Serwik Justyna

Nr 126619

Grupa: piątek 14-16

Temat ćwiczenia:

Flokulacja zawiesin mineralnych

Wrocław, 29.10.2004r.

Doświadczenie - Oczyszczanie zawiesiny wodnej zawierającej drobne ziarna węgla

1. Wstęp teoretyczny

Zadaniem flokulanta jest związać ze sobą drobiny zanieczyszczeń mineralnych w większe ziarna, co może przyspieszyć czas naturalnego osiadania cząstek stałych zawiesiny. Jednakże jak wykaże doświadczenie nie jest obojętne stężenie flokulanta: jego poziom zadecyduje o czasie i dynamice przebiegania procesu do określonego poziomu: tj. do czasu otrzymania określonej ilości oczyszczonej cieczy lub jej poziom po upłynięciu określonego czasu.

2. Przebieg ćwiczenia

Odważono 6 porcji po 25g drobno zmielonego węgla i wsypano każdą porcję do jednego cylindra miarowego. Cylindry ponumerowano, a następnie do każdego z nich nalano tyle wody destylowanej, aby cały węgiel został zwilżony. Następnie do cylindrów dolano wody tak, aby objętości końcowe zawiesiny wynosiły:

Numer cylindra	Objętość wody [cm^3]
1	250
2	244
3	241
4	238
5	235

Następnie do kolejnych cylindrów dodano następującą objętość roztworu wodnego skrobi ziemniaczanej o stężeniu 100ppm:

Numer cylindra	Objętość roztworu wodnego skrobi ziemniaczanej [cm^3]	Stężenie flokulanta (objętościowe)
1	0	0,0
2	6	2,4
3	9	3,6
4	12	4,8
5	15	6,0

Po dodaniu do cylindrów wodnego roztworu skrobi objętość zawiesiny we wszystkich cylindrach wynosiła 250cm³.

Po dodaniu do cylindra roztworu skrobi zawiesina została wymieszana, a następnie cylinder postawiony na stole i obserwowano zachodzące zjawiska.

3. Sprzęt laboratoryjny

Wykorzystano następujący sprzęt:

• cylindry miarowe o pojemności 250 cm³

• waga elektroniczna

• pipeta

• Wyniki

Podczas doświadczenia zanotowano następujące wyniki pomiarów:

Wyniki pomiarów Numer cylindra	Czas pomiaru [min:sek]	Objętość osadu [cm^3]	Objętość oczyszczonej wody [cm^3]
1	3:30 10:00	110 31	140 219
2	7:30 10:05 12:11	110 70 45	140 180 205
3	2:10 8:15	110 30	140 220
4	0:51 1:39 5:02 7:00	160 120 40 35	90 130 210 215
5	7:35 11:04 12:37	249 70 40	1 180 210

Objętość końcowa utworzonego osadu po ok. 20 minutach od rozpoczęcia doświadczenia:

Numer cylindra	Objętość końcowa utworzonego osadu [cm^3]
1	29
2	30
3	26
4	30
5	38

5. Wyniki otrzymane na podstawie wykresu kinetyki procesu

1. na potrzeby wykresu zależności czasu separacji faz w funkcji stężenia flokulanta:

Nr cylindra	Czas separacji 140cm^3 oczyszczonej wody [min:sek]
1	3:30
2	7:30
3	2:10
4	1:55
5	10:20

wyniki przedstawione na wykresie 2.

2. na potrzeby wykresu zależności objętości sflokulowanego osadu w funkcji stężenia flokulanta:

Nr cylindra	Objętość sklarowanej wody po 5 minutach [cm^3]	Objętość osadu po 5 minutach [cm^3]
1	168,0	82,0
2	92,0	158,0
3	189,0	61,0
4	209,0	41,0
5	0,5	249,5

wyniki przedstawione na wykresie 3.

6. Wnioski

Na podstawie pomiarów został wykreślony wykres 1 przedstawiający kinetykę procesu tj. zależności objętości wysokości słupa sklarowanej wody od czasu dla zastosowanych poszczególnych stężeń flokulanta. Na osi pionowej powinna zostać zawarta nie objętość lecz wysokość słupa sklarowanej wody. Ponieważ wszystkie cylindry były identyczne można założyć iż pole podstaw słupów cieczy jest takie samo. Tak więc objętość cieczy jest tu wprost proporcjonalna do wysokości jej słupa w cylindrze. Jako flokulant został użyty wodny roztwór skrobi ziemniaczanej o stężeniu 100ppm (czyli 0,01% objętościowo) i został on potraktowany jako nowa substancja stanowiąca flokulant. Tak więc podane na wykresie stężenia są stężeniami owej cieczy a nie skrobi ziemniaczanej. Jak można zauważyć ilość flokulanta ma istotny wpływ na przebieg procesu: jeśli jest go za mało (krzywa nr 3) proces odbywa się wolniej niż jest to możliwe. Podobnie przy zbyt dużym stężeniu flokulanta (krzywa nr 5). Przekroczenie poziomu optymalnego stężenia (krzywa nr 4) powoduje gwałtowne wydłużenie czasu separacji, aczkolwiek proces ten od pewnej chwili zaczyna przebiegać dużo szybciej w stosunku do pozostałych stężeń flokulanta. Jak wynika także z wykresu brak obecności flokulanta (krzywa nr 1) jest lepszym rozwiązaniem niż dodanie go w nieznanej ilości, gdyż w pierwszych stężeniach (krzywa 2 => 2,4%) powoduje znaczne pogorszenie się czasu sedymentacji. Natomiast przy zwiększeniu stężenia do 3,6% - objętościowo następuje znaczące skrócenie czasu w stosunku do poprzedniego stężenia.

Natomiast wykres 2 przedstawia czas flokulacji 140cm³ wody w zależności od stężenia flokulanta. Jak można zauważyć optymalne stężenie flokulanta dla zawiesiny wody z węglem zawiera się w okolicy 4%. Taki sam wniosek można wysnuć na podstawie wykresu 3, przedstawiającego poziom (objętość) osadu po upływie 5 minut od chwili rozpoczęcia doświadczenia. Na tym wykresie szukamy minimalnego poziomu osadu co ma odzwierciedlenie w fakcie, że im mniej osadu tym więcej oczyszczonej wody (większe stężenie węgla w wodzie to mniejsza objętość osadu czyli „bardziej brudny osad”).

Dla wykresów 2 i 3 zostały przyjęte umowne punkty odczytu z wykresu 1 (140cm³ oczyszczonej wody i 5-ciominutowy czas osiadania osadu). Dla innych poziomów (odpowiednio poziomu oczyszczonej wody i czasu separacji) może się okazać iż odczytany optymalny poziom stężenia zawiera się w innych granicach. Pozwoliło by to natomiast, z dużym prawdopodobieństwem, bardziej precyzyjnie określić wartość optymalnego stężenia flokulanta. Jednakże wydaje się, iż poziom stężenia flokulanta należy dobrać zależnie od potrzeb.

4

---