UNIWERSYTET TECHNOLOGICZNO-PRZYRODNICZY

W BYDGOSZCZY

SPRAWOZDANIE Z ĆWICZEŃ

LABORATORYJNYCH Z CHEMII

KIERUNEK BUDOWNICTWO

STUDIA NIESTACJONARNE I STOPNIA

NR ĆWICZENIA:	14
TEMAT:	WODA W PRZEMYŚLE. ANALIZA WODY ZAROBOWEJ

GRUPA	1
Zespół w składzie:	Joanna Rudnik Żaneta Kraśniewska Aleksandra Krause
Data wykonania ćwiczenia:	07. 06. 2014 r.
Sprawozdanie sporządził:	Aleksandra Krause

Bydgoszcz 27. 01. 2014 r.

1.Część Teoretyczna:

Skład wód kształtowany jest przez zjawiska naturalne zachodzące w wodach i zależy od budowy zlewni oraz środowiska gruntowo-skalnego i poziomu zanieczyszczenia cywilizacyjnego rejonu, z którego woda pochodzi. W związku z tym wody występujące w przyrodzie charakteryzuje określony poziom zanieczyszczenia. Substancje pochodzenia naturalnego traktowane są jako domieszki, pozostałe natomiast (antropogeniczne) jako zanieczyszczenia.

Wody powierzchniowe są znacznie bardziej narażone na zanieczyszczenie niż wody podziemne. O jakości tych ostatnich decydują głównie czynniki naturalne, a niebezpieczeństwo ich zanieczyszczenia zwiększa się ze stopniem kontaktu tych wód z wodami powierzchniowymi, opadami atmosferycznymi, ogólnie z zanieczyszczeniami antropogenicznymi. Stąd wraz z głębokością występowania wód podziemnych oraz „szczelnością" środowiska glebowo-gruntowo-skalnego zmniejsza się ich narażenie na ujemne wpływy czynników obcych.

Skuteczność sorpcji zależy od czynników fizycznych, chemicznych i biologicznych charakteryzujących warstwę sorbenta. Należą do nich: skład, porowatość, powierzchnia właściwa, ładunek elektryczny na powierzchni sorbenta, pojemność sorpcyjna i stopień jej wykorzystania, a także rodzaj mikroorganizmów zatrzymujących pewne ilości zanieczyszczeń. Ponadto bardzo istotną rolę w efektywności sorpcji i pozostałych procesów jednostkowych decydujących o samooczyszczaniu odgrywają: Eh, pH oraz siła jonowa środowiska wodno-skalnego.

Do klasyfikacji stopnia zagrożenia zbiorników wód podziemnych proponuje się wykorzystanie średniego czasu migracji wody (wraz z zanieczyszczeniami) z powierzchni do tych zbiorników. Bazując na wartościach tego parametru opracowano klasyfikację stopnia zagrożenia przedstawioną w tabeli 1. Z danych tych wynika, że praktycznie nie zagrożone zbiorniki wód podziemnych to te, do których woda

Klasa zagrożenia	Stopień zagrożenia	Średni czas migracji wody z powierzchni do zbiornika wód podziemnych [lata]
Al A2 B C D	bardzo silnie zagrożone silnie zagrożone średnio zagrożone słabo zagrożone praktycznie nie zagrożone	poniżej 2 2-5 5-25 25-100 powyżej 100

Tabela 1. Klasyfikacja stopnia zagrożenia zbiorników wód podziemnych na podstawie czasu migracji.

Bezpośredni kontakt wód powierzchniowych z zanieczyszczeniami antropogennymi powoduje, iż często właśnie one decydują o ostatecznym składzie fizyczno-chemicznym tych wód.

W przypadku wód powierzchniowych, w przeciwieństwie do podziemnych, istotną rolę w poziomie zanieczyszczenia odgrywa aktywność mikrobiologiczna, głównie glonów, oraz procesy wymiany materii między wodą a osadem dennym. W wodach zasobnych w związki biogenne, głównie w wodach stojących (jeziora), wraz z wiekiem tych akwenów stwierdza się „naturalne" pogorszenie jakości wody jako wynik intensywnej produkcji biologicznej.

Do głównych zagrożeń spowodowanych dużą aktywnością mikrobiologiczną należą problemy smaku i zapachu, intensyfikacji barwy i mętności, okresowo występujące deficyty tlenowe. Ponadto zdeponowane w osadach dennych obumarłe mikroorganizmy, wraz z zatrzymanymi zanieczyszczeniami, są źródłem „wtórnego" zanieczyszczenia wody. Obecność dużej ilości glonów utrudnia uzdatnianie wody oraz wykorzystanie jej w wielu gałęziach gospodarki. Masowy rozwój glonów, tzw. zakwity, obserwuje się w miesiącach letnich (maj- wrzesień) i wówczas zawartość związków biogennych rozpuszczonych w wodzie może się gwałtownie zmniejszyć. Natomiast w pozostałych miesiącach roku zawartość azotanów i nieorganicznych związków fosforu zwykle zwiększa się .Eutrofizację wód i jej skutki najczęściej stwierdza się w jeziorach oraz w sztucznych zbiornikach zaporowych, a sporadycznie w wodach p łynących ze znaczną szybkością.

WYMAGANY SKŁAD WODY WYKORZYSTYWANEJ W PRZEMYŚLE

Wymagany skład fizyczno-chemiczny i bakteriologiczny wody wykorzystywanej w przemyśle określają odpowiednie normy branżowe i są różne w zależności od przeznaczenia wody.

W dużych zakładach przemysłowych używane mogą być wody o różnej jakości, inne do celów produkcyjnych, a inne np. do chłodzenia, hydrotransportu. W związku z tym układy oczyszczania wody na potrzeby przemysłu mogą być bardzo proste lub złożone.

Ponieważ nie do wszystkich celów przemysłowych niezbędna jest woda o bardzo dobrej jakości, to w wielu zakładach przemysłowych, tam gdzie jest to możliwe, stosuje się obiegi szeregowe, w których ścieki powstające w jednym wydziale po ich oczyszczeniu w wymaganym stopniu wykorzystywane są jako wody w innym wydziale. Ze względu na racjonalizację w gospodarowaniu wodą, często stosuje się obiegi zamknięte, co pozwala na zmniejszenie zużycia wody oraz ilości powstających ścieków.

Wiele zakładów przemysłowych na świecie wykorzystuje do celów produkcyjnych oczyszczone ścieki miejskie, a do celów chłodniczych wodę odnowioną. Są jednak takie gałęzie przemysłu, w których używana woda powinna być lepszej jakości niż woda do picia i na potrzeby gospodarcze.

Generalnie woda produkcyjna dla zakładów przemysłu spożywczego powinna odpowiadać

przepisom dotyczącym wody przeznaczonej na zaopatrzenie ludności. Jednak dla niektórych gałęzi przemysłu spożywczego woda powinna zawierać mniej żelaza i manganu niż woda do picia, charakteryzować się mniejszą intensywnością barwy, czasami mniejszą twardością i powinna być pozbawiona całkowicie substancji powodujących smak i zapach, a maksymalne stężenie azotanów nie może być większe od 10 g N/m3.

Woda wykorzystywana do produkcji żywności musi być pewna pod względem bakteriologicznym i nie powinna zawierać ubocznych produktów utleniania i dezynfekcji. Są również gałęzie przemysłu (fermentacyjny, mleczarski), w których woda nie może zawierać nadmiaru środka dezynfekcyjnego.

Woda dla przemysłu włókienniczego powinna mieć ograniczoną twardość, mętność, barwę i praktycznie nie powinna zawierać żelaza i manganu.

-Woda do farbowania powinna mieć twardość 1,5 val/m3 i barwę < 20 g Pt/m3, żelazo i mangan

łącznie < 0,2 g/m3 i być pozbawiona zawiesin.

-Woda do bielenia, przy którym używa się silnych utleniaczy, nie może zawierać żelaza > 0,05 g Fe/m3 i manganu > 0,1 g Mn/m3, gdyż wytrącające się po utlenieniu związki żelaza i manganu powodują plamy. Woda do prania, płukania i barwienia powinna mieć twardość < 3,5 val/m3. Wapń i magnez powodują strącanie niektórych barwników. Chrom może tworzyć kompleksy z barwnikami i powodować nierówne barwienie. Woda dla przemysłu tekstylnego powinna mieć skład często lepszy od wody do picia. W zakładach tekstylnych istnieje możliwość szeregowego wykorzystania wód przez wydziały produkcyjne o niższych wymaganiach w stosunku do jakości wody. Częściowe zamknięcie obiegów umożliwia również odzysk niektórych produktów, np. barwników.

Skład wody dla przemysłu papierniczego zależy od gatunku produkowanego papieru. Najwyższe gatunki wymagają najlepszej jakości wody. Barwa wody może wynosić od 15 g Pt/m3, dla produktów o najwyższej jakości, do 100 g Pt/m3, dla tektury i papieru gazetowego, zawiesiny od 0 do 20 g/m3,

WODA DO CELÓW BUDOWLANYCH

Woda jest dobrym rozpuszczalnikiem większości substancji stałych, dlatego stanowi w budownictwie, obok spoiw mineralnych, jeden z podstawowych składników zapraw i betonów. Odpowiednia zawartość wody zarobowej umożliwia przebieg procesu wiązania przy jednoczesnym nadaniu zaprawie odpowiedniej konsystencji i urabialności.

Składniki spoiwa częściowo rozpuszczają się w wodzie, ulegając przy tym hydrolizie i hydratacji. Z nasyconego roztworu wodnego częściowo wydzielają się produkty w postaci koloidalnej,które następnie przechodzą w stan krystaliczny. Siły van der Waalsa działające pomiędzy cząstkami koloidalnego osadu, zostają wówczas zastąpione znacznie większymi siłami wiązań atomowych i jonowych działających pomiędzy elementami sieci krystalicznej. Stopniowo cała masa twardnieje i wzrasta jej wytrzymałość.

W omawianym procesie bierze udział część wody zarobowej, pozostała ilość zapewnia uzyskanie odpowiedniej konsystencji.

Do zarabiania betonów i zapraw stosuje się wodę pitną (np. wodociągową) lub wody naturalnych cieków, zbiorników otwartych oraz wód podziemnych. Muszą być one przedtem poddane badaniom laboratoryjnym.

Woda występująca w przyrodzie wzbogacona jest często wieloma substancjami pochodzenia

mineralnego i organicznego. Wiele z tych związków wywołuje zakłócenia procesu wiązania cementu, obniża wytrzymałość betonów i zapraw, co może prowadzić do awarii budowlanych. Zanieczyszczenia wody zarobowej mogą powodować nieestetyczne plamy na powierzchni betonu, jak również doprowadzić do korozji zbrojenia w żelbecie.

Składnikami wody, które w zasadniczy sposób wpływają na te niekorzystne procesy, są:

- siarczany,

- siarkowodór,

- substancje humusowe,

- cukry.

Siarczany reagują ze składnikami zaczynu cementowego, tworząc związki znacznie zwiększające objętość układu i krystalizujące z przyłączeniem dużej liczby cząstek wody, np. sól Candlota, czyli uwodniony siarczano(VI)glinian wapnia

3 CaO • A12O3 • 3 CaSO4 • 31 H2O

Siarkowodór reaguje z wodorotlenkiem wapnia. Produkt tej reakcji - wodorosiarczek wapnia - Ca(HS)2 - jest łatwo rozpuszczalny w wodzie i nie wykazuje właściwości wiążących. Jednocześnie siarkowodór siarczki ulegają łatwo reakcji utleniania tworząc jony siarczanowe(IV) i siarczanowe(VI).

Cukry - tworzą z tlenkiem wapnia nietrwałe związki, w których cukier odgrywa rolę kwasu, np sól wapniowa sacharozy 3 CaO • C12H22O11 Obecność cukru w wodzie zarobowej jest bardzo szkodliwa, gdyż hamuje proces wiązania betonu i obniża jego wytrzymałość. Niekiedy obecność cukru może całkowicie uniemożliwić wiązanie.

Substancje humusowe występują głównie w gruntach i glebach bagiennych oraz torfowiskach. Należy do nich m.in. kwas huminowy. Kwas huminowy ma cztery grupy kwasowe zdolne do reakcji, posiada bardzo dużą masę, a z wodorotlenkiem wapnia tworzy nierozpuszczalny huminian wapniowy.

Kwasy humusowe są składnikami gleby próchnicznej, która zbudowana z drobnych cząstek zawiera czasem resztki tkanki roślinnej lub zwierzęcej.

W naszym kraju norma PN-88/B-32250 określa wymagania i metody badań wody używanej jako wody zarobowej. Według tej normy w zależności od przeznaczenia rozróżniamy dwie odmiany wody zarobowej:

odmianę 1 - wodę do betonów, zapraw i zaczynów, w których jest spoiwo cementowe lub cementowo-wapienne,

odmianę 2 - wodę do betonów i zapraw wykonywanych z innych niż w odmianie 1 spoiw mineralnych.

Powyżej cytowana norma określa wymagania ogólne (tab.3) i szczegółowe (tab.4). Tabela 3.

Lp.	Wymagania ogólne wody zarobowej
1	Barwa	Powinna odpowiadać barwie wody wodociągowej
2	Zapach	Woda nie powinna wydzielać zapachu gnilnego
3	Zawiesina	Woda nie powinna zawierać zawiesiny, np. grudek, kłaczków
4	pH	Nie mniej niż 4

Tabela 4.

Lp.	Wymagania szczegółowe wody zarobowej			Odmiana wody
		zanieczyszczenie	jednostka	nie więcej niż	1	2
1	Siarkowodór	mg/dm3	20	+	-
2	Siarczany	mg/dm3	600	+	-
3	Cukry	mg/dm^	500	+	-
4	Chlorki	mg/dm3	400	+	-
5	Twardość ogólna	mg/dm3	10	+	+
6	Sucha pozostałość	mg/dm3	1500	+	+

Znak "+" oznacza, że dana cecha dla danej odmiany jest wymagana.

Badania wody należy wykonywać w przypadku poboru wody z nowego źródła lub gdy w dotychczas wykorzystywanym ujęciu nastąpiło pogorszenie jej parametrów.

W przypadku stosowania wody pitnej wymagane jest jedynie badanie zawartości siarkowodoru

oraz zawartości cukru.

Wody mineralnej nie należy stosować do wykonywania betonu i zapraw.

2.Wykonanie ćwiczenia:

Nr ćw.	Nazwa ćwiczenia	Nazwa próbki	Wyniki, obserwacje	Wnioski !!
1.	BADANIA OGÓLNE WODY ZAROBOWEJ Sprawdzenie barwy	4A 4W 4C 4D	-próbka zgodna z barwą wody wodociągowej. -próbka zgodna z barwą wody wodociągowej. -próbka nie jest zgodna z barwa wody wodociągowej. -próbka nie jest zgodna z barwa wody wodociągowej.	Próbka A: spełnia wymagania ogólne wody zarobowej Próbka W: spełnia wymagania ogólne wody zarobowej Próbka C i D: nie spełnia wymagania ogólne wody zarobowej
2.	BADANIA OGÓLNE WODY ZAROBOWEJ Sprawdzenie zapachu	4A 4W 4C 4D	-próbka wody nie wydziela zapachu gnilnego -próbka wody nie wydziela zapachu gnilnego -próbka wody posiada charakterystyczny zapach -próbka wody posiada charakterystyczny zapach	Próbki A i W: spełnia wymagania ogólne wody zarobowej Próbka C i D: nie spełnia wymagania ogólne wody zarobowej
3.	BADANIA OGÓLNE WODY ZAROBOWEJ Sprawdzenie obecności zawiesiny	4A 4W 4C 4D	-próbka woda nie zawiera zawiesiny, np. grudek, kłaczków -próbka woda nie zawiera zawiesiny, np. grudek, kłaczków -próbka wody zawiera zawiesinę -próbka wody zawiera zawiesinę	Próbki A i W: spełnia wymagania ogólne wody zarobowej Próbki C i D: nie spełnia wymagania ogólne wody zarobowej
4.	BADANIA OGÓLNE WODY ZAROBOWEJ Oznaczanie odczynu (pH)	4A 4W 4C 4D	-7,05pH -7,15pH -7,20pH -7,03pH	Nie mniej niż 4 Wszystkie próbki spełniają wymagania ogólne wody zarobowej
6.	BADANIA SZCZEGÓŁOWE WODY ZAROBOWEJ Oznaczenie zawartości siarczanów(VT) metodą Winklera	4A 4W 4C 4D	czas jaki upłynął do momentu wystąpienia zmętnienia wody:5 s. czas jaki upłynął do momentu wystąpienia zmętnienia wody: 10s. - Czas jaki upłynął do momentu wystąpienia zmętnienia wody:30s	Zawartość jonu siarczanowego[mg/dm^3] 2A- 100[mg/dm^3] 2W- 70[mg/dm^3] 2C-<10[mg/dm^3] 2D-40 [mg/dm^3]
7.	BADANIA SZCZEGÓŁOWE WODY ZAROBOWEJ Oznaczenie zawartości cukrów	4W	Barwa i czas do jej wystąpienia: Czerwonoróżowa powstająca po kilku sekundach Zawartość cukru w wodzie: 0,001%- 10]mg/dm^3]	Wymagania szczegółowe wody zarobowej: cukry :nie więcej niż 500mg/dm
8.	BADANIA SZCZEGÓŁOWE WODY ZAROBOWEJ Oznaczenie chlorków	4A-2,7cm^3 4W-2,5cm^3 4C-3,0 cm^3 4D-2,5cm^3	x = (2,7 - 0,3) 0,5·10 = (2,7 - 0,3)·5=12 [mg/dm3] Cl x = (2,5 - 0,3) 0,5·10 = (2,5 - 0,3)·5=11 [mg/dm3] Cl x = (3,0 - 0,3) 0,5·10 = (3,0 - 0,3)·5=13,5[mg/dm3] Cl x = (2,5 - 0,3) 0,5·10 = (2,5 - 0,3)·5=11[mg/dm3] Cl	Zawartość jonów chlorkowych w wodzie:12[mg/dm3] Zawartość jonów chlorkowych w wodzie:11[mg/dm3] Zawartość jonów chlorkowych w wodzie:13,5[mg/dm3] Zawartość jonów chlorkowych w wodzie:11[mg/dm3]

---