Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie Wydział Górnictwa i Geoinżynierii
Rok akademicki: 2015/2016	Przedmiot: Technologie oczyszczania wody i ścieków.
Data wykonania 25.11.2015	Temat: Fizykochemiczne oczyszczanie ścieków – koagulacja.
Data oddania 09.12.2015	Student: Daria Bidzińska

1. Cel ćwiczenia

Badanie procesu koagulacji ścieków przy wykorzystaniu koagulantów.

1. Wstęp teoretyczny

Koagulacja – polega na łączeniu cząstek zawiesiny w większe agregaty, by zwiększyć szybkość ich osadzania.

Najczęściej stosowane koagulanty to sole żelaza lub glinu np. Al₂(SO₄)₃∙18H₂O, FeSO₄∙7H₂O, Fe₂(SO₄)₃∙9H₂O, FeCl₃∙6H₂O

Flokulacja – proces, polegający na wytworzeniu większych agregatów (kłaczków) cząstek organicznych wskutek zderzeń zdestabilizowanych drobnych cząstek, zdyspergowanych
w wodzie lub innej cieczy z makrocząsteczką. Dzięki temu tworzy się pojedyncza monoflokuła. Do flokulacji wykorzystywać można naturalne flokulanty m.in. minerał bentonit, naturalną krzemionkę lub organiczne polielektrolity.

Miareczkowanie - Polega na wprowadzaniu niewielkimi porcjami („miareczkami”) do badanego roztworu odczynnika o znanym stężeniu. Uprzednio należy dodać wskaźnik, który zmieni barwę w momencie osiągnięcia równowagi badanej próbki (jest to punkt końcowy miareczkowania). Ilość oznaczanej substancji oblicza się na podstawie dokładnie zmierzonej objętości zużytego roztworu mianowanego.

Odczyn pH roztworu - określa stężenie, a ściślej aktywność jonów wodorowych wyrażoną
w molach na dm³.

Tabela - Skala odczynu pH wody.

Odczyn roztworu	pH
Kwaśny	<7
Zasadowy	>7
Obojętny	7

Przewodnictwo – zdolność roztworu do przewodzenia prądu elektrycznego. Definiowane jako odwrotność oporu właściwego słupa cieczy zawartego między elektrodami
o powierzchni 1cm³ oddalonymi od siebie o 1cm. G=1/R [mS/cm].

Zasadowość - zdolność wody do zobojętniania mocnych kwasów mineralnych wobec umownych wskaźników. Właściwość tę nadają jej wodorowęglany, węglany oraz rzadziej wodorotlenki, borany, krzemiany i fosforany.

1. Alkaliczna – występuje dla pH>8,3

2. Całkowita – występuje dla pH> 4,6

Kwasowość - powodują: wolny CO2, kwasy mineralne i organiczne oraz produkty hydrolizy soli obecnych w wodzie.

1. Mineralna – występuje dla pH<4,6. Woda charakteryzuje się silnie korozyjnymi właściwościami wobec betonu i metali.

2. Ogólna – występuje dla 4,6<pH<8,3

Zawiesiny ogólne - nierozpuszczone substancje organiczne i mineralne wyrażone
w [mg/dm³].

Spis literatury i stron internetowych:

1. Technologia wody i ścieków – Ćwiczenia laboratoryjne, część 1 i 2 – Agnieszka Gala, Anna Hołda, Ewa Kisielowska, Anna Młynarczykowska, Stanisława Sanak-Rydlewska – Wydawnictwo AGH

2. Rozporządzenie ministra środowiska z dnia 24 lipca 2006 r. w sprawie wprowadzania ścieków do wód lub ziemi, oraz substancji szczególnie szkodliwych dla środowiska wodnego.

1. Wykonanie ćwiczenia

1. Oznaczanie zasadowości całkowitej

Do kolby stożkowej odmierzono 50cm³ próbki ścieku po koagulacji i przesączeniu przez sączek dla zawartości 0cm³, 1cm³ oraz 5cm³ koagulanta. Dodano 3 kropel oranżu metylowego. Barwa wody zmieniła się na kolor żółty. Rozpoczęto oznaczanie zasadowości całkowitej, miareczkując roztworem HCl o stężeniu 0,1M do osiągnięcia pomarańczowego zabarwienia. Każdą próbę powtórzono dwukrotnie i otrzymano wyniki nie różniące się od siebie więcej niż 0,2cm³ objętości titranta.

1. Oznaczanie kwasowości ogólnej

Do kolby stożkowej odmierzono 50cm³ próbki ścieku po koagulacji i przesączeniu przez sączek dla zawartości 0cm³, 1cm³ oraz 5cm³ koagulanta. 5 kropel fenoloftaleiny. Barwa wody zmieniła się na kolor żółty. Rozpoczęto oznaczanie kwasowości ogólnej, miareczkując roztworem NaOH o stężeniu 0,05M do osiągnięcia słabo różowego zabarwienia. Każdą próbę powtórzono dwukrotnie i otrzymano wyniki nie różniące się od siebie więcej niż 0,2cm³ objętości titranta.

1. Oznaczanie zawiesin ogólnych

Z przygotowanych do badania próbki ścieku o zawartości 0cm³, 1 cm³ oraz 5 cm³ koagulanta (uprzednio poddaną procesowi mieszania szybkiego i wolnego w obecności koagulanta)
o objętości 700cm³ zlano ciecz znad osadu i przesączono przez zważony wcześniej sączek. Następnie sączek wysuszono i zważono ponownie.

1. Pomiar pH

W próbkach ścieku umieszczono pehametr (uprzednio skalibrowany roztworem buforowym), który dokonał pomiaru odczynu próbek. Wykonano dla zawartości 1cm³ oraz
5cm³ koagulanta.

1. Pomiar przewodnictwa

W próbkach ścieku umieszczono konduktometr (uprzednio skalibrowany roztworem wzorcowym 0,1M KCl), który dokonał pomiaru przewodności próbki. Wykonano dla zawartości 1 cm³ oraz 5 cm³ koagulanta.

Tabela - Wyniki pomiarów pehametrem i konduktometrem.

Parametr	0 cm^3 FeSO4	1 cm^3 FeSO4	5 cm^3 FeSO4	15 cm^3 FeSO4	20 cm^3 FeSO4
pH [-]	9,22	9,65	9,59		293
Przewodnictwo [mS/cm]	250	257	275	6,55	6,29

1. Przeprowadzanie procesu koagulacji oraz wizualna obserwacja przebiegu koagulacji

Do trzech litrowych zlewek wlano po 700cm³ ścieku. Do pierwszej nie dodano koagulanta, do drugiej dodano 1 cm³, a do trzecie 5 cm³. Jako koagulanta użyto siarczanu (VI) żelaza (II) FeSO₄. Wszystkie próbko poddano szybkiemu mieszaniu w koagulatorze przez 1 minutę przy 100 obrotach na minutę. Następnie zmniejszono liczbę obrotów do 10 na minutę
i przeprowadzono wolne mieszanie przez 15 minut.

Obserwacje przedstawiono w tabeli.

Tabela - Wizualna obserwacja przebiegu koagulacji.

Ilość koagulanta FeSO4 [cm^3]	SZYBKIE	WOLNE	Oznaczenia
		1 minuta	5 minuta
0	+,↓,m	+,↓↓,m	+,↓,m
1	m,k	+,↓,m,k	+,↓,m,k
5	++,↓↓,m	++,↓↓,k	+++,↓,k
10	+++	++,↓↓,k	++,↓
15	+++	++,↓↓,k	++,↓
20	+++	++,↓↓,k	+,↓

1. Oznaczanie żelaza

Do cylindra Nesslera odmierzono 100cm³ próbki ścieku. Dodano 10cm³ HCl (1:1), 3cm³ 3% roztworu H₂O₂, po czym dokładnie wymieszano. Po upływie 5 minut dodano 5cm³ 5% roztworu NH₄SCN i ponownie wymieszano. Uzyskane zabarwienie porównano ze skalą wzorców i określono przybliżoną zawartość żelaza z ściekach. Oznaczanie wykonano dla próbki o zawartości 1 cm³ oraz 5 cm³ koagulanta.

1. Opracowanie wyników

1. Oznaczanie zasadowości całkowitej Z_m

b – objętość roztworu HCl użyta do miareczkowania próbki wody badanej, [cm³]

C_HCl – stężenie roztworu HCl użytego do miareczkowania badanej próbki, [mol/dm³]

V – objętość próbki wody użytej do oznaczania, [cm³]

Zasadowość

1. Oznaczanie kwasowości ogólnej K_og

a – objętość roztworu NaOH użyta do miareczkowania próbki wody badanej, [cm³]

C_NaOH – stężenie roztworu NaOH użytego do miareczkowania badanej próbki, [mol/dm³]

V – objętość próbki wody użytej do oznaczania, [cm³]

	Próbka	0 cm^3 FeSO4	1 cm^3 FeSO4	5 cm^3 FeSO4	10 cm^3 FeSO4	15 cm^3 FeSO4	20 cm^3 FeSO4
Z A S A D O W O Ś Ć	CHCl [M]	0,1	0,1	0,1	0,1	0,1	0,1
	Vpróbki [cm^3]	50	50	50	50	50	50
	V1 titranta [cm^3]	1,1	0,9	0,9	0,5	0,2	0,1
	V2 titranta [cm^3]	1,1	0,9	1,0	0,4	0,2	0,1
	V3 titranta [cm^3]	-	1,0	1,0	-	-	-
	V4 titranta [cm^3]	-	1,0	-	-	-	-
K W A S O W O Ś Ć	CNaOH [M]	-	-	-	-	0,05	0,05
	Vpróbki [cm^3]	-	-	-	-	50	50
	V1 titranta [cm^3]	-	-	-	-	0,05	0,7
	V2 titranta [cm^3]	-	-	-	-	0,05	0,75

Tabela - Oznaczenia parametrów wody.

Tabela - Obliczanie zasadowości i kwasowości.

Ilość koagulanta FeSO4[cm^3]	Zasadowość całkowita	Kwasowość ogólna
0
1
5
10
15
20

1. Oznaczenie zawiesin ogólnych

Tabela – Dane do oznaczania zawiesin ogólnych.

	0 cm^3 FeSO4	1 cm^3 FeSO4	5 cm^3 FeSO4	10 cm^3 FeSO4	15 cm^3 FeSO4	20 cm^3 FeSO4
Masa sączka bez zawiesiny [mg]	1107	1054	1113	1080	1109	1156
Masa sączka z zawiesiną [mg]	1291	1148	1207	1084	1109	1157
Masa zawiesiny [mg]	184	94	94	4	0	1
Objętość próbki [dm^3]	0,65	0,65	0,65	0,65	0,65	0,65

Za objętość próbki przyjęto 650cm³, gdyż z 700 cm³ część została usunięta, podczas zlewania znad osadu.

Tabela - Oznaczanie zawiesin ogólnych.

Tabela - Tabela wyników końcowych.

Parametr	0 cm^3 FeSO4	1 cm^3 FeSO4	5 cm^3 FeSO4	10 cm^3 FeSO4	15 cm^3 FeSO4	20 cm^3 FeSO4
Zasadowość całkowita	2,2	2	2	0,9	0,4	0,2
Kwasowość ogólna	-	-	-	-	0,05	0,725
Przewodność	250	257	272			293
pH [-]	9,22	9,65	9,59		6,55	6,29
Zawiesiny ogólne	283,08	144,62	144,62	6,15	0	1,54
Zawartość żelaza	-	≈20	≈20	≈20	≈12	≈20

1. Podsumowanie i wnioski

Wyniki dla zawartości 10 cm³, 15 cm³ i 20 cm³ koagulanta wzięto od drugiej części grupy do celów porównawczych.

Zasadowość: Wszystkie próbki wykazały zasadowość całkowitą, co świadczy o tym, iż ich pH powinno być większe od 4,6, co potwierdził pomiar pehametrem.

Kwasowość: Próbki o zawartości 10 cm³, 15 cm³ i 20 cm³ koagulanta wykazały kwasowość ogólną, co świadczy o tym, iż ich pH powinno zawierać się w przedziale 4,6<pH<8,3, co potwierdził pomiar pehametrem.

Zawiesiny: Zgodnie ze skryptem „Technologia wody i ścieków” wynika, iż zawartość zawiesin ogólnych powinna zawierać się w granicach pomiędzy 100, a 500[mg/dm³]. Stąd wiadomo, że badane na ćwiczeniach próbki, o Z₀=283,08 [mg/dm³] oraz Z₁ i Z₅=144,62[mg/dm³] mieszczą się w dozwolonych granicach. Natomiast Z₁₀, Z₁₅ i Z₂₀ są zdecydowanie poniżej, co mogło być powodem zbyt dużej zawartości koagulanta.

pH: : Zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Środowiska z dnia 24 lipca 2006 r. w sprawie wprowadzania ścieków do wód lub ziemi, oraz substancji szczególnie szkodliwych dla środowiska wodnego dopuszczalny zakres pH powinien zawierać się między 6,5, a 9. Wszystkie próbki ścieku wykraczały poza wartość 9, stąd wniosek o ich silnie zasadowym odczynie. Jedynie próbka o 10cm³ koagulanta mieści się w zakresie.

Natomiast zgodnie ze skryptem „Technologia wody i ścieków” pH ścieków powinno być powyżej 9 lub poniżej 6, co zgadza się w przypadku połowy badanych próbek.

Przewodność: jest miarą zanieczyszczenia. Im wyższa przewodność, tym większe zanieczyszczenie. Przewodność ścieków może wynosić do 10 000mS/cm. Żadna z próbek nie przekracza tej wartości.

Żelazo: Zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Środowiska z dnia 24 lipca 2006 r. w sprawie wprowadzania ścieków do wód lub ziemi, oraz substancji szczególnie szkodliwych dla środowiska wodnego dopuszczalne stężenie żelaza dla ścieków przemysłowych nie powinno przekraczać 10mg/dm³. Wszystkie próbki z wyjątkiem jednej przekraczają ten zakres dwukrotnie, dlatego też wymagają uprzedniego oczyszczenia.

Wszelkie niezgodności są wynikiem niedokładności i błędów pomiarów. Najbardziej narażone na błąd są metody, w których wykorzystywane są ludzkie zmysły, jak np. analiza miareczkowa i konieczność obserwowania zmiany barwy, jak również oznaczanie żelaza metodą porównawczą ze skalą wzorców na podstawie barwy.