ĆWICZENIE IV

FERMENTACJA BEZTLENOWA

WSTĘPNE OCZYSZCZANIE STĘŻONYCH ŚCIEKÓW PRZEMYSŁU SPOŻYWCZEGO W KOMORZE

FERMENTACJI BEZTLENOWEJ

CZĘŚĆ DOSWIADCZALNA

CEL ĆWICZENIA

Przemysł Spożywczy odprowadza ścieki zawierające duże stężenie substancji organicznej. Do wstępnego biologicznego oczyszczania tych ścieków wykorzystywana jest fermentacja beztlenowa.

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z procesem oczyszczania ścieków na drodze fermentacji beztlenowej, kontrola przebiegu oczyszczania ścieków w komorze modelowej oraz wyznaczenie technicznych parametrów fermentacji dla komory modelowej.

ZAKRES ĆWICZENIA

Ćwiczenie obejmuje:

1. Zapoznanie się z aparaturą modelową do prowadzenia fermentacji beztlenowej

2. Odprowadzenie z komory próbki oczyszczonych ścieków i doprowadzenie ścieków surowych^X/

3. Pobranie próbki gazu fermentacyjnego^X/

4. Oznaczenie zawartości CO₂ w gazie

5. Określenie ilości wytworzonego gazu^X/

6. Sprawdzenie palności gazu^X/

7. Wykonanie w ściekach surowych i oczyszczonych oznaczeń:

• pH

• utlenialności (w środowisku kwaśnym)

• CHZT (metodą dichromianową)

• kwasów lotnych

• zasadowości

8. Opracowanie wyników, które powinno zawierać:

• zestawienie wyników wykonanych pomiarów i oznaczeń analitycznych (tabela 1)

• zestawienie najważniejszych spostrzeżeń i uwag

• sformułowanie wniosków

Oznaczenia analityczne należy wykonać wg przepisów podanych w załączeniu.

X/ - wykonać pod ścisłym nadzorem prowadzącego ćwiczenie

WZÓR TABELI

Tabela 1. Parametry pracy komory fermentacyjnej

Wyszczególnienie oznaczenia			Jednostka	Wartość liczbowa
Objętość użyteczna (czynna) komory fermentacji		VK	dm^3	5
Wymiana objętości użytecznej komory		Q	dm^3/d	0,25
Czas fermentacji		T =	d
Obciążenie komory ładunkiem zanieczyszczeń		A = Q ⋅ CHZT	gO2CHZT/d ChZT = 4500 mgO2/dm^3
Objętość gazy wydzielonego z komory		Vg	dm^3/d
Wydajność gazu	z jednostki ładunku zanieczyszczeń doprowadzonego do komory		dm^3/gO2CHZT⋅d
		z jednostki objętości czynnej komory		dm^3/dm^3⋅d

OPIS APARATURY DO PROWADZENIA FERMENTACJI BEZTLENOWEJ

Laboratoryjny zestaw aparaturowy do prowadzenia beztlenowej fermentacji ścieków (rysunek) składa się z trzech butli szklanych (I, II, III) połączonych wężami gumowymi.

Komora fermentacyjna I umieszczona jest w termostacie utrzymującym temperaturę

33^oC (±1 ^oC) (optymalna temperatura dla fermentacji mezofilnej). Komora fermentacyjna I

i zbiornik gazu II są zamknięte szczelnie korkami gumowymi, przez które przechodzą szklane rurki odpowiednio połączone wężami gumowymi. Rurka 1 (zanurzona w cieczy nadosadowej) połączona jest ze zbiornikiem IV a rurka 2 łączy przestrzenie gazowe komory fermentacyjnej I i zbiornika gazu II. Wydzielający się gaz w czasie fermentacji w komorze I, przedostaje się rurką 2 do butli II wypełnionej solanką (20% roztwór NaCl zakwaszony H₂SO₄). Gaz gromadzący się w butli II wywiera ciśnienie na powierzchnię solanki, powodując jej przepływ poprzez wąż gumowy 3 do wycechowanej butli III. Pomiaru ilości gazu dokonuje się mierząc objętość solanki przetłoczonej do butli III po uprzednim zrównaniu jej poziomów w obu butlach (II i III).

Odprowadzenie cieczy nadosadowej z komory I i dawkowanie do niej pożywki przeprowadza się przez rurkę 1 i zbiorniczek IV. Czynność ta możliwa jest do przeprowadzenia bez dostępu powietrza do komory I dzięki butli III, którą wykorzystuje się w tym przypadku jako naczynie niwelacyjne, pozwalające otrzymać (przy odpowiednim położeniu) nadciśnienie lub podciśnienie w układzie fermentacyjnym. Tubus 4 umożliwia dawkowanie pożywki przy użyciu specjalnej strzykawki oraz pobranie średniej próby medium znajdującego się w komorze. Gaz z układu fermentacyjnego odprowadza się przez rurkę 5. Zawartość komory I jest mieszana przez wstrząsanie, bezpośrednio po dodaniu substratu (surowych ścieków) oraz po 1, 2, 3, 4, 6 i 8 godzinach fermentacji.

Do zaszczepienia laboratoryjnej komory I użyto fermentujący osad pobrany z WKF zasilanej ściekami przemysłu spirytusowego.

OZNACZANIE CHEMICZNEGO ZAPOTRZEBOWANIA TLENU (ChZT)

METODĄ DICHROMIANOWĄ

Zasada oznaczenia

Oznaczanie ChZT polega na utlenieniu związków organicznych i niektórych nieorganicznych za pomocą mieszaniny dichromianu potasowego i kwasu siarkowego

w podwyższonej temperaturze.

Użyty do reakcji nadmiar dichromianu potasowego odmiareczkowuje się siarczanem żelazowo - amonowym wobec ferroiny.

Ilość utleniających się związków organicznych jest proporcjonalna do użytego dichromianu.

6 Fe²⁺ + Cr₂O₇^2- + 14 H⁺ → 6 Fe³⁺ + 2 Cr³⁺ + 7 H₂

Odczynniki i szkło

1. Dichromian potasowy, roztwór 0,25 n

2. Kwas siarkowy (stężony) z Ag₂SO₄

3. Ferroina, roztwór

4. Siarczan żelazowo - amonowy, roztwór 0,1 n

5. Kolba miarowa 100 cm³

6. Pipety: 5, 10 i 20 cm³⁺

7. Zestawy do utleniania pod chłodnicą zwrotną

8. Cylinder miarowy 50 cm³

9. Biureta 25 cm³

Wykonanie oznaczenia

Do kolby okrągłodennej odmierzyć 20^X/ cm³ badanych ścieków (jeżeli do oznaczenia wzięto mniejszą objętość ścieków to należy dodać wody destylowanej do 20 cm³), 10 cm³ roztworu dichromianu potasowego (1), wymieszać, po czym ostrożnie dodać (z cylinderka miarowego, małymi porcjami, przy ciągłym mieszaniu) 30 cm³ kwasu siarkowego z Ag₂SO₄ (2).

Po wrzuceniu do kolby kilku kawałków wyprażonego pumeksu połączyć kolbę

z chłodnicą zwrotną i ogrzewać utrzymując ciecz w stanie łagodnego wrzenia w ciągu 2^X/ godzin.

Po ostygnięciu zawartości kolby spłukać wewnętrzną część chłodnicy 90 cm³ wody destylowanej, ochłodzić do temperatury pokojowej, dodać 3 - 5 kropli roztworu ferroiny (3)

i odmiareczkować nadmiar dichromianu potasowego roztworem siarczanu żelawowo-amonowego (4). Miareczkowanie zakończyć, gdy roztwór zmieni zabarwienie,

z niebieskozielonego na czerwononiebieskie.

Równolegle należy wykonać próbę kontrolną biorąc do oznaczenia zamiast badanych ścieków 20 cm³ wody destylowanej.

Obliczanie wyników

Wartość ChZT badanych ścieków obliczyć wg wzoru:

X =

[mg/dm³ O₂]

w którym:

a - ilość siarczanu żelazowo-amonowego zużyta do zmiareczkowania próby kontrolnej [cm³]

b - ilość siarczanu żelazowo-amonowego zużyta do zmiareczkowania próby ze ściekami

[cm³]

n - normalność roztworu siarczanu żelazowo - amonowego

V - objętość próbki ścieków użytej do oznaczenia [cm³]

8 - ilość tlenu odpowiadająca 1 cm³ ściśle 1 n roztworu siarczanu żelazowo - amonowego

[mg]

^X/- uzgodnić z prowadzącym ćwiczenia

OZNACZANIE KWASÓW LOTNYCH ZA POMOCĄ DESTYLACJI Z PARĄ WODNĄ

Zasada oznaczenia:

Rozkład soli kwasów lotnych przeprowadza się za pomocą kwasu siarkowego. Uwolnione kwasy lotne oddestylowuje się z parą wodną i oznacza w destylacie przez miareczkowanie roztworem wodorotlenku sodowego.

Odczynniki, szkło i aparatura:

1. Kwas siarkowy, roztwór 25%

2. Wodorotlenek sodowy, roztwór 0,1 n

3. Fenoloftaleina, roztwór jako wskaźnik

4. Cylinder miarowy: 25 i 100 cm³

5. Kolba stożkowa 300 cm³

6. Zestaw do destylacji z parą wodną

Wykonanie oznaczenia:

Do kolby destylacyjnej odmierzyć 50 cm³ ścieków pozbawionych osadu, 150 cm³ wody destylowanej i 10 cm³ roztworu kwasu siarkowego (1).

Powolną destylację z parą wodną prowadzić do uzyskania 150 cm³ destylatu.

Destylat miareczkować roztworem wodorotlenku sodowego (2) używając jako wskaźnika fenoloftaleiny (3).

Obliczanie wyników:

Zawartość kwasów lotnych w badanych ściekach obliczyć w przeliczeniu na kwas octowy wg wzoru:

X =

[mg/dm³ CH₃COOH]

w którym:

a - ilość wodorotlenku sodowego 0,1 n zużyta na zmiareczkowanie destylatu, cm³

V - objętość próbki ścieków zużytej do oznaczenia, cm³

6 - ilość kwasu octowego odpowiadająca 1 cm³ ściśle 0,1 n wodorotlenku sodowego, mg

ZASADOWOŚĆ ŚCIEKÓW

Zasadowość ścieków, określona jest zawartością w nich związków zasadowych. Związki te mogą być zobojętniane do określonego umownego pH za pomocą mocnych kwasów mineralnych.

Zasadowość w ściekach powodują najczęściej wodorowęglany, ponadto węglany

i wodorotlenki, a rzadziej borany, krzemiany, fosforany, siarczki i niektóre związki organiczne.

Zasadowość może być zasadowością wobec fenoloftaleiny, która występuje wówczas, gdy pH ścieków przewyższa 8,3; zasadowość ogólna spowodowana jest związkami, wywołującymi pH większe od 4,5.

Zasadowość ścieków jest często zbliżona do zasadowości wody, z jakiej powstały ścieki.

Ścieki, cechujące się wysoką zasadowością, wywołują zakłócenia w działaniu oczyszczalni biologicznej, jak również wpływają niekorzystnie na biocenozę odbiornika naturalnego.

Zasadowość ścieków oznacza się za pomocą następujących metod:

• miareczkowanie wobec wskaźników:

- zasadowość wobec fenoloftaleiny

- zasadowość ogólna

• miareczkowanie potencjometryczne:

- zasadowość do punktu miareczkowania pH = 8,3

(zasadowość wobec fenoloftaleiny),

- zasadowość do punktu miareczkowania pH = 4,5 (zasadowość ogólna).

Oznaczanie zasadowości należy wykonać możliwie szybko po pobraniu próbki ścieków.

I. OZNACZANIE ZASADOWOŚCI DO PUNKTU MIARECZKOWANIA pH = 8,3

METODĄ POTENCJOMETRYCZNĄ (ZASADOWOŚĆ WOBEC FENOLOFTALEINY)

Tzw. zasadowość wobec fenoloftaleiny oznacza się przez miareczkowanie do pH = 8,3.

Aparatura i odczynniki:

1. Potencjometr do oznaczania pH,

2. Kwas solny lub siarkowy cz.d.a., roztwór 0,1 n.

Wykonanie oznaczenia:

Odmierzyć 200 cm³ dokładnie wymieszanej próbki ścieków badanych do zlewki

i miareczkować roztworem kwasu do pH = 8,3.

Obliczanie i podawanie wyników:

Zasadowość ścieków Zp do punktu miareczkowania pH = 8,3 obliczyć i podać zgodnie ze wzorem:

Zp =

[mval/dm³]

gdzie:

a - ilość 0,1 n roztworu kwasu, użyta do miareczkowania próbki ścieków badanych

do pH = 8,3; cm³ ,

V - objętość próbki ścieków użytej do oznaczenia, cm³ .

II. OZNACZANIE ZASADOWOŚCI DO PUNKTU MIARECZKOWANIA pH = 4,5

METODĄ POTENCJOMETRYCZNĄ (ZASADOWOŚĆ OGÓLNA)

Zasadowość ogólną oznacza się przez miareczkowanie do pH = 4,5.

Aparatura i odczynniki:

1. Potencjometr do oznaczania pH,

2. Kwas solny lub siarkowy cz.d.a., roztwór 0,1 n.

Wykonanie oznaczenia:

Odmierzyć 200 cm³ dokładnie wymieszanej próbki ścieków lub użyć próbki ścieków uprzednio miareczkowanej do pH = 8,3 (zasadowość do punktu miareczkowania pH = 8,3)

i miareczkować 0,1 n roztworem kwasu do pH = 4,5.

Obliczanie i podawanie wyników:

Zasadowość ścieków Zm do punktu miareczkowania pH = 4,5 (zasadowość ogólna) obliczyć i podać zgodnie ze wzorem:

Zm =

[mval/dm³]

gdzie:

b - ilość 0,1 n roztworu kwasu, użyta do zmiareczkowania próbki ścieków badanych

do pH = 4,5. W przypadku użycia próbki ścieków miareczkowanych wobec

fenoloftaleiny, b - oznacza ogólną ilość cm³ 0,1 n kwasu zużytego na zmiareczkowanie

ścieków wobec fenoloftaleiny i oranżu metylowego

V - objętość próbki ścieków użytej do oznaczenia, cm³ .

1

1

---