Akademia Techniczno-Humanistyczna w Bielsku-Białej	Imię i nazwisko:			Rok	Grupa	Zespół
								III	3	1
				Pracowania: Technologia Wody i Ścieków	Temat ćwiczenia: Zmiękczanie wody metodą fosforanową			Nr ćwiczenia:
								3
Data oddania sprawozdania:	Zwrot do poprawy:	Data oddania:	Data zaliczenia:	Ocena:

1. Wstęp teoretyczny

2. Opis przeprowadzonego ćwiczenia

3. Tabela wyników wraz z obliczeniami

4. Wnioski

1. Wstęp teoretyczny

Zmiękczanie ma na celu usunięcie z wody jonów nadających jej twardość, to jest przede wszystkim kationów wapnia
i magnezu
oraz występujących w znacznie mniejszych ilościach, kationów takich metali, jak
,
,
.

METODY USUWANIA TWARDOŚCI WODY

Ogólne metody zmiękczania wody można podzielić na 4 rodzaje:

1. DESTYLACJA

Destylacja daje idealne zmiękczenie, ponieważ pozbawia wodę wszystkich soli. Jednakże w przemyśle nie ma zastosowania ze względu na wysokie koszty energii cieplnej.

2. METODY TERMICZNE

Pod wpływem podwyższonej temperatury, już powyżej
, następuje termiczny rozkład wodorowęglanów wapnia i magnezu. Rozkład tych wodorowęglanów nie jest jednakowy.
przebiega 1,5 razy wolniej niż
. Najpierw powstaje zasadowy węglan magnezu, który po dłuższym gotowaniu ulega hydrolizie i strąca się w postaci trudniej rozpuszczalnego wodorotlenku magnezowego
. Rozkład wodorowęglanu wapniowego jest bardzo zależny od temperatury. Wraz ze wzrostem szybkość reakcji znacznie wzrasta i przy temperaturze
osiąga największą wartość przy burzliwym wrzeniu. Metodą termiczną nie można całkowicie usunąć twardości węglanowej. Pozostaje zawsze resztkowa twardość, wynikająca z niezależnej od temperatury rozpuszczalności węglanów wapnia i magnezu oraz wodorotlenku magnezu. Ogólnie biorą metoda termiczna nadaje się do zmiękczania wód o twardości wyłącznie węglanowej, lub o bardzo znacznej przewadze tej twardości nad niewęglanową.

3. METODY CHEMICZNE

Metody chemiczne polegają na strącaniu na drodze chemicznej nierozpuszczalnych osadów lub wiązaniu w kompleksowe związki jonów wapnia i magnezu przy pomocy różnych reagentów jak np. wodorotlenku wapniowego (wapno), węglanu sodowego (soda), wodorotlenku sodowego (soda kaustyczna), fosforanów, soli baru i innych.

4. METODY FIZYCZNO-CHEMICZNE

Metody połączenia metod chemicznych z właściwościami fizycznymi.

ZMIĘKCZANIE FOSFORANEM SODU

Powszechnie stosowana metoda chemicznego zmiękczania wody. Reagentem umożliwiającym prawie całkowite zmiękczenie wody jest fosforan trójsodowy
. Wprowadzony do wody fosforan sodu reaguje z twardością tworząc fosforany wapnia i magnezu o bardzo małym iloczynie rozpuszczalności.

W czasie zmiękczania wody naturalnej zachodzą następujące reakcje:

Zastosowanie fosforanu sodu pozwala na równoczesne usunięcie twardości węglanowej i niewęglanowej - jest to optymalny reagent do zmiękczania wody metodą wytrąceniową.

Minusem tej metody jest to, że w wodzie pozostają aniony wodorowęglanowe,
w takiej samej ilości jak w wodzie surowej, tworząc zasadowość alkaliczną oraz cena fosforanu trój sodowego, która jest znacznie wyższa od łącznej ceny wapna i sody.
Ze względu na to, fosforan sodu stosuje się do zmiękczania wody po zmiękczaniu innymi metodami.

Zachodzące reakcje podczas domiękczania:

Po domiękczaniu twardość szczątkowa jest bardzo mała. Najlepsze efekty osiąga się
w wysokich temperaturach (na gorąco).

2. Opis przeprowadzonego ćwiczenia

W pierwszej kolejności oznaczyliśmy zasadowość oraz twardość ogólną wody surowej, następnie z zależności zasadowości do twardości ogólnej wyznaczyliśmy twardość węglanową i niewęglanową. Kolejnym naszym krokiem było obliczenie potrzebnej dawki reagentu do zmiękczania wody metodą fosforanową. W wodzie surowej oznaczyliśmy także odczyn, kwasowość oraz zawartość wapnia i magnezu.

Do dwóch zlewek odmierzyliśmy po
badanej wody i wprowadziliśmy do obydwu obliczoną dawkę reagentu. Jedną zlewkę pozostawiliśmy w temperaturze pokojowej, a drugą włożyliśmy do łaźni wodnej, gdzie woda była podgrzana do temperatury
. Mieszaliśmy co jakiś czas badane próbki, a cały proces reakcji
z reagaetem pozostawiliśmy na okres 30 minut.

Po tym czasie, przesączyliśmy obydwie próbki przez twardy sączek, gorącą próbkę pozostawiliśmy aż osiągnie z powrotem temperaturę zbliżoną temperaturze otoczenia i oznaczyliśmy w obydwu próbkach: twardość ogólną, zasadowość, kwasowość, zawartość wapnia i magnezu oraz odczyn.

Po skończeniu doświadczenia sporządziliśmy wyniki w karcie pomiaru,
a następnie posprzątaliśmy nasze stanowisko.

3. Tabela wyników wraz z obliczeniami

Dodaną dawkę reagentu obliczyliśmy ze wzoru:

gdzie:

- dawka fosforanu sodowego
,

- twardość niewęglanowa wody
,

- twardość węglanowa wody
.

Wyznaczanie twardości węglanowej i niewęglanowej

Twardość ogólna =
,

Zasadowość
=
.

zasadowość < twardości ogólnej

• twardość węglanowa = zasadowość,

• twardość niewęglanowa = twardość ogólna - zasadowość.

Przeliczenie dawki fosforanu trójsodowego bezwodnego na uwodniony - wykorzystany w doświadczeniu.

	-
	-

Wyniki zmiękczania wody naturalnej fosforanem trójsodowym

Oznaczenia	Jednostki	Woda surowa	Woda zmiękczona
						temp. pokojowa
Twardość ogólna		0,85	0,62	0,52
Wapń		0,61	0,32	0,30
Magnez		0,24	0,30	0,22
Kwasowość		0,10	0	0,04
Zasadowość		0,64	0,97	0,94
Odczyn		6,3	7,53	6,93

4. Wnioski

Twardość ogólna wody pod wpływem dodanego reagenta zmniejszyła się
w stosunku do twardości wody surowej. Lepszy efekt można zauważyć w próbce na gorąco, świadczy o tym fakt, że w wyższej temperaturze reakcja z reagentem zachodzi szybciej.

Twardość w przeliczeniu na
wyniosła odpowiednio:

• dla temp. pokojowej:
  

• dla
  :
  

Zgodnie z rozporządzeniem Ministra Zdrowia z dnia 29 marca 2007r. w sprawie jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi (Dz. U. nr 61 poz. 417 2007r.) twardość ogólna powinna wynosić
- w naszym przypadku woda surowa zawiera twardość mieszczącą się w granicach rozporządzenia, dlatego dla celów spożywczych proces ten nie miał uzasadnienia. Natomiast w wodzie po dodaniu reagenta twardość ogólna wynosi poniżej wartości zalecanej, jednak taka wodna może być także dopuszczona do spożycia (pod względem twardości ogólnej).

Zasadowość wzrosła, jest to normalnie dla tego typu reakcji, co uwidoczniło się także we wzroście odczynu wody. Zasadowość jest większa od twardości ogólnej, co świadczy o całkowitym usunięciu twardości niewęglanowej z wody.

W próbce pozostawionej w temperaturze pokojowej wzrosła nam ilość magnezu, co świadczy najprawdopodobniej o niedokładnościach w trakcie wykonywania doświadczenia z naszej strony.

Twardość wody jest niepożądana w wodzie wykorzystywanej w procesach przemysłowych (chłodnice, kotły parowe, przemysł włókienniczy), dlatego zmniejszenie twardości ogólnej w wodzie jest korzystne i uzasadnione.

5

---