Gliwice, 23.05.2013 r.

SPRAWOZDANIE

z przedmiotu

OCZYSZCZANIE ŚCIEKÓW

Temat:NEUTRALIZACJA ŚCIEKÓW

SOWiG B

ochrona Środowiska, semestr VI

1. 
   CEL I ZAKRES BADAŃ PORCESU NEUTRALIZACJI

Celem neutralizacji ścieków przemysłowych jest doprowadzenie ich odczynu do wartości dopuszczalnej przy odprowadzaniu ich do miejskiej sieci kanalizacyjnej lub do odbiornika. Neutralizacji muszą być poddane zarówno ścieki kwaśne jak i alkaiczne. Zakres badań procesu neutralizacji obejmuje:

• ustalenie warunków wzajemnej neutralizacji ścieków kwaśnych i alkaicznych o podanym składzie,

• wyznaczenie warunków neutralizacji ścieków kwaśnych na złożu dolomitowym,

• wyznaczenie parametrów neutralizacji ścieków kwaśnych przy użyciu środka alkalizującego, takiego jak woda wapienna.

1. CZĘŚĆ DOŚWIADCZALNA

   1. Analiza ścieków surowych

W otrzymanych próbach ścieków kwaśnych i alkaicznych wykonano oznaczenie odczynu oraz obu rodzajów kwasowości i zasadowości.

1. Neutralizacja ścieków kwaśnych i alkaicznych przez wzajemne wymieszanie

Proporcję wymieszania ścieków kwaśnych i alkaicznych obliczono na podstawie porównania ładunku kwasowości mineralnej w ściekach kwaśnych oraz ładunku zasadowości w ściekach alkaicznych.

Proporcję tę obliczono na podstawie poniższego wzoru:

gdzie:

– objętość ścieków alkaicznych

– objętość ścieków kwaśnych

– kwasowość mineralna

– zasadowość mineralna

– zasadowość ogólna

Przyjęto jednostkową objętość ścieków kwaśnych (100cm³) i z podanej zależności obliczono wymaganą ilość ścieków alkaicznych,która wyniosła (530 cm³). Po wymieszaniu ścieków w obliczonej proporcji i 15 minutowym czasie kontaktu ponownie oznaczono odczyn, zasadowość i kwasowość.

$$\frac{}{}$$

$$\frac{Q_{\text{al}}}{0,1} = \frac{34,2}{\lbrack 6 + 0,5\left( 6,9 - 6 \right)\rbrack} = 0,53\ \text{dm}^{3}$$

Obliczona proporcja zmieszania:

Q_al = 0, 53 dm³ 

Q_kw = 0, 1 dm³

Wymagane było uzyskanie ścieków po zmieszaniu o pH równym 7,0. Po połączeniu obu rodzajów ścieków w wyliczonej proporcji nie uzyskano wymaganego odczynu, w związku z czym proporcja wymieszania ścieków została wyznaczona doświadczalnie, tak aby odczyn wynosił podaną wartość.

W dawce doświadczalnej zwiększono objętość ścieków alkaicznych do 637 cm³ i objętość ścieków kwaśnych do 104 cm^3.

Wyniki badań przedstawiono w tabeli 1.

Tab. 1. Wyniki badań neutralizacji ścieków kwaśnych i alkaicznych przez wzajemne wymieszanie.

RODZAJ ŚCEIKÓW	OZNACZENIE
	Odczyn pH
Surowe kwaśne	2,29
Surowe alkaiczne	12,48
Zmieszane w obliczonej proporcji (2:1)	4,51
Zmieszane w proporcji doświadczalnej (2,1:1)	7,02

1. Neutralizacja ścieków kwaśnych na złożu alkaicznym

Badane ścieki kwaśne filtrowano przez złoże dolomitowe zaczynając od prędkości największej spośród podanych. Po odrzuceniu pierwszej partii wycieku, w dalszych porcjach filtratu przeprowadzono oznaczenia odczynu, kwasowości i zasadowości.

Badanie powtórzono stosując mniejsze prędkości filtracji.

Objętość złoża alkaicznego (F) została obliczona ze wzoru:

natomiast pole powierzchni przekroju złoża:

gdzie:

– średnica filtru, która wynosi 2,15 cm

– wysokość filtru, która wynosi 45 cm

Obciążenie hydrauliczne złoża obliczono ze wzoru:

gdzie:

– objętość filtratu, która wynosi 0,0002 m³

– czas potrzebny na pobranie określonej objętości filtratu, h

$$Q = \frac{V}{t}$$

gdzie:

V, t - objętość cieczy przepływającej przez złoże w czasie t

a prędkość filtracji:

gdzie:

– przepływ ścieków, m³/h

1. prędkość pierwsza:

200 cm³ filtratu zostało pobrane w czasie

Pozostałe dwa przypadki wyznaczono w analogiczny sposób.

W tabeli 2 zestawiono uzyskane wyniki neutralizacji ścieków kwaśnych na złożu dolomitowym.

Tab. 2. Wyniki neutralizacji ścieków kwaśnych na złożu dolomitowym

OZNACZENIE	ŚCIEKI SUROWE	ŚCIEKI PRZEFILTROWANE PRZEZ ZŁOŻE
		PRĘDKOŚĆ FILTRACJI,m/s
		1
		OBCIĄŻENIE HYDRAULICZNE ZŁOŻA m^3/m^3h
		2,04
Odczyn, pH	2,29	4,63
Kwasowość Km, mval/dm^3	34,2	5,8
Kwasowość Kp, mval/dm^3	36,5	0
Zasadowość Zp, mval/dm^3	0	0
Zasadowość Zm, mval/dm^3	0	0
Czas filtracji, min.	-	9

1. Neutralizacja ścieków kwaśnych za pomocą mleka wapiennego

Teoretyczną dawkę wapna do neutralizacji badanych ścieków kwaśnych obliczono według następującego wzoru:

gdzie:

– równoważnik wapnia

Niestety, z powodu błędu obliczeniowego do neutralizowanych ścieków użyto dziesięciokrotnie mniejszej dawki, tj. 98,98 mg/dm³w porównaniu z zalecaną. Do dwóch objętości ścieków, które wynoszą 0,2 dm³ wprowadzono dawkę mleka wapiennego w ilości 1,98 cm³ co odpowiada 100%. Następnie dawkę tę zwiększono i wprowadzono 120% dawki obliczeniowej czyli 2,38 cm³

q=1g/dm³

Wyniki neutralizacji z zastosowaniem mleka wapiennego zestawiono w tabeli 3.

Tab. 3. Wyniki neutralizacji ścieków kwaśnych przy użyciu mleka wapiennego

Oznaczenie	Ścieki surowe	Dawka mleka wapiennego, % dawki teoretycznej
		10%
pH	2,29	2,3

1. Wnioski

Badane ścieki kwaśne charakteryzuje bardzo niski odczyn o wartości 2,29 oraz wysoka wartość kwasowości mineralnej, równa 34,2mval/dm³ i kwasowości ogólnej, 36,5mval/dm³. Ścieki alkaiczne wykazują bardzo wysoki odczyn rzędu 12,48, oraz zasadowość mineralną wynoszącą 6,9mval/dm³ i zasadowość ogólną równą 6 mval/dm³. Jakość badanych ścieków przekracza wartości dopuszczalne, jakimi powinny odpowiadać ścieki odprowadzana do kanalizacji miejskiej zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Budownictwa z dnia 14 lipca 2006 roku (powinny mieć odczyn w zakresie 6,5 – 9,5) oraz do odbiornika wodnego lub do ziemi zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Środowiska z dnia 24 lipca 2006 roku (wartości pH powinny mieścić się w zakresie pH 6,5 – 9,0) w związku z czym badane ścieki należy zneutralizować zanim zostaną one odprowadzone.

W celu zneutralizowania obu rodzajów ścieków, zmieszano je ze sobą w stosunku 530 ml ścieków alkaicznych i 100 ml ścieków kwaśnych, po czym odczyn wyniósł 4,7. Jest to odczyn zdecydowanie niższy od wymaganego, w związku z czym stosunek zmieszania zwiększono do 637 ml ścieków alkaicznych i 104 ml ścieków kwaśnychi odczyn wyniósł 7,05. Kwasowość mineralna i zasadowość ogólna w wymieszanych ściekach nie występuje, natomiast kwasowość ogólna została znacznie zredukowana, podobnie jest w przypadku zasadowości mineralnej. Ścieki wymieszane w tej proporcji mogą być odprowadzone zarówno do kanalizacji jak i odbiornika lub ziemi. Neutralizacja ścieków przez wzajemne wymieszanie jest wskazana, w przypadku gdy w różnych oddziałach zakładu są produkowane oba rodzaje ścieków, przy czym przeszkodą nie może być pozostały skład chemiczny ścieków.

Z uwagi na to że ilość ścieków alkaicznych, która powstaje w przemyśle jest mniejsza od ilości ścieków kwaśnych, to należy zastosować także inne metody ich zobojętniania. Jedną z tych metod jest przepuszczenie danych ścieków kwaśnych przez złoże alkaiczne (dolomitowe, marmurowe). Metoda ta jest stosowana przy małych ilościach ścieków, a warunkiem jest aby ścieki nie zawierały wysokich stężeń jonów siarczanowych, ponieważ w ziarnach złoża wytrącałby się siarczan wapniowy. Na zajęciach, wykorzystano złoże dolomitowe. Im niższa była prędkość filtracji tym wartość pH była wyższa. Wpływ na to ma czas kontaktu neutralizowanych ścieków ze złożem – im ten czas jest dłuższy, tym odczyn wyższy. Należy więc ustalić taką prędkość filtracji, by czas kontaktu ścieków ze złożem był optymalny dla zachowania wartości odczynu wahającego się od 6 - 8 pH. Przy najmniejszej zastosowanej prędkości filtracji wynoszącej 0,92 m/h odczyn wyniósł 4,63 natomiast została całkowicie usunięta kwasowość ogólna i zredukowana kwasowość mineralna do wartości 5,8mval/dm³.Wraz ze wzrostem prędkości filtracji wzrasta Km jak i Kp (powodowane przez obecność silnych kwasów jakimi sąHCl czy H₂SO₄ )jednakże w naszym przypadku Km nie wykazuje takich wartości co może być wynikiem przemiareczkowania danej próby bądź błędami obliczeniowymi. Przyczyną nieskutecznego filtrowania ścieków przez co żaden odciek nie nadaje się do odprowadzenia do miejskiej kanalizacji lub odbiornika, może to być bardzo niski odczyn i wysoką zawartością obu kwasowości. Otrzymane ścieki należy poddać korekcie odczynu, przez np. wymieszanie z ściekami alkaicznymi lub filtrować te ścieki mniejszą prędkością niż 1 m/h, co w dalszym stopniu może nie przynieść pożądanych efektów.

Kolejnym sposobem neutralizacji ścieków kwaśnych jest ich neutralizacja na drodze chemicznej. W przeprowadzonym doświadczeniu jako reagent zastosowano mleko wapienne o stężeniu 1%. Z powodu zaistniałego błędu obliczeniowego, wyniki nie pozwalają na odprowadzenie ścieków. Przyczyną małej korekty odczynu było zastosowanie dawek dziesięciokrotnie niższych. Można by przewidzieć, że przy zastosowaniu odpowiedniej dawki, odczyn zbliżyłby się do granicy wyznaczonej przez normy. W przypadku, gdyby ścieki zawierały metale ciężkie, przy uwzględnieniu prawidłowej dawki, była by to najskuteczniejsza metoda ich neutralizacji, ponieważ nadmiar wapna strąca jony metali ciężkich do wodorotlenków.

Z trzech różnych metod neutralizacji ścieków, najskuteczniejsza okazała się metoda pierwsza, czyli neutralizacja przez wzajemne wymieszanie ścieków kwaśnych i alkaicznych. Nie możemy porównać otrzymanych wyników metody chemicznej, ponieważ nie wiemy jakie były by otrzymane wartości po jej zastosowaniu. Możemy jedynie domyślać się, że metoda ta była by równie skuteczna jak wzajemne wymieszanie ścieków.