UNIWERSYTET ZIELONOGÓRSKI
WYDZIAŁ INśYNIERII LĄDOWEJ I ŚRODOWISKA
INSTYTUT INśYNIERII ŚRODOWISKA
Zakład Technologii Wody, Ścieków i Odpadów
Ćwiczenia laboratoryjne
z Odnowy wody
USUWANIE FOSFORANÓW
PRZEZ
KOAGULACJĘ WAPNEM
UNIWERSYTET ZIELONOGÓRSKI
WYDZIAŁ INśYNIERII LĄDOWEJ I ŚRODOWISKA
INSTYTUT INśYNIERII ŚRODOWISKA
Zakład Technologii Wody, Ścieków i Odpadów
Ćwiczenia laboratoryjne
z Odnowy wody
USUWANIE FOSFORANÓW
PRZEZ
KOAGULACJĘ WAPNEM
Usuwanie fosforanów przez koagulację wapnem
1
1. PODSTAWY TEORETYCZNE
W procesie koagulacji ścieków są usuwane zanieczyszczenia organiczne i
nieorganiczne, o rozdrobnieniu koloidalnym, oraz zawiesiny, a takŜe częściowo
substancje rozpuszczone. Koagulację w procesach odnowy wody stosuje się w celu
zmniejszenia mętności oraz zawartości związków fosforowych, a takŜe związków
organicznych mierzonych wskaźnikami ChZT, BZT
5
, OWO.
W procesie koagulacji występują dwie fazy: destabilizacji i flokulacji.
Faza destabilizacji występuje bezpośrednio po dodaniu czynnika koagulującego.
Mechanizm destabilizacji polega na:
−
ObniŜeniu potencjału elektrokinetycznego,
−
Dehydratacji,
−
Utlenieniu koloidów ochronnych.
Faza flokulacji obejmuje reakcje fizyczne, które pod wpływem ruchów Browna
powodują powstawanie kłaczków. Trudne jest ustalenie momentu rozpoczęcia
flokulacji po dodaniu koagulanta. Część chemiczna procesu jest zakończona po czasie
0,1 s a wielkość kłaczka wynosi wówczas ok. 10
-6
m. Podczas flokulacji dochodzi do
zwiększenia rozmiarów kłaczka do 10
-3
m.
Wapno jest najpopularniejszym koagulantem stosowanym w odnowie wody,
jego zaletą jest dokładność dawkowania oraz to, Ŝe nie zwiększa zasolenia ścieków
(przeciwnie do soli glinu i Ŝelaza). Dobre efekty usuwania zanieczyszczeń ze ścieków
daje takŜe koagulant dolomitowy.
W zaleŜności od pH wyróŜniamy:
1. koagulację małymi dawkami wapna (LLP) dla pH 9.5 – 10.5,
2. koagulację duŜymi dawkami wapna (HLP) dla pH 11.0 – 11.5.
Idea oczyszczania ścieków polega na wykorzystaniu koagulacyjnych i adsorpcyjnych
właściwości wodorotlenku magnezowego Mg(OH)2.
Podczas koagulacji wapno reaguje ze związkami wapnia i magnezu:
Ca(OH)
2
+ CO
2
= CaCO
3
↓
+ H
2
O
Ca(OH)
2
+ Ca(HCO
3
)
2
= 2CaCO
3
↓
+ 2H
2
O
LLP
Ca(OH)
2
+ Mg(HCO
3
)
2
= MgCO
3
↓
+ CaCO
3
↓
+ 2H
2
O
Ca(OH)
2
+ MgCO
3
= Mg(OH)
2
↓
+ CaCO
3
↓
HLP
Gdy magnez wchodzi w skład twardości niewęglanowej, wówczas zachodzi jego
wymiana na wapń:
Ca(OH)
2
+ Mg
2+
= Mg(OH)
2
↓
+ Ca
2+
↓
Znaczące wytrącanie Mg(OH)
2
występuje przy pH>10,5 i wraz ze wzrostem pH oraz
temperatury maleje jego rozpuszczalność.
Koagulacja wapnem z wytrąceniem magnezu składa się z dwóch etapów:
- do pH~10.5 – wiązanie CO
2,
dawka wapna zaleŜna jest od kwasowości i
zasadowości ogólnej,
- pH>10.5 – wzrost jonów OH
-
, wytrącenie Mg(OH)
2
do galaretowatego osadu,
całkowite wytrącenie następuje przy pH 11.2 – 11.5
5 Ca(OH)
2
+ 3PO
4
-3
= Ca
5
OH(PO
4
)
3
↓
+ 9OH
-
3 Ca(OH)
2
+ 2PO
4
-3
= Ca
3
(PO
4
)
2
↓
+ 6OH
-
4 Ca(OH)
2
+ 3PO
4
-3
+ H
2
O = Ca
4
H(PO
4
)
3
↓
+ 9OH
-
Usuwanie fosforanów przez koagulację wapnem
2
Procesy towarzyszące koagulacji wapnem:
usuwanie fosforanów
– na drodze chemicznego strącania a takŜe przez
koagulację i adsorbcję,
ortofosforany
– wytrącają się w postaci Ca
3
(PO
4
)
2
lub Ca
5
OH(PO
4
)
3
rzadziej w
postaci Ca
4
H(PO
4
)
3
,
polifosforany
– usuwa się przez adsorpcję i strącanie wapnem,
fosforany w postaci koloidów
– usuwa się przez koagulację (HLP),
klarowanie ścieków
– zaleŜy od zasadowości oraz ilości CaCO
3
i Mg(OH)
2
,
usuwanie związków organicznych
– poprzez adsorpcję na CaCO
3
i Mg(OH)
2
,
dezynfekcja wirusów i bakterii
– koagulacja duŜymi dawkami wapna,
usuwanie metali
– całkowite wytrącenie.
2. CEL ĆWICZENIA
Zasadniczym celem ćwiczenia jest określenie optymalnej dawki wapna w
oparciu o obliczony stopień obniŜenia utlenialności fosforanów.
3. WYKONANIE ĆWICZENIA
Trzy reaktory o poj. 2 dm
3
napełnić wymieszanymi ściekami w ilości 1 dm
3
, po
czym do kaŜdego z nich dodać wapno w takiej ilości by pH roztworu wynosiło 10, 11 i
12 (naleŜy zapisać dodane ilości wody wapiennej). Reaktory wstawić do koagulatora,
gdzie roztwór naleŜy poddać szybkiemu mieszaniu w czasie 3 min. z prędkością 60
obr/min. a następnie wolnemu mieszaniu przez 0,5 h z prędkością 18 obr/min. Po
wymieszaniu próby naleŜy odstawić na ok. 30 min. celem sedymentacji zawiesin. W tym
czasie oznaczyć miano wody wapiennej. Sklarowaną ciecz zlewać do kolb stoŜkowych o
pojemności 300 ml. W ściekach surowych i zdekantowanych naleŜy oznaczyć: pH,
zasadowość, utlenialność oraz fosforany.
4. OBLICZANIE WYNIKÓW
Nr
próby
Dawka
wapna
pH przed
koagulacją
pH po
koagulacji
Zasadowość
ogólna M
utlenialność
fosforany
pH
pH
mval/dm
3
mg O
2
/dm
3
mg/dm
3
1
2
3
3. SPRAWOZDANIE POWINNO ZAWIERAĆ:
−
wstęp teoretyczny,
−
opis przebiegu procesu usuwania fosforanów ze ścieków,
−
dodane ilości wody wapiennej naleŜy przeliczyć na dawkę w mg CaO,
−
otrzymane wyniki naleŜy zestawić w tabeli wg podanego wzoru,
−
wykres zaleŜności redukcji fosforanów i utlenialności w zaleŜności od dawki
wapna,
−
wnioski wraz z ustaleniem optymalnej dawki wapna.
Literatura:
1.
Kowal A. L.; Odnowa wody; Skrypt Politechniki Wrocławskiej; Wrocław 1996.