Uniwersytet Zielonogórski Zielona Góra, dn. 20.11.07 r.

Instytut Inżynierii Środowiska

ODNOWA WODY

SPRAWOZDANIE NR 3

USUWANIE AZOTU AMONOWEGO PRZEZ ODPĘDZANIE

Wykonała:

Żukowska Marta

Pluta Adam

Ławniczak Sławomir

Gr. 45 b

1. Podstawy teoretyczne

Usuwanie azotu amonowego przez odpędzanie - jest to jedna z metod fizyczno - chemicznych, która znalazła zastosowanie w procesach odnowy wody do usuwania azotu amonowego. Polega ona na przeprowadzeniu azotu amonowego występującego w ściekach w postaci kationu amonowego, w amoniak gazowy według reakcji:

NH₄⁺ + OH^- = NH₃ + H₂O

a następnie usunięcie go do atmosfery.

Przesunięcie równowagi reakcji na prawo uzyskuje się przez dawkowanie wapna w postaci mleka wapiennego lub wody wapiennej. Wymagany odczyn, przy którym 100% azotu amonowego występuje w postaci amoniaku, zależy od temperatury ścieków. W przypadku niskich temperatur w granicach 273 K odczyn pH wynosi 13, a w temperaturze 313 K pH = 10. Wielkość dawki wapna zależy od zasadowości ścieków.

W następnej fazie amoniak jest usuwany ze ścieków do atmosfery. Ten etap procesu przebiega w wieżach. W wyniku wytwarzania dużej powierzchni kontaktu ścieków z otoczeniem amoniak przechodzi do powietrza. Na efektywność tego procesu wpływają następujące czynniki

- napięcie powierzchniowe na granicy faz powietrza

- różnica stężeń amoniaku w ściekach i w powietrzu, która jest siłą napędową tego procesu.

Aby zwiększyć sprawność usuwania amoniaku ze ścieków należy je dobrze rozpylić w przepływającym powietrzu.

Do odpędzania azotu amonowego stosuje się dwa typy wież:

-przeciwprądowe

-poprzecznoprądowe

Wynik usuwania amoniaku w wieżach zależy także od:

-wysokości wypełnienia (od 6,00 do 7,50 m)

-obciążenia hydraulicznego (od 2 do 7,5 m³/m²h)

-wysokości wieży

-rodzaju wypełnienia (najlepiej z drzewa sekwojowego)

Problemy przy eksploatacji wież występują w okresie niskich temperatur. Wraz ze spadkiem temp. wzrasta rozpuszczalność azotu amonowego i wymagane są większe dawki wapna oraz rośnie ilość powietrza niezbędna do odpędzania amoniaku. Wynikiem tego jest spadek efektywności pracy wież i możliwość ich oblodzenia. Ponadto na skutek kontaktu ścieków o podwyższonej temp. , zawierających zazwyczaj duże stężenie zw. wapna, z zimnym powietrzem następuje wydzielanie i osadzanie się lepkich osadów na wypełnieniu wież oraz w rurach odprowadzających ścieki. Duże różnice temp. prowadzą do powstawania mgieł zawierających amoniak.

2. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia było określenie optymalnej dawki wapna i pH na hydrolizę amoniaku i efektu jego usuwania przez odpędzanie.

3. Wykonanie ćwiczenia

Trzy reaktory o poj. 2 dm³ napełniliśmy ściekami w ilości 1 dm³, następnie do każdego z nich dodaliśmy wodę wapienną i NaOH (w przypadki I i II próby) w takiej ilości, aby pH wyniosło odpowiednio: 9,5 ; 10,5 ; 11,5.

→ I próba: 103,5 ml wody wapiennej,

→ II próba: 175 ml wody wapiennej i 1,3 ml NaOH

→ III próba: 200 ml wody wapiennej i 1,6 ml NaOH

Przed samym rozdeszczeniem prób ponownie zmierzyliśmy pH- które uległo zmianie odpowiednio do : 9,5 ; 10,7 ; 11,2.

Tak przygotowane próby rozdeszczyliśmy w strudze przepływającego powietrza na modelu laboratoryjnym wieży do odpędzania amoniaku . Przepuszczoną przez wieżę ciecz zlaliśmy do kolb stożkowych o poj. 300 ml.

W ściekach surowych, po doprowadzeniu odpowiedniego pH i po odpędzeniu amoniaku oznaczyliśmy:

→ pH

→ zasadowość

→ azot amonowy

Ponadto oznaczyliśmy miano wody wapiennej i obliczyliśmy dawkę wapna.

4. Metodyka obliczeń.

• pH zmierzyliśmy za pomocą pH - metru,

• Przy ściekach gdzie pH >8,3 przed oznaczeniem zasadowości ogólnej M (wobec metylooranżu) oznaczyliśmy zasadowość F (wobec fenoloftaleiny). Zasadowość obliczyliśmy odpowiednio według wzorów:

gdzie:

a - ilość 0,1 molowego kwasu solnego, zużyta na zmiareczkownie próby wody wobec fenoloftaleiny, cm³

b - ogólna ilość 0,1 molowego kwasu solnego zużyta na zmiareczkowanie próby wobec fenoloftaleiny i metylooranżu, cm³

0,1 - przelicznik: 1 cm³ 0,1 molowego kwasu solnego odpowiada 0,1 mval

V - objętość próby wody wziętej do oznaczenia, cm³

• Przy oznaczeniu azotu amonowego do cylindra Nesslera odmierzyliśmy 50 cm³ badanych odpowiednio ścieków, następnie dodaliśmy 1 cm³ soli Seignetta i 1 cm³ odczynnika Nesslera. Próby wymieszaliśmy i po 10 min zmierzyliśmy ich ich intensywność zabarwienia na spektrofotometrze, przy długości fali 425 nm. Korzystając z krzywej wzorcowej obliczyliśmy zawartość azotu amonowego.

• Miano wody wapiennej

• obliczona dawka koagulanta:

- w 1 dm³ wody wapiennej jest 952 mg CaO

1 ml= 0,9 mg CaO

-NaOH ( 320g/680 ml H₂O)

→ I próba:

1 ml → 0,9 mgCaO

103,5 ml→ x [mgCaO]

x= 93,15 mgCaO/dm³

→ II próba:

1 ml → 0,9 mgCaO

175,0 ml→ x [mgCaO]

x= 157,5 mgCaO/dm³

- po dodaniu NaOH (1,3 ml)

1 ml= [320:680=0,47 g]

1 ml= 0,47 g= 470 mg

mgNaOH

Razem:

157,5+611,0=768,5 mg(CaO,NaOH)/dm³

→ III próba:

1 ml → 0,9 mgCaO

200,0 ml→ x [mgCaO]

x= 180,0 mgCaO/dm³

- po dodaniu NaOH (1,6 ml)

1 ml= [320:680=0,47 g]

1 ml= 0,47 g= 470 mg

mgNaOH

Razem:

180,0+752,0=932,0 mg(CaO,NaOH)/dm³

5. Tabela wyników

wskaźnik	Ścieki surowe	Ścieki po dodaniu dawki wapna
		pH lub mg/dm^3	pH 9,5	pH 10,7	pH 11,2
pH przed odpędzeniem	7,8	9,5	10,7	11,2
pH po odpędzeniu			8,7	10,5	11,1
Azot amonowy przed odpędzeniem		9,25	7,56	7,31	6,75
Azot amonowy po odpędzeniu			4,47	3,78	3,28
Zasadowość przed odpędzeniem		2,6	-	-	-
Zasadowość po odpędzeniu			3,0	11,0	125,0
Redukcja azotu amonowego	-	51,67 %	59,13 %	64,54 %

• Redukcja azotu amonowego %:

[%]

→ I próba:

[%]

→ II próba:

[%]

→ III próba:

[%]

6. Wnioski:

W przeprowadzonym ćwiczeniu zauważyliśmy wpływ wapna dodawanego do ścieków (w postaci wody wapiennej) na ich pH i zasadowość. Wraz ze wzrostem dawki wapna dodawanej do poszczególnych prób (I próba- 93,15 mgCaO/dm3 ; II próba- 768,5 mg(CaO,NaOH)/dm³ ; III próba- 932,0 mg(CaO,NaOH)/dm³)rosło ich pH i zasadowość.

Dzięki temu uzyskaliśmy przesunięcie równowagi reakcji: NH₄⁺ + OH^- = NH₃ + H₂O

na prawo.

Następnie tak przygotowane ścieki przepuściliśmy przez laboratoryjny model wieży, którego celem było usunięcie amoniaku do atmosfery. Po przeprowadzonym ćwiczeniu zauważyliśmy istotny spadek zawartości azotu amonowego w ściekach w stosunku do jego zawartości przed odpędzeniem. Redukcja azotu amonowego w III próbie wyniosła 64,54 %.

pH istotnie się nie zmieniło, dlatego też w technologii wód i ścieków po tym procesie wprowadza się układy, których celem jest obniżenie pH.

---