Sprawozdanie nr 1

Temat: Zmiękczanie wody metodami chemicznymi.

Zmiękczanie wapnem i sodą.

Część teoretyczna:

1. Krótka charakterystyka procesu:

Ta metoda należąca dawniej do najbardziej rozpowszechnionych polega na jednoczesnym usuwaniu twardości węglanowej i niewęglanowej przez dodawanie wody wapiennej lub mleka wapiennego i 10  20% roztworu sody, przy czym:

Ca(OH)2 usuwa: twardość węglanową, wszystkie sole magnezowe, rozpuszczony dwutlenek węgla

Na2CO3 usuwa: twardość niewęglanową.

Reakcje zachodzą w zasadzie szybko, natomiast powolny jest wzrost powstających kryształów CaCO3, i zawiesiny Mg(OH)₂, który głównie determinuje szybkość procesu zmiękczania. Toteż stosuje się następujące warunki:

a) podgrzewanie wody do 70  90°C,

b) zwiększenie nadmiaru odczynników do 10  20%;

c) dodatek masy kontaktowej (CaCO₃, kwarc).

Wyższa temperatura sprzyja zwiększeniu szybkości procesu oraz osiąganiu lepszych wyników zmiękczania (mniejsza twardość szczątkowa). Dodatek masy kontaktowej - np. sproszkowanego kamienia wapiennego znacznie skraca czas procesu zachodzącego w reaktorze. Masa kontaktowa może skrócić czas reakcji z 2 godzin do 30 minut nawet bez podgrzewania. Działanie masy kontaktowej polega na przyśpieszeniu wzrostu powstającego osadu. Czynnikiem, który ujemnie wpływa na wyniki zmiękczania są substancje organiczne koloidowe (głównie związki humusowe), które opóźniają reakcją i powodują mętność wody uchodzącej z reaktora i nawet mogą przechodzić przez filtr.

2. Cel i zakres ćwiczenia:

Badanie ma na celu ustalenie optymalnych parametrów podczas procesów zmiękczania wody metodą wapno-soda. Zakres badań obejmuje wykonanie analizy wody surowej, ustalenie optymalnych dawek reagentów stosowanych w procesie zmiękczania oraz wykonanie analiz i ocenę jakości wody zmiękczonej. Ponadto należy ustalić wpływ temperatury i czas na przebieg reakcji zmiękczania.

Część doświadczalna:

1. Aparatura i sprzęt potrzebny do oznaczeń

1. pehametr

2. łaźnia wodna

3. termometr

4. mieszadło laboratoryjne

2. Odczynniki i szkło

1. zestaw do oznaczania:

- twardości ogólnej:

- zasadowości

- wapnia

- wolnego CO₂

b) nasycony roztwór Ca(OH)₂

c) 10% roztwór sody Na₂CO₃

d) CaO

3. Wykonanie ćwiczenia

Na wodzie surowej (badanej) wykonano potrzebne do dalszej części oznaczenia: odczynu pH, twardości ogólnej, zasadowości wobec oranżu metylowego, zawartości wapnia oraz wolnego CO₂ według wytycznych zawartych w zestawach do oznaczenia.

Wyniki przedstawia tabelka:

OZNACZENIE	JEDNOSTKA	WODA SUROWA
ODCZYN	pH	7,1
TWARDOŚĆ OGÓLNA	mval/dm^3	12,4
ZASADOWOŚĆ ZM	mval/dm^3	6,1
TWARDOŚĆ WĘGLANOWA	mval/dm^3	6,1
TWARDOŚĆ WAPNIOWA	mval/dm^3	6,72
WOLNY CO2	mg/dm^3	48,4

4. Obliczenia, interpretacja wyników:

Dla wody surowej:

Dawka CaO potrzebna do wytrącenia węglanów wapnia

Na zimno:

D_CaO = 28 ∙ [T_w +(T_o - T_Ca) + CO₂ + 0,5] mgCaO/dm³

D_CaO= 28 ∙ [6,1 +(12,4 - 6,72) + 1,1 + 0,5] = 374,64 mgCaO/dm³

CaO Ca(OH)₂

56 74

374,64 x

X = 495mg Ca(OH)₂ / dm³

Na gorąco:

D_CaO = 28 ∙ [2/3 ∙ T_W + (T_o - T_Ca) + CO₂ + 0,5] mgCaO/dm³

D_CaO= 28 ∙ [2/3 ∙ 6,1 + (12,4 + 6,73) + 1,1 + 0,5] = 316,288 mgCaO/dm³

CaO Ca(OH)₂

56 74

316,288 X

X = 417,952 mgCa(OH)₂/dm³

Obliczanie twardości ogólnej:

T_o = a ∙ 00,4 ∙ 1000 / V [mval/dm³]

T_o = 31 ∙ 0,04 ∙ 1000 / 100 = 12,4 [mval/dm³]

Obliczanie zasadowości Z_M:

Z_M = b ∙ 0,1 ∙ 1000 / V [mval/dm³]

Z_M = 6,1 ∙ 0,1 ∙ 1000 / 100 = 6,1 [mval/dm³]

Z_M=T_W= 6,1 [mval/dm³]

Obliczanie twardości wapniowej:

X = c ∙ 0,802 ∙ 1000 / V

X = 16,8 ∙ 0,802 ∙ 1000 / 100 = 134,736 [mg/dm³]

T_Ca = X / 20 [mval/dm³]

T_Ca = 134,736 / 20 = 6,72 [mval/dm³]

Obliczenie wolnego CO₂:

X= a ∙ 4,4 ∙ 1000 / V [mg=dm³]

X = 1,1 ∙ 4,4 ∙ 1000 / 100 = 48,4 mg/dm³

1mval CO₂ = 12 + 2 ∙ 16 = 44 mg/dm³

• 44 mg/dm³

X 48,4 mg/dm³

X=1,1 mval/dm³

Dla wody po procesie zmiękczania:

Obliczona dawka tlenku wapniowego w procesie prowadzonym na zimno = 0,5 g Ca(OH)₂/m³

D_CaO = 28 ∙ [T_w +(T_o - T_Ca) + CO₂ + 0,5] mgCaO/dm³

D_CaO= 28 ∙ [6,1 +(12,4 - 6,72) + 1,1 + 0,5] = 374,64 mgCaO/dm³

CaO Ca(OH)₂

56 74

374,64 x

X = 495mg Ca(OH)₂ / dm³ = 0,5g Ca(OH)₂/m³

Obliczona dawka tlenku wapniowego w procesie prowadzonym na gorąco = 0,42g Ca(OH)₂/m³

D_CaO= 28 ∙ [2/3 ∙ 6,1 + (12,4 + 6,73) + 1,1 + 0,5] = 316,288

CaO Ca(OH)₂

56 74

316,288g x

X = 417,952mg Ca(OH)₂ = 0,42g Ca(OH)₂

Obliczona dawka sody = 3,5g Na₂CO₃/m³

D Na₂CO₃= 53 ∙ [(To - Tw) + 1]= 53 ∙ [(12,4 - 6,72) + 1 = 353,51g Na₂CO₃/m³

10g = 10000mg = 100ml

353,5 x

X= 3,5ml

OZNACZENIE	JEDNOSTKA	WODA W TEMP. POKOJOWEJ	WODA PODGRZANA DO TEMP. 353K
				CZAS TRWANIA REAKCJI, [min]
				60	60
Odczyn	pH	7,7	7,5
Twardość ogólna	val/m^3	2,4	0,873
Zasadowość Zm	val/m^3	4,1	4,2
Twardość węglanowa	val/m^3	-	-
Zasadowość Zf	val/m^3	-	-
Twardość wapniowa	val/m^3	-	-
Wolny CO2	g/m^3	17,6	70,4

Obliczenia dotyczące wody w temperaturze pokojowej:

Obliczanie twardości ogólnej:

Tw = a ∙ 0,04 ∙ 1000 / V = 6 ∙ 0,04 ∙ 1000 / 100 = 2,4

Obliczanie zasadowości Zm:

Zm= 4,1 ∙ 0,1 ∙ 1000 / 100 = 4,1

Obliczanie wolnego CO₂:

X = 0,4 ∙ 4,4 ∙ 1000 / 100 = 17,6

Obliczenie dotyczące wody podgrzanej:

Obliczanie twardości ogólnej:

Tw = (7,8 ∙ 0,04 ∙ 1000 / 100) ∙ 2,8 = 0,8736

Obliczanie zasadowości ogólnej:

Zm = 4,2 ∙ 0,1 ∙ 1000 / 100 = 4,2

Obliczanie wolnego CO₂:

X= 1,6 ∙ 4,4 ∙ 1000 / 100 = 70,4

5. Wnioski

Po wykonanym ćwiczeniu można stwierdzić, że metoda „wapno-soda” jest procesem, który dobrze zmiękczą wodę. Zastosowanie reagentów oraz podwyższonej temperatury wykazało, że twardość ogólna została niemalże całkowicie usunięta z wody. Wyniki potwierdzają również słuszność, że temperatura w pozytywny sposób wpływa na zmiękczenie wody metodą chemiczną „wapno-soda”.

2SZ LP III

Urszula Wójtowicz

Barbara Środzińska

Bartłomiej Stankiewicz

4

---