GOSPODARKA WODNO-ŚCIEKOWA - laboratorium – Ekobiznes I stopień, 2 rok Laboratorium z Gospodarki wodno-ściekowej ĆWICZENIE 1 ĆWICZENIE 1 FUNKCJONOWANIE KOMUNALNYCH OCZYSZCZALNI ŚCIEKÓW Poprawa jakości wód i ich ochrona przed zanieczyszczeniem to jeden z celów działań samorządów w zakresie ochrony i poprawy stanu środowiska. Gospodarka wodno-ściekowa ma na celu zaopatrzenie w wodę i odprowadzenie powstających wód odpadowych i ścieków. Systemy zbierania uwzględniają wymagania związane z oczyszczaniem ścieków. Projektowanie, budowę i utrzymanie systemów zbierania przeprowadza się zgodnie z najlepszą wiedzą techniczną, bez powodowania nadmiernych kosztów, szczególnie dotyczące: objętości i charakterystyki ścieków, zapobiegania przeciekom, ograniczenia zanieczyszczenia wód, do których odprowadzane są ścieki, powodowanego przez przelewy wód burzowych. Na rysunku 1 przedstawiono zintegrowany system wodno-ściekowy. Rys. 1. Zintegrowany system wodno-ściekowy [1] Według Urzędu Statystycznego w Białymstoku, w województwie podlaskim w 2010 roku istniało 111 komunalnych oczyszczalni ścieków (rys. 2). Na potrzeby gospodarki 2 Laboratorium z Gospodarki wodno-ściekowej ĆWICZENIE 1 narodowej i ludności w 2010 roku zużyto 63,5% wody na potrzeby eksploatacji sieci wodociągowej, 22,8% do nawodnienia w rolnictwie i leśnictwie oraz uzupełniania stawów rybnych oraz 13,7% na cele produkcyjne. Rys. 2. Komunalne oczyszczalnie ścieków według powiatów w województwie podlaskim. Podstawowe pojęcia: 1. ścieki komunalne to ścieki bytowe lub mieszanina ścieków bytowych ze ściekami przemysłowymi i/lub wodami opadowymi; 2. ścieki bytowe to ścieki z osiedli mieszkaniowych i terenów usługowych, powstające najczęściej w wyniku ludzkiego metabolizmu oraz funkcjonowania gospodarstw domowych; 3. ścieki przemysłowe to wszelkie ścieki odprowadzane z obszarów, na których prowadzi się działalność handlową lub przemysłową, nie będące ściekami bytowymi lub wodami opadowymi; 3 Laboratorium z Gospodarki wodno-ściekowej 4. ĆWICZENIE 1 aglomeracja to obszar, gdzie zaludnienie i/lub działalność gospodarcza są wystarczająco skoncentrowane, aby ścieki komunalne były zbierane i przekazywane do oczyszczalni ścieków komunalnych lub do końcowego punktu zrzutu; 5. RLM (równoważna liczba mieszkańców) to wielokrotność ładunku zanieczyszczeń w ściekach odprowadzanych z obiektów przemysłowych i usługowych w stosunku do jednostkowego ładunku zanieczyszczeń w ściekach z gospodarstw domowych, odprowadzanych od jednego mieszkańca w ciągu doby. W Polsce przyjmuje się, że ładunek BZT5 pochodzący od 1 mieszkańca równy jest 60 g O2/dobę (1). RLM używa się m.in. po to, by oszacować wielkość biologicznych oczyszczalni ścieków. Może zdarzyć się, że RLM nie odzwierciedli sytuacji rzeczywistej, np. gdy do oczyszczalni nagle zacznie trafiać np. więcej detergentów, wtedy ilość gramów BZT5 może zostać przekroczona: 𝑅𝐿𝑀 = 6. 𝑚3 𝑔 ] × ś𝑟.𝐵𝑍𝑇5 [ 3 ] 𝑑 𝑚 𝑔 60 [ ] 𝑜𝑠𝑜𝑏𝑎×𝑑 𝑄[ (1) oczyszczanie pierwotne to oczyszczanie ścieków komunalnych za pomocą procesu fizycznego i/lub chemicznego, obejmującego osadzanie zawiesiny lub inny proces powodujący, że BZT5 dopływających ścieków jest przed odprowadzeniem zmniejszany o co najmniej 20%, a zawiesina jest zmniejszana o co najmniej 50%; 7. oczyszczanie wtórne to oczyszczanie ścieków komunalnych głównie w procesie biologicznego oczyszczania z wtórnym osadzaniem lub w innym procesie, spełniającym wymagania podane w tabeli 1; 8. właściwe oczyszczanie oznacza oczyszczanie ścieków komunalnych za pomocą jakiegokolwiek procesu i/lub systemu usuwania pozwalającego wodom, do których odprowadzane są ścieki, osiągać odpowiednie wskaźniki jakości oraz spełniać inne wymagania określone w przepisach niniejszej dyrektywy i w przepisach innych odpowiednich dyrektyw Wspólnoty; 9. osad oznacza pozostający osad komunalny, oczyszczony lub nie, pochodzący z oczyszczalni ścieków komunalnych; 10. eutrofizacja oznacza wzbogacenie wody składnikami odżywczymi, szczególnie związkami azotu i/lub fosforu, powodującymi przyspieszony wzrost glonów i wyższych form życia roślinnego, co jest przyczyną niepożądanych zakłóceń równowagi wśród organizmów żyjących w wodzie, oraz jakości danych wód; 4 ĆWICZENIE 1 Laboratorium z Gospodarki wodno-ściekowej 11. estuarium oznacza strefę przejściową między wodami słodkimi i przybrzeżnymi u ujścia rzeki. Do celów niniejszej dyrektywy jako części programu wykonania zgodnie z przepisami art. 17 ust. 1 i 2, Państwa Członkowskie ustanawiają zewnętrzne granice (morskie) estuariów; 12. wody przybrzeżne oznaczają wody sięgające poza linię niskiego stanu wody lub morską granicę estuarium. Wyliczenie RLM aglomeracji (2): RLM = RLM(Mk) + RLM(prz) + RLM(czas) gdzie: RLM RLM(Mk) (2) – równoważna liczba mieszkańców aglomeracji, – RLM, tj. równoważna liczba mieszkańców obejmująca ładunek generowany przez stałych mieszkańców oraz osoby czasowo zameldowane; przyjmuje się 1 Mk (mieszkaniec) =1RLM, RLM(prz) – RLM wynikająca z ładunku ścieków przemysłowych odprowadzanych do kanalizacji zbiorczej. RLM wyraża wielokrotność ładunku zanieczyszczeń w ściekach odprowadzanych z obiektów przemysłowych i usługowych w stosunku do jednostkowego ładunku zanieczyszczeń w ściekach z gospodarstw domowych, odprowadzanych od jednego mieszkańca/dobę. BZT5 z przemysłu należy przyjmować na podstawie rzeczywistych ilości ścieków odprowadzanych do oczyszczalni komunalnych oraz dokonanych pomiarów stężeń w ściekach surowych. Dla nowopowstałych zakładów ładunek BZT5 szacujemy na podstawie jednostkowych wskaźników ładunków zanieczyszczeń zależnych od rodzaju ścieków, RLM(czas) – RLM wynikająca z ładunku ścieków pochodzących z usług noclegowych lub czasowego przebywania na terenie aglomeracji osób niemieszkających w niej; przyjmuje się 1 RLM = 1 zarejstrowane miejsce noclegowe. Oczyszczalnie ścieków dzielimy na: 1. Mechaniczne – oczyszczalnia, w której oczyszczanie ścieków zachodzi jedynie w wyniku procesów fizycznych, takich jak rozdrabnianie, cedzenie, filtrowanie czy sedymentacja; często nazywana oczyszczalnią wstępną. Na tym etapie ze ścieku 5 ĆWICZENIE 1 Laboratorium z Gospodarki wodno-ściekowej eliminuje się tłuszcze (przez wykorzystanie separatora tłuszczu i piasek przy wykorzystaniu piaskownika). 2. Biologiczne – oczyszczanie odbywa się na drodze procesów biochemicznych, które mają na celu zmniejszenie ilości związków azotu, fosforu i zawiesin. W tym celu stosuje się populacje mikroorganizmów zawieszone w toni ścieków (osad czynny) lub mikroorganizmy tworzące utwardzoną biomasę (złoża biologiczne). 3. Hydrobotaniczne – oczyszczalnia ścieków wykorzystująca rośliny pływające (np. rzęsę wodną) lub zakorzenione (np. trzcinę lub pałkę wodną) do oczyszczania ścieków, swobodnie pływające jak hiacynt, wywłócznik. Układów tych nie stosuje się do dużych oczyszczalni ścieków ze względu na duże jednostkowe zapotrzebowanie powierzchni. 4. Chemiczne – oczyszczanie ścieków zachodzi w wyniku stosowania środków chemicznych co wywołuje określone reakcje mające na celu zmniejszenie ilości zanieczyszczeń. Zgodnie z Dyrektywą 91/271/EWG, w zależności od wielkości oczyszczalni, ścieki oczyszczone muszę spełnić określone parametry przedstawione w Tabeli 1. Tabela 1. Najwyższe dopuszczalne wartości wskaźników zanieczyszczeń lub minimalne procenty redukcji zanieczyszczeń dla oczyszczonych ścieków komunalnych wprowadzanych do wód i do ziemi. RLM Nazwa wskaźnika BZT5 ChZT Zawiesina ogólna Azot ogólny Fosfor ogólny <2 000 2 000–9 999 10 000–14 999 15 000–99 999 >100 000 40 mg O2/L 25 mg O2/L 25 mg O2/L 15 mg O2/L 15 mg O2/L - 70% – 90% 70% – 90% 90% 90% 150 mg O2/L 125 mg O2/L 125 mg O2/L 125 mg O2/L 125 mg O2/L - 75% 75% 75% 75% 50 mg/L 35 mg/L 35 mg/L 35 mg/L 35 mg/L - 90% 90% 90% 90% 30 mg/L* 15 mg/L* 15 mg/L* 15 mg/L 10 mg/L - - 35%** 80% 85% 5 mg/L* 2 mg/L* 2 mg/L* 2 mg/L 1 mg/L - - 40%** 85% 90% * - wartości wymagane wyłącznie w ściekach wprowadzanych do jezior i ich odpływów oraz bezpośrednio do sztucznych zbiorników wodnych usytuowanych na wodach płynących, ** - minimalnego procentu redukcji nie stosuje się do ścieków wprowadzanych do jezior i ich odpływów, do sztucznych zbiorników wodnych usytuowanych na wodach płynących oraz do ziemi [1] http://suezpolska.com/ 6 ĆWICZENIE 1 Laboratorium z Gospodarki wodno-ściekowej WYKONANIE ĆWICZENIA I OPRACOWANIE WYNIKÓW 1. Na podstawie otrzymanych wyników podstawowych wskaźników zanieczyszczeń (BZT5, ChZT, zawiesina ogólna, azot ogólny i fosfor ogólny) odnotowanych w ściekach surowych i oczyszczonych, sporządź odpowiednie wykresy przedstawiające zawartość tych wskaźników w obu rodzajach prób od czasu (dla każdego wskaźnika oddzielny wykres). 2. Oblicz procent redukcji poszczególnych wskaźników zanieczyszczeń (pH, BZT5, ChZT, zawiesina ogólna, azot Kiejdahla, azot amonowy, azot azotanowy, azot azotynowy, azot ogólny, fosfor ogólny) w ściekach. Tam gdzie to możliwe wskaż czy wartości badanych wskaźników osiągnięte dla ścieków oczyszczonych spełniają wymagania zawarte w Dyrektywie 91/271/EWG. Wyniki przedstaw w formie tabeli. Wskaźnik Procent redukcji [%] ……. ……. Zgodne z 91/271/EWG (+/-) ……. ……. ……. Średni pH BZT5 ChZT Zawiesina ogólna Azot Kjeldahla - Azot amonowy - Azot azotanowy - Azot azotynowy - Azot ogólny Fosfor ogólny 3. Oblicz RLM dla Komunalnej Oczyszczalni Ścieków w Białymstoku zgodnie z równaniem (1), jeżeli Qd=100 000 m3/dobę. 7 ĆWICZENIE 2 Laboratorium z Gospodarki wodno-ściekowej ĆWICZENIE 2 WYZNACZANIE PODSTAWOWYCH WSKAŹNIKÓW ZANIECZYSZCZEŃ ŚCIEKÓW KOMUNALNYCH Do podstawowych fizykochemicznych wskaźników zanieczyszczeń zalicza się między innymi takie parametry jak odczyn, przewodnictwo elektrolityczne właściwe, 5-dobowe biochemiczne zapotrzebowani na tlen czy ogólny węgiel organiczny. Odczyn wynika ze stężenia jonów wodorowych rozpuszczonych w wodzie. Przewodność elektrolityczna właściwa (PEW) to zdolność wody do przewodzenia prądu elektrycznego. Prąd elektryczny przenoszony jest w roztworze poprzez ruch jonów. Przewodność jest tym wyższa im stężenie jonów jest większe. Pomiary przewodnictwa wykorzystuje się głównie w celu oszacowania zawartości substancji rozpuszczonych. Przewodnictwo zależy również od odczynu wody. Obecność jonów H+ oraz OH-, które posiadają największą ruchliwość, zwiększa przewodnictwo. Woda destylowana, którą otrzymuje się w laboratoriach posiada przewodnictwo właściwe od 0,5 do 3 µS/cm. Biochemiczne zapotrzebowanie na tlen oznacza ilość tlenu jaka jest zużywana przez mikroorganizmy w celu rozłożenia związków organicznych w danym czasie i warunkach. Ze względu na to, że rozkład materii organicznej w zanieczyszczonej wodzie trwa nie więcej niż 5 dni, najczęściej podawana jest wartość BZT pięciodobowego (BZT5). Parametry te informują o zawartości związków organicznych, które są podatne na rozkład w ściśle określonych warunkach. Pod pojęciem OWO rozumie się ogólną zawartość węgla organicznego, pochodzącą z materii rozpuszczonej oraz zawieszonej w próbce. Pomiar ogólnego węgla organicznego to badanie niespecyficzne, co oznacza, że za jego pomocą nie zostaną oznaczone konkretne związki chemiczne (większość próbek to złożone mieszaniny zawierające tysiące różnych organicznych związków węgla). Zamiast tego OWO pozwala określić całkowitą ilość węgla organicznego wchodzącego w skład tych związków. Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z oznaczaniem wybranych podstawowych wskaźników zanieczyszczeń ścieków komunalnych, tj. pomiarem pH, przewodności 8 ĆWICZENIE 2 Laboratorium z Gospodarki wodno-ściekowej elektrolitycznej właściwej, 5-dobowego biochemicznego zapotrzebowania na tlen i ogólnego węgla organicznego. Odczynniki i roztwory: 0,05 M roztwór K2Cr2O7; mieszanina stężonych kwasów H3PO4+H2SO4 (1+5); roztwór soli Mohra; roztwór dwufenyloaminy; st. H2SO4; st. H3PO4. Sprzęt laboratoryjny: pH-metr, konduktometr, zestaw OxiTop do oznaczania BZT5 (butelki, główki, kołczany, mieszadło magnetyczne, NaOH w pastylkach), pipeta wielomiarowa o poj. 25 mL (1 szt.), kolba stożkowa o poj. 250 mL (3 szt.), biureta, cylinder o poj. 100 mL (1 szt.), kamyczki wrzenne. WYKONANIE ĆWICZENIA Doświadczenie 1. Oznaczanie ogólnego węgla organicznego a) Oznaczanie stężenia roztworu K2Cr2O7 Do trzech kolb stożkowych dodać 10 mL roztworu K2Cr2O7 o nieznanym stężeniu, roztwór rozcieńczyć do ok. 50 mL i zakwasić 10 mL mieszaniny stężonych kwasów H3PO4+H2SO4 (1+5). Roztwór miareczkować roztworem soli Mohra do zaniku żółtej barwy jonów dwuchromianowych po czym dodać 3 krople dwufenyloaminy jako wskaźnika i miareczkować dalej do zmiany zabarwienia z niebiesko-zielonego (fioletowo-zielonego) do zielonego (zmiana barwy jest wyraźnie widoczna i powstaje od jednej kropli titranta). b) Wykonanie oznaczenia OWO Butelkę zawierającą badaną wodę mocno wstrząsnąć, następnie do 3 kolb stożkowych o poj. 250 mL odmierzyć cylindrem po 100 mL badanej wody, dodać po 2,5 mL stężonego H2SO4 oraz 20 mL roztworu K2Cr2O7 o znanym stężeniu (wyznaczonym w doświadczeniu 1a). Kolby ustawić bezpośrednio na płytce elektrycznej (zimnej!), wrzucić do roztworu 2 kamyczki wrzenne, wstawić do szyjek kolb lejki i nastawić płytkę na 5-ty stopień ogrzewania. Zawartość kolby ogrzać do wrzenia i w stanie lekkiego wrzenia utrzymywać jeszcze ok. 20 min (aż wszystkie substancje organiczne zostaną rozłożone - zanik brunatnego zabarwienia zwęglonych cząstek). Należy unikać nadmiernego odparowania cieczy, ponieważ w zbyt stężonym roztworze kwasu siarkowego może nastąpić częściowy rozpad kwasu chromowego. 9 ĆWICZENIE 2 Laboratorium z Gospodarki wodno-ściekowej Po całkowitym rozłożeniu substancji, zawartość kolb oziębić i odmiareczkować nadmiar K2Cr2O7. W tym celu do kolb dodać 2,5 mL stężonego H3PO4 i miareczkować roztworem soli Mohra. Pod koniec miareczkowania dodać 3 krople dwufenyloaminy (tak jak w przepisie w doświadczeniu 1a). Doświadczenie 2. Wykonanie pomiaru odczynu i przewodności elektrolitycznej właściwej badanej próbki a) Zmierzyć pH próbki przy użyciu pH-metru. b) Zmierzyć przewodnictwo elektrolityczne właściwe przy użyciu konduktometru. Doświadczenie 3. Wykonanie pomiaru 5-dobowego biochemicznego zapotrzebowania na tlen (BZT5) badanej próbki Do butelki z ciemnego szkła wlać określoną ilość próbki. Następnie do próbki wrzucić pałeczkę magnetyczną, założyć gumowy kołczan, w którym to umieszcza się tabletki wodorotlenku sodu i uruchomić pomiar. Tak przygotowaną próbę ustawić na mieszadle magnetycznym i włączyć podstawę mieszającą. Próbkę inkubowano 5 dni w temperaturze 20°C±1K, po czym odczytać wynik pomiaru i odpowiednio przemnożono go przez mnożnik zgodnie z Tabelą 1. Tabela 1. Tabela określająca objętość badanej próbki potrzebną do wykonania oznaczenia Zakres pomiarowy [mg/L] Objętość próby [ml] Mnożnik 0-40 432 1 0-80 365 2 0-200 250 5 0-400 164 10 0-800 97 20 0-2000 43,5 50 0-4000 22,7 100 OPRACOWANIE WYNIKÓW 1. Obliczyć stężenie roztworu dwuchromianu potasu, jeżeli stężenie soli Mohra wynosi 0,2 mol/dm3. 10 ĆWICZENIE 2 Laboratorium z Gospodarki wodno-ściekowej Reakcje zachodzące w ćwiczeniu: Fe2+ Fe3+ + e- /×6 Cr2O72- + 14H+ + 6e- 2Cr3+ + 7H2O /×1 Cr2O72- + 14H+ + 6Fe2+ 2Cr3+ + 6Fe3+ + 7H2O a) Oblicz liczbę moli soli Mohra zużytej na zmiareczkowanie roztworu K2Cr2O7: 𝑛𝑠𝑜𝑙𝑖 𝑀𝑜ℎ𝑟𝑎 = 𝐶𝑠𝑜𝑙𝑖 𝑀𝑜ℎ𝑟𝑎 × 𝑉𝑠𝑜𝑙𝑖 𝑀𝑜ℎ𝑟𝑎 b) Wyznacz liczbę moli roztworu K2Cr2O7: 1 mol Cr2O72x moli Cr2O7 6 moli soli Mohra 2- n moli soli Mohra (z pkt 1a.) c) Oblicz stężenie roztworu K2Cr2O7 𝐶𝐾2 𝐶𝑟2𝑂7 = 𝑛𝐾2 𝐶𝑟2 𝑂7 𝑉𝐾2 𝐶𝑟2 𝑂7 2. Oznaczanie ogólnego węgla organicznego a) Oblicz liczbę soli Mohra zużytą na zmiareczkowanie nadmiaru roztworu K2Cr2O7: 𝑛𝑠𝑜𝑙𝑖 𝑀𝑜ℎ𝑟𝑎 = 𝐶𝑠𝑜𝑙𝑖 𝑀𝑜ℎ𝑟𝑎 × 𝑉𝑠𝑜𝑙𝑖 𝑀𝑜ℎ𝑟𝑎 b) Wyznacz nadmiarową liczbę moli roztworu K2Cr2O7: 1 mol Cr2O72- 6 moli soli Mohra nnadm moli Cr2O72- n moli soli Mohra (z pkt 2a.) c) Oblicz liczbę moli K2Cr2O7 zużytą na spalenie węgla organicznego korzystając ze wzoru: 𝑛 = 𝑛0 − 𝑛𝑛𝑎𝑑𝑚 𝑛0 = 𝑉0 × 𝐶𝐾2 𝐶𝑟2 𝑂7 gdzie: n0 - początkowa liczba moli K2Cr2O7, nnadm - nadmiarowa liczba moli K2Cr2O7, V0 - objętość dodanego roztworu K2Cr2O7 (20 mL), 11 ĆWICZENIE 2 Laboratorium z Gospodarki wodno-ściekowej 𝐶𝐾2 𝐶𝑟2 𝑂7 - stężenie K2Cr2O7 (z pkt. 1c) d) Oblicz ilość węgla w 100 mL badanej próbki jeżeli: 1 mol K2Cr2O7 „spala” 36 g czystego węgla, 1 mol K2Cr2O7 36g C n mola K2Cr2O7 (z pkt. 2c) m [g C] e) Wyznacz ilość węgla w litrze wody (OWO): m [mg C] (z pkt. 2d) x [mg C] 0,1 L 1L Według zarządzenia Ministra ilość węgla organicznego w ściekach odprowadzanych do wód nie może przekraczać 40 mg C/L. Zawartość OWO w wodach naturalnych nie jest limitowana. 12 Laboratorium z Gospodarki wodno-ściekowej ĆWICZENIE 3 ĆWICZENIE 3 NOWOCZESNE METODY OCZYSZCZANIA ŚCIEKÓW - FOTOKATALITYCZNA DEGRADACJA BŁĘKITU METYLENOWEGO Błękit metylenowy (rys. 1) to organiczny związek chemiczny, barwnik tiazynowy o charakterze soli. W temperaturze pokojowej jest to bezwonny, ciemnozielony proszek. Z wodą daje niebieski roztwór. Używany jako wskaźnik pH. W roztworach mocno kwasowych barwi się na zielono, w roztworach lekko kwasowych, obojętnych i zasadowych przyjmuje barwę od błękitnej do granatowej. Znajduje zastosowanie w biologii oraz w medycynie. Rys. 1. Wzór strukturalny błękitu metylenowego. Fotokataliza jest to zmiana szybkości reakcji chemicznej lub jej inicjacji w wyniku działania promieniowania UV, promieniowania widzialnego lub podczerwieni (rys. 2), w obecności substancji (fotokatalizatora), która absorbuje światło i jest zaangażowana w przemiany chemiczne reagentów. Fotokatalizatorami mogą być: półprzewodniki szerokopasmowe, takie jak dwutlenek tytanu (IV), siarczek cynku czy siarczek kadmu. Rys. 2. Widmo promieniowania elektromagnetycznego. 13 Laboratorium z Gospodarki wodno-ściekowej ĆWICZENIE 3 Rys. 3. Zasada utleniania fotokatalitycznego przy udziale TiO2 [1]. Wyróżniamy dwa rodzaje fotokatalizy: homogeniczną – kiedy fotokatalizator znajduje się w tej samej fazie termodynamicznej co substraty (np. jest razem z substratami rozpuszczony w układzie); heterogeniczną – kiedy katalizator znajduje się w innej fazie termodynamicznej niż jeden lub wszystkie substraty (np. fotokatalizator jest osadzony na powierzchni ciała stałego) Fotokataliza ma szerokie zastosowanie: Własności samoczyszczące: wykorzystanie dwutlenku tytanu (IV) w samoczyszczących się powierzchniach. Proces samoczyszczenia jest wynikiem generowania reaktywnych form tlenu przez katalizator wzbudzony promieniowaniem z zakresu bliskiego ultrafioletu. Oczyszczanie wody z zanieczyszczeń organicznych (wody naturalne, ścieki komunalne i przemysłowe). Sterylizacja narzędzi chirurgicznych i usuwanie niepożądanych odcisków palców z wrażliwych elementów elektrycznych i optycznych. Oczyszczanie powietrza. Terapia fotodynamiczna nowotworów (PDT). Celem ćwiczenia jest zapoznanie z nowoczesnymi technikami oczyszczania ścieków, jakim jest fotokataliza oraz ocena stopnia redukcji zawartości błękitu metylenowego w ściekach syntetycznych przy zastosowaniu fotokatalizy z udziałem tlenku cynku. [1] https://www.biuletyn.pw.edu.pl/Nauka-i-Dydaktyka/Nauka/Fotokataliza-skuteczna-metoda-oczyszczania- powietrza 14 Laboratorium z Gospodarki wodno-ściekowej ĆWICZENIE 3 Odczynniki i roztwory: roztwór wodny błękitu metylenowego (BM) C=10-4 mol/L; odważka 2 mg tlenku cynku. Sprzęt laboratoryjny: symulator promieniowania słonecznego SUNTEST, E=250 W/m2; spektrofotometr UV-Vis (kuweta 1 cm); mieszadło magnetyczne; wirówka; probówki do wirówki; pipety Pasteura; krystalizator (60 mL). WYKONANIE ĆWICZENIA Doświadczenie 1. Krzywa wzorcowa Do kolbek miarowych o pojemności 10 mL wprowadzić 0,25; 0,5; 0,75; 1 mL roztworu barwnika o stężeniu 10-4 mol/L i uzupełnić do kreski wodą destylowaną. Zmierzyć absorbancję wszystkich roztworów wzorcowych przy analitycznej długości fali 665 nm. Wykreślić zależność absorbancji od stężenia i wyznaczyć równanie krzywej wzorcowej. Doświadczenie 2. Eksperyment fotokatalizy a) Do krystalizatora wprowadzić 30 mL roztworu barwnika BM o stężeniu 10-5 mol/L, a następnie dodać odważoną porcję 2 mg ZnO. b) Krystalizator z zawartością dokładnie owinąć folią aluminiowa i umieścić na mieszadle magnetycznym. Mieszać przez 15 min. Po tym czasie pobrać pipetą Pasteura ok. 2 mL zawiesiny do probówki wirówkowej, odwirować i zmierzyć absorbancję roztworu znad osadu przy analitycznej długości fali 665 nm. c) Krystalizator z zawiesiną umieścić w komorze naświetleń symulatora promieniowania UV i rozpocząć naświetlanie. Następnie co 10 minut (nie dłużej niż do 1 godziny) pobierać ok. 2 mL naświetlanej mieszaniny, odwirować i zmierzyć absorbancję roztworu przy analitycznej długości fali 665 nm. OPRACOWANIE WYNIKÓW 1. Z równania krzywej wzorcowej oblicz stężenie barwnika w każdej próbce. 2. Obliczyć stopień degradacji błękitu metylenowego (BM) w każdej naświetlanej próbce stosując następujący wzór: 15 ĆWICZENIE 3 Laboratorium z Gospodarki wodno-ściekowej (1 − gdzie: C0 𝐶 ) × 100% 𝐶0 - stężenie nienaświetlonego roztworu BM po ustaleniu się równowagi adsorpcyjnej, C - stężenie BM po czasie naświetlania t. Uzyskane wyniki umieść w tabeli: Czas naświetlania Absorbancja [min] Stężenie BM [mol/L] ln (C0/C) 0 10 20 30 40 50 3. Narysuj wykresy: a) zależności zmian stężenia BM od czasu, b) stopnia degradacji od czasu, c) ln (C0/C) od czasu, 𝐶 d) stopnia degradacji (1 − 𝐶 ) od czasu, 0 e) wyciągnij wnioski z narysowanych wykresów. 16 (1 − 𝐶 Stopień ) 𝐶0 degradacji [%]
