Politechnika Łódzka

Wydział Budownictwa, Architektury i

Inżynierii Środowiska

Inżynieria środowiska sem. V

Laboratorium z Technologii Ścieków

Sprawozdanie nr 1 „Wskaźniki zanieczyszczeń ścieków substancjami organicznymi i związkami biogennymi”

Wykonali:

• Kacprzak Magdalena

• Galia Aleksandra

• Gawarzyńska Anna

• Gawrysiak Anna

Data oddania sprawozdania:

30.10.2012r.

1. Cel ćwiczenia:

Celem badań było ustalenie jakości oczyszczanych ścieków, w którym to procesie pomocny był szereg przeprowadzanych oznaczeń.

1. Zakres oznaczeń z podaniem stosowanej metodyki:

Badania nad próbką ścieków przeprowadzane było pod względem oznaczeń biochemicznego zapotrzebowania tlenu w przedziale pięciu dni (BZT₅) metodą rozcieńczeń. Polega ono na określeniu zużycia tlenu na procesy mineralizacji związków organicznych w 20°C w okresie 5-dniowej inkubacji próbki ścieków. Metodę rozcieńczeń stosuje się w przypadku gdy utlenialność badanych ścieków przekracza 10mgO₂/dm³. Ścieki rozcieńcza się wodą specjalnie przygotowaną do tego procesu, która stanowi źródło tlenu. Zawartość tlenu badana jest przed i po pięciu dobach.

Oznaczenie chemicznego zapotrzebowania tlenu metodą dwuchromianową (ChZT_Cr) ma duże znaczenie przy szybkiej kontroli pracy oczyszczalni oraz określeniu ładunku związków organicznych odprowadzanych do odbiornika. Polega ono na utlenianiu w temperaturze 408K związków organicznych i niektórych nieorganicznych za pomocą mieszaniny dwuchromianu potasu i kwasu siarkowego oraz odmiareczkowaniu nadmiaru dwuchromianu siarczanem żelaza (III) i amonu wobec ferroiny. Ilość utleniających się związków organicznych jest proporcjonalna do zużytego dwuchromianu.

Również chemiczne zapotrzebowanie tlenu metodą nadmanganianową, zwana również utlenialnością była metodą zastosowaną przez nas z badaniu. Jest to właściwość polegająca na redukowaniu nadmanganianu potasu w wyniku utleniania obecnych w wodzie związków organicznych. Przez utlenialność rozumie się ilość miligramów tlenu zużytego przez badaną próbkę ogrzewaną we wrzącej łaźni wodnej w ciągu 30 min. z roztworem nadmanganianu potasu w środowisku kwaśnym. Utlenialność wody uważa się za orientacyjny wskaźnik dający jedynie ogólną charakterystykę zanieczyszczenia próbki związkami organicznymi wody.

Oznaczenia azotu amonowego, azotynowego i azotanowego. Oznaczenie azotu amonowego polega na reakcji jonu amonowego z odczynnikiem Nesslera, w wyniku której powstaje kompleksowy związek o zabarwieniu żółtobrunatnym. Intensywność powstałego zabarwienia jest wprost proporcjonalna do zawartości azotu amonowego i określa się ją fotometrycznie lub wizualnie. Zaś zasada oznaczania azotu azotynowego polega na reakcji azotynów z kwasem sulfanilowym w środkowisku o pH 2-2,5, w wyniku której powstają związki azoniowe dające z 1-naftyloaminą różowofioletowy barwnik dwuazowy. Zawartość azotu azotynowego określa się fotometrycznie lub wizualnie.

Fosforany należą do związków biogennych, w ściekach miejskich mogą pochodzić z wydalin ludzkich, z rozkładu związków organicznych, ze ścieków przemysłowych. Ich zawartość w ściekach oznaczana jest głównie w celu określenia ich wpływu na rozwój organizmów wodnych, oznaczania wartości nawozowych przy wykorzystaniu ścieków w rolnictwie oraz przy biologicznym oczyszczaniu ścieków jako substancji biogennych, umożliwiających procesy biochemiczne.

1. Przebieg ćwiczenia:

Oznaczenie BZT zostało przeprowadzone dla próbki badanych ścieków oraz próby kontrolnej, z których każdy pomiar dokonany został od razu i po 6 dniach inkubacji. W celu przygotowaniu rozcieńczonych próbek ścieków do kolb pomiarowych o poj. 250 cm³ nalano trochę wody do rozcieńczeń, następnie dodano 5 ml badanych ścieków, dopełniono do kreski wodą do rozcieńczeń i ostrożnie wymieszano, unikając napowietrzania. Rozcieńczonymi ściekami napełniono 2 butelki inkubacyjne i zamknięto korkami tak by nie powstał pod nim pęcherzyk powietrza. W jednej z dwu butelek od razu oznaczono tlen. Drugą z butelek pozostawiono w temperaturze 20°C ciemnym miejscu na okres 6-dniowej inkubacji. Oznaczenie tlenu rozpuszczonego polegało na dodaniu do butelki zawierającej badaną próbkę 1 ml roztworu MnSO₄ oraz 1 ml alkalicznego jodku potasu, ostrożnym zamknięciu butelki, wymieszaniu i odstawieniu w ciemne miejsce butelki do opadnięcia osadu. Następnie dodaniu pod powierzchnię cieczy 1 ml stężonego H₂SO₄ i po ponownym zamknięciu, wymieszanie do całkowitego rozpuszczenia osadu i zmiareczkowanie wydzielonego jodu. W tym celu odmierzono do kolby stożkowej 100 ml roztworu i miareczkowano 0,025mol/L roztworem tiosiarczanu sodowego do jasno słomkowego zabarwienia, by po dodaniu ok. 1 ml skrobi szybko zmiareczkować do odbarwienia próbki. Taki sam sposób oznaczenia BZT dokonano również dla wody do rozcieńczeń użytej do przygotowania próbki.

Oznaczenia chemicznego zapotrzebowania tlenu (ChZT) metodą dwuchromianową – do kolby odmierzono 10 ml ścieków, dodano szczyptę siarczanu rtęciowego i wymieszano. Następnie dodano 10 ml roztworu dwuchromianu potasowego 0,125 N i włożono kapilarę. Wlano ostrożnie 27 ml stężonego kwasu siarkowego z rozpuszczonym siarczanem srebrowym, wstawiono do stojaka i połączono z chłodnicą. Całość umieszczono w mineralizatorze i ogrzano do wrzenia i utrzymywano ten stan przez 10 min przy wyłączonym już mineralizatorze. Po ok 10 min od chwili przerwania wrzenia, przeniesiono kolbę do stojaka i spłukano chłodnicę. Kolejno zdjęto chłodnicę i przelano zawartość kolby do kolby stożkowej o poj. 300 ml. Kolbę przepłukano 25 ml wody destylowanej i dodano do kolby stożkowej. Dodano 4 krople ferroiny i miareczkowano roztworem soli Mohra 0,125 N (siarczan żelazawo-amonowy) do zmiany zabarwienia roztworu z zielononiebieskiego na czerwonobrunatne. W ten sam sposób wykonano oznaczenie próbki kontrolnej.

Utlenialność została przeprowadzona przez dodanie do kolby stożkowej 4 ml ścieków surowych i dopełnienie wodą destylowaną do objętości 100 ml. Dodano następnie 10 ml roztworu kwasu siarkowego (1:3), 10 ml roztworu nadmanganianu potasu 0,0125 n, wymieszano i natychmiast wstawiono do wrzącej łaźni wodnej ogrzewając w niej próbkę przez 30 min. Po wyjęciu z łaźni natychmiast dodano z biurety 10 ml roztworu szczawianu sodowego 0,0125 n i wymieszano. Po odbarwieniu miareczkowano na gorąco roztworem KMnO₄ do wystąpienia słabo różowego zabarwienia utrzymującego się kilka minut. Równolegle została oznaczona w taki sam sposób utlenialność wody destylowanej, użytej do przygotowania rozcieńczeń.

Azot

Oznaczenia fosforanów przebiegło w następujący sposób: odmierzono 1 ml klarownej, niezabarwionej próbki ścieków i dopełniono do 100 ml wodą destylowaną. Następnie dodano 2 ml molibdenianu amonowego i 3 krople chlorku cynawego, wymieszano. Po upływie 10 minut odczytano zawartość fosforanów na spektrofotometrze przy długości fali λ=690nm. W zestawieniu tabelarycznym konieczne jest podanie wyniku jako P, więc wartość z równania została podzielona przez 3,06.

1. Wyniki pomiarów i obliczenia:

Tabelyczne zestawienie wyników

Wskaźnik	Próba kontrolna	Próba badana	Dopuszczalne wartości wskaźników
ChZT	11,1 ml	330 mg O₂/dm³	150 mg O₂/dm³
BZT5	4,1 ml / 3,8 ml ^*	136,91 mg O₂/dm³	40 mg O₂/dm³
Utlenialność	1,1 ml	77,5 mg O₂/dm³	mg O₂/dm³
NNH₄	-	2,4 mg NNH₄/dm^3	30 mg NNH₄/dm^3
NNO₂	-	0,12 mg NNO₂/dm^3	mg NNO₂/dm^3
PO₄³¯	-	9,80 mg P/dm³	mg P/dm³

* - ilość 0,025mol/L tiosiarczanu sodowego zużyta do miareczkowania wydzielonego jodu w 100 ml ścieków przed inkubacją / po 6-dniowej inkubacji

1. BZT₅:

• zawartość tlenu rozpuszczonego

$$X = \frac{0,2 \times a \times 1000}{100}$$

0,2 – ilość tlenu odpowiadająca 1 ml ściśle 0,025mol/L tiosiarczanu sodowego, mg

a – ilość 0,025mol/L tiosiarczanu sodowego zużyta do miareczkowania wydzielonego jodu w aaa100 ml ścieków

• próbka wody do rozcieńczeń

  • przed inkubacją

$$X = \ \frac{0,2\ \times 4,1\ \times 1000}{100} = 8,2\ mg\ O_{2}/dm$$

• po inkubacji

$$X = \ \frac{0,2\ \times 3,8\ \times 1000}{100} = 7,6\ mg\ O_{2}/dm$$

• próbka rozcieńczonych ścieków

  • przed inkubacją

$$X = \ \frac{0,2\ \times 4,2\ \times 1000}{100} = 8,4\ mg\ O_{2}/dm$$

• po inkubacji

$$X = \ \frac{0,2\ \times 2,4\ \times 1000}{100} = 4,8\ mg\ O_{2}/dm$$

• sześciodniowe biochemiczne zapotrzebowanie tlenu

$$\text{BZT}_{6} = \ \left\lbrack \left( a - b \right) - \frac{\left( c - d \right) \times M}{1000} \right\rbrack \times \frac{1000}{e}$$

a – zawartość tlenu w próbce rozcieńczonych ścieków przed inkubacją, mg/dm³

b – zawartość tlenu w próbce rozcieńczonych ścieków po inkubacji, mg/dm³

c – zawartość tlenu w próbce wody do rozcieńczeń przed inkubacją, mg/dm³

d – zawartość tlenu w próbce wody do rozcieńczeń po inkubacji, mg/dm³

e – ilość ścieków zawarta w 1 dm³ rozcieńczonej próbki, cm³

M – ilość wody do rozcieńczeń, zawartej w 1 dm³ rozcieńczonej próbki, cm³

$$\text{BZT}_{6} = \ \left\lbrack \left( 8,4 - 4,8 \right) - \frac{\left( 8,2 - 7,6 \right) \times 980}{1000} \right\rbrack \times \frac{1000}{20} = 150,6\ mg\ O_{2}/dm$$

• pięciodniowe biochemiczne zapotrzebowanie tlenu

BZT₅ – 1 ; BZT₅ – 1

BZT₆ – 1,1 ; 150,6 mg O₂/dm³ – 1,1 ;

BZT₅ = 136,91 mg O₂/dm³

1. ChZT_Cr

$$X = \ \frac{\left( V_{2} - V_{1} \right) \times N \times 8 \times 1000}{V}$$

V₁ – objętość siarczanu żelazawo-amonowego zużyta do zmiareczkowania badanej próbki, ml

V₂ – objętość siarczanu żelazawo-amonowego zużyta do zmiareczkowania próbki kontrolnej, ml

N – stężenia normalne roztworu siarczanu żelazawo-amonowego – 0,125 N

V – objętość próbki wody lub ścieków zużytej do oznaczania, ml

8 – współczynnik przeliczeniowy ma mg O₂

$$X = \ \frac{\left( 11,1 - 7,8 \right) \times N \times 8 \times 1000}{10} = 330\ mg\ O_{2}/\text{dm}^{3}$$

1. Utlenialność ścieków

$$X = \ \frac{0,1 \times \left( a - b \right) \times 1000}{V}\text{\ mg\ }O_{2}/dm$$

a – ilość nadmanganianu potasowego 0,0125 n, zużyta na zmiareczkowanie próbki ściekowej aaa(ml)

b – ilość nadmanganianu potasowego 0,0125 n, zużyta na utlenienie wody destylowanej aaadodanej do rozcieńczenia ścieków, obliczona z utlenialności wody destylowanej (ml)

0,1 – ilość tlenu oprowadzająca 1 ml nadmanganianu potasowego 0,0125 n, (mg)

V – objętość próbki ścieków, użyta do oznaczenia (ml)

$$X = \ \frac{0,1 \times \left( 4,2 - 1,1 \right) \times 1000}{4} = 77,5\ mg\ O_{2}/dm$$

1. Azot amonowy i azot azotynowy

2. Fosfor ogólny

$$X = \frac{c}{100} \times \ \frac{100}{V}\text{\ mg\ }\text{PO}_{4}^{3 -}/L$$

c – zawartość fosforanów w badanej próbce odczytana ze spektrofotometru, mg/l

100 – przelicznik stężeń

V – objętość próbki ścieków pobrana do oznaczenia, ml

100/V – współczynnik uwzględniający rozcieńczenie badanej próbki, ml/ml

$$X = \frac{0,3}{1} \times \ \frac{100}{1} = 30\ mg\ \text{PO}_{4}^{3 -}/L$$

$$X = \frac{30}{3,06} = 9,80\ mg\ P/L$$

1. Ocena jakości ścieków: