Akademia Techniczno-Humanistyczna w Bielsku-Białej		Rok 3	Grupa 2	Zespół 1
Pracownia: Technologii wody i ścieków	Temat ćwiczenia: Proces koagulacji – ustalenie optymalnej dawki koagulantu	Nr ćwiczenia: 1
Data oddania sprawozdania: 25.11.2013	Zwrot do poprawy:	Data oddania:	Data zaliczenia:	Ocena:

1. Wstęp teoretyczny

Koagulacja

Polega na usunięciu z wody bardzo drobnych zawiesin, rozpuszczonych zanieczyszczeń organicznych oraz koloidalnych substancji w tym humusowych, które ze względu na małe rozmiary nie zostają zatrzymane na filtrach i osadnikach.

Koagulanty

To sole glinu i żelaza (które łatwo ulegają hydrolizie tworzą dodatnio naładowane wodorotlenki powodujące zobojętnienie ujemnie naładowanych zanieczyszczeń koloidalnych zawartych w wodzie)

Związki : siarczan glinu, siarczan glinowo-potasowy, glinian sodowy, siarczan żelazawy, siarczan żelazowy, chlorek żelazowy

Koagulacja Szybka i Powolna, Ruchy Browna

Szybkość koagulacji uwarunkowana jest ruchami Browna, których intensywność jest warunkowana przez stężenie cząstek fazy rozproszonej i ich szybkością dyfuzji w cieczy, która z kolei jest silnie zależna od temperatury. Koloidy swą trwałość zawdzięczają odpychaniu cząstek, którego miarą jest tzw. potencjał dzeta. Gdy potencjał ten maleje, to szybkość koagulacji rośnie. Przy pewnym małym potencjale dzeta, zwanym potencjałem krytycznym, zaczyna się szybka koagulacja. Podczas koagulacji powolnej tylko część zderzeń, wynikających z ruchów Browna cząstek fazy rozproszonej prowadzi do ich łączenia się. W koagulacji szybkiej – wszystkie. Aby utworzyć agregaty, cząstki muszą mieć energię kinetyczną przewyższającą energię wynikającą z negatywnych oddziaływań międzycząsteczkowych.

Powierzchnia Graniczna

Jest to powierzchnia styku warstwy adsorpcyjnej i dyfuzyjnej.

Potencjał Dzeta

Jest to spadek napięcia pomiędzy powierzchnia graniczną a wnętrzem roztworu (nazywany również potencjałem elektrokinetycznym)

Budowa Cząstek Koloidalnych

Układy koloidalne lub krótko - koloidy, są to układy dyspersyjne, najczęściej dwuskładnikowe, o wyglądzie układów fizycznie jednorodnych, chociaż w rzeczywistości oba składniki nie są ze sobą zmieszane cząsteczkowo. Składnik tworzący fazę ciągłą układu nazywamy ośrodkiem dyspersyjnym lub rozpraszającym, drugi zaś fazą rozproszoną lub składnikiem rozproszonym. Faza rozproszona składa się z cząstek koloidalnych o wymiarach od 1 do 100 nm, a nawet do 500 nm. Należy tu jednak zaznaczyć, że do układów koloidalnych zaliczamy nie tylko te, które mają wszystkie trzy wymiary "koloidalne", lecz także i te, w których dwa a tylko nawet jeden wymiar jest koloidalny, czyli ma wartość od 1 do 500nm. W związku z tym układy koloidalne można podzielić na układy z cząstkami trójwymiarowymi, układy z cząstkami blaszkowatymi i układy z cząstkami nitkowatymi. Jeżeli cząstki fazy rozproszonej mają jednakową wielkość, układ nazywamy mono lub izo-dyspersyjnym, jeżeli różną - polidyspersyjnym. Układy koloidalne, które spotykamy w przyrodzie czy laboratorium mają jednak najczęściej charakter polidyspersyjny.

1. Krótki opis ćwiczenia

Na początku do 3 zlewek o pojemności 2l wlaliśmy po 1,5l badanej wody. Do zlewek dodaliśmy odpowiednie dawki koagulantu (ml roztworu FeCl₃) odpowiednio: 10, 30, 60 mg Fe/l wody (stosowne obliczenia zostały zamieszczone w pkt. 3). Po dodaniu koagulantu całość mieszaliśmy przez 1 minutę z prędkością 100obr./min. po czym zmierzyliśmy odczyn wody i wykonaliśmy jego korektę do wartości około pH=8,5 przy pomocy roztworu HCl. Po zakończeniu szybkiego mieszania próbki poddaliśmy procesowi flokulacji (wolne mieszanie 10obr./min.) przez okres 15 minut, a następnie pozostawiliśmy do sedymentacji na kolejne 15 minut. W trakcie trwania flokulacji jedna osoba obserwowała i zapisywała w tabeli nr. 1 czas powstawania kłaczków i oceniała go w skali. Następnie po przesączeniu próbek przez sączek wykonywaliśmy analizy fizykochemiczne, których wyniki przedstawia tabela nr. 2.

1. Obliczenia

1. Obliczenie dawki koagulanta:

-dla 10mg Fe

55,9g-----------------162,2g

0,01g-----------------X

X=0,029g

100g------------------5g

X----------------------0,029g

X=0,58g

$$V = \frac{0,58}{1,05} = 0,55ml$$

-dla 30mg Fe

55,9g------------162,2g

0,03g------------X

X=0,087g

100g----------5g

X-------------0,087g

X=1,74g

$$V = \frac{1,74}{1,05} = 1,66ml$$

-dla 60mg Fe

55,9g------------162,2g

0,06g------------X

X=0,174g

100g----------5g

X-------------0,174g

X=3,48

$$V = \frac{3,48}{1,05} = 3,31ml$$

1. Dla próbki 1:

$$X = \frac{a \bullet 100}{V}\left\lbrack \frac{\text{mg\ Pt}}{l} \right\rbrack$$

a-odczytana ze skali wzorców barwa próbki wody

v-objętość użyta do oznaczenia

$$X = \frac{5 \bullet 100}{100} = 5\ \left\lbrack \frac{\text{mg\ Pt}}{l} \right\rbrack$$

-Żelazo

$$X = \frac{1000 \bullet a}{V}\left\lbrack \frac{\text{mg\ Fe}}{l} \right\rbrack$$

a-ilość żelaza w próbce

v-objętość próbki wody

$$X = \frac{1000 \bullet 0,01}{50} = 0,2\ \left\lbrack \frac{\text{mg\ Fe}}{l} \right\rbrack$$

-Kwasowość nie występuje

-Zasadowość ogólna Zm

$$X = \frac{a \bullet m \bullet 1000}{V}\left\lbrack \frac{\text{mVal}}{l} \right\rbrack$$

a- ilość cm³ roztworu kwasu zużytego na miareczkowanie próby
n- normalność roztworu kwasu solnego
V- objętość próbki wody zużytej do oznaczenia, cm³

$$X = \frac{2,46 \bullet 0,1 \bullet 1000}{100} = 2,46\left\lbrack \frac{\text{mVal}}{l} \right\rbrack$$

- Zasadowość wobec fenoloftaleiny Zp

$$X = \frac{a \bullet m \bullet 1000}{V}\left\lbrack \frac{\text{mVal}}{l} \right\rbrack$$

$$X = \frac{0,85 \bullet 0,1 \bullet 1000}{100} = 0,85\left\lbrack \frac{\text{mVal}}{l} \right\rbrack$$

- Odczyn – 8,2

-Temperatura -21

-Mętność - 2•2,27=4,57

1. Dla próbki 2:

-Barwa

$$X = \frac{25 \bullet 100}{100} = 25\ \left\lbrack \frac{\text{mg\ Pt}}{l} \right\rbrack$$

-Żelazo

$$X = \frac{1000 \bullet 0,03}{50} = 0,6\left\lbrack \frac{\text{mg\ Fe}}{l} \right\rbrack$$

-Kwasowość nie występuje

-Zasadowość ogólna Zm

$$X = \frac{2,78 \bullet 0,1 \bullet 1000}{100} = 2,78\left\lbrack \frac{\text{mVal}}{l} \right\rbrack$$

- Zasadowość wobec fenoloftaleiny Zp

$$X = \frac{0,56 \bullet 0,1 \bullet 1000}{100} = 0,56\left\lbrack \frac{\text{mVal}}{l} \right\rbrack$$

- Odczyn – 7,2

-Temperatura -21

-Mętność - 2,27

1. Dla próbki 3:

-Barwa

$$X = \frac{5 \bullet 100}{100} = 5\ \left\lbrack \frac{\text{mg\ Pt}}{l} \right\rbrack$$

-Żelazo

$$X = \frac{1000 \bullet 0,01}{50} = 0,2\left\lbrack \frac{\text{mg\ Fe}}{l} \right\rbrack$$

-Kwasowość nie występuje

-Zasadowość ogólna Zm

$$X = \frac{1,89 \bullet 0,1 \bullet 1000}{100} = 1,89\left\lbrack \frac{\text{mVal}}{l} \right\rbrack$$

- Zasadowość wobec fenoloftaleiny Zp

$$X = \frac{0,38 \bullet 0,1 \bullet 1000}{100} = 0,38\left\lbrack \frac{\text{mVal}}{l} \right\rbrack$$

- Odczyn – 7,5

-Temperatura -21

-Mętność - 2,27

Wyniki Obserwacji Tab. Nr. 1

Dawka Koagulanta [mg Fe/l]	Czas Flokulacji [min]
	1
10	5
30	6↓
60	8↓↓

3 – kłaczki bardzo drobne,

4 – kłaczki drobne,

5 – kłaczki średnie,

6 – kłaczki dość duże,

↓- początek opadania

Wyniki Analizy Fizykochemicznej Tab. Nr. 2

Reagent	Wynik Oznaczenia
Fe(FeCl3)	mętność
mg/l	FAU
10	2
30	1
60	1
Woda surowa	4

1. Usunięcie Barwy i Mętności:

$$\mathbf{\%\ usuniecie\ barwy =}\frac{\mathbf{barwa\ wody\ surowej - barwa\ wody\ dla\ danej\ dawki}}{\mathbf{\text{barwa\ wody\ surowej}}}\mathbf{\ \times 100\%}$$

Dla 10 mg Fe/l:

$$\%\ usuniecie\ barwy = \ \frac{10 - 5}{10}\ \times 100\% = 50\ \%$$

$$\%\ usunie\text{cie\ m}e\text{tno}sci = \ \frac{9,08 - 4,57}{9,08} \times 100\% = 49,67\%$$

Dla 30 mg Fe/l:

$$\%\ usuniecie\ barwy = \ \frac{10 - 15}{10}\ \times 100\% = 0\ \%$$

$$\%\ usunie\text{cie\ m}e\text{tno}sci = \ \frac{9,08 - 2,27}{9,08} \times 100\% = 75\%$$

Dla 60 mg Fe/l:

$$\%\ usuniecie\ barwy = \ \frac{10 - 5}{10}\ \times 100\% = 50\ \%$$

$$\%\ usunie\text{cie\ m}e\text{tno}sci = \ \frac{9,08 - 2,27}{9,08} \times 100\% = 75\%$$

Wnioski :

Zgodnie z rozporządzeniem Ministra Zdrowia z dnia 29 marca 2007r. w sprawie jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi (Dz. U. nr 61 poz. 417 2007r.), możemy stwierdzić iż :

Dopuszczalne zakresy wartości wybranych parametrów :

1.	Barwa	15	mgPt/l
2.	Mętność	1	NTU
3.	pH	6,5 - 9,5
4.	Żelazo	0,200	mgFe/l

W przypadku dawki 10mgFe/l barwa, zawartość żelaza oraz pH mieszczą się w dopuszczalnym zakresie jednak mętność wykracza poza dopuszczalny zakres.Barwajak i żelazo w przypadku dawki 30mgFe/l wyniosła ponad dopuszczalny zakres wartości, z tego względu ta dawka okazała się być nieodpowiednia dla badanej wody.

W przypadku dawki 60 mgFe/l wszystkie parametry odpowiadają normom ustalonym przez Ministra Zdrowia, i to właśnie da dawka jest najbardziej odpowiednia ze wszystkich.