Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie Wydział Górnictwa i Geoinżynierii
Rok akademicki: 2015/2016	Przedmiot: Technologie oczyszczania wody i ścieków.	Rok studiów: II
Data wykonania 07.10.2015	Temat: Oznaczanie podstawowych parametrów wody i ścieków.	Prowadzący: dr Anna Hołda
Data oddania 21.10.2015	Student: Daria Bidzińska	Ocena:

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia było oznaczenie podstawowych parametrów wody i ścieków metodą miareczkowania, w tym obliczenie zasadowości alkalicznej i całkowitej, kwasowości mineralnej i ogólnej oraz twardości ogólnej na podstawie pozyskanych danych pomiarowych.

2. Wstęp teoretyczny

Miareczkowanie - Polega na wprowadzaniu niewielkimi porcjami („miareczkami”) do badanego roztworu odczynnika o znanym stężeniu. Uprzednio należy dodać wskaźnik, który zmieni barwę w momencie osiągnięcia równowagi badanej próbki (jest to punkt końcowy miareczkowania). Ilość oznaczanej substancji oblicza się na podstawie dokładnie zmierzonej objętości zużytego roztworu mianowanego.

Twardość wody - zawartość związków wapnia oraz magnezu. Proces wytrącania polega na tym, iż podczas podgrzewania, czy gotowania wody następuje odgazowanie rozpuszczonego w wodzie dwutlenku węgla. Dwutlenek węgla utrzymuje węglany wapnia i magnezu w stanie rozpuszczonym, natomiast gdy zostanie z wody odpędzony, węglany wytrącają się, tworząc osad.

Tabela 1 - Skala twardości wody

Skala twardości	Twardość [mval/dm^3]
Bardzo miękka	<1,78
Miękka	1,78-3,57
O średniej twardości	3,57-5,35
O znacznej twardości	5,35-7,13
Twarda	7,13-10,7
Bardzo twarda	>10,7

Odczyn pH roztworu - określa stężenie, a ściślej aktywność jonów wodorowych wyrażoną
w molach na dm³.

Tabela 2 - Skala odczynu pH wody.

Odczyn roztworu	pH
Kwaśny	<7
Zasadowy	>7
Obojętny	7
Wody naturalne	6,5-8,5

Przewodnictwo właściwe wody - zdolność roztworu wodnego do przewodzenia prądu elektrycznego. Definiowane jako odwrotność oporu właściwego słupa cieczy zawartego między elektrodami o powierzchni 1cm³ oddalonymi od siebie o 1cm.

G=1/R [mS/cm]

Tabela 3 - Skala czystości wody.

Stopień czystości wody	Przewodnictwo [mS/cm]
Ultra czysta - dejonizowana	5,5-10·10^-5
Destylowana	0,1-1·10^-4
Pitna	5-50
Morska	5000

Zasadowość - zdolność wody do zobojętniania mocnych kwasów mineralnych wobec umownych wskaźników. Właściwość tę nadają jej wodorowęglany, węglany oraz rzadziej wodorotlenki, borany, krzemiany i fosforany.

1. Alkaliczna - występuje dla pH>8,3

2. Całkowita - występuje dla pH> 4,6

Kwasowość - powodują: wolny CO2, kwasy mineralne i organiczne oraz produkty hydrolizy soli obecnych w wodzie.

1. Mineralna - występuje dla pH<4,6. Woda charakteryzuje się silnie korozyjnymi właściwościami wobec betonu i metali.

2. Ogólna - występuje dla 4,6<pH<8,3

Spis literatury i stron internetowych:

1. www.laboratoria.net Autor: Karolina Wójciuk

2. www.technologia-wody.pl Opracowanie: mgr inż. Tomasz Biszof

3. Inżynieria Środowiska - skrypt dla studentów kierunku Ochrona Środowiska Wydziału Chemii Uniwersytetu Gdańskiego - Aleksandra Bielicka-Giełdoń, Ewelina Grabowska Ewa Maria Siedlecka, Adriana Zaleska

4. Technologia wody i ścieków - Ćwiczenia laboratoryjne, część 1 - Agnieszka Gala, Anna Hołda, Ewa Kisielowska, Anna Młynarczykowska, Stanisława Sanak-Rydlewska - Wydawnictwo AGH

5. www.staff.amu.edu.pl

6. www.zgk-katy.pl

7. www.chemia.uni.lodz.pl

8. Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 29 marca 2007r. w sprawie jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi.

9. Infrastruktura i ekologia terenów wiejskich - Stężenia zanieczyszczeń w ściekach odprowadzanych z wiejskich systemów kanalizacyjnych województwa małopolskiego - Grzegorz Kaczor

3. Wykonanie ćwiczenia

1. Oznaczanie zawiesin ogólnych

Przygotowaną do badania próbkę wody o objętości 4000cm³ przesączono przez zważony uprzednio sączek. Następnie sączek wysuszono i zważono ponownie.

2. Analiza wody z kranu:

Woda 1

1. Z przygotowanej próbki wody z kranu pobrano pipetą 100ml wody i umieszczono ją w kolbie stożkowej. Następnie dodano 5 kropel fenoloftaleiny. Barwa wody nie zmieniła się. Rozpoczęto oznaczanie kwasowości ogólnej, miareczkując roztworem NaOH o stężeniu 0,05M do osiągnięcia słabo różowego zabarwienia, do czego zużyto 1,5ml titranta.

2. Tę samą próbę powtórzono przy jednakowych warunkach i w efekcie zużyto 1,7ml titranta.

Woda 2

1. Z przygotowanej próbki wody z kranu pobrano pipetą 100ml wody i umieszczono ją w kolbie stożkowej. Następnie dodano 5 kropel oranżu metylowego. Barwa wody zmieniła się na kolor żółty. Rozpoczęto oznaczanie zasadowości całkowitej, miareczkując roztworem HCl o stężeniu 0,05M do osiągnięcia pomarańczowego zabarwienia, do czego zużyto 4,5ml titranta.

2. Tę samą próbę powtórzono przy jednakowych warunkach i w efekcie zużyto 4,7ml titranta.

3. Analiza ścieku:

Ściek 1

1. Z przygotowanej próbki ścieku pobrano pipetą 50ml ścieku i umieszczono go w kolbie stożkowej. Następnie dodano kilka kropel oranżu metylowego. Barwa ścieku zmieniła się na kolor czerwony. Rozpoczęto oznaczanie kwasowości mineralnej, miareczkując roztworem NaOH o stężeniu 0,05M do osiągnięcia żółtego zabarwienia, do czego zużyto 4,2ml titranta.

2. Tę samą próbę powtórzono przy jednakowych warunkach i w efekcie zużyto taką samą objętość - 4,2ml titranta.

Ściek 2

1. Z przygotowanej próbki ścieku pobrano pipetą 50ml ścieku i umieszczono go w kolbie stożkowej. Następnie dodano kilka kropel fenoloftaleiny. Barwa ścieku nie zmieniła się. Rozpoczęto oznaczanie kwasowości ogólnej, miareczkując roztworem NaOH
   o stężeniu 0,05M do osiągnięcia słabo różowego zabarwienia, do czego zużyto 4,65ml titranta.

2. Tę samą próbę powtórzono przy jednakowych warunkach i w efekcie zużyto 4,75ml titranta.

Tabela 4 - Oznaczenia parametrów wody.

	WODA Z KRANU		ŚCIEK
Próbka	Woda 1	Woda 2	Ściek 1	Ściek 2
Parametr	Kwasowość ogólna	Zasadowość całkowita	Kwasowość mineralna	Kwasowość ogólna
CHCl [M]	-	0,05	-	-
CNaOH [M]	0,05	-	0,05	0,05
Vpróbki [cm^3]	100	100	50	50
V1 titranta [cm^3]	1,5	4,5	4,2	4,65
V2 titranta [cm^3]	1,7	4,7	4,2	4,75

4. Pomiar pH

W osobnych próbkach wody z kranu i ścieku umieszczono pehametr (uprzednio skalibrowany roztworem buforowym), który dokonał pomiaru odczynu próbek.

5. Pomiar przewodnictwa

W osobnych próbkach wody z kranu i ścieku umieszczono konduktometr (uprzednio skalibrowany roztworem wzorcowym 0,1M KCl), który dokonał pomiaru przewodności próbki.

Tabela 5 - Wyniki pomiarów pehametrem i konduktometrem.

Parametr	Woda	Ściek
pH [-]	8,07	2,48
Przewodnictwo [mS/cm]	0,226	1,395

6. Oznaczenie twardości ogólnej metodą miareczkową

W kolbie stożkowej umieszczono 50cm³ wody. Do próbki dodano 4,6ml kwasu solnego (jako uśrednioną wartość z podwójnego oznaczania ogólnej zasadowości wody: 4,5ml oraz 4,7ml)
i dokładnie wymieszano. Następnie dodano 1cm³ roztworu buforowego, 1cm³ chlorowodorku hydroksyloaminy, 2 krople roztworu siarczku sodu i 2 krople czerni eriochromowej. Miareczkowano roztworem wersenianu dwusodowego (EDTA) o stężeniu 0,01M do momentu, aż roztwór zmieni barwę z czerwonego na niebieski. Miareczkowanie wykonano dwukrotnie. Za pierwszym razem dodano 4,7cm³ EDTA, przy drugiej próbie 4,6cm³.

4. Opracowanie wyników

1. Oznaczenie zawiesin ogólnych

Tabela 6 - Oznaczanie zawiesin ogólnych.

m1	Masa sączka bez zawiesiny [mg]	1116
m2	Masa sączka z zawiesiną [mg]	1218
m	Masa zawiesiny [mg]	102
V	Objętość próbki [dm^3]	0,4

2. Oznaczanie zasadowości całkowitej Z_m

Obliczana ze wzoru:

b - objętość roztworu HCl użyta do miareczkowania próbki wody badanej, [cm³]

C_HCl - stężenie roztworu HCl użytego do miareczkowania próbki wody badanej, [mol/dm³]

V - objętość próbki wody użytej do oznaczania, [cm³]

Próbka Woda 2.1

Próbka Woda 2.2

3. Zasadowość całkowita średnia wody

Oznaczanie zasadowości węglanowej, wodorowęglanowej i wodorotlenowej

Dla badanej próbki nie stwierdzono zasadowości alkalicznej, a jeśli Z_p=0, czyli po dodaniu fenoloftaleiny nie nastąpiła zmiana barwy, woda może zawierać jedynie wodorowęglany
w ilości odpowiadającej zasadowości ogólnej, wówczas:

Tabela 7 - Oznaczanie poszczególnych rodzajów zasadowości.

Wynik oznaczeń zasadowości	Zasadowość [M]
		OH^-	CO3^2-	HCO3^-
Zp=0	0	0	Zm=2,3

3. Oznaczanie kwasowości mineralnej K_wm

Obliczana ze wzoru:

a - objętość roztworu NaOH użyta do miareczkowania próbki wody badanej, [cm³]

C_NaOH - stężenie roztworu NaOH użytego do miareczkowania próbki wody badanej, [mol/dm³]

V - objętość próbki wody użytej do oznaczania, [cm³]

Próbka Ściek 1.1 i Ściek 1.2

Kwasowość mineralna średnia ścieku

4. Oznaczanie kwasowości ogólnej K_og

Obliczana ze wzoru:

a - objętość roztworu NaOH użyta do miareczkowania próbki wody badanej, [cm³]

C_NaOH - stężenie roztworu NaOH użytego do miareczkowania próbki wody badanej, [mol/dm³]

V - objętość próbki wody użytej do oznaczania, [cm³]

Próbka Woda 1.1

Próbka Woda 1.2

3. Kwasowość ogólna średnia wody

Próbka Ściek 2.1

Próbka Ściek 2.2

6. Kwasowość ogólna średnia ścieku

5. Oznaczanie twardości ogólnej T_og

Obliczana ze wzoru:

V₁ - objętość roztworu EDTA zużytego do miareczkowania [cm³];

V₂ - objętość badanej próbki wziętej do oznaczania [cm³];

C_EDTA - miano roztworu EDTA [mol/dm³]

Próba 1

Próba 2

Tabela 8 - Wartość współczynników przeliczeniowych twardości wody dla poszczególnych jednostek.

mval/dm^3	mmol/dm^3	°n	°ang	°franc	mg/dm^3CaCO3
1,86	0,93	5,208	6,51	9,3	93

Tabela 9 - Tabela wyników końcowych.

Parametr uśredniony	Jednostka	Woda	Ściek
Zasadowość całkowita		2,3	-
Kwasowość mineralna		-	4,2
Kwasowość ogólna		0,8	4,7
Przewodność		226	1,395
pH	[-]	8,07	2,48
Twardość		1,86	-
Zawiesiny ogólne		-	255

5. Podsumowanie i wnioski

Po przeprowadzeniu wszelkich obliczeń wszystkie wyniki zestawiono w Tabeli 9.

Przewodność: Zgodnie z skalą czystości wody (Tabela 3) określanej na podstawie przewodności, stwierdzono, że badana próba wody, której przewodność wyniosła 0,226[mS/cm], jak i ścieku (1,395 [mS/cm]) znajdują się na pograniczu wody destylowanej
i pitnej.

pH: Odczyn pH próbki wody (8,07) mieści się w normie skali wód naturalnych. Ściek natomiast miał charakter silnie kwaśny (2,48).

Ponadto, zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Środowiska z dnia 29 marca 2007 r.
w sprawie jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi, badana próbka spełnia wymogi, gdyż pH i przewodność mieszczą się w dopuszczalnych granicach: pH 6,5-9,5,
a przewodność do 2500 [mS/cm].

Zasadowość i kwasowość: Próbka wody analizowana była pod kątem zasadowości całkowitej
i kwasowości ogólnej, z czego wynika, że jej odczyn pH powinien znajdować się między 4,5,
a 8,3. Badanie pehametrem wykazało, że jest to prawda.

Próbka ścieku analizowana była pod kątem kwasowości mineralnej i kwasowości ogólnej, co potwierdza kwasowy charakter płynu.

Zawiesiny: Zgodnie z opracowaniem badań pt.”Stężenia zanieczyszczeń w ściekach odprowadzanych z wiejskich systemów kanalizacyjnych województwa małopolskiego” autorstwa Grzegorza Kaczora jasno wynika, że zawartość zawiesin ogólnych może wahać się między 78, a 983 [mg/dm³]. Stąd wiadomo, że badana na ćwiczeniach próbka, o Z=255 [mg/dm³], mieści się w podanym zakresie.

Twardość: Przyrównując wartość zbadanej twardości próbki do Skali twardości wody (Tabela 1) zaczerpniętej ze Skryptu „Technologia wody i ścieków” jasno wynika, iż 1,86 [mval/dm³] jest przypisane do wody miękkiej.

Wszelkie niezgodności są wynikiem niedokładności i błędów pomiarów. Najbardziej narażone na błąd są metody, w których wykorzystywane są ludzkie zmysły, jak np. analiza miareczkowa i konieczność obserwowania zmiany barwy.

---