UNIWERSYTET   ZIELONOGÓRSKI

WYDZIAŁ   INŻYNIERII  LĄDOWEJ  I  ŚRODOWISKA

INSTYTUT  INŻYNIERII  ŚRODOWISKA

Zakład Technologii Wody, Ścieków i Odpadów

Ćwiczenia laboratoryjne

z Odnowy Wody

USUWANIE FOSFORANÓW PRZEZ

KOAGULACJĘ WAPNEM

                                                                                                                                 Marta Żukowska

                                                                                                                                     Adam Pluta

                                                                                                                                      Sławomir Ławniczak

                                                                                                                         Gr.45 b

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, BZT5, 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:

·         koagulację małymi dawkami wapna (LLP) dla pH 9.5 – 10.5,

·         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 + CO2 = CaCO3¯ + H2O

Ca(OH)2 + Ca(HCO3)2 = 2CaCO3¯ + 2H2O LLP

Ca(OH)2 + Mg(HCO3)2 = MgCO3¯ + CaCO3¯ + 2H2O

Ca(OH)2 + MgCO3 = Mg(OH)2¯ + CaCO3¯ HLP

Gdy magnez wchodzi w skład twardości niewęglanowej, wówczas zachodzi jego

wymiana na wapń:

Ca(OH)2 + Mg2+ = Mg(OH)2¯ + Ca2+¯

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 CO2, 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 + 3PO4-3  = Ca5OH(PO4)3¯ + 9OH-

3 Ca(OH)2 + 2PO4-3   = Ca3(PO4)2¯ + 6OH-

4 Ca(OH)2 + 3PO4-3  + H2O = Ca4H(PO4)3¯ + 9OH

Procesy towarzyszące koagulacji wapnem:

usuwanie fosforanów – na drodze chemicznego strącania a także przez

koagulację i adsorbcję,

ortofosforany – wytrącają się w postaci Ca3(PO4)2 lub Ca5OH(PO4)3 rzadziej w

postaci Ca4H(PO4)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 CaCO3 i Mg(OH)2,

usuwanie związków organicznych – poprzez adsorpcję na CaCO3 i Mg(OH)2,

dezynfekcja wirusów i bakterii – koagulacja dużymi dawkami wapna,

usuwanie metali – całkowite wytrącenie.

2. CEL ĆWICZENIA

Celem przeprowadzonego ćwiczenia było określenie optymalnej dawki wapna w oparciu o obliczony stopień obniżenia zawartości fosforanów.

3. WYKONANIA ĆWICZENIA

Wykonane ćwiczenie laboratoryjne polegało na dawkowaniu wapna do wcześniej  przygotowanych 1-litrowych prób ścieków tak by pH roztworów było odpowiednio równe:

·         9,5

·         10,5

·         11,5

Przygotowane w ten sposób próby wstawiliśmy do koagulatora i poddaliśmy wolnemu mieszaniu z prędkością 18 obrotów na minutę w czasie 20 minut. Mieszanie szybkie zostało pominięte by uniknąć rozbicia kłaczków .

Po przeprowadzeniu procesu koagulacji próby zostały odstawione na około 30 minut celem sedymentacji zawiesin.

W sklarowanych cieczach oznaczyliśmy odczyn, zasadowość, utlenialność oraz fosforany. Te same oznaczenia wykonaliśmy dla ścieków surowych.

4. WYNIKI

·         Miano wody wapiennej

·         pH wody wapiennej

·         Na doprowadzenie prób do odpowiedniego zużyto:

Dawka wapna: