UNIWERSYTET ZIELONOGÓRSKI

WYDZIAŁ INśYNIERII LĄDOWEJ I ŚRODOWISKA

INSTYTUT INśYNIERII ŚRODOWISKA

Zakład Technologii Wody, Ścieków i Odpadów

Ćwiczenia laboratoryjne

z Odnowy wody

USUWANIE FOSFORANÓW

PRZEZ

KOAGULACJĘ WAPNEM

Usuwanie fosforanów przez koagulację wapnem

1

1. PODSTAWY TEORETYCZNE

W procesie koagulacji ścieków są usuwane zanieczyszczenia organiczne i

nieorganiczne, o rozdrobnieniu koloidalnym, oraz zawiesiny, a także częściowo
substancje rozpuszczone. Koagulację w procesach odnowy wody stosuje się w celu
zmniejszenia mętności oraz zawartości związków fosforowych, a także związków
organicznych mierzonych wskaźnikami ChZT, BZT

5

, OWO.

W procesie koagulacji występują dwie fazy: destabilizacji i flokulacji.

Faza destabilizacji występuje bezpośrednio po dodaniu czynnika koagulującego.

Mechanizm destabilizacji polega na:

−

Obniżeniu potencjału elektrokinetycznego,

−

Dehydratacji,

−

Utlenieniu koloidów ochronnych.

Faza flokulacji obejmuje reakcje fizyczne, które pod wpływem ruchów Browna

powodują powstawanie kłaczków. Trudne jest ustalenie momentu rozpoczęcia
flokulacji po dodaniu koagulanta. Część chemiczna procesu jest zakończona po czasie
0,1 s a wielkość kłaczka wynosi wówczas ok. 10

-6

m. Podczas flokulacji dochodzi do

zwiększenia rozmiarów kłaczka do 10

-3

m.

Wapno jest najpopularniejszym koagulantem stosowanym w odnowie wody,

jego zaletą jest dokładność dawkowania oraz to, że nie zwiększa zasolenia ścieków
(przeciwnie do soli glinu i żelaza). Dobre efekty usuwania zanieczyszczeń ze ścieków
daje także koagulant dolomitowy.

W zależności od pH wyróżniamy:

1. koagulację małymi dawkami wapna (LLP) dla pH 9.5 – 10.5,
2. koagulację dużymi dawkami wapna (HLP) dla pH 11.0 – 11.5.

Idea oczyszczania ścieków polega na wykorzystaniu koagulacyjnych i adsorpcyjnych
właściwości wodorotlenku magnezowego Mg(OH)2.
Podczas koagulacji wapno reaguje ze związkami wapnia i magnezu:
Ca(OH)

2

+ CO

2

= CaCO

3

↓

+ H

2

O

Ca(OH)

2

+ Ca(HCO

3

)

2

= 2CaCO

3

↓

+ 2H

2

O

LLP

Ca(OH)

2

+ Mg(HCO

3

)

2

= MgCO

3

↓

+ CaCO

3

↓

+ 2H

2

O

Ca(OH)

2

+ MgCO

3

= Mg(OH)

2

↓

+ CaCO

3

↓

HLP

Gdy magnez wchodzi w skład twardości niewęglanowej, wówczas zachodzi jego
wymiana na wapń:
Ca(OH)

2

+ Mg

2+

= Mg(OH)

2

↓

+ Ca

2+

↓

Znaczące wytrącanie Mg(OH)

2

występuje przy pH>10,5 i wraz ze wzrostem pH oraz

temperatury maleje jego rozpuszczalność.

Koagulacja wapnem z wytrąceniem magnezu składa się z dwóch etapów:

- do pH~10.5 – wiązanie CO

2,

dawka wapna zależna jest od kwasowości i

zasadowości ogólnej,
- pH>10.5 – wzrost jonów OH

-

, wytrącenie Mg(OH)

2

do galaretowatego osadu,

całkowite wytrącenie następuje przy pH 11.2 – 11.5

5 Ca(OH)

2

+ 3PO

4

-3

= Ca

5

OH(PO

4

)

3

↓

+ 9OH

-

3 Ca(OH)

2

+ 2PO

4

-3

= Ca

3

(PO

4

)

2

↓

+ 6OH

-

4 Ca(OH)

2

+ 3PO

4

-3

+ H

2

O = Ca

4

H(PO

4

)

3

↓

+ 9OH

-

Usuwanie fosforanów przez koagulację wapnem

2

Procesy towarzyszące koagulacji wapnem:

usuwanie fosforanów

– na drodze chemicznego strącania a także przez

koagulację i adsorbcję,

ortofosforany

– wytrącają się w postaci Ca

3

(PO

4

)

2

lub Ca

5

OH(PO

4

)

3

rzadziej w

postaci Ca

4

H(PO

4

)

3

,

polifosforany

– usuwa się przez adsorpcję i strącanie wapnem,

fosforany w postaci koloidów

– usuwa się przez koagulację (HLP),

klarowanie ścieków

– zależy od zasadowości oraz ilości CaCO

3

i Mg(OH)

2

,

usuwanie związków organicznych

– poprzez adsorpcję na CaCO

3

i Mg(OH)

2

,

dezynfekcja wirusów i bakterii

– koagulacja dużymi dawkami wapna,

usuwanie metali

– całkowite wytrącenie.

2. CEL ĆWICZENIA

Zasadniczym celem ćwiczenia jest określenie optymalnej dawki wapna w

oparciu o obliczony stopień obniżenia utlenialności fosforanów.
3. WYKONANIE ĆWICZENIA

Trzy reaktory o poj. 2 dm

3

napełnić wymieszanymi ściekami w ilości 1 dm

3

, po

czym do każdego z nich dodać wapno w takiej ilości by pH roztworu wynosiło 10, 11 i
12 (należy zapisać dodane ilości wody wapiennej). Reaktory wstawić do koagulatora,
gdzie roztwór należy poddać szybkiemu mieszaniu w czasie 3 min. z prędkością 60
obr/min. a następnie wolnemu mieszaniu przez 0,5 h z prędkością 18 obr/min. Po
wymieszaniu próby należy odstawić na ok. 30 min. celem sedymentacji zawiesin. W tym
czasie oznaczyć miano wody wapiennej. Sklarowaną ciecz zlewać do kolb stożkowych o
pojemności 300 ml. W ściekach surowych i zdekantowanych należy oznaczyć: pH,
zasadowość, utlenialność oraz fosforany.

4. OBLICZANIE WYNIKÓW

Nr

próby

Dawka

wapna

pH przed

koagulacją

pH po

koagulacji

Zasadowość

ogólna M

utlenialność

fosforany

pH

pH

mval/dm

3

mg O

2

/dm

3

mg/dm

3

1

2

3

3. SPRAWOZDANIE POWINNO ZAWIERAĆ:

−

wstęp teoretyczny,

−

opis przebiegu procesu usuwania fosforanów ze ścieków,

−

dodane ilości wody wapiennej należy przeliczyć na dawkę w mg CaO,

−

otrzymane wyniki należy zestawić w tabeli wg podanego wzoru,

−

wykres zależności redukcji fosforanów i utlenialności w zależności od dawki
wapna,

−

wnioski wraz z ustaleniem optymalnej dawki wapna.

Literatura:

1.

Kowal A. L.; Odnowa wody; Skrypt Politechniki Wrocławskiej; Wrocław 1996.