Никифоров А.Ф., Первова И.Г., Липунов И.Н., Василенко Л.В. Теоретические основы физико-химических процессов очистки воды
Подождите немного. Документ загружается.
161
или недостаточно очищенными сточными водами промышленных,
коммунальных и сельскохозяйственных предприятий.
В последнее время наблюдается тенденция внедрения в прак-
тику водоочистки физико-химических методов. Основное преиму-
щество методов заключается в их способности быстро реагировать
на изменение состава загрязнений обрабатываемой воды. Некото-
рые из методов позволяют извлекать из сточных вод ценные ком-
поненты.
При написании учебного пособия авторы ориентировались на
современные достижения в области теоретической и прикладной
физики, общей химии, физической и коллоидной химии, изложен-
ные в работах А.И. Горбунова, Ю.Г. Фролова, Л. Мейтиса, А. По-
линга и др.
Представленный в учебном пособии материал рассмотрен с
позиций Уральской школы физико-химиков, в основании которой
стоят профессора С.Г. Мокрушин, С.А. Вознесенский, В.В. Пушка-
рев и Г.А. Китаев.
Авторы надеются, что пособие поможет будущим специали-
стам в области охраны водных ресурсов грамотно подойти к выбо-
ру методов и средств очистки природных и сточных вод.
162
Cписок рекомендуемой литературы
Алексеевский Н.И. Гидрофизика: Учеб. для студ. Вузов /
Н.И. Алексеевский. М.: «Академия», 2006. 176 с.
Ахметов Б.В., Новиченко Ю.П., Чапурин В.И. Физическая и
коллоидная химия. Л.: Химия, 1986. 320 с.
Бабенков Е.Д. Очистка воды коагулянтами. М.: Наука, 1977.
356 с.
Введение в технологию очистки природных вод: Учеб. посо-
бие/ В.В. Пушкарев, А.Ф. Никифоров, Е.В. Мигалатий и др. Сверд-
ловск: УПИ им. С.М. Кирова, 1981. 96 с.
Воюцкий С.С. Курс коллоидной химии. М.: Химия, 1964.
574 с.
Зимон А.Д. Коллоидная химия: Учебник для вузов. М.: Агар.
2003. 320 с.
Ионная флотация радионуклидов: Методические указания к
лабораторным работам / А.Ф. Никифоров, А.П. Рыженьков. Екате-
ринбург: УПИ, 1992. 36 с.
Коровин Н.В. Общая химия: Учеб. для технических направ. и
спец. вузов. М.: Высш. шк., 1998. 559 с.
Кудрявцев А.А. Составление химических уравнений: Учеб.
пособие для высш. техн. учеб. заведений. 6-е изд., перераб. и доп.
М.: Высш. шк., 1991. 320 с.
Кричевский И.Р., Петрянов И.В. Термодинамика для многих.
М.: Просвещение, 1975. 160 с.
Липунов И.Н., Никифоров А.Ф. Химия окружающей среды:
Курс лекций. Екатеринбург: УГЛТУ, 2006. 319 с.
Мейтис Л. Введение в курс химического равновесия и кинети-
ки / Пер. с англ. Е.Н. Дороховой, Г.В. Прохоровой. М.: Мир, 1984.
484 с.
Мушкамбаров Н.Н. Физическая и коллоидная химия: Курс
лекций. М.: ГЭОТАР – МЕД, 2001. 384 с.
Методы физико-химического анализа в экологии: Учеб. посо-
бие/И.Н. Липунов, Л.В. Василенко, А.Ф. Никифоров и др. Екате-
ринбург: УГЛТА, 1998. 204 с.
Никифоров А.Ф., Мигалатий Е.В., Ничкова И.И. Сорбционные
методы концентрирования и разделения редких металлов: Учеб.
пособие. Екатеринбург: УПИ, 1992. 50 с.
163
Ничкова И.И., Никифоров А.Ф. Химия воды: Методические
указания к лабораторным работам. Свердловск: Изд-во УПИ им.
С.М. Кирова, 1986. 37 с.
Никифоров А.Ф., Мигалатий Е.В., Южанинов А.Г. Сорбцион-
ные и мембранные методы очистки воды: Учеб. пособие. Сверд-
ловск: Изд-во УПИ им С.М. Кирова, 1989. 120 с.
Николаев Л.А., Фадеев Г.Н. Молекула, скорость, реакция. М.:
Просвещение, 1976. 176 с.
Охрана водных ресурсов: Учеб. пособие / А.Ф. Никифоров,
Ю.В. Аникин, В.Н. Рычков и др. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-
УПИ. 2005. 60 с.
Полинг А. Общая химия: Пер. с англ./Под ред М.Х. Карапеть-
янца. М.: Мир, 1974. 846 с.
Пушкарев В.В., Никифоров А.Ф., Мигалатий Е.В. Физико-
химические основы технологии очистки воды: Учеб. пособие.
Свердловск: Изд-во УПИ им. С.М. Кирова, 1977. 96 с.
Получение питьевой воды на локальных установках: Методи-
ческие указания к лабораторным работам/Е.В. Мигалатий,
А.Ф. Никифоров, Б.С. Браяловский и др. Екатеринбург: УГТУ,
1998. 36 с.
Получение глубоко обессоленной воды из пароконденсата:
Методические указания к лабораторным работам/А.Ф. Никифоров,
Е.В. Мигалатий, Б.С. Браяловский и др. Екатеринбург:
УГТУ, 1998. 42 с.
Писаренко А.П., Поспелова К.А., Яковлев А.Г. Курс коллоид-
ной химии: Учеб. для студентов нехимических специальностей ву-
зов / Под ред. А.П. Писаренко. М.: Высш. шк., 1969. 248 с.
Рэмсден Э.Н. Начала современной химии: Справ. изд.: Пер. с
англ. / Под ред. В.И. Барановского. Л.: Химия, 1989. 784 с.
Свиридов В.В., Свиридов А.В., Никифоров А.Ф. Физико-
химические основы процессов микрофлотации. Екатеринбург: ГОУ
ВПО УГТУ-УПИ, 2006. 578 с.
Спайс Дж. Химическая связь и строение / Пер. с англ. под ред.
М.Е. Дяткиной. М.: Мир, 1966. 430 с.
Справочник по очистке природных и сточных вод / Л.Л. Па-
аль, Я.Я. Кару, Х.А. Мельдер и др. М.: Высш. шк., 1994. 336 с.
Теоретические основы общей химии: Учебник для студентов
технических университетов и вузов/А.И. Горбунов, А.А. Гуров,
164
Г.Г. Филиппов и др.:/Под ред. А.И. Горбунова. М.: Изд-во МГТУ
им. Н.Э. Баумана, 2001. 720 с.
Тимашев С.Ф. Физикохимия мембранных процессов. М.: Хи-
мия, 1988. 280 с.
Физико-химические процессы очистки воды: Учеб. пособие /
Е.В. Мигалатий, А.Ф. Никифоров, Ю.В. Аникин и др. Екатерин-
бург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2004. 160 с.
Физикохимия воды и водных растворов: Учеб. пособие /
А.Ф. Никифоров, Е.В. Мигалатий, В.И. Аксенов и др. Екатерин-
бург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2003. 92 с.
Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии (Поверхностные явле-
ния и дисперсные системы): Учебник для вузов. М.: Химия, 1982.
400 с.
Фридрихсберг Д.А. Курс коллоидной химии. Л.: Химия, 1974.
352 с.
Хомченко И.Г. Общая химия. М.: Химия, 1987. 464 с
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
РАСТВОРИМОСТЬ СОЛЕЙ И ОСНОВАНИЙ В ВОДЕ
Анион Катион
Li
+
Na
+
K
+
NH
4
+
Cu
2+
Ag
+
Mg
2+
Ca
2+
Mn
2+
Ba
2+
Zn
2+
Hg
2+
Al
3+
Sn
2+
Pb
2+
Bi
3+
Fe
3+
Fe
2+
Cl
-
Р Р Р Р Р Н Р Р Р Р Р Р Р Р М – Р Р
Br
-
Р Р Р Р Р Н Р Р Р Р Р М Р Р М – Р Р
I
-
Р Р Р Р – Н Р Р Н Р Р Н Р Р Н – – Р
NO
3
-
Р Р Р Р Р Р Р Р – Р Р Р Р – Р Р Р Р
CH
3
COO
-
Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р – Р – – Р
S
2-
Р Р Р Р Н Н – Р Н Р Н Н – Н Н Н Н Н
SO
3
2-
Р Р Р Р Н Н Н Н Н Н Н Н – – Н Н – Н
SO
4
2-
Р Р Р Р Р М М М Р Н Р – Р Р Н – Р Р
CO
3
2-
Р Р Р Р – Н Н Н Н Н Н – – – Н Н – Н
SiO
3
2-
Р Р Р – – – Н Н Н Н Н – Н – Н – Н Н
CrO
4
2-
Р Р Р Р Н Н Р М Н Н Н Н – – Н Н – –
PO
4
3-
Н Р Р Р Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н
OH
-
Р Р Р Р Н – Н М Н Р Н – Н Н Н Н Н Н
Примечание. Р – растворимое вещество, М – малорастворимое, Н – практически нерастворимое; – вещество не су-
ществует или разлагается водой.
166
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
ПРОИЗВЕДЕНИЯ РАСТВОРИМОСТИ НЕКОТОРЫХ СОЛЕЙ
В ВОДНЫХ РАСТВОРАХ ПРИ 298 К
Соль Произведение
растворимости
Соль Произведение
растворимости
AgBr
5,2⋅10
-13
М
2
CuBr
5,2⋅10
-9
М
2
Ag
2
CO
3
8,1⋅10
-12
М
3
CuCN
3,2⋅10
-20
М
2
AgCl
1,8⋅10
-10
М
2
CuC
2
O
4
2,3⋅10
-8
М
2
AgI
8,3⋅10
-17
М
2
CuCl
1,2⋅10
-6
М
2
Ag
2
S
6⋅10
-50
М
3
CuI
1,1⋅10
-12
М
2
Ag
2
SO
4
1,6⋅10
-5
М
3
Cu(IO
3
)
2
7,4⋅10
-8
М
3
Al(OH)
3
2⋅10
-32
М
4
CuSCN
4,8⋅10
-15
М
2
Ba(BrO
3
)
2
3,2⋅10
-6
М
3
Fe(OH)
3
4⋅10
-38
М
4
BaCO
3
5,1⋅10
-9
М
2
Hg
2
Br
2
5,8⋅10
-23
М
3
BaC
2
O
4
2,3⋅10
-8
М
2
Hg
2
CO
3
8,9⋅10
-17
М
2
BaCrO
4
1,2⋅10
-10
М
2
Hg
2
C
2
O
4
2⋅10
-13
М
2
Ba(IO
3
)
2
1,5⋅10
-9
М
3
Hg
2
Cl
2
1,3⋅10
-18
М
3
BaSO
4
1,3⋅10
-10
М
2
Hg
2
I
2
4,5⋅10
-29
М
3
CaCO
3
4,8⋅10
-9
М
2
Hg
2
SO
4
7,4⋅10
-7
М
2
CaC
2
O
4
4⋅10
-9
М
2
KBrO
3
5,7⋅10
-2
М
2
Ca(IO
3
)
2
7,1⋅10
-7
М
3
KClO
4
1,1⋅10
-2
М
2
Ca(OH)
2
1⋅10
-7
М
3
KIO
3
5,0⋅10
-2
М
2
Ca
3
(PO
4
)
3
2,0⋅10
-29
М
5
MgCO
3
1⋅10
-5
М
2
CaSO
4
3⋅10
-6
М
2
MgC
2
O
4
1⋅10
-8
М
2
CdC
2
O
4
9⋅10
-8
М
2
Mg(OH)
2
1,8⋅10
-11
М
3
CdS
2⋅10
-28
М
2
NiCO
3
6,6⋅10
-9
М
2
Ce(IO
3
)
3
3,2⋅10
-10
М
4
PbBr
2
3,9⋅10
-5
М
3
PbI
2
7,1⋅10
-9
М
3
PbC
2
O
4
4,8⋅10
-10
М
2
Pb(IO
3
)
2
3,2⋅10
-13
М
3
PbCl
2
1,6⋅10
-5
М
3
Pb
3
(PO
4
)
2
7,9⋅10
-43
М
5
PbCrO
4
1,8⋅10
-14
М
2
PbS
1⋅10
-28
М
2
PbF
2
2,7⋅10
-8
М
3
RbClO
4
2,5⋅10
-3
М
2
SrSO
4
3,2⋅10
-7
М
2
SrCO
3
1,1⋅10
-10
М
2
TlBr
3,4⋅10
-6
М
2
SrC
2
O
4
1,6⋅10
-7
М
2
TlCl
1,7⋅10
-4
М
2
SrCrO
4
3,6⋅10
-5
М
2
TlIO
3
3,1⋅10
-6
М
2
SrF
2
2,5⋅10
-9
М
3
ZnCO
3
1,4⋅10
-11
М
2
CoC
2
O
4
6⋅10
-8
М
2
ZnC
2
O
4
2,8⋅10
-8
М
2
Примечание. Символ М означает моль/дм
3
; произведение растворимости бро-
мида серебра равно 5,2⋅10
-13
М
2
= 5,2⋅10
-13
(моль/дм
3
)
2
= 5,2⋅10
-13
моль
2
/дм
6
и т.д.
167
Приложение 3
Стандартные электродные потенциалы при 298 К
Полуреакция Е
0
, В
F
2
+ 2H
+
+ 2e
-
→ 2HF 3,06
MnO
2
-
+ 4H
+
+ 3e
-
→ MnO
2(S)
+ 2H
2
O 1,70
Се(IV) + e
-
→ Ce
3+
(в 1 м HClO
4
) 1,70
•
Ce(IV) + e
-
→ Ce
3+
(в 1 м HNO
3
) 1,61
•
MnO
4
-
+ 8H
+
+ 5e
-
→ Mn
2+
+ 4H
2
O 1,51
PbO
2(ТВ)
+ 4Н
+
+ 2е
-
→ Pb
2+
+ 2H
2
O 1,46
Ce(IV) + e
-
→ Ce
3+
(в 1 м H
2
SO
4
) 1,44
•
Cl
2(Г)
+ е
-
→ Cl
-
1,36
Cr
2
O
7
2-
+ 14H
+
+ 6e
-
→ 2Cr
3+
+ 7H
2
O 1,33
Ce(IV) + e
-
→ Ce
3+
(в 1м HCl) 1,28
•
O
2
+ 4H
+
+ 4e
-
→ 2H
2
O 1,23
MnO
2(ТВ)
+ 4Н
+
+ 2е
-
→ Mn
2+
+ 2H
2
O 1,21
Br
2(Ж)
+ 2е
-
→ Br
-
1,07
HNO
2
+ H
+
+ e
-
→ NO + H
2
O 1,00
2Hg
2+
+ 2e
-
→ Hg
2
2-
0,905
Ag
+
+ e
-
→ Ag 0,800
Hg
2
2+
+ 2e
-
→ 2Hg 0,789
Fe
3+
+ e
-
→ Fe
2+
0,771
O
2
+ 2H
+
+ 2e
-
→ H
2
O
2
0,682
I
2(ТВ)
+ 2e
-
→ 2I
-
0,535
Cu
+
+ e
-
→ Cu 0,521
H
2
SO
3
+ 4H
+
+ 4e
-
→ S + 3H
2
O 0,45
Cu
2+
+ 2e
-
→ Cu 0,337
Cu
2+
+ e
-
→ Cu
+
0,153
Sn
4+
+ 2e
-
→ Sn
2+
0,15
S
(ТВ)
+ 2H
+
+ 2e
-
→ H
2
S 0,141
2H
+
+ 2e
-
→ H
2
0,000
Fe
3+
+ 3e
-
→ Fe –0,020
Pb
2+
+ 2e
-
→ Pb –0,126
Sn
2+
+ 2e
-
→ Sn –0,136
Ni
2+
+ 2e
-
→ Ni –0,250
Co
2+
+ 2e
-
→ Co –0,280
Cd
2+
+ 2e
-
→ Cd –0,403
Fe
2+
+ 2e
-
→ Fe –0,440
S + 2e
-
→ S
2-
–0,480
Cr
3+
+ 3e
-
→ Cr –0,740
•
Это более точные формальные потенциалы, то есть стандартные электродные
потенциалы в определенных условиях. Они позволяют учесть неопределен-
ности в количестве образующихся в растворе комплексов.
168
Приложение 4
СТАНДАРТНЫЕ ЭНТАЛЬПИИ ОБРАЗОВАНИЯ, ЭНТРОПИИ
И СВОБОДНЫЕ ЭНЕРГИИ ОБРАЗОВАНИЯ НЕКОТОРЫХ
ВЕЩЕСТВ ПРИ 298 К
Вещество
ΔН
0
, кДж/моль S
0
, Дж/(К⋅моль) ΔG
0
, кДж/моль
Ag(тв) 0,00 42,72 0,00
Ag
+
(водн) 105,90 73,93 77,11
AgBr(тв) –99,50 107,11 – 93,68
AgCl(тв) 127,03 96,11 – 109,70
AgI(тв) –62,38 114,22 – 66,32
Ag
2
O(тв) – 30,59 121,71 – 10,84
Al(тв) 0,00 28,33 0,00
Al
3+
(водн) – 524,7 – 313,4 – 481,2
Ba
2+
(водн) – 538,36 13 – 561,7
BaCl
2
(водн) – 873,28 121 – 823,0
Ba(OH)
2
(водн) – 998,22 – 8 – 875,3
Br
2
(ж) 0,00 152,3 0,00
Br
-
(водн) – 120,92 80,71 – 102,80
С(алмаз, тв) 1,88 2,43 2,89
С(графит, тв) 0,00 5,69 0,00
СН
3
Br(г) – 35,6 245,8 – 25,9
СН
2
Br
2
(г) – 4,2 293,6 – 5,9
СНBr
3
(г) 25 331,3 15,9
CBr
4
(г) 50 358,2 36,0
СН
3
Cl(г) – 100,4 296,5 – 67
СН
2
Cl
2
(г) – 87,9 270,6 – 59
CHCl
3
(г) – 100,4 296,5 – 67
CCl
4
(г) – 106,7 309,4 – 64
СН
4
(г) – 74,85 186,19 – 50,79
С
2
Н
2
(г) 226,75 200,82 209,20
С
2
Н
4
(г) 52,28 219,83 68,12
С
2
Н
6
(г) – 84,67 229,49 – 32,89
С
6
Н
6
(бензол, г) 82,93 269,20 129,66
СН
3
ОН(г) – 201,17 237,6 – 161,9
СН
3
ОН(ж) – 238,57 126,8 – 166,2
СН
3
СООН(ж) – 487,0 159,8 – 392,5
СО(г) – 110,52 197,91 – 137,27
СО
2
(г) – 393,51 213,64 – 394,38
С
2
О
4
-
(водн) – 824,2 51,0 – 674,9
Са
2+
(водн) – 542,96 – 55,23 – 553,04
СаС
2
О
4
⋅Н
2
О (тв)
– 1669,8 156,0 – 1508,8
Са(ОН)
2
(водн) – 1002,8 – 76,2 – 867,64
169
Вещество
ΔН
0
, кДж/моль S
0
, Дж/(К⋅моль) ΔG
0
, кДж/моль
Са(ОН)
2
(водн) – 1002,8 – 76,2 – 867,64
Cl
2
(г) 0,00 222,97 0,00
Cl
-
(водн) – 167,46 55,10 – 131,17
Cu(тв) 0,00 33,30 0,00
Cu
2+
(водн) – 167,46 55,10 – 131,17
CuO(тв) – 155,2 43,5 – 127,2
Fe
2+
(водн) – 87,9 – 113,4 – 84,9
Fe
3+
(водн) – 47,7 – 293,3 – 10,54
Н
2
(г) 0,00 130,58 0,00
Н
2
О(г) – 241,84 188,74 – 228,61
Н
2
О(ж) – 285,85 69,96 – 237,19
Н
2
О(тв) – 291,86 47,96 –
I
2
(г) 62,26 260,58 19,37
I
2
(тв) 0,00 116,73 0,00
Mg(тв) – 601,83 26,78 – 569,57
MgO(тв) – 601,83 26,78 – 569,57
Mg(OH)
2
(тв) – 924,66 63,14 – 833,75
Na
+
(водн) – 239,66 60,25 – 261,88
NaBr(водн) – 360,58 141,00 – 364,68
NaCl(водн) – 407,11 115,48 – 393,04
О
2
(г) 0,00 205,03 0,00
ОН
-
(водн) – 229,94 – 10,54 – 157,30
Pb
2+
(водн) 1,63 24,31 21,3
PbCl
2
(водн) – 333,26 131,4 – 286,65
PbO(красный, тв)
– 219,24 67,8 – 189,33
PbO(желтый, тв) – 217,86 69,5 – 188,49
S(моноклинная, тв)
0,30 32,55 0,10
S(ромбическая, тв)
0,00 31,88 0,00
SO
2
(г) – 296,90 248,53 – 300,37
SO
3
(г) – 395,18 256,23 – 370,37
Tl
+
(водн) 5,77 127,2 – 32,45
TlBr(тв) – 172,4 111,3 – 166,1
TlCl(тв) – 204,97 108,4 – 184,9
TlI(тв) – 50,2 236,4 – 83,3
Zn(тв) 0,00 41,63 0,00
Zn
2+
(водн) – 152,42 – 106,48 – 147,21
Учебное издание
Александр Федорович Никифоров
Инна Геннадьевна Первова
Игорь Николаевич Липунов
Леонид Викторович Василенко
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ
ПРОЦЕССОВ ОЧИСТКИ ВОДЫ
Учебное пособие
Редактор Л.Д. Черных
Компьютерный набор Т.В. Лобухиной
Подписано в печать Формат 60х84 1/16
Бумага писчая Печать офсетная Усл. печ. л. 12,32
Уч.-изд.л. 11,8 Тираж 100 экз Заказ
Уральский государственный лесотехнический университет
620100, Екатеринбург, Сибирский тракт, 37
Размножено с готового оригинала-макета
ГУП СО «Талицкая типография»
623640, Свердловская обл., г. Талица, ул. Исламова, 2