CHLOROWANIE WODY DO PUNKTU PRZEŁAMANIA

Transkrypt

1 CHLOROWANIE WODY DO PUNKTU PRZEŁAMANIA WYKREŚLANIE KRZYWYCH PRZEBIEGU CHLOROWANIA DLA WODY ZAWIERAJĄCEJ AZOT AMONOWY. 1. WPROWADZENIE Chlor i niektóre jego związki po wprowadzeniu do wody działają silnie utleniająco i bakteriobójczo. Chlor reaguje z wodą zgodnie z reakcją: Cl H O HClO + HCl + przy czym tworzący się kwas podchlorawy ulega dysocjacji HClO H Chlor w postaci Cl, HClO i ClO - zwany jest chlorem wolnym. Wprowadzany do wody chlor w niewielkim stopniu zużywa się na utlenienie mikroorganizmów, znacznie większa jego część reaguje ze znajdującymi się w tej wodzie organicznymi związkami i niektórymi związkami nieorganicznymi. W zależności od celu proces chlorowania można stosować jako: 1. Chlorowanie wstępne.. Chlorowanie właściwe (dezynfekcyjne). Chlorowanie wstępne ma na celu ogólne polepszenie własności organoleptycznych wody oraz służy jako proces poprzedzający i ułatwiający dalsze uzdatnianie wody np. koagulację, odżelazianie i in. Wymaga stosowania dużych dawek chloru ze względu na znaczne zużywanie go na utlenianie związków organicznych i czasem nieorganicznych reduktorów obecnych w wodzie uzdatnionej. Współczesne technologie rezygnują z tego procesu ze względu na tworzące się niepożądane produkty uboczne. Chlorowanie dezynfekcyjne ma znaczenie odkażające i służy do zniszczenia obecnych w wodzie bakterii i innych mikroorganizmów oraz zapewnienie mikrobiologicznej czystości wody w sieci dystrybucyjnej. Chlorowanie dezynfekcyjne przeprowadzane powinno być tak, aby dezynfektant pozostawał w wodzie chroniąc ją przed wtórnym zakażeniem w sieci dystrybucyjnej. Aby zwiększyć skuteczność chlorowania i ograniczyć zużycie chloru poddaje się chlorowaniu wodę uprzednio uzdatnioną pod względem fizyko chemicznym (zwykle przed wprowadzeniem jej do sieci wodociągowej). Do chlorowania stosuje się gazowy chlor lub jego związki zawierające aktywny chlor. Należą do nich: podchloryn sodu NaOCl, podchloryn wapnia Ca(OCl), wapno chlorowane zawierające czynny związek CaClOCl oraz chloraminy. + + ClO 1

2 Chlor dodawany do wody surowej zużywany jest na procesy utleniania składników mineralnych lub utlenianie i chlorowanie związków organicznych. Ilość chloru potrzebna na pokrycie wszystkich procesów zużywających chlor, do momentu pojawienia się w wodzie chloru pozostałego nazywa się ogólnie zapotrzebowaniem chloru. Zapotrzebowanie chloru dla danej wody oznacza się w takich samych warunkach, w jakich odbywa się oczyszczanie lub dezynfekcja wody tj. dla określonego czasu kontaktu chloru z wodą, temperatury, ph wody i innych czynników. W celu porównania wielkości zapotrzebowania chloru różnych wód, oznaczenie zapotrzebowania chloru powinno odbywać się w warunkach standardowych. W praktyce zapotrzebowaniem chloru nazywa się najmniejszą ilość chloru wolnego (mg Cl ) dodawanego do 1l wody o temperaturze 0 o C, która po 0 min. czasie kontaktu chloru z wodą daje 0.1 mg/l pozostałego chloru. Zapotrzebowanie wody jest jednym z parametrów określających czystość wody. Jeżeli wody naturalne zawierają azot amonowy, to podczas ich chlorowania tworzą się również związki chloru z amoniakiem zwane chloroaminami. Tworzenie się mono -, di - i trichloroaminy przebiega zgodnie z reakcją: NH + HClO NH Cl + H O NH + HClO NHCl + H O NH + HClO NCl + H O Chloraminy wykazują własności bakteriobójcze, jednak ich aktywność bakteriologiczna jest słabsza niż innych form chloru. Uważa się, że chloraminy są o około dwa rzędy wielkości słabszymi dezynfektantami. Krzywą w przebiegu chlorowania dla wody zawierającej azot amonowy przedstawiono na Rysunku 1 (jest to tzw. chlorowanie do punktu przełamania). Odcinek A krzywej wyraża zużycie chloru na utlenianie związków łatwo utleniających się, odcinek B krzywej odpowiada reakcji chloru z azotem amonowym tworząc chloraminy. Powstaje tu przede wszystkim monochloramina (NH Cl) z nieznaczną domieszką dwuchloroaminy (NHCl ). Gdy użyjemy nadmiaru chloru wówczas zawartość chloru pozostałego zmniejsza się (odcinek C) wskutek rozpadu chloramin pod wpływem chloru. NH Cl + HClO N + HCl + H O NH Cl + NHCl N HCl +

3 6 A B C D chlor pozostały [mg/l] 4 chlor wolny punkt przełamania dawka chloru [mg/l] Rysunek 1. Przebieg chlorowania do punktu przełamania A- zużycie chloru na utlenienie związków łatwo utleniających się, B- tworzenie chloramin, C- niszczenie chloramin, D- chlor wolny i pozostałe związki chloroorganiczne. W praktyce ilość chloru pozostałego w wodzie w punkcie przełamania nie spada do zera, co świadczy, że nie wszystkie chloraminy (m.in. organiczne) ulegają rozpadowi pod wpływem chloru. Nadmiar Cl: N w punkcie przełamania wynosi teoretycznie 7.6, co odpowiada reakcji: + NH + Cl N 6HCl W praktyce nadmiar Cl: N w punkcie przełamania wynosi często i więcej, w zależności od charakteru zanieczyszczeń wody. Punkt przełamania krzywej jest końcowym

4 punktem współistnienia chloramin z wolnym chlorem. Po przekroczeniu punktu przełamania w wodzie ilość chloru wolnego wzrasta proporcjonalnie do ilości chloru wprowadzanego.. CEL ĆWICZENIA Celem ćwiczenia jest przeprowadzenie procesu chlorowania wody zawierającej azot amonowy oraz wykreślenie krzywej chlorowania dla tej wody.. ZAKRES MATERIAŁU WYMAGANY PRZED PRZYSTĄPIENIEM DO WYKONYWANIA ĆWICZENIA. Student powinien dobrze zaznajomić się z materiałem dotyczącym dezynfekcji wody, ze szczególnym uwzględnieniem chlorowania wody, znać procedurę oznaczania amoniaku i chloru pozostałego. Student powinien też zaznajomić się z opisem ćwiczenia nr 14. W uzyskaniu niezbędnych wiadomości może dopomóc następująca literatura: J. Nawrocki, S. Biłozor, Uzdatnianie Wody, Procesy chemiczne i biologiczne, PWN, Warszawa-Poznań 000. A. L. Kowal, M. Świderska-Bróż, Oczyszczanie wody, PWN, Warszawa-Wrocław W. Hermanowicz, Chemia sanitarna, Arkady, Warszawa W. Hermanowicz, J. Dojlido, W. Dożańska, B. Koziorowski, J. Zerbe, Fizyczno-chemiczne badanie wody i ścieków, Arkady, Warszawa SPRZĘT I ODCZYNNIKI Butelki 1 litrowe Woda chlorowa lub wodny roztwór podchlorynu sodu Woda surowa zawierająca NH Szkło i odczynniki do oznaczeń chloru pozostałego metodą jodometryczną: H SO 4 (1:50), KI, 0.05n Na S O, skrobia Zestaw do oznaczania amoniaku w wodzie (np. Firmy Merck) 5. SPOSÓB WYKONANIA ĆWICZENIA 5.1. Oznaczyć stężenie chloru czynnego w wodzie chlorowej (lub roztworze wodnym podchlorynu sodowego) w sposób podany poniżej. Do kolbki wlać 10 ml kwasu siarkowego 1:50 wsypać ok. 1g jodku potasu, dodać 5ml badanej wody chlorowej (lub podchlorynu sodowego), kolbkę zamknąć korkiem, zawartość wymieszać i pozostawić ok. min. w ciemni, a następnie odmiareczkować wydzielony jod 0.05 n roztworem tiosiarczanu sodowego, dodając pod koniec miareczkowania roztworu 4

5 skrobi. Obliczyć zawartość chloru czynnego w badanym roztworze. Wynik przedstawić w mgcl na ml roztworu. M = k. V / 5 M - zawartość chloru czynnego [mgcl /ml] badanego roztworu podchlorynu lub wody chlorowej; k - współczynnik przeliczeniowy dla 0.05 n Na S O mgcl /ml ; dla 0.01 n Na S O mgcl /ml. 5.. Zbadać przebieg chlorowania do punktu przełamania dla wody zawierającej amoniak w następujący sposób: Najpierw oznaczyć zawartość amoniaku w wodzie badanej przy pomocy aparaciku Microquant (firmy Merck) zgodnie z instrukcją zamieszczoną na urządzeniu; Ustalić orientacyjną dawkę chloru w punkcie przełamania (pamiętając, że nadmiar chlor w stosunku do azotu amonowego powinien wynosić co najmniej 7,6) oraz wybrać odpowiedni zakres stosowanych dawek chloru. W celu łatwiejszego ustalenia zakresu dawek stosować wzrastające dawki chloru różniące się o mgcl /l, np. przy przypuszczalnej dawce chloru w punkcie przełamania wynoszącej 10 mg/l do chlorowania zastosować dawki 6, 8, 10, 1, 14, 16 mgcl /l; Następnie do szeregu butelek litrowych dodać po 500 ml wody badanej oraz wzrastające ilości roztworu wody chlorowej (podchlorynu sodowego) odpowiadające wybranym dawkom. Butelki zamknąć, zawartość wymieszać i pozostawić w ciemni przez 15 min. Ilość roztworu wody chlorowej (podchlorynu sodu) wyliczyć ze wzoru: V = 0,5. D / M gdzie: V - ml NaOCl, które należy dodać do 500 ml wody; D - dawka chloru mg Cl /L; M - zawartość chloru czynnego [mgcl /ml] badanego roztworu podchlorynu lub wody chlorowej; Po upływie tego czasu oznaczyć w każdej próbce chlor pozostały metodą jodometryczną, w następujący sposób: do kolbek wlać kolejno 10 ml kwasu siarkowego 1:50, wsypać ok. 1g KJ, dodać 100 ml badanej próbki, kolbki zamknąć i pozostawić ok. min. w ciemni. Po tym czasie odmiareczkować wydzielony jod 0.05n lub 0.01 n Na S O dodając 5

6 skrobię pod koniec miareczkowania. Obliczyć zawartość chloru pozostałego w każdej próbce w mg/l. Cl poz = 10. k. V gdzie: Cl poz zawartość chloru pozostałego [mg/l], K - współczynnik przeliczeniowe dla 0.05 n Na S O mgcl /ml ; dla 0.01 n Na S O mgcl /ml, V objętość tiosiarczanu zużyta do miareczkowania 10 ml próbki [ml]. 6. OPRACOWANIE WYNIKÓW Uzyskane wyniki zestawić wg zaproponowanej poniżej tabeli. Dawka Cl mg/l ml NaOCl/500 ml wody V - ml Na S O /100 ml próbki Cl poz - Cl pozostały [mg/l] Sporządzić krzywe przebiegu chlorowania dla wody surowej odkładając na osi odciętych stosowane dawki chloru mg/l, a na osi rzędnych oznaczone dla danych dawek chloru ilości chloru pozostałego w wodzie po upływie 15 min. Obliczyć stosunek chloru/azotu amonowego w punkcie przełamania wykorzystując oznaczoną uprzednio ilość azotu amonowego. 6