INSTYTUT INŻYNIERII ŚRODOWISKA UNIWERSYTET ZIELONOGÓRSKI
		OCZYSZCZANIE WODY LABORATORIUM
III ROK INŻYNIERII ŚRODOWISKA STUDIA DZIENNE GRUPA 37 B		15.10.2013 TYDZIEŃ 3
TEMAT Koagulacja domieszek wód zmienną dawką AUTORZY OPRACOWANIA: JAKUB WOŹNIAK DOROTA FRANKIEWICZ EWA KOŁOSZYC PIOTR WAŚKOWICZ

1. CZĘŚĆ TEORETYCZNA

Koagulacja jest procesem powszechnie stosowanym w oczyszczaniu większości wód powierzchniowych, rzadziej infiltracyjnych i podziemnych. Jest to metoda oczyszczania wód zawierających koloidy oraz zawiesiny trudno opadające. Podwyższona mętność oraz opalescencja wody wskazują na obecność w niej koloidów. Natomiast obecność zawiesin trudno opadających można określić na podstawie wyników analizy sedymentacyjnej. W przypadku braku tych danych, wartość indeksu (I_m), będącego ilorazem zawartości zawiesin oraz mętności oczyszczanej wody, pozwala oszacować charakter zawiesin obecnych w wodzie.

W wyniku koagulacji usuwane są z wody cząstki trudno opadające oraz koloidalne decydujące o mętności wody lub intensywności jej barwy. Wśród koloidów powodujących mętność dominują koloidy hydrofobowe, zaś wśród decydujących o intensywności barwy - koloidy hydrofilowe. Tak więc z wód usuwane muszą być zarówno koloidy hydrofobowe (cząstki zawiesin nieorganicznych i bezwodne tlenki metali), jak i hydrofilowe (cząstki organiczne zawieszone, żywe i martwe mikroorganizmy oraz uwodnione tlenki metali).

Do naturalnych składników koloidalnych powodujących mętność wody należą cząstki: glin (zawierające głównie glinokrzemiany o wzorze xAl₂O₃*ySiO₂*zH₂O), krzemionki koloidalnej, iłów oraz koloidalne formy niektórych związków chemicznych wytrącających się w środowisku wodnym, np.CaCO₃. Natomiast naturalne koloidalne domieszki barwne, to głównie związki humusowe, których stopień dysocjacji, a tym samym intensywność barwy, zwiększają się wraz z wartością pH oczyszczanej wody. Coraz częściej z wód zanieczyszczonych poza koloidami pochodzenia naturalnego usuwane muszą być koloidy obce (np. skrobia, białka, celuloza, barwniki organiczne itp.) trafiające do wód, np. ze ściekami. Rodzaj i właściwości tych koloidów zależą od składu ścieków, są to jednak najczęściej hydrofilowe powodujące często stabilizację koloidów naturalnych, a więc utrudniające destabilizację i aglomerację tych ostatnich. Do destabilizacji takich układów koloidalnych wymagane są duże dawki koagulantów, a niekiedy utleniacze chemiczne stosowane w celu zniszczenia koloidów ochronnych. Podobne działanie stabilizujące naturalne koloidy mineralne wykazują substancje humusowe.

Właściwie przebiegająca koagulacja zapewnia nie tylko duży stopień usuwania koloidów i zawiesin trudno opadających, ale również zasocjowanych z nimi innych zanieczyszczeń, w tym również mikrozanieczyszczeń. Tak więc efektem skutecznej koagulacji jest zmniejszenie mętności, intensywności barwy, wskaźników zanieczyszczenia organicznego, w tym prekursorów ubocznych produktów dezynfekcji i utleniania chemicznego oraz zawartości wielu mikrozanieczyszczeń, głównie występujących w oczyszczanej wodzie w postaci form trudno rozpuszczalnych lub asocjatów z cząstkami stałymi.

Rodzaje koagulacji:

2. CZĘŚĆ EKSPERYMENTALNA

Na początku ćwiczenia przygotowaliśmy 6 pojemnikóww o pojemności 2dm³, które napełniliśmy do 1 dm³ woda surową. Następnie dawkowaliśmy odpowiednio roztwór koagulantu od 1 mg Al/dm³ do 5 mg Al/dm³. Podczas dodawania koagulantu przeprowadziliśmy szybkie mieszanie (180-200 obr/min) w czasie 1 minuty. Po minucie zmniejszyliśmy obroty do 30 obr/min (wolne mieszanie) przez 15 minut, podczas którego można było zaobserwować, że próby 3 i 4 są najbardziej klarowne. Później próbki przez 15 minut sedymentowały. Po osadzeniu się kłaczków przeprowadziliśmy oznaczenia pH, zasadowości ogólnej, mętności, barwy i utlenialności wody surowej i prób.

Tabela 1

Rodzaj koagulantu	Dawka: mg Al /dm^3	Objętość V(cm^3) koagulantu odpowiadająca dawce wyrażonej w mg Al/dm^3
Al2(SO4)3*18H2O	1	1
		2	2
		3	3
		4	4
		5	5
		6	6

Tabela 2

Nr próby	Wskaźnik	Jednostka	Woda surowa	Dawka koagulantu, mgAl(Fe)/dm^3
								1	2	3	4	5
1	pH	-	7,83	7,69	7,67	7,66	7,65	7,61
2	zasadowość	mval/dm^3	3,0	2,8	2,7	2,6	2,5	2,2
3	barwa	mgPt/dm^3	97,5	39,7	14,4	8,9	7,8	6,5
4	mętność	NTU	119	19,4	6,01	4,21	2,51	2,32
5	utlenialność	mgO2/dm^3	4,1	2,7	2,6	2,5	2,3	2,1

1. barwa

η_x, (%) = (x₀-x_k)/x₀ * 100%

η₁, (%) = (97,5-39,7)/ 97,5*100% = 59,28 %

η₂, (%) = (97,5-14,4)/ 97,5*100% = 85,23 %

η₃, (%) = (97,5-8,9)/ 97,5*100% = 90,87 %

η₄, (%) = (97,5-7,8)/ 97,5*100% = 92,00 %

η₅, (%) = (97,5-6,5)/ 97,5*100% = 93,33 %

2. mętność

η₁, (%) = (119-19,4)/ 119*100% = 83,70 %

η₂, (%) = (119-6,01)/ 119*100% = 94,95 %

η₃, (%) = (119-4,21)/ 119*100% = 96,46 %

η₄, (%) = (119-2,51)/ 119*100% = 97,89 %

η₅, (%) = (119-2,32)/ 119*100% = 98,05 %

3. utlenialność

η₁, (%) = (4,1-2,7)/ 4,1*100% = 34,15 %

η₂, (%) = (4,1-2,6)/ 4,1*100% = 36,59 %

η₃, (%) = (4,1-2,5)/ 4,1*100% = 39,02 %

η₄, (%) = (4,1-2,3)/ 4,1*100% = 43,90 %

η₅, (%) = (4,1-2,1)/ 4,1*100% = 48,78 %

Powyższe dane zostały przedstawione na wykresie (załącznik 1).

3. PODSUMOWANIE I WNIOSKI

Wraz ze wzrostem dawki koagulantu oczyszczana woda stawała się bardziej klarowna, poza próbą piątą (mogło to wynikać z krótszego wirowania szybkiego). Według „Rozporządzenia Ministra Zdrowia w sprawie jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi” woda po koagulacji nie spełnia wymogów do spożycia w kwestii jej mętności (wg Rozporządzenia maksymalnie 1 NTU). Doświadczenie może zawierać błędy wywołane mieszaniem prób po koagulacji w skutek przemieszczania prób, bądź zbyt krótkiego czasu sedymentacji.

4. LITERATURA

1) B. i E. Gomółkowie, Ćwiczenia laboratoryjne z chemii wody, Politechnika Wrocławska, Wrocław, 1992

2) Dz.U. 2010 nr 72 poz. 466, Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 20 kwietnia 2010 r. w sprawie jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi