LABORATORIUM Z OCZYSZCZANIA ŚCIEKÓW

Temat 1: BADANIE WARUNKÓW NAPOWIETRZANIA ZŁOŻA BIOLOGICZNEGO

1. Budowa stanowiska

Podstawowym elementem laboratoryjnego modelu złoża biologicznego (rys. 1) jest rura (8) wykonana z PCV długości 1550 mm i średnicy wewnętrznej 150 mm (przy grubości ścianki 5 mm).

Rura ta od spodu zamknięta jest rusztem z promieniście nawierconymi otworami o średnicy 10 mm. Ruszt położony jest na pierścieniu podtrzymującym (10) przykręconym do rury. Jako wypełnienie złoża zastosowano koks o wymiarach ziaren od 2 do 6 cm.

Całość modelu złoża jest zawieszona za pomocą dwóch śrub (2), z możliwością regulacji długości, na konstrukcji wykonanej z kątowników perforowanych (6) o wymiarach 40x40x3 mm. Pionowe kątowniki są zakończone u góry stopkami (1) o średnicy 100 mm zamocowanymi na stałe. Dolne stopki (12) posiadają regulację co pozwala ustawić całą konstrukcję pionowo. Poprzeczne elementy konstrukcji zapewniające jej większą stabilność są mocowane za pomocą śrub.

Półki (7), na których są stawiane butelki do pobierania wody podczas badań, są wykonane z płyty wiórowej i przykręcone do płaskowników poziomych.

Jako urządzenie do pomiaru natężenia przepływu zastosowano rotametr (4), zamocowany na płycie wiórowej (5). Woda z rotametru na złoża jest dostarczona za pomocą rury (3), która w części znajdującej się bezpośrednio nad wypełnieniem złożą, ma otwory pozwalające na równomierne zraszanie całej powierzchni złoża. Dodatkowo koniec rury jest zaślepiony.

Pobieranie wody do badania jest możliwe dzięki trzem rynnom (9) przechodzącym na wskroś złoże z pewnym spadem, zakończonych zaworem kulowym. Bezpośrednio pod złożem znajduje się lejek (11), do którego spływa woda po przejściu przez złoża, a która następnie odprowadzana jest do kanalizacji.

2. Zasada działania złoża biologicznego

Woda do badania warunków napowietrzania pobierana jest bezpośrednio z sieci wodociągowej. Jej przepływ regulowany jest zaworem kulowym, a mierzony za pomocą rotametru (4). Po przejściu przez rotametr woda przepływa rurką (3) nad wypełnienie złoża, gdzie zostaje rozprowadzona na całą jego powierzchnię. W złożu dzięki istniejącej różnicy temperatur między jego wnętrzem, a otaczającym powietrzem, powstaje ciąg kominowy, który powoduje naturalne napowietrzanie złoża. Po przejściu przez złoże woda spływa lejkiem (11) do kanalizacji. Pobór wody do badania odbywa się za pomocą trzech rynienek, do których spływa część wody przepływającej przez złoże. Rynienki te ustawione są z lekkim spadem, co pozwala na grawitacyjny spływ badanej wody poprzez zawór do butelki z doszlifowanym korkiem.

Rys. 1. Schemat stanowiska laboratoryjnego do oczyszczania ścieków metodą złoża biologicznego: a) widok z przodu. b) widok z boku: 1-stopka stała, 2 -śruba regulacyjna, 3 -rura ¾ cala, 4 -rotametr, 5 -płyta wiórowa, 6 -kątowniki, 7 -półka, 8 -rura PCV (ф=150 mm), 9 -zawór, 10 -pierścień podtrzymujący ruszt, 11 -lejek, 12 -stopki z regulacją

3. Przeprowadzenie badań i obliczenia

3. 1. Cel i zakres ćwiczenia

Badanie warunków napowietrzania złoża polega na wyznaczeniu zdolności natleniającej, tj. parametru, który określa ilość tlenu, jaka rozpuści się w ściekach w czasie ich przepływu przez złoże, na jednostkę jego objętości i w jednostce czasu.

Ilość tlenu pobieranego z powietrza zależy od turbulencji przepływu ścieków, a więc pośrednio od obciążenia hydraulicznego i rodzaju wypełnienia.

Zdolność natleniająca złoża, (OC) wyraża się np. w kg O₂d lub O₂/m² h. Parametr ten oznacza się w zależności od różnicy temperatur cieczy i powietrza dla różnych obciążeń hydraulicznych powierzchni złoża.

3. 2. Sposób pobierania próbek do badań

Przez złoże należy przepuszczać wodę z ustaloną wcześniej wydajnością. Po ustaleniu się wymaganych parametrów przepływu należy pobrać dla każdej z prędkości przepływu po jednej próbce z każdego punktu pomiarowego. Dodatkowo należy pobrać wodę z kranu w celu określenia zawartości tlenu w wodzie przed wejściem na złoże. Próbki wody przeznaczonej do badania należy pobierać do butelek z doszlifowanym korkiem o pojemności 250 cm³.

3. 3. Sposób oznaczania zawartości tlenu

Do oznaczenia tlenu w wodzie stosuje się metodę Winklera. W celu oznaczenia tlenu rozpuszczonego do próby wody wprowadza się siarczan manganawy MnS0₄ i alkaliczny roztwór jodku potasu (KJ+NaOH). W wytworzonym środowisku alkalicznym powstaje biały osad wodorotlenku manganawego Mn(OH)₂, a obecny w wodzie tlen utlenia mangan dwuwartościowy do czterowartościowego. W wyniku reakcji utleniania wytrąca się brunatny osad uwodnionego tlenku manganowego MnO(OH)₂.

Omawiane reakcje można przedstawić następująco:

Mn²⁺ + 2OH^- → Mn(OH)₂ - biały osad

Mn(OH)₂ + O₂ → 2MnO(OH)₂ - brunatny osad

Po zakwaszeniu próby uwodniony tlenek manganowy rozpuszcza się: jony manganu czterowartościowego utleniają jony jodkowe (z jodku potasu) do wolnego jodu:

MnO(OH)₂ + 4H⁺ → Mn⁴⁺ + 3H₂O

Mn⁴⁺ + 2J^- → Mn²⁺ + J₂

Jod wydzielony w ilości równoważnej początkowej zawartości tlenu w wodzie, oznacza się miareczkowo za pomocą tiosiarczanu sodowego:

J₂ + 2S2O^2-₃ → 2J^- + S₄O^2-₆

Wskaźnikiem przy miareczkowaniu jest skrobia, która w obecności jodu barwi roztwór na niebiesko - odbarwienie próby świadczy o zakończeniu reakcji między jodem i tiosiarczanem.

4. Wykonanie oznaczenia

W przypadku próby nie utrwalonej do butelki o pojemności 250 cm³, napełnionej badaną wodą należy dodać 2 cm³ siarczanu manganawego i 2 cm³ alkalicznego roztworu jodku potasu wprowadzając koniec pipety pod powierzchnię wody. Butelkę należy zamknąć szczelnie korkiem tak, aby nie pozostał pod nim pęcherzyk powietrza, a część badanej wody wypłynie na zewnątrz. Zawartość butelki trzeba dokładnie wymieszać i pozostawić w ciemnym miejscu, aż do opadnięcia powstałej zawiesiny (około 15 minut). Następnie dodać 1 cm³ kwasu siarkowego, wprowadzając koniec pipety pod powierzchnię wody, butelkę zaniknąć korkiem bez pozostawienia pod nim pęcherzyka powietrza i zawartość zamieszać, aż do rozpuszczenia się brunatnego osadu Do kolby stożkowej o pojemności 300 cm³ należy odmierzyć 100 cm³ badanej cieczy i miareczkować szybko roztworem tiosiarczanu sodowego do jasnosłomkowego zabarwienia, dodając pod koniec miareczkowania roztworu skrobi. Po dodaniu wskaźnika roztwór trzeba miareczkować do odbarwienia, a następnie odczytać ilość cm³ roztworu tiosiarczanu zużytego na związanie jodu.

5. Obliczanie wyników

Zdolność natleniającą (OC) złoża oblicza się ze wzoru:

OC = (C₂ - C₁) *q_h * H

gdzie:

OC - zdolność natleniająca, [g 0₂/m³h],

C₁ - stężenie rozpuszczonego tlenu w dopływie do złoża, [g/dm³ 0₂],

C₂ - stężenie rozpuszczonego tlenu w odpływie ze złoża, [g/dm³O₂],

q_h - obciążenie hydrauliczne, [m³/m²h],

H - wysokość złożą, [m].

Zawartość tlenu rozpuszczonego X w badanej próbce, mg/dm³ O₂, obliczyć ze wzoru:

gdzie:

a - objętość 0,025 n roztworu tiosiarczanu sodowego zużytego do miareczkowania 100 cm³ badanej próbki, cm³,

n - normalność roztworu tiosiarczanu użytego do miareczkowania,

f- poprawka roztworu tiosiarczanu na roztwór o ścisłej normalności.

Wyniki badań zdolności natleniającej złoża w zależności od obciążenia hydraulicznego zestawić według wzoru:

• temperatura wody ..........°C (..........K),

• stan nasycenia wody tlenem w temp. pomiaru .......... mg/dm³ O₂,

• temperatura powietrza ..........°C (..........K),

• prędkość przepływu powietrza przez złoże .......... m/min.

Wyniki przeprowadzonych badań zestawić w tabeli:

Numer próbki	Obciążenie hydrauliczne, [m^3/m^2h]	Objętość tiosiarczanu sodowego zużytego do miareczkowania, [cm^3]	Zawartość tlenu rozpuszczonego, [mg 02/dm^3]	Zdolność natleniająca OC, [gO2/m^3d]
0
1
2
3

4

---