесса оки
с
ления
(при определении БПК) равна 0,2 сут
-
1
. Удельное БПК
полн

спи
р
та
равно

1,82 мг
О
·
мг
-
1
.

Решение

Уравнение полного окисления этанола

С
2
Н
5
ОН  3О
2

 2СО
2

 3Н
2
О.

Определим удельное ХПК этанола
:

.

Здесь
n



стехиометрический коэффициент перед кислор
о-
дом в уравнении полного окисления вещест
ва;

M
(
O
2
)


молярная
масса к
и
слорода, г/моль
;
M



молярная масса вещества, г/моль
,
М (С
2
Н
5
ОН)  46 г/моль
;

.

Зная удельное БПК
полн
,

определяем полное БПК
:

БПК
полн

 БПК
полн уд


С  1,82



200  364 мг О·л
-
1
.

По кинетическому ура
внению реакции первого порядка в
ы-
числим БПК
5
:

6000
100
30
20000



X
5000
100
25
20000



X
*
k
М
)
М(О
М
ХПК
ХПК
2
уд



n
1
уд
мг
О
мг

9
0
,
2
46
32
3
ХПК
-




46


или
,

где



начальная концентрация вещества, вступающего в р
е-
акцию, мг·л
-
1
;
С
А



текущая концентрация вещества, мг·л
-
1
;

τ


время, прошедше
е от начала реакции, сут.

При биологической очистке начальной концентрации
вещества соответствует БПК
полн
, а текущей


(БПК
полн



БПК
τ
),
тогда

;

,

где

k
*

=
k
/2,303


константа биоокислени
я, сут
-
1
.

Преобразовав уравнения
,

пол
у
чим
:

БПК
τ

 БПК
полн

(1


10

k
*
τ
)
;

БПК
5

= 364
(1


10
-
0,2∙5
)  326 мг О·л
-
1
.


Пример 4
.

Вычислите среднюю статистическую пр
о-
стейшую формулу беззольного вещества и удельное ХПК ила,
если анализом по методу сжигания пробы

активного ила найд
е-
но, что беззольное вещество имеет следующий с
о
став (масс. %):
С



49; Н


8;

N


10
;

О


33.

Решение

Обозначим формулу беззольного вещества активного ила
С
х
Н
у
N
z
O
w
. Тогда отношение количеств элементов, входящих в
состав вещества, равно

х
:

у
:

z
:

w

=

=

=

=
4,08 : 8 : 0,71 : 2,06
;

A
A
0
ln
τ
1
C
C
k

A
A
0
lg
303
,
2
τ
1
C
C
k

0
А
C
τ
полн
полн
БПК
БПК
БПК
lg
303
,
2
τ
1
-

k
τ
полн
полн
*
БПК
БПК
БПК
lg
τ
1
-

k
M(O)
O)
(
:
M(N)
N)
(
:
M(H)
)
H
(
:
M(C)
)
C
(




16
33
:
14
10
:
1
8
:
12
49
47

х
:

у
:

z
:

w

=

5
,76 : 11,2 : 1 : 2,9


6 : 11 : 1 : 3
, и формула беззольн
о
го
вещества


С
6
Н
11
NO
3
.

Уравнение полного окисления
беззольного вещес
т
ва

С
6
Н
11
NO
3

+ 14
,5О
2

 6СО
2

+ 0,5N
2

 5,5Н
2
О
;

ХПК
уд

=
,

где
n



стехиометрический коэффициент перед кислородом в
уравнении полного окисления вещества;

M
(
O
2
)


молярная ма
с-
са кислорода, г·моль
-
1
;

M



молярная масса вещества, г·моль
-
1
.

.



4.4.

Тесты для самоконтроля


1.
Грибы относятся к классу:

а)
доклеточные
;


в
)
одноклеточные
.

б
)
многоклеточные
;


2.
Микроорганизмы, которые питаются неорганическими и
мертвыми органическими вещес
т
вами
,

называются

а)
непатогенными
;


б)
патогенными
.


3.
В
нешняя малопроницаемая оболочка споры



это

а)
э
к
зина
;


б)
интина
;


в)
гонидия
.


4.
Как называются микроорганизмы, которые для пер
е-
движения имеют один полярный жгутик
?

а)
лофотрихи
;



в
)
монотрихи
;

б
)
перитрихи
;



г
) амфитрихи.

ва
-
в
2
ва
-
в
М
)
М(О


М
ХПК


n
1
-
уд
мг


О
мг

2
,
3
3
16
1
14
11
1
12
6
32
5
,
14
ХПК











48

5.
Какая часть фермент
а является термолабильной, т.

е. б
о-
ится п
е
репадов температур
?

а)
голофермент
;

б)
кофермент
;

в)
апофе
р
мент
.


6.
Фермент, который действует вне клетки, называется

а)
эндофермент
;

б)
эктофермент
;

в)
кофе
р
мент
.


7.
Благодаря чему микробная клетка всасывает пит
ател
ь-
ные вещ
е
ства
?

а) повышенному осмотическому давлению;

б) повышенному атмосферному давлению;

в)
за счет разницы давлений
.


8.
К какому типу относятся микроорганизмы, которые п
и-
таются мертвыми органическими веществами и подразделяются
на с
а
профитов и пар
азитов
?

а)
автотрофы
;



в
)
гетеротрофы
.


б
)
хемосинтет
и
ки
;


9.
Какие микроорганизмы могут жить без доступа кислор
о
да
?

а)
анаэробные
;



в
)
аэробные
.

б
)
факул
ь
тативные
;


10.
В результате какого процесса образуется
аммиак
, кот
о
рый
в дальнейшем окисляе
тся под
действием нит
ритных бакт
е
рий?

а)
аммонификации
;


в
)
нитрификации
.

б
)
денитрификации
;


11.
Начальная фаза брожения протекает при участии фе
р-
мен
тов и

кислоты

а)
H
2
SO
4
;


б)
HNO
3
;


в)
H
3
PO
4
.


49

12.
В начальной фазе процесса брожения происходит пер
е-
стройка молеку
лы гексозы и превращение ее в следующую к
и
с-
лоту (
выбрать правильный вариант и написать форм
у
лу)
:

а) м
олочной
;


в
) п
ировиноградной
;

б
) у
ксусной
;


г) муравьиной.


13.
Как называются бактерии, которые развиваются при
сре
д
них температурах
?

а) м
езофильные
;


в
)
п
сихрофильные
.

б
) т
ермофил
ь
ные
;


14.
Как называется зона сильнейшего загрязнения вод
о
ема
?

а) м
езосапробная
;


в
) о
лигосапробная
.

б
) п
олисапро
б
ная
;


15.
Какой из аэробных методов очистки сточных вод ун
и-
ч
тожает яйца гельминтов и является самым лучшим
?

а) о
чис
тка в биофильтрах
;

в
) п
очвенный метод
;

б
) о
чистка в аэротенках
;

г) очистительные пр
у
ды.
















50

4.5.

Контрольные вопросы и задания


106.
Морфологические признаки бактерий. Движение и
размножение бактерий.

107.
Ультрамикробы и их роль в водоподготовк
е.

108.
Чем отличаются грибы от бактерий? Опишите морфол
о-
гию актиномицетов, дрожжей, мукоровых и плесневых гр
и
бов
.

109.
Перечислите физические
факторы жизнедеятельности
микроор
ганизмов. Охарактеризуйте

их влияние на рост и разв
и-
тие ми
к
роорганизмов.

110.
Оп
ишите строение прокариотической и эукариотич
е-
ской бакт
е
риальной клетки.

111.
Дыхание микроорганизмов. Биологическое окисление.
Типы брожения.

112.
Дать определение микробиологии как науке. Что из
у-
чает водная микробиология? Какое практическое зна
чение
она
и
меет для инж
е
неров
-
гидротехников
?

113.
Как влияют химические и биологические факторы на
жизнедеятельность микроорганизмов? Назовите наиболее и
з-
вестные неорганические и органические антисептики. В чём с
о-
стоит их бактерицидное дейс
т
вие?


114.
Опишите строени
е бактериальной клетки. Что такое
спорообразование, в чём заключается его защитная фун
к
ция?


115.
Дать характеристику микроорганизмов по типу их п
и-
тания. Особенности питания бактерий. Обменные процессы в
кле
т
ках микроорганизмов.


116.
Участие микроорганизм
ов в круговороте веществ в
природе. Круговорот азота. Процессы нитрификации и дени
т-
риф
и
кации.

117.
Участие микроорганизмов в круговороте вещ
еств в
природе. Круговорот фосфора и серы.

118.
Дать характеристику биоценозов природных вод
о
ёмов
.

119.
Санитарно
-
показательные микроорганизмы воды и
почвы.


51

120.
Индикаторная

роль бактерий группы кишечной п
а-
лочки.


121.
Оценка

кач
ества воды по данным санитарно
-
бакт
е
риологического анализа
.

122.
Система сапробности и её применение для оценки
степени загрязнения водоём
ов.

123.
Характер и источники загрязнения водоёмов.

124
.
В чём состоит самоочищающая способность вод
о
ёмов?

125
.
Влияние микроорганизмов и продуктов их жизнеде
я-
тельности на качество воды.

126
.
Какой вред причиняют микробиологические обраст
а-
ния в трубах
и сооружениях? Какие мероприятия проводятся по
борьбе с обраст
а
ниями?

127
.
Основные приёмы технического воздействия на ми
к-
робное население воды
.

128.
Значение микроорганизмов в процессах очистки сто
ч-
ных вод.

129. Объяснить связь окислительно
-
восстановит
ельного
потенциала с числом бактерий сточной жидкости и интенсивн
о-
стью микробиологических процессов.

130.
К чему сводится механизм очистки сточных вод на
очистных сооружениях?

131.
Описать аэробное окисление жидкой фазы городских
сточных вод и общую напр
авленность аэробных проце
с
сов
.

132.
Объяснить процессы биохимического окисления на
биофильтрах. Охарактеризовать состав биоценозов биологич
е-
ской плёнки и функции отдельных микроорг
а
низмов.

133.
Объяснить процессы биохимического окисления пр
и-
месей жидкой
фазы сточной жидкости в аэротенках. Дать хара
к-
теристику биоценозов активного ила.

134.
Химический состав

активного ила. Что называется

ило
вым индексом
? Условия нормального хлопьеобразования
а
к
тивного ила в аэротенке.

52

135.
Вычислите БПК
5

и ХПК раствора
фенола с конце
н-
трацией 1

мг·л
-
1
,

если константа
биоокисления
k

равна 0,15

сут
-
1
.

Отношение
БПК
полн
/
ХПК 

0,6.

Определите время полного
оки
с
ления фенола.

136.
Какова сущность биохимического окисления при по
ч-
венных методах очистки твёрдой и жидкой фаз?

137.

Описать биохимические процессы при очистке сто
ч-
ных вод в биологических прудах и их специфику.

138.
Какие микроорганизмы и почему получили название
показательных
,
или индикаторных? Оценка работы биохимич
е-
ских очистных сооружений при помощи индикаторных мик
р
о-
орг
а
низмов.

139.
Дать краткую характеристику стандартных методов
санитарно
-
бактериологического анализа воды хо
зяйственн
о
п
и-
тьевого и промышленного водоснабж
е
ния.

140.
При каких условиях возможна нормальная эксплуат
а-
ция искусственных сооружений биохимичес
кой очистки сто
ч-
ных вод?

141.
Сравнить эффективность аэробных методов очистки
сточных вод на различных типах сооруж
е
ний.

142.
Описать анаэробные процессы обработки осадка
сточных вод. Роль метанового брожения в разрушении оса
д
ков.

143.
Разложение азотсо
держащих органических соедин
е-
ний в анаэробных условиях.

144.
Сравнить интенсивность биохимических процессов в
септиктенке,
двухъярусном отстойнике, метанте
н
ке.

145.
Дать санитарную характеристику различных видов
утилизации сброженного осадка и санитарную

оценку сельск
о-
хозяйственной продукции
, получаемой с полей брожения.

146.
Каковы особенности спуска сточных вод в море? Вл
и-
яние морской воды на бактериальное население сточных вод и
би
о
химические процессы.

53

147.
Объяснить термофильное брожение, происходящ
ее в
ме
тантенке

и дать его микробиологическую, биохим
и
ческую и
санитарную характеристику.

148.
Определите среднюю статистическую формулу бе
з-
зольного вещества и удельную ХПК ила, если анализом по м
е-
тоду сжигания пробы активного ила найдено, что беззольное
в
ещес
т
во имеет состав

(% масс.)
: С


48

%
, Н


8

%,
N



14

% и
О

30

%
.

149.
Как изменится нагрузка на ил, если изменить процент
регенер
а
ции с 20 на 30

% при продолжительности аэрации

6,0
час
, дозе ила в аэротенке


1,5
г·л
-
1
, в регенераторе



5,5
г·
л
-
1
,
зольности ила


25

%.
БПК
5

воды, поступающей в аэротенк,
равна 150
мг·л
-
1
.

150.
Вычислите БПК
5

и ХПК раствора уксусной кислоты с
конце
н
трацией 112
мг·л
-
1
,

если константа
биоокисления
k
*

равна
0,18
сут
-
1
.

БПК
полн
/ХПК  0,75.

Определите время полного ок
и
с-
ления уксусной кислоты.

















54

З
АДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ



Каждый студент выполняет вариант контрольных з
а
даний,
обозначенный двумя последними цифрами номера зачетной
книжки. Например, номер зачетной книжки 82514, две после
д-
ние цифры 1
4, им соответствует 14
-
й

вариант контрольного з
а-
дания
;

если номер зачетной книжки 82521, смотрим по после
д-
ней цифре, которой соответствует 1
-
й

вар
и
ант.

Студенты заочного факультета выполненные контрольные
р
а
боты регистрируют в де
канате и сдают на кафедру
химии

не
позднее, чем за 5 дней до начала занятий по данному ку
р
су.



Перечень задач для выполнения контрольных работ




в
а
ри
-
анта


Номера задач, относящихся
к
данному варианту

1

1

15

30

31

46

61

76

91

106

121

136

2

2

14

29

32

47

62

77

92

107

122

137

3

3

13

28

33

48

63

78

93

108

123

138

4

4

12

27

34

49

64

79

94

109

124

139

5

5

11

26

35

50

65

80

95

110

125

140

6

6

10

25

36

51

66

81

96

111

126

141

7

7

16

24

37

52

67

82

97

112

127

142

8

8

30

23

38

53

68

83

98

113

128

143

9

9

28

22

39

54

69

84

99

114

129

144

10

10

29

21

40

55

70

85

100

115

130

145

11

11

27

20

41

56

71

86

101

116

131

146

12

12

26

19

42

57

72

87

102

117

132

147

13

13

25

18

43

58

73

88

103

118

133

148

14

14

24

17

44

59

74

89

104

119

134

149

15

15

23

16

45

60

75

90

103

120

135

150



55

О
ТВЕТЫ К ТЕСТАМ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ


Глава 1

1.

а;
2.
б;
3.
б
;
4.
в;
5.
в;
6.
б;

7.
в;
8.
в
;
9.

б;

10.
б;
11.
а;

12
.
а.

Глава 2

1.

б;
2.
б, в;
3.
а
;
4.
а, г;
5.
а;
6.
б;

7.
в;
8.
б
;
9.

а;
10.
б, в;
11.
в.

Глава 3

1.

а;
2.
в;
3.
б
;
4.
в
;
5.
б
;
6.
б;

7.
в
;
8.
а;
9.

б
;

10.
б;
11.
а;

12
.
б
.

Глава 4

1.

б
;
2.
б;
3.
а
;
4.
в
;
5.
в;
6.
б;

7.
а;
8.
в
;
9.

а;

10.
а;
11.
в;

12
.
в

13.
а;
14.
б
;
15.
в
.



Т
ЕСТЫ ОСТАТОЧНОГО КОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ


ПО ДИСЦИПЛИНЕ


1.
Формула тяжелой воды
:


Н
2
О


Т
2
О


НДО


Д
2
О



2. Растворимость газ
ов в жидкости

увеличивается при

повышении давлении и темп
е
ратуры


повышении давления и понижении температуры


понижении давления и повышении температуры


понижении давления и температуры



3. Общая и активная кислотность будут ра
в
ны для кислоты

Н
2
S


H
2
S
О
3


Н
N
О
2


HN
О
3


56


4
.
Вещества, которые ускоряют химические реакции, и
з-
меняют механизм протекания реакции, но сами при этом ост
а-
ю
тся в н
е
изменном виде, это

катализаторы


ингибиторы


адсорбенты


флокулянты



5.
Расставить ионы в порядке увеличения ко
агулирующей
спосо
б
ности

К
+


Fe
+3


Li
+


Zn
+2



6.
В каком виде находится углекислота в растворе, если

рН

= 8,4
?

СО
2






Н
2
СО
3



7.
Окисляемость анализируемой воды составляет
8 мг/л О
2
.
Из к
а
кого водое
ма взята вода?

болото


озеро


артезианская вода


грунтовые незагрязненные воды




-
3
HCO
-
2
3
CO
57

8.
Жесткость воды, которая устраняется кипячением в т
е-
чение 1 часа п
ри атмосферном давлении:

постоянная


общая


временная


некарбонатная



9.
Согласно ГОСТ жесткость

воды
,

предназначенной для
хозяйс
т
венно
-
бытовых нужд
,

не должна превышать

7 ммоль
-
экв/дм
3


6 ммоль
-
экв/дм
3


8 ммоль
-
экв/дм
3


6,5 ммоль
-
экв/дм
3



10.
Согласно ГОСТ для сохранения бактерицидных
свойств в течение длительного времени концентрация остато
ч-
но
го хлора в воде должна соста
в
лять

0,1



0,2 мг/л


0,2



0,3 мг/л


0,3



0,5 мг/л


0,5



0,7 мг/л



11.
К какому типу относятся микроорганизмы, которые
не

могут жить в присутствии кислорода
?

патогенные


аэробные


анаэробные


непатогенные







58

БИБЛИ
ОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК


1.

Ивчатов
,

А.Л.

Химия воды и микробиоло
гия /А.Л. Ивч
а-
тов, В.И. Малов
.



М.: ИНФРА
-
М, 2010.



218 с.

2.

Рябчиков
,

Б.Е
. Современные методы подготовки воды для
промышл
енного и бытового использования

/

Б.Е. Рябч
и-
ков
.



М.: ДеЛи принт
,

2004.



3
28 с.

3.

Другов
,
Ю.С
.

Анализ загрязне
нной воды /

Ю.С
.

Другов,
А.А.

Родин
.



М.: БИНОМ,

2012.


680 с.

4.

Голдовская
,

Л.Ф
.
Химия окружающей среды: учебник
для вузов по спец. Охрана окружающей среды и раци
о-
нальное использование природных ресурсов /

Л.Ф. Го
л-
до
в
ск
ая.


М.: Мир,
2005.


294 с.

5.

Щукин
,

Е.Д.

Коллоидная хи
мия /

Е.Д
.

Щукин, А.В
.

Пе
р-
цов, Е.А. Амелина.



М.: Высшая школа, 2004.


445 с.

6.

Глинка
,

Н.Л
. Общая химия /

Н.Л. Глинка
.



М.: КноРус,
2012.


746 с.

7.

Саркисов
,

Ю.С
.
Лабораторный практикум по коллоидной
химии: учеб
ное пособие /

Ю.С. Саркисов, А.
Н. Павлова.



Изд
-
во
Том. гос. архит.
-
строит. ун
-
т
а
, 2013.


99 с.

8.

Карюхина
,

Т.А
. Химия воды и микро
биология

/ Т.А. К
а-
рюхина, И.Н. Чурбанова
.



М.:

Стройиздат, 1995.


208 с.

9.

Кутолин, С.А.

Химия и микр
обиология вод
ы: учебное
пособие

/ С.А
.

Кутолин, Г.М. Писиченко
.



Новос
и
бирск:
Изд
-
во

СГУПС
, 2002.


134 с.










59

ОГЛАВЛЕНИЕ


Введение
..
4

1.

Теоретические основы химии воды
6

1.1.

Содержание т
е
мы..6

1.2.

Виды

самостоятельной работы студен
тов
..7

1.3.

Примеры решения з
а
дач...7

1.4.

Тесты для самоконтр
о
ля.16

1.5.

Контрольные вопросы и зад
а
ния...18

2.

Состав и показатели качества


природных и сточных вод
...21

4.2.

Содержание те
мы21

4.3.

Виды
самостоятельной работы студентов
22

4.4.

Примеры решения задач.22

4.5.

Тесты для самоконтроля.27

4.6.

Контрольные вопросы и задания...29

3.


Теоретические основы процессов очистки



пр
и
родных и сточных вод
 33

3.1.

Содержание т
е
мы..33

3.2.

Виды
самостоятельной работы студентов
..34

3.3.

Примеры решения з
а
дач...34

3.4.

Тесты для самоконтр
о
ля...39

3.5.

Контрольные вопросы и зад
а
ния.40

4.

Микробиология природных и сточных вод
.
44



4.1.


Содержание темы..44



4.2.

Виды
самостоятельной работы студентов
..45



4.3.

Примеры решения з
а
дач...45



4.4.

Тесты для самоконтр
о
ля...48




4.5.

Контрольные вопросы и зад
а
ния.50

Задачи для самостоятельного
реш
е
ния
..
54

Ответы к тестам для самоконтроля


55

Тесты остаточного контроля
зн
а
ний
...
55

Библиографический
сп
и
сок
....................
..............................58
60


Учебное издание





Наталья Валерьевна Субботина

Николай Петрович Горленко




ХИМИЯ ВОДЫ

И МИКРОБИОЛОГИЯ



УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

ПО САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЕ








Редактор
Е.Ю. Глотова

Компьютерная верстка Н.В. Субботина





Подписано в печать
30.12.14
.

Формат
60×84/16. Бумага офсет. Гарнитура Таймс.

Усл. печ. л. 3,75
. Уч.
-
изд. л.
3,15
. Тираж
100

экз. Зак. № 30
.

Изд
-
во ТГАСУ, 634003, г. Томск, пл. Соляная, 2.

Отпечатано с оригинал
-
макета в ООП ТГАСУ.

634003, г. Томск, ул. Партизанская, 15.


Приложенные файлы

  • pdf 10990750
    Размер файла: 736 kB Загрузок: 1

Добавить комментарий