运用实验室法处理生活污水的原理和方法

摘 要： 本文阐述了实验室法处理生活污水的原理、方法及其检验方法。

关键词： 生活污水 纯化 电解 离子交换

某些工业生产和科学实验需要用到纯水，水的纯化方法通常有蒸馏法、离子交换法和电渗析法等，本实验先电解生活污水，然后过滤污水，最后用离子交换法制备纯水。

一、实验原理

生活污水是人类日常生活中使用过的水，包括厕所、厨房、浴室、洗衣房等处排出的水，也包括来自公共场所、机关、医院、学校、商店及工厂生活间等处排出的水，这些生活污水含有较多的有机物，如蛋白质、动植物脂肪、碳水化合物和氨、氧，还含有肥皂、洗涤剂、病原微生物、寄生虫卵等。

电解法是用铝电极做阳极，用和水不反应的电极，例如铜电极做阴极，电解生活污水，电解生成氢气和氢氧化铝，在阴极氢气冒出的过程中，把一些不溶于水的较轻污染物质带到液面上；阳极生成氢氧化铝，生成的胶粒状的氢氧化铝带正电荷，能吸附色素还能吸附带负电荷的粒子，如非金属氧化物、金属硫化物、硅酸胶体、硫化砷等。蛋白质有带电的基团也能被氢氧化铝胶粒所吸附。

离子交换法是利用离子交换树脂能与水中的K、Na、Ca、Mg、Cl、SO、CO、HCO等无机离子进行选择性的交换反应而获得去离子水，离子交换树脂是带有活性基团的有机高分子聚合物，按基因的特性将可分为两类，一类含有酸性活性基团，简写为R-H，称为阳离子交换树脂，另一类含有碱性活性基团，简写为R-OH，称为阴离子交换树脂。当水流经强酸性阳离子交换树脂时，水中的阳离子就与树脂发生交换吸附，当水从阳离子交换树脂流出后，再流经强碱性阴离子交换树脂时，水中的阴离子又与树脂发生交换吸附，经过阳离子交换树脂交换出来的H和阴离子交换树脂交换出来的OH作用结合成水：H+OHHO。

离子交换树脂制纯水的优点是：离子交换树脂经过一段时间交换后，交换树脂达到饱和（失去交换能力），此时可将交换树脂进行再生处理，即用2mol•LHCl溶液和2mol•LNaOH溶液分别按制备交换水的相反方向，慢慢流经交换树脂，这样就发生交换水反应的逆反应，使树脂上交换吸附的水中杂质离子释放出来，并随溶液流出，从而使离子交换树脂恢复原状，此过程称为再生，再生后的离子交换树脂可重新使用。如此反复，如果使用得当，寿命可达10年以上，经济效益十分明显。

二、仪器、药品和材料

仪器：50ml碱式滴定管两根，24V学生直流电源，雷磁DDS-11A型电导率仪

药品：钙指示剂，铬黑T指示剂，HCl（2mol•L），NaOH（2mol•L），NHCl-NH•HO缓冲溶液（pH=10），BaCl（1mol•L），AgNO（0.1mol•L）。

材料：711#（d=1.08）强碱性阴离子交换树脂，732#（d=1.25）强酸性阳离子交换树脂，pH试纸（量程为5.5―9.0的精密试纸），医用纱布，（6×9）乳胶橡皮管，螺丝夹，T型玻璃管（三通），漏斗（大，小），滤纸，漏斗架，烧杯（100 mL，200 mL，2000 mL），铝电极、铜电极及配套导线。

三、实验内容

1.电解污水

在2000mL烧杯中注满污水，安装好铝电极和铜电极，其中铝电极和直流电源的正极连接，铜电极和直流电源的负极连接，打开电源，调电压到12伏电解污水。这时，阴极有氢气生成，阳极有氢氧化铝生成，50分钟后，关闭电源，用小勺把污水表面的污染物捞出，然后过滤污水，这时污水变成澄清的水。

2.树脂处理

新买来的树脂，使用前要进行转型处理，取一定量的711#阴离子交换树脂，放入烧杯中，先用蒸馏水（或去离子水）浸泡24h，然后用NaOH（2mol•L）溶液浸泡24h（溶液盖过树脂，中间搅拌几次），倾去碱液，再用NaOH溶液浸泡1h，并经常搅拌，如此重复两次，倾去碱液，用蒸馏水（盖过树脂）搅拌洗涤树脂，重复洗涤至洗涤液呈中性（用pH试纸测量），最后浸没在蒸馏水中。

另取一定量的732#阳离子交换树脂，放入容器中，同阴离子树脂一样处理，但是用HCl（2mol•L）溶液代替NaOH溶液。

上述处理也可以在交换柱中进行（再生时即在柱内进行），使酸和碱分别缓慢逆向流经树脂，再用蒸馏水洗涤至中性。

3.装柱将碱式滴定管如上图固定在铁架台上，在管底塞入一小块纱布，以防树脂流出，先在柱中加入约1/3容积的蒸馏水，并排除橡皮管中的空气，管内插一小玻璃漏斗，然后将处理好的树脂和水调成薄粥状，并慢慢加入使其随水沉入管内，为使交换有效进行，树脂层不能出现气泡，所以，水面在任何时候一定要高出树脂层；若水过多时，可放松下面的螺丝夹，使水流出一部分；为使树脂装得均匀紧密，可用手指轻弹管壁；如果树脂层内出现气泡，可用清洁玻璃棒或塑料通条赶走气泡，如果赶不走，则应重新装柱。

4.去离子水的制备

小心开启污水和交换柱间的螺丝夹，随即再开启阴离子交换柱下的螺丝夹，并用烧杯盛水，控制水的流速为成滴流下，开始流出的150―200 mL水弃去，然后用100 mL烧杯收集约60mL水（用表面皿盖好）进行纯度检验。

5.水质纯度检验

分别对去离子水和过滤后的污水进行检验以作对比。

（1）水的电导率仪的测定

用电导率仪分别测定去离子水和过滤后的污水的电导率，每次测量前都应用去离子水和待测水样先后淋洗电导电极，然后取待测水样（能浸没电极）进行电导率的测量，去离子水的电导率测量应尽快进行，否则实验室空气中的CO、HCl、NH、SO等气体会溶于水中，使水的电导率升高。

（2）定性检验

用化学方法定性检验去离子水和过滤后的污水。

Ca离子检验：取约1mL水样加2mol•LNaOH溶液两滴，再加入小量钙指示剂，观察、记录现象，颜色越红，说明含钙离子越多。

Mg离子检验：取约1mL水样加1―2滴NHCl-NH•HO缓冲溶液和少量铬T指示剂，观察、记录现象，酒红色越深，说明含镁离子越多。

SO离子检验，分别取约1mL水样加两滴1mol•LBaCl，观察、记录现象，白色沉淀越多，说明含SO离子越多。

Cl离子检验：分别取约1mL水样加两滴0.1mol•LAgNO溶液，观察、记录现象，白色沉淀越多，说明含Cl离子越多。

用精密pH试纸测定水样的pH值。

以上结果（实验数据和现象）记录于下表：

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