Defosfatacja chemiczna.

• Wiadomości wstępne

Fosfor występujący w ściekach w nadmiernych ilościach może być usuwany na drodze chemicznego strącania dzięki powstaniu trudno rozpuszczalnych soli np.: soli żelaza, wapnia, glinu.

1. Usuwanie fosforanów z wykorzystaniem siarczanu glinu

Al₂(SO₄)₃ ⋅ 18H₂0 +2PO₄^3- → 2AlPO₄ +3SO₄^2- + 18H₂O

Jak z równania wynika 1 mol siarczanu glinu (666g) reaguje z 2 molami fosforanu (190g) zawierającymi 62g fosforu. Stąd stosunek wagowy siarczanu glinu do fosforu wynosi 10,7:1 czyli Al:P = 0,87:1. W praktyce przyjmuje się wyższy stosunek molowy niż to wynika z równania stechiometrycznego, rzędu Al : P = 1,5-3. Spowodowane jest to zachodzącymi równolegle innymi reakcjami zużywającymi dodany reagent. Optymalny odczyn ścieków, przy stosowaniu siarczanu glinu, wynosi 5,5-6,5 pH.

2. Usuwanie fosforanów z wykorzystaniem soli żelazowych i żelazawych

FeCl₃ + PO₄^3- → FePO₄ + 3Cl^-

Stosunek molowy Fe:P wynosi 1:1, a stechiometryczny stosunek wagowy wynosi Fe:P = 1,8:1

3FeSO₄ + 2PO₄^3- → Fe₃(PO₄)₂ + 3SO₄^2-

Stosunek molowy wynosi Fe:P = 3:2, s stosunek wagowy wynosi Fe:P = 2,7:1. W praktyce stosunki te są wyższe. Dla żelaza trójwartościowego optymalny odczyn dla przebiegu reakcji wynosi 4,5-5 pH. Jednak w praktyce stwierdzono, że dobre usuwanie fosforu można również uzyskać przy wyższym odczynie kosztem zwiększonej dawki reagentu. Dla żelaza dwuwartościowego optymalny odczyn dla przebiegu reakcji wynosi około 8-8,5 pH.. Dobre efekty można uzyskać przy niższych odczynach rzędu 7-8 pH, ale kosztem zwiększenia odczynu.

3. Usuwanie fosforanów z wykorzystanie soli wapnia

5Ca²⁺ + 3PO₄^3- + OH^- → Ca(PO₄)₃OH

Ilość potrzebnego wapnia zależy bardziej od zasadowości i odczynu ścieków niż od zawartości w nich związków fosforu. Stosowany może być system tzw. „małej dawki”, w którym odczyn ścieków wynosi poniżej 10 pH i system tzw. „dużej dawki”, w którym odczyn ścieków powinien wzrosnąć powyżej 11-11,5 pH. W ostatnim przypadku dawka dodawanego wapnia może wynosić do 500g/m³ i więcej.

• Cel i zakres badań

Celem ćwiczenia jest ustalenie rodzaju dawki reagentu stosowanego w procesie strącania.

• Aparatura i sprzęt

1. Zestaw do koagulacji ścieków z mieszadłem magnetycznym

2. pH-metr

3. Waga analityczna

4. Suszarka laboratoryjna

• Oznaczenia chemiczne wykorzystywane w doświadczeniu

1. Oznaczenie odczynu.

2. Oznaczenie ortofosforanów.

3. Oznaczenie ChZT.

4. Oznaczenia zasadowości.

5. Oznaczenia kwasowości.

6. Oznaczenia zawartości zawiesin ogólnych.

7. Lejki i sączki

8. Kolby stożkowe.

• Sposób wykonania badania

Oznaczyć odczyn, zawartość ortofosforanów, ChZT, zasadowość, kwasowość, zawiesinę ogólną w surowych ściekach. Następnie odmierzyć po 800 ml ścieków do 5-ciu zlewek o pojemności 1l. Skorygować odczyn. Dodać do kolejnych zlewek odpowiednio 100%, 125%, 150%, 175%, 200% obliczonych dawek stechiometrycznych. Po dodaniu reagentów zawartość mieszać intensywnie przez 2 minuty. Po etapie szybkiego mieszania przeprowadzić etap powolnego mieszania - mieszając powoli przez 15 minut. Po wymieszaniu zawartość odstawić do opadnięcia osadu tj. około 1 godziny. Zdekantować roztwór nadosadowy w ściekach oczyszczonych i oznaczyć w nim: odczyn, zawartość ortofosforanów, ChZT, zasadowość, kwasowość, zawiesinę ogólną.

• Opracowanie wyników i wniosków

Otrzymane wyniki należy zestawić w formie tabelarycznej według wzoru

Rodzaj oznaczenia	Jednostki	Ścieki
		surowe	po strąceniu
Dawka		0
Odczyn	pH
ortofosforany	mg/l
ChZT	Mg/l
Zasadowość	mol/l
Kwasowość	mol/l
Zawiesina ogólna	mg/l

UWAGA! Porównując wyniki z różnych podgrup proszę omówić skuteczność procesu chemicznego strącania ortofosforanów w zależności od rodzaju reagenta użytego do strącenia jego dawki i odczynu.

---