UNIWERSYTET ZIELONOGÓRSKI Instytut Inżynierii Sanitarnej Zakład Technologii Wody, Ścieków i Odpadów

Ćwiczenia laboratoryjne z Technologii Wody i Ścieków

Chlorowanie ścieków

WYKONALI:

TOMASZ KLOC

MIRON NOWAK

PIOTR ZIELIŃSKI

DAMIAN PIETRZAK

GR. 36B

1. CZĘŚĆ TEORETYCZNA

Istnieje kilka metod usuwania azotu amonowego:

- przez odpędzanie

- wymiana jonowa

- wymiana jonowa na klinoptylolicie

- utlenianie chlorem

- utlenianie ozonem

Reakcje chloru z azotem amonowym - przebieg powstawania chloramin można opisać następująco:

NH₃ + OCl^- → NH₂Cl + OH^-

2NH₂Cl + H⁺ → NHCl₂ + NH₄

3NHCl₂ + H⁺ → 2NCl₃ + NH₄

W przypadku dużych dawek chloru może nastąpić bezpośrednia reakcja azotu amonowego z chlorem:

NH₄ + HOCl → NH₂Cl + H₂O + H⁺

NH₄ + 2HOCl → NHCl₂ + 2H₂O + H⁺

NH₄ + 3HOCl → NCl₃ + 3H₂O + H⁺

Rodzaj chloramin - zależy głównie od odczynu i tak wyróżniamy dla:

pH > 8 - monochloraminy,

pH 8 - 5 - monochloraminy, dwuchloraminy i azot amonowy równowagowy,

pH 5 - 3 - dwuchloraminy, trójchloroazot i azot amonowy równowagowy,

pH < 3 - trójchloroazot i azot amonowy równowagowy.

Warunki stosowania przy utlenianiu chlorem:

Usuwanie azotu amonowego przez utlenianie chlorem ma sens tylko przy małym stężeniu azotu amonowego rzędu 10 mg/dm³N i niewielkim zasoleniu - ciała rozpuszczone rzędu 500 - 600 mg/dm³. Do usunięcia 1 g azotu amonowego potrzeba 10 g chloru, co powoduje przyrost 10 g chlorków.

Wpływ czynników fizycznych na proces chlorowania:

Wpływ na proces chlorowania ma sposób zobojętniania wody chlorowej i intensywność mieszania. Proces chlorowania najlepiej przeprowadzić w komorze o parametrach:

- czas przetrzymania min. 30 min.

- intensywność mieszania 40 s^-1

- dawkowanie wody chlorowej wielopunktowe

Chlorowanie ścieków może spełniać różnorodne zadania zależnie od warunków technologicznych występujących w poszczególnych fazach procesu oczyszczania:

Główne cele chlorowania to:

• dezynfekcja ścieków oczyszczonych mechanicznie, biologicznie lub z zastosowaniem wysokoefektywnych metod tzw. trzeciego stopnia oczyszczania

• utlenianie azotu amonowego oraz resztkowych substancji organicznych mających swój udział w BZT₅ lub ChZT ścieków

• zapobieganie rozwojowi w ściekach bakterii formujących narosty w przewodach ściekowych

• usuwanie zapachów i zapobieganie powstawaniu warunków beztlenowych w urządzeniach oczyszczalni

• usuwanie barwy i innych zanieczyszczeń refrakcyjnych powodowanych przez dopływ ścieków przemysłowych

• podniesienie efektów usuwania BZT₅ ścieków

Na przebieg chlorowania ścieków wywierają wpływ:

• skład ścieków

• własności dezynfekcyjne powstałych produktów chlorowania

• rodzaj i dawki reagentów

• obecność katalizatorów

• sposób prowadzenia procesu chlorowania

• odczyn

• temperatura

Wprowadzony do ścieków chlor spełnia kilka czynności:

• utlenia i chloruje związki nieorganiczne

• utlenia i chloruje związki organiczne

• powoduje dezaktywację wirusów i bakterii

Chlorowanie można stosować:

• jako końcowy proces w układzie technologicznym, mający na celu głównie dezynfekcję ścieków

• jako końcowy proces w układzie technologicznym, mający na celu dezynfekcję połączoną z utlenianiem azotu amonowego

• jako metoda usuwania azotu amonowego

Zalety chlorowania do punktu przełamania:

• niski koszt inwestycyjny

• możliwość dokładnego regulowania dawki stosowanie do aktualnego zapotrzebowania

• możliwość połączenia tej metody z metoda usuwania amoniaku przez napowietrzanie

• nie ma niebezpiecznego zanieczyszczenia atmosfery amoniakiem

Główne wady chlorowania do punktu przełamania:

• wysoka dawka chloru do całkowitego utlenienia amoniaku do azotu

• zwiększenie zasolenia ścieków przez wydzielane jony chlorkowe

• powstawanie szkodliwych chloramin

2. CZĘŚĆ OBLICZENIOWA

CEL ĆWICZENIA:

Zasadniczym celem ćwiczenia jest zapoznanie się z chemizmem procesu chlorowania ścieków oraz wpływu zanieczyszczeń obecnych w ściekach na ten proces.

WYKONANIE ĆWICZENIA:

Ścieki chlorowaliśmy zmiennymi dawkami chloru, które obliczyliśmy na podstawie zawartości azotu amonowego. Zastosowaliśmy następujące dawki chloru:

- 2,5 mg N-NH₄/dm³ Cl₂,

- 5,0 mg N-NH₄/dm³ Cl₂,

- 7,5 mg N-NH₄/dm³ Cl₂,

- 10,0 mg N-NH₄/dm³ Cl₂,

- 12,5 mg N-NH₄/dm³ Cl₂.

Do 0,5 dm3 erlenmajerki ze szlifem wlaliśmy po 0,5 dm3 ścieków, dodaliśmy obliczone dawki 0,1 m NaOH oraz wody chlorowej, starannie wymieszaliśmy i zamknęliśmy szczelnie korkiem. Po upływie 30 min. kontaktu ścieków z chlorem wykonaliśmy następujące oznaczenia:

- chlor pozostały jodometrycznie,

- azot amonowy po 1 min kontaktu z odczynnikiem,

- pH.

WYNIKI I OBLICZENIA:

• Azot amonowy w ściekach surowych:

E = 0,174

S = 0,174 * 10 * 6,25 = 10,8 mg/dm³

• pH w ściekach surowych:

pH = 7,5

• Miano wody chlorowej [mgCl₂/dm³]:

a- ilość 0,025 m Na₂S₂O₃ zużytego do miareczkowania - 25,0 [cm³]

f- dla 0,025 m Na₂S₂O₃ wynosi - 0,886

V - objętość próbki - 10 [cm³]

b = 0

mg Cl₂/dm³

• Dawki chloru:

• obliczenie dawki chloru [mgCl₂/dm³]:

2,5
NH₄ = 2,5
10,8 = 27 [mgCl₂/dm³]

5,0
NH₄ = 5,0
10,8 = 54 [mgCl₂/dm³]

7,5
NH₄ = 7,5
10,8 = 81 [mgCl₂/dm³]

10,0
NH₄ = 10,0
10,8 = 108 [mgCl₂/dm³]

12,5
NH₄ = 12,5
10,8 = 135 [mgCl₂/dm³]

• dawki chloru w przeliczeniu na [ml/dm³]:

1 cm³ wody chlorowej - 2,21 mg Cl₂

X cm³ - 27 mg Cl₂

-------------------------------

X = 12,3 cm³ Cl₂/dm³

1 cm³ wody chlorowej - 2,21 mg Cl₂

X cm³ - 54 mg Cl₂

-------------------------------

X = 24,5 cm³ Cl₂/dm³

1 cm³ wody chlorowej - 2,21 mg Cl₂

X cm³ - 81 mg Cl₂

-------------------------------

X = 36,8 cm³ Cl₂/dm³

1 cm³ wody chlorowej - 2,21 mg Cl₂

X cm³ - 108 mg Cl₂

-------------------------------

X = 49,1 cm³ Cl₂/dm³

1 cm³ wody chlorowej - 2,21 mg Cl₂

X cm³ - 135 mg Cl₂

-------------------------------

X = 61,4 cm³ Cl₂/dm³

Dawka chloru [mg/dm^3Cl2]	Dawka chloru w przeliczeniu na [ml/dm^3]
27	12,3
54	24,5
81	36,8
108	49,1
135	61,4

• Chlor pozostały w ściekach po procesie chlorowania:

a- ilość 0,025m Na₂S₂O₃ zużytego do miareczkowania

f- dla 0,01m Na₂S₂O₃ wynosi 0,354

V- objętość próbki 100

b= 0

Dawka chloru = 27 [mgCl₂/dm³]

• ilość 0,025m Na₂S₂O₃ zużytego do miareczkowania = 1,2 [cm³]

Dawka chloru = 54 [mgCl₂/dm³]

• ilość 0,025m Na₂S₂O₃ zużytego do miareczkowania = 1,9 [cm³]

Dawka chloru = 81[mgCl₂/dm³]

• ilość 0,025m Na₂S₂O₃ zużytego do miareczkowania = 1,6 [cm³]

Dawka chloru = 108 [mgCl₂/dm³]

• ilość 0,025m Na₂S₂O₃ zużytego do miareczkowania = 4,1 [cm³]

Dawka chloru = 135 [mgCl₂/dm³]

• ilość 0,025m Na₂S₂O₃ zużytego do miareczkowania = 6,1 [cm³]

• Azot amonowy w ściekach po procesie chlorowania:

Oznaczenie azotu amonowego w ściekach po procesie chlorowania przeprowadzaliśmy w dwóch rozcieńczeniach: w 1:10 oraz w 1:25

rozcieńczenie 1:10

Dawka chloru = 27 [mgCl₂/dm³]

• E = 0,050

S = 0,050
6,25 = 0,31 [mg/dm³]

Dawka chloru = 54 [mgCl₂/dm³]

• E = 0,076

S = 0,076
6,25 = 0,47 [mg/dm³]

Dawka chloru = 81 [mgCl₂/dm³]

• E = 0,070

S = 0,070
6,25 = 0,44 [mg/dm³]

Dawka chloru = 108 [mgCl₂/dm³]

• E = 0,073

S = 0,073
6,25 = 0,46 [mg/dm³]

Dawka chloru = 135 [mgCl₂/dm³]

• E = 0,079

S = 0,079
6,25 = 0,49 [mg/dm³]

rozcieńczenie 1:25

Dawka chloru = 27 [mgCl₂/dm³]

• E = 0,019

S = 0,019
6,25 = 0,12 [mg/dm³]

Dawka chloru = 54 [mgCl₂/dm³]

• E = 0,085

S = 0,085
6,25 = 0,53 [mg/dm³]

Dawka chloru = 81 [mgCl₂/dm³]

• E = 0,072

S = 0,072
6,25 = 0,45 [mg/dm³]

Dawka chloru = 108 [mgCl₂/dm³]

• E = 0,066

S = 0,066
6,25 = 0,41 [mg/dm³]

Dawka chloru = 135 [mgCl₂/dm³]

• E = 0,070

S = 0,070
6,25 = 0,44 [mg/dm³]

Tabela wyników:

Oznaczenia	Ścieki surowe	Dawka chloru [mgCl2/dm^3]
				27	54	81	108	135
Chlor pozostały	-	4,2	6,7	5,6	14,5	21,6
Azot amonowy 1:10	10,8	1,55	2,35	2,20	2,30	2,45
Azot amonowy 1:25	-	0,24	1,06	0,90	0,82	0,88
pH	7,5	9,4	10,4	10,9	11,2	11,3

WNIOSKI:

Analizując przeprowadzone badanie i przedstawiony powyżej wykres możemy stwierdzić, iż w procesie chlorowania ścieków wraz ze wzrostem dawki chloru i odczynu ścieków rośnie skuteczność usuwania azotu amonowego.

Proces chlorowania jest skuteczną metodą usuwania azotu amonowego ze ścieków.

Zaletą chlorowania do punktu przełamania jest możliwość dokładnego regulowania dawki oraz nie ma niebezpieczeństwa zanieczyszczenia atmosfery amoniakiem. Wadą tej metody jest wysoka dawka chloru, (z czym wiąże się zwiększenie stężenia chloru w chlorowanych ściekach) do całkowitego utlenienia amoniaku do azotu, oraz powstawanie szkodliwych chloramin.

---