Katarzyna Sadowiak

SiT

FIZYKOCHEMICZNE METODY USUWANIA ZANIECZYSZCZEŃ

Temat: Usuwanie zanieczyszczeń organicznych ze ścieków za pomocą reakcji Fentona

Próbka nr 8

Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest usunięcie zanieczyszczeń organicznych ze ścieków za pomocą reakcji Fentona.

1. Wykonanie oznaczeń:

Oznaczanie żelaza ogólnego metodą kolorymetryczną z (1,10)- fenantroliną

Odmierzyć 50cm3 próbki wody badanej do cylindra Nesslera, dodać 1cm3 HCl (1+1), 1cm3 10% roztworu chlorowodorku hydroksyloaminy, wymieszać i po 10 minutach dodać 10cm3 buforu octanowego (ph=3,5) i 2cm3 0,1% 1,10 – fenantroliny, dobrze wymieszać. Po 10 minutach oznaczyć zawartość żelaza w próbce przez porównianie ze skalą wzorców.

Obliczanie wyników;

$$X = \frac{a \bullet 1000}{V}\lbrack\frac{\text{mgFe}}{\text{dm}^{3}}\rbrack$$

Gdzie:

a – zawartość żelaza określona ze skali wzorców [mg]

V – objętość badanej próbki użytej do oznaczenia [cm3]

Miano soli Mohra

10cm3 0,25 dwuchromianu potasu dodać do 20cm3 wody destylowanej w kolbie stożkowej. Dodać 30cm3 stężonego H2SO4, ostudzić. Następnie dodać 3 krople siarczanu ferroiny i odmiareczkować roztworem soli Mohra, aż do zmiany barwy z niebieskawo zielonej do czerwono niebieskiej.

$$N = \frac{V_{K2cr2o7} \bullet 0,25}{V_{\text{s.m.}}} = 0,131N$$

Oznaczenie ChZT

Ścieki rozcienczyć pięciokrotnie w tym celu do kolby na 100ml pobrać 20cm3 badanych ścieków. Następnie do kolby ze szlifem pobrać 10ml dwuchromianu potasu. Dodać 10ml rozcienczonego roztworu ścieków, 30ml siarczanu srebra z pod wyciągu oraz siarczanu rtęci jako katalizatora. Kolbę połączyć z chłodnicą i ogrzewać, od momentu gdy zawrze 10minut. Po zakończeniu utleniania kolbę ostudzić i spłukać wewnętrzną część chłodnicy wodą destylowaną. Ostudzić do temperatury pokojowej, dodać 3 krople siarczanu ferroiny i odmiareczkować roztworem soli Mohra, aż do zmiany barwy z niebieskawo zielonej do czerwono niebieskiej.

$$X = \frac{(a - b) \bullet n \bullet 8000}{V} \bullet 5\lbrack mgO_{2}/\text{dm}^{3}\rbrack$$

Gdzie:

a – objętość soli Mohra zużyta na zmiareczkowanie próby kontrolnej[ml]

b – objętość soli Mohra zużyta na zmiareczkowanie próbki ścieków [ml]

V – objętość próbki ścieków [ml]

Oznaczenie fentona

Po wyznaczeniu ChZT oraz stężenie żelaza ogólnego w Å›ciekach na podstawie oznaczonej wartoÅ›ci ChZT wyznaczyć iloÅ›ci utleniacza H₂O₂ oraz Fe²⁺, jakie należy dodać. Pobrać 1 litr Å›cieków do zlewki. Dodać do Å›cieków wyznaczonÄ… ilość H₂O₂. Skorygować kwasem siarkowym (VI) (1+3) (lub 1+1) odczyn Å›cieków do pH 4-5. Dodać Fe²⁺ w postaci staÅ‚ego siarczanu(VI)żelaza(II) (cztery razy mniej niż utleniacza). Skorygować kwasem siarkowym (VI) (1+3) (lub 1+1) odczyn Å›cieków do pH 3-4. Mieszać przez 5 minut. Pozostawić na 30 minut. Skorygować odczyn do pH 9-11, wykorzystujÄ…c NaOH. Mieszać przez 1 minutÄ™ szybko, a nastÄ™pnie przez 15 minut powoli. Pozostawić na 45 minut. Wykonać oznaczenia ChZT, siarczanów oraz żelaza ogólnego w Å›ciekach oczyszczonych.

Przed oznaczeniem ChZT w Å›ciekach oczyszczonych należy usunąć z nich nadmiar H₂O₂ siarczynem sodu w postaci staÅ‚ej. Ilość H₂O₂, a tym samym ilość siarczynu sodu, jakÄ… trzeba użyć do jego usuniÄ™cia, należy wyznaczyć przez oznaczenie jodometryczne H₂O₂.

Oznaczanie (pozostaÅ‚ego) H₂O₂

UmieÅ›cić w kolbie stożkowej 250 ml pewnÄ… objÄ™tość roztworu H₂O₂ rozcieÅ„czyć woda destylowana do 100 ml skorygować odczyn do pH 7 i dodatkowo dodać jeszcze 10 ml H₂SO₄ (1+3), dodać 2 g jodku potasu, zamknąć kolbÄ™ i odstawić na 10 minut w ciemne miejsce

Odmiareczkować 0,1 M roztworem Na₂S₂O₃ (dodajÄ…c pod koniec skrobi jako wskaźnika) i miareczkować do odbarwienia.

m_H2O2 [mg]=V_Na2S2O3 N_Na2S2O3 17

1. Opracowanie wyników

Oznaczanie żelaza ogólnego metodą kolorymetryczną z (1,10)- fenantroliną

Przed wykonaniem procesu Fentona:

$$X = \frac{a \bullet 1000}{V} = \frac{0,005 \bullet 1000}{50} = 0,1\lbrack\frac{\text{mgFe}}{\text{dm}^{3}}\rbrack$$

Po wykonaniu procesu Fentona:

$$X = \frac{a \bullet 1000}{V} = \frac{0,01 \bullet 1000}{50} = 0,2\lbrack\frac{\text{mgFe}}{\text{dm}^{3}}\rbrack$$

Oznaczenie ChZT

Przed wykonaniem procesu Fentona:

$$X = \frac{(a - b) \bullet n \bullet 8000}{V} \bullet 5 = \frac{(18,75 - 16,1) \bullet 0,131 \bullet 8000}{10} \bullet 5 = 1389\lbrack mgO_{2}/\text{dm}^{3}\rbrack$$

a = 18,75[ml]

b = 16,1[ml]

V = 10 [ml]

Wyznaczenie utleniacza H2O2

30000 – 100ml

1389 – x

x = 4,7ml

Wyznaczenie ilości Fe3+

56 – 278,02

y – 1389/4

y = 69,94mg/dm3

Po wykonaniu procesu Fentona:

Wyznaczenie utleniacza H2O2

m_H2O2 [mg]=V_Na2S2O3 · N_Na2S2O3 · 17= 9,3 · 0,1 · 17 = 15,81mg

$$X = \frac{(a - b) \bullet n \bullet 8000}{V} = \frac{(18,75 - 8,6) \bullet 0,131 \bullet 8000}{5} = 2127\lbrack mgO_{2}/\text{dm}^{3}\rbrack$$

a = 18,75[ml]

b = 8,6[ml]

V = 5[ml]

1. Zestawienie otrzymanych wyników:

Â	Jednostki	Otrzymany wynik:
Â		przed :
Oznaczenie żelaza ogólnego metodą kolorymetryczną	mg Fe/dm3	0,1
Oznaczenie ChZT	mg O2/dm3	1389

1. Omówienie i interpretacja otrzymanych wyników:

Reakcja Fentona znajduje coraz większe zastosowanie w technologiach ochrony środowiska, np.: w oczyszczaniu ścieków przemysłowych zawierających trudno biodegradowalne związki chemiczne, w destabilizacji przepracowanych emulsji olejowych, we wspomaganiu tlenowej stabilizacji osadów czy remediacji gruntów.

Odczynnik Fentona ma szereg zalet, takich jak: nie powstawanie chlorowanych związków organicznych, nietoksyczność i niska cena składników odczynnika, brak konieczności naświetlania systemu UV, co upraszcza budowę reaktorów i umożliwia odbarwienie silnie zabarwionych ścieków i tworzenie się małej ilości osadów w porównaniu z konwencjonalną koagulacją. Również istotny jest fakt, że w procesie utleniania związki organiczne przy pełnej mineralizacji rozkładają się do ditlenku węgla i wody lub przy niepełnym utlenianiu do prostszych cząsteczek, o mniejszej masie cząsteczkowej, podatnych na biodegradację. Natomiast w klasycznej koagulacji związki te są tylko przenoszone do fazy stałej (osadu pokoagulacyjnego), co praktycznie nie rozwiązuje problemu w przypadku toksycznych substancji.

Zawartość żelaza ogólnego po wykonaniu procesu Fentona wyniosła więcej niż przed wykonaniem tego procesu. Mogło być to spowodowane ilością użytego żelaza do wykonania tego procesu.

Większa ilość oznaczonego ChZT po wykonaniu procesu Fentona pozwoli na usunięcie większej ilości zawartych w ściekach związków organicznych.