ĆWICZENIE 4. Oczyszczanie ścieków ze związków fosforu

Transkrypt

1 ĆWICZENIE 4 Oczyszczanie ścieków ze związków fosforu

2 1. Wprowadzenie Zbyt wysokie stężenia fosforu w wodach powierzchniowych stojących, spiętrzonych lub wolno płynących prowadzą do zwiększonego przyrostu glonów i wodorostów, które w procesie ich obumierania ulegają bakteriologicznej degradacji. Powoduje to z kolei deficyt rozpuszczonego tlenu, wpływający na obumieranie ryb. Obecnie pojawiają się poglądy, że podwyższenie stężeń fosforu w wodach spowodować może negatywny wpływ na uzyskanie wody pitnej. Tak więc eliminacja fosforanów ze ścieków staje się coraz bardziej problemem o wysokim znaczeniu. Eliminacja fosforu przebiegać może poprzez chemiczne strącanie lub też zastosowanie metody biologicznej eliminacji Odczynniki strącające Odczynniki strącające stosowane przy strącaniu fosforanów można podzielić następująco: kwaśne: - dwuwartościowe względnie trójwartościowe sole żelaza i glinu (chlorki, siarczany) jako 30-40% roztwory wodne, - sole metali -granulaty względnie w postaci sproszkowanej, - polimery np. roztwory polimerowe glinu (4-8%). alkaliczne: - wapno lub wodorotlenek wapnia - proszek względnie 20-40% mleko wapienne - glinian sodowy (40% roztwór). Strącanie jonów fosforanowych mleczkiem wapiennym przebiega następująco: 5 Ca PO OH - Ca 5 (PO 4 ) 3 OH 2

3 2. Wykonanie ćwiczenia 2.1. Przygotowanie roztworów do badań. a). W zlewce przygotować ok. 1 dm 3 ścieku używając stężonego kwasu fosforowego (85% H 3 PO 4 ) oraz wodę z kranu.. W tym celu należy odważyć obliczoną naważkę kwasu na wadze analitycznej. Stężenie ścieku ustalić z prowadzącym. b). Do pojemniczka z kulką odważyć na wadze analitycznej ok. 0,400 g CaO (przesianego). Uzupełnić 5 cm 3 wody redestylowanej!!. Próbkę ponownie zważyć i dokładnie wymieszać. Mieszanie należy powtarzać każdorazowo przed pobraniem zawiesiny do strącania Oznaczenie zawartości fosforu i wapnia w ścieku Wykonać oznaczenia zawartości fosforu w ścieku oraz wapnia w wodzie z kranu. Oznaczenia zawartości fosforu dokonać wg przepisu załączonego do instrukcji p.3.2. pobierając 0,5-1,0 ml ścieku do kolby na 100ml równocześnie z wykonywaniem krzywej kalibracji. Wapń oznaczyć miareczkowo pobierając do analizy 50 ml wody i dalej postępować zgodnie z przepisem zamieszczonym w instrukcji p Strącanie fosforanów ze ścieku Przed rozpoczęciem strącania jonów fosforanowych należy: 1. Wykalibrować ph-metr na dwa wzorce ph=7 oraz ph = Wykonać pomiar ph roztworu. 3. Mieć wykonane oznaczenie zawartości fosforu i wapnia w ścieku Następnie, małymi porcjami przy pomocy dozownika wprowadzać zawiesinę Ca(OH) 2 do określonej wartości ph roztworu kolejno: 7; 8; 8,5; 9 i 10. (Uwaga! Każdorazowo przed pobraniem zawiesiny, zawartość pojemniczka dokładnie wymieszać i zważyć pipetkę oraz pojemnik z zawiesiną Ca(OH) 2 ). Po upływie 20 min od zadozowania zawiesiny dokonać odczytu ph i pobrać próbkę roztworu ze zlewki do odwirowania i następnie analizy fosforu zgodnie z pkt.3.2. Powyższe czynności powtarzać, aż do osiągnięcia ph roztworu równego 10. W trakcie strącania pobierać próbki zawiesiny do oznaczenia zawartości fosforu każdorazowo przy ph roztworu równym 7, 8, 8,5, 9 i 10. Wyniki zgromadzić w tabeli: 3

4 l.p ph masa pojemniczka z kulką pipetką przed dozowaniem zawiesiny [g] masa pojemniczka z kulką i pipetką po zadozowaniu zawiesiny [g] Masa wprowadzonego CaO [g] V roztworu do analizy na P [ml] C PO 4 w ścieku [mg/l] 2.4. Oznaczenie zawartości fosforu i wapnia w ścieku po wykonaniu strącania Po zakończeniu strącania ponownie oznaczyć zawartość jonów wapniowych i fosforanowych w badanym ścieku pobierając próbki z roztworu po jego wcześniejszym odsączeniu na lejku.. 3. Część Analityczna 3.1 Przygotowanie krzywej wzorcowej do oznaczania zawartości PO 4 Przygotować roztwór wzorcowy zawierający 0,01 mg PO -3 4 /ml!!!. Do pięciu czystych i przepłukanych wodą redestylowaną kolbek o pojemności 100 ml odmierzyć kolejno 0,0; 3,0; 7,0; 10 i 20 ml roztworu wzorcowego. Zawierają one odpowiednio 0,0; 0,03; 0,07; 0,10; 0,20 mg PO Do każdej kolbki dodać ok. 50 ml wody redestylowanej!!! i wymieszać oraz dodać kolejno: 2 ml roztworu molibdenianu amonu i wymieszać uzupełnić wodą redestylowana do kreski i ponownie wymieszać. dodać 0,2 ml roztworu chlorku cynawego bezpośrednio na lustro wody za pomocą strzykawki i wymieszać. Po upływie 10 min (nie później niż po 20 min) wykonać pomiary absorbancji wzorców na spektrofotometrze Marcel Media (sala 414) przy długości fali 690 nm. Jako odnośnik stosować roztwór kontrolny znajdujący się w pierwszym wzorcu tzw. O, w którym znajdują się jedynie odczynniki. Na podstawie uzyskanych wyników wyznaczyć krzywą wzorcową. Zachować ostatni wzorzec w celu ustalenia właściwej ilości ścieku pobieranego do analizy. 4

5 3.2 Oznaczenie zawartości PO 4-3 w ścieku metodą kolorymetryczną Z badanego ścieku przed strącaniem pobrać 0,5-1,0 ml do analizy. Z badanego ścieku podczas strącania pobrać kolejno przy zadanym ph po 10 ml zawiesiny do podpisanej probówki i odwirować. Następnie natychmiast pobrać odwirowany roztwór do analizy w ilości zależnej od ph - tak aby mieścić się w zakresie wyznaczonej wcześniej krzywej wzorcowej, czyli aby barwa roztworu do analizy (po dodaniu odczynników) nie była ciemniejsza niż barwa ostatniego wzorca. Przykładowe objętości podano w tabeli: V odwirowanego roztworu do l.p. ph analizy [ml] * C PO 4 w próbce odczyt z aparatu C PO 4 w ścieku [mg/l] * Dla oznaczania zawartości fosforu w ścieku po strąceniu fosforanów pobieramy ok. 10 ml roztworu po odsączeniu od osadu. Pobrany roztwór przenieść do kolby miarowej na 100ml i dodać około 50 ml wody redestylowanej i wymieszać. Następnie dodać: 2 ml roztworu molibdenianu amonu i wymieszać uzupełnić wodą destylowana do kreski i ponownie wymieszać. dodać 0,2 ml roztworu chlorku cynawego bezpośrednio na lustro wody za pomocą strzykawki i wymieszać. Po upływie 10 min (nie później niż po 20 min) dokonać pomiaru absorbancji przy długości fali 690 nm, stosując jako odnośnik (próbkę zerową) roztwór zawierający w kolbie na 100 ml odpowiednie ilości molibdenianu amonu, chlorku cynawego oraz wody wykonany jak wyżej. Zawartość rozpuszczonych jonów ortofosforanowych w badanej próbce w przeliczeniu na PO 4-3 (X) obliczyć ze wzoru: a 1000 mg X = V l gdzie: a - zawartość rozpuszczonych ortofosforanów w badanej próbce w przeliczeniu na PO 4, określona przez porównanie ze skalą wzorców lub odczytana z krzywej wzorcowej, mg, V - objętość próbki użytej do oznaczania, ml. 5

6 3.3 Oznaczenie zawartości wapnia w ścieku Do oznaczania początkowej zawartości Ca w ścieku należy użyć wody wodociągowej pobrać 50 ml wody do analizy. Po zakończeniu strącenia do zlewki o pojemności 500 ml odmierzyć 200 ml badanego ścieku. Roztwór przesączyć na twardym sączku i następnie pobrać 25 ml roztworu do kolby stożkowej. Dodać, 3 ml trójetanoloaminy, następnie 10 ml 20% roztworu wodorotlenku potasu, szczyptę kalcesu, zamieszać i zmiareczkować roztworem wersenianu dwusodowego do zmiany zabarwienie z różowej na niebieską. Zawartość wapnia (mg/l) X = 40,08 V V 2 c gdzie: V 1 - objętość roztworu EDTA zużytego do zmiareczkowania wapnia [cm 3 ] c - miano roztworu EDTA (mol/l) V 2 - objętość roztworu pobranego do analizy [cm 3 ] Zadania do wykonania: 1. Obliczyć zawartości jonów fosforanowych w analizowanych próbkach na podstawie krzywej wzorcowej 2. Sporządzić wykres zależności ph od zawartości CaO w roztworze, przy założeniu jednorodności zawiesiny. 3. Sporządzić wykres zależności stężenia jonów PO 4 od stosunku molowego CaO/PO 4 pocz. w roztworze. 4. Odpowiednio zinterpretować wyniki i sformułować wnioski ZAKRES TEORETYCZNY 1. Zanieczyszczenia wody związkami fosforu ( źródła, ilości) 2. Pojęcie eutrofizacji wód 3. Biologiczne metody oczyszczania ścieków od fosforu 4. Chemiczne metody oczyszczania ścieków od fosforu 6