Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Исследовательская работа - Выявление оптимальных условий обработки технологической воды при применении природных цеолитов (сорбентов) - файл n1.doc


Исследовательская работа - Выявление оптимальных условий обработки технологической воды при применении природных цеолитов (сорбентов)
скачать (164 kb.)

Доступные файлы (1):

n1.doc164kb.01.01.2013 11:23скачать

Загрузка...

n1.doc

Реклама MarketGid:
Загрузка...


Министерство образования и науки РФ

ГОУ ВПО Кемеровский технологический институт

пищевой промышленности


Кафедра: технология бродильных

производств и консервирования
ОТЧЕТ по учебно-исследовательской работе:

Выявление оптимальных условий обработки технологической воды при применении природных цеолитов (сорбентов).
Выпонила:

Проверила:


Кемерово 2010
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………..…3

1.ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР………………………………………………….4

1.1 Требования, предъявляемые к воде, применяемой в производстве напитков ...4

1.2. Способы подготовки воды ...5

1.3. Природные цеолиты и их особенности ...9

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ………………………………………13

2.1. Материалы исследования……………………………………………….13

2.2. Режимы обработки воды цеолитом, использованные при проведении исследований…………………………………………………………………13

2.3. Порядок выполнения работы…………………………………………...13

2.4. Методы исследования…………………………………………………...14

2.4.1. Определение общей жесткости……………………………………….14

2.4.2. Определение постоянной жесткости…………………………………14

2.4.3. Определение временной жесткости.....................................................15

2.4.4. Определение щелочности воды………………………………………15

2.5. Анализ результатов работы .16

2.5.1. Нахождение оптимальных условий обработки воды цеолитами

для её умягчения……………………………………………………………...17

2.5.2. Нахождение оптимальных условий обработки воды цеолитами

для снижения её щелочности………………………………………………..17

ВЫВОДЫ …………………………………………………………………….18

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ……………………………………………………19


ВВЕДЕНИЕ

Вода в качестве основного или вспомогательного сырья используется в подавляющем большинстве технологических процессов получения пищевых продуктов. Практически все пищевые производства связаны с потреблением воды из конкретного источника. Основные возникающие при этом проблемы связаны с тем, что исходная вода не имеет необходимого качества и требует дополнительной очистки.

Вода — основное сырье для произ­водства безалкогольных напитков. От ее состава в значительной сте­пени зависит качество выпускае­мой продукции: прозрачность, вкус и стойкость напитков, поэтому зна­чение органолептических свойств воды велико.

Вода, применяемая в пивобезалькогольной промышленности, долж­на содержать минимальные количества силикатов, так как их присутствие снижает прозрачность напитков и приводит к взаимодействию со стеклом бутылок [5].
1.Литературный обзор.

1.1 Требования, предъявляемые к воде, применяемой в производстве напитков

К воде, применяемой для произ­водства безалкогольных напитков, предъявляются более высокие, чем к питьевой воде, требования, установленные «Технологической инструкцией по водоподготовке для производства пива и безалко­гольных напитков» (ТИ-10-5031536-73—90), основные из которых при­ведены в табл. 1[5].
Таблица 1.

Показатель

Значение

Жесткость общая, 0Ж, не более

0,7

Щелочность, мг/ дм3, не более

1

Железо, мг/ дм3

0,1

Кремний, мг/ дм3

2,0

Сульфаты, мг/ дм3

100-150


Для данного вида производства лучше всего подхо­дит мягкая вода с общей жестко­стью не более 4,0 ммоль/дм3. Вода с жесткостью более 4,0 ммоль/дм3 требует умягчения, так как соли временной жесткости (бикарбона­ты кальция и магния) связывают лимонную кислоту, добавляемую в напитки, что вызывает сверхнор­мативный ее расход на создание не­обходимой кислотности, ухудшает коллоидную стойкость и вкус.

В пивобезалькогольной промышленности - В поверхностных водах повсе­местно присутствуют фенол и гумусовые соединения. В процессе подготовки питьевой воды в зави­симости от технологии обеззара­живания они трансформируются в хлорфенолы, хлороформ, фор­мальдегид. Эти вещества обладают аллергенным, токсическим, мутагенным и канцерогенным действием на организм человека и, следовательно, снижают качество воды. Кроме того, учитывая их химические свойства, возможны реакции взаимодействия с компонентами настоев, красителей и т.п. Поэтому перед умягчением необходимо удалять органические вещества. При низком содержании примесей для этой цели наиболее перспективна адсорбция.

По результатам исследований разработана технология адсорбци­онной очистки воды от фенола, хлорфенола, формальдегида и хлороформа, позволяющая получать воду высокого качества, соответствующую о содержанию органических соединений СанПиН 2.1.4.1116-02. Для снижения солей жесткости солесодержания в целом применяли электродиализную очистку [5].
1.2. Способы подготовки воды

Щелочность воды – способность воды связывать кислоты, обусловленная присутствием анионов

Жесткость воды - определенное свойство воды, которое связывают с растворенными в ней соединениями магния и кальция, то есть наличием в воде катионов этих элементов (при повышении температуры соли этих металлов выпадают в осадок и образуют весьма прочные отложения). Жесткость воды во многом определяет пригодность воды для использования как промышленных, так и в бытовых целях. Возникновением накипи мы «благодарны» именно жесткой воде.

Жесткость воды принято исчислять суммой миллимолей ионов кальция и магния на 1 литр воды (ммоль/л). 1 ммоль/л соответствует количеству любого вещества в мг/л, равному его молекулярной массе, разделенной на валентность. Величина 1 ммоль/л говорит о содержании в 1 литре воды 20,04 мг/л кальция либо 12,1 б мг/л магния. Для удобства пользуются величиной мг-экв/л, которая соответствует моль/м3. Кроме того, в зарубежных странах широко используются такие единицы жесткости, как немецкий градус (do, dH), французский градус (fo), американский градус, ppm карбоната кальция.

Выделяют 2 типа жесткости воды

1)временная – карбонатная жесткость, обусловлена присутствием на ряду с кальцием, магнием и железом гидрокарбонатных анионов; 

2)постоянная – некарбонатная жесткость, характеризуется присутствием сульфатных, нитратных и хлоридных анионов, соли кальция и магния которых прекрасно растворяются в воде; 

3)общая жесткость определяется как суммарная величина наличия солей магния и кальция в воде, то есть суммой карбонатной и некарбонатной жесткости [10].
По жесткости воду классифицируют следующим образом:


  • Очень мягкая 0-1,5 мг-экв/л;

  • Мягкая 1,5-3 мг-экв/л;

  • Средней жесткости 3-6 мг-экв/л;

  • Жесткая 6-10 мг-экв/л;

  • Очень жесткая – свыше 10 мг-экв/л.

Таблица 2 - Требования, предъявляемые к воде [11].

Нормируемые показатели

Единицы измерения

СанПиН 2.1.4. 1074-01

ЕЭС

ТИ 10-5031536-73-90

Химические показатели

Щелочность

мг экв/дм3

-

-

0.5-1.5

Жесткость

мг экв/дм3

не более 7

60 мг/дм3

2-4

Активный хлор

мг/дм3

0.3-0.5

-

-

Массовая концентрация отдельных ионов

Железо

мг/дм3

0.3

0.2

0.1

Кадмий

мг/дм3

0.001

0.005

-

Калий

мг/дм3

-

12

-

Кальций

мг экв/дм3

-

60 мг/дм3

2-4

Кремний

мг/дм3

10

-

2

Магний

мг/дм3

-

50

следы

Марганец

мг/дм3

0.1

0.05

0.1

Натрий

мг/дм3

200

150

-

Цинк

мг/дм3

5

0.1

5

Нитраты

мг/дм3

45

50

10

Нитриты

мг/дм3

0

0.1

0

Сульфаты

мг/дм3

500

200

100-150

Фосфаты

мг/дм3

3.5

5

-

Хлориды

мг/дм3

350

-

100-150

Микробиологические показатели

БГКП

клеток/дм3

0

-

3

ОМЧ

число образую-щих колоний бактерий в 1 см3

50

-

100


Обеззараживание воды –мероприятия по уничтожению в воде бактерий, вирусов, вызывающих инфекционные заболевания. По способу воздействия на микроорганизмы методы обеззараживания воды подразделяются на:

1) химические (реагентные) – внесение биологически активных химических соединений

2) физические (безреагентные) – обработка физическими воздействиями

3) комбинированные – одновременное использование химических и физических воздействий.

К химическим способам относят обработку хлором, озоном и т.п., а также ионами тяжелых металлов. К физическим – обеззараживание ультрафиолетовыми лучами, ультразвуком и т.д.

Перед обеззараживанием вода обычно подвергается очистке фильтрацией и (или) коагуляцией, при которой удаляются взвешенные вещества и значительная часть микроорганизмов. При химических способах обеззараживания питьевой воды для достижения стойкого обеззараживающего эффекта необходимо правильно определить дозу вводимого реагента и обеспечить достаточную длительность его контакта с водой [9].

При физических способах необходимо подвести к единице объема воды заданное количество энергии, определяемое как произведение интенсивности воздействия (мощности излучения) на время контакта. Наиболее широкое распространение из физических способов обеззараживания воды получило обеззараживание ультрафиолетовыми лучами, бактерицидные свойства которых обусловлены воздействием на клеточный уровень и особенно на ферментные системы бактериальной клетки [7,9].

УФ лучи уничтожают вегетативные, споровые формы бактерий и не изменяют органолептических свойств воды.

Удаление из воды железа - сложнейшая задача в водоочистке. На данный момент не существует универсального экономически оправданного метода применимого во всех случаях жизни. Каждый из методов обезжелезивания воды применим только в определенных случаях.

Нормы содержания железа и марганца в питьевой воде по СанПиН 2.1.4.1074 0,3 мг/л и 0,1 мг/л соответственно. Нормативами ЕС содержание железа лимитируется на уровне 0,2 мг/л, а марганец 0,05 мг/л. Для некоторых типов производств нормативы еще более жесткие: согласно требованиям к воде для производства водки - содержание железа не должно превышать 0,13 мг/л при жесткости общей свыше 1 мг-экв/л, и 0,1мг/л при жесткости общей до 1 мг-экв/л.

Если в воде присутствует только трехвалентного железа в виде взвеси достаточно простого отстаивания или механической фильтрации. Для извлечения растворенных двухвалентного железа и марганца сначала необходимо их окислить и перевести в растворимую форму. Для окисления используют различные окислители.

Принципиально новыми продуктами, появившимися в последнее десятилетие, являются специальные каталитические загрузки, позволяющие с высокой эффективностью проводить обезжелезивание и деманганацию. К ним относят birm, GreenSand и пр. это природные материалы, содержащие диоксид марганца, либо цеолиты, в которых при соответствующей обработке вводится диоксид марганца [9].

Коагуляция. Некоторые воды загрязнены минеральными и органическими примесями в коллоидно-дисперсном состоянии, которые не задерживаются при фильтровании. Наиболее типичными из этих примесей являются кремниевая кислота, ее сои и гуминовые вещества. В этом случае воду обрабатывают веществами, которые вызывают укрупнение коллоидных частиц и выпадение их в осадок. Такой процесс называется коагуляцией, а применяемые для коагуляции вещества – коагулянтами [7,9].

В качестве коагулянтов применяют сульфаты алюминия и железа. Коагуляция гидроксидом железа по сравнению с коагуляцией гидроксидом алюминия протекает быстрее, так как гидроксид железа имеет плотность в 1,5 раза больше, чем гидроксид алюминия.

Для ускорения процесса коагуляции и снижения расходов коагулянтов к воде добавляют вещества, называемые флокулянтами, одним из которых является полиакриламид. Коагуляцию примесей воды проводят в резервуарах с мешалкой. Обработанную коагулянтом воду подвергают фильтрованию [2,3,4,8,9].

Дезодорация. Обработка воды, устраняющая неприятные запахи и привкусы, обусловленные различными примесями, называется дезодорацией. Самые распространенные способы дезодорации воды – озонирование и обработка активным углем. При обработке воды путем фильтрования через слой активного угля устраняются запах и привкусы воды, снижаются ее цветность и окисляемость .

Умягчение. Подразделяют на: реагентные; ионообменный; электродиализный и обратноосмотический.

Реагентные. Эти методы основаны на связывании ионов кальция и магния анионами и иона СО-3 катионами в труднорастворимые соединения, выпадающие в осадок. Из различных реагентных методов умягчения воды наиболее известны известковый и известково-содовый. Известковый метод основан на переходе бикарбонатов в монокарбонаты при добавлении к воде известковой воды (насыщенного раствора гидроксида кальция) [2,3,4,8,9].



В известково-содовом способе вместе с известью применяется сода (карбонат натрия). Известь хорошо устраняет временную (карбонатную) жесткость, а карбонат натрия – постоянную (некарбонатную) жесткость.





Основными недостатками этого способа является то, что необходим большой расход реагентов и образуется много шлама [3, 3,4,8,9].

Ионообменный – наиболее распространенный способ умягчения воды. При этом способе достигается не только умягчение, но и удаление нежелательных примесей. Метод основан на способности некоторых труднорастворимых веществ поглощать из растворов одни катионы или анионы и отдавать взамен другие. К ионитам относятся цеолиты, глауконит, органические вещества в виде синтетических смол и сульфитированные угли.

По характеру активных групп иониты подразделяют на катиониты и аниониты. Катиониты имеют кислотный характер и обладают способностью обменивать ионы водорода или другие положительно заряженные ионы на ионы металлов (катионы). Аниониты имеют основной характер и способы обменивать гидроксильные ионы или другие отрицательно заряженные ионы на кислотные остатки (анионы).

В практике очистки воды часто используют Н- и Nа- катиониты. В зависимости от катионита этот процесс называют Н–катионированием и Nа– катионированием. При Н–катионировании повышается кислотность воды, а при Nа– катионировании увеличивается щелочность фильтрата, если в исходной воде содержалась карбонатная жесткость. Реакции ионообмена обратимы [2,3,4,8,9].
1.3. Природные цеолиты и их особенности

Цеолиты являются кристаллическими гидратированными алюмосиликатами I и II групп периодической системы элементов. Их структура представляет собой каркас, построенный из бесконечной трехмерной сетки чередующихся тетраэдров SiO2 и Al2O3 , связанных общими атомами кислорода [6,7].

Суммарный отрицательный заряд атомов кислорода не компенсирован положительным зарядом атомов кремния и алюминия, поэтому кристаллическая решетка цеолита несет на себе избыточный отрицательный заряд каркаса, который компенсируется катионами. Состав цеолитов можно изобразить эмпирической формулой:

Ме2/nO * Al2O3 * SiO2 * YH2O

или в виде состава их элементарных ячеек:

Ме2/x / (Al2O3)x * (SiO2)y / ZH2O

где Ме - катион с валентностью n, компенсирующий отрицательный заряд каркаса;

х - обычно равен или больше 2, так как тетраэдры Al2O3 соединяются только с тетраэдрами SiO2.

Катионы, так же как и молекулы воды, находятся в каналах и сообщающихся между собой в плоскостях каркаса цеолитов. Они довольно подвижны и могут обмениваться на другие катионы разной природы и валентности, что позволяет вводить в цеолиты каталитически активные элементы. В цеолитах чаще всего встречаются катионы Na+ , Li+ , Ca2+ , Ba2+ , Si2+ [6,7].

Вода в целлитах находится в виде отдельных, в значительной степени обособленных молекул, занимающих фиксированное положение. Количество воды зависит от объема внутрикристаллических пустот. Молекулы воды, заполняющие большие полости цеолита, не занимают определенных положений в решетке. В цеолитах с малыми полостями молекулы воды располагаются вокруг катионов. Вода удаляется из кристаллов цеолитов при нагревании без разрушения структуры каркаса, в результате чего они становятся пористыми [6,7].

Содержание воды в природных цеолитах варьируется в диапазоне от 17 до 24 молекул на элементарную ячейку.

Цеолиты обладают адсорбционными свойствами, причем избирательно сорбируют те вещества, молекулы которых по размерам не превышают диаметров узких каналов в структуре .

Чистые цеолиты бесцветны. Появление окраски объясняется присутствием в них небольшого количества примесей.

По термической устойчивости цеолиты делятся на следующие типы:

1)наименее стойкие – необратимое изменение структуры наступает при 150-250 0С – гейландит, десмин, филипсит, стеллерит и др.

2)средней термостойкости – разрушаются при температуре 300-6000С. К ним относят томеонит, мезолит, гормотом и др.

3)высокой термостойкости - разрушаются при температуре 600-8000С.

Клиноптилолит устойчив к температурам до 750-8000С, однако Са-обменная форма разрушается уже при 600-6500С.

Высокая селективность цеолитовых адсорбентов объясняется следующими причинами:

1)цеолиты адсорбируют только те молекулы, которые по размерам и конфигурации соответствуют размерам окон каркаса цеолита (молекулярно-ситовой эффект). Внутрь объема цеолита могут проникать такие молекулы как: СН2 = СН2; (С2F5)3N; C6Н6; (С4F9)3N; Н – парафины; C6Н12; О2. Окна могут иметь округлую форму, форму эллипса.

2)большей селективности адсорбции молекул способствуют некоторые определенные свойства молекул, в частности постоянный дипольный момент.

Специфичность цеолитовых адсорбентов по отношению к молекулам данного адсорбента определяется величинами энергии взаимодействия разных типов [6,7].

Важным этапом в разработке эффективных методов очистки питьевой воды является изыскание новых зернистых фильтрующих материалов. Обычно в практике для очистки воды от суспендированных частиц главным образом используется кварцевый песок зернением 0,5 – 2 мм. Однако кварцевый песок дефицитен, отличается сравнительно высокой стоимостью и низкой грязеемкостью. Проведенными исследованиями показано, что кварцевый песок может быть с успехом заменен природными цеолитами, которые по своим химико–техническим показателям не только не уступают, но по некоторым параметрам превосходят кварцевый песок [6,7,8].

Одним из наиболее важных качеств фильтрующих материалов является механическая прочность. По твердости цеолит уступает кварцевому песку: по шкале Мооса твердость кварцевого песка составляет 6 – 7 баллов, а цеолита 3,5 – 4 балла. Большим преимуществом цеолитов перед другими фильтрующими материалами является значительная пористость, которая обуславливает высокие гидродинамические свойства цеолита в водоочистных фильтрах.

При загрузке в очистительные адсорберы дробленого цеолита, частицы которого имеют неправильную форму, образуется большое межзерновое пространство (0,53 – 0,67 мм). Именно с этим связана большая по сравнению с кварцевым песком грязеемкость, которая для цеолита составляет 10-12 кг/м2. Известно, что цеолитовые фильтры обеспечивают очистку воды не только от грубозернистых и взвешенных веществ, но и от коллоидных частиц минерального и органического происхождения.

Фильтрационные характеристики закарпатских цеолитовых туфов были изучены на днепровской воде малой мутности (1,5 – 3,5 мг/л) и умеренной цветности (40 – 80 градусов по платино–кобальтовой шкале). Высота фильтрующего слоя при среднем размере частиц цеолита 1,85мм и коэффициенте неоднородности 1,8 составляла 1,1м; диаметр – 0,15м. Для сравнения исследовались двухслойные фильтры: керамзит (0,5м) + кварцевый песок (0,6м) и активный уголь АГ – 3 (0,5м) + кварцевый песок (0,6м). Скорость фильтрования изменялась в диапазоне 5 – 12м/ч. При скорости фильтрования 5м/ч и дозе коагулянта 10мг/л цеолитовый фильтр обеспечивает снижение цветности на 1 – 10 градусов больше, чем другие фильтры и снижение мутности в течение первых 3,5ч работы фильтра [24].

Применение цеолитовых фильтров в комбинациях с хлорированием – озонированием – контактной коагуляцией приводит к более эффективной очистке питьевой воды, чем при использовании только двухслойных фильтров. Цеолитовые фильтры загрязняются медленнее, чем кварцевый песок, поэтому цикл их работы увеличивается на 4 – 6ч. В зависимости от скорости подачи воды на очистку[3,6,7,8,9].

Цеолитовые туфы могут быть с большой эффективностью применены для очистки вод с высокой мутностью: 30 – 70 мг/ дм3, а в некоторых случаях даже 60–528мг/дм3. Технологические исследования были проведены на полупроизводственной установке с предварительно очищенной в тонкослойном отстойнике водой р.Куры.

Несмотря на повышенную мутность воды полученный фильтрат (мутность фильтрата составляет 1,5мг/дм3) отвечал требованиям СанПиН на питьевую воду. Продолжительность рабочего цикла в среднем более 8 ч, однако, если мутность воды была 40мг/ дм3 и выше, продолжительность рабочего цикла фильтра сокращалась до 3–4 ч. Регенерация отработанных фильтров осуществлялась промывкой. Прирост потерь давления в цеолитовых фильтрах в 1,5 – 2 раза меньше по сравнению с кварцевыми песками. Кроме того, цеолитовый фильтр более эффективно, чем кварцевый песок извлекает из воды фитоплактон, и очищает воду от бактерий. Так, вода после предварительного хлорирования и озонирования, подвергнутая фильтрации с помощью цеолитовых туфов, не содержит бактерий.

На основании результатов, полученных при исследовании фильтрующей способности ЦТ, выявлены следующие преимущества этой загрузки по сравнению с кварцевым песком: большая пористость и грязеемкость фильтрующего слоя, более длительный цикл работы, почти вдвое уменьшенная потеря напора, уменьшенное количество воды, расходуемой на промывку фильтра, возможность очистки воды с высокой концентрацией взвесей.

Эти качества в значительной степени могут быть реализованы в водоподготовке для производства напитков, учитывая особое значение качества воды для безалкогольных напитков, пива, водки, ликеро-водочных изделий и т. п.

Помимо общих требований, предъявляемых к питьевой воде, вода для технологических нужд должна отвечать ряду специфических требований, касающихся щелочности, жесткости, наличия нитратов, нитритов, силикатов, солей железа и т. п. СанПиН 2.1.4.1116-02 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды расфасованной в емкости. Контроль качества».

Существует несколько способов обработки воды в производстве напитков, таких как коагуляция, ионный обмен, электродиализ, электроосмос, обратный осмос, обеззараживание [6,7].

Однако, как правило, они громоздки, требуют частой регенерации установок и материалов. Применение их эффективно при высокой производительности и при высокой исходной жесткости воды, стоимость материалов, например, ионообменных смол, несоизмеримо выше таковой для природных материалов, например, природных цеолитов. Вместе с тем возможности их гораздо шире. Как показано, они могут умягчать воду, освобождать ее от ионов железа, органических примесей, коллоидов, задерживать микроорганизмы. Очевидно, что использование цеолитов раз­личных модификаций позволит получить воду нужного состава, микробиологически чистую. Кроме того, значительное количество предприятий используют воду с жесткостью 3—6 0Ж, при которой по нашим данным ЦТ показали высокую эффективность. Для пищевой отрасли еще одним достоинством природных цеолитов по сравнению с обычными ионитами является возможность частичной реализации отработанных цеолитов в животноводство, растениеводство и т. п. [6,7,9,16].

Кроме того, использование ЦТ не требует высоких затрат на обслуживание и реактивы, позволяет дополнительно извлекать токсические вещества в отличие от реагентного способа; не требует высокой квалификации работников и несложен в эксплуатации в отличие от электродиализного способа; не требует тщательной очистки воды от механических примесей, применения реактивов для предотвращения осадков, поддерживания относительно высокой скорости механической очистки, высокой стоимости установки в отличие от обратноосмотического способа. Аппаратурно оформить процесс с применением природных цеолитов достаточно просто, используя существующее традиционное оборудование [6,7,9].


2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
2.1 Материалы исследования

Объектами исследования являются: технологическая вода, природный или модифицированный цеолит определенного месторождения (например, Пегасин - цеолит Пегассного месторождения /обменный катион Са+/, Хонгуруин - цеолит месторождения Хонгуруу /обменные катионы Са+ и Na+/, цеолит Холинского месторождения /обменные катионы К1 и Na+/ и др.) [1].
2.2 Режимы обработки воды цеолитом, использованные при проведении исследований

Обработка проводилась в двух режимах – статическом и динамическом.

Первый заключался в выдержке образцов воды в состоянии контакта с цеолитом в течение определённого времени, при определённом соотношении твёрдой и жидкой фаз. Второй предполагал пропускание жидкости через слой ионита определённой высоты (содержащий определённую массу цеолита) с определённой скоростью непрерывным потоком. Пробы для анализа, при статическом режиме, отбирались непосредственно из ёмкостей, в которых проводилась выдержка. При динамическом – пробы отбирались из тока жидкости каждая после прохождения через слой ионита «своего» - строго определённого объёма жидкости.
2.3. Порядок выполнения работы

Для выявления оптимального варианта обработки воды в начале работы определяют исходную жесткость и щелочность воды. Далее обрабатывают воду цеолитами в статических и динамических условиях. Каждый студент получает индивидуальное задание.

/ Вариант. Обработка в статических условиях - соотношение твердой тело (цеолит или другой фильтрующий материал) к воде Т:Ж = 1:3 = 100 г цеолита : 300 см3 воды. Обработка длится 24 часа. Фракция цеолитсодержащего туфа 1-3 мм.

2 Вариант. Обработка в статических условиях - соотношение твердой тело (цеолит или другой фильтрующий материал) к воде Т:Ж = 1:5 = 100 г цеолита : 500 см3 воды. Обработка длится 24 часа. Фракция цеолитсодержащего туфа 1-3 мм.

3 Вариант. Обработка в статических условиях - соотношение твердой тело (цеолит или другой фильтрующий материал) к воде Т:Ж = 1:10 = 100 г цеолита : 1000 см3 воды. Обработка длится 24 часа. Фракция цеолитсодержащего туфа 1-3 мм.

4 Вариант. Обработка воды осуществляется в динамических условиях, путем пропускания жидкости через цеолитовую колонку (1 дм3 воды при постоянной /выбранной/ скорости). Определение анализа проб воды на жесткость и щелочность проводится через каждые 200 см3 пропущенной через колонку воды. Берется цеолит фракции 1-3 мм, загружается в стеклянную колонку, таким образом, чтобы не было воздушного межзернового пространства.

5 Вариант. В колонку загружается цеолит того же месторождения, но более крупной фракции: 3-5 мм. Условия проведения те же, что и в предыдущем варианте.

6 Вариант. В стеклянную колонку загружается либо цеолит другого месторождения, либо активированный уголь. Условия проведения опыта такие же, как в варианте 4 [1].
2.4 Методы исследования обработанной воды, определявшиеся показатели и методы их определения

В лабораторных образцах воды исследовались такие показатели как жесткость (временная, постоянная, общая) и щелочность.
Определение жесткости воды

Определение жесткости проводят комплексометрическим методом с помощью трилона Б - двухзамещенной натриевой соли этилендиаминотетрауксусной кислоты. Метод основан на способности трилона Б образовывать с катионами некоторых металлов прочные комплексные соединения и таким образом выводить их из ионного состояния.

В качестве индикатора для определения в воде ионов кальция и магния используют эриохром черный Т. при наличии в воде ионов Са2+ и Mg2+ он имеет винно-красный цвет, а в отсутствии - сине-зеленый [1].
2.4.1. Определение общей жесткости

В коническую колбу на 250 см3 отмеривают пипеткой 50 или 100 см3 воды, в зависимости от ожидаемой жесткости. Чем выше жесткость, тем меньше объем воды на анализ. Затем добавляют 5 см3 аммиачного буферного раствора, 7-8 капель эриохрома черного Т и титруют 0,05 моль/дм3 раствором трилона Б при интенсивном перемешивании до изменения окраски жидкости от винно-красной до сине-зеленой.

Жесткость воды рассчитывают по формуле:
(1)

где V - количество трилона Б, пошедшего на титрование, см;

К - коэффициент нормальности трилона Б (0,05);

а - объем воды, взятой на анализ, см3 (50 или 100).
2.4.2. Определение постоянной жесткости

В плоскодонную колбу на 750 см3 отмеривают 500 см3 воды. Колбу с водой взвешивают, присоединяют к обратному холодильнику, ставят на электрическую плитку и кипятят в течение 1 часа. По окончанию кипячения колбу с водой охлаждают, доводят до исходной массы дистиллированной водой и фильтруют через бумажный фильтр. В фильтрате определяют постоянную жесткость титрованием трилоном Б так же, как и общую жесткость [1].

Расчет постоянной жесткости (ЖП) производится по формуле 1.


      1. Определение временной жесткости



Временную жесткость определяют по разности между общей и постоянной:
ЖВ= Ж0 –ЖП , (2.)
2.4.4. Определение щелочности
Метод основан на титровании воды соляной кислотой с индикаторами метиловым оранжевым и фенолфталеином. При титровании с метиловым оранжевым наступает переход желтой окраски раствора в оранжевую при полном связывании ионов ОН-, СО32+, НСО3, а при титровании с фенолфталеином исчезновение окраски раствора происходит при связывании только ионов ОН , НСОз2+.

Чтобы установить, какими ионами обуславливается щелочность воды, титрование вначале ведут с фенолфталеином до обесцвечивания раствора, а затем продолжают титрование соляной кислотой с метиловым оранжевым до оранжевой окраски. При щелочности по фенолфталеину равной нулю, щелочность воды обуславливается только ионами НСО3 .

В коническую колбу на 250 см3 отмеривают 100 см3 воды, добавляют 3-5 капель фенолфталеина и титруют 0,1 моль/дм раствором соляной кислоты до исчезновения розовой окраски. Затем в ту же колбу вносят 3-5 капель метилового оранжевого и продолжают титрование соляной кислотой до перехода желтой окраски раствора в оранжевую [1].

Общую щелочность воды рассчитывают по формуле:
(3)
где V - количество 0,1 моль/дм раствора НС1, пошедшего на титрование с метиловым оранжевым, см3;

V1 - объем воды, взятой для титрования, см3.


2.5. Анализ результатов работы
Результаты исследований, проведенных в статических условиях, представлены в таблице 3.
Таблица 3 – Показатели качества воды (в статических условиях)

Объект исследования

Жесткость, Ммоль/дм3

Щелочность, Ммоль/дм3

общая

временная

постоянная

Исходная вода

В-1

1,09

0,31

0,78

0,604

В-2

1,05

0,29

0,76

0,6

В-3

1,03

0,31

0,72

0,598

В-4

1,0

0,25

075

0,55

В-5

0,85

0,1

0,75

0,58

В-6

0,95

0,125

0,25

0,645

Контроль

2,03

0,12

1,91

0,435


Результаты исследований, проведенных в динамических условиях, представлены в таблице 4.
Таблица 4 – Показатели качества воды (в динамических условиях)

Объект исследования

Общая жесткость, Ммоль/дм3

Исходная вода В-4

1,47

1,57

1,6

В-5

0,85

0,85

1,0

В-6

0,95

1,063

1,19



После пропускания воды через цеолитовые колонки строят график зависимости концентрации воды по ионам жесткости и щелочности от объема пропущенного раствора (C/V).

2.5.1 Нахождение оптимального способа умягчения воды с использованием цеолитов
Оптимальным способом понижения общей жесткости воды с использованием цеолитов является обработка её в динамическом режиме, проводившаяся путём пропускания жидкости через цеолитовую колонку – вариант 5. Что касается превосходства динамического режима обработки над статическим, оно, вероятнее всего, явилось следствием превосходства обтекания водой поверхности цеолита в тонкой плёнке с использовавшимися в опытах геометрией и массой слоя ионита, над выдержкой её в состоянии прямого контакта с цеолитом в течение того времени и при том соотношении твёрдой и жидкой фаз, которые были приняты для проведения исследования.

2.5.2 Нахождение оптимального способа снижения щелочности воды с использованием цеолитов
Исходя из данных таблицы 3, щелочность воды увеличивается относительно контроля.
ВЫВОДЫ

Подобран оптимальный вариант для снижения жесткости воды в исследуемых образцах. Им является обработка в динамических условиях, проводившаяся путём пропускания воды через слой цеолита, путем пропускания через цеолитовую колонну. Оптимальным является варинт №5.

При многократном использовании цеолитов необходимо учесть, что их объемная емкость уменьшается. Цеолиты нуждаются в регенерации.

Щелочность во всех вариантах увеличивается по сравнению с контролем.

Данный способ обработки эффективен для понижения жесткости.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Борисенко, Т. Н. Оптимизация процессов приготовления солода и пива: лабораторный практикум / Т. Н. Борисенко, Л. В. Пермякова, М. В. Кардашева; КемТИПП. – Кемерово, 2000. – 62 с.

2.Влияние способов водоподготовки на повышение щелочности технологической воды и качество ликероводочных изделий. Симонова Н.Н., Костина Л.А., Шайхутдинов Р.Р.

3. Очистка воды методом обратного осмоса. Метод заворотного осмосу /Бадеха В.,Усатюк С., Дементьева, Кисла Л., Лознек О // харч. перераб. промышленность-1998.- №10-т с26.27- Укр.

4. Подготовка воды на безалкогольном производстве. Чистова Ю.В. Пиво и напитки 2005,№3,с 44 Рус.

5.Тимощук И. В. Очистка и кондиционирование воды для производства напитков / И. В. Тимощук, Т. А. Краснова, А. Г. Семенов // Пиво и напитки. – 2010. - № 3. – С. 22-24.

6. Хорунжина, С. И. Природные цеолиты в производстве напитков / С. И. Хорунжина, В. М. Позняковский. – Кемерово, 1994. – 238 с.

7. Цицишвили, Г. В. Природные цеолиты / Г. В. Цицишвили. – М.: Химия, 1985. – 224 с.

8. Чистова, Ю. В. Подготовка воды на безалкогольном производстве / Ю. В. Чистова // Пиво и напитки. – 2005. - № 3. – С. 44.

9. ru.wikipedia.org

10. http://www.ecounit.ru/artikle_66.html

11. СанПиН 2.1.4.1074-01 "Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества"





Скачать файл (164 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации