Ćwiczenie I
„Podstawowe analizy fizyko-chemiczne ścieków”

Data :
poniedziałek 9.03.2015

Skład sekcji :
CZEMERAJDA Agata
POTRZEBOWSKA Natalia
SERAFIMOWICZ Weronika

Cel ćwiczenia :
Celem ćwiczenia było sporządzenie ścieków syntetycznych o podanym składzie z wykorzystaniem roztworów podstawowych oraz wykonanie analiz fizyko-chemicznych sporządzonych ścieków syntetycznych w celu weryfikacji ich składu.

Przebieg ćwiczenia :

1. Zrobiono obliczenia, których rezultatem było otrzymanie wartości objętości potrzebnej do sporządzenia ścieków o podanym w instrukcji składzie :
Skorzystano ze wzoru: C₁ * V₁ = C₂ * V₂

N-NO₃:

Do dyspozycji: roztwór KNO₃ o stężeniu 10 g/l

M_KNO3 = 101 g/mol

M_N2 = 14 g/mol

101 g/mol KNO₃ --------- 14 g/mol N

10 g/l KNO₃ --------- x g/l N

x =1,39 g/l N = 1390 mg/l N

Ścieki surowe:

0,5mg/l * 0,5l = 1390 mg/l * V₂

V₂ = 1,80 x 10-4 l = 1,8 x 10^-1 ml

Ścieki oczyszczone:

70 mg/l * 0,5 l = 1390 mg/l * V₃

V₃ = 0,02518 l = 25,18 ml

N-NO₂

Do dyspozycji : roztwór NaNO₂ o stężeniu 10 g/l

M_NaNO2 = 69 g/mol

M_N = 14 g/mol

69 g/mol NaNO₂ ------------ 10 g/l N

14 g/mol NaNO₂ ------------ x g/l N

x = 2,02 g/l = 2020 mg/l

C₁ = 2020 mg/l

C₂ = 0,5 mg/l
C₃ = 2 mg/l

V₂ = 500 ml
V₁ = ?

V₃ = ?

Ścieki surowe :

V₁ = 0,12 ml

Ścieki oczyszczone :

V₃ = 0,495 ml

N - NH₄

Do dyspozycji : roztwór NH₄Cl o stężeniu 10 g/l

M_NH4Cl = 53,5 g/mol
M_N2 = 14 g/mol

53,5 g/mol NH₄Cl --------------- 10 g/l

14 g/mol N₂ --------------- x g/l

x = 2,616 g/l = 2616 mg/l

C₁ = 85 mg/l
C₂ = 2616 mg/l

V₂ = 500 ml
C₃ = 14 mg/l
V₁ = ?

V₃ = ?

Ścieki surowe :
85 g/l --------------- 2616 mg/l

V₁ ml --------------- 500 ml

V₁ = 16,24 ml

Ścieki oczyszczone :
14 g/l --------------- 2616 mg/l

V₃ ml --------------- 500 ml

V₃ = 2,675 ml

Obliczenie rzeczywistego dodania N-NO₂

M_NaNO2 = 69 g/mol

M_N = 14 g/mol

69 g/mol NaNO₂ ------------ 10 g/l N

14 g/mol NaNO₂ ------------ x g/l N

x = 2,02 g/l = 2020 mg/l

C₁ = 2020 mg/l

C₂ = 6,73 mg/l
C₃ = 30,51 mg/l

V₂ = 500 ml
V₁ = ?

V₃ = ?

Ścieki surowe :

V₁ = 1,66 ml
Ścieki oczyszczone :

V₃ = 7,55 ml

CHzT

Do dyspozycji: CH₃COONa 100 g/l

CH₃COONa CH₃COO^- + Na⁺

CH₃COO^- + H⁺ +2O₂ 2CO² + 2H₂O

1 mol 2 mole

M_H3COO- = 59 g/mol

M_2O2 = 64 g/mol

M_CH3COONa = 82 g/mol

82g -------- 59g

100g -------- x

x = 71,95 g

59 g -------- 64 g

71,95g -------- y

y = 78,05 g = 78050 mg/l O₂

C₁ * V₁ = C₂ * V₂

Ścieki surowe :

300 mg * 500 ml = 78050 mg * V₂

V₂ = 3000 * 500/78050 = 19,22 ml

V₂ =19,22 ml

Ścieki oczyszczone :

100 mg * 500 ml = 78050 * V₄

V₄ = 0,64 ml

2.Wykonano analizy fizyko-chemiczne sporządzonych ścieków syntetycznych w celu weryfikacji ich składu.

a)Oznaczano formy azotu w ściekach metodami kalorymetrycznymi

Wykonano oznaczenia (w naszej sekcji badano ścieki oczyszczone):

Azotu amonowego - poprzez odmierzenie w przypadku ścieków oczyszczonych 10ml i dopełnieniu do 100ml wodą destylowaną. Następnie wprowadzono 1 ml winianu sodowo-potasowego i 1 ml odczynnika Nesslera, wymieszano. Po upływie 10 min porównano z próbą ślepą spektrofotometrycznie przy długości fali 410 nm.

Azotu azotynowego - dwukrotnie rozcieńczany raz 10x, a następnie 50x ze względu na zbyt duże stężenie w stosunku do krzywej wzorcowej. Do wyznaczenia pobrano 0,2ml i dopełniono do 100ml wodą destylowaną. Następnie dodano 1 ml kwasu sulfanilowego, wymieszano i odczekano 5 min. Po upływie określonego czasu dodano 1 ml alfa-naftyloaminy oraz 1 ml octanu sodu, wymieszano. Po upływie 10 min zmierzono absorbancję o długości fali 520 nm.

Azotu azotanowego - poprzez odmierzenie 500 µl ścieków, 50 µl H2NSO3H, 3.5 ml mieszaniny 1:1 kwasu siarkowego i kwasu ortofosforanowego oraz 500 µl DMP.

Zawartość probówki zakorkowano i wymieszano. Po upływie 10 min zmierzono absorbancję o długości fali 360 nm.

Oznaczenie	Dł. Fali wykorzystywanej do detekcji	Zakres krzywej	Wzór krzywej
N-NH4	410nm	Do 0,5mg/l	y=6,2301x+0,2291
N-NO2	520nm	Do 0,1mg/l	y=0,3692x+0,0145
N-NO3	360nm	Do 30mg/l	y=22,886x+0,4151

W celu obliczenia stężenia[C] poszczególnych składników ścieków surowych i oczyszczonych należy pomnożyć wzór krzywej razy rozcieńczenie próbki.

y - stężenie

x - absorbacja

Oznaczenie	Ścieki surowe			Ścieki oczyszczone
		Rozc.	A	C	Rozc.	A	C
	N-NH4	1:50	0,294	103,037	1:10	0,194	14,37
		1:50	0,251	89,5	1:10	0,270	19,11
N-NO2	1:100	0,143	6,73	1:500	0,126	30,51
N-NO3	1:1	0,102	2,75	1:5	0,739	86,6
		1:1	0,085	2,236	1:5	0.686	80,575

A - absorbcja

C - stężenie

Rozc. - rozcieńczenie

b) Oznaczono ChZT metodą dwuchromianową

Wykonano oznaczenia (w naszej sekcji badano ścieki oczyszczone):

Chemiczne zapotrzebowanie tlenu - do kolby o pojemności 100 ml dodano 20 ml ścieków oczyszczonych i dopełniono do 100ml wodą destylowaną. Pobrano 20 ml rozcieńczonych ścieków do kolby stożkowej, następnie dodano szczyptę siarczanu rtęci, 10 ml dwuchromianu potasu i 30 ml kwasu siarkowego (VI). Kolbę podłączono do chłodnicy zwrotnej i ogrzewano przez godzinę.

Po upływie określonego czasu kolbę schłodzono i przystąpiono do miareczkowania. Do roztworu w kolbie dodano 3 krople ferroiny i miareczkowano siarczanem żelazowo-amonowym aż do zmiany barwy roztworu na brunatny.

a - objętość soli Mohra zużytego do miareczkowania próby ślepej
b - objętość soli Mohra zużytego do miareczkowania próbki ścieków
R - rozcieńczenie

3. Tabela wartości średnich:

Składnik	Ścieki surowe [mg/l]	Ścieki oczyszczone [mg/l]	Prawidłowa wartość wg polecenia śc. surowe[mg/l]	Prawidłowa wartość wg polecenia śc. oczyszczone[mg/l]	Błąd [%]	Błąd [%]
ChZT	2601,81	106,33	3000	100	86,73	106,33
N-NH4	96,27	16,74	85	14	113,26	119,57
N-NO2	6,73	30,51	0,5	2	1346	1525,5
N-NO3	2,55	83,59	0,5	70	510	119,41

4.Wnioski

Sekcja opracowała obliczenia i przygotowanie azotu azotynowego (N-NO2) dla ścieków surowych i oczyszczonych, a w dalszej części ćwiczeń pracowała na ściekach oczyszczonych. Niestety z powodu nieuwagi całej sekcji, podczas tworzenia mieszanin ścieków syntetycznych dodane zostały niewłaściwe objętości azotu azotynowego (tysiąckrotnie razy większe od wyliczonych). Rzeczywiste objętości dodanego N-NO2 wynoszą dla ścieków surowych: 1,66 ml (zamiast 0,12 ml), dla ścieków oczyszczonych: 7,55ml (zamiast 0,495 ml). Pomyłki zostały uwzględnione podczas wykonywania pomiarów absorbancji przez uprzednie wykonanie odpowiedniego rozcieńczenia prób.

W przypadku ścieków surowych najpoprawniej oznaczone zostały azot amonowy (N-NH4) oraz chemiczne zapotrzebowanie tlenowe (ChZT), gdzie różnica między otrzymanymi wynikami a założonymi danymi wynosi około 13,3%. Największą rozbieżność obserwuje się w przypadku azotu azotynowego (N-NO2), gdzie różnica wynosi 1246%, ale jest ona przede wszystkim spowodowana nieprawidłowym przygotowaniem mieszaniny ścieków. Jeśli chodzi o azot azotanowy (N-NO3), oznaczone stężenie przekroczyło stężenie prawidłowe wg polecenia o 410%.

Nieco inaczej sprawa prezentuje się w przypadku ścieków oczyszczonych. Najmniejszą różnicę podczas oznaczania stężenia obserwuje się dla ChZT i wynosi ona tylko 6,33%. 19,41% i 19,57% występuje w przypadku N-NO4 oraz N-NO3. Największą rozbieżność - 1425,5% obserwujemy ponownie dla N-NO2 z tego samego powodu co w przypadku ścieków surowych.

Pomijając rezultaty dla azotu azotynowego rozbieżności w wynikach mogą wynikać z niedokładności sprzętu pomiarowego, nieprawidłowego przygotowania prób oraz niedokładnego ich wymieszania przed dokonaniem pomiaru spektrofotometrycznego.

---