Małgorzata Odziemczyk

Monika Presnarowicz

Katarzyna Sadowiak

SiT

FIZYKOCHEMICZNE METODY USUWANIA ZANIECZYSZCZEŃ

Temat: Ustalenie optymalnego odczynu dla usuwania chromu ze ścieków po redukcji siarczanem żelaza (II).

Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest ustalenie optymalnego odczynu który zapewni największą jego redukcję.

1. Wykonanie oznaczeń:

W surowych ściekach oznaczyć odczyn, barwę, i Cr⁺⁶,Cr⁺³. Zakładamy iż w surowych ściekach chrom występuje tylko w formie Cr⁺⁶, dlatego też Cr ogólny w tym przypadku będzie Cr⁺⁶. Następnie napełniamy trzy leje Imhoffa ściekami. Do każdego z lejów dodajemy jednakową, objętość siarczanu żelaza (II) (dodano 115% dawki teoretycznej siarczanu żelaza (II)) a także odpowiednie ilości wodorotlenku wapnia takie, aby w lejach ścieki miały odpowiednio pH = 8; 8,5 i 9. Mieszamy intensywnie ścieki w leju przez 1 minutę a potem wolno przez 15 minut. Pozostawiamy ścieki w lejach na 1 godzinę. Po godzinie zapisujemy objętość osadu, który zbierze się w dolnej części leja. Następnie ze ścieków nad osadem pobieramy próby do oznaczeń barwy (opisowo), odczynu, zawartości Cr⁺⁶, Cr ogólnego i Cr⁺³, żelaza. Po redukcji oznaczamy zawartość Cr⁺⁶ po czym Cr⁺³, wyznaczamy z iloczynu rozpuszczalności.

Oznaczenie odczynu

Odczyn oznaczałyśmy przy pomocy pH – metru, zanurzając elektrodę w badanych ściekach.

Oznaczenie chromu

Chrom oznaczamy spektofotometrycznie.

W celu oznaczenia chromu pierwszym krokiem jest wykonanie rozcieńczenia 1:50. Następnie z przygotowanego rozcieńczenia pobieramy 10 cm³ i dodajemy 1 cm³ difenylokarbazydu. Po odczekaniu 10 minut oznaczamy zawartość chromu w spektrofotometrze.

Określenie zawartości żelaza ogólnego w badanych ściekach:

Oznaczenie żelaza ogólnego

Oznaczenie polega na przeprowadzeniu całej ilości żelaza do roztworu, redukcji Fe(III) do F(II) za pomocą hydroksyloaminy, a następnie wywołaniu reakcji barwnej z o-fenantroliną. W optymalnym zakresie pH= 2,9- 3,5 tworzy się pomarańczowoczerwony związek kompleksowy (ferroina) o intensywności zabarwienia proporcjonalnej do zawartości żelaza w próbce.

Wykonanie oznaczenia:

Odmierzamy 50cm³ próbki do cylindra Nesslera, dodajemy 1 cm³ HCl i 1 cm³chlorowodorku hydroksyloaminy, mieszamy i odczekujemy 10 minut. Następnie dodajemy 10cm³ buforu octanowego i 2 cm³ 0,1 % 1,10-fenantroliny. Dopełniamy wodą destylowaną mieszamy i czekamy 10 minut. Po tym czasie oznaczamy zawartość żelaza w próbce przez porównanie jej ze skalą wzorców.

Zawartość żelaza ogólnego obliczamy ze wzoru:

Oznaczenie żelaza II

Oznaczenia przebiega analogicznie do oznaczania żelaza ogólnego z tym wyjątkiem iż nie dodajemy chlorowodorku hydroksyloaminy który zredukowałby żelazo III do żelaza II.

Wykonanie oznaczenia:

Odmierzamy 50cm³ próbki do cylindra Nesslera, dodajemy 1 cm³ HCl i mieszamy. Następnie dodajemy 10cm³ buforu octanowego i 2 cm³ 0,1 % 1,10-fenantroliny. Dopełniamy wodą destylowaną mieszamy i czekamy 10 minut. Po tym czasie oznaczamy zawartość żelaza w próbce przez porównanie jej ze skalą wzorców.

Zawartość żelaza ogólnego obliczamy ze wzoru:

Oznaczenie barwy próbki ścieków

Wykonano wizualnie poprzez porównanie ze skalą wzorców platynowo-kobaltową.

1. Obliczenia:

Ścieki surowe

Chrom

0,48 mg Cr⁺⁶/20 ml

Oznaczenie barwy

Do oznaczenia barwy użyliśmy rozcieńczenia przygotowanego do oznaczenia chromu którą porównaliśmy ze skalą wzorców

wyznaczenie teoretycznej dawki reduktora — siarczanu żelaza (II)

24 mg Cr⁶⁺/l — zawartość Cr(VI) w próbce ścieków surowych

52 mg/mmol — masa molowa żelaza

278 mg/mmol — masa molowa uwodnionego reduktora

Obliczenie 115% dawki teoretycznej:

Po redukcji

Chrom

Dla pH=8 Cr⁺⁶=2,06 mg Cr⁺⁶/l

Dla pH=8,5 Cr⁺⁶=1,75 mg Cr⁺⁶/l

Dla pH=9 Cr⁺⁶=0,02 mg Cr⁺⁶/l

Obliczenie zawartości Cr⁺³

Iloczyn rozpuszczalności L jest wartością stałą w danych warunkach. Stała rozpuszczalności dla wodorotlenku chromu (III) wynosi 7,0*10^-31.

Wynika z tego iż stężenie jonów wodorotlenkowych jest 3 razy większe od stężenia jonów chromu.

Zatem możemy zapisać że

Korzystając z zależności

Wyznaczymy stężenie jonów wodorotlenkowych

obliczenie dla pH=8

obliczenie dla pH=8,5

obliczenie dla pH=9

Oznaczenie żelaza ogólnego

Dla pH=8 0,1

Dla pH=8,5 0,08

Dla pH=9 0,06

Oznaczenie żelaza II

We wszystkich trzech wariantach nie stwierdzono obecności żelaza II

1. Wyniki zbiorcze:

Oznaczenie	jednostki	Ścieki surowe	1	2	3
barwa	mg Pt/l	1000	750	750	500
odczyn	pH	6,74	8	8,5	9
Cr ogólny	mg Cr/l	24	2,06	1,75	0,02
Cr ^+6	mg Cr^+6/l	24	2,06	1,75	0,02
Cr ^+3	mg Cr^+3/l	-	3,75 *10^-08	3,75*10^-09	3,64*10^-11
redukcja Cr ogólnego	%	-	91,42	92,71	99,92
objętość osadu	ml/l	-	51	51	41
Fe ogólny	mg Fe/l	-	2	1,6	1,2
Fe ^+2	mg Fe^+2/l	-	0	0	0

1. Wnioski:

Na podstawie powyższych wyników widzimy, iż największa redukcja chromu ogólnego uzyskana została przy pH =9.

Po procesie redukcji zawartość Cr⁺³ była bardzo mała i nie wpływała znacząco na zawartość chromu ogólnego. Przy czym przy pH=8 mamy go najwięcej.

Najsłabszy wynik strącenia Cr(OH)₃ na podstawie objętości osadu uzyskaliśmy przy pH= 9.

W pozostałych przypadkach objętość osadu była taka sama w którym przypadku proces był efektywniejszy.

Zauważyć też można spadek zawartości żelaza wraz ze wzrostem pH. Biorąc pod uwagę reakcje możemy stwierdzić , że wraz ze wzrostem zawartości żelaza III , rośnie także zawartość chromu III. Na tej podstawie widać, iż redukcja chromu VI do chromu III najefektywniej przebiegała w pH=8 co potwierdzone jest w wynikach największą zawartością chromu III, którą obliczyliśmy z iloczynu rozpuszczalności.