UNIWERSYTET ZIELONOGÓRSKI

WYDZIAŁ INŻYNIERII LĄDOWEJ I ŚRODOWISKA

INSTYTUT INŻYNIERII ŚRODOWISKA

Zakład Technologii Wody, Ścieków i Odpadów

Ćwiczenia laboratoryjne

z Technologii Ścieków Przemysłowych

USUWANIE CHROMU

ZE ŚCIEKÓW

SIARCZANEM ŻELAZAWYM

1. CEL l ZAKRES ĆWICZENIA

Zasada usuwania chromu sześciowartościowego ze ścieków polega na jego redukcji do chromu trójwartościowego, a następnie w trąceniu tego ostatniego w postaci wodorotlenku w środowisku alkalicznym.

Chrom sześciowartościowym jest dość silnie trującym. Jego stężenie w wodach odbiornika w granicach 2-3 mgCr⁺⁶/dm³ jest już zabójcze dla organizmów wodnych. Dlatego przy odprowadzaniu ścieków chromowych do kanalizacji miejskiej stopień ich wstępnego podczyszczenia powinien być taki aby zawartość chromu w mieszaninie nie przekraczała 0,2 mg/dm³, natomiast przy odprowadzaniu ścieków do odbiornika dopuszczalna ilość chromu trójwartościowego wynosi 0,5 mg/dm³, a dopuszczalna ilość chromu sześciowartościowego wynosi 0,1 mg/dm³

Celem ćwiczenia jest dobór wielkości dawki siarczanu żelazawego i wartości odczynu dla uzyskania założonego efektu usuwania chromu ze ścieków.

Analizy pokontrolne przewidziane w ćwiczeniu obejmują oznaczenia :

- odczyn (pH),

- zawartość chromu ogólnego,

- zawartość chromu sześciowartościowego.

2. WYKONANIE ĆWICZENIA

Przed przystąpieniem do właściwego wykonywania ćwiczenia należy odznaczyć w badanych ściekach odczyn, zawartość chromu ogólnego i chromu sześciowartościowego. Z różnicy pomiędzy zawartością chromu ogólnego i chromu sześciowartościowego obliczyć ilość chromu trójwartościowego.

2.1. OBLICZANIE TEORETYCZNEJ DAWKI SIARCZANU ŻELAZAWEGO

Dawkę siarczanu żelazawego stosowanego w badaniach ustala się orientacyjnie w oparciu o zawartość chromu (VI) w ściekach surowych wg wzoru :

V₁= [3,2 * V₂ * C₂] / C₁ [dm³]

gdzie : V₁ - dawka roztworu siarczanu żelazawego, dm³,

V₂ - objętość próbki ścieków wziętej do badań, dm³,

C₂ - zawartość chromu (VI) w ściekach surowych, mg Cr⁺⁶/dm³,

C₁- zawartość żelaza (II) w roztworze siarczanu żelazawego, mg Fe⁺²/dm³.

2.2. USTALENIE OPTYMALNEJ DAWKI SIARCZANU ŻELAZAWEGO

6 lejów sedymentacyjnych napełnić badanymi ściekami i wlać do nich kolejno siarczan żelazawy w ilościach :

0, 5 V₁, 0,75 V₁, 1,O V₁, 1,25 V₁, 1, 5 V₁, 2,0 V₁

Zawartość lejów po dodaniu reduktora mieszać intensywnie w ciągu 1 minuty, a następnie dość wolno przez 10 min., po czym pozostawić ścieki do odstania. Po sedymentacji zanotować objętość osadu, który wydzieli się w dolnej części leja, a z górnej części zdekantować po ok. 0,5 dm³ sklarowanych ścieków i oznaczyć w nich :

- odczyn,

- zawartość chromu ogólnego,

- zawartość chromu sześciowartościowego

3. OPRACOWANIE SPRAWOZDANIA

Otrzymane wyniki należy zestawić w tabeli wg podanego wzoru. Sprawozdanie powinno zawierać krótką ocenę szkodliwego działania chromu na życie biologiczne odbiorników, opis przebiegu procesów usuwania chromu ze ścieków siarczanem żelazawym za pomocą reakcji chemicznych. Wykresy przedstawiające stopnie redukcji chromu ogólnego od pH ścieków i omówienie wyników. We wnioskach należy podać wielkość optymalnej dawki siarczanu żelazawego i optymalnego odczynu ścieków dla usuwania chromu ze ścieków z pomocą siarczanu żelazawego.

Tabela 1. Efekty usuwania chromu ze ścieków za pomocą siarczanu żelazawego

Oznaczenia	Jednostki	Ścieki Dawka FeSO4 w cm^3 roztworu /dm^3surowe badanych ścieków
Odczyn	-
Chrom ogólny	mgCr/dm^3
Chrom*^6	mgCr^/dm^3
Chrom*^3	mgCr^/dm^3
Stopień redukcji chromu*^6	%
Objętość osadu	cm^3/dm^3

OZNACZANIE CHROMU⁺⁶ W ŚCIEKACH SUROWYCH

Do kolby stożkowej pojemności 200 - 300 cm³ odmierzyć próbkę ścieków w ilości 50-100 cm³ dodać 1cm³ H₂S0₄ (1+1) i 10 cm³ 10% roztworu jodku potasowego. Próbkę pozostawić w ciemnym miejscu na 5 min. Wydzielony jod odmiareczkować wobec skrobi tiosiarczanem sodowym. Zawartość chromu wyliczyć wg wzoru :

X=(a*f*1000)/V [mg/dm³]

gdzie: a- ilość tiosiarczanu zużyta do miareczkowania, cm³,

f- współczynnik przeliczeniowy Na₂SO₄ na chrom (1cm³ 0,01 n Na₂SO₄ odpowiada 0,173 mg Cr, 1cm³ 0,25 n Na₂SO₄ odpowiada 0,432 mg Cr),

V - objętość próbki ścieków użytej do oznaczenia, cm³.

OZNACZANIE CHROMU OGÓLNEGO W ŚCIEKACH O MAŁEJ ZAWARTOŚCI
ŻELAZA - ścieki surowe

Do kolby stożkowej o pojemności 200 - 300 cm³ odmierzyć 50 - 100 cm³ ścieków dodać 2-3 krople H₂S0₄ (1+1) i ogrzać do wrzenia. Do wrzącej cieczy dodać kroplami 4% roztwór KMn0₄ do momentu pojawienia się czerwonego zabarwienia nadmanganianu utrzymującego się przez 5 minut. Nadmiar KMn0₄ usunąć dodając kroplami 1% roztworu kwasu szczawiowego do zaniku barwy. Próbkę ostudzić. Po ostudzeniu dodawać 10% roztworu NaOH wobec fenoloftaleiny do uzyskania różowego zabarwienia próbki. Próbkę przesączyć w celu oddzielenia wydzielonego osadu. Osad przemyć wodą destylowaną (10 - 20 cm³).

Następnie do kolby stożkowej o pojemności 200-300cm³ odmierzyć próbkę przesączu w ilości 50-100 cm³ dodać 1cm³ H₂S0₄ (1+1) i 10 cm³ 10% roztworu jodku potasowego. Próbkę pozostawić w ciemnym miejscu na 5 min. Wydzielony jod odmiareczkować wobec skrobi tiosiarczanem sodowym. Zawartość chromu wyliczyć wg wzoru :

X=(a*f*1000)/V [mg/dm³]

gdzie: a- ilość tiosiarczanu zużyta do miareczkowania, cm3,

f- współczynnik przeliczeniowy Na₂SO₄ na chrom (1cm3 0,01 n Na₂SO₄ odpowiada 0,173 mg Cr, 1cm³ 0,25 n Na₂SO₄ odpowiada 0,432 mg Cr),

V - objętość próbki ścieków użytej do oznaczenia, cm³.

OZNACZANIE CHROMU W ŚCIEKACH O DUŻEJ ZAWARTOŚCI ŻELAZA

-ścieki oczyszczone

W ściekach po procesie usuwania chromu związkami Fe⁺² znajdują się oprócz innych takie jony jak Cr⁺³, Cr⁺⁶, Fe⁺², Fe⁺³. Istota oznaczania chromu ogólnego polega na utlenieniu przy pomocy KMn0⁴ w środowisku kwaśnym jonów Cr⁺³ do Cr⁺⁶ zgodnie z reakcją:

2Cr⁺³ + 2MnO₄^- + 3H₂O → Cr₂O₇^-2 + MnO₂ + 6H₄⁺

a następnie oznaczeniu jonów Cr⁺⁶ jodometrycznie. Utleniając Cr⁺³ do Cr⁺⁶ jednocześnie utlenione zostają obecne w roztworze jony Fe⁺² zgodnie z reakcją:

3Fe⁺² + Mn0₄^- + 4H⁺ → 3Fe⁺³ + Mn0₂ + 2H₂O

Jony Fe⁺³ przeszkadzają w oznaczeniu Cr⁺⁶ metodą jodometryczną ponieważ powodują utlenianie jonów J^- do J₂ zgodnie z reakcją :

2F⁺³ + 2J^- → 2Fe⁺² + J₂

Stwarza to konieczność usuwania jonów żelazowych z próbki przed wykonaniem oznaczenia jonów Cr(VI). Jony Fe⁺³ usuwa się przez ich wytrącenie w środowisku alkalicznym w postaci trudno rozpuszczalnego osadu Fe(OH)₃. Wytrącony osad oddziela się od roztworu przez sączenie, a następnie w przesączu oznacza się chrom (VI).

OZNACZANIE CHROMU 6-WARTOŚCIOWEGO

Odmierzyć 50-100cm³ ścieków dodać 1cm³ 5% roztworu ZnS0₄, 2 krople fenoloftaleiny i kroplami 10% roztworu NaOH do lekko różowego zabarwienia. Próbkę wymieszać, a wytrącony osad odsączyć i przemyć wodą destylowaną (10-20 cm³).

Następnie do kolby stożkowej pojemności 200 - 300 cm³ odmierzyć próbkę przesączu w ilości 50-100 cm³ dodać l cm³ H₂S0₄ (1 + 1) i 10 cm³ 10% roztworu jodku potasowego. Próbkę pozostawić w ciemnym miejscu na 5 min. Wydzielony jod odmiareczkować wobec skrobi tiosiarczanem sodowym. Zawartość chromu wyliczyć wg wzoru :

X=(a*f*1000)/V [mg/dm³]

gdzie: a- ilość tiosiarczanu zużyta do miareczkowania, cm3,

f- współczynnik przeliczeniowy Na₂SO₄ na chrom (1cm3 0,01 n Na₂SO₄ odpowiada 0,173 mg Cr, 1cm³ 0,25 n Na₂SO₄ odpowiada 0,432 mg Cr),

V - objętość próbki ścieków użytej do oznaczenia, cm³.

OZNACZANIE CHROMU OGÓLNEGO

Odmierzyć 50-100cm³ ścieków dodać 1cm³ 5% roztworu ZnS0₄, 2 krople fenoloftaleiny i kroplami 10% roztworu NaOH do lekko różowego zabarwienia. Próbkę wymieszać, a wytrącony osad odsączyć i przemyć wodą destylowaną (10-20 cm³). Z próby odmierzyć 50 - 100 cm³ ścieków dodać 2 - 3 krople H₂S0₄ (1+1) i ogrzać do wrzenia. Do wrzącej cieczy dodać kroplami 4% roztwór KMn04 do momentu pojawienia się czerwonego zabarwienia nadmanganianu utrzymującego się przez 5 min. Nadmiar KMn0₄ usunąć dodając kroplami 1% roztworu kwasu szczawiowego do zaniku barwy. Próbkę ostudzić. Po ostudzeniu dodawać 10% roztworu NaOH wobec fenoloftaleiny do uzyskania różowego zabarwienia próbki. Próbkę przesączyć w celu oddzielenia wydzielonego osadu. Osad przemyć woda destylowaną (10 - 20 cm³). Następnie do kolby stożkowej pojemności 200 - 300 cm³ odmierzyć próbkę przesączu w ilości 50-100 cm³ dodać l cm³ H₂S0₄ (1+1) i 10 cm³ 10% roztworu jodku potasowego. Próbkę pozostawić w ciemnym miejscu na 5 min. Wydzielony jod odmiareczkować wobec skrobi tiosiarczanem sodowym. Zawartość chromu wyliczyć wg wzoru :

X=(a*f*1000)/V [mg/dm³]

gdzie: a- ilość tiosiarczanu zużyta do miareczkowania, cm³,

f- współczynnik przeliczeniowy Na₂SO₄ na chrom (1cm³ 0,01 n Na₂SO₄ odpowiada 0,173 mg Cr, 1cm³ 0,25 n Na₂SO₄ odpowiada 0,432 mg Cr),

V - objętość próbki ścieków użytej do oznaczenia, cm³.

4

Usuwanie chromu ze ścieków siarczanem żelazawym

---