UNIWERSYTET ZIELONOGÓRSKI

WYDZIAŁ INŻYNIERII LĄDOWEJ I ŚRODOWISKA

INSTYTUT INŻYNIERII ŚRODOWISKA

Zakład Technologii Wody, Ścieków i Odpadów

Ćwiczenia laboratoryjne

z Technologii Ścieków Przemysłowych

Oznaczanie zdolności wody do

dekarbonizacji za pomocą kwasu mineralnego - szczepienie wody.

   Wykonali:

1. Cel ćwiczenia

Szczepienie wody kwasem stosowane przy uzdatnianiu wody chłodniczej, polega na dodawaniu do wody mocnego kwasu mineralnego. W wyniku wprowadzenia do wody kwasu mineralnego następuje zmiana twardości węglanowej na równoważną twardość niewęglanową, wg  następujących reakcji:

Ca(HCO3)2 +  2HCl (H2SO4) ® CaCl2 (CaSO4)  + 2CO2 + 2H2O

Mg(HCO3)2 + 2HCl (H2SO4) ® MgCl2 (CaSO4)  + 2CO2 + 2H2O

W reakcji z kwasem solnym powstają chlorki bardzo dobrze rozpuszczalne, zwiększające swoją rozpuszczalność w miarę wzrostu temperatury. Natomiast szczepienie wody kwasem siarkowym powoduje tworzenie się sierczanu wapniowego CaSO4 * 2 H2O (gipsu), którego rozpuszczalność jest znacznie mniejsza w porównianiu do chlorku wapniowego CaCl2.

Celem ćwiczenia jest ustalenie optymalnej dawki kwasu solnego dla uzyskania określonego stopnia usunięcia twardości węglanowej wody. Zakres ćwiczenia obejmuje: oznaczenie stężenia kwasu używanego do szczepienia, obliczenie teoretycznej dawki kwasu niezbędnego do zmiany określonej twardości węglanowej na niewęglanową, wykonywanie prób technologicznych, kontrolę efektu dekarbonizacji wody badanej. Zakres kontroli analitycznej przebiegu procesu obejmuje: oznaczanie odczynu, zasadowości ogólnej, twardości węglanowej, twardości ogólnej, zawartości dwutlenku węgla oraz chlorków w wodzie badanej i zdekarbonizowanej.

2. Wykonanie ćwiczenia

W ćwiczeniu woda zostanie poddana procesowi dekarbonizacji za pomocą kwasu solnego. W badanej wodzie należy oznaczyć: pH, zasadowość ogólną, twardość ogólną, dwutlenek węgla wolny i chlorki.

2.1. Oznaczenie stężenia kwasu użytego do dekarbonizacji wody

Do kolby stożkowej o pojemności  300 cm3 należy odmierzyć około 100 cm3 wody destylowanej oraz znaną objętość kwasu solnego (5 cm3). Zawartość kolby wymieszać i miareczkować wobec oranżu metylowego 0,1n roztworem wodorotlenku

sodowego do zmiany barwy z czerwonej na złotoróżową (łososiową). Stężenie kwasu w mval/dm3 oblicza się wg wzoru:

gdzie:

x – stężenie kwasu, mval/dm3;

a – objętość 0,1n r-ru NaOH zużyta do zmiareczkowania kwasu wobec oranżu metylowego, cm3;

V – objętość próbki kwasu użyta do zmiareczkowania, cm3;

0,1 – stężenie normalne roztworu NaOH;

1000 – przelicznik na milivale;

2.2. Obliczenie teoretycznej dawki kwasu potrzebnej do zmiany okrześlonej wielkości twarości węglanowej na niewęglanową

Dawkę kwasu potrzebną do zmiany twardości węglanowej na niewęglanową w 1 dm3 wody badanej  oblicza się wg wzoru:

D=tw1-tw2                             tw2=0,0¸0,5 mval/dm3

w którym:        

D - teoretyczna dawka kwasu potrzebna do obniżenia twardości węglanowej od tw1 do tw2  w 1 dm3 wody, mval/dm3;

tw1 - twardość węglanowa wody przed dekarbonizacją, mval/dm3;

tw2 - twardość węglanowa wody po  dekarbonizacji, mval/dm3;

Ponieważ w 1dm3 roztworu kwasu użytego do szczepienia znajduje się x mval czystego kwasu, zatem ilość cm3 kwasu, Vk na 1 dm3 wody badanej wynosi:

gdzie:

Vk- objętość roztworu kwasu potrzebna do obniżenia twardości węglanowej  od tw1 do tw2 w 1 dm3 wody, cm3/dm3

2.3. Przebieg ćwiczenia

Do trzech zlewek o pojemności 2 dm3 należy odmierzyć po 1dm3 badanej wody, do których następnie dodaje się ściśle określone ilości kwasu wynoszące odpowiednio: 0,5 D (dawki); 1,0 D; 1,5 D. Po zakończeniu dawkowania kwasu zawartość zlewek miesza się w ciągu 5 min. W tym czasie zachodzi proces dekarbonizacji wody i wydziela się dwutlenek węgla. W tak zdekarbonizowanej wodzie oznacza się pH, zasadowość ogólną, twardość węglanową i ogólną, dwutlenek węgla wolny oraz chlorki. W oparciu o zawartość wolnego dwutlenku węgla i zasadowość ogólną obliczyć z nomogramu zawartość agresywnego dwutlenku węgla.

3. Wyniki badań

Tabela 1 Zestawienie parametrów i wyników oznaczenia wody do dekarbonizacji za pomocą kwasu mineralnego: