Akademia Techniczno-Humanistyczna w Bielsku-Białej	Imię i nazwisko:			Rok	Grupa	Zespół
								III	3	1
				Pracowania: Technologie wód i ścieków.	Temat ćwiczenia: Wyznaczanie wskaźników stabilności wody i napowietrzanie wody			Nr ćwiczenia:
								4
Data oddania sprawozdania:	Zwrot do poprawy:	Data oddania:	Data zaliczenia:	Ocena:

Część teoretyczna

Formy występowania dwutlenku węgla:

CO₂ ogólny

a.) CO₂ związany

- węglanowy CO₃^2-

- dwuwęglanowy H CO₃^-

b.) CO₂ wolny

- CO₂ równowagi

- CO₂ agresywny

Bardzo często na żelazie znajdują się różne warstwy korozyjne, z których wewnętrzna składa się z FeO, a zewnętrzną stanowi rdza. Szybkość korozji może być intensyfikowana zawartością różnych składników wody. Jednym z podstawowych wskaźników jest stabilność wody - S. Woda będzie stabilna, jeżeli przy zetknięciu się z powierzchniami metalowymi lub betonowymi przez dłuższy okres czasu nie zmienia swego składu, tzn. nie rozpuszcza ani nie wytraca CaCO₃. wskaźnik stabilności określa się jako stosunek zasadowości wody surowej do zasadowości wody nasyconej węglanem wapnia:

S₁ = Zm_s / Zm_n

Gdzie:

Zm_s - zasadowość wody surowej, mval / dm³

Zm_n - zasadowość wody nasyconej węglanem wapnia, mval / dm³

Za wzoru wynika, że każdemu stężeniu kwaśnych węglanów w danej wodzie odpowiada określone stężenie dwutlenku węgla, które je utrzymuje w stanie rozpuszczonym. Jeżeli ilość CO₂ w wodzie przekracza tę wielkość, to woda jest agresywna, gdyż nie może wytworzyć warstewki ochronnej węglanu wapniowego. Jeżeli zawartość CO₂ jest mniejsza od wymaganej ilości równoważnej, to wówczas woda ma tendencję do odkładania osadu.

Ponieważ odczyn wody zależny jest od stosunku CO₂ wolnego do CO₂ związanego, więc każdej danej zasadowości wody odpowiada określony odczyn (pHs) - odczyn (pHn), stąd wskaźnik stabilności można określić także stosunkiem:

S₂ = pH_s / pH_n

Gdzie:

pH_s - odczyn wody surowej

pH_n - odczyn wody nasyconej

ponieważ na korozyjność wody wpływa nie tylko ilość dwutlenku węgla i zasadowość wody, ale także inne jej składniki, bardziej rozpowszechnionym wskaźnikiem jest indeks nasycenia węglanem wapnia (Indeks Langeliera)

Indeks Langeliera wyraża się wzorem:

I = pH_s - pH_n

Gdzie:

pH_s - rzeczywista wartość odczynu wody

pH_n - wartość odczynu wody, przy którym znajduje się ona w stanie równowagi

usuwanie agresywnego dwutlenku węgla (odkwaszanie wody) można przeprowadzic dwoma sposobami:

1. fizycznym - przez napowietrzanie wody

2. chemicznym:

1. wiązanie dwutlenku węgla wodorotlenkiem wapniowym, sodowym lub węglanem sodu

2. filtrowanie wody przez masy reagujące chemicznie dwutlenkiem wegla

Część doświadczalna

Wykonanie doświadczenia - część pierwsza

Do modelu laboratoryjnego zbiornika aeracji wprowadziliśmy 3l badanej wody, a następnie rozpoczęliśmy napowietrzanie określoną ilością powietrza. Co 300s pobieraliśmy dwie próbki po 100ml do oznaczenia zasadowości ogólnej oraz wolnego CO₂. Czynność tą powtórzyliśmy pięć razy. To samo wykonaliśmy dla przepływu 30 i 60 l pow/h. Na podstawie uzyskanych wyników i dołączonej instrukcji obliczyliśmy ilość agresywnego CO₂ w wodzie surowej i napowietrzonej.

W celu wyznaczenia wskaźnika stabilności wlaliśmy bez napowietrzania do 2 butelek z korkiem ok.500cm³ badanej wody, dodaliśmy po 10g CaCO₃, po czym zamknęliśmy butelki korkiem i wytrząsaliśmy przez 1 godzinę. Po tym czasie butelki pozostawiliśmy na 900s, a następnie wodę przesączyliśmy przez twardy sączek. Pierwszą porcję przesączu odrzuciliśmy, a na podstawie pozostałej oznaczyliśmy odczyn i zasadowość ogólną.

Obliczenia

Obliczyliśmy zasadowość wyrażoną w mg CO₂/l, poprzez pomnożenie zasadowości Zm razy 22.

Przykład: zasadowość wody surowej razy 22, czyli 0,9 * 22 = 19,8

Następnie obliczyliśmy wartość S według wzoru:

S = a + b

Gdzie:

a - zawartość wolnego dwutlenku węgla, mg CO₂/dm³

b - zasadowość próbki, mg CO₂/dm³

Przykład: Wolny CO₂ wody surowej plus zasadowość wody surowej, czyli 13,2 + 19,8 = 33

Korzystając z tabeli odczytaliśmy wartość G odpowiadającej obliczonej wartości S.

Przykład: Dla wody surowej wartość G wynosi 32,2

Obliczamy zawartość agresywnego dwutlenku węgla korzystając z wzoru:

X = G - b

Gdzie:

G - wartość odczytana z tabeli na podstawie wartości S

b - zasadowość próbki, mg CO₂/dm³

Przykład: zasadowość wody surowej minus wartość G dla tej wody, czyli 32,2 - 19,8 = 12,4

Czas napowietrzania	Ilość powietrza	Ilość ml roztworu NaOH	Wolny CO2	Zasadowość Zm	Zasadowość Wyrażona w mg CO2/l	Wartość S	Wartość G	Agresywny CO2
s	V pow (l/l/h)	ml	mg/l	mval/l	mg/l	-	-	mg/l
Woda surowa	-	0,6	13,2	0,9	19,8	33,0	32,2	12,4
300	15	0,6	13,2	1,0	22,0	35,2	34,2	12,2
600	15	0,4	8,8	1,0	22,0	30,8	30,2	8,2
900	15	0,3	6,6	1,0	22,0	28,6	28,1	6,1
1200	15	0,2	4,4	0,9	19,8	24,2	23,9	4,1
1500	15	0,2	4,4	1,0	22,0	26,4	26,0	4,0
300	30	0,5	11	1,0	22,0	33,0	32,2	10,2
600	30	0,3	6,6	1,0	22,0	28,6	28,1	6,1
900	30	0,2	4,4	0,9	19,8	24,2	23,9	4,1
1200	30	0,2	4,4	0,9	19,8	24,2	23,9	4,1
1500	30	0,2	4,4	0,9	19,8	24,2	23,9	4,1
300	60	0,3	6,6	1,0	22,0	28,6	28,1	6,1
600	60	0,2	4,4	1,0	22,0	26,4	26,0	4,0
900	60	0,2	4,4	1,0	22,0	26,4	26,0	4,0
1200	60	0,2	4,4	1,0	22,0	26,4	26,0	4,0
1500	60	0,2	4,4	1,0	22,0	26,4	26,0	4,0

Wykonanie doświadczenia - część pierwsza

W eksykatorze znajdował się parownica wysuszona do stałej masy. Parownice wyjęliśmy z eksykatora i zważyliśmy na wadze analitycznej. Następnie odmierzyliśmy cylindrem miarowym 10ml dobrze wymieszanej próbki i przelaliśmy do zważonej parownicy. Parownicę umieściliśmy na łaźni wodnej i aż do odparowania próbki.

Następnie parownicę wytarliśmy z zewnątrz i wstawiliśmy do suszarki. Suszyliśmy przez 1 godzinę w temp. 105ºC, a następnie ostudziliśmy w eksykatorze do temp. Pokojowej i zważyliśmy.

Obliczenia

Obliczyliśmy sucha pozostałość, korzystając z wzoru:

Z = ((a - b) * 1000) / V

Gdzie:

a - ciężar parownicy z osadem, mg

b - ciężar pustej parownicy, mg

V - objętość próbki wody poddanej odparowaniu, cm³

Czyli:

Z = ((76,8905 - 76,8892) * 1000) / 10

Z = 130 mg/l

Następnie wyliczyliśmy wskaźnik stabilności według wzorów

S₁ = Zm_s / Zm_n

Gdzie:

Zm_s - zasadowość wody surowej, mval / dm³

Zm_n - zasadowość wody nasyconej węglanem wapnia, mval / dm³

S₂ = pH_s / pH_n

Gdzie:

pH_s - odczyn wody surowej

pH_n - odczyn wody nasyconej

Czyli:

S₁ = 0,9 / 1 = 0,9

S₂ = 5,35 / 7,06 = 0,76

Następnie wyliczyliśmy Indeks Langeliera według wzoru:

I = pH_s - pH_n

Gdzie:

pH_s - rzeczywista wartość odczynu wody

pH_n - wartość odczynu wody, przy którym znajduje się ona w stanie równowagi

Czyli:

I = 5,35 - 8,18 = - 2,89

Wnioski

Posługując się wzorami obliczyliśmy wskaźnik stabilności (S₁) badanej wody, który jest stosunkiem zasadowości wody surowej do zasadowości wody nasyconej węglanem wapnia. Ponieważ odczyn wody zależny jest też od stosunku CO₂ wolnego do związanego, wiec danej zasadowości odpowiada określony odczyt stąd wskaźnik stabilności jest także stosunkiem odczynu wody surowej do odczynu wody nasyconej (S₂). W naszym przypadku S₁ wynosi 0,9 czyli S1 < 1 oraz wskaźnik S₂ = 0,76 czyli S₂ < 1 co świadczy o tym że woda ma właściwości korozyjne i może rozpuszczać ochronna warstwę węglanu wapnia.

Indeks nasycenia I w naszym przypadku wyniósł - 2,89 co wskazuje na agresywne działanie wody metale i beton.

W naszym doświadczeniu przedstawiliśmy za pomocą tabelki i wykresu wpływ czasu napowietrzania na zawartość agresywnego CO₂, z tabelki i z wykresu możemy stwierdzić, że najlepsze zmniejszenie ilości agresywnego CO₂ występuje po długim czasie napowietrzania (1500s) a ilości dostarczanego powietrza do próbki, które wynosił 15, 30 i 60 (l/l/h) nie powodowały znaczących zmiany zawartości agresywnego dwutlenku węgla w wodzie.

---