Wydział Budownictwa i Architektury

Katedra Inżynierii Sanitarnej

Zespół Inżynierii Sanitarnej i Systemów Ochrony Środowiska

Kierunek studiów:	Inżynieria Środowiska
Rok akademicki:	2009/2010			Rok studiów semestr		II rok IV semestr		Podgrupa laboratoryjna		4
Nazwa przedmiotu:	Technologia oczyszczania wody i ścieków.
Tytuł ćwiczenia:	Ozonowanie wody.
Data wykonania:	30.03.2010.		Godzina rozpoczęcia zajęć		12:15		Obowiązujący termin oddania sprawozdania (data wykonania + 10 dni kalendarzowych)				09.04.2010.
Skład zespołu z podpisami osób wykonujących ćwiczenie:		Sprawozdanie opracowane przez:							Podpis
				PK
				Członkowie zespołu:							Oświadczam, że znana jest mi treść sprawozdania

lista sprawdzająca

Nr.		TAK/NIE^*
	Sprawozdanie zostało wydrukowane z ponumerowanymi stronami.	x
	Po wydrukowaniu sprawozdanie zostało przeczytane.	x
	Do sprawozdania dołączono jego poprzednią wersję z zaznaczonymi, przez prowadzącego, błędami.	-
	Wszystkie zawarte w sprawozdaniu informacje dotyczą tego ćwiczenia, które wymienianie jest na stronie tytułowej.	x
	Zamieszczono wykaz źródeł i materiałów, które stanowiły źródło treści zamieszczonych w sprawozdaniu	x
	Fragmenty cytowane - w tym z innych sprawozdań - zostały zaznaczone z podaniem źródła i autora oryginalnej treści	x
	W powielanych fragmentach sprawozdania poprawione zostały, zaznaczane wcześniej przez prowadzącego, błędy.	-
	Strona tytułowa zawiera komplet informacji.	x
	Na stronie tytułowej znajduje się lista i podpisy osób wykonujących to ćwiczenie	x
	Znana jest mi treść instrukcji dotyczącej tego ćwiczenia i określony w niej zakres opracowania wyników i wniosków.	x
	Sprawozdanie zawiera krótki wstęp z podstawowymi informacjami dotyczącymi badanego procesu i syntetyczny opis wykonania ćwiczenia.	x
	W sprawozdaniu podano wyniki własnych pomiarów i sprawdzono ich zgodność z notatkami z zajęć.	x
	W sprawozdaniu umieszczono wszystkie dane i wielkości pomierzone.	x
	Zakres wykonanych przeliczeń jest zgodny z instrukcją	x
	Sprawozdanie zawiera, czytelnie zebrane, wyniki wszystkich wymaganych przeliczeń (zgodnie z instrukcją)	x
	Sprawozdanie zawiera wszystkie wymagane wykresy (zgodnie z instrukcją)	x
	Zakres wniosków jest zgodny z wymaganiami podanymi w instrukcji	x

^*wpisać odpowiednio TAK lub NIE

Jeśli, w którejś z rubryk wpisano „NIE” niżej należy podać wyjaśnienie:

Nr	Wyjaśnienie
3.	Sprawozdanie oddawane jest po raz pierwszy.
7.	Sprawozdanie oddawane jest po raz pierwszy.

Podpis(y) przygotowujących sprawozdanie.......................................................................

1. Wstęp teoretyczny.

Ozon jest gazem toksycznym. Czysty ozon ma barwę niebieskawą i charakterystyczny zapach. W powietrzu i pomieszczeniach gdzie przebywają ludzie stężenie ozonu nie może przekraczać 0,1mg/m³. Ozon charakteryzuje się tym, że jego cząsteczka jest nietrwała i szybko dysocjuje. Rozkład ozonu następuje szybciej podczas wzrostu temperatury, zawilgocenia oraz zanieczyszczenia powietrza. W wodzie ozon ulega szybszemu rozkładowi niż w powietrzu, wpływ na rozkład ma odczyn, temperatura, stopień i rodzaj zanieczyszczenia w wodzie oraz wielkości stężenia ozonu w mieszaninie powietrzno-ozonowej.

2. Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia jest przeprowadzenie ozonowanie wody oraz określenie jego podstawowych parametrów i uzyskiwanych efektów. Parametrami tymi są: czas ozonowania, natężenie przepływu powietrza, wydatek wytwornicy ozonu, stężenie ozonu w strumieniu powietrza, stopień przemiany tlenu w ozon, ilość ozonu wprowadzonego, pozostałego, zużytego i nadmiernego.

Mierzone będą także efekty ozonowania polegające na zmianie ilości żywych bakterii w wodzie oraz zmiany barwy wody.

3. Wykonanie ćwiczenia.

Najpierw przygotowujemy instalacje do pracy. Napełniamy płuczki:

• Nr 6- 700 ml wody akwariowej- pełni rolę reaktora, w którym zachodzi proces ozonowania wody;

• Nr 7- 300 ml 4% roztwór KI zakwaszony 6 ml rozcieńczonego kwasu siarkowego- płuczka ta służy do pomiaru wydatku ozonatora;

• Nr 8- 300 ml 4% roztworu KI zakwaszonego 6 ml rozcieńczonego kwasu siarkowego- zachodzi w niej pochłanianie ozonu, który nie został wykorzystany podczas ozonowania wody;

• Nr 9- 0,5 objętości płuczki 10% roztworu KI zakwaszonego 10 ml rozcieńczonego kwasu siarkowego- pełni role płuczki zabezpieczającej.

Następnie trzeba uruchomić instalację zgodnie z instrukcją. Po 15 minutach powietrze jest odpowiednio przygotowane do wytwarzania ozonu, a po 20 minutach ilość wytwarzanego ozonu powinna się ustabilizować. Kolejno dokonujemy pomiar wydatku ozonatora. Cały ozon wytwarzany podczas pierwszego cyklu trwającego 15 minut jest pochłaniany przez płuczkę nr 7, wytwarzając w niej równoważną ilość jodu. Oznaczenie ilości ozonu w próbkach z płuczki nr 7 dokonujemy po 10 minutach od zakończenia pomiaru wydatku ozonatora. Kolejnym cyklem pracy instalacji jest ozonowanie wody. W cyklu tym trwającym 15 minut powietrze z ozonem przechodzi przez płuczki nr 6 i 8. Wodę ozonowaną odlewamy do sterylnej probówki do pomiaru barwy i ilości bakterii. Do 100 ml wody ozonowanej dodajemy 1 g KI oraz po 5 minutach 5 ml rozcieńczonego kwasu siarkowego. Następnie dokładnie ją mieszamy i miareczkujemy tiosiarczanem sodu. Próbkę z płuczki nr 8 miareczkujemy po 10 minutach.

Posiew bakteriologiczny dokonujemy metoda wgłębną z wody akwariowej surowej rozcieńczonej 10 i 100-rotnie oraz z wody akwariowej po ozonowaniu (nierozcieńczonej). Sterylną pipetą pobieramy 1 ml wody akwariowej surowej i mieszamy ją z 9 ml płynu fizjologicznego. Tą sama pipetą przenosimy 1 ml uzyskanego roztworu na płytkę Petriego. Tą samą pipetą przenosimy 10-krotnie rozcieńczony roztwór do 9 ml płynu fizjologicznego i mieszamy. Tak uzyskany 100-krotnie rozcieńczony roztwór (1ml) przenosimy na płytkę Petriego. Drugą sterylną pipetą przenosimy 1 ml wody ozonowanej na płytkę Petriego. Tak przygotowane płytki zalewamy agarem o temp. około 50^oC. Płytki przenosimy do cieplarni na 48 godzin.

Barwę wody ozonowanej i akwariowej podajemy jako wartość absorpcji zmierzonej w kuwecie 5cm przy długości fali 390 mm.

Oznaczenie ilości ozonu.

„Ozon reaguje z KI powodując wydzielenie jodu:

2KI + O₃ + H₂O → I₂ + 2KOH + O₂

(wydzielający się jod powoduje żółte do brązowego zabarwienie próbek).

Wydzielony jod można oznaczyć przez miareczkowanie tiosiarczanem sodu:

I₂ +2Na₂S₂O₃ → 2NaI + Na₂S₄O₆

Wypisane powyżej reakcje są reakcjami typu redox, w których biorą udział 2 gramorównoważniki reagentów: 2I⁰ + 2e^- → 2I^-.

Ponieważ w reakcji bierze udział 1 mol ozonu (48 g) oznacza to, że 1 gramo-równoważnik ozonu odpowiada masie ozonu równej 24 g.

Zakwaszoną próbkę miareczkujemy do momentu osiągnięcia jasno-słomkowego zabarwienia, dodajemy 1cm³ skrobi i kontynuujemy miareczkowanie aż do całkowitego odbarwienia.

Obliczenie ilości oznaczonego ozonu polega na przeliczeniu ilości gramorównoważników zużytego tiosiarczanu sodu na masę ozonu (1 mval = 24 mg). Przy obliczeniach całej ilości ozonu pochłoniętego w płuczce należy uwzględnić stosunek objętości płuczki do objętości miareczkowanej próbki.”

Oznaczenia ozonu wykonujemy w następujących próbkach:

• płuczka nr 6 - 2 próbki po 100 ml (stosujemy 0,01 n r-ru Na₂S₂O₃),

• płuczka nr 7 - 2 próbki po 50 ml (stosujemy 0,025 n r-ru Na₂S₂O₃),

• płuczka nr 8 - 2 próbki po 50 ml (stosujemy 0,025 n r-ru Na₂S₂O₃

4. Obliczenia.

Wydatek wytwornicy ozonu

W próbce znajduje się: 7,6⋅0,025⋅24 mg ozonu = 4,56 mg.

W całej objętości płuczki zostało pochłonięte: 4,56⋅300/50=27,36 mg ozonu.

Ozonator w ciągu 15 minut wytwarza 27,36 mg ozonu- jego wydatek wynosi więc 27,36⋅4 = 109,44 mg O₃/h.

Stężenie ozonu w powietrzu przed reaktorem.

W instalacji wytwarzane jest 109,44 mg ozonu w ciągu godziny. W tym czasie przez instalację przepływa 120 l powietrza. Stężenie ozonu w powietrzu wynosi 109,44/120 = 0,912 mg O₃/l powietrza.

Tab. 1. Dane pomiarowe.

Czas pomiaru wydatku ozonatora				15			min
Czas ozonowania				15			min
Przepływ powietrza				120			l/h
Objętości roztworów w płuczkach [ml]
Nr 6	700 ml	Nr 7	300 ml			Nr 8		300 ml
Objętości próbek z płuczek użyta do miareczkowania [ml]
Nr 6	100 ml	Nr 7	50 ml			Nr 8		50 ml
Wyniki miareczkowania
Nr płuczki:		6			7			8
Stężenie tiosiarczanu [n]		0,01			0,025			0,025
Zużyta ilość [ml]		0,3			7,6			7,2

Stężenie ozonu w powietrzu za reaktorem.

Do obliczenia stężenia korzystamy z płuczki nr 8. W próbce znajduje się 7,2⋅0,025⋅24 mg ozonu = 4,32 mg. W całej objętości płuczki zostało pochłonięte 4,32⋅300/50 = 25,92 mg ozonu. Czyli 25,92⋅60/15 = 103,68 mg O₃/h. Stężenie ozonu w powietrzu wynosi 103,68/120 = 0,864 mg O₃/l powietrza.

Ozon wprowadzony do wody.

W ciągu 15 ozonowania wprowadzono do reaktora 27,36 mg O₃. W reaktorze znajdowało się 700 ml wody akwariowej, więc dawka wprowadzonego ozonu wynosi 27,36⋅1000/700 = 39,08 mg O₃/l wody.

Ozon pozostały.

W próbce nr 6 znajdowało się 0,3⋅0,01⋅24 mg ozonu = 0,072 mg. W przeli-czeniu na jeden litr otrzymujemy 0,072⋅1000/100 = 0,72 mg O₃/l wody.

Ozon nadmierny.

W płuczce nr 8 zostało pochłonięte 25,92 mg ozonu. W przeliczeniu na jeden litr w stosunku do reaktora otrzymujemy 25,92⋅1000/700 = 37,02 mg O₃/l wody.

Ozon zużyty.

Obliczamy z bilansu ozonowania:

39,08-0,72-37,02 = 1,34 mg O₃/l wody.

Tab. 2. Wyniki obliczeń.

Wydatek wytwornicy 109,44 mg O3/h

Stężenie ozonu w powietrzu:

przed reaktorem 0,912 mg O3/l pow.

za reaktorem 0,864 mg O3/l pow.

Stopień przemiany tlenu w ozon 0,288 %

Ozon pozostały 0,72 mg O3/l wody

Ozon zużyty 1,34 mg O3/l wody

Ozon wprowadzony do wody 39,08 mg O3/l wody

Ozon nadmierny 37,02 mg O3/l wody

Stopień przemiany tlenu w ozon.

Stężenie ozonu w powietrzu wynosi 0,912 mg O₃/l powietrza. We wprowa-dzonym do instalacji 1m³ powietrza znajdowało się 1000⋅0,21=210 l O₂ tj. 210/22,4 = 9,375 mola O₂. Po przejściu przez ozonator w 1m³ powietrza znajduje się 0,912 g ozonu tj. 0,912/48 = 0,018 mola ozonu. Czyli do wytworzenia 0,018 mola ozonu wykorzystano 0,018⋅3/2= 0,027 mola tlenu. Stąd stopień przemiany tlenu w ozon wynosi 0,027/9,375 ⋅100% = 0,288%.

Tab. 3. Dane do obliczenia ilości bakterii.

Woda	Stopień rozcieńczenia	Średnica płytki [cm]	Powierzchnia na której policzono ilość kolonii bakterii [cm^2]	Policzona ilość kolonii bakterii	Obliczona ilość kolonii bakterii na całej płytce
akwariowa	10	9,2	66,44	45	45
akwariowa	100	9,2	66,44	9	9
ozonowana		9,2	2,25	65	1919

Ilość bakterii w wodzie surowej.

- stopień rozcieńczenia 10-:

0,1 ml - 45 bakterii

1000ml - 450 000 bakterii

-stopień rozcieńczenia 100:

0,01 ml - 9 bakterii

1000 ml - 900 000 bakterii

Tab. 4. Ocena ilości bakterii i barwy wody.

Woda	Stopień rozcieńczenia	Policzone na płytce ilości kolonii bakterii	Ilość bakterii w przeliczeniu na 1 dm^3 nierozcieńczonej wody	Zmierzona absorbancja wody
akwariowa	10	45	450 000
akwariowa	100	9	900 000	0,029
ozonowana		1919	1 919 000	0,022
Ilość bakterii w 1 dm^3 wody			Zmiana barwy wody Bardziej przejrzysta
akwariowa		450 000
ozonowana		1 919 000
Stopień redukcji ilości bakterii = -326 %

Ilość bakterii w wodzie ozonowanej.

1 ml - 1919 bakterii

1000 ml - 1 919 000 bakterii.

Redukcja ilości bakterii.

450 000 ⋅ X = 1 919 000

X = 4,26 = 426% - 100% = 326%

Wynik podajemy z minusem, ponieważ nie nastąpiła redukcja tylko przyrost ilości bakterii.

Zmiana barwy.

Po ozonowani absorbancja wody zmniejszyła się z 0,029 do 0,022.

5. Wnioski.

Podczas wykonywania ćwiczenia ilość nadmiernego ozonu jest dużo większa niż ilość ozonu zużytego, co jest naturalne w ozonatorach laboratoryjnych. Niestety podczas posiewu bakteryjnego uzyskaliśmy niepożądane wyniki, gdyż wyszło nam, że w wodzie ozonowanej jest więcej bakterii niż w wodzie surowej. Do porównania ilości bakterii przyjęliśmy wodę rozcieńczoną 10 razy, gdyż niedokładność w pierwszym rozcieńczeniu pociąga za sobą coraz większe niedokładności. Jedna niepoliczona bakteria skutkuje błędem w wysokości 100 000 bakterii na litr wody. Błąd wyników posiewu może być spowodowany niedokładnym wymieszaniem próbek, nie zachowaniem należytej uwagi podczas mieszania próbki z agarem oraz niedokładnym odczytem ilości bakterii w próbce ozonowanej. Niedokładność ta wynika z dużej ilości bakterii, które były rozmieszczonych nieregularnie. Obliczenie ilości bakterii opierało się tylko o niewielki wycinek płytki Petriego co nie daje w pełni miarodajnych wyników. Absorbancja wody zmniejszyła się co jest zgodne z przewidywanymi wynikami. Woda po ozonowaniu stała się mniej mętna i miała specyficzny zapach ozonu. Podczas ozonowania ozon natlenia wodę nadając jej niebieskawy odcień.

Dawka ozonu niezbędna do dezynfekcji wody zależy od jej jakości, odczynu

temperatury i barwy. Orientacyjne dawki ozonu wprowadzonego wynoszą

• dla wody czystej źródlanej - do 0,5 mg O₃/l wody,

• dla wód podziemnych - 0,5-1 mg O₃/l wody,

• dla wód powierzchniowych - 1-5 mg O₃/l wody,

Podczas wykonywania ćwiczenia dawka ozonu wprowadzonego do wody znacznie przewyższa poziom ozonu jaki jest niezbędny do ozonowania.

Wielkość ozonu pozostałego powinna wynosić od 0,015 do 0,45 mg O₃/l wody.

W naszym przypadku wartość ta jest prawie dwukrotnie większa. Dopuszczalne stężenie ozonu w powietrzu wynosi 0,1 mg O₃/m³ powietrza. Podczas ćwiczenia stężenie ozonu w powietrzu nie przekraczało 0,001 mg O₃/m³ powietrza.

Źródła:

www.mazur.zut.edu.pl;

Lipiński K. i inni. „Ćwiczenia laboratoryjne z oczyszczania wód i ścieków- wód użytkowych” 1987.

1

---