Procesy technologiczne oczyszczania wody i ścieków. Laboratorium Jeziorany

Procesy technologiczne oczyszczania wody i ścieków. Laboratorium Spis treści Od Autorów .................................................................................................... 9 CZĘŚĆ I OCZYSZCZANIE WODY 1. Wody naturalne ................................................................................................ 13 1.1. Charakterystyka wód ..................................................................................... 13 1.2. Ćwiczenia laboratoryjne ............................................................................................ 23 1.2.1. Fizyczno-chemiczna analiza jakości wody ....................................................... 23 1.2.2. Ocena agresywności i korozyjności wody ........................................................ 26 2. Filtracja .............................................................................................................. 33 2.1. Charakterystyka procesu ........................................................................................... 33 2.2. Ćwiczenia laboratoryjne ............................................................................................ 37 2.2.1. Wpływ uziarnienia i prędkości filtracji na efekt usunięcia zawiesin z wody . 37 2.2.2. Badanie wpływu prędkości filtracji na straty hydrauliczne ............................ 39 2.2.3. Płukanie złoża filtracyjnego .............................................................................. 44 2.2.4. Analiza sitowa złoża filtracyjnego .................................................................... 47 3. Koagulacja ................................................................................................................................. 51 3.1. Charakterystyka procesu ........................................................................................... 51 3.2. Ćwiczenia laboratoryjne ............................................................................................ 56 3.2.1. Koagulacja objętościowa zanieczyszczeń wody – dobór optymalnej dawki koagulantu .......................................................................................................... 56 3.2.2. Zależność efektywności koagulacji od pH wody ............................................. 60 4. Adsorpcja ................................................................................................................................... 63 4.1. Charakterystyka procesu ........................................................................................... 63 4.2. Ćwiczenia laboratoryjne ............................................................................................ 67 4.2.1. Wyznaczanie izoterm adsorpcji fenolu na granulowanym węglu aktywnym . 67 4.2.2. Badanie kinetyki adsorpcji fenolu na granulowanym węglu aktywnym ........ 72 4.2.3. Charakterystyka węgla aktywnego ................................................................... 76 5. Dezynfekcja wody ..................................................................................................................... 81 5.1. Charakterystyka procesu ........................................................................................... 81 5.2. Ćwiczenia laboratoryjne ............................................................................................ 85 5.2.1. Wyznaczanie zapotrzebowania wody na chlor ................................................. 85 5.2.2. Wyznaczanie punktu przełamania podczas chlorowania wody ...................... 87 6. Odkwaszanie wody ................................................................................................................... 89 6.1. Charakterystyka procesu ........................................................................................... 89 6.2. Ćwiczenia laboratoryjne ............................................................................................ 93 6.2.1. Fizyczne odkwaszanie wody metodą napowietrzania ..................................... 93 6.2.2. Chemiczne odkwaszanie wody za pomocą wapna ........................................... 95 6.2.3. Chemiczne odkwaszanie wody na filtrze ze złożem węglanowym ................ 97 7. Odżelazianie i odmanganianie wód podziemnych ............................................................... 101 7.1. Charakterystyka procesu ........................................................................................... 101 7.2. Ćwiczenia laboratoryjne ............................................................................................ 108 7.2.1. Odżelazianie wody metodą napowietrzania i filtracji przez złoże piasku kwarcowego ........................................................................................................ 108 7.2.2. Wyznaczanie dawki utleniacza do usuwania żelaza oraz manganu z wody podziemnej ............................................................................................ 109 7.2.3. Odmanganianie wody na złożach handlowych z MnO2 .................................. 112 8. Wymiana jonowa ...................................................................................................................... 115 8.1. Charakterystyka procesu ........................................................................................... 115 8.2. Ćwiczenia laboratoryjne ............................................................................................ 121 8.2.1. Określenie zdolności wymiennej jonitów ......................................................... 121 8.2.2. Zmiękczanie wody na kationicie w cyklach sodowym i wodorowym ............ 125 8.2.3. Wymiana jonu amonowego z wody na klinoptylolicie ..................................... 127 9. Separacja membranowa ........................................................................................................... 131 9.1. Charakterystyka procesu ........................................................................................... 131 9.2. Ćwiczenia laboratoryjne ............................................................................................ 136 9.2.1. Odsalanie wody w procesie odwróconej osmozy ............................................. 136 9.2.2. Usuwanie mętności wody w procesie mikrofiltracji ........................................ 138 10. Zmiękczanie wody metodami strąceniowymi ..................................................................... 141 10.1. Charakterystyka procesu ........................................................................................... 141 10.2. Ćwiczenia laboratoryjne ............................................................................................ 146 10.2.1. Zmiękczanie wody wapnem .............................................................................. 146 10.2.2. Zmiękczanie wody wodorotlenkiem sodu ........................................................ 148 11. Odtlenianie wody .................................................................................................................... 151 11.1. Charakterystyka procesu ........................................................................................... 151 11.2. Ćwiczenia laboratoryjne ............................................................................................ 153 11.2.1. Odtlenianie wody metodami fizycznymi ......................................................... 153 11.2.2. Odtlenianie wody metodami chemicznymi ...................................................... 155 CZĘŚĆ II OCZYSZCZANIE ŚCIEKÓW 12. Ścieki komunalne .................................................................................................................... 161 12.1. Charakterystyka i technologia oczyszczania ścieków .............................................. 161 12.2. Ćwiczenia laboratoryjne ............................................................................................ 167 12.2.1. Fizyczno-chemiczna analiza jakości ścieków bytowych ................................. 167 12.2.2. Fizyczno-chemiczna analiza jakości ścieków z przemysłu rolno-spożywczego ....................................................................... 168 13. Mechaniczne oczyszczanie ścieków ...................................................................................... 171 13.1. Charakterystyka procesu ........................................................................................... 171 13.2. Ćwiczenia laboratoryjne ............................................................................................ 175 13.2.1. Kinetyka sedymentacji zawiesiny łatwo opadającej ........................................ 175 13.2.2. Usuwanie olejów w procesie flotacji ................................................................. 178 14. Biologiczne oczyszczanie ścieków ......................................................................................... 181 14.1. Charakterystyka procesu ........................................................................................... 181 14.2. Ćwiczenia laboratoryjne ............................................................................................ 186 14.2.1. Pomiar prędkości pobierania tlenu przez osad czynny .................................... 186 14.2.2. Wyznaczanie zdolności do natleniania napowietrzacza pęcherzykowego .... 188 14.2.3. Wyznaczanie zdolności do natleniania w napowietrzaniu powierzchniowym .............................................................................................. 191 14.2.4. Wyznaczanie parametrów pracy komór osadu czynnego ................................ 194 14.2.5. Charakterystyka osadu czynnego ..................................................................... 196 15. Chemiczne oczyszczanie ścieków .......................................................................................... 203 15.1. Charakterystyka procesu ........................................................................................... 203 15.2. Ćwiczenia laboratoryjne ............................................................................................ 205 15.2.1. Strącanie fosforanów siarczanem(VI) żelaza(III) ............................................ 205 15.2.2. Strącanie fosforanów wapnem ........................................................................... 207 16. Osady ściekowe ........................................................................................................................ 209 16.1. Charakterystyka osadów ściekowych ....................................................................... 209 16.2. Ćwiczenia laboratoryjne ............................................................................................ 214 16.2.1. Badanie właściwości osadów ściekowych ........................................................ 214 16.2.2. Grawitacyjne zagęszczanie osadu ..................................................................... 216 16.2.3. Tlenowa stabilizacja osadu ................................................................................ 218 16.2.4. Beztlenowa stabilizacja osadu ........................................................................... 220 16.2.5. Dezintegracja osadu ........................................................................................... 223 16.2.6. Wapnowanie osadu ............................................................................................ 225 CZĘŚĆ III METODYKA OZNACZEŃ WYBRANYCH PARAMETRÓW WODY I ŚCIEKÓW 17. Parametry fizyczne wody i ścieków ...................................................................................... 231 17.1. Barwa. Oznaczenie barwy rzeczywistej z użyciem spektrofotometru .................... 231 17.2. Mętność. Oznaczenie mętności przy użyciu mętnościomierza laboratoryjnego ..... 231 17.3. Przewodnictwo elektrolityczne. Oznaczenie przewodnictwa właściwego wody ..... 232 17.4. Zapach. Oznaczanie zapachu na zimno metodą organoleptyczną bezpośrednią oraz oznaczanie zapachu progowego ......................................................................... 233 18. Wskaźniki ogólne charakteryzujące wodę i ścieki ............................................................. 235 18.1. Oznaczenie suchej pozostałości, pozostałości po prażeniu i strat przy prażeniu w wodzie i ściekach metodą wagową ........................................................................ 235 18.2. Zawartość suchej masy, substancji organicznych i mineralnych w osadach ściekowych ................................................................................................................. 237 18.3. Zawiesina ogólna. Oznaczenie stężenia zawiesiny ogólnej metodą wagową .......... 238 19. Związki nieorganiczne oraz wskaźniki wynikające z ich obecności w wodzie i ściekach ................................................................................................................. 239 19.1. Azot i jego związki. Jon amonowy. Oznaczanie jonu amonowego metodą kolorymetryczną z odczynnikiem Nesslera .............................................................. 239 19.2. Azot i jego związki. Azotany(V). Oznaczenie azotanów(V) metodą kolorymetryczną z salicylanem sodowym ................................................................ 240 Spis treści 7 19.3. Azot i jego związki. Azot ogólny. Oznaczenie azotu ogólnego przy użyciu spektrofotometru DR 5000 Hach .............................................................................. 240 19.4. Chlorki. Oznaczenie chlorków metodą argentometryczną według Mohra .............. 241 19.5. Fosfor. Oznaczenie fosforu ogólnego oraz rozpuszczonych fosforanów kolorymetryczną metodą molibdenianową przy użyciu spektrofotometru DR 5000 Hach .............................................................................. 242 19.6. Kwasowość. Oznaczenie kwasowości ogólnej oraz mineralnej metodą miareczkową .............................................................................................................. 243 19.7. pH. Oznaczenie pH metodą potencjometryczną ....................................................... 244 19.8. Siarczany. Oznaczanie siarczanów metodą turbidymetryczną ................................. 245 19.9. Twardość. Oznaczanie twardości ogólnej metodą wersenianową ............................ 245 19.10. Zasadowość. Oznaczanie zasadowości metodą miareczkową wobec wskaźników . 246 20. Jony metali ............................................................................................................................... 249 20.1. Glin. Oznaczenie glinu kolorymetryczną metodą z aluminonem z użyciem spektrofotometru DR 5000 Hach .............................................................................. 249 20.2. Mangan. Oznaczenie manganu metodą nadmanganianową ..................................... 249 20.3. Wapń i magnez. Oznaczenie wapnia i magnezu metodą miareczkową za pomocą wersenianu sodowego ................................................................................................ 250 20.4. Żelazo. Oznaczenie żelaza ogólnego metodą spektrometryczną z 1,10-fenantroliną ..................................................................................................... 251 21. Wskaźniki ogólnej zawartości związków organicznych w wodzie i ściekach ................. 253 21.1. BZT. Oznaczenie biochemicznego zapotrzebowania tlenu z użyciem systemu OxiTop Control .......................................................................................................... 253 21.2. ChZT. Oznaczenie chemicznego zapotrzebowania tlenu metodą chromianową ..... 253 21.3. Ekstrakt eterowy. Oznaczenie całkowitej zawartości substancji organicznych ekstrahujących się eterem naftowym metodą wagową ............................................. 256 21.4. Utlenialność. Oznaczenie utlenialności w środowisku kwaśnym ............................ 257 21.5. UV-absorbancja ......................................................................................................... 258 21.6. Zagniwalność ............................................................................................................. 259 22. Gazy rozpuszczone w wodzie lub ściekach .......................................................................... 261 22.1. Dwutlenek węgla. Oznaczenie wolnego dwutlenku węgla ....................................... 261 22.2. Dwutlenek węgla. Oznaczenie agresywnego dwutlenku węgla ............................... 262 22.3. Tlen rozpuszczony. Oznaczenie tlenu rozpuszczonego w wodzie metodą Winklera ....................................................................................................... 263 CZĘŚĆ IV INTERPRETACJA WYNIKÓW I SZACOWANIE BŁĘDÓW POMIAROWYCH 23. Wprowadzenie ......................................................................................................................... 269 23.1. Rodzaje błędów pomiarowych .................................................................................. 269 23.2. Statystyki opisowe ..................................................................................................... 274 23.3. Analiza korelacji i regresji ......................................................................................... 276 CZĘŚĆ V ZASADY PRACY W LABORATORIUM 24. Przepisy porządkowe .............................................................................................................. 283 25. Bezpieczeństwo i higiena pracy w laboratorium – przepisy ogólne ................................. 285 Bibliografia ..................................................................................................................................... 287