ĆWICZENIE IV

FERMENTACJA BEZTLENOWA

WSTĘPNE OCZYSZCZANIE STĘŻONYCH ŚCIEKÓW PRZEMYSŁU SPOŻYWCZEGO W KOMORZE

FERMENTACJI BEZTLENOWEJ

CZĘŚĆ DOSWIADCZALNA

CEL ĆWICZENIA

Przemysł Spożywczy odprowadza ścieki zawierające duże stężenie substancji organicznej. Do wstępnego biologicznego oczyszczania tych ścieków wykorzystywana jest fermentacja beztlenowa.

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z procesem oczyszczania ścieków na drodze fermentacji beztlenowej oraz wyznaczenie technicznych parametrów fermentacji dla komory modelowej.

ZAKRES ĆWICZENIA

Ćwiczenie obejmuje:

1. Wykonanie w ściekach surowych i oczyszczonych oznaczeń:

• CHZT (metodą dichromianową)

• kwasów lotnych

• zasadowości

2. Opracowanie wyników, które powinno zawierać:

• zestawienie wyników wykonanych pomiarów i oznaczeń analitycznych (tabela 1)

• zestawienie najważniejszych spostrzeżeń i uwag

• sformułowanie wniosków

Oznaczenia analityczne należy wykonać wg przepisów podanych w załączeniu.

WZÓR TABELI

Tabela 1. Parametry pracy komory fermentacyjnej

Wyszczególnienie oznaczenia			Jednostka	Wartość liczbowa
Objętość użyteczna (czynna) komory fermentacji		VK	dm^3
Wymiana objętości użytecznej komory		Q	dm^3/d
Czas fermentacji		T =	d
Obciążenie komory ładunkiem zanieczyszczeń		A = Q ⋅ CHZT	gO2CHZT/d ChZT = 4500 mgO2/dm^3
Objętość gazy wydzielonego z komory		Vg	dm^3/d
Wydajność gazu	z jednostki ładunku zanieczyszczeń doprowadzonego do komory		dm^3/gO2CHZT⋅d
		z jednostki objętości czynnej komory		dm^3/dm^3⋅d

OZNACZANIE CHEMICZNEGO ZAPOTRZEBOWANIA TLENU (ChZT)

METODĄ DICHROMIANOWĄ

Zasada oznaczenia

Oznaczanie ChZT polega na utlenieniu związków organicznych i niektórych nieorganicznych za pomocą mieszaniny dichromianu potasowego i kwasu siarkowego

w podwyższonej temperaturze.

Użyty do reakcji nadmiar dichromianu potasowego odmiareczkowuje się siarczanem żelaza (II) i amonu wobec ferroiny.

Ilość utleniających się związków organicznych jest proporcjonalna do użytego dichromianu.

6 Fe²⁺ + Cr₂O₇^2- + 14 H⁺ → 6 Fe³⁺ + 2 Cr³⁺ + 7 H₂

Odczynniki i szkło

1. Dichromian potasowy (K₂Cr₂O₇), roztwór 0,25 n

2. Kwas siarkowy (stężony) z Ag₂SO₄

3. Ferroina, roztwór

4. Amonu żelaza (II) siarczan [sól Mohra, (NH₄)₂SO₄∙FeSO₄∙6H₂O], roztwór 0,1 n

5. Kolba miarowa o objętości 100 cm³

6. Pipety: 5, 10 i 20 cm³

7. Zestawy do utleniania pod chłodnicą zwrotną

8. Cylinder miarowy o objętości 50 cm³

9. Cylinder miarowy o objętości 100 cm³

10. Biureta: 25 cm³

Wykonanie oznaczenia

Do kolby okrągłodennej odmierzyć odpowiednią ilość analizowanej próby (ilości podaje osoba prowadząca laboratorium), uzupełnić wodą destylowaną do objętości 20 cm³, dodać 10 cm³ roztworu dichromianu potasowego (1) i wymieszać.

Następnie odmierzyć cylindrem 30 cm³ stężonego kwasu siarkowego z Ag₂SO₄ (2) i dodawać do kolby małymi porcjami, przy ciągłym mieszaniu (przy dozowaniu stężonego kwasu siarkowego zachować ostrożność).

Po wrzuceniu do kolby kilku kawałków wyprażonego pumeksu połączyć kolbę z chłodnicą zwrotną i ogrzewać utrzymując ciecz w stanie łagodnego wrzenia w ciągu 10 minut.

Po około 5 minutach od momentu przerwania ogrzewania spłukać wewnętrzną część chłodnicy 90 cm³ wody destylowanej do kolby. Kolbę odłączyć od chłodnicy, ochłodzić do temperatury otoczenia, dodać 3-5 kropli wskaźnika (siarczan ferroiny (3)) i odmiareczkować nadmiar dichromianu potasowego roztworem siarczanu (VI) amonu i żelaza (II) (4). Miareczkowanie zakończyć, gdy roztwór zmieni zabarwienie, z zielononiebieskiego na czerwonobrunatne.

Równolegle należy wykonać próbę kontrolną biorąc do oznaczenia 20 cm³ wody destylowanej.

Obliczanie wyników

Wartość ChZT badanych ścieków obliczyć wg wzoru:

X =

[mg/dm³ O₂]

w którym:

a - ilość siarczanu żelaza (II) i amonu zużyta do zmiareczkowania próby kontrolnej [cm³]

b - ilość siarczanu żelaza (II) i amonu zużyta do zmiareczkowania próby ze ściekami

[cm³]

n - normalność roztworu siarczanu żelaza (II) i amonu

V - objętość próbki ścieków użytej do oznaczenia [cm³]

8 - ilość tlenu odpowiadająca 1 cm³ ściśle 1 n roztworu siarczanu żelaza (II) i amonu

[mg]

OZNACZANIE KWASÓW LOTNYCH ZA POMOCĄ DESTYLACJI Z PARĄ WODNĄ

Zasada oznaczenia:

Rozkład soli kwasów lotnych przeprowadza się za pomocą kwasu siarkowego. Uwolnione kwasy lotne oddestylowuje się z parą wodną i oznacza w destylacie przez miareczkowanie roztworem wodorotlenku sodowego.

Odczynniki, szkło i aparatura:

1. Kwas siarkowy, roztwór 25%

2. Wodorotlenek sodowy, roztwór 0,1 n

3. Fenoloftaleina, roztwór (wskaźnik)

4. Cylindry miarowe: 25 i 100 cm³

5. Kolba stożkowa 300 cm³

6. Zestaw do destylacji z parą wodną

Wykonanie oznaczenia:

Do kolby destylacyjnej odmierzyć 100 cm³ ścieków pozbawionych osadu, 100 cm³ wody destylowanej i 10 cm³ roztworu kwasu siarkowego (1).

Powolną destylację z parą wodną prowadzić do uzyskania 150 cm³ destylatu.

Destylat miareczkować roztworem wodorotlenku sodowego (2) używając jako wskaźnika fenoloftaleiny (3).

Obliczanie wyników:

Zawartość kwasów lotnych w badanych ściekach obliczyć w przeliczeniu na kwas octowy wg wzoru:

X =

[mg/dm³ CH₃COOH]

w którym:

a - ilość wodorotlenku sodowego 0,1 n zużyta na zmiareczkowanie destylatu, cm³

V - objętość próbki ścieków zużytej do oznaczenia, cm³

6 - ilość kwasu octowego odpowiadająca 1 cm³ ściśle 0,1 n wodorotlenku sodowego, mg

ZASADOWOŚĆ ŚCIEKÓW

Zasadowość ścieków, określona jest zawartością w nich związków zasadowych. Związki te mogą być zobojętniane do określonego umownego pH za pomocą mocnych kwasów mineralnych.

Zasadowość w ściekach powodują najczęściej wodorowęglany, ponadto węglany

i wodorotlenki, a rzadziej borany, krzemiany, fosforany, siarczki i niektóre związki organiczne.

Zasadowość może być zasadowością wobec fenoloftaleiny, która występuje wówczas, gdy pH ścieków przewyższa 8,3; zasadowość ogólna spowodowana jest związkami, wywołującymi pH większe od 4,5.

Zasadowość ścieków jest często zbliżona do zasadowości wody, z jakiej powstały ścieki.

Ścieki, cechujące się wysoką zasadowością, wywołują zakłócenia w działaniu oczyszczalni biologicznej, jak również wpływają niekorzystnie na biocenozę odbiornika naturalnego.

Zasadowość ścieków oznacza się za pomocą następujących metod:

• miareczkowanie wobec wskaźników:

- zasadowość wobec fenoloftaleiny

- zasadowość ogólna

• miareczkowanie potencjometryczne:

- zasadowość do punktu miareczkowania pH = 8,3

(zasadowość wobec fenoloftaleiny),

- zasadowość do punktu miareczkowania pH = 4,5 (zasadowość ogólna).

Oznaczanie zasadowości należy wykonać możliwie szybko po pobraniu próbki ścieków.

I. OZNACZANIE ZASADOWOŚCI METODĄ MIARECZKOWĄ

WOBEC FENOLOFTALEINY

Związki zasadowe zawarte w wodzie są zobojętniane mianowanym roztworem mocnego kwasu mineralnego do pH 8,3 przy użyciu roztworu fenoloftaleiny jako wskaźnika. Miareczkowanie prowadzi się do zaniku różowego zabarwienia próbki.

Odczynniki:

1. Fenoloftaleina, r-r alkoholowy 1%, zobojętniony roztworem wodorotlenku sodu.

2. Kwas solny lub siarkowy cz.d.a., roztwór 0,1 n.

Wykonanie oznaczenia:

Do zlewki o pojemności 300 cm³ odmierzyć 100 cm³ dokładnie wymieszanej próbki ścieków badanych i 100 cm³ wody destylowanej. Następnie dodać 4 krople roztworu fenoloftaleiny. Jeżeli próba zabarwi się na kolor różowy, należy ją miareczkować 0,1 n roztworem HCl do zaniku zabarwienia. Brak różowego zabarwienia po dodaniu do próby roztworu fenoloftaleiny oznacza, że ten rodzaj zasadowości nie występuje (Zp=0).

Obliczanie i podawanie wyników:

Zasadowość ścieków wobec fenoloftaleiny Zp obliczyć i podać zgodnie ze wzorem:

Zp =

[mval/dm³]

gdzie:

a - ilość 0,1 n roztworu kwasu, użyta do zmiareczkowania próbki ścieków badanych

do pH 8,3; cm³ ,

V - objętość próbki ścieków użytej do oznaczenia, cm³ .

II. OZNACZANIE ZASADOWOŚCI OGÓLNEJ METODĄ MIARECZKOWĄ

WOBEC ORANŻU METYLOWEGO

Zasadowość ogólną wody oznacza się za pomocą miareczkowania próbki roztworem mianowanym mocnego kwasu mineralnego do pH 4,5, wobec oranżu metylowego jako wskaźnika. Miareczkowanie prowadzi się do zmiany zabarwienia próbki z żółtego na żółtoróżowe.

Odczynniki:

1. Oranż metylowy, roztwór 0,1%.

2. Kwas solny lub siarkowy cz.d.a., roztwór 0,1 n.

Wykonanie oznaczenia:

Do oznaczenia użyć próbkę po miareczkowaniu jej wobec fenoloftaleiny. Do próbki dodać 2-3 krople roztworu oranżu metylowego i miareczkować 0,1 n roztworem HCl do zmiany jej barwy na żółtoróżową.

Obliczanie i podawanie wyników:

Zasadowość ogólną ścieków Zm obliczyć i podać zgodnie ze wzorem:

Zm =

[mval/dm³]

gdzie:

b - ilość 0,1 n roztworu kwasu, użyta do zmiareczkowania próbki ścieków badanych

do pH = 4,5 (w przypadku wykonania oznaczenia w próbce uprzednio wykorzystanej

do określenia zasadowości wobec fenoloftaleiny, ilość ta będzie się równać sumie

roztworu kwasu użytego na oba miareczkowania, tj. do pH 8,3 i do pH od 8,3 do 4,5),

cm³.

V - objętość próbki ścieków użytej do oznaczenia, cm³ .

1

11

---