ĆWICZENIE NR 4
Temat: Uzdatnianie wody i oczyszczanie ścieków z zastosowaniem procesu koagulacji i sedymentacji
1. Podstawy teoretyczne
KOAGULACJA
Zjawisko przechodzenia zolu w żel, głównie w technice, przyjęto nazywać koagulacją. Proces ten definiuje się jako łączenie cząstek koloidalnych oraz drobnej zawiesiny w zespoły cząstek (aglomeraty) w wyniku zaistnienia destabilizacji układu, co można uzyskać przez:
- dodanie do koloidalnego, zawiesinowego roztworu elektrolitu obniżającego potencjał elektrokinetyczny,
- wytworzenie wodorotlenków metali, na których adsorbują się jony, koloidy i cząstki zawiesinowe,
- wzajemne przyciąganie się i aglomerację cząstek o różnoimiennym ładunku powierzchniowym
Zjawisko odwrotne to peptyzacja. Do najbardziej znanych układów koloidalnych w naturalnym środowisku możemy zaliczyć:
Ciała stałe rozproszone w cieczach - koloid (np. mętna woda)
Ciecz rozproszona w cieczy - emulsja (np. mleko)
Gaz rozproszony w cieczy - piana
Ciała stałe rozproszone w gazie - aerozol stały (np. dymy)
Ciecz rozproszona w gazie - aerozol ciekły (np. mgła)
Ciało stałe rozproszone w ciele stałym - (np. Au, Co - szkło rubinowe)
Przedmiotem naszych rozważań i wykonywanego ćwiczenia jest obecność ciał koloidalnych w cieczach (woda, ścieki) i gazach (powietrze atmosferyczne).
Związki koloidalne nadające wodom naturalnym barwę i mętność, nie dają się usunąć za pomocą metod mechanicznych. W celu usunięcia tych związków, czyli uzdatnienia wody, stosuje się metodę chemiczną - koagulację. W wodzie naturalnej występują cząstki koloidalne przeważnie o ujemnym ładunku elektrycznym. Dodanie do wody koagulantu, powoduje powstawanie drobnych kłaczków w postaci koloidalnej o ładunku dodatnim. Kłaczki te zobojętniają ładunki cząstek koloidalnych w wodzie, przy czym zachodzi proces adsorpcji na koagulujących się kłaczkach. Zwiększające swoja masę kłaczki grawitacyjnie opadają na dno. Po sedymentacji woda nad osadem pozbawiona jest mętności i ma zmniejszone zabarwienie.
Proces koagulacji składa się z dwóch etapów:
1. dodawania koagulantu i szybkie mieszanie wody z koagulantem przez 1 3 minut
2. mieszanie powolne przez 15 30 minut w celu powstania początkowo drobnych kłaczków (flokulacja), a następnie utworzenie się z nich dużych kłaczków.
Koagulantami nazywamy związki chemiczne (sole), które w wodzie ulegają hydrolizie tworząc nierozpuszczalne wodorotlenki i wolny kwas. Najczęściej stosowanymi koagulantami są sole glinu i żelaza, np. Al2(SO4)3 18H2O - siarczan glinowy, NaAlO2 - glinian sodowy, Fe2(SO4)3 - siarczan żelazowy, FeCl3 - chlorek żelazowy, FeSO4 7H2O - siarczan żelazawy i [Fe2(SO4)3 + FeCl3] - chlorowany siarczan żelazowy.
Ilość koagulantu potrzebna do uzyskania odpowiedniego stopnia oczyszczenia wody jest różna i powinna być dawką optymalną, to jest najmniejszą ilością koagulantu dającą najlepsze wyniki. Dawka optymalna waha się od kilkunastu do kilkuset mg/dm3. W celu przyspieszenia procesów koagulacji, które zależą od wielu czynników (np. jakości wody, temperatury, odczynu), dodaje się do wody środków wspomagających koagulację, tak zwanych flokulantów, czyli polielektrolitów. Flokulanty są to związki wielkocząsteczkowe organiczne lub nieorganiczne. Do substancji przyspieszających, zwłaszcza w niskiej temperaturze, należą: drobny piasek, glina, bentonity, popioły, itp. substancje. Tworzą one w roztworach wodnych koloidalne cząstki lub bardzo drobne zawiesiny. Cząstki te tworzą zarodniki do powstawania kłaczków. Efekt ich stosowania jest mniejszy niż flokulantów. W celu wspomagania procesów koagulacji koryguje się pH za pomocą wapna CaO, sody Na2CO3 i ługu NaOH. Koagulacja za pomocą soli żelazowych przebiega najbardziej efektywnie przy pH = 5 8, przy czym powstają ciężkie, szybko opadające kłaczki.
Proces koagulacji musi być prowadzony z odpowiednią dokładnością i zachowaniem właściwego reżimu. W przeciwnym wypadku nawet nieznaczne odstępstwo od sposobu prowadzenia koagulacji może doprowadzić np. do zażelazienia wody.
Dawkę koagulantu wyznacza się doświadczalnie, indywidualnie dla każdego roztworu. Istnieje jednakże możliwość wyznaczenia orientacyjnej wielkości dawki, którą obliczamy wówczas według wzoru D= (6 ÷ 8)B½ lub
D = 7M½ , gdzie D - wielkość dawki koagulantu, B - barwa roztworu według skali wzorców, M - mętność roztworu według skali wzorców.
Schemat przebiegu oczyszczania wody metodą koagulacji:
SEDYMENTACJA
Cząstki koloidalne zawieszone w fazie gazowej i ciekłej z biegiem czasu mają tendencję do opadania pod wpływem siły ciężkości. Taki proces nazywa się sedymentacją. Sedymentacja zależy od masy cząstki i gęstości fazy rozproszonej i rozpraszającej.
2. Sposób wykonania ćwiczenia
1. Oznaczamy barwę, mętność i pH roztworu.
2. Ustalamy dawkę koagulantu FeCl3.
3. Wlewamy 2 dm3 badanej wody do zlewki.
4. Mieszamy dawkę koagulantu z roztworem, początkowo szybko, następnie powoli dla ułatwienia koagulacji ortokinetycznej, która zachodzi przy zderzaniu się ze sobą bardzo drobnych kłaczków.
5. Przenosimy całość roztworu do leja Imhoffa.
6. Obserwujemy proces flokulacji i sedymentacji.
7. Po ustaleniu swobodnej powierzchni osadu w leju Imhoffa, co określony przedział czasu (5 ÷ 10 minut) notujemy grubość warstwy tego osadu.
8. Filtrujemy roztwór zebrany z przestrzeni nad osadem.
9. Oznaczamy w filtracie barwę, mętność i pH
Wyszukiwarka