INSTYTUT INŻYNIERII ŚRODOWISKA

INSTYTUT INŻYNIERII ŚRODOWISKA

UNIWERSYTET ZIELONOGÓRSKI

OCZYSZCZANIE WODY LABORATORIUM

III ROK INŻYNIERII ŚRODOWISKA

STUDIA DZIENNE GRUPA 37 B

Wpływ pH na skuteczność usuwania substancji organicznych w procesie koagulacji.

AUTORZY OPRACOWANIA:

DOROTA FRANKIEWICZ

PIOTR WAŚKOWICZ

CZĘŚĆ TEORETYCZNA

Koagulacja jest procesem powszechnie stosowanym w oczyszczaniu większości wód powierzchniowych, rzadziej infiltracyjnych i podziemnych. Jest to metoda oczyszczania wód zawierających koloidy oraz zawiesiny trudno opadające. Podwyższona mętność oraz opalescencja wody wskazują na obecność w niej koloidów. Natomiast obecność zawiesin trudno opadających można określić na podstawie wyników analizy sedymentacyjnej. W przypadku braku tych danych, wartość indeksu (I_m), będącego ilorazem zawartości zawiesin oraz mętności oczyszczanej wody, pozwala oszacować charakter zawiesin obecnych w wodzie.

W wyniku koagulacji usuwane są z wody cząstki trudno opadające oraz koloidalne decydujące o mętności wody lub intensywności jej barwy. Wśród koloidów powodujących mętność dominują koloidy hydrofobowe, zaś wśród decydujących o intensywności barwy - koloidy hydrofilowe. Tak więc z wód usuwane muszą być zarówno koloidy hydrofobowe (cząstki zawiesin nieorganicznych i bezwodne tlenki metali), jak i hydrofilowe (cząstki organiczne zawieszone, żywe i martwe mikroorganizmy oraz uwodnione tlenki metali).

Do naturalnych składników koloidalnych powodujących mętność wody należą cząstki: glin (zawierające głównie glinokrzemiany o wzorze xAl₂O₃*ySiO₂*zH₂O), krzemionki koloidalnej, iłów oraz koloidalne formy niektórych związków chemicznych wytrącających się w środowisku wodnym, np.CaCO₃. Natomiast naturalne koloidalne domieszki barwne, to głównie związki humusowe, których stopień dysocjacji, a tym samym intensywność barwy, zwiększają się wraz z wartością pH oczyszczanej wody. Coraz częściej z wód zanieczyszczonych poza koloidami pochodzenia naturalnego usuwane muszą być koloidy obce (np. skrobia, białka, celuloza, barwniki organiczne itp.) trafiające do wód, np. ze ściekami. Rodzaj i właściwości tych koloidów zależą od składu ścieków, są to jednak najczęściej hydrofilowe powodujące często stabilizację koloidów naturalnych, a więc utrudniające destabilizację i aglomerację tych ostatnich. Do destabilizacji takich układów koloidalnych wymagane są duże dawki koagulantów, a niekiedy utleniacze chemiczne stosowane w celu zniszczenia koloidów ochronnych. Podobne działanie stabilizujące naturalne koloidy mineralne wykazują substancje humusowe.

Właściwie przebiegająca koagulacja zapewnia nie tylko duży stopień usuwania koloidów i zawiesin trudno opadających, ale również zasocjowanych z nimi innych zanieczyszczeń, w tym również mikrozanieczyszczeń. Tak więc efektem skutecznej koagulacji jest zmniejszenie mętności, intensywności barwy, wskaźników zanieczyszczenia organicznego, w tym prekursorów ubocznych produktów dezynfekcji i utleniania chemicznego oraz zawartości wielu mikrozanieczyszczeń, głównie występujących w oczyszczanej wodzie w postaci form trudno rozpuszczalnych lub asocjatów z cząstkami stałymi.

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie optymalnego zakresu pH usuwania substancji organicznych w procesie koagulacji siarczanem glinu.

Na początku ćwiczenia przygotowaliśmy 6 pojemników o pojemności 2dm³, które napełniliśmy do 1 dm³ badaną wodą surową. Następnie regulowaliśmy pH roztworów kwasem siarkowym (VI) i zasadą sodową do określonych wartości (6.8, 7.0, 7.3, 8.0 i 8.5) zamieszczonych w tabeli. Przygotowane roztwory umieściliśmy do koagulatora i w trakcie 1,5 minutowego mieszania szybkiego każdą próbę dawkowaliśmy po 3mg Al/dm³. Po mieszaniu szybkim rozpoczęło się mieszanie wolne na czas 15 minut. Po zakończeniu mieszania, reaktory zestawiliśmy z koagulatora i poddaliśmy sedymentacji przez 10 minut. W między czasie przeprowadziliśmy badania pH, barwy, mętności i utlenialności wody surowej. Po zakończeniu sedymentacji badanych prób przeprowadziliśmy badania pH, barwy, utlenialności i mętności badanych prób. Wyniki zostały zestawione w tabeli 1.

Dawka i rodzaj koagulantu

pH przed koagulacją

η_x, (%) = (x₀-x_k₎/x₀ * 100%

η₁, (%) = (38,03-2,24)/ 38,03*100% = 94,11 %

η₂, (%) = (38,03-3,35)/ 38,03*100% = 91,19 %

η₃, (%) = (38,03-5,00)/ 38,03*100% = 86,85 %

η₄, (%) = (38,03-4,45)/ 38,03*100% = 88,30 %

η₅, (%) = (38,03-5,55)/ 38,03*100% = 85,41 %

η₁, (%) = (37,9-0,69)/ 37,9*100% = 98,18 %

η₂, (%) = (37,9-0,75)/ 37,9*100% = 98,02 %

η₃, (%) = (37,9-0,96)/ 37,9*100% = 97,47 %

η₄, (%) = (37,9-0,75)/ 37,9*100% = 98,02 %

η₅, (%) = (37,9-0,73)/ 37,9*100% = 98,07 %

η₁, (%) = (6,9-3,6)/ 6,9*100% = 47,83 %

η₂, (%) = (6,9-3,5)/ 6,9*100% = 49,28 %

η₃, (%) = (6,9-3,2)/ 6,9*100% = 53,62 %

η₄, (%) = (6,9-3,0)/ 6,9*100% = 56,52 %

η₅, (%) = (6,9-3,0)/ 6,9*100% = 56,52 %

Powyższe dane zostały przedstawione na wykresie (załącznik 1).

PODSUMOWANIE I WNIOSKI

1) B. i E. Gomółkowie, Ćwiczenia laboratoryjne z chemii wody, Politechnika Wrocławska, Wrocław, 1992

2) Dz.U. 2010 nr 72 poz. 466, Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 20 kwietnia 2010 r. w sprawie jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi

Nr próby	Dawka i rodzaj koagulantu Md Al/dm³	pH przed koagulacją	pH po koagulacji	Mętność NTU	Barwa Mg Pt/dm³	Utlenialność Mg O₂/dm³
1	3	6,8	6,67	0,69	2,24	3,6
2			7,0	6,81	0,75	3,35	3,5
3			7,3	6,95	0,96	5,00	3,2
4			8,0	7,34	0,75	4,45	3,0
5			8,5	7,24	0,73	5,55	3,0
0		0	-	-	0,99	6,10	Nb
Woda surowa			7,77	-	37,9	38,03	6,9