Ochrona Środowiska II rok

Sprawozdanie 1

Oznaczanie składu mechanicznego gleby

Oznaczanie składu mechanicznego gleby

Celem przeprowadzonego ćwiczenia jest określenie typu granulometrycznego badanej gleby.

Materiały wykorzystane w ćwiczeniu:

1. Próbka gleby

2. Zestaw sit o średnicach: 20; 1; 0,5; 0,25; 0,1

3. Waga precyzyjna

4. Aerometr

5. Termometr

6. Stoper

7. Czasza grzewcza

8. Cylinder miarowy (1 dm³)

9. Zlewka (1 dm³)

10. Moździerz

11. Amoniak 25%

Metody stosowane w przeprowadzonym ćwiczeniu:

1. Metoda sitowa

2. Metoda areometryczna

Przebieg i wyniki badania składu granulometrycznego gleby:

1. Badanie procentowego składu frakcji: kamieni, żwiru, piasku i części pyłów wraz z iłami w glebie. Metoda sitowa.

Próbkę gleby o masie 148,28g roztarliśmy w moździerzu, przez zestaw sit. Następnie część gleby zatrzymanej na każdym sicie dokładnie zwarzyliśmy. Otrzymane wagi poszczególnych frakcji zapisaliśmy w tabeli i obliczyliśmy jaki procent badanej gleby stanowi każda z nich (tabela 1)

1. Ilość żwiru – 12,56g

Procentowa zawartość żwiru – $\frac{12,56*100\%}{148,28}$ = 8,47%

1. Ilość piasku grubego - 18,37g

Procentowa zawartość piasku grubego – $\frac{18,37*100\%}{148,28}$ = 12,39%

1. Ilość piasku średniego - 33,31g

Procentowa zawartość piasku średniego – $\frac{33,31*100\%}{148,28}$ = 22.46%

1. Ilość piasku drobnego - 30,28g

Procentowa zawartość piasku drobnego – $\frac{30,28*100\%}{148,28}$ = 20,42%

1. Ilość drobin mniejszych niż 0,1 mm – 53,76g

Procentowa zawartość mniejszych niż 0,1 mm – $\frac{53,76*100\%}{148,28}$ = 36,26%

1. W badanej próbce gleby nie było kamieni

TABELA nr 1

Nazwa frakcji	Rozmiary graniczne (mm)	Waga (g)	Udział procentowy (%)
kamienie	> 20	0	0
żwir	1 - 20	12,56	8,47
piasek gruby	0,5 - 1,0	18,37	12,39
piasek średni	0,25 - 0,5	33,31	22,46
piasek drobny	0,1 - 0,5	30,28	20,42
pył + ił	< 0,1	53,76	36,26

II. Badanie zawartości pyłu i iłu w glebie metodą areometryczna

Do badania wzięliśmy 40 g gleby pozbawionej kamieni, żwiru i piasku. Tę ilość próbki gotowaliśmy przez 30 minut w roztworze amoniaku, ostudziliśmy do temperatury 20 i przelaliśmy do cylindra miarowego. Zawartość cylindra po uzupełnieniu roztworem amoniaku do pojemności 1dm³, dokładnie mieszaliśmy (30 odwróceń) i natychmiast rozpoczęliśmy dokonywanie pomiarów aerometrem w odstępach czasu podanych w instrukcji. Odczyt ze skali areometru notowaliśmy w tabeli nr 2. Na ich podstawie dokonaliśmy obliczeń wszystkich wielkości potrzebnych do ustalenia wymiarów frakcji zawartych w badanej próbce gleby. Otrzymane wyniki wpisaliśmy w tabeli nr 2.

a. Obliczamy głębokość zanurzenia środka wyporu nurnika (H_R) na podstawie odczytu na skali areometru w jednostkach wskaźnika skróconego (R_r). Korzystamy ze wzoru:

$$H_{R} = \frac{30 - R_{t}}{30}*l + h_{0} + h_{1} - \frac{V_{h}}{2A}$$

l- długość skali areometru – 8,6cm

h₀- odległość górnego końca nurnika od podziałki areometru – 1,7cm

h_1­- odległość środka wyporu od jego górnego końca – 6,4cm

V_h- objętość nurnika – 26,42cm_­­­­­­­­­­²

A- powierzchnia przekroju cylindra - 72,66cm²

Jedyną zmienna jest R_t dlatego cześć wzoru: $h_{0} + h_{1} - \frac{V_{h}}{2A}$ zastępujemy wyliczoną wartością:

$h_{0} + h_{1} - \frac{V_{h}}{2A}$ = 1,7 + 6,4 – $\frac{72,66}{2\ *26,66}$ = 8,1 – 1,38 = 6,72 [cm²]

t=30 sek $H_{R} = \frac{30 - 22}{30}*\ 8,6 + 6,72$ = 9,01 [cm]

t=60 sek $H_{R} = \frac{30 - 19}{30}*\ 8,6 + 6,72$ = 9,87 [cm]

t=2 min $H_{R} = \frac{30 - 15}{30}*\ 8,6 + 6,72$ = 11,02 [cm]

t=5 min $H_{R} = \frac{30 - 10}{30}*\ 8,6 + 6,72$ = 12,45 [cm]

t=15 min $H_{R} = \frac{30 - 6,75}{30}*\ 8,6 + 6,72$ = 13,39 [cm]

t= 30m in $H_{R} = \frac{30 - 5}{30}*\ 8,6 + 6,72$ = 13,89 [cm]

t=60 min $H_{R} = \frac{30 - 4}{30}*\ 8,6 + 6,72$ = 14,17 [cm]

b. Obliczamy współczynnik k zależny od głębokości zanurzenia środka wyporu nurnika (H_R) areometru w danej chwili:

$$k = 0,25\ \sqrt{H_{R}}$$

k_{1 =} $0,25\ \sqrt{H_{R_{1}}}$ = $0,25\ \sqrt{9,01}$ = 0,750

k_{2 =} $0,25\ \sqrt{H_{R_{2}}}$ = $0,25\ \sqrt{9,87}$ = 0,785

k_{3 =} $0,25\ \sqrt{H_{R_{3}}}$ = $0,25\ \sqrt{11,02}$ = 0,829

k_{4 =} $0,25\ \sqrt{H_{R_{4}}}$ = $0,25\ \sqrt{12,45}$ = 0,880

k_{5 =} $0,25\ \sqrt{H_{R_{5}}}$ = $0,25\ \sqrt{13,39}$ = 0,914

k_{6 =} $0,25\ \sqrt{H_{R_{6}}}$ = $0,25\ \sqrt{13,89}$ = 0,931

k_{7 =} $0,25\ \sqrt{H_{R_{7}}}$ = $0,25\ \sqrt{14,17}$ = 0,941

c. W miarę upływu czasu na dno zbiornika opadają kolejne cząstki gleby – im są większe tym szybciej, a w zawiesinie pozostają coraz mniejsze elementy budujące glebę. Aby obliczyć średnicę cząstek pozostających w zawiesinie po upływie czasu (t) korzystamy z wzorcowych średnic cząstek dla temperatury T=20°C w czasie trwania sedymentacji – t:

t₁ (30sek) -> d_­w­z = 0,076 mm

t₂ (60sek) -> d_­w­z = 0,054 mm

t₃ (2min) -> d_­w­z = 0,038 mm

t₄ (5min) -> d_­w­z = 0,024 mm

t₅ (15min) -> d_­w­z = 0,14 mm

t₆ (30min) -> d_­w­z = 0,0097 mm

t₇ (60min) -> d_­w­z = 0,0069 mm

Średnice zastępcze (d_r) obliczamy korzystając ze wzoru:

d_r = k * d_wz

t₁ d_r = 0,750 * 0,076 = 0,057 mm

t₂ d_r = 0,785 * 0,054 = 0,042 mm

t₃ d_r = 0,829 * 0,038 = 0,031 mm

t₄ d_r = 0,880 * 0,024 = 0,021 mm

t₅ d_r = 0,914 * 0,014 = 0,013 mm

t₆ d_r = 0,931 * 0,0097 = 0,009 mm

t₇ d_r = 0,941 * 0,0069 = 0,0064 mm

d. Obliczamy procentową zawartość cząsteczek (Z_r) o średnicach zastępczych mniejszych niż d_r według wzoru:

$$Z_{r} = \left\lbrack \frac{100*g_{s}}{m_{s}*\ \left( g_{s} - g_{w} \right)} \right\rbrack*\ \left( R_{t} + c + R + a \right)$$

a – dla temp. T=20°C a=0, poprawka na temp.

∆R = -1, poprawka do skali areometru

c = 0,7 poprawka na menisk

R_t – skrócony wskaźnik odczytu dla czasu trwania sedymentacji

m_s- masa gleby u- masa gleby użytej do badania

g_s- 2,65 g * cm^-3, gęstość właściwa szkieletu gruntowego

g_k- 1 g*cm^-3, gęstość wody

c + ∆R + a = 0,7 + (-1) + 0 = -0,3

g_s – g_w = 2,65 – 1 = 1,65 [g*cm^-3]

m_s*( g_s – g_w) = 40 * 1,65 = 66 [g²*cm^-3]

w związku z tym kolejne szukane wartości liczymy wg wzoru:

$$Z_{r} = \frac{265}{66}*\left( R_{t} - 0,3 \right)\ \text{\ \ }Z_{r} = 4,0152*\left( R_{t} - 0,3 \right)\ \left\lbrack \% \right\rbrack$$

t₁ Z_r = 4,0152 * (22 – 0,3) = 87,12%

t₂ Z_r = 4,0152 * (19 – 0,3) = 75,08%

t₃ Z_r = 4,0152 * (15 – 0,3) = 59,02%

t₄ Z_r = 4,0152 * (10 – 0,3) = 38,95%

t₅ Z_r = 4,0152 * (6,75 – 0,3) = 25,90%

t₆ Z_r = 4,0152 * (5 – 0,3) = 18,87%

t₇ Z_r = 4,0152 * (4 – 0,3) = 14,86%

e. Tabela przedstawia wyniki pomiarów areometrycznych i obliczeń (wszystkie dane dla temp. T=20°C)

czas odczytu	odczyt w skali areometru w jednostkach wskaźnika skróconego Rt	Głębokość zanurzenia środka wyporu nurnika areometru Hr	średnie zastępcze cząsteczek (mm) dr	procentowa zawartość cząsteczek (Zr)	procentowa zawartość frakcji [%] w 40g próbki	wymiary frakcji (mm)
30 s	22	9,01	0,057	87,12	63	0,1-0,02
60 s	19	9,87	0,042	75,08
2min	15	11,02	0,031	59,02
5 min	10	12,45	0,021	38,95
15 min	6,75	13,39	0,013	25,90	37	< 0,02
30 min	5	13,89	0,009	18,87
60 min	4	14,17	0,0069	14,86

f. Wykonaliśmy wykres obrazujący zawartość procentową (Z_r) cząstek których średnice zastępcze (d_r) obliczaliśmy w punkcie C.

Jest to wykres funkcji Z_r=f(d_r). Na jego podstawie wyznaczam procentowy udział iłów i pyłów w badanej próbce gleby, o masie 40 g

pozbawionej frakcji piasków, żwiru i kamieni, czyli cząstek o średnicy większej niż 0,1 mm

g. Z wykresu wynika, że w badanej próbce iłów i pyłu cząsteczki o średnicy równej i mniejszej od 0,02 stanowią 37% natomiast o średnicy 0d 0,02 do 0,1 mm stanowią 63%. Obliczam wagę pyłu i iłu w 40 gramowej próbce będącej mieszanką tych frakcji.

waga iłów: waga pyłów:

40g – 100% 40g - 14,8g = 25,2g

x - 37%

$x = \frac{40*37}{100}\ $= 14,8g

III. Określenie typu badanej gleby

Łącząc metodę sitową i areometryczną możemy dokładnie określić skład granulometryczny gleby.

a. Wyliczamy ilość pyłu i iłu w całej próbce badanej gleby. Z wcześniejszych badań i obliczeń wynika, że w 148,28 g gleby znajduje się 53,76g pyłu i iłu, oraz że pył stanowi 63% tej masy. Obliczamy dokładna ilość tych frakcji w 148,28 gramach próbki.

waga pyłu:

$x = \frac{53,76*63}{100}$ = 33.8g

waga iłu:

53,76 - 33,8 = 19,96g

procentowa zawartość pyłu:

$x = \frac{33.8*100}{148,28}$ = 22,7% pyłu w glebie

procentowa zawartość iłu:

$x = \frac{19,96*100}{148,28}$ = 13,46% iłu w glebie

b. Znając wagowy udział wszystkich części ziemistych gleby można określić jej typ korzystając z trójkąta Fereta.

części ziemiste – 100% = piasek + pył + ił

masa części ziemistych = (18,37+33,31+30,28) + 33,8 + 19,96 = 135,72g

135,72g - 100%

81,96g - x

x=60,39% - piasek

135,72g - 100%

33,8g - x

x=24,9% – pył

100% - (60,39+24,9) = 14,71%

14,71% - ił

Jest to gleba - GLINY PIASZCZYSTE

Glina – ilasta skała osadowa, powstała w okresie czwartorzędu w wyniku nagromadzenia osadów morenowych.

Skały ilaste starsze niż czwartorzędowe nazywane są iłami. Jest to zatem skała złożona z minerałów ilastych, kwarcu, skaleni, substancji koloidalnych, może zawierać okruchy innych skał oraz substancje organiczne (korzenie, bituminy).

Barwa gliny zależy od zawartości i stopnia utlenienia koloidalnych cząsteczek uwodnionych tlenków żelaza i manganu. W warunkach utleniających przeważają barwy od żółtej poprzez czerwoną do brunatnej, w warunkach redukcyjnych glina może być jasnoszara, szara, szarozielona.

Glina od zarania dziejów stanowi podstawowy surowiec do wyrobu ceramiki. Do ręcznego formowania wyrobów ceramicznych używane są wysokoplastyczne i plastyczne gliny biało oraz barwnie wypalające się, znane na świecie pod nazwą "ball clay". Dzisiaj stanowią one cenny surowiec do produkcji ceramiki sanitarnej i płytek ceramicznych.