ΑΣΚΗΣΗ 3 η Προσδιορισµός αιωρούµενων στερεών Θεωρητικό υπόβαθρο Τα στερεά κατατάσσονται συνήθως ανάλογα µε τις φυσικές και χηµικές τους ιδιότητες ως εξής: Συνολικά στερεά Με διήθηση Με εξάτµιση Αιωρούµενα στερεά ιαλυµένα στερεά Καθίζηση 30 Πύρωση Πύρωση Καθιζάνοντα Μη στερεά καθιζάνοντα Σταθερά Πτητικά Σταθερά Πτητικά (ανόργανα) (οργανικά)
Ορισµοί α) Συνολικά στερεά, είναι το στερεό υπόλειµµα που παραµένει στο δισκίο µετά από εξάτµιση του υγρού σε θερµοκρασία 103 ο C επί 1h. β) Συνολικά διαλυµένα στερεά, είναι το στερεό υπόλειµµα το οποίο διέρχεται από κανονικό φίλτρο διήθησης και παραµένει στο δισκίο µετά από εξάτµιση και ξήρανση στους 103 ο C επί 1h. γ) Συνολικά αιωρούµενα στερεά, είναι το στερεό υπόλειµµα που παραµένει στο φίλτρο µετά από διήθηση του δείγµατος και ξήρανση του φίλτρου στους 103 ο C επί 1h. δ) Συνολικά σταθερά και αιωρούµενα στερεά. Σταθερά στερεά είναι το στερεό υπόλειµµα που παραµένει στο δισκίο µετά από πύρωση σε κλίβανο στους 550 ο C για 15-20 λεπτά και αντιπροσωπεύει το ανόργανο τµήµα των συνολικών στερεών. Πτητικά είναι το υπόλοιπο τµήµα των στερεών το οποίο εξαερώνεται και αντιπροσωπεύει κυρίως το οργανικό τµήµα των στερεών. ε) Σταθερά και πτητικά στα αιωρούµενα στερεά είναι, όπως και προηγουµένως, το στερεό υπόλειµµα που παραµένει στο φίλτρο διήθησης µετά από πύρωση του φίλτρου στους 550 ο C (σταθερά) και τα εξαερωµένα στερεά κατά την πύρωση (πτητικά).
στ) Καθιζάνοντα στερεά, είναι το τµήµα των αιωρούµενων στερεών το οποίο καθιζάνει στον πυθµένα ενός κώνου Imhoff µετά από µία ώρα καθίζησης, ενώ µη καθιζάνοντα είναι το τµήµα των στερεών που βρίσκονται ακόµη εν αιωρήσει.
ιαδικασία Η εργαστηριακή άσκηση µέτρησης στερεών περιλαµβάνει: Μέτρηση αιωρούµενων στερεών µε διήθηση δείγµατος, εξάτµιση του φίλτρου στους 103 ο C για 1 h, ξήρανση στη θερµοκρασία περιβάλλοντος και ζύγιση. α) Μέτρηση αιωρούµενων στερεών Αριθµούµε τα φίλτρα µε µολύβι και τα τοποθετούµε στον κλίβανο για 30 λεπτά σε 103 ο C. Στη συνέχεια τοποθετούµε τα φίλτρα σε ξηραντήρα για να ψυχθούν στη θερµοκρασία του περιβάλλοντος. Ζυγίζουµε τα φίλτρα µε το ζυγό ακριβείας. Τοποθετούµε προσεκτικά ένα φίλτρο στη συσκευή διήθησης. Τοποθετούµε ποσότητα δείγµατος γνωστού όγκου (50 ή 100 ml) στο δοχείο διήθησης. Θέτουµε σε λειτουργία την αντλία κενού µέχρι να τελειώσει η διήθηση.
Βγάζουµε το φίλτρο προσεκτικά µε λεπίδα και το τοποθετούµε στον κλίβανο ξήρανσης σε θερµοκρασία 103 ο C για 1ώρα. Τοποθετούµε το φίλτρο στον ξηραντήρα για λίγη ώρα και ζυγίζουµε το φίλτρο στο ζυγό ακριβείας. Η συγκέντρωση των αιωρούµενων στερεών δίνεται από τη σχέση: όπου: Βτελ = τελικό βάρος φίλτρου (gr) Bαρχ = αρχικό βάρος φίλτρου (gr) V = όγκος δείγµατος (Lt) Β Β αρχ SS = τελ 1000 (mg/lt) V
ΠΡΟΣ ΙΟΡΙΣΜΟΣ ΕΙΚΤΟΥ ΙΗΘΗΣΗΣ Ο δείκτης διήθησης µετράται µε ειδική συσκευή διήθησης και βοηθά στον αντικειµενικό προσδιορισµό της διηθησιµότητας ενός υγρού µέσα από κοκκώδη κλίνη διήθησης. Έτσι µπορούµε να πάρουµε πληροφορίες για την ποιότητα του διηθήµατος κάτω από διαφορετικές συνθήκες διήθησης και επίσης να ερευνήσουµε την επίδραση της προεπεξεργασίας του νερού µε κροκιδωτικά στην απόδοση της διήθησης. Ένα υγρό θεωρείται διηθήσιµο εφόσον µπορεί να διέλθει σε εύλογο χρόνο µέσω πορώδους υλικού, δίνοντας ένα διαυγές διήθηµα και µικρό φράξιµο των πόρων του φίλτρου. Το φράξιµο συνήθως αντανακλάται στη διαπερατότητα του φίλτρου µε συνέπεια αυξηµένες απώλειες υδροστατικής πίεσης µέσω του φίλτρου.
Η διηθησιµότητα ενός υγρού εκφράζεται µε κατάλληλο δείκτη που λαµβάνει υπ' όψη τους παραπάνω παράγοντες, δηλαδή: F= Η C V C Τ 0 όπου: Η: η πτώση υδροστατικής πίεσης (mm) C: η µέση ποιότητα του διηθούµενου υγρού C 0 V Τ η αρχική ποιότητα του υγρού η µέση ταχύτητα διήθησης (cm/min) ο χρόνος διήθησης (min) Η ποιότητα C µπορεί να εκφραστεί µε οποιεσδήποτε παραµέτρους όπως π.χ. θολερότητα, αιωρούµενα στερεά, µικροοργανισµοί κλπ. Μικρός δείκτης F σηµαίνει καλή διηθησιµότητα του νερού µε µικρή απώλεια υδροστατικής πίεσης και καλή ποιότητα απορροής. Ο δείκτης αυτός µπορεί να ελαχιστοποιηθεί δοκιµάζοντας διαφορετικές συνθήκες διήθησης καθώς και προεπεξεργασία νερού µε κροκιδωτικά.
ιαδικασία Προετοιµασία µέσου διήθησης Χρησιµοποιούµε σαν υλικό διήθησης άµµο µε διάµετρο κόκκων 0,5-0,6 mm. Ζυγίζουµε 72 gr ξερής άµµου. Μεταφέρουµε την άµµο εντός της στήλης PERSPEX της συσκευής. Στερεώνουµε την παραπάνω στήλη εντός της συσκευής διήθησης σφίγγοντας τις βίδες επί του καλύµµατος. Κτυπούµε ελαφρά τη στήλη µε ένα µολύβι ώστε να ισοπεδωθεί η επιφάνεια της άµµου και να συµπυκνωθεί σε ένα τελικό πάχος των 40 mm.
Αντίστροφη φόρτιση συσκευής Συνδέουµε µία εφεδρική χοάνη µε το σωλήνα εξόδου της συσκευής. Ανοίγουµε τη στρόφιγγα αέρα (ευρισκόµενη στο άνω µέρος του µανόµετρου). Ανοίγουµε τη στρόφιγγα παροχής νερού (ευρισκόµενη στο κάτω µέρος της συσκευής διήθησης). Σταδιακά γεµίζουµε µε νερό βρύσης τη χοάνη µέχρις ότου η στάθµη του νερού φθάσει την ένδειξη 250 mm στο µανόµετρο ή το κάτω µέρος της χοάνης εισόδου. Στη συνέχεια κλείνουµε τη στρόφιγγα αέρα και παροχής νερού και αποσυνδέουµε την εφεδρική χοάνη. Εάν συνεχίζει να παραµένει εγκλωβισµένος αέρας ανοίγουµε τη στρόφιγγα αέρα επί του καλύµµατος της συσκευής διήθησης για την αποµάκρυνσή του.
Πείραµα διήθησης Προετοιµάζουµε 1 Lt δείγµατος για κάθε πείραµα διήθησης. Αδειάζουµε προσεκτικά το δείγµα στη χοάνη εισόδου. Ρυθµίζουµε τη στρόφιγγα παροχής έτσι ώστε η παροχή νερού να σταθεροποιηθεί στα 93 cm 3 /min, και τη ρυθµίζουµε συνεχώς κατά τη διάρκεια της διήθησης έτσι ώστε να παραµένει σταθερή. Μετά από 40 sec (χρόνος που απαιτείται για την αποµάκρυνση του καθαρού νερού), αρχίζουµε να µετράµε το χρόνο διήθησης. Για 1,5 min ακόµα πετάµε την απορροή (πρόκειται για καθαρό νερό), και τη συνέχεια τη συλλέγουµε σε δοχείο συλλογής. Από το αρχικό δείγµα παίρνουµε µικρή ποσότητα για ανάλυση (προσδιορισµός θολερότητας ή αιωρούµενων στερών). Όταν η στάθµη του δείγµατος κατέβει στη βάση της χοάνης κλείνουµε τη στρόφιγγα παροχής και µετρούµε το χρόνο διήθησης καθώς και την ένδειξη των µανοµέτρων.
Υπολογισµός δείκτη διήθησης εδοµένα Επιφάνεια φίλτρου: A=11,34 cm 2 Όγκος άµµου: V=45,4 cm 3 Βάρος άµµου: B=72 gr Πορώδες άµµου: 40% Ταχύτητα διήθησης: Χρόνος διήθησης: Ποιότητα νερού παροχή (cm /min) v= 2 επιφάνεια (cm ) Τ (min) 3 (cm/min) Εισερχόµενο: C 0 = FTU ή mg/lt Εξερχόµενο: C= FTU ή mg/lt Παροχή: Q= cm 3 /min ιαφ. Μανοµέτρου: Η= - mm= cm είκτης διήθησης: F Η C v C 0 Τ = = =