��KOMPLEKSOWA ANALIZA WODY
OCZYSZCZANIE WODY W PROCESIE FILTRACJI
BADANIE PROCESU SEDYMENTACJI ZANIECZYSZCZEC
WODY POPAUCZNEJ
1. Cel wiczenia
Celem wiczenia jest oznaczenie zanieczyszczeD wody wi[lanej i zbadanie mo|liwo[ci ich
usunicia w procesie filtracji w do[wiadczalnym filtrze, a tak|e przeprowadzenie pBukania
zBo|a filtracyjnego i zbadanie procesu sedymentacji osadu pofiltracyjnego w wodzie
popBucznej.
2. Zakres tematyczny
Filtracja jako proces oczyszczania w�d
Rodzaje filtr�w i cykl filtracji
Oznaczenia normowe Chemicznego Zapotrzebowania Tlenu (ChZT), zawarto[ci |elaza,
mtno[ci i pH.
3. Podstawy teoretyczne
PrzemysB rafineryjny i petrochemiczny wykorzystuje wod pobieran z uj
rzecznych, wykorzystywan dla cel�w chBodniczych i kotBowych. Konieczno[
racjonalnej gospodarki wod zmusza do stosowania zamknitych obieg�w chBodniczych,
uzupeBnianych tylko wod [wie| w celu pokrycia strat i zmniejszenia og�lnego
zasolenia wody spowodowanego zagszczeniem wody podczas jej parowania.
Woda przeznaczona do cel�w chBodniczych powinna mie mo|liwie nisk
temperatur, powinna by niekorozyjna, nie powinna zawiera zawiesin organicznych i
nieorganicznych, olej�w, zwizk�w |elaza i manganu, nadmiernej ilo[ci substancji
rozpuszczonych, mikroorganizm�w, substancji biogennych oraz zwizk�w organicznych.
Zawiesiny obecne w wodzie chBodzcej, odkBadajc si na chBodzonych powierzchniach,
utrudniaj wymian ciepBa i przepByw wody. Obecno[ zwikszonych ilo[ci zwizk�w
|elaza oraz substancji rozpuszczonych jest powodem wytrcania si ich trudno
rozpuszczalnych zwizk�w, co powoduje takie same skutki jak obecno[ zawiesin.
Ponadto |elazo mo|e by powodem rozwoju bakterii |elazistych, a wic powstawania
obrost�w biologicznych. Aby unikn masowego rozwoju mikroorganizm�w, woda nie
powinna zawiera organizm�w |ywych oraz zwizk�w biogennych (fosforan�w i
azotan�w). W[r�d substancji rozpuszczonych bardzo niebezpieczne s gB�wnie siarczany
i chlorki, intensyfikujce korozyjny charakter wody w stosunku do metali. W
przypadku betonowych element�w ukBadu chBodniczego, obecno[ nadmiernej ilo[ci
siarczan�w mo|e by powodem niszczenia betonu. Problem dobrej jako[ci wody i
zwizana z tym potrzeba jej uzdatniania sprowadza si do otrzymania wody o takich
wBa[ciwo[ciach, aby nie korodowaBa przewod�w i urzdzeD, nie dawaBa osad�w na ich
powierzchniach, nie wywieraBa ujemnego wpBywu na organizm ludzki lub na przebieg
proces�w produkcyjnych i jako[ wytwarzanego produktu. W zwizku z tym zachodzi
potrzeba zaprojektowania jako[ci wody , tj. ustalenia z g�ry, jakie powinny by jej
wBa[ciwo[ci.
Procesy stosowane przy uzdatnianiu wody obejmuj wstpne oczyszczanie
polegajce na usuwaniu zawiesin z wody surowej przez osadzanie; oczyszczanie
wBa[ciwe polegajce na usuwaniu z wody przez filtrowanie tych zawiesin, kt�re nie
zostaBy usunite podczas wstpnego oczyszczania (proces filtracji mo|e by wspomagany
1
koagulacj); ulepszanie wody przez popraw niekt�rych jej wBa[ciwo[ci oraz
zabezpieczenie sanitarnych i technicznych wymagaD dla wody.
Schemat blokowy uzdatniania wody wi[lanej.
Filtracja jako proces oczyszczania w�d
Filtrowanie to jeden z wa|niejszych proces�w w technologii oczyszczania wody i
[ciek�w. Jest to proces przepBywu cieczy przez porowat przegrod zatrzymujc czstki
zawiesiny. Podczas tego przepBywu, zawiBymi drogami o nieregularnych ksztaBtach i
zmiennych przekrojach, usuwane s czstki o znacznie mniejszych wymiarach ni| pory, co
dowodzi i| w zatrzymywaniu zanieczyszczeD w zBo|u filtracyjnym wsp�Buczestniczy wiele
zjawisk. Nale| do nich przede wszystkim: cedzenie, sedymentacja, flokulacja, kohezja,
adhezja i dyfuzja, stanowice o mechanizmie transportu czstek do ziarn zBo|a, oraz adsorpcja
i oddziaBywania elektrostatyczne, decydujce o mechanizmie przycigania.
Najcz[ciej stosowanymi materiaBami filtracyjnymi s: piasek kwarcowy, antracyt i
granulowany wgiel aktywny. MateriaBami filtracyjnymi stosowanymi gB�wnie w celu
odkwaszania wody s: grys marmurowy oraz cz[ciowo pra|ony dolomit. Wgiel aktywny z
uwagi na du| pojemno[ sorpcyjn speBnia r�wnocze[nie rol materiaBu filtracyjnego i
sorbenta. W ukBadach oczyszczania w�d mo|e on by stosowany jako warstwa w
wielowarstwowym zBo|u filtracyjnym oraz jako samodzielne zBo|e sorpcyjne.
MateriaBy filtracyjne speBniaj swoje zadanie w�wczas, gdy charakteryzuj si
wBa[ciwym uziarnieniem ([rednica d), porowato[ci (�), gsto[ci, wytrzymaBo[ci
mechaniczn (na kruszenie i [cieranie), oraz skBadem chemicznym. Bardzo istotnym
parametrem jest ich czysto[, tzn. brak mo|liwo[ci Bugowania z nich zanieczyszczeD przez
przepBywajc wod.
Porowato[ jest bardzo istotnym parametrem zB�| filtracyjnych. Okre[la ona
pojemno[ zBo|a, w kt�rej zatrzymywane s czstki fazy staBej podczas filtracji. Im wiksza
jest porowato[ zBo|a, tym wicej czstek staBych mo|e by w nim zatrzymana i tym dBu|szy
jest cykl filtracji. Porowato[ okre[la si jako stosunek objto[ci midzyziarnowej zBo|a do
caBkowitej objto[ci zBo|a.
Warunkiem uzyskania najwikszej pojemno[ci czynnej zBo|a filtracyjnego i jej
maksymalnego wykorzystania jest wBa[ciwy dob�r uziarnienia zBo|a, jego wysoko[ci,
prdko[ci i czasu filtracji. Parametry te ustala si w badaniach technologicznych procesu
filtracji.
Znaczne zwikszenie prdko[ci filtracji u oraz porowato[ci zBo|a �, a co za tym idzie
zmniejszenie strat ci[nienia i wydBu|enie czasu pracy filtr�w, mo|na uzyska stosujc zBo|a
dwu- lub tr�jwarstwowe. Ka|da warstwa skBada si z ziarn innego materiaBu uBo|onych od
g�ry do doBu wedBug wzrastajcych gsto[ci.
Rodzaje filtr�w
Filtry powolne nazywane s r�wnie| filtrami biologicznymi, poniewa| podczas
filtracji przez zBo|e filtracyjne zachodz zar�wno procesy fizyczne, jak i biologiczne.
Wynikiem tych zjawisk jest du|y stopieD usuwania czstek staBych, rozkBad biochemiczny
2
zanieczyszczeD organicznych oraz transformacje niekt�rych zanieczyszczeD przebiegajce
przy udziale mikroorganizm�w.
Cech filtr�w powolnych jest maBa prdko[ filtracji wody, kt�ra najcz[ciej wynosi ok.
0,1m/h, a wyjtkowo przy skutecznym wstpnym oczyszczaniu wody mo|e by wiksza od
0,3m/h. Procesami wstpnego oczyszczania mo|e by sedymentacja lub filtracja pospieszna.
Wykluczone jest natomiast dawkowanie do wody przed filtrami powolnymi chemikali�w, co
mogBoby prowadzi do zniszczenia mikroorganizm�w tworzcych bBon biologiczn.
Stosowanie tak maBych prdko[ci filtracji powoduje, i| cykle filtracji s dBugie i w zale|no[ci
od poziomu zanieczyszczenia wody mog wynosi od 1 do 6 miesicy. Przy tak dBugiej pracy
filtr�w powolnych na powierzchni oraz wewntrz zBo|a filtracyjnego rozwijaj si bakterie,
tworzce na powierzchni zBo|a bBon biologiczn. Bakterie te speBniaj bardzo wa|n rol w
procesie oczyszczania wody w czasie filtracji. Procesy biochemiczne zachodzce w zBo|ach
filtr�w powolnych s podobne do proces�w samooczyszczania si wody przebiegajcych w
wodach powierzchniowych oraz warstwie gleby.
ZBo|a filtr�w powolnych nie s pBukane, a czyszczenie ich polega na usuwaniu 20-40mm
powierzchniowej (g�rnej) warstwy piasku. Usunity piasek oczyszczany jest w specjalnych
urzdzeniach, a nastpnie mo|e by ponownie wykorzystany do uzupeBnienia zBo|a
filtracyjnego. Czyszczenie (przez zdejmowanie powierzchniowej warstewki) zBo|a bez
uzupeBnienia wysoko[ci mo|e by powtarzane wiele razy, jednak nie mo|na zmniejszy
wysoko[ci zBo|a do warto[ci mniejszej od 0,6 m. Inn, znacznie mniej skuteczn metod
oczyszczania zBo|a jest pBukanie wod g�rnej warstwy zBo|a.
Filtry pospieszne stosowane s najcz[ciej do oczyszczania wody wstpnie
oczyszczonej metodami fizycznymi i chemicznymi, a przy ujmowaniu wody o maBym
poziomie zanieczyszczenia - r�wnie| do usuwania zanieczyszczeD z wody surowej. Filtry te
eksploatowane s w ukBadach oczyszczania wody powierzchniowej i podziemnej. ZBo|e
filtr�w stanowi ziarnisty materiaB filtracyjny. Filtracja pospieszna mo|e by stosowana do:
zatrzymania zawartych w wodzie zawiesin pochodzenia naturalnego bdz wytworzonych w
procesie koagulacji lub zmikczania przez strcanie; usuwania z wody zwizk�w |elaza i
manganu; przyspieszania procesu koagulacji i zatrzymywania produkt�w koagulacji w tzw.
filtrach kontaktowych; sorbowania wielkoczsteczkowych zwizk�w zawartych w wodzie lub
r�wnoczesnego sorbowania i filtrowania przy zastosowaniu filtr�w z warstw wgla
aktywnego; usuwania z wody zwizk�w |elaza i manganu w obecno[ci znacznych ilo[ci
azotu amonowego, tzw. filtry suche.
Zalet filtr�w pospiesznych w por�wnaniu z filtrami powolnymi jest du|a wydajno[, ni|sze
koszty inwestycji oraz Batwiejsze oczyszczanie przez pBukanie. Do wad natomiast nale|y
zaliczy konieczno[ lepszego wstpnego oczyszczania wody.
Z uwagi na rodzaj zB�| filtracyjnych, filtry pospieszne dzieli si na filtry ze zBo|ami jedno-i
wielowarstwowymi, za[ ze wzgldu na prdko[ filtracji wody:
na konwencjonalne filtry pospieszne (u = 5-25 m/h), nazywane w dalszej cz[ci filtrami
pospiesznymi, oraz superpospieszne (u > 25 m/h). Te ostatnie najcz[ciej stosowane s do
oczyszczania w�d przemysBowych i wykorzystywane s wyBcznie jako filtry ci[nieniowe
zamknite.
W filtrach pospiesznych woda przepBywa w kierunku z g�ry w d�B. ZBo|e filtr�w
pospiesznych (materiaB ziarnisty) ulega zanieczyszczeniu zatrzymywanymi zawiesinami i
dlatego zBo|a filtracyjne musz by pBukane. Czstotliwo[ pBukania, okre[lajca dBugo[
cyklu filtracji, zale|y od st|enia zawiesin w wodzie dopBywajcej na filtry oraz stosowanej
prdko[ci filtracji.
Proces filtracji mo|e by poprzedzony procesem koagulacji, bez kt�rej nie mo|na usun
zwizk�w powodujcych barw wody bdz zatrzyma drobnych zawiesin o dyspersji bliskiej
koloidalnej.
3
Otwarte grawitacyjne filtry pospieszne budowane s najcz[ciej jako zbiorniki
|elbetowe o przekroju prostoktnym. Schemat filtra pospiesznego otwartego przedstawiono
na rysunku.
Filtr pospieszny grawitacyjny otwarty
1 - koryto popBuczyn, 2 - warstwa wody, 3 - zBo|e filtracyjne, 4 - warstwa podtrzymujca, 5 drena|, 6 -
przestrzeD midzydenna 7 - regulator prdko[ci, rurocigi: 8 - woda oczyszczana, 9 - popBuczyny, 10 - powietrze
do pBukania, 11 - woda do pBukania, 12 - filtrat, 13- pierwszy filtrat
Filtracja w tym filtrze prowadzona jest ze staB prdko[ci, kt�r uzyskuje si przez
zainstalowanie na rurocigu filtratu regulatora prdko[ci filtracji (7).
Filtracja mo|e by r�wnie| prowadzona przy staBym poziomie wody nad zBo|em filtracyjnym.
W tym wypadku na rurocigu filtratu instaluje si przepustnic, kt�ra utrzymuje staBy poziom
wody na filtrze. Schemat takiego filtru przedstawiono na rysunku.
Filtr pospieszny otwarty o staBym poziomie wody utrzymywanym za pomoc przepustnicy
Cykl filtracji
Cykl filtracji to czas pracy zBo|a filtracyjnego midzy kolejnym jego pBukaniem.
Zale|y on przede wszystkim od parametr�w zBo|a (uziarnienia), prdko[ci filtracji i poziomu
zanieczyszczenia wody dopBywajcej na filtry. Przecitn dBugo[ cyklu filtracji przyjmuje si
r�wn 24 godziny. W skrajnych wypadkach nie powinien on by kr�tszy od 8 godzin. Koniec
cyklu filtracji, to moment osignicia dopuszczalnej straty ci[nienia lub pogorszenia si
jako[ci filtratu ponad wymagane warto[ci.
4
Istniej inne zale|no[ci pozwalajce okre[li dBugo[ cyklu filtracji, wszystkie jednak
wskazuj, i| warto[ ta wydBu|a si wraz ze zwikszeniem wysoko[ci warstwy zBo|a
filtracyjnego, zmniejszeniem prdko[ci filtracji oraz ilo[ci zatrzymywanych w zBo|u
zanieczyszczeD.
PBukanie zB�| filtracyjnych
Po zakoDczeniu cyklu filtracji, aby zregenerowa zBo|e filtracyjne, przeprowadza si
jego pBukanie. ZBo|a filtr�w mog by pBukane wod lub wod i powietrzem. Czynniki
pBuczce podczas pBukania przepBywaj od doBu do g�ry zBo|a filtracyjnego wynoszc
(wypBukujc) zatrzymane w zBo|u zanieczyszczenia.
Efektywno[ pBukania zBo|a filtracyjnego polega na usuniciu zawiesin z por�w i z
powierzchni ziarna. Najskuteczniej oczyszcza si zBo|e wtedy, gdy ziarna zBo|a zostaj
wprawione w ruch, kt�ry musi by na tyle silny, aby wywoBaB zjawisko wzajemnego tarcia
ziarna o ziarno. SiBa dziaBania wody pBuczcej musi wprawi zanurzone w wodzie ziarna zBo|a
w ruch fluidalny i oderwa od nich zatrzymane czsteczki, czyli musi by ona wiksza od siB
wi|cych czstki zawiesiny z ziarnami zBo|a i pozornej masy ziarn.
Przy wzgldnie maBych prdko[ciach przepBywu ro[nie spadek ci[nienia wody
pBuczcej, jednak bez unoszenia ziaren. Gdy prdko[ przepBywu bdzie nadal rosBa, spadek
ci[nienia stanie si r�wny ci|arowi zBo|a na jednostk powierzchni przekroju. Przy dalszym,
nawet niewielkim wzro[cie prdko[ci nastpuje zmiana struktury zBo|a, kt�re zwiksza swoj
porowato[ i objto[, a woda przepBywa bez dalszego spadku ci[nienia. Ziarna wykonuj
niewielkie ruchy zderzajc si ze sob, ale struktura zBo|a jest nadal jednorodna. Dalszy
wzrost prdko[ci przepBywu wody sprawia, |e struktura zBo|a staje si niejednorodna, a ziarna
wykonuj ruchy fluidalne. Gdy prdko[ przepBywu pBuczcej wody jest r�wna prdko[ci
swobodnego opadania ziaren zBo|a, w�wczas ka|de ziarno porusza si niezale|nie i zBo|e
przestaje istnie. Rozpoczyna si pionowy hydrauliczny transport zBo|a, do czego nie mo|na
dopu[ci. SiBa oddziaBywania pBuczcej wody powinna nie tylko pokona ci|ar ziaren zBo|a
w wodzie, przez co zwiksza si porowato[ zBo|a, ale r�wnie| powinna pokona siBy
wi|ce czstki zawiesiny z powierzchni ziaren. Im wiksza jest siBa oddziaBywania wody
pBuczcej na ziarna w por�wnaniu z siBami adhezji, tym kr�tszy jest czas pBukania
powodujcy usunicie wszystkich czstek zanieczyszczeD znajdujcych si w zBo|u.
Woda popBuczna mo|e by odprowadzana do instalacji [ciekowej lub po usuniciu z
niej wymytego osadu ponownie wykorzystana. Zanieczyszczenia mo|na usun w procesie
sedymentacji, kierujc wod popBuczn do odstojnik�w lub osadnik�w.
Proces sedymentacji polega na opadaniu rozproszonego ciaBa staBego pod wpBywem
dziaBaniem siB ci|ko[ci.
Mechanizm procesu sedymentacji prowadzonej w spos�b periodyczny w skali laboratoryjnej,
np. w cylindrach szklanych przedstawia rysunek. Je|eli ziarna ciaBa staBego maj zbli|one
rozmiary, szybko[ ich opadania jest niemal r�wna, mo|na obserwowa wic opadajc w d�B
powierzchni osadu, nad kt�r znajduje si klarowna ciecz. Szybko[ opadania tej
powierzchni jest miar szybko[ci sedymentacji. Gdy w zawiesinie wystpuj ziarna ciaBa
staBego r�|nych rozmiar�w, wtedy nie mo|na zaobserwowa powierzchni osadu, gdy| ciecz
zawsze bdzie mtna wskutek wolno opadajcych maBych czsteczek ciaBa staBego. Je|eli
st|enie zawiesiny surowej nie byBo od razu zbyt wysokie, zauwa|ymy, |e osad opada na dno
tworzc faz gst B. Wysoko[ tej fazy wzrasta w miar opadania na ni ziarn z fazy
rzadkiej A. Wreszcie zostaje osignity stan krytyczny K w�wczas, gdy wystpuje tylko
faza gsta B. Okazuje si, |e powierzchnia tej fazy te| opada, czyli zagszcza si, i zawarte
w niej ziarna opadaj. Po nieskoDczenie dBugim czasie wysoko[ fazy B osignie warto[
graniczn, odpowiadajc najcia[niejszemu upakowaniu ziarn ciaBa staBego w danej cieczy.
5
Przebieg sedymentacji periodycznej
Badania do[wiadczalne szybko[ci sedymentacji pozwalaj otrzyma krzyw typu
przedstawionego na rysunku. Okazuje si, |e pocztkowo poziom osadu zmaleje
proporcjonalnie do czasu, czemu odpowiada linia prosta na wykresie. Opadanie pocztkowo
odbywa si ze staB prdko[ci trwa to tak dBugo, a| zaniknie faza rzadka. Po zaniku tej fazy
szybko[ opadania fazy gstej B maleje w miar upBywu czasu, czemu odpowiada linia
krzywa na tym wykresie. Im bardziej jest zat|ona zawiesina surowa, tym wolniej odbywa si
opadanie.
Przyspieszenie procesu sedymentacji mo|na osign przez zwikszenie [rednicy czstek
usuwanych zanieczyszczeD, co uzyskuje si stosujc proces koagulacji poprzedzajcy proces
filtracji zar�wno dla w�d pobieranych z uj rzecznych jak i w�d [ciekowych.
4. Cz[ do[wiadczalna
Do[wiadczalny filtr po[pieszny
Filtracj do[wiadczaln prowadzi si na zBo|u filtracyjnym, umieszczonym w kolumnie z
pleksiglasu o [rednicy 50 mm i wysoko[ci 2,2 m. Rury szklane lub z pleksiglasu o [rednicy
nie mniejszej ni| 50 mm s zgodnie z danymi literaturowymi modelami filtr�w pospiesznych.
Stosowanie rur szklanych lub z pleksiglasu, w przeciwieDstwie do innych wykonanych z
materiaB�w nieprzezroczystych, znacznie uBatwia obserwacje procesu filtracji i pBukania zBo|a.
ZBo|e filtracyjne
WypeBnienie kolumny stanowi warstwa podtrzymujca i warstwa filtrujca (zBo|e filtracyjne).
Warstwa podtrzymujca
|wir, frakcja 10-20mm, wysoko[: 20 cm,
|wir, frakcja 5-10mm, wysoko[: 20 cm,
piasek, frakcja 3-5mm, wysoko[: 20 cm,
piasek, frakcja 2-3mm, wysoko[: 15 cm.
Warstwa filtrujca
piasek, frakcja 0,8-2mm, wysoko[: 100 cm
6
Porowato[ u|ytych |wir�w i piask�w przyjmuje warto[ci w granicach od 0,4 (dla frakcji 10-
20mm) do 0,35 (dla frakcji 0,8-2mm).
Model filtra do[wiadczalnego
Proces filtracji do[wiadczalnej
Do badaD procesu filtracji do[wiadczalnej stosuje si wod wi[lan.
W wodzie wi[lanej oznacza si zawarto[ |elaza, Chemiczne Zapotrzebowanie Tlenu
(ChZT), mtno[ i pH.
Pr�bk wody wi[lanej w ilo[ci 1 dm3 sczy si na sczku z bibuBy filtracyjnej o [redniej
szybko[ci sczenia. Dla przesczu oznacza si zawarto[ |elaza, Chemiczne Zapotrzebowanie
Tlenu (ChZT), mtno[ i pH.
W procesie filtracji wod wi[lan wprowadza si od g�ry filtra, utrzymujc staBy poziom nad
zBo|em filtracyjnym. W procesie pBukania zBo|a filtracyjnego z g�ry kolumny odprowadza si
wod popBuczn. Dolna cz[ kolumny wyposa|ona jest w system zawor�w, sBu|cych do
odprowadzania i regulowania ilo[ci odprowadzanego filtratu oraz zawor�w
doprowadzajcych powietrze i wod pBuczc.
Dziki odpowiedniej regulacji zawor�w ustawia si prdko[ filtracji w granicach 5-10m/h.
Po wstpnym ustaleniu prdko[ci do koDca trwania procesu filtracji nie zmienia si
wybranych nastaw�w.
Pr�bki filtratu o objto[ci 1 dm3 pobiera si co 0,5 godziny, przy czym pierwsz pr�bk
pobiera si po odebraniu z kolumny wstpnej ilo[ci filtratu wynoszcej okoBo 1,5-2,0 dm3.
7
Objto[ ta wynika z obliczeD wielko[ci wolnej przestrzeni midzy ziarnami zBo|a,
wypeBnionej w momencie rozpoczynania procesu filtracji wod u|ywan do pBukania zBo|a (w
przypadku filtracji do[wiadczalnej jest to woda wodocigowa). Czas poboru pr�bek filtratu
(1dm3) mierzy si za pomoc stopera. Na tej podstawie oblicza si prdko[ filtracji, ze
wzoru:
V
u =
t * S
gdzie:
u prdko[ filtracji [m/h]
V objto[ przepBywajcej wody [m3],
S powierzchnia przekroju pustej kolumny [m2] (S=0,0019625 m2),
t czas przepBywu wody [h].
Po uwzgldnieniu powierzchni przekroju, dla objto[ci wody r�wnej 1dm3, powy|szy wz�r
mo|na upro[ci:
1834,3949
u = , gdzie t czas przepBywu 1dm3 wody wyra|ony w sekundach.
t
Woda przepBywa przez zBo|e filtracyjne drogami o nieregularnych ksztaBtach i zmiennych
przekrojach. Okre[lenie rzeczywistej prdko[ci przepBywu i dBugo[ci drogi takiego ruchu jest
niemo|liwe. W praktyce przyjmuje si fikcyjn warto[ prdko[ci filtracji u, obliczon ze
stosunku objto[ci przepBywajcej wody w czasie do caBkowitego przekroju pustej kolumny
filtracyjnej. W ten sam spos�b wyznacza si prdko[ wody pBuczcej.
Dla pr�bek filtratu pobieranych co 0,5h oznacza si mtno[.
PBukanie zBo|a filtracyjnego
PBukanie zBo|a filtracyjnego wykonuje si ka|dorazowo po zakoDczeniu filtracji wody
surowej. W fazie pocztkowej spulchnia si zBo|e strumieniem powietrza (30-60 s), nastpnie
odBcza si strumieD powietrza i kontynuuje pBukanie strumieniem wody pBuczcej (woda
wodocigowa).
Prowadzenie badaD w filtrze do[wiadczalnym z pleksiglasu pozwala na obserwacj
zachowania ziarn w zBo|u podczas pBukania.
Skuteczne pBukanie zBo|a mo|na osign w�wczas, gdy ziarna zBo|a wprowadzone zostan
w ruch. Ruch ten musi by wystarczajco silny, gdy| jego celem jest wywoBanie zjawiska
wzajemnego tarcia ziarna o ziarno, w wyniku czego powinny zosta usunite z ich
powierzchni czstki zawiesiny. Przy maBych prdko[ciach wody nie obserwuje si poruszenia
ziarn zBo|a. Zwikszanie prdko[ci powy|ej takiej, przy kt�rej spadek ci[nienia w warstwie
zBo|a r�wna si ci|arowi zBo|a na jednostk powierzchni przekroju zBo|a, zmienia struktur
zBo|a, powoduje i| zBo|e zwiksza swoj porowato[. Ziarna zBo|a nie opieraj si o siebie,
lecz wykonuj ruchy w niewielkim obszarze zderzajc si ze sob. Struktura zBo|a pozostaje
nadal jednorodna, a granica pomidzy wod a zBo|em jest wyrazna. Dalszy wzrost prdko[ci
przepBywu wody pBuczcej powoduje niejednorodno[ struktury zawieszonego zBo|a.
Obserwuje si wyrazny wzrost drogi swobodnej ziarn midzy kolejnymi zderzeniami. W
zBo|u wystpuj wyrazne obszary wikszego i mniejszego st|enia ziarn. Jest widoczne
intensywne mieszanie w caBej objto[ci.
Po 5, 10 i 15 minutach pBukania strumieniem wody pobiera si pr�bk wody popBucznej w
ilo[ci 1 dm3.
W ka|dej z pr�bek pobieranej wody popBucznej oznacza si zawarto[ |elaza, Chemiczne
Zapotrzebowanie Tlenu (ChZT), mtno[ i pH. Dla pr�bki pobieranej po 5 minutach
wykonuje si dodatkowo badania procesu sedymentacji wypBukanego osadu pofiltracyjnego,
oznaczajc mtno[ wody popBucznej w funkcji czasu.
8
Oznaczenia
{elazo og�lne
Oznaczenie wykonuje si zgodnie z norm: PN-73/C-04586 Woda i [cieki. Badania
zawarto[ci |elaza. Oznaczanie |elaza og�lnego i rozpuszczonego w zakresie 0,02-10 mg/dm3
metod kolorymetryczn z 1,10-fenantrolin lub 2,2 -dwupirydylem , z u|yciem
spektrofotometru Semco S/Ec.
Oznaczenie polega na redukcji |elaza zawartego w wodzie do |elaza dwuwarto[ciowego za
pomoc hydroksyloaminy a nastpnie reakcji z 1,10-fenantrolin. Przy pH w granicach od 2,9
do 9,0 powstaje r�|owopomaraDczowy zwizek o intensywno[ci zabarwienia proporcjonalnej
do st|enia jon�w Fe2+. Oznaczenie wykonuje si spektrofotometrycznie w zakresie pH od
2,9 do 3,5 ze wzgldu na maksymalne zabarwienie roztworu.
Odczynniki
bufor octanowy (90 g tr�jwodnego octanu sodowego + 48 ml lodowatego kwasu octowego,
rozcieDczone do 200 ml);
chlorowodorek hydroksyloaminy cz.d.a (roztw�r 20%);
1,10 fenantrolina cz.d.a (roztw�r 0,5%);
s�l Mohra (NH4)2Fe(SO4)2*6H2O cz.d.a;
kwas solny cz.d.a (roztw�r 1+1);
kwas siarkowy cz.d.a;
roztw�r wzorcowy |elaza (0,1 mg/ml).
Wykonanie oznaczenia
Etap wstpny oznaczenia obejmuje przygotowanie roztworu wzorcowego |elaza, skali
wzorc�w oraz krzywej wzorcowej w postaci zale|no[ci st|enia |elaza od warto[ci
absorbancji pr�bki.
Podstawowy roztw�r wzorcowy |elaza przygotowuje si z soli Mohra (siarczanu |elazowo-
amonowego). W tym celu odwa|a si 0,7022g wysuszonego w temperaturze pokojowej do
staBej masy odczynnika i rozpuszcza w roztworze 20 ml st|onego kwasu siarkowego oraz 50
ml wody destylowanej. Mieszanin przenosi si do kolby miarowej o pojemno[ci 1 dm3, a
nastpnie dopeBnia wod destylowan do kreski. Przygotowany w ten spos�b roztw�r stanowi
podstaw do wykonania krzywej wzorcowej. Krzyw wzorcow wykonuje si w zakresie
st|eD |elaza od 0 do 1 mg/dm3. W celu wyznaczenia krzywej wzorcowej wykonuje si kilka
pr�bek o r�|nej, [ci[le okre[lonej zawarto[ci |elaza.
Oznaczenie zawarto[ci |elaza w wodzie
Do zlewki o pojemno[ci 150 ml odmierza si dokBadnie 100ml badanej pr�bki wody.
Nastpnie do pr�bki wprowadza si 3 ml roztworu kwasu solnego (1+1), 2,5 ml roztworu
chlorowodorku hydroksyloaminy, 10 ml buforu octanowego i 2 ml roztworu 1,10-
fenantroliny. Po upBywie 10 minut dokonuje si pomiar�w absorbancji za pomoc fotometru
dla dBugo[ci fali 510 nm, przy u|yciu kuwet o grubo[ci warstwy absorbujcej wynoszcej
1cm. Otrzymane wyniki absorbancji przelicza si na st|enie w mg/dm3 zgodnie z
zale|no[ci:
C = ABS / a,
gdzie: C - st|enie, mg/dm3; ABS - absorbancja pr�bki; a - wsp�Bczynnik kierunkowy prostej
dla krzywej wzorcowej
9
Chemiczne Zapotrzebowanie Tlenu (ChZT)
ChZT oznacza si metod dwuchromianow wedBug PN-74/C-04578. Metod stosuje si
do badania w�d i [ciek�w o warto[ci ChZT wikszej ni| 10 mg O2/dm3.
Oznaczanie polega na okre[leniu liczby miligram�w dwuchromianu potasowego w
przeliczeniu na O2 u|ytego na utlenienie zwizk�w organicznych i niekt�rych
zwizk�w nieorganicznych obecnych w analizowanej wodzie lub [ciekach. Utlenianie
przeprowadza si w [rodowisku kwasu siarkowego w obecno[ci siarczanu srebrowego
jako katalizatora.
Odczynniki
dwuchromian potasowy 0,25 N cz.d.a.;
kwas siarkowy cz.d.a.;
kwas siarkowy z rozpuszczonym siarczanem srebrowym Ag2SO4;
siarczan ferroiny - wskaznik;
siarczan rtciowy cz.d.a.;
siarczan |elazawo-amonowy Fe(NH4)2. (SO4)2.6H2O 0,125 N.
Wykonanie oznaczenia
Do kolby kulistej odmierza si 20 ml pr�bki wody, dodaje 0,2 g siarczanu rtciowego i
roztw�r miesza si do rozpuszczenia si soli. Nastpnie odmierza si do kolby 10 ml
roztworu dwuchromianu potasowego (0,25 N), 40 ml kwasu siarkowego z
rozpuszczonym siarczanem srebrowym, umieszcza si 3-4 szklane pereBki i natychmiast
kolb Bczy z chBodnic zwrotn,. Nastpnie roztw�r ogrzewa si do wrzenia i
utrzymuje go w tym stanie przez 10 minut. Po okoBo 10 minutach od chwili
przerwania ogrzewania spBukuje si chBodnic, wlewajc przez jej g�rny wylot do kolby
okoBo 50 ml wody destylowanej. Kolb odBcza si od chBodnicy, chBodzi, dodaje si 2
krople siarczanu ferroiny, po czym roztw�r w kolbie miareczkuje si mianowanym
roztworem siarczanu |elazawo-amonowego (0,125 N) do zmiany zabarwienia z
zielononiebieskiego na czerwonobrunatne. R�wnolegle w taki sam spos�b wykonuje si
oznaczanie pr�bki kontrolnej zawierajcej 20 ml wody destylowanej.
Obliczanie wynik�w
ChZT badanej pr�bki (X) w mg O2/ dm3 oblicza si wg wzoru :
(Vw -Vs )� N �8�1000
X =
V
gdzie : Vs - objto[ roztworu siarczanu |elazawo-amonowego zu|ytego do
miareczkowania badanej pr�bki, ml; Vw - objto[ roztworu siarczanu |elazawo-
amonowego zu|ytego do miareczkowania pr�bki kontrolnej (wody destylowanej), ml;
N - normalno[ roztworu siarczanu |elazawo-amonowego stosowanego do
miareczkowania; V - objto[ pr�bki wody u|ytej do oznaczania, ml; 8 - wsp�Bczynnik
przeliczeniowy wyniku na mg O2.
Mtno[ (stopieD zmtnienia)
Pomiaru mtno[ci dokonuje si mtno[ciomierzem laboratoryjnym firmy Hach model
2100AN przeznaczonym do pomiar�w zmtnienia, zgodnie z midzynarodowymi normami
dotyczcymi pomiaru mtno[ci. Zapewnia on bezpo[redni odczyt zmtnienia w jednostkach
NTU (Nefelometrycznych Jednostkach Mtno[ci) w zakresie 0-10000.
10
5. Wyniki badaD i opracowanie wynik�w
Wyniki oznaczeD ChZT
Objto[ roztworu siarczanu |elazawo-amonowego zu|ytego do miareczkowania pr�bki
kontrolnej (wody destylowanej), Vw = ml;
Woda wi[lana
objto[ roztworu siarczanu |elazawo-amonowego zu|ytego do miareczkowania badanej
pr�bki, Vs = ml;
objto[ pr�bki wody u|ytej do oznaczania, V= ml;
Woda wi[lana po sczeniu
objto[ roztworu siarczanu |elazawo-amonowego zu|ytego do miareczkowania badanej
pr�bki, Vs = ml;
objto[ pr�bki wody u|ytej do oznaczania, V= ml;
Woda popBuczna
objto[ roztworu siarczanu |elazawo-amonowego zu|ytego do miareczkowania badanej
pr�bki, Vs = ml;
objto[ pr�bki wody u|ytej do oznaczania, V= ml;
Wyniki oznaczeD |elaza
Woda wi[lana
Absorbancja, A=
Woda wi[lana po sczeniu
Absorbancja, A=
Woda popBuczna
Absorbancja, A=
11
Otrzymane wyniki oznaczeD (ChZT, zawarto[ |elaza, mtno[ i pH) dla wody wi[lanej,
wody wi[lanej po sczeniu, wody wi[lanej po filtracji oraz wody popBucznej nale|y zestawi
w tabeli 1. Dodatkowo nale|y wykona obliczenia prdko[ci filtracji i pBukania (u).
Tabela 1. Test laboratoryjny procesu filtracji wody wi[lanej i pBukania zBo|a filtracyjnego.
Czas Prdko[
Oznaczenie filtracji filtracji {elazo ChZT Mtno[ pH
(pBukania) (pBukania)
t u
h m/h mg/dm3 mgO2/dm3 NTU
woda wi[lana - -
woda po sczeniu - -
Proces filtracji wody
Mtno[
NTU
0
0,5
1,0
...
PBukanie zBo|a filtracyjnego
5 min.
10 min.
15 min.
Wyniki badaD procesu sedymentacji osadu pofiltracyjnego (oznaczenia mtno[ci w czasie
uzyskane dla pr�bek wody popBucznej), nale|y zestawi w tabeli 2.
Tabela 2. Sedymentacja osadu w wodzie popBucznej.
Czas Woda popBuczna
sedymentacji Mtno[ [NTU]
t
[min.] po 5 min. po 10 min. po 15 min.
pBukania pBukania pBukania
0
1
2
...
Sporzdzi wykres zmian mtno[ci w funkcji czasu dla pr�bek wody popBucznej.
Om�wienie wynik�w badaD
1. Por�wna czysto[ wody wi[lanej po sczeniu z wod wi[lan. Obliczy stopieD redukcji
zanieczyszczeD.
2. Oceni skuteczno[ procesu fitracji w oczyszczaniu wody wi[lanej.
3. Oceni mo|liwo[ usuwania osadu pofiltracyjnego z wody popBucznej w procesie
sedymentacji.
12
LITERATURA
1. A.L.Kowal: Odnowa wody. Podstawy teoretyczne proces�w , Oficyna Wydawnicza
Politechniki WrocBawskiej WrocBaw 1997.
2. A.L. Kowal, M. Zwiderska-Br�|: Oczyszczanie wody , PWN Warszawa - WrocBaw
1998.
3. J.Makiewicz: Flokulacja w procesach koagulacji i filtracji w�d , PWN Warszawa
1987.
4. J.Kucharski, A.Moniuszko: Oczyszczanie w�d i [ciek�w przemysBowych metod
koagulacji , WNT Warszawa 1967.
5. B. CywiDski, Oczyszczanie [ciek�w miejskich. Podstawy technologiczne i zasady
projektowania oczyszczalni ,tom I, Arkady Warszawa 1972.
6. R.GawroDski, Procesy oczyszczania cieczy , Oficyna Wydawnicza Politechniki
Warszawskiej, Warszawa 1996.
7. A.L.Kowal, M.M.SozaDski : Podstawy do[wiadczalne system�w oczyszczania w�d:
sedymentacja, koagulacja i filtracja , Wydawnictwo Politechniki WrocBawskiej
WrocBaw 1977.
8. Prace niepublikowane ZakBadu Podstaw Chemii.
13
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
analiza wody,miano ColiCwiczenie nr 14 Woda w przemysle Analiza wody zarobowejZastosowanie techniki ICP OES w analizie wody pitnejanaliza wodyAnaliza przepływu wody przez przekrój mostowy (FM)Analiza zuzycia wody produkcja plytek PCBAnaliza zuzycia kwasu i wody w galwanizerniachAnaliza miareczkowa, kompleksometriaAnaliza zuzycia wody obrobka powierzchniowa metaliOpracowanie wyników analizy chemicznej wodyAnaliza mikrobiologiczna wodyAnaliza Matematyczna 2 ZadaniaanalizaANALIZA KOMPUTEROWA SYSTEMÓW POMIAROWYCH — MSEAnaliza stat ścianki szczelnejwięcej podobnych podstron