Laboratorium z Systemów Oczyszczania Ścieków

Poniedziałek 11.15-14.00 (tyg. 1 – 5)

Grupa A

Magdalena Walczak

Kornelia Bryńska

Rafał Plantos

Paulina Pawlik

Ada Staszkiewicz

Paulina Ungier

Sprawozdanie nr 2

Temat: Sedymentacja wstępna – badania w leju Imhoffa.

Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia było określenie skuteczności oczyszczania ścieków miejskich w procesie sedymentacji wstępnej oraz poznanie dynamiki sedymentacji zawiesin łatwo opadających w warunkach statycznych (badania w leju Imhoffa).

Przebieg ćwiczenia.

W celu oceny skuteczności oczyszczania ścieków w procesie wstępnej sedymentacji wykonano następujące oznaczenia: pH, zasadowość ogólna, utlenialność, azot amonowy, stężenie zawiesin i BZT₇. Następnie opracowano wyniki, przeliczono wartości, sporządzono wykresy zależności i określono efekt oczyszczania ścieków w procesie sedymentacji wstępnej.

Wyniki.

• Oznaczenie pH.

Tabela . Wartości pH dla ścieków surowych i oczyszczonych.

• Oznaczenie zasadowości ogólnej.

Tabela . Wartość zasadowości ogólnej dla ścieków surowych i oczyszczonych.

Zasadowość M dla ścieków surowych i oczyszczonych policzono ze wzoru:

$$Zasadowosc\ M = \frac{a*0,1*1000}{V}\lbrack\frac{\text{mval}}{\text{dm}^{3}} = \frac{\text{val}}{m^{3}}\rbrack$$

gdzie:

a – ilość 0,1 – molowego HCl zużyta na zmiareczkowanie próby wobec metylooranżu, cm³,

0,1 – przelicznik: 1 cm³ 0,1 – molowego HCl odpowiada 0,1 mval,

V – objętość próby ścieków wzięta do oznaczenia, cm³.

Przykład obliczeń:

Do oznaczenia zasadowości wzięto 100 cm³ ścieków=V.

$$\text{Zas.\ M}_{scieki\ surowe} = \frac{3,7*0,1*1000}{100} = 3,7\ \lbrack\frac{\text{val}}{m^{3}}\rbrack$$

Aby przeliczyć [val/m³] na [g CaCO₃/m³] należało pomnożyć otrzymaną zasadowość razy miligramorównoważnik R CaCO₃.

$$\text{Miligramor}o\text{wnowa}z\text{nik}:\ \ R = \frac{M}{w}$$

gdzie:

M – masa molowa CaCO₃ = 100 [g/mol],

w – wartościowość Ca pomnożona przez jego ilość w cząsteczce.

$$R_{\text{Ca}\text{CO}_{3}} = \frac{100}{2} = 50\ \lbrack mg\rbrack$$

$$\text{Zas.\ M}_{scieki\ surowe} = 3,7*50 = 185\ \lbrack\frac{\text{gCa}\text{CO}_{3}}{m^{3}}\rbrack$$

• Oznaczenie utlenialności.

Tabela . Wartości utlenialności dla ścieków surowych i oczyszczonych.

Utlenialność policzono ze wzoru:

$$x = \frac{0,1*\left( a - b \right)*1000}{V}$$

gdzie:

a – ilość nadmanganianu potasu zużyta na zmiareczkowanie próbki ścieków, cm³,

b – ilość nadmanganianu potasu zużyta na utlenienie związków organicznych zawartych w 100 cm³ wody destylowanej, cm³,

V – objętość próbki ścieków użyta do oznaczenia, cm³.

Przykład obliczeń.

Dla ścieków surowych, rozcieńczenie 1:20 (5 cm³ ścieków surowych, 95 cm³ wody destylowanej):

$$x = \frac{0,1*\left( 6,1 - 1,4 \right)*1000}{5} = 94\ \lbrack\frac{\text{g\ }O_{2}}{m^{3}}\rbrack$$

• Oznaczenie tlenu rozpuszczonego.

Na początku oznaczono tlen rozpuszczony w wodzie do rozcieńczeń. Następnie na podstawie uzyskanych wyników (tlenu rozpuszczonego w WR i utlenialności) obliczono rozcieńczenia ścieków, w których oznaczono tlen rozpuszczony. Rozcieńczenia te są potrzebne, by oznaczyć w badanych próbach BZT₇.

Tabela . Oznaczenie tlenu rozpuszczonego w WR, ściekach surowych i oczyszczonych.

Ilość tlenu rozpuszczonego w próbie liczono ze wzoru:

$$x = \frac{0,2*a*1000}{100}$$

gdzie:

a – ilość tiosiarczanu sodowego zużyta na zmiareczkowanie wydzielonego jodu w próbie, cm³,

0,2 – ilość tlenu odpowiadająca 1 cm³ ściśle 0,025n tiosiarczanu sodowego, mg,

100 – objętość próbki roztworu, jaką użyto do oznaczenia, cm³.

Przykłady obliczeń:

1. Rozcieńczenia do BZT₇.

Dla ścieków surowych:

Średnia wartość utlenialności wynosi 91 g O₂/m³.

3 * utlenialność = 91 * 3 = 273

Średnia zawartość tlenu rozpuszczonego w wodzie do rozcieńczeń = 8,5 g O₂/m³.

4 g O₂ w WR zostawiamy w rezerwie, do obliczeń zostaje nam 4,5 g O₂.

$$\frac{273}{4,5} = 60,7$$

Dla ścieków surowych przyjęto zatem rozcieńczenia 1:100 i 1:200. Rozcieńczenia wykonywano w kolbach o pojemności 500 cm³. Zatem dla rozcieńczenia 1:100 wzięto 5 cm³ ścieków i 495 cm³ wody destylowanej. Żeby wykonać rozcieńczenie 1:200, poprzednią próbę doprowadzono do stanu 250 cm³ i dopełniono do 500 cm³ wodą destylowaną.

1. Obliczanie tlenu rozpuszczonego.

W wodzie do rozcieńczeń „na bieżąco 1”:

$$x = \frac{0,2*4,2*1000}{100} = 8,4\ \lbrack\frac{\text{g\ }O_{2}}{m^{3}}\rbrack$$

• Oznaczenie BZT₇ – wyniki.

Tabela . Biochemiczne zapotrzebowanie tlenu w badanych próbach.

BZT obliczono ze wzoru:

$$x = \left\lbrack \left( a - b \right) - \frac{\left( c - d \right)*M}{1000} \right\rbrack*\frac{1000}{m}$$

gdzie:

a – zawartość tlenu w rozcieńczonej próbce badanych ścieków przed inkubacją, mg/dm³ O₂,

b – zwartość tlenu w rozcieńczonej próbce badanych ścieków po inkubacji, mg/dm³ O₂,

c – zawartość tlenu w WR przed inkubacją, mg/dm³ O₂,

d – zawartość tlenu w WR po inkubacji, mg/dm³ O₂,

M – ilość WR zawartej w 1 dm³ ścieków rozcieńczonych, cm³,

M – ilość ścieków zawartych w 1 dm³ rozcieńczenia, cm³.

Przykładowe obliczenia:

Dla ścieków surowych, rozcieńczenie 1:100

$$\text{BZT}_{7\ 1:100\ } = \left\lbrack \left( 8,2 - 4,8 \right) - \frac{\left( 8,5 - 7,5 \right)*990}{1000} \right\rbrack*\frac{1000}{10} = 241\ \left\lbrack \frac{\text{g\ }O_{2}}{m^{3}} \right\rbrack$$

• Oznaczenie azotu amonowego.

Tabela . Stężenie azotu amonowego w ściekach surowych i oczyszczonych.

Stężenie azotu amonowego obliczono ze wzoru:

$$x = \frac{a*1000}{V}$$

gdzie:

a – ilość amoniaku w próbce, odczytana ze skali wzorców, mg,

V – objętość próbki ścieków użytych do oznaczenia, cm³.

Przykłady obliczeń:

Dla ścieków surowych, rozcieńczenie 1:200 (0,5 cm³ ścieków i dopełniono do 100 cm³ wodą destylowaną).

$$x = \frac{0,026*1000}{0,5} = 52\ \left\lbrack \frac{\text{g\ N}}{m^{3}} \right\rbrack$$

• Oznaczenie stężenia zawiesin.

Tabela . Masy krystalizatorów ze ściekami surowymi i oczyszczonymi.

Tabela . Stężenia suchej pozostałości, substancji rozpuszczonych i zawiesin ogólnych w ściekach surowych i oczyszczonych.

Przykłady obliczeń:

Suchej pozostałości dla ścieków surowych:

$$sucha\ pozostalosc = \frac{0,0473}{0,00005} = 946\ \left\lbrack \frac{g}{m^{3}} \right\rbrack$$

Substancji rozpuszczonych dla ścieków surowych:

$$subst.\ rozpuszczone = \frac{0,0384}{0,00005} = 768\ \left\lbrack \frac{g}{m^{3}} \right\rbrack$$

Zawiesin ogólnych dla ścieków surowych:

zawiesiny ogolne = sucha pozostalosc − subst. rozpuszczone

$$zawiesiny\ ogolne = 946 - 768 = 178\ \left\lbrack \frac{g}{m^{3}} \right\rbrack$$

• Oznaczenia podane przez prowadzącego.

Tabela . Stężenia azotu i fosforu dla ścieków surowych i oczyszczonych.

• Przebieg sedymentacji w leju Imhoffa (1 dm³ ścieków).

W czasie 1 godziny obserwowano proces sedymentacji w leju Imhoffa. Objętość osadu notowano w tabeli; na jej podstawie sporządzono wykres.

Tabela . Przyrost objętości osadu w funkcji czasu.

Wykres . Wykres przyrostu objętości zawiesin opadających w funkcji czasu sedymentacji.

Wykres . Procent redukcji zawiesin opadających podczas sedymentacji wstępnej w czasie 2 godzin.

• Ocena efektu oczyszczania ścieków w procesie sedymentacji wstępnej w leju Imhoffa.

  • BZT₇

Ścieki surowe = 221 g O₂/m³

Ścieki oczyszczone = 91 g O₂/m³

221 – 91 = 130 g O₂/m³ tyle zostało usunięte

221 – 100 %

130 – x %

x = 58,8 %

• Utlenialność

Ścieki surowe = 91 g O₂/m³

Ścieki oczyszczone = 58,5 g O₂/m³

91 – 58,5 = 32,5 g O₂/m³ tyle zostało usunięte

91 – 100 %

32,5 – x %

x = 35,7 %

• Azot organiczny

Ścieki surowe = 23,3 g N/m³

Ścieki oczyszczone = 16,5 g N/m³

23,3 – 16,5 = 6,8 g N/m³ tyle zostało usunięte

23,3 – 100 %

6,8 – x %

x = 29,2 %

• Fosfor ogólny

Ścieki surowe = 11,2 g P/m³

Ścieki oczyszczone = 9,0 g P/m³

11,2 – 9,0 = 2,2 g P/m³ tyle zostało usunięte

11,2 – 100 %

2,2 – x %

x = 19,6 %

• Azot amonowy

Ścieki surowe = 52 g N/m³

Ścieki oczyszczone = 51,5 g N/m³

52 – 51,5 = 0,5 g N/m³ tyle zostało usunięte

52 – 100 %

0,5 – x %

x = 1 %

• Zawiesiny ogólne

Ścieki surowe = 178 g/m³

Ścieki oczyszczone = 104 g/m³

178 – 104 = 74 g/m³

178 – 100 %

74 – x %

x = 41,6 %

• Stężenie osadu zgromadzonego na dnie leja Imhoffa.

Bilans masy substancji stałych:

VoXo = VcnXcn + Vos Xos

gdzie:

0 – warunki początkowe, przed sedymentacją,

cn – ciecz nadosadowa,

os – osad.

Dane:

V₀ = 1 dm³

X₀ = 178 g/m³ = 178 mg/dm³

V_cn = 988,5 cm³ = 0,9885 dm³

X_cn = 104 g/m³ = 104 mg/dm³

V_os = 11,5 cm³ = 0,0115 dm³

1 * 178 = 0, 9885 * 104 + 0, 0115 * X_os

178 = 102, 804 + 0, 0115 * X_os

$$X_{\text{os}} = \mathbf{6538,9\ }\left\lbrack \frac{\mathbf{\text{mg\ sm}}}{\mathbf{\text{dm}}^{\mathbf{3}}} \right\rbrack$$

• Bilans masy substancji rozpuszczonych.

Bilans masy substancji rozpuszczonych policzono dla utlenialności, BZT₅, azotu organicznego i fosforu ogólnego.

V₀ * S₀ = V_cn * S_cn + V_os * S_os

Wyniki zebrano w tabeli poniżej.

Tabela 11. Stężenia wskaźników zanieczyszczeń w osadzie.

Przykładowe obliczenia.

Dla utlenialności:

1 * 91 = 0, 9885 * 58, 5 + 0, 0115 * S_os

91 = 57, 82725 + 0, 0115 * S_os

33, 17275 = 0, 0115 * S_os

$$S_{\text{os}} = \mathbf{2884,6\ \lbrack}\frac{\mathbf{\text{mg}}}{\mathbf{\text{dm}}^{\mathbf{3}}}\mathbf{\rbrack}$$

• Przeliczenie ilości zanieczyszczeń przypadającej na jednostkę masy osadu.

  • Dla utlenialności:

w 1 dm³ znajduje się 6538,9 mg sm osadu

w 1 dm³ znajduje się 2884,6 mg O₂ 0,44 mg O₂/mg sm osadu

• Dla BZT₅:

w 1 dm³ znajduje się 6538,9 mg sm osadu

w 1 dm³ znajduje się 11395,3 mg O₂ 1,74 mg O₂/mg sm osadu

• Dla azotu organicznego:

w 1 dm³ znajduje się 6538,9 mg sm osadu

w 1 dm³ znajduje się 607,8 mg N 0,09 mg N/mg sm osadu

• Dla fosforu ogólnego:

w 1 dm³ znajduje się 6538,9 mg sm osadu

w 1 dm³ znajduje się 200,3 mg P 0,03 mg P/mg sm osadu

• Podsumowanie i wnioski.

W procesie sedymentacji wstępnej w leju Imhoffa w ściekach oczyszczonych zwiększyła się oznaczana zasadowość M, co wskazuje na to, że rozpoczął się proces nitryfikacji w ściekach. Na oczyszczenie ścieków wskazuje również zmniejszenie się stężenia zawiesin ogólnych, BZT₅, utlenialności, azotu organicznego i fosforu ogólnego. Stężenie BZT₅ zmniejszyło się o około 60 % w ściekach oczyszczonych, a stężenie zawiesin jest o około 40 % mniejsze niż w ściekach surowych. W przeprowadzonych badaniach zauważono, że po 30 min objętość zawiesin łatwo opadających w leju Imhoffa nie zwiększa się, czyli opadła prawie cała ilość zawiesin łatwo opadających.