plik


��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 Coli
Cwiczenie nr 14 Woda w przemysle Analiza wody zarobowej
Zastosowanie techniki ICP OES w analizie wody pitnej
analiza wody
Analiza przepływu wody przez przekrój mostowy (FM)
Analiza zuzycia wody produkcja plytek PCB
Analiza zuzycia kwasu i wody w galwanizerniach
Analiza miareczkowa, kompleksometria
Analiza zuzycia wody obrobka powierzchniowa metali
Opracowanie wyników analizy chemicznej wody
Analiza mikrobiologiczna wody
Analiza Matematyczna 2 Zadania
analiza
ANALIZA KOMPUTEROWA SYSTEMÓW POMIAROWYCH — MSE
Analiza stat ścianki szczelnej

więcej podobnych podstron