KOAGULACJA OBJĘTOŚCIOWA

1. Wstęp teoretyczny :

Związki koloidalne występujące w wodzie odpowiadają za jej barwę i mętność. Koagulacja umożliwia usunięcie tych związków z wody oraz dodatkowo usuniecie trudno opadającej zawiesiny i części substancji rozpuszczonych. Koagulacja polega na zdestabilizowaniu cząstek koloidalnych a następnie ich łączeniu się w kłaczki (faza flokulacji). Po fazie flokulacji wodę odstawia się na godzine aby zawiesiny sedymentowały, a następnie wodę zebraną powyżej warstwy wytworzonego osadu filtruje się. Przebieg koagulacji zależy od użytego koagulantu, jego dawki, oraz temperatury i pH wody. W przypadku koagulacji koloidem ważne jest dobranie optymalnej dawki koagulantu - zbyt mała lub zbyt duża dawka spowodują, że proces nie zajdzie. W przypadku koagulacji elektrolitem dawka zbyt duża nie wpływa na przebieg procesu, ale wpływa na zwiększenie jego kosztów.

2. Cel i zakres ćwiczenia :

Celem ćwiczenia było badanie w skali laboratoryjnej przebiegu koagulacji i określenie optymalnej dawki koagulantu. Zakres ćwiczenia obejmował oznaczenia odczynu (pH), barwy, mętności, utlenialności, zawartości wolnego CO₂ i zasadowości ogólnej, obserwacje flokulacji po czasie 1, 5, 10, 15,20 i 30 minut, oraz obserwacje sedymentacji.

3. Analiza wyników :

Wykonaliśmy oznaczenia jakości wody surowej. Następnie do czterech zlewek odmierzyliśmy po 1 litrze wody, dodaliśmy odpowiednio 2, 4, 6, 8 ml 1% Al₂(SO₄)₃. Próbki te poddaliśmy szybkiemu mieszaniu z prędkością 150 obr/min w czasie jednej minuty i wolnemu mieszaniu z prędkością 11 obr/min w czasie 30 minut. Jednocześnie obserwowaliśmy przebieg flokulacji w tych próbkach. Po zakończeniu mieszania przez 45 minut następowała sedymentacja zawiesin w próbkach. Bezpośrednio po flokulacji oznaczyliśmy zawartość wolnego dwutlenku węgla. Po tym czasie oznaczyliśmy mętność, barwę, odczyn (pH), zasadowość ogólną, wolny CO₂ i utlenialność i przefiltrowaliśmy na filtrze piaskowym (wykonaliśmy oznaczenia jak wyżej). Wyniki badań i obserwacji przedstawiają tabelki :

Zestawienie wskaźników wody surowej i wody po flokulacji

Oznaczenia	Jednostki	Woda surowa	Oznaczenia po flokulacji i sedymentacji (45 min)				Wartość dopuszczalna
						Dawka koagulantu [mg/l]
						40	60	80	100
Mętność	mgSi/l	10,40	3,82	13,00	4,26	5,80	1
Barwa	mgPt/l	100	15	60	20	20	15
Odczyn (pH)		7,51	7,27	6,99	6,95	6,91	6,5 - 9,5
Zasadowość ogólna	mval/l	3,10	2,60	2,50	2,10	1,75	nn
CO2 wolny	mg/l	n.w	39,60	44,00	57,20	83,60	nn
Utlenialność	mgO2/l	7,20	2,56	5,20	3,20	3,20	5

Woda surowa odznaczała się bardzo dużą barwą, oraz mętnością przekraczającą znacznie wartości dopuszczalne. Odczyn pH wody surowej mieścił się w granicach wartości dopuszczalnych, natomiast utlenialność przekraczała swą wartość dopuszczalną. Nie wykryto wolnego CO₂. Po flokulacji mętność czterech próbek wody nadal przekraczała wartość dopuszczalną natomiast barwa tylko pierwszej próbki (40 mg/l koagulantu) zmieściła się w wartości dopuszczalnej. Odczyn oraz zasadowość nieznacznie malały. Utlenialność próbek 1, 3 i 4 nie przekroczyła wartości dopuszczalnych natomiast 2 próbka nieznacznie ja przekroczyła. Po flokulacji został wykryty wolny dwutlenek węgla (jest to spowodowane tym, że powstające w wyniku hydrolizy jony wodorowe reagują z naturalną zasadowością wody wg reakcji: H⁺ + HCO₃^-
H₂O + CO₂).

Obserwacje flokulacji

Po czasie [min]	Dawka koagulantu 40 mg/l	Dawka koagulantu 60 mg/l	Dawka koagulantu 80 mg/l	Dawka koagulantu 100 mg/l
1	-	-	-	-
5	-+	-+	-+	-+
10	+	+	+	+
15	+-	+	+	+
20	++	+-	+-	+-
30	+++	++	++	++

Oznaczenia zostały wykonane wg skali do obserwacji flokulacji:

- - brak zmian

-+ - zmętnienie próbki

+- - początek kłaczkowania

+ - bardzo dobre zawiesiny

++ - zawiesiny o dość dużym wymiarze

+++ - duże kłaczki zawiesin

++++ - bardzo duże kłaczki zawiesin

Po 15 minutach w pierwszej próbce zaobserwowaliśmy początek kołaczkowania natomiast w pozostałych po 20 min. Po 30 minutach w dawce 40 mg/l powstały duże kłaczki zawiesin.

Obserwacja sedymentacji

Obserwacje sedymentacji	Dawka koagulantu 40 mg/l	Dawka koagulantu 60 mg/l	Dawka koagulantu 80 mg/l	Dawka koagulantu 100 mg/l
Obserwacja sedymentacji	↓ O	↓ O	↓ O	↓ O

Skala do obserwacji sedymentacji

↓ - wolne opadanie zawiesin

↓↓ - szybkie opadanie zawiesin

0 - utworzenie się wyraźnej strefy osadu na dnie naczynia

Po 30 minutach sedymentacji utworzył się wyraźny osad na dnie naczynia.

Zestawienie wskaźników wody po procesie filtracji

Oznaczenia	Woda uzdatniona po procesie filtracji ( v = 5 m/h)				Wartość dopuszczalna
		Dawka koagulantu [mg/l]
		40	60	80	100
Mętność	0,18	0,43	0,71	0,14	1
Barwa	0	10	5	0	15
Odczyn (pH)	7,34	7,23	7,04	6,92	6,5 - 9,5
Zasadowość ogólna	2,40	2,15	1,95	1,75	nn
CO2 wolny	30,80	35,20	44,00	57,20	nn
Utlenialność	2,64	1,52	1,92	1,68	5

nn - brak wartości dopuszczalnej

Po przefiltrowaniu wody na filtrach piaskowych wartości wskaźników wody były zgodne z wartościami dopuszczalnymi. Wraz ze zwiększającymi się dawkami koagulantu zmniejszała się zasadowość oraz pH badanych próbek wody, natomiast zawartość wolnego CO₂ wzrastała.

4. Wnioski :

Optymalna dawka koagulantu zapewniająca uzdatnienie wody, która spełniała normy wody przeznaczonej do użytku wyniosła 40 mg Al₂(SO₄)₃/l. W celu stwierdzenia, czy istnieje możliwość zastosowania mniejszej dawki koagulantu należałoby przeprowadzić kolejne badania. Po przeanalizowaniu naszych wyników zauważyliśmy, że w próbkach 2 i 3 wartości barwy i mętności były dość zawyżone w porównaniu z próbkami 1 i 4: prawdopodobnie było to spowodowane zanieczyszczeniem zlewek w których znajdowała się badana woda.

---