Politechnika Wrocławska

Wydział Inżynierii Środowiska

Instytut Inżynierii Ochrony Środowiska

SPRAWOZDANIE Z ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

UTLENIANIE DOMIESZEK WODY

Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia było doświadczalne określenie przebiegu chlorowania wody zawierającej azot amonowy oraz wyznaczenie zapotrzebowania wody na chlor.

1. Wykonanie ćwiczenia

W ramach ćwiczenia należało:

• oznaczyć zawartość azotu amonowego w badanej wodzie metodą jodometryczną oraz określono jej pH. Przyjęto 12 dawek chloru w przedziale 2 - 20 gCl₂/m³,

• oznaczyć miano wody chlorowej metodą jodometryczną z objętości 5 cm³
  i na tej podstawie przeliczono przyjęte dawki chloru z gCl₂/m³ na cm³ wody chlorowej na 0,5 dm³ wody badanej,

• do 12 butelek z badaną wodą dodano rosnąco kolejne objętości wody chlorowej, odpowiadające przyjętym dawkom chloru, po czasie kontaktu 30 min we wszystkich próbkach wody oznaczono zawartość chloru pozostałego metodą jodometryczna oraz oznaczono pH i zawartość azotu amonowego metodą bezpośredniej nessleryzacji.

3. Oznaczenie miana wody chlorowej metodą jodometryczną

Obliczenia zawartości chloru

X - zawartość chloru z mg/dm³

a- ilość tiosiarczanu sodu zużytego na miareczkowanie, cm³

V - ilość wody chlorowej, cm³

0,886 - współczynnik przeliczeniowy dla stężenia Na₂S₂O₃= 0,025 n

mg Cl₂/dm³

Przyjęto wartość 1151,8 mgCl₂/dm³.

Wymagana objętość wody chlorowej

1,1518 mgCl₂ - 1 ml

2 mg - x

x = 1,74 ml

Dawki chloru obliczono według wzoru

D =x* C_NH4, gdzie x = 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 17, 18, 19, 20

4. Oznaczenie zawartości azotu amonowego w badanej wodzie metodą nessleryzacji

Przyjęto dwa rozcieńczenia:

• rozcieńczenie 1:2

• rozcieńczenie 1:4

Badane próbki porównano ze skalą wzorców.

Wyniki:

1) Próba 1 stężenie N- NH₄⁺ wynosi: 0,025 mg NH₄/100ml = 0,5 mg/dm³

2) Próba 2 stężenie N-NH₄⁺ wynosi: 0,025 mg NH₄/100ml= 1 mg/dm³

Do dalszych obliczeń przyjęto wartość stężenia azotu amonowego równą 1 mg/dm³.

5. Przykładowe obliczenia

Obliczenie zawartości chloru wolnego

X - zawartość chloru z mg/dm³

a - ilość tiosiarczanu sodu zużytego na miareczkowanie chloru w badanej próbie, cm³

V - objętość próbki wody użytej do oznaczenia , cm³

0,1772 - współczynnik przeliczeniowy dla stężenia Na₂S₂O₃= 0,05 n

Obliczenie dla wartości:

a = 2,80 cm³ Na₂S₂O₃

V=100 cm³

X= 4,96 mgCl₂/dm³

Obliczenie zawartości azotu amonowego

Wartość odczytana ze skali wzorców dla próby 1 wynosiła: 0,035 mgNH₄/100ml

0,035 mg -100 cm³

x mg - 1000 cm³

x = 0,35 mgNH₄/dm³ dla rozcieńczenia 1:2

0,35 mgNH₄/dm³ * 2= 0,70 mgNH₄/dm³

6. Zestawienie wyników

Uzyskane wyniki obliczeń przedstawiono poniżej w formie tabeli.
Zależności pomiędzy poszczególnymi wartościami przedstawiono na wykresach 1- 3.

Dawka x* CNH4		2	4	6	8	10	12	14	16	17	18	19	20
DCl2	mgCl2/dm^3	2	4	6	8	10	12	14	16	17	18	19	20
DCl2	ml/dm^3	1,74	3,48	5,22	6,96	8,70	10,44	12,18	13,92	14,79	15,66	16,43	17,40
DCl2	ml/0,5dm^3	0,87	1,74	2,61	3,48	4,35	5,22	6,09	6,96	7,40	7,83	8,27	8,70

Dawka x* CNH4		2	4	6	8	10	12	14	16	17	18	19	20
pH		7,44	7,40	7,21	7,10	6,98	6,82	6,70	6,55	6,53	6,50	6,50	6,49
N-NH4^+	rozcieńczenie	1:2	1:2	1:1	1:1	1:1	1:1	1:1	1:1	-	-	-	-
		mgNH4^+/100ml	0,035	0,0275	0,05	0,004	0	0	0					0
		mgNH4^+/dm^3	0,70	0,55	0,5	0,04	0	0	0					0
Cl2	ml	-	2,80	3,10	3,65	3,80	3,35	2,10	2,20	2,40	2,75	3,80	3,90
Cl2 poz	mgCl2/dm^3	-	4,96	5,49	6,47	6,73	5,94	3,72	3,90	4,25	4,87	6,73	6,91

Próba „0”
pH		7,98
N-NH4^+	mg NH4^+/dm^3	1,00

Wykres 1. Krzywa zmian stężenia azotu amonowego w zależności od dawki chloru.

Wykres 2. Krzywa przebiegu chlorowania wody zawierającej azot amonowy.

Wykres 3. Wpływ dawki chloru na pH badanej wody.

7. Wnioski

Na wykresie 2 przedstawiono krzywą przebiegu chlorowania wody do punktu przełamania. Wyraźne ekstrema (maksimum i minimum) przy chlorowaniu do punktu przełamania występują tylko w zakresie pH=6,82-7,10. Minimum krzywej chlorowania występuje w wodach nie zawierających azot amonowy i nieznaczne ilości związków organicznych. Stosunek wagowy Cl₂:N-NH₄=7,34:1 jest wartością teoretyczną,
w praktyce do uzyskania tego punktu wymagany jest większy nadmiar chloru 10:1
(czasem 15:1). Reakcje zachodzące w punkcie przełamania powodują zmianę pH,
i tak z zastosowaniem wody chlorowej pH zmniejsza się.

Obecność azotu amonowego w wodzie wpływa negatywnie na proces jej oczyszczania. Dużą skuteczność jego usuwania zapewnia chlorowanie do punktu przełamania, powodując utlenianie NH₄ ⁺ do N₂ . Wraz ze zwiększaniem dawki chloru ilość azotu amonowego maleje i już przy dawce 10 gCl₂/m³ wynosi 0.

Wymagana jest duża dawka chloru, przy czym istnieje niebezpieczeństwo powstawania chlorowanych związków.

Nadmiar chloru w wodzie powyżej 0,7 mg/l nadaje jej przykry smak.

Zapotrzebowaniem chloru określa się najmniejszą ilość wolnego chloru wyrażoną
w mg/l Cl₂, która dodana do 1 litra wody w 20ºC po 30 min. kontakcie z wodą daje 0,1 mg/l pozostałego chloru, które oznacza się doświadczalnie. Czasem chlorowanie wolnym chlorem prowadzi się z udziałem np. KMnO₄, związków srebra lub miedzi. Poza chlorem wolnym używa się podchlorynów: sodu (NaOCl), wapnia, wapno chlorowane (CaClOCl),
dwutlenek chloru ClO₂ oraz chloraminy.

Do usuwania nadmiaru stosuje się środki fizyczne i chemiczne:

• napowietrzanie,

• węgiel aktywny,

• środki chemiczne takie jak: tiosiarczan sodowy, siarczyn sodowy, dwutlenek siarki.

Zapotrzebowanie wody na chlor na podstawie przebiegu zmian zawartości chloru pozostałego w funkcji dawki chloru wynosi 14,2 mg/l.

Wartość stosunku dawki chloru w punkcie przełamania do wyjściowej zawartości azotu amonowego w wodzie wynosi Cl₂:N-NH₄=14,2(14,2/1,0).

---