CZĘŚĆ TEORETYCZNA

• Utlenialność

Utlenialność wody jest to umowny wskaźnik, który określa zdolność wody do pobierania tlenu z nadmanganianu potasowego w roztworze kwaśnym lub alkaicznym w ściśle określonych warunkach oznaczania.

Redukcja nadmanganianu potasowego zachodzi na skutek utleniania się zawartych w wodzie związków organicznych oraz niektórych łatwo utleniających się związków nieorczanicznych, takich jak sole żelaza(III), azotyny, siarczki, siarkowodór ewentualnie chlorki.

Do oznaczania utlenialności stosuje się dwie metody w zależności od zawartości chlorków w badanej próbce wody lub ścieków. Jeżeli w badanej wodzie są obecne chlorki w ilościach poniżej 300 mg/dm³, wówczas stosuje się metodę opartą na utlenianiu w środowisku kwaśnym, zaś przy wyższych zawartościach chlorków zaleca się wykonywać oznaczenie utlenialności w środowisku zasadowym.

Oznaczenie utlenialności w środowisku kwaśnym polega na utlenieniu związków organicznych za pomocą nadmanganianu potasowego w roztworze kwaśnym w temperaturze wrzenia wody w czasie 30 min i odmiareczkowaniu nadmiaru KMnO₄ kwasem szczawiowym. Za wynik oznaczenia przyjmuje się ilość zużytego KMnO₄ zużytą na utlenienie próbki w przeliczeniu na tlen.

Wartość utlenialności obliczamy ze wzoru:

Utlenialność =
mg O₂/dm³

a - ilość KMnO₄ zużyta do miareczkowania próbki ścieków

b - ilość KMnO₄ zużyta do miareczkowania próbki kontrolnej

V - objętość próbki ścieków

• Chemiczne zapotrzebowanie tlenu

Zasada oznaczania ChZT polega na utlenieniu związków organicznych oraz niektórych nieorganicznych za pomocą mieszaniny dwuchromianu potasu i kwasu siarkowego w temperaturze wrzenia oraz odmiareczkowanie nadmiaru dwuchromianu potasu, mianowanym roztworem siarczanu żelazowo-amonowego wobec wskaźnika ferroiny. Ilość utleniających się związków organicznych jest proporcjonalna do zużytego dwuchromianu potasu.

Ze związków nieorganicznych utleniających się pod wpływem dwuchromianu potasu można wymienić sole żelaza(III), azotyny, siarczyny, siarczki, chlorki. Natomiast ze związków organicznych ulegających całkowitemu utlenieniu należą związki tłuszczowe rozgałęzione, aromatyczne i podstawione pierścienie benzenowe.

Obliczanie wskaźnika ChZT przeprowadza się wg wzoru:

ChZT =
mg O₂/dm³

a - ilość siarczanu żelazowo-amonowego zużytego do miareczkowania próby zerowej

b - ilość siarczanu żelazowo-amonowego zużyta do miareczkowania próby ścieków

n - normalność roztworu siarczanu żelazowo-amonowego

V - objętość próbki ścieków

• BZT₅

BZT określa ilość tlenu potrzebna bakteriom, do utlenienia związków organicznych w warunkach tlenowych w temperaturze 20ºC. Do butelki należy dodać rozcieńczoną próbkę ścieków, natlenioną wodę do rozcieńczeń ze związkami azotu i fosforu oraz bakterie zaaklimatyzowane do danych ścieków.

Oznaczanie BZT₅ polega na określeniu ilości tlenu rozpuszczonego w danej wodzie przed inkubacją i po 5 dniowej inkubacji próbki wody w temperaturze 293K.

Obliczanie wskaźnika BZT₅ przeprowadza się wg wzoru:

mgO₂/dm³

a - zawartość tlenu w rozcieńczonej próbce badanej wody przed inkubacja

b - zawartość tlenu w rozcieńczonej próbce badanej wody po inkubacji

c - zawartość tlenu w wodzie do rozcieńczeń przed inkubacją

M - ilość wody do rozcieńczeń

m - ilość badanej wody

CZĘŚĆ OBLICZENIOWA

• Utlenialność

Wykonanie oznaczenia oraz opracowanie wyników:

Do kolb stożkowych odmierzono odpowiednio rozcieńczone próbki :

- ścieki surowe 1:10 i 1:50

- ścieki oczyszczone 100ml i 1:5

- równolegle była wykonywana prośba zerowa

Następnie do każdej z 5 kolb dodano 10 cm³ kwasu siarkowego oraz 10cm³ nadmanganianu potasowego, po czym kolby zostały wstawione do łaźni wodnej na 30min. Po upływie 30min kolby zostały wyjęte z łaźni i dodano do nich 10cm³ szczawianu sodowego i natychmiast miareczkowano roztworem nadmanganianu potasowego do pierwszego zabarwienia na różowo.

Ilość zużytego nadmanganianu potasowego do miareczkowania:

- próba zerowa - 0,5cm³

- ścieki surowe 1:10 - 6,4cm³

- ścieki surowe 1:50 - 1,7cm³

- ścieki oczyszczone 100ml - 8,2cm³

- ścieki oczyszczone 1:5 - 2,2cm³

• ścieki surowe 1:10

Utlenialność =
mg O₂/dm³

• ścieki surowe 1:50

Utlenialność =
mg O₂/dm³

• ścieki oczyszczone 100ml

Utlenialność =
mg O₂/dm³

• ścieki oczyszczone 1:5

Utlenialność =
mg O₂/dm³

Zestawienie wyników:

Rodzaj ścieków	Rozcieńczenie	Utlenialność mg O2/dm^3
Ścieki surowe	1:10	59
Ścieki surowe	1:50	60
Ścieki oczyszczone	100ml	7,7
Ścieki oczyszczone	1:5	8,5

• ChZT

Wykonanie oznaczenia oraz opracowanie wyników:

Do kolb stożkowych dodano:

- próba zerowa - 20cm² wody destylowanej

- ścieki surowe - 10ml ścieków i 10 ml wody destylowanej

- ścieki oczyszczone - 20cm³ ścieków

Następnie do każdej z kolb dodano 0,4g HgSO₄ i wymieszano, po czym dodano 10cm³ 0,25n roztwory dwuchromianu potasu. Następnie mieszając dodano 30cm³ odczynnika H₂SO₄ i Ag₂SO₄ i podłączono natychmiast kolby do chłodnicy. Ogrzewano kolby w ciągu 10min w stanie łagodnego wrzenia. Po upływie 10min spłukano wewnętrzną część chłodnicy 90cm³ wody destylowanej. Następnie ostudzono kolby do temperatury pokojowej i dodano 3 krople ferroiny i miareczkowano roztworem siarczanu żelazowo-amonowego do zmiany zabarwienia z niebieskawo-zielonego na czerwone.

Ilość zużytego siarczanu żelazowo-amonowego do miareczkowania:

- próba zerowa - 25,6cm³

- ścieki surowe - 23,1cm³

- ścieki oczyszczone - 24,7cm³

• ścieki surowe

ChZT =
mg O₂/dm³

• ścieki oczyszczone

ChZT =
mg O₂/dm³

Zestawienie wyników:

Oznaczenie	ChZT mg O2/dm^3
Ścieki surowe	200
Ścieki oczyszczone	36

• BZT₅

Wykonanie oznaczenia oraz opracowanie wyników:

Do kolb miarowych odmierzono odpowiednio rozcieńczone próbki :

- ścieki surowe 5:1000

- ścieki oczyszczone 50:1000

- oraz wodę do rozcieńczeń 1000ml

Następnie rozcieńczonymi próbkami badanej wody napełniono 6 butelek inkubacyjnych. W trzech z nich oznaczono natychmiast zawartość tlenu metodą Winklera a pozostałe wstawiono do inkubacji na 5 dni w temperaturze 293 K. Po upływie tego czasu oznaczono zawartość tlenu metodą Winklera.

Oznaczenie zawartości tlenu metodą Winklera przed inkubacją:

Ilość tiosiarczanu zużyta do miareczkowania:

- woda do rozcieńczeń - 4,2 cm³

- ścieki surowe - 4,0 cm³

- ścieki oczyszczone - 4,0 cm³

Zawartość tlenu rozpuszczonego w wodzie:

mgO₂/dm³

mgO₂/dm³

mgO₂/dm³

Oznaczenie zawartości tlenu metodą Winklera po inkubacji:

Ilość tiosiarczanu zużyta do miareczkowania:

- woda do rozcieńczeń - 3,5 cm³

- ścieki surowe - 2,8 cm³

- ścieki oczyszczone - 3,3 cm³

Zawartość tlenu rozpuszczonego w wodzie:

mgO₂/dm³

mgO₂/dm³

mgO₂/dm³

Obliczenie BZT₅ dla ścieków surowych:

mgO₂/dm³

Obliczenie BZT₅ dla ścieków oczyszczonych:

mgO₂/dm³

BZT₅ ścieków surowych przy 20ºC wynosi 200 mgO₂/dm³. Całkowite zapotrzebowanie tlenu pierwszej fazy w 20ºC wyniesie 1,4 x 200 = 292 mgO₂/dm³.

Wyznaczenie BZT₁, BZT₂, BZT₃, BZT₄ wg tabeli Faira:

Ścieki surowe:

BZT₁ = 0,30 x 200 = 60 mgO₂/dm³

BZT₂ = 0,54 x 200 = 108 mgO₂/dm³

BZT₃ = 0,73 x 200 = 146 mgO₂/dm³

BZT₄ = 0,88 x 200 = 176 mgO₂/dm³

Ścieki oczyszczone:

BZT₁ = 0,30 x 1,4 = 0,42 mgO₂/dm³

BZT₂ = 0,54 x 1,4 = 0,76 mgO₂/dm³

BZT₃ = 0,73 x 1,4 = 1,02 mgO₂/dm³

BZT₄ = 0,88 x 1,4 = 1,23 mgO₂/dm³

WNIOSKI:

Z przeprowadzonego ćwiczenia oraz otrzymanych wyników można sformułować następujące wnioski:

Utlenialność - w ściekach surowych wyniosła ok. 60 mgO₂/dm³, wynika, iż prawdopodobnie mamy do czynienia ze ściekami miejskimi, ponieważ scieki miejskie kierowane na oczyszczalnie charakteryzują się utlenialnością w granicach od 50 do 150 mgO₂/dm³. Scieki te nie mogą być odprowadzone do wód, ponieważ wartość ulenialności nie mieści się w żadnej klasie czystości wód ( dla III klasy utlenialność musi być mniejsza od 30 mgO₂/dm³). Ścieki te powinny być poddane biologicznemu oczyszczaniu.

W ściekach oczyszczonych zanotowaliśmy zdecydowane obniżenia ulenialności do ok. 7,7-8,2 mgO₂/dm³, wynika z tego, iż tak oczyszczone scieki mogą być kierowane do wód o I klasie czystości w której utlenialność musi być mniejsza od 10 mgO₂/dm³.

BZT₅ - stopień oczyszczenia ścieków jest ze względu na BZT₅ wystarczający. Tak oczyszczone scieki można wprowadzić do wód o I klasie czystości. Taka woda może więc służyć do zaopatrzenia ludności w wodę, a nawet do bytowania ryb łososiowatych warunkach naturalnych. Ścieki surowe mają BZT₅ w wielkości 201,4 mgO₂/dm³. Taki stopień zużycia tlenu świadczy o tym, że są to ścieki typowe dla terenów, z których odprowadzane są scieki bytowo gospodarcze.

ChZT - w ściekach surowych wyniosło 200 mgO₂/dm³ co wskazuje, iż do ścieków dopływa duża ilość wody infiltracyjnej. Ścieki te nie mogą być odprowadzone do wód, ponieważ wartość ulenialności nie mieści się w żadnej klasie czystości wód ( dla III klasy ChZT musi być mniejsze od 100 mgO₂/dm³). W ściekach oczyszczonych zanotowaliśmy spadek ChZT do 36 mgO₂/dm³, wynika z tego, iż tak oczyszczone scieki mogą kierowane do wód o II klasie czystości w której ChZT jest większe od 25 mgO₂/dm³ , mniejsze od 70 mgO₂/dm³.

Podsumowując te trzy wskaźniki można zauważyć, iż scieki surowe dopływające do oczyszczalni są typowymi ściekami miejskimi o niewielkiej zawartości wody infiltracyjnej ( świadczy o tym niskie ChZT). Ścieki surowe muszą być poddane procesowi oczyszczania, ponieważ nie mogą być odprowadzone do odbiornika, gdyż stężenia nie mieszczą się w żadnej z trzech klas czystości.

W ściekach oczyszczonych zanotowano bardzo duże obniżenie stężeń wszystkich wskaźników. Utlenialnosc, BZT₅ kwalifikują wodę do I klasy czystości, a ChZT do II i z tego powodu tak oczyszczone scieki mogą być kierowane co najwyżej do odbiorników o II klasie czystości. Duża redukcja zanieczyszczeń świadczy o bardzo dobrej pracy oczyszczalni ścieków.

---