|
INSTYTUT INŻYNIERII ŚRODOWISKA UNIWERSYTET ZIELONOGÓRSKI
|
|
|
OCZYSZCZANIE WODY LABORATORIUM
|
|
III ROK INŻYNIERII ŚRODOWISKA STUDIA DZIENNE GRUPA 37 B
|
15.10.2013 TYDZIEŃ 3 |
|
TEMAT Koagulacja domieszek wód zmienną dawką
AUTORZY OPRACOWANIA:
JAKUB WOŹNIAK DOROTA FRANKIEWICZ EWA KOŁOSZYC PIOTR WAŚKOWICZ
|
CZĘŚĆ TEORETYCZNA
Koagulacja jest procesem powszechnie stosowanym w oczyszczaniu większości wód powierzchniowych, rzadziej infiltracyjnych i podziemnych. Jest to metoda oczyszczania wód zawierających koloidy oraz zawiesiny trudno opadające. Podwyższona mętność oraz opalescencja wody wskazują na obecność w niej koloidów. Natomiast obecność zawiesin trudno opadających można określić na podstawie wyników analizy sedymentacyjnej. W przypadku braku tych danych, wartość indeksu (Im), będącego ilorazem zawartości zawiesin oraz mętności oczyszczanej wody, pozwala oszacować charakter zawiesin obecnych w wodzie.
W wyniku koagulacji usuwane są z wody cząstki trudno opadające oraz koloidalne decydujące o mętności wody lub intensywności jej barwy. Wśród koloidów powodujących mętność dominują koloidy hydrofobowe, zaś wśród decydujących o intensywności barwy - koloidy hydrofilowe. Tak więc z wód usuwane muszą być zarówno koloidy hydrofobowe (cząstki zawiesin nieorganicznych i bezwodne tlenki metali), jak i hydrofilowe (cząstki organiczne zawieszone, żywe i martwe mikroorganizmy oraz uwodnione tlenki metali).
Do naturalnych składników koloidalnych powodujących mętność wody należą cząstki: glin (zawierające głównie glinokrzemiany o wzorze xAl2O3*ySiO2*zH2O), krzemionki koloidalnej, iłów oraz koloidalne formy niektórych związków chemicznych wytrącających się w środowisku wodnym, np.CaCO3. Natomiast naturalne koloidalne domieszki barwne, to głównie związki humusowe, których stopień dysocjacji, a tym samym intensywność barwy, zwiększają się wraz z wartością pH oczyszczanej wody. Coraz częściej z wód zanieczyszczonych poza koloidami pochodzenia naturalnego usuwane muszą być koloidy obce (np. skrobia, białka, celuloza, barwniki organiczne itp.) trafiające do wód, np. ze ściekami. Rodzaj i właściwości tych koloidów zależą od składu ścieków, są to jednak najczęściej hydrofilowe powodujące często stabilizację koloidów naturalnych, a więc utrudniające destabilizację i aglomerację tych ostatnich. Do destabilizacji takich układów koloidalnych wymagane są duże dawki koagulantów, a niekiedy utleniacze chemiczne stosowane w celu zniszczenia koloidów ochronnych. Podobne działanie stabilizujące naturalne koloidy mineralne wykazują substancje humusowe.
Właściwie przebiegająca koagulacja zapewnia nie tylko duży stopień usuwania koloidów i zawiesin trudno opadających, ale również zasocjowanych z nimi innych zanieczyszczeń, w tym również mikrozanieczyszczeń. Tak więc efektem skutecznej koagulacji jest zmniejszenie mętności, intensywności barwy, wskaźników zanieczyszczenia organicznego, w tym prekursorów ubocznych produktów dezynfekcji i utleniania chemicznego oraz zawartości wielu mikrozanieczyszczeń, głównie występujących w oczyszczanej wodzie w postaci form trudno rozpuszczalnych lub asocjatów z cząstkami stałymi.
Rodzaje koagulacji:
CZĘŚĆ EKSPERYMENTALNA
Na początku ćwiczenia przygotowaliśmy 6 pojemnikóww o pojemności 2dm3, które napełniliśmy do 1 dm3 woda surową. Następnie dawkowaliśmy odpowiednio roztwór koagulantu od 1 mg Al/dm3 do 5 mg Al/dm3. Podczas dodawania koagulantu przeprowadziliśmy szybkie mieszanie (180-200 obr/min) w czasie 1 minuty. Po minucie zmniejszyliśmy obroty do 30 obr/min (wolne mieszanie) przez 15 minut, podczas którego można było zaobserwować, że próby 3 i 4 są najbardziej klarowne. Później próbki przez 15 minut sedymentowały. Po osadzeniu się kłaczków przeprowadziliśmy oznaczenia pH, zasadowości ogólnej, mętności, barwy i utlenialności wody surowej i prób.
Tabela 1
Rodzaj koagulantu |
Dawka: mg Al /dm3 |
Objętość V(cm3) koagulantu odpowiadająca dawce wyrażonej w mg Al/dm3 |
Al2(SO4)3*18H2O |
1
|
1 |
|
2 |
2 |
|
3 |
3 |
|
4 |
4 |
|
5 |
5 |
|
6 |
6 |
Tabela 2
Nr próby |
Wskaźnik |
Jednostka |
Woda surowa |
Dawka koagulantu, mgAl(Fe)/dm3 |
||||
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
1 |
pH |
- |
7,83 |
7,69 |
7,67 |
7,66 |
7,65 |
7,61 |
2 |
zasadowość |
mval/dm3 |
3,0 |
2,8 |
2,7 |
2,6 |
2,5 |
2,2 |
3 |
barwa |
mgPt/dm3 |
97,5 |
39,7 |
14,4 |
8,9 |
7,8 |
6,5 |
4 |
mętność |
NTU |
119 |
19,4 |
6,01 |
4,21 |
2,51 |
2,32 |
5 |
utlenialność |
mgO2/dm3 |
4,1 |
2,7 |
2,6 |
2,5 |
2,3 |
2,1 |
barwa
ηx, (%) = (x0-xk)/x0 * 100%
η1, (%) = (97,5-39,7)/ 97,5*100% = 59,28 %
η2, (%) = (97,5-14,4)/ 97,5*100% = 85,23 %
η3, (%) = (97,5-8,9)/ 97,5*100% = 90,87 %
η4, (%) = (97,5-7,8)/ 97,5*100% = 92,00 %
η5, (%) = (97,5-6,5)/ 97,5*100% = 93,33 %
mętność
η1, (%) = (119-19,4)/ 119*100% = 83,70 %
η2, (%) = (119-6,01)/ 119*100% = 94,95 %
η3, (%) = (119-4,21)/ 119*100% = 96,46 %
η4, (%) = (119-2,51)/ 119*100% = 97,89 %
η5, (%) = (119-2,32)/ 119*100% = 98,05 %
utlenialność
η1, (%) = (4,1-2,7)/ 4,1*100% = 34,15 %
η2, (%) = (4,1-2,6)/ 4,1*100% = 36,59 %
η3, (%) = (4,1-2,5)/ 4,1*100% = 39,02 %
η4, (%) = (4,1-2,3)/ 4,1*100% = 43,90 %
η5, (%) = (4,1-2,1)/ 4,1*100% = 48,78 %
Powyższe dane zostały przedstawione na wykresie (załącznik 1).
PODSUMOWANIE I WNIOSKI
Wraz ze wzrostem dawki koagulantu oczyszczana woda stawała się bardziej klarowna, poza próbą piątą (mogło to wynikać z krótszego wirowania szybkiego). Według „Rozporządzenia Ministra Zdrowia w sprawie jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi” woda po koagulacji nie spełnia wymogów do spożycia w kwestii jej mętności (wg Rozporządzenia maksymalnie 1 NTU). Doświadczenie może zawierać błędy wywołane mieszaniem prób po koagulacji w skutek przemieszczania prób, bądź zbyt krótkiego czasu sedymentacji.
LITERATURA
1) B. i E. Gomółkowie, Ćwiczenia laboratoryjne z chemii wody, Politechnika Wrocławska, Wrocław, 1992
2) Dz.U. 2010 nr 72 poz. 466, Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 20 kwietnia 2010 r. w sprawie jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi