plik


ÿþKOMPLEKSOWA ANALIZA WODY OCZYSZCZANIE WODY W PROCESIE FILTRACJI BADANIE PROCESU SEDYMENTACJI ZANIECZYSZCZEC WODY POPAUCZNEJ 1. Cel wiczenia Celem wiczenia jest oznaczenie zanieczyszczeD wody wi[lanej i zbadanie mo|liwo[ci ich usunicia w procesie filtracji w do[wiadczalnym filtrze, a tak|e przeprowadzenie pBukania zBo|a filtracyjnego i zbadanie procesu sedymentacji osadu pofiltracyjnego w wodzie popBucznej. 2. Zakres tematyczny Filtracja jako proces oczyszczania wód Rodzaje filtrów i cykl filtracji Oznaczenia normowe Chemicznego Zapotrzebowania Tlenu (ChZT), zawarto[ci |elaza, mtno[ci i pH. 3. Podstawy teoretyczne PrzemysB rafineryjny i petrochemiczny wykorzystuje wod pobieran z uj rzecznych, wykorzystywan dla celów chBodniczych i kotBowych. Konieczno[ racjonalnej gospodarki wod zmusza do stosowania zamknitych obiegów chBodniczych, uzupeBnianych tylko wod [wie| w celu pokrycia strat i zmniejszenia ogólnego zasolenia wody spowodowanego zagszczeniem wody podczas jej parowania. Woda przeznaczona do celów chBodniczych powinna mie mo|liwie nisk temperatur, powinna by niekorozyjna, nie powinna zawiera zawiesin organicznych i nieorganicznych, olejów, zwizków |elaza i manganu, nadmiernej ilo[ci substancji rozpuszczonych, mikroorganizmów, substancji biogennych oraz zwizków organicznych. Zawiesiny obecne w wodzie chBodzcej, odkBadajc si na chBodzonych powierzchniach, utrudniaj wymian ciepBa i przepByw wody. Obecno[ zwikszonych ilo[ci zwizków |elaza oraz substancji rozpuszczonych jest powodem wytrcania si ich trudno rozpuszczalnych zwizków, co powoduje takie same skutki jak obecno[ zawiesin. Ponadto |elazo mo|e by powodem rozwoju bakterii |elazistych, a wic powstawania obrostów biologicznych. Aby unikn masowego rozwoju mikroorganizmów, woda nie powinna zawiera organizmów |ywych oraz zwizków biogennych (fosforanów i azotanów). W[ród substancji rozpuszczonych bardzo niebezpieczne s gBównie siarczany i chlorki, intensyfikujce korozyjny charakter wody w stosunku do metali. W przypadku betonowych elementów ukBadu chBodniczego, obecno[ nadmiernej ilo[ci siarczanów mo|e by powodem niszczenia betonu. Problem dobrej jako[ci wody i zwizana z tym potrzeba jej uzdatniania sprowadza si do otrzymania wody o takich wBa[ciwo[ciach, aby nie korodowaBa przewodów i urzdzeD, nie dawaBa osadów na ich powierzchniach, nie wywieraBa ujemnego wpBywu na organizm ludzki lub na przebieg procesów produkcyjnych i jako[ wytwarzanego produktu. W zwizku z tym zachodzi potrzeba  zaprojektowania jako[ci wody , tj. ustalenia z góry, jakie powinny by jej wBa[ciwo[ci. Procesy stosowane przy uzdatnianiu wody obejmuj wstpne oczyszczanie polegajce na usuwaniu zawiesin z wody surowej przez osadzanie; oczyszczanie wBa[ciwe polegajce na usuwaniu z wody przez filtrowanie tych zawiesin, które nie zostaBy usunite podczas wstpnego oczyszczania (proces filtracji mo|e by wspomagany 1 koagulacj); ulepszanie wody przez popraw niektórych jej wBa[ciwo[ci oraz zabezpieczenie sanitarnych i technicznych wymagaD dla wody. Schemat blokowy uzdatniania wody wi[lanej. Filtracja jako proces oczyszczania wód Filtrowanie to jeden z wa|niejszych procesów w technologii oczyszczania wody i [cieków. Jest to proces przepBywu cieczy przez porowat przegrod zatrzymujc czstki zawiesiny. Podczas tego przepBywu, zawiBymi drogami o nieregularnych ksztaBtach i zmiennych przekrojach, usuwane s czstki o znacznie mniejszych wymiarach ni| pory, co dowodzi i| w zatrzymywaniu zanieczyszczeD w zBo|u filtracyjnym wspóBuczestniczy wiele zjawisk. Nale| do nich przede wszystkim: cedzenie, sedymentacja, flokulacja, kohezja, adhezja i dyfuzja, stanowice o mechanizmie transportu czstek do ziarn zBo|a, oraz adsorpcja i oddziaBywania elektrostatyczne, decydujce o mechanizmie przycigania. Najcz[ciej stosowanymi materiaBami filtracyjnymi s: piasek kwarcowy, antracyt i granulowany wgiel aktywny. MateriaBami filtracyjnymi stosowanymi gBównie w celu odkwaszania wody s: grys marmurowy oraz cz[ciowo pra|ony dolomit. Wgiel aktywny z uwagi na du| pojemno[ sorpcyjn speBnia równocze[nie rol materiaBu filtracyjnego i sorbenta. W ukBadach oczyszczania wód mo|e on by stosowany jako warstwa w wielowarstwowym zBo|u filtracyjnym oraz jako samodzielne zBo|e sorpcyjne. MateriaBy filtracyjne speBniaj swoje zadanie wówczas, gdy charakteryzuj si wBa[ciwym uziarnieniem ([rednica d), porowato[ci (µ), gsto[ci, wytrzymaBo[ci mechaniczn (na kruszenie i [cieranie), oraz skBadem chemicznym. Bardzo istotnym parametrem jest ich czysto[, tzn. brak mo|liwo[ci Bugowania z nich zanieczyszczeD przez przepBywajc wod. Porowato[ jest bardzo istotnym parametrem zBó| filtracyjnych. Okre[la ona pojemno[ zBo|a, w której zatrzymywane s czstki fazy staBej podczas filtracji. Im wiksza jest porowato[ zBo|a, tym wicej czstek staBych mo|e by w nim zatrzymana i tym dBu|szy jest cykl filtracji. Porowato[ okre[la si jako stosunek objto[ci midzyziarnowej zBo|a do caBkowitej objto[ci zBo|a. Warunkiem uzyskania najwikszej pojemno[ci czynnej zBo|a filtracyjnego i jej maksymalnego wykorzystania jest wBa[ciwy dobór uziarnienia zBo|a, jego wysoko[ci, prdko[ci i czasu filtracji. Parametry te ustala si w badaniach technologicznych procesu filtracji. Znaczne zwikszenie prdko[ci filtracji u oraz porowato[ci zBo|a µ, a co za tym idzie zmniejszenie strat ci[nienia i wydBu|enie czasu pracy filtrów, mo|na uzyska stosujc zBo|a dwu- lub trójwarstwowe. Ka|da warstwa skBada si z ziarn innego materiaBu uBo|onych od góry do doBu wedBug wzrastajcych gsto[ci. Rodzaje filtrów Filtry powolne nazywane s równie| filtrami biologicznymi, poniewa| podczas filtracji przez zBo|e filtracyjne zachodz zarówno procesy fizyczne, jak i biologiczne. Wynikiem tych zjawisk jest du|y stopieD usuwania czstek staBych, rozkBad biochemiczny 2 zanieczyszczeD organicznych oraz transformacje niektórych zanieczyszczeD przebiegajce przy udziale mikroorganizmów. Cech filtrów powolnych jest maBa prdko[ filtracji wody, która najcz[ciej wynosi ok. 0,1m/h, a wyjtkowo przy skutecznym wstpnym oczyszczaniu wody mo|e by wiksza od 0,3m/h. Procesami wstpnego oczyszczania mo|e by sedymentacja lub filtracja pospieszna. Wykluczone jest natomiast dawkowanie do wody przed filtrami powolnymi chemikaliów, co mogBoby prowadzi do zniszczenia mikroorganizmów tworzcych bBon biologiczn. Stosowanie tak maBych prdko[ci filtracji powoduje, i| cykle filtracji s dBugie i w zale|no[ci od poziomu zanieczyszczenia wody mog wynosi od 1 do 6 miesicy. Przy tak dBugiej pracy filtrów powolnych na powierzchni oraz wewntrz zBo|a filtracyjnego rozwijaj si bakterie, tworzce na powierzchni zBo|a bBon biologiczn. Bakterie te speBniaj bardzo wa|n rol w procesie oczyszczania wody w czasie filtracji. Procesy biochemiczne zachodzce w zBo|ach filtrów powolnych s podobne do procesów samooczyszczania si wody przebiegajcych w wodach powierzchniowych oraz warstwie gleby. ZBo|a filtrów powolnych nie s pBukane, a czyszczenie ich polega na usuwaniu 20-40mm powierzchniowej (górnej) warstwy piasku. Usunity piasek oczyszczany jest w specjalnych urzdzeniach, a nastpnie mo|e by ponownie wykorzystany do uzupeBnienia zBo|a filtracyjnego. Czyszczenie (przez zdejmowanie powierzchniowej warstewki) zBo|a bez uzupeBnienia wysoko[ci mo|e by powtarzane wiele razy, jednak nie mo|na zmniejszy wysoko[ci zBo|a do warto[ci mniejszej od 0,6 m. Inn, znacznie mniej skuteczn metod oczyszczania zBo|a jest pBukanie wod górnej warstwy zBo|a. Filtry pospieszne stosowane s najcz[ciej do oczyszczania wody wstpnie oczyszczonej metodami fizycznymi i chemicznymi, a przy ujmowaniu wody o maBym poziomie zanieczyszczenia - równie| do usuwania zanieczyszczeD z wody surowej. Filtry te eksploatowane s w ukBadach oczyszczania wody powierzchniowej i podziemnej. ZBo|e filtrów stanowi ziarnisty materiaB filtracyjny. Filtracja pospieszna mo|e by stosowana do: zatrzymania zawartych w wodzie zawiesin pochodzenia naturalnego bdz wytworzonych w procesie koagulacji lub zmikczania przez strcanie; usuwania z wody zwizków |elaza i manganu; przyspieszania procesu koagulacji i zatrzymywania produktów koagulacji w tzw. filtrach kontaktowych; sorbowania wielkoczsteczkowych zwizków zawartych w wodzie lub równoczesnego sorbowania i filtrowania przy zastosowaniu filtrów z warstw wgla aktywnego; usuwania z wody zwizków |elaza i manganu w obecno[ci znacznych ilo[ci azotu amonowego, tzw. filtry suche. Zalet filtrów pospiesznych w porównaniu z filtrami powolnymi jest du|a wydajno[, ni|sze koszty inwestycji oraz Batwiejsze oczyszczanie przez pBukanie. Do wad natomiast nale|y zaliczy konieczno[ lepszego wstpnego oczyszczania wody. Z uwagi na rodzaj zBó| filtracyjnych, filtry pospieszne dzieli si na filtry ze zBo|ami jedno-i wielowarstwowymi, za[ ze wzgldu na prdko[ filtracji wody: na konwencjonalne filtry pospieszne (u = 5-25 m/h), nazywane w dalszej cz[ci filtrami pospiesznymi, oraz superpospieszne (u > 25 m/h). Te ostatnie najcz[ciej stosowane s do oczyszczania wód przemysBowych i wykorzystywane s wyBcznie jako filtry ci[nieniowe zamknite. W filtrach pospiesznych woda przepBywa w kierunku z góry w dóB. ZBo|e filtrów pospiesznych (materiaB ziarnisty) ulega zanieczyszczeniu zatrzymywanymi zawiesinami i dlatego zBo|a filtracyjne musz by pBukane. Czstotliwo[ pBukania, okre[lajca dBugo[ cyklu filtracji, zale|y od st|enia zawiesin w wodzie dopBywajcej na filtry oraz stosowanej prdko[ci filtracji. Proces filtracji mo|e by poprzedzony procesem koagulacji, bez której nie mo|na usun zwizków powodujcych barw wody bdz zatrzyma drobnych zawiesin o dyspersji bliskiej koloidalnej. 3 Otwarte grawitacyjne filtry pospieszne budowane s najcz[ciej jako zbiorniki |elbetowe o przekroju prostoktnym. Schemat filtra pospiesznego otwartego przedstawiono na rysunku. Filtr pospieszny grawitacyjny otwarty 1 - koryto popBuczyn, 2 - warstwa wody, 3 - zBo|e filtracyjne, 4 - warstwa podtrzymujca, 5  drena|, 6 - przestrzeD midzydenna 7 - regulator prdko[ci, rurocigi: 8 - woda oczyszczana, 9 - popBuczyny, 10 - powietrze do pBukania, 11 - woda do pBukania, 12 - filtrat, 13- pierwszy filtrat Filtracja w tym filtrze prowadzona jest ze staB prdko[ci, któr uzyskuje si przez zainstalowanie na rurocigu filtratu regulatora prdko[ci filtracji (7). Filtracja mo|e by równie| prowadzona przy staBym poziomie wody nad zBo|em filtracyjnym. W tym wypadku na rurocigu filtratu instaluje si przepustnic, która utrzymuje staBy poziom wody na filtrze. Schemat takiego filtru przedstawiono na rysunku. Filtr pospieszny otwarty o staBym poziomie wody utrzymywanym za pomoc przepustnicy Cykl filtracji Cykl filtracji to czas pracy zBo|a filtracyjnego midzy kolejnym jego pBukaniem. Zale|y on przede wszystkim od parametrów zBo|a (uziarnienia), prdko[ci filtracji i poziomu zanieczyszczenia wody dopBywajcej na filtry. Przecitn dBugo[ cyklu filtracji przyjmuje si równ 24 godziny. W skrajnych wypadkach nie powinien on by krótszy od 8 godzin. Koniec cyklu filtracji, to moment osignicia dopuszczalnej straty ci[nienia lub pogorszenia si jako[ci filtratu ponad wymagane warto[ci. 4 Istniej inne zale|no[ci pozwalajce okre[li dBugo[ cyklu filtracji, wszystkie jednak wskazuj, i| warto[ ta wydBu|a si wraz ze zwikszeniem wysoko[ci warstwy zBo|a filtracyjnego, zmniejszeniem prdko[ci filtracji oraz ilo[ci zatrzymywanych w zBo|u zanieczyszczeD. PBukanie zBó| filtracyjnych Po zakoDczeniu cyklu filtracji, aby zregenerowa zBo|e filtracyjne, przeprowadza si jego pBukanie. ZBo|a filtrów mog by pBukane wod lub wod i powietrzem. Czynniki pBuczce podczas pBukania przepBywaj od doBu do góry zBo|a filtracyjnego wynoszc (wypBukujc) zatrzymane w zBo|u zanieczyszczenia. Efektywno[ pBukania zBo|a filtracyjnego polega na usuniciu zawiesin z porów i z powierzchni ziarna. Najskuteczniej oczyszcza si zBo|e wtedy, gdy ziarna zBo|a zostaj wprawione w ruch, który musi by na tyle silny, aby wywoBaB zjawisko wzajemnego tarcia ziarna o ziarno. SiBa dziaBania wody pBuczcej musi wprawi zanurzone w wodzie ziarna zBo|a w ruch fluidalny i oderwa od nich zatrzymane czsteczki, czyli musi by ona wiksza od siB wi|cych czstki zawiesiny z ziarnami zBo|a i pozornej masy ziarn. Przy wzgldnie maBych prdko[ciach przepBywu ro[nie spadek ci[nienia wody pBuczcej, jednak bez unoszenia ziaren. Gdy prdko[ przepBywu bdzie nadal rosBa, spadek ci[nienia stanie si równy ci|arowi zBo|a na jednostk powierzchni przekroju. Przy dalszym, nawet niewielkim wzro[cie prdko[ci nastpuje zmiana struktury zBo|a, które zwiksza swoj porowato[ i objto[, a woda przepBywa bez dalszego spadku ci[nienia. Ziarna wykonuj niewielkie ruchy zderzajc si ze sob, ale struktura zBo|a jest nadal jednorodna. Dalszy wzrost prdko[ci przepBywu wody sprawia, |e struktura zBo|a staje si niejednorodna, a ziarna wykonuj ruchy fluidalne. Gdy prdko[ przepBywu pBuczcej wody jest równa prdko[ci swobodnego opadania ziaren zBo|a, wówczas ka|de ziarno porusza si niezale|nie i zBo|e przestaje istnie. Rozpoczyna si pionowy hydrauliczny transport zBo|a, do czego nie mo|na dopu[ci. SiBa oddziaBywania pBuczcej wody powinna nie tylko pokona ci|ar ziaren zBo|a w wodzie, przez co zwiksza si porowato[ zBo|a, ale równie| powinna pokona siBy wi|ce czstki zawiesiny z powierzchni ziaren. Im wiksza jest siBa oddziaBywania wody pBuczcej na ziarna w porównaniu z siBami adhezji, tym krótszy jest czas pBukania powodujcy usunicie wszystkich czstek zanieczyszczeD znajdujcych si w zBo|u. Woda popBuczna mo|e by odprowadzana do instalacji [ciekowej lub po usuniciu z niej wymytego osadu ponownie wykorzystana. Zanieczyszczenia mo|na usun w procesie sedymentacji, kierujc wod popBuczn do odstojników lub osadników. Proces sedymentacji polega na opadaniu rozproszonego ciaBa staBego pod wpBywem dziaBaniem siB ci|ko[ci. Mechanizm procesu sedymentacji prowadzonej w sposób periodyczny w skali laboratoryjnej, np. w cylindrach szklanych przedstawia rysunek. Je|eli ziarna ciaBa staBego maj zbli|one rozmiary, szybko[ ich opadania jest niemal równa, mo|na obserwowa wic opadajc w dóB powierzchni osadu, nad któr znajduje si klarowna ciecz. Szybko[ opadania tej powierzchni jest miar szybko[ci sedymentacji. Gdy w zawiesinie wystpuj ziarna ciaBa staBego ró|nych rozmiarów, wtedy nie mo|na zaobserwowa powierzchni osadu, gdy| ciecz zawsze bdzie mtna wskutek wolno opadajcych maBych czsteczek ciaBa staBego. Je|eli st|enie zawiesiny surowej nie byBo od razu zbyt wysokie, zauwa|ymy, |e osad opada na dno tworzc  faz gst B. Wysoko[ tej fazy wzrasta w miar opadania na ni ziarn z  fazy rzadkiej A. Wreszcie zostaje osignity stan krytyczny K wówczas, gdy wystpuje tylko  faza gsta B. Okazuje si, |e powierzchnia tej fazy te| opada, czyli zagszcza si, i zawarte w niej ziarna opadaj. Po nieskoDczenie dBugim czasie wysoko[ fazy B osignie warto[ graniczn, odpowiadajc najcia[niejszemu upakowaniu ziarn ciaBa staBego w danej cieczy. 5 Przebieg sedymentacji periodycznej Badania do[wiadczalne szybko[ci sedymentacji pozwalaj otrzyma krzyw typu przedstawionego na rysunku. Okazuje si, |e pocztkowo poziom osadu zmaleje proporcjonalnie do czasu, czemu odpowiada linia prosta na wykresie. Opadanie pocztkowo odbywa si ze staB prdko[ci trwa to tak dBugo, a| zaniknie faza rzadka. Po zaniku tej fazy szybko[ opadania fazy gstej B maleje w miar upBywu czasu, czemu odpowiada linia krzywa na tym wykresie. Im bardziej jest zat|ona zawiesina surowa, tym wolniej odbywa si opadanie. Przyspieszenie procesu sedymentacji mo|na osign przez zwikszenie [rednicy czstek usuwanych zanieczyszczeD, co uzyskuje si stosujc proces koagulacji poprzedzajcy proces filtracji zarówno dla wód pobieranych z uj rzecznych jak i wód [ciekowych. 4. Cz[ do[wiadczalna Do[wiadczalny filtr po[pieszny Filtracj do[wiadczaln prowadzi si na zBo|u filtracyjnym, umieszczonym w kolumnie z pleksiglasu o [rednicy 50 mm i wysoko[ci 2,2 m. Rury szklane lub z pleksiglasu o [rednicy nie mniejszej ni| 50 mm s zgodnie z danymi literaturowymi modelami filtrów pospiesznych. Stosowanie rur szklanych lub z pleksiglasu, w przeciwieDstwie do innych wykonanych z materiaBów nieprzezroczystych, znacznie uBatwia obserwacje procesu filtracji i pBukania zBo|a. ZBo|e filtracyjne WypeBnienie kolumny stanowi warstwa podtrzymujca i warstwa filtrujca (zBo|e filtracyjne). Warstwa podtrzymujca |wir, frakcja 10-20mm, wysoko[: 20 cm, |wir, frakcja 5-10mm, wysoko[: 20 cm, piasek, frakcja 3-5mm, wysoko[: 20 cm, piasek, frakcja 2-3mm, wysoko[: 15 cm. Warstwa filtrujca piasek, frakcja 0,8-2mm, wysoko[: 100 cm 6 Porowato[ u|ytych |wirów i piasków przyjmuje warto[ci w granicach od 0,4 (dla frakcji 10- 20mm) do 0,35 (dla frakcji 0,8-2mm). Model filtra do[wiadczalnego Proces filtracji do[wiadczalnej Do badaD procesu filtracji do[wiadczalnej stosuje si wod wi[lan. W wodzie wi[lanej oznacza si zawarto[ |elaza, Chemiczne Zapotrzebowanie Tlenu (ChZT), mtno[ i pH. Próbk wody wi[lanej w ilo[ci 1 dm3 sczy si na sczku z bibuBy filtracyjnej o [redniej szybko[ci sczenia. Dla przesczu oznacza si zawarto[ |elaza, Chemiczne Zapotrzebowanie Tlenu (ChZT), mtno[ i pH. W procesie filtracji wod wi[lan wprowadza si od góry filtra, utrzymujc staBy poziom nad zBo|em filtracyjnym. W procesie pBukania zBo|a filtracyjnego z góry kolumny odprowadza si wod popBuczn. Dolna cz[ kolumny wyposa|ona jest w system zaworów, sBu|cych do odprowadzania i regulowania ilo[ci odprowadzanego filtratu oraz zaworów doprowadzajcych powietrze i wod pBuczc. Dziki odpowiedniej regulacji zaworów ustawia si prdko[ filtracji w granicach 5-10m/h. Po wstpnym ustaleniu prdko[ci do koDca trwania procesu filtracji nie zmienia si wybranych nastawów. Próbki filtratu o objto[ci 1 dm3 pobiera si co 0,5 godziny, przy czym pierwsz próbk pobiera si po odebraniu z kolumny wstpnej ilo[ci filtratu wynoszcej okoBo 1,5-2,0 dm3. 7 Objto[ ta wynika z obliczeD wielko[ci wolnej przestrzeni midzy ziarnami zBo|a, wypeBnionej w momencie rozpoczynania procesu filtracji wod u|ywan do pBukania zBo|a (w przypadku filtracji do[wiadczalnej jest to woda wodocigowa). Czas poboru próbek filtratu (1dm3) mierzy si za pomoc stopera. Na tej podstawie oblicza si prdko[ filtracji, ze wzoru: V u = t * S gdzie: u  prdko[ filtracji [m/h] V  objto[ przepBywajcej wody [m3], S  powierzchnia przekroju pustej kolumny [m2] (S=0,0019625 m2), t  czas przepBywu wody [h]. Po uwzgldnieniu powierzchni przekroju, dla objto[ci wody równej 1dm3, powy|szy wzór mo|na upro[ci: 1834,3949 u = , gdzie t  czas przepBywu 1dm3 wody wyra|ony w sekundach. t Woda przepBywa przez zBo|e filtracyjne drogami o nieregularnych ksztaBtach i zmiennych przekrojach. Okre[lenie rzeczywistej prdko[ci przepBywu i dBugo[ci drogi takiego ruchu jest niemo|liwe. W praktyce przyjmuje si fikcyjn warto[ prdko[ci filtracji u, obliczon ze stosunku objto[ci przepBywajcej wody w czasie do caBkowitego przekroju pustej kolumny filtracyjnej. W ten sam sposób wyznacza si prdko[ wody pBuczcej. Dla próbek filtratu pobieranych co 0,5h oznacza si mtno[. PBukanie zBo|a filtracyjnego PBukanie zBo|a filtracyjnego wykonuje si ka|dorazowo po zakoDczeniu filtracji wody surowej. W fazie pocztkowej spulchnia si zBo|e strumieniem powietrza (30-60 s), nastpnie odBcza si strumieD powietrza i kontynuuje pBukanie strumieniem wody pBuczcej (woda wodocigowa). Prowadzenie badaD w filtrze do[wiadczalnym z pleksiglasu pozwala na obserwacj zachowania ziarn w zBo|u podczas pBukania. Skuteczne pBukanie zBo|a mo|na osign wówczas, gdy ziarna zBo|a wprowadzone zostan w ruch. Ruch ten musi by wystarczajco silny, gdy| jego celem jest wywoBanie zjawiska wzajemnego tarcia ziarna o ziarno, w wyniku czego powinny zosta usunite z ich powierzchni czstki zawiesiny. Przy maBych prdko[ciach wody nie obserwuje si poruszenia ziarn zBo|a. Zwikszanie prdko[ci powy|ej takiej, przy której spadek ci[nienia w warstwie zBo|a równa si ci|arowi zBo|a na jednostk powierzchni przekroju zBo|a, zmienia struktur zBo|a, powoduje i| zBo|e zwiksza swoj porowato[. Ziarna zBo|a nie opieraj si o siebie, lecz wykonuj ruchy w niewielkim obszarze zderzajc si ze sob. Struktura zBo|a pozostaje nadal jednorodna, a granica pomidzy wod a zBo|em jest wyrazna. Dalszy wzrost prdko[ci przepBywu wody pBuczcej powoduje niejednorodno[ struktury zawieszonego zBo|a. Obserwuje si wyrazny wzrost drogi swobodnej ziarn midzy kolejnymi zderzeniami. W zBo|u wystpuj wyrazne obszary wikszego i mniejszego st|enia ziarn. Jest widoczne intensywne mieszanie w caBej objto[ci. Po 5, 10 i 15 minutach pBukania strumieniem wody pobiera si próbk wody popBucznej w ilo[ci 1 dm3. W ka|dej z próbek pobieranej wody popBucznej oznacza si zawarto[ |elaza, Chemiczne Zapotrzebowanie Tlenu (ChZT), mtno[ i pH. Dla próbki pobieranej po 5 minutach wykonuje si dodatkowo badania procesu sedymentacji wypBukanego osadu pofiltracyjnego, oznaczajc mtno[ wody popBucznej w funkcji czasu. 8 Oznaczenia {elazo ogólne Oznaczenie wykonuje si zgodnie z norm: PN-73/C-04586  Woda i [cieki. Badania zawarto[ci |elaza. Oznaczanie |elaza ogólnego i rozpuszczonego w zakresie 0,02-10 mg/dm3 metod kolorymetryczn z 1,10-fenantrolin lub 2,2 -dwupirydylem , z u|yciem spektrofotometru Semco S/Ec. Oznaczenie polega na redukcji |elaza zawartego w wodzie do |elaza dwuwarto[ciowego za pomoc hydroksyloaminy a nastpnie reakcji z 1,10-fenantrolin. Przy pH w granicach od 2,9 do 9,0 powstaje ró|owopomaraDczowy zwizek o intensywno[ci zabarwienia proporcjonalnej do st|enia jonów Fe2+. Oznaczenie wykonuje si spektrofotometrycznie w zakresie pH od 2,9 do 3,5 ze wzgldu na maksymalne zabarwienie roztworu. Odczynniki bufor octanowy (90 g trójwodnego octanu sodowego + 48 ml lodowatego kwasu octowego, rozcieDczone do 200 ml); chlorowodorek hydroksyloaminy cz.d.a (roztwór 20%); 1,10 fenantrolina cz.d.a (roztwór 0,5%); sól Mohra (NH4)2Fe(SO4)2*6H2O cz.d.a; kwas solny cz.d.a (roztwór 1+1); kwas siarkowy cz.d.a; roztwór wzorcowy |elaza (0,1 mg/ml). Wykonanie oznaczenia Etap wstpny oznaczenia obejmuje przygotowanie roztworu wzorcowego |elaza, skali wzorców oraz krzywej wzorcowej w postaci zale|no[ci st|enia |elaza od warto[ci absorbancji próbki. Podstawowy roztwór wzorcowy |elaza przygotowuje si z soli Mohra (siarczanu |elazowo- amonowego). W tym celu odwa|a si 0,7022g wysuszonego w temperaturze pokojowej do staBej masy odczynnika i rozpuszcza w roztworze 20 ml st|onego kwasu siarkowego oraz 50 ml wody destylowanej. Mieszanin przenosi si do kolby miarowej o pojemno[ci 1 dm3, a nastpnie dopeBnia wod destylowan do kreski. Przygotowany w ten sposób roztwór stanowi podstaw do wykonania krzywej wzorcowej. Krzyw wzorcow wykonuje si w zakresie st|eD |elaza od 0 do 1 mg/dm3. W celu wyznaczenia krzywej wzorcowej wykonuje si kilka próbek o ró|nej, [ci[le okre[lonej zawarto[ci |elaza. Oznaczenie zawarto[ci |elaza w wodzie Do zlewki o pojemno[ci 150 ml odmierza si dokBadnie 100ml badanej próbki wody. Nastpnie do próbki wprowadza si 3 ml roztworu kwasu solnego (1+1), 2,5 ml roztworu chlorowodorku hydroksyloaminy, 10 ml buforu octanowego i 2 ml roztworu 1,10- fenantroliny. Po upBywie 10 minut dokonuje si pomiarów absorbancji za pomoc fotometru dla dBugo[ci fali 510 nm, przy u|yciu kuwet o grubo[ci warstwy absorbujcej wynoszcej 1cm. Otrzymane wyniki absorbancji przelicza si na st|enie w mg/dm3 zgodnie z zale|no[ci: C = ABS / a, gdzie: C - st|enie, mg/dm3; ABS - absorbancja próbki; a - wspóBczynnik kierunkowy prostej dla krzywej wzorcowej 9 Chemiczne Zapotrzebowanie Tlenu (ChZT) ChZT oznacza si metod dwuchromianow wedBug PN-74/C-04578. Metod stosuje si do badania wód i [cieków o warto[ci ChZT wikszej ni| 10 mg O2/dm3. Oznaczanie polega na okre[leniu liczby miligramów dwuchromianu potasowego w przeliczeniu na O2 u|ytego na utlenienie zwizków organicznych i niektórych zwizków nieorganicznych obecnych w analizowanej wodzie lub [ciekach. Utlenianie przeprowadza si w [rodowisku kwasu siarkowego w obecno[ci siarczanu srebrowego jako katalizatora. Odczynniki dwuchromian potasowy 0,25 N cz.d.a.; kwas siarkowy cz.d.a.; kwas siarkowy z rozpuszczonym siarczanem srebrowym Ag2SO4; siarczan ferroiny - wskaznik; siarczan rtciowy cz.d.a.; siarczan |elazawo-amonowy Fe(NH4)2. (SO4)2.6H2O 0,125 N. Wykonanie oznaczenia Do kolby kulistej odmierza si 20 ml próbki wody, dodaje 0,2 g siarczanu rtciowego i roztwór miesza si do rozpuszczenia si soli. Nastpnie odmierza si do kolby 10 ml roztworu dwuchromianu potasowego (0,25 N), 40 ml kwasu siarkowego z rozpuszczonym siarczanem srebrowym, umieszcza si 3-4 szklane pereBki i natychmiast kolb Bczy z chBodnic zwrotn,. Nastpnie roztwór ogrzewa si do wrzenia i utrzymuje go w tym stanie przez 10 minut. Po okoBo 10 minutach od chwili przerwania ogrzewania spBukuje si chBodnic, wlewajc przez jej górny wylot do kolby okoBo 50 ml wody destylowanej. Kolb odBcza si od chBodnicy, chBodzi, dodaje si 2 krople siarczanu ferroiny, po czym roztwór w kolbie miareczkuje si mianowanym roztworem siarczanu |elazawo-amonowego (0,125 N) do zmiany zabarwienia z zielononiebieskiego na czerwonobrunatne. Równolegle w taki sam sposób wykonuje si oznaczanie próbki kontrolnej zawierajcej 20 ml wody destylowanej. Obliczanie wyników ChZT badanej próbki (X) w mg O2/ dm3 oblicza si wg wzoru : (Vw -Vs )× N ×8×1000 X = V gdzie : Vs - objto[ roztworu siarczanu |elazawo-amonowego zu|ytego do miareczkowania badanej próbki, ml; Vw - objto[ roztworu siarczanu |elazawo- amonowego zu|ytego do miareczkowania próbki kontrolnej (wody destylowanej), ml; N - normalno[ roztworu siarczanu |elazawo-amonowego stosowanego do miareczkowania; V - objto[ próbki wody u|ytej do oznaczania, ml; 8 - wspóBczynnik przeliczeniowy wyniku na mg O2. Mtno[ (stopieD zmtnienia) Pomiaru mtno[ci dokonuje si mtno[ciomierzem laboratoryjnym firmy Hach model 2100AN przeznaczonym do pomiarów zmtnienia, zgodnie z midzynarodowymi normami dotyczcymi pomiaru mtno[ci. Zapewnia on bezpo[redni odczyt zmtnienia w jednostkach NTU (Nefelometrycznych Jednostkach Mtno[ci) w zakresie 0-10000. 10 5. Wyniki badaD i opracowanie wyników Wyniki oznaczeD ChZT Objto[ roztworu siarczanu |elazawo-amonowego zu|ytego do miareczkowania próbki kontrolnej (wody destylowanej), Vw = ml; Woda wi[lana objto[ roztworu siarczanu |elazawo-amonowego zu|ytego do miareczkowania badanej próbki, Vs = ml; objto[ próbki wody u|ytej do oznaczania, V= ml; Woda wi[lana po sczeniu objto[ roztworu siarczanu |elazawo-amonowego zu|ytego do miareczkowania badanej próbki, Vs = ml; objto[ próbki wody u|ytej do oznaczania, V= ml; Woda popBuczna objto[ roztworu siarczanu |elazawo-amonowego zu|ytego do miareczkowania badanej próbki, Vs = ml; objto[ próbki wody u|ytej do oznaczania, V= ml; Wyniki oznaczeD |elaza Woda wi[lana Absorbancja, A= Woda wi[lana po sczeniu Absorbancja, A= Woda popBuczna Absorbancja, A= 11 Otrzymane wyniki oznaczeD (ChZT, zawarto[ |elaza, mtno[ i pH) dla wody wi[lanej, wody wi[lanej po sczeniu, wody wi[lanej po filtracji oraz wody popBucznej nale|y zestawi w tabeli 1. Dodatkowo nale|y wykona obliczenia prdko[ci filtracji i pBukania (u). Tabela 1. Test laboratoryjny procesu filtracji wody wi[lanej i pBukania zBo|a filtracyjnego. Czas Prdko[ Oznaczenie filtracji filtracji {elazo ChZT Mtno[ pH (pBukania) (pBukania) t u h m/h mg/dm3 mgO2/dm3 NTU woda wi[lana - - woda po sczeniu - - Proces filtracji wody Mtno[ NTU 0 0,5 1,0 ... PBukanie zBo|a filtracyjnego 5 min. 10 min. 15 min. Wyniki badaD procesu sedymentacji osadu pofiltracyjnego (oznaczenia mtno[ci w czasie uzyskane dla próbek wody popBucznej), nale|y zestawi w tabeli 2. Tabela 2. Sedymentacja osadu w wodzie popBucznej. Czas Woda popBuczna sedymentacji Mtno[ [NTU] t [min.] po 5 min. po 10 min. po 15 min. pBukania pBukania pBukania 0 1 2 ... Sporzdzi wykres zmian mtno[ci w funkcji czasu dla próbek wody popBucznej. Omówienie wyników badaD 1. Porówna czysto[ wody wi[lanej po sczeniu z wod wi[lan. Obliczy stopieD redukcji zanieczyszczeD. 2. Oceni skuteczno[ procesu fitracji w oczyszczaniu wody wi[lanej. 3. Oceni mo|liwo[ usuwania osadu pofiltracyjnego z wody popBucznej w procesie sedymentacji. 12 LITERATURA 1. A.L.Kowal:  Odnowa wody. Podstawy teoretyczne procesów , Oficyna Wydawnicza Politechniki WrocBawskiej WrocBaw 1997. 2. A.L. Kowal, M. Zwiderska-Bró|:  Oczyszczanie wody , PWN Warszawa - WrocBaw 1998. 3. J.Makiewicz:  Flokulacja w procesach koagulacji i filtracji wód , PWN Warszawa 1987. 4. J.Kucharski, A.Moniuszko:  Oczyszczanie wód i [cieków przemysBowych metod koagulacji , WNT Warszawa 1967. 5. B. CywiDski,  Oczyszczanie [cieków miejskich. Podstawy technologiczne i zasady projektowania oczyszczalni  ,tom I, Arkady Warszawa 1972. 6. R.GawroDski,  Procesy oczyszczania cieczy , Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 1996. 7. A.L.Kowal, M.M.SozaDski :  Podstawy do[wiadczalne systemów oczyszczania wód: sedymentacja, koagulacja i filtracja , Wydawnictwo Politechniki WrocBawskiej WrocBaw 1977. 8. Prace niepublikowane ZakBadu Podstaw Chemii. 13

Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
analiza wody,miano Coli
Cwiczenie nr 14 Woda w przemysle Analiza wody zarobowej
Zastosowanie techniki ICP OES w analizie wody pitnej
analiza wody
Analiza przepływu wody przez przekrój mostowy (FM)
Analiza zuzycia wody produkcja plytek PCB
Analiza zuzycia kwasu i wody w galwanizerniach
Analiza miareczkowa, kompleksometria
Analiza zuzycia wody obrobka powierzchniowa metali
Opracowanie wyników analizy chemicznej wody
Analiza mikrobiologiczna wody
Analiza Matematyczna 2 Zadania
analiza
ANALIZA KOMPUTEROWA SYSTEMÓW POMIAROWYCH — MSE
Analiza stat ścianki szczelnej

więcej podobnych podstron