Темароботи: Визначення поверхнево-активних речовин (ПАР) у виробничих стічних водах

Мета: ознайомлення з методикою для визначення вмісту поверхнево-активних речовин у виробничих стічних водах

Теоретичні передумови

Речовини, що входять до складу мийних засобів належать до групи поверхнево-активних (ПАР). Їх поділяють на: поверхнево-активні агенти та зв'язувальні компоненти. Перша означена група речовин зменшує поверхневий натяг рідини, в якій вони розчиняються та утворюють стабільну емульсію, суспензію з частинками вилучених забруднень. Зв'язувальні компоненти знижують жорсткість води за рахунок утворення з водою лужного розчину, в якому миючі властивості поверхнево-активних речовин досить ефективні.

Поверхнево-активні агенти можуть бути аніоноактивними, катіоноактивними, а також нейоногенними.

Гідрофобні волокна (льон, вовна, шовк) сполучаються з аніоноактивними агентами. Поліамідні та поліефірні волокна відносять до гідрофобних, вони краще очищаються за наявності нейоногенних речовин.

У побуті, щодо застосування, передували аніоноактивні ПАР і до сьогодні вони залишаються основними серед групи миючих засобів.

Найбільш поширеними зв'язувальними компонентами є суміші з триполіфосфатом натрію (Na₅ P₃ O₁₀). Активний зв'язувальний агент - іон (Р₃ О ₁₀ ^5-_') взаємодіє з іонами Са²⁺ і Mg²⁺ у воді й у твердих забруднювачах.

Поверхнево-активні та зв'язувальні агенти, потрапляючи у виробничі стічні води розкладаються повільно, чим і забруднюють їх. На разі різко знижується ефективність роботи біофільтрів і відстійників з причини стабілізації колоїдних суспензій. Стічні води з ПАР утворюють піну, в якій концентруються мікроорганізми, серед яких більшість є хвороботворними.

Поліфосфатні зв'язувальні агенти гідролізуються у воді, утворюючи монофосфати, тобто доставляють біогенний елемент Р у стічну воду, що сприяє евтрофікації водоймища.

Гранично допустимою концентрацією більшості аніоноактивних речовин у воді водоймища приймають 0,5 мг/л.

Методика визначення вмісту ПАР у стічній воді

Для проведення досліджень з визначення вмісту ПАР у виробничій стічній воді використовують метод, який заснований на утворенні розчинної у хлороформі забарвленої сполуки, внаслідок взаємодії аніоноактивних речовин з метиленовою синню. Отримана сполука екстрагується в лужному середовищі. Завдяки промиванню кислим розчином метиленової сині усувається можливість впливу хлоридів, нітратів, родонітів і білків, що заважають процесу визначення вмісту ПАР. Визначенню вмісту ПАР також заважають катіоноактивні компоненти, сульфіди, що відновлюють метиленову синь. Цей небажаний вплив усувається за рахунок додавання до проби пероксиду водню (Н₂О₂). Чутливість експрес-методу - 0,1 мг/л. Метод дозволяє проводити дослідження навіть у польових умовах.

Прилади, посуд, хімреактиви та матеріали, що використовуються під час виконання роботи

1. Колориметр;

2. Скляні пробірки: ємністю 20 мл (8 шт.); 200 мл (3 шт.) і 1000 мл (3 шт.);

3. Пероксид водню, 3% розчин перекису водню (застосовують свіжо приготовленим);

4. Фосфатний буферний розчин кислотністю рН-10. (Розчин 1 г гідрофосфату натрію (безводного) в дистильованій воді, доводять pH до 10 шляхом додавання розчину гідроксиду натрію NaOH, розводять до 100 мл. дистильованою водою, після чого перемішують);

5. Нейтральний розчин метиленової сині (175 мг метиленової сині розчиняють у дистильованій воді й розводять водою до 1000 мл);

6. Хлороформ (СНС1₂);

7. Сірчана кислота, 0,3% розчин, (3 мл концентрованої H₂S0₄ розводять дистильованою водою до 1000 мл);

8. Стандартні розчини ПАР (ларилсульфанат натрію, сульфазол та інші):

а)основний стандартний розчин (0,1 г чистої речовини розводять в 1 л дистильованої води, в 1 мл 0,1 г аніоноактивної речовини);

б)робочий стандартний розчин (10 мл основного розчину розводять до 100 мл дистильованою водою, в і мл 0,01 мг активної речовини). Стандартний розчин використовують свіжо приготовленим;

9. Матеріали: вода водоймища, забруднена виробничими чи побутовими стоками; дистильована вода.

Порядок проведення досліджень

1.В пробірку, об’ємом 20 мл, наливають 10 мл досліджуваної води, поступово додають 1 мл 3% перекису водню, 1 мл фосфатного буферного розчину, 1 мл метиленової сині. Після додавання кожного реактива розчин перемішують.

2.Додають до суміші 3 мл хлороформу, ретельно перемішують розчин протягом 1 хв.

3.Доливають до нього 1 мл 3 % розчину H₂S0₄ і знову перемішують 1 хв.

4.Після розділення шарів, колориметрують, порівнюючи забарвлення нижнього хлороформного шару із забарвленням відповідного стандартного розчину на білому фоні;

5.Для проведення досліджень готують шкалу. В ряд колориметричних пробірок вносять, 0-0,1-0,2-0,3-0,4-0,5-0,6-0,8-1 мл робочого розчину, розводять до 10 мл дистильованою водою, отримують відповідно концентрації 0-0,1-0,2-0,3-0,4-0,5-0,6-0,8-1 мг/л. Додають всі реактиви й виконують всі операції як у досліджувані проби. Результати досліджень заносять в таблицю.

Результати дослідження вмісту ПАР у виробничих (побутових) стічних водах

Вид стічної води	Колір забарвлення нижнього хлороформного прошарку робочого розчину	Колір забарвлення стандартного розчину	Співставлення кольорів робочого і стандартного розчинів. Висновок про наявність ПАР, їх концентрацію

 

 

Практична робота №17

Тема роботи: Розрахунок засобів захисту людини і довкілля від електромагнітних полів

Мета: ознайомитися зі способами захисту довкілля від електромагнітного випромінювання; навчитися здійснювати розрахунки засобів захисту людини і довкілля від електромагнітних полів.

Теоретичні передумови

Основними джерелами електромагнітних полів (ЕМП) є: атмосферна електрика, радіовипромінювання, електричне та магнітне поля Землі, потужні телевізійні та радіомовні станції, високовольтні лінії електропередачі, установки високочастотного нагрівання тощо.

Струми високої частоти використовуються для термічної обробки металів, діелектричного сушіння та склеювання деревини. В медицині та в радіотехніці використовуються струми ультрависокої та надвисокої частот.

Джерелами випромінювань електромагнітної енергії радіочастотного діапазону є також різні вимірювальні, контрольні й лабораторні прилади різноманітного призначення. Електромагнітна енергія (ЕМЕ) випромінюється через неекрановані оглядові вікна, отвори, жалюзі, щілини. В установках індукційного нагрівання джерелами випромінювання є індуктори, високочастотні трансформатори, конденсатори, лінії електропередач. В установках діелектричного нагрівання електромагнітну енергію випромінюють робочі конденсатори й фільтри, в радіоапаратурі - блоки передавачів, розподільчі фільтри, фідери, антенні комутатори, антенні системи тощо.

Високочастотні струми створюють у повітрі випромінювання електромагнітного походження, що аналогічні інфрачервоному, видимому, рентгенівському та гамма - випромінюванням. Різниця полягає лише в довжині хвилі та частоті коливань.

Основними параметрами електричного поля промислової частоти є потенціал точки поля відносно землі ф, кВ і напруженість електричного поля Е, кВ/м.

На характер розподілу та на величину параметрів електричного поля промислової частоти біля високовольтної лінії та на відкритий розподільчий пристрій впливають напруга електроустановок, режим роботи й провисання дротів. Напруженість і потенціал електричного поля промислової частоти знаходяться в прямо пропорційній залежності від напруги джерела електромагнітних випромінювань (табл. 1).

Ступінь впливу електромагнітного поля на біологічні об’єкти, в тому числі й на людину, оцінюється кількістю електромагнітної енергії, поглинутої об’єктами, що знаходяться в полі. При малих частотах (до 50 Гц) електромагнітне поле розглядається як таке, що складається з електричної та магнітної складових, практично не пов’язаних між собою.

Простір, в якому напруженість електричного поля складає 5 кВ/м і більше, називають небезпечною зоною або зоною впливу.

Залежність електричного поля від напруги електроустановок наведена в табл. 1.

Таблиця 1

Параметри електричного поля залежно від напруги електроустановок

Найменування електро-установок	Параметри електричного поля при напрузі електроустановки, кВ:
Ф, кВ	Е, кВ/м	Ф, кВ	Е, кВ/м	Ф, кВ	Е, кВ/м	Ф. кВ	Е, кВ/м
Високовольтні лінії	4...7	2...4	6...9	4...6	8...12	8...10	12...37	6...22
Відкриті розподільчі пристрої	3...10	5...7	4...19	5...8	6...20	6...15	10…50	5...30

Примітка: Значення потенціалів і напруг електричного поля вказані на висоті зросту людини (1,8...2 м від землі).

Негативного впливу електромагнітних полів зазнає, особливо, сільське населення, яке проживає у районах проходження високовольтних ліній електропередачі (ЛЕП) і вирощує сільськогосподарську продукцію в зонах дії випромінювань.

Гранично допустимі величини електромагнітної енергії в населених пунктах наведено в табл. 2.

Таблиця 2

Гранично допустимі величини електромагнітної енергії в населених пунктах

Частота електро-магнітної енергії (довжина хвилі)	Г ранично допус-тима інтенсивність електромагнітної енергії на території житлової забудови, В/м	Частота електро-магнітної енергії (довжина хвилі)	Гранично допустима інтенсивність електромагнітної енергії на території житлової забудови, В/м
50 Гц		3...30 МГц (100…10 м)
30...300 кГц (10...1 км)		30...300 МГц (10...1 м)
0,3...3МГц (1...0,1 км)		0,3...300ГГц (1м... 1 мм)	0,05*

Примітка: 0,05* - у Вт/м²

Для зниження впливу електромагнітного випромінювання на людину і на навколишнє природне середовище доцільно розробляти комплекс відповідних засобів і заходів.

А. Методи захисту людини й довкілля від електричного поля промислової частоти. З цією метою застосовують наступні методи:

- захист часом або відстанню;

- вибір геометричних параметрів високовольтних ліній та відкритих розподільчих пристроїв;

- застосування заземлених тросів, стаціонарних і пересувних екранувальних пристроїв та екранувального одягу.

Захист часом. Передбачає скорочення часу перебування в електричному полі промислової частоти, напруженість якого перевищує 5 В/м.

Захист відстанню. Оскільки напруженість електричного поля промислової частоти зменшується при збільшенні відстані від джерела поля, то існують такі відстані, на яких напруженість поля не перевищує допустимих значень.

Правила безпеки при експлуатації електроустановок в окремих випадках передбачають поєднання захисту часом і відстанню одночасно.

Допускається працювати на землі в зоні впливу електричного поля на робочих місцях у наступних випадках:

- біля високовольтних ліній 400..500 кВ без обмеження часу в межах 20 м від осі опори будь-якого типу і не більше 90 хв у випадку виконання робіт у прольоті;

- біля високовольтних ліній 750 кВ не більше 180 хв у межах 30 м від осі проміжної опори і не більше 10 хв при виконанні робіт у прольоті або поблизу анкерної або кутової опори.

Для захисту від електричних полів надвисокої напруги (при частоті 50 Гц) збільшують висоту підвішування фазових проводів ліній електропередач.

З метою захисту населення від впливу електричного поля високовольтних ліній передбачається санітарно-захисні зони при наступних значеннях гранично допустимих рівнів (ГДР) напруженості електричного поля: всередині житлових будинків - 0,5 кВ/м; на території зони житлової забудови - 1 кВ/м; в населеній місцевості (міста, селища, села, території городів, садів) - 5 кВ/м; на ділянках перетину високовольтних ліній з автомобільними дорогами І і IV категорій - 10 кВ/м; в ненаселеній місцевості (включаючи сільськогосподарські угіддя) - 15 кВ/м; у важко доступній місцевості - 20 кВ/м.

Території санітарно-захисних зон розташовуються вздовж трас повітряних ліній електропередачі по обидві їх сторони.

Для повітряних ліній електропередачі напругою 330 кВ встановлюється межа санітарно-захисної зони в одну сторону - 20 м, для 500 кВ - 30 м, для 750 кВ - 40 м, для 1150 кВ - 55 м.

Відстань від осі повітряних ліній електропередачі до межі населених пунктів не повинна бути меншою: 250 м - для повітряних ліній електропере­дачі напругою 750 кВ; 300 м - для повітряних ліній електропередачі напругою 1150 кВ.

Повітряні лінії електропередач напругою 35... 110 кВ і вище потрібно розташовувати за межами селищної території або заміняти їх підземними кабельними лініями.

Вибір оптимальних геометричних параметрів високовольтних ліній та відкритих розподільчих пристроїв. Суттєво знизити потенціал і напруженість електричного поля можна шляхом оптимального вибору параметрів: висоти підвішування дротів h, кількості дротів у фазі п, відстані між дротами та між фазовими дротами d, а також радіуса дротів r₀.

Б. Захист людини й довкілля від електромагнітних випромінювань радіочастотного діапазону. До основних методів захисту від електромагнітних випромінювань даного діапазону частот слід віднести наступні: захист часом; вибір необхідної відстані від джерела випромінювання; екранування джерела випромінювання; екранування робочих місць, розташованих як у виробничих приміщеннях, так і на території промислових підприємств; раціональне розташування електроустановок за межами виробничих приміщень.

Таблиця 3

Гранично допустимий час перебування людини в електричному полі напругою 400 кВ і вище (50 Гц)

Електрична напруженість, Е, кВ/м	Допустимий час перебування людини, хв
<5	Без обмежень (робочий день)
5...10	< 180
10...15	<90
15...20	< 10
20...25	<5

Примітка: іншу частину робочого дня людина знаходиться в місцях, де напруженість електричного поля менша або рівна 5 кВ/м

Захист часом. Передбачає обмеження часу перебування людини в робочій зоні за умови, коли інтенсивність опромінювання перевищує встановлені норми. Цей метод використовують тоді, коли немає можливості знизити інтенсивність опромінювання до допустимих значень і лише для електричного поля частотою 50 Гц та випромінювань у діапазоні 300МГц...330ГГц. Допустимий час перебування людини залежить від інтенсивності опромінювання (табл. 3).

Якщо інтенсивність опромінювання в діапазоні 300 МГц...330 ГГц знаходиться між двома нормованими рівнями, то допустиме значення часу опромінювання визначають за формулою:

, хв (1)

де ψ — інтенсивність опромінювання, Вт/м²;

ψ_доп - допустима інтенсивність опромінювання, Вт/м².

За допомогою цієї формули можна визначити допустимий час опромінювання при значеннях ψ в інтервалі 10... 1000 мкВт/см².

Захист відстанню. Застосовується тоді, коли неможливо послабити інтенсивність опромінювання за допомогою інших методів. В цьому випадку збільшують відстань між джерелом випромінювання та обслуговуючим персоналом.

Особливе значення при цьому має влаштування санітарно-захисних зон. Санітарно-захисна зона для передавальних радіостанцій, обладнаних антенами неспрямованої дії, для телецентрів і телевізійних радіотранс- ляторів, а також для радіолокаційних станцій кругового огляду встановлюється по колу.

За останні роки на промислових підприємствах все частіше стали використовувати метод екранування джерел електромагнітного випромінювання. Цей метод застосовують для зниження інтенсивності електромагнітного поля на робочих місцях, розташованих як у виробничих приміщеннях, так і на території промислових підприємств. Для цього використовують екрани з металевих листів або сіток у вигляді замкнених камер, шаф або кожухів.

Основною характеристикою екрана є ступінь послаблення електромагнітного поля, тобто ефективність екранування, яка є відношенням напруженості електричної складової Е, напруженості магнітної складової Н, ефективності опромінювання у в даній точці за відсутності екрана до Е_ек, Н_ек і ψ _ек в тій же точці з екраном.

Ступінь послаблення електромагнітного поля залежить від глибини проникнення високочастотного струму в товщу екрана. Чим більша магнітна проникність екрана й чим вища частота екранованого поля, тим менша глибина проникненнуя і необхідна товщина екрана. Джерело випромінювань або робоче місце екранують за допомогою відбивальних або поглинальних екранів.

Знаючи характеристику металу, можна розрахувати глибину проникнення поля в екран, що забезпечить необхідне послаблення електромагнітних полів на даній відстані:

(2)

або

, (3)

де ω кутова частота змінного струму, рад/с, ω = 2nf;

f = частота поля Гц; - магнітна проникність металу захисного екрана, Г/м;

γ - електропровідність металу екрана, (Ом м)^-1;

Е_t - необхідна ефективність екранування на робочому місці, що визначається за формулою:

(4)

де Н_l і Н _Еl - максимальні значення напруженості магнітної складової поля на відстані l, м, від джерела, відповідно без екрана та з екраном, А/м.

За аналогічною формулою визначають необхідну ефективність екранування на робочому місці:

(5)

де Н_{д н} - допустима напруженість магнітного поля, А/м.

Напруженість на робочому місці Н _l визначають за формулою:

(6)

де n, r - відповідно число витків і радіус котушки, м;

І - сила струму в котушці, А;

lі — відстань від джерела випромінювання (котушки) до робочого місця, м;

β_r - коефіцієнт, що визначають за співвідношенням – l/r, (при - l/r >10, β_r = 1,0).

Допустима величина магнітної складової поля визначається за формулою:

(7)

деf- частота поля, Гц.

Дійсну ефективність екранування на робочому місці визначають за формулою:

(8)

де R – радіус екрана, м (у випадку, коли екран має форму круга);

d - товщина екрана, мм;

l_к - довжина котушки, м;

t – глибина проникнення поля в екран, м;

μ_e' - відносна магнітна проникність екрана, визначають із відношення:
μ_e' =μ_e / μ₀ (де μ_о - початкова магнітна проникність).

Порядок виконання роботи

1.Вивчають основні методи захисту людини й довкілля від дії електричного поля промислової частоти та від електричних, магнітних полів і випромінювань радіочастотного діапазону;

2.За формулою (7) визначають допустиму величину магнітної складової ЕМП;

3.За формулою (6) визначають напруженість на робочому місці за відсутності екрана;

4.За формулою (5) визначають необхідну ефективність екранування на робочому місці;

5.За формулою (3) визначають глибину проникнення електромагнітного поля в екран;

6.За формулою (8) визначають дійсну величину екранування на робочому місці;

7.Роблять висновок щодо ефективності захисту екрана від дії електромагнітного поля.

Приклад 1

Розрахувати ефективність захисного екрана радіусом R=0,35 м, якщо відомі наступні дані: частота поля f = 6 x 10⁴ Гц; магнітна проникність металу захисного екрана μ_о =4π 10⁷ г/м; електрична провідність металу екрана γ_е=3,55x10⁷ (Ом м)^-1; відносна магнітна проникність металу μ_e''=1,0; сила електрострумe I=380 А; число витків котушки п = 14; радіус котушки r = 0,1 м; відстань від джерела випромінювання (котушки) до робочого місця l =0,8 м; довжина котушки l_к = 0,3 м; допустима напруженість поля Е_{д н}. = 5 Вт/м.

Розв'язок

1.За формулою (7) визначаємо допустиму величину магнітної складової електромагнітного поля:

A/м

2.За формулою (6) визначаємо напруженість на робочому місці:

, A/м

3.За формулою (5) визначаємо необхідну ефективність екранування на робочому місці:

Е_lH=20,7/13,2=1,57;

4.За формулою (3) визначаємо глибину проникнення електромагнітного поля в екран:

мм;

5.За формулою (8) визначаємо дійсну величину екранування на робочому місці:

;

3 розрахунку видно, що вибраний екран забезпечує необхідний захист обслуговуючого персоналу на даному робочому місці, оскільки Е_ід > Е _lH, тобто (10,5 > 1,57).

Завдання

Розрахувати ефективність захисного екрана радіусом R=0,25 м, якщо відомі наступні дані: частота поля f = 6 x 10⁴ Гц; магнітна проникність металу захисного екрана μ_о =4π 10⁷ г/м; електрична провідність металу екрана γ_е=3,55x10⁷ (Ом м)^-1; відносна магнітна проникність металу μ_e''=1,0; сила електрострумe I=380 А; число витків котушки п = 14; радіус котушки r = 0,1 м; відстань від джерела випромінювання (котушки) до робочого місця l =0,8 м; довжина котушки l_к = 0,3 м; допустима напруженість поля Е_{д н}. = 5 Вт/м.

 

 

Практична робота №18