Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie Wydział Górnictwa i Geoinżynierii
Rok akademicki: 2015/2016	Przedmiot: Technologie oczyszczania wody i ścieków.	Rok studiów: II
Data wykonania 09.12.2015	Temat: Chemiczne oczyszczenie ścieków - neutralizacja.	Prowadzący: dr Anna Hołda
Data oddania 12.2015	Student: Daria Bidzińska	Ocena:

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia było ustalenie warunków neutralizacji ścieków kwaśnych i zasadowych.

2. Wstęp teoretyczny

Odczyn pH roztworu - określa stężenie, a ściślej aktywność jonów wodorowych wyrażoną
w molach na dm³.

Tabela 2 - Skala odczynu pH wody.

Odczyn roztworu	pH
Kwaśny	<7
Zasadowy	>7
Obojętny	7
Wody naturalne	6,5-8,5

Przewodnictwo właściwe wody - zdolność roztworu wodnego do przewodzenia prądu elektrycznego. Definiowane jako odwrotność oporu właściwego słupa cieczy zawartego między elektrodami o powierzchni 1cm³ oddalonymi od siebie o 1cm.

G=1/R [mS/cm]

Tabela 3 - Skala czystości wody.

Stopień czystości wody	Przewodnictwo [mS/cm]
Ultra czysta - dejonizowana	5,5-10·10^-5
Destylowana	0,1-1·10^-4
Pitna	5-50
Morska	5000

Zasadowość - zdolność wody do zobojętniania mocnych kwasów mineralnych wobec umownych wskaźników. Właściwość tę nadają jej wodorowęglany, węglany oraz rzadziej wodorotlenki, borany, krzemiany i fosforany.

1. Alkaliczna - występuje dla pH>8,3

2. Całkowita - występuje dla pH> 4,6

Kwasowość - powodują: wolny CO2, kwasy mineralne i organiczne oraz produkty hydrolizy soli obecnych w wodzie.

1. Mineralna - występuje dla pH<4,6. Woda charakteryzuje się silnie korozyjnymi właściwościami wobec betonu i metali.

2. Ogólna - występuje dla 4,6<pH<8,3

Neutralizacja - proces chemicznego zobojętnienia ścieków o odczynie kwaśnym lub zasadowym, przy użyciu odpowiednich reagentów. Proces ten jest stosowany w zależności od potrzeb jako proces wstępny, wspomagający lub ostateczny przed odprowadzeniem ścieków do odbiornika i zależy od stężenia wolnych kwasów i zasad w ściekach, pH roztworu, rodzaju czynnika neutralizującego, intensywności mieszania w urządzeniach do neutralizacji.

Metodami neutralizacji ścieków są:

• wzajemne wymieszanie ścieków kwaśnych z odpływami alkalicznymi tego samego lub najbliższego zakładu

• wykorzystanie rezerwy neutralizacyjnej odbiornika dzięki istnieniu naturalnej zasadowości wody

• saturacja ścieków zasadowych gazami spalinowymi lub kominowymi zawierającymi 10÷15% CO₂ (rekarbonizacja)

• przepuszczanie ścieków kwaśnych przez złoża zasadowe

• dawkowanie różnych odczynników (NaOH lub Ca(OH)₂)

Spis literatury i stron internetowych:

1. Technologia wody i ścieków - Ćwiczenia laboratoryjne, część 1 i 2 - Agnieszka Gala, Anna Hołda, Ewa Kisielowska, Anna Młynarczykowska, Stanisława Sanak-Rydlewska - Wydawnictwo AGH

3. Wykonanie ćwiczenia

1. Pomiar pH

W osobnych próbkach ścieku kwaśnego i zasadowego umieszczono pehametr (uprzednio skalibrowany roztworem buforowym), który dokonał pomiaru odczynu próbek.

2. Pomiar przewodnictwa

W osobnych próbkach ścieku kwaśnego i zasadowego umieszczono konduktometr (uprzednio skalibrowany roztworem wzorcowym 0,1M KCl), który dokonał pomiaru przewodności próbki.

Parametr	Ściek zasadowy	Ściek kwaśny
pH [-]	12,4	1,6
Przewodnictwo [mS/cm]	18,1	31,2

3. Oznaczanie zasadowości alkalicznej wobec fenoloftaleiny

Do kolby stożkowej odmierzono 50cm³ próbki ścieku. Konicznym było rozcieńczenie próbki 20-krotnie. Dlatego w kolbie miarowej umieszczono 5cm³ próbki zasadowego ścieku, a pozostałą objętość (do 100 cm³) uzupełniono wodą destylowaną do kreski, do uzyskania menisku wklęsłego. Do próbki dodano 3 krople fenoloftaleiny i zaobserwowano odbarwienie na kolor różowy. Rozpoczęto oznaczanie zasadowości alkalicznej, miareczkując roztworem HCl o stężeniu 0,1M, aż do zaniku zabarwienia.

Wszystkie próbki poddano rozcieńczaniu i przebiegało to w opisany powyżej sposób. Oznaczanie wszystkich próbek powtórzono dwukrotnie do uzyskania dwóch zbliżonych wyników nie różniących się więcej niż o 0,2cm³ zużytego do miareczkowania titranta.

4. Oznaczanie zasadowości całkowitej wobec oranżu metylowego

W kolbie stożkowej umieszczono 5cm³ próbki zasadowego ścieku, rozcieńczonego 20-krotnie wodą destylowaną. Do próbki dodano 3 krople oranżu metylowego i zaobserwowano odbarwienie na kolor żółty. Rozpoczęto oznaczanie zasadowości całkowitej, miareczkując roztworem HCl o stężeniu 0,1M, aż do zmiany zabarwienia na pomarańczowy.

5. Oznaczanie kwasowości mineralnej

W kolbie stożkowej umieszczono 1cm³ próbki kwasowego ścieku, rozcieńczonego 100-krotnie wodą destylowaną. Do próbki dodano 3 krople oranżu metylowego i zaobserwowano odbarwienie na kolor pomarańczowy. Rozpoczęto oznaczanie kwasowości mineralnej, miareczkując roztworem NaOH o stężeniu 0,1M, aż do zmiany zabarwienia na żółty.

6. Oznaczanie kwasowości ogólnej

W kolbie stożkowej umieszczono 1cm³ próbki kwasowego ścieku, rozcieńczonego 100-krotnie wodą destylowaną. Do próbki dodano 3 krople fenoloftaleiny i nie zaobserwowano żadnego odbarwienia. Rozpoczęto oznaczania kwasowości ogólnej, miareczkując roztworem NaOH o stężeniu 0,1M, aż do zmiany zabarwienia na słabo różowy, utrzymujący się nie krócej niż 3 minuty.

	Zasadowość alkaliczna	Zasadowość całkowita	Kwasowość mineralna	Kwasowość ogólna
CHCl [M]	0,1	0,1	-	-
CNaOH [M]	-	-	0,1	0,1
Vpróbki [cm^3]	5	5	1	1
V1 titranta [cm^3]	4,8	4,9 (przemiareczkowane)	2,1	2
V2 titranta [cm^3]	4,6	4,6	2,6 (przemiareczkowane)	2,1
V3 titranta [cm^3]	-	4,5	2,1	-
V średnie [cm^3]	4,7	4,55	2,1	2,05

4. Opracowanie wyników

1. Oznaczanie zasadowości alkalicznej Z_p:

a - objętość 0,1M HCl użyta do miareczkowania badanej próbki ścieku, [cm³]

V - objętość próbki wody użytej do oznaczania, [cm³]

2. Oznaczanie zasadowości całkowitej Z_m:

b - objętość 0,1M HCl użyta do miareczkowania badanej próbki ścieku, [cm³]

V - objętość próbki wody użytej do oznaczania, [cm³]

3. Oznaczanie kwasowości mineralne K_wn:

a - objętość 0,1M NaOH użyta do miareczkowania badanej próbki ścieku, [cm³]

V - objętość próbki wody użytej do oznaczania, [cm³]

4. Oznaczanie kwasowości ogólnej K_og

a - objętość 0,1M NaOH użyta do miareczkowania badanej próbki ścieku, [cm³]

V - objętość próbki wody użytej do oznaczania, [cm³]

5. Neutralizacja przez wzajemne wymieszanie ścieków kwaśnych i alkalicznych

Warunkiem prawidłowo przeprowadzonej neutralizacji jest uzyskanie założonej wartości odczynu ścieków. W tym celu należy połączyć 1 objętość ścieków kwaśnych z X objętościami ścieków alkalicznych, przy czym X oblicza się ze wzoru:

A - kwasowość mineralna ścieków kwaśnych K_wm [mval/dm³]

B - zasadowość alkaliczna (wobec fenoloftaleiny) ścieków alkalicznych Z_p [mval/dm³]

C - ½ różnicy zasadowości ogólnej i zasadowości alkalicznej ścieków alkalicznych ½ (Z_m-Z_p) [mval/dm³]

ścieków alkalicznych

W badaniach należy tak dobrać stosunek objętościowy ścieków alkalicznych i kwaśnych, żeby objętość mieszaniny była stała i wynosiła 0,5dm³.

Próbkę przygotowaną na podstawie obliczeń dokładnie wymieszano i przeniesiono do cylindra na 0,5dm³. Pobrać 10cm³ ścieków i oznaczono odczyn. Odczyn wyniósł 2,2, stąd wiadomo iż proces neutralizacji został przeprowadzony nieprawidłowo, gdyż próbka powinna mieścić się w zakresie 6,5-9.

6. Neutralizacja ścieków kwaśnych mlekiem wapiennym

Dawkę wodorotlenku wapnia potrzebną do neutralizacji ścieków kwaśnych można orientacyjnie ustalić na podstawie oznaczenia kwasowości ścieków surowych. Teoretyczna dawkę CaO obliczamy według wzoru:

A - kwasowość mineralna ścieków kwaśnych K_wm [mval/dm³]

B - ½ różnicy kwasowości ogólnej i mineralnej ścieków kwaśnych ½ (K_og-K_wm) [mval/dm³]

28 - przelicznik, 1mval CaO = 28mg CaO

Obliczenia wykonano, lecz doświadczenia nie przeprowadzano.

7. Neutralizacja ścieków kwaśnych wodorotlenkiem sodu

Dawkę wodorotlenku sodu potrzebną do neutralizacji ścieków kwaśnych można orientacyjnie ustalić na podstawie oznaczenia kwasowości ścieków surowych. Teoretyczna dawkę NaOH obliczamy według wzoru:

A - kwasowość mineralna ścieków kwaśnych K_wm [mval/dm³]

B - ½ różnicy kwasowości ogólnej i mineralnej ścieków kwaśnych ½ (K_og-K_wm) [mval/dm³]

40 - przelicznik, 1mval NaOH = 40mg NaOH

Obliczenia wykonano, lecz doświadczenia nie przeprowadzano.

Podsumowanie i wnioski

Po przeprowadzeniu wszelkich obliczeń wszystkie wyniki zestawiono w Tabeli 9.

Przewodność: Zgodnie z skalą czystości wody (Tabela 3) określanej na podstawie przewodności, stwierdzono, że badana próba wody, której przewodność wyniosła 0,226[mS/cm], jak i ścieku (1,395 [mS/cm]) znajdują się na pograniczu wody destylowanej
i pitnej.

pH: Odczyn pH próbki wody (8,07) mieści się w normie skali wód naturalnych. Ściek natomiast miał charakter silnie kwaśny (2,48).

Ponadto, zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Środowiska z dnia 29 marca 2007 r.
w sprawie jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi, badana próbka spełnia wymogi, gdyż pH i przewodność mieszczą się w dopuszczalnych granicach: pH 6,5-9,5,
a przewodność do 2500 [mS/cm].

Zasadowość i kwasowość: Próbka wody analizowana była pod kątem zasadowości całkowitej
i kwasowości ogólnej, z czego wynika, że jej odczyn pH powinien znajdować się między 4,5,
a 8,3. Badanie pehametrem wykazało, że jest to prawda.

Próbka ścieku analizowana była pod kątem kwasowości mineralnej i kwasowości ogólnej, co potwierdza kwasowy charakter płynu.

Wszelkie niezgodności są wynikiem niedokładności i błędów pomiarów. Najbardziej narażone na błąd są metody, w których wykorzystywane są ludzkie zmysły, jak np. analiza miareczkowa i konieczność obserwowania zmiany barwy.

---