KIiChŚ OCHRONA ŚRODOWISKA W ENERGETYCE
Ćwiczenie nr 2
NEUTRALIZACJA ŚCIEKÓW
I WPROWADZENIE
Reakcja zobojętniania (neutralizacji) - jest to proces chemiczny, mający na celu doprowadzenie odczynu cieczy do wymaganego zakresu. Jest to reakcja egzotermiczna:
H+ + OH- = H2O + 57.4 kJ/kmol
W roztworach wodnych reakcja zobojętniania zachodzi zawsze w kierunku wyrównywania się stężeń jonów hydroniowych (H3O+) lub wodorotlenowych (OH-), do poziomu
charakterystycznego dla wody destylowanej (pH=7).
Nautralizacja zachodzi najczęściej jako reakcja chemiczna między kwasem a zasadą. W jej wyniku powstaje sól i często, choć nie zawsze, woda. Może to być także reakcja pomiędzy solą i kwasem lub zasadą, dwoma kwasami, dwiema zasadami, a nawet dwiema solami.
W przypadku dodawania stężonych lub stałych kwasów, zasad lub soli, reakcja zobojętniania jest poprzedzona reakcją dysocjacji. W reakcjach zobojętniania powstająca nowa sól może pozostać w formie zdysocjowanej w roztworze, może nie ulegać dysocjacji, lub może ulegać wytrąceniu z układu z postaci zawiesiny.
Najprostszą i najtańszą metodą neutralizacji jest łączenie ścieków kwaśnych i alkalicznych.
Neutralizację prowadzimy także z zastosowaniem reagentów. Rodzaj stosowanego reagenta zależy od składu ścieków i rodzaju procesu stosowanego po neutralizacji.
Do neutralizacji ścieków kwaśnych stosuje się:
NaOH (wodorotlenek sodu) w postaci roztworu wodnego o stężeniu 20-50%, charakteryzuje się dobrą rozpuszczalnością, łatwością mieszania, łatwą kontrolą procesu, duża szybkością reakcji, małą ilością osadu, łatwością dozowania, jest drogi.
CaOH (wodorotlenek wapnia) w postaci zawiesiny 5-15% (mleko wapienne), charakteryzuje się niskim kosztem, dość szybką reakcją, w rezultacie powstaje dużo osadów, dla pH>7 wymagany duży nadmiar odczynnika.
2 HCl + Ca(OH)2 = CaCl2 + 2 H2O H2SO4 + Ca(OH)2 = CaSO4 + 2 H2O
I WYKONANIE
Wyznaczenie optymalnej dawki mleka wapiennego dla neutralizacji ścieków kwaśnych.
A. Oznaczyć odczyn, kwasowość ogólną i mineralną w ściekach kwaśnych.
1. Zanurzyć papierek wskaźnikowy w badanej wodzie i po odczekaniu kilku sekund porównać ze skalą barw na opakowaniu.
2. Na podstawie określonego pH wody badanej wykonać oznaczenia KWASOWOŚCI lub/i ZASADOWOŚCI korzystając z wykresu umieszczonego poniżej.
Oznaczanie kwasowości ogólnej Kog.
1. Do kolbki stożkowej odmierzyć cylindrem 100 cm3 badanej wody.
2. Dodać 3 krople fenoloftaleiny.
3. Miareczkować 0,1 n roztworem NaOH do zmiany zabarwienia z bezbarwnego do lekko różowego utrzymującego się nie krócej niż 3 minuty.
Oznaczanie kwasowości mineralnej Km.
1. Do kolbki stożkowej odmierzyć cylindrem 100 cm3 badanej wody.
2. Dodać 3 krople metyloranżu.
3. Miareczkować 0,1 n roztworem NaOH do zmiany barwy z czerwonej na żółto – różową (łososiową).
Kwasowość ogólna
Zasadowość F
Kwasowość mineralna
4,6
Zasadowość M
14 pH
0 8,3
Obliczanie wyników:
Kwasowość ogólna wg wzoru:
V
Kog a0 .1 1000
(mval/dm3)
Kwasowość mineralna wg wzoru:
V
Km b0 .1 1000
(mval/dm3)
gdzie:
0.1 – przelicznik na miliwale (1cm3 0.1 n NaOH zawiera 0.1 mval NaOH), a – ilość cm3 0.1 n r-ru NaOH zużyta do miareczkowania wobec fenoloftaleiny, b - ilość cm3 0.1 n r-ru NaOH zużyta do miareczkowania wobec metylooranżu, V – objętość próbki wody w cm3.
Oznaczanie zasadowości wobec metylooranżu ZM
1. Do kolbki stożkowej odmierzyć cylindrem 100 cm3 badanej wody.
2. Dodać 3 krople metyloranżu.
3. Miareczkować 0,1 n roztworem HCl do zmiany zabarwienia z żółto – pomarańczowego do pomarańczowo – różowego.
Oznaczanie zasadowości wobec fenoloftaleiny ZF
1. Do kolbki stożkowej odmierzyć cylindrem 100 cm3 badanej wody.
2. Dodać 4 krople fenoloftaleiny.
3. Miareczkować 0,1 n roztworem HCl do zaniku różowego zabarwienia (próbka bezbarwna).
UWAGA: Dla wody o odczynie (pH poniżej 8.3 nie dającym z fenoloftaleiną zabarwienia oznacza się tylko zasadowość ZM).
Obliczanie wyników:
Zasadowość wobec fenoloftaleiny wg wzoru:
V
ZF a0 .1 1000
(mval/dm3)
Zasadowość wobec metylooranżu wg wzoru:
V
ZM b0 .1 1000
(mval/dm3)
gdzie:
0.1 – przelicznik (1cm3 0.1 n HCl zawiera 0.1 mval HCl),
a – ilość cm3 0.1 n r-ru HCl zużyta do miareczkowania wobec fenoloftaleiny, b - ilość cm3 0.1 n r-ru HCl zużyta do miareczkowania wobec metylooranżu, V – objętość próbki wody w cm3.
Za wynik należy przyjąć średnią arytmetyczną wyników trzech równolegle wykonanych oznaczeń różniących się między sobą nie więcej niż 10% wyniku najmniejszego.
B. Obliczyć teoretyczną dawkę CaO wg wzoru:
DCaO=(KM + 0,5(KO - KM)).28 (mgCaO/dm3) gdzie:
KM - kwasowość mineralna, (mval/dm3), KM - kwasowość ogólna, (mval/dm3), 28- przelicznik, 1mval CaO = 28 mg CaO
Wapno dawkowane będzie w postaci 1% mleka wapiennego:
W 100 ml mleka wapiennego znajduje się około 1 g CaO = 1000 mg CaO.
W 1 ml mleka wapiennego jest około 10 mg CaO.
C. Przperowadzić neutralizację ścieków
1. Do czterech porcji ścieków o obj. 0,5 dm3 należy wprowadzić zawiesinę mleka wapiennego w ilościach odpowiadających 80, 100, 120 i 140 dawki obliczonej.
2. Ścieki dokładnie wymieszać i pozostawić 15- minut aby zaszła rekcja neutralizacji oraz sedymentacja wytrącającego się osadu.
3. Po czasie reakcji pobrać z warstwy klarownych ścieków próbki i ponownie oznaczyć odczyn. Dla próbki o najlepszym odczynie (najbliższym neutralnego) wykonać oznaczenie kwasowości i zasadowości.
4. Wyniki zestawić tabelarycznie. Na podstawie przeprowadzonych analiz dokonać wyboru dawki optymalnej i uzasadnić.
Tabela Zestawienie wyników dla ćwiczenia 2.
Oznaczenie
Rodzaj ścieków
Ścieki surowe
Ścieki, do których dodano mleko wapienne w procentach teoretycznej dawki CaO
80 100 120 140
Odczyn pH
Kwasowość wobec metyloranżu
Km(mval/dm3) Kwasowość wobec fenoloftaleiny Kf(mval/dm3) Zasadowość wobec metyloranżu
Zm(mval/dm3) Zasadowość wobec fenoloftaleiny Zf(mval/dm3)
Instrukcja miareczkowania
Podstawowym przyrządem w analizie miareczkowej jest biureta. Jest to wąska, kalibrowana rurka szklana, zakończona kranikiem (szklanym lub teflonowym), która umożliwia precyzyjne odmierzanie roztworu niewielkimi porcjami (kroplami) oraz pomiar objętości zużytego roztworu miareczkującego (titranta).
Przygotowanie i stosowanie biurety:
Biuretę napełnia się nieco powyżej kreski zerowej.
Całkowicie usunąć powietrze z końcówki biurety.
Doprowadzić poziom roztworu miareczkującego w biurecie dokładnie do kreski zerowej spuszczając nadmiar.
Ewentualną kroplę roztworu na końcówce biurety usunąć przez dotknięcie do ścianki podstawionego naczynia szklanego.
Wykonanie miareczkowania:
Analizowaną próbkę w kolbie stożkowej umieszcza się pod wylotem biurety.
Wtedy, gdy to konieczne dodaje się wskaźnik.
Każde miareczkowanie zaczyna się od zera.
Palcami lewej ręki delikatnie otworzyć kurek biurety, a prawą ręką cały czas mieszać ciecz w kolbie stożkowej ruchem wirowym.
Aby zmiana barwy była lepiej zauważalna można podłożyć pod kolbę biały papier (ekran).
Roztwór mianowany spuszcza się z biurety po kropli.
Cały czas należy obserwować roztwór w kolbie, a nie biuretę - poziom roztworu miareczującego w biurecie odczytuje się zawsze po zakończeniu miareczkowania.
Całe miareczkowanie należy prowadzić przy jednorazowym napełnianiu biurety.
Miareczkowanie powinno się wykonywać w miejscu dobrze' oświetlonym.
Oznaczenia wykonuje się zwykle trzykrotnie, przy czym różnica między miareczkowaniami nie powinna być większa niż 0,15 ml.
Po zakończeniu oznaczenia należy opróżnić biuretę i przepłukać ją wodą destylowaną.
