BH60A0900 Ympäristömittaukset

Transkriptio

1 eden kuiva- ja kiintoaines, ja COD Tehtävä. Tehtaan jätevedenpuhdistamon uosvirtaavasta vedestä hautaan mitata a) kuiva-ainepitoisuus, b) kuiva-aineen orgaanisen aineksen pitoisuus, c) kiintoaine ja d) orgaanisen kiintoaineksen pitoisuus. Määritä kuiva-aineen määrät standardin SFS 3008 menetemien avua ja kiintoaineen määrät standardin SFS-EN 872:2005 menetemiä mukaien. Jätevesinäyte: Näyteastian/vesinäytteen tiavuus 50 m Haihdutusastian omapaino 86,009 g Näytteen ja astian paino 05 o C haihdutuksen jäkeen 86,7 g Näytteen ja astian paino 550 o C hehkutuksen jäkeen 86,08 g Suodattimen omapaino 4,62 g Jäännöksen paino suodattimessa 05 o C haihdutuksen jäkeen 4,656 g Jäännöksen paino suodattimessa 550 o C hehkutuksen jäkeen 4,647 g Tehtävä 2. Jätevesinäyte 6 m on aimennettu 294 m:a aimennusvettä, johon on iuenneena 8,6 / happea. iiden päivän reagoinnin jäkeen seoksessa on jäjeä iuennutta happea 5,4 /. Oeta, että iuenneen hapen pitoisuus akuperäisessä jätevedessä on noa ja iuokseen on isätty ayyitioureaa estämään nitrifikaatio. a) Laske jäteveden 5 -arvo b) Laske jäteveden biooginen kokonaishapenkuutus tot c) Arvioi jäteveden kemiainen hapenkuutus COD Tehtävä, ratkaisu Mittauksen taustaa Kuiva-aineen ja kiintoaineen määritykseä pyritään määrittämään edeä mainittujen komponenttien osuus arvioitavassa vedessä. Kuiva-aineea tarkoitetaan kaikkia vedessä oevia komponentteja, mitkä eivät häviä nesteen höyrystyessä näytteestä pois. Partikkeikooa ei siis oe merkitystä kuiva-aineen määrityksessä. Kiintoaineea tarkoitetaan tietyn simäkoon suodattimeen jäävää ainesta, joka uokiteaan kiintoaineeksi. Yeensä käytetään asikuitusuodatinta, jonka erotustiheys on noin 2 m, ei tätä pienemmät hiukkaset kukeutuvat veden seassa, eikä niitä asketa kuuuvaksi kiintoaineeseen, vaan niitä kutsutaan iuenneeksi kiintoaineeksi, mitä ei voi vedestä kunnoa erottaa. Syventävää tietoa mittauksista Näytetiavuus vaitaan siten, että arvioitu kuiva-aineen tai vastaavasti hehkutusjäännöksen massa on noin Osanäyte pyritään ottamaan siten, ettei siihen tue mukaan suuria yksittäisiä partikkeeita, jotka eivät edusta näytteen keskimääräistä koostumusta.

2 eden kuiva- ja kiintoaines, ja COD Näyte sekoitetaan hyvin ja kaadetaan väittömästi ja keskeytyksettä sopiva tiavuus mittaasiin. Mittaasiin kaadetun näytteen tiavuus uetaan 2 %:n tarkkuudea. Mittaasin sisätö kaadetaan haihdutusastiaan. Astian tuee oa vähintään 20 m:n majoja tai upokkaita, jotka on vamistettu patinasta, nikkeistä, kvartsista tai posiinista. Kuiva-aineen mittaus: Näyte haihdutetaan kuiviin imastoidussa ämpökaapissa vesi- tai ämpöhauteea tai infrapunaampun aa. Sen jäkeen haihdutusjäännöstä kuivataan vähintään 2 tuntia 05 o C ämpötiassa ämpökaapissa. Kuivattu jäännös jäähdytetään eksikkaattorissa (Eksikkaattori on kuivaus- ja säiytysastia, jossa voidaan säiyttää näytteitä jotka piaantuisivat huoneimassa. Yeensä eksikkaattoreissa käytetään siikageeiä pohjana. Tässä tapauksessa iman eksikkaattoria jäähdytetty kuivatettu näyte imisi imasta kosteutta itseensä, joka johtaisi punnituksen epäonnistumiseen) ja punnitaan 0, tarkkuudea anayysivaa aa. Kuiva-aineen määrä näytteessä asketaan yhtäön avua. X () X on kuiva-aine, / m on astian massa, m 2 on astian ja kuivatun jäännöksen yhteenaskettu massa, on määritykseen käytetty vesinäytteen määrä, m 000 on muuntokerroin Hehkutusjäännöksen mittaus: Näytteen kuivaa jäännöstä hehkutetaan 2 tuntia 550 o C ämpötiassa hehkutusuunissa. Hehkutusjäännös jäähdytetään eksikkaattorissa ja punnitaan 0, tarkkuudea anayysivaa aa. Jos näytteen tuhkaksi muuttuminen ei oe täydeistä (tuhkassa on esim. tummia partikkeeita), tuhkaan isätään muutama pisara ammoniumnitraattiiuosta (200 g/ NH 4 NO 3 ) ja hehkutusta jatketaan vieä 30 min. Hehkutusjäännös voidaan askea yhtäön 2 avua. Y (2) Y on hehkutusjäännös, / m on astian massa, m 3 on astian ja hehkutusjäännöksen yhteenaskettu massa, on määritykseen käytetty vesinäytteen määrä, m 000 on muuntokerroin. Kiintoaineea tarkoitetaan vedestä suodattamaa erottuvan kiintoaineen määrää. Suodattimea erottuu kooidinen ( m) ja saostuva kiintoaine. eden sameus voidaan uokitea joko saostuvaksi tai kooidiseksi. Kooidisten aineiden kiintoainepartikkeien pinta-aa / massa-suhde on suuri, mistä johtuen ne eivät saostu vaan ovat jakautuneet tasaisesti veteen. Standardissa SFS-EN 872 veden kiintoaine määriteään asikuitusuodattimee (Whatman GF/C) jääneenä suodatettuna hiukkasmassana ja joka on kuivattu ämpötiassa 05 o C. eden kiintoainemäärä voidaan askea yhtäön 3 avua.

3 TSS eden kuiva- ja kiintoaines, ja COD (3) TSS m 4 m 5 on kiintoaineen määrä, / on suodattimen massa, on suodattimen ja kuivatun jäännöksen yhteenaskettu massa, on määritykseen käytetyn vesinäytteen määrä, m Orgaaninen kiintoaines saadaan määritettyä käsitteemää näyte samoin kuten edeä SFS 3008 standardin hehkutusmenetemää. Suodattimesta siis hehkutetaan orgaaninen aines 550 o C ämpötiassa. Orgaaninen kiintoaines asketaan yhtäön 4. avua SS (4) SS m 5 m 6 on orgaanisen aineksen määrä, / on suodattimen ja kuivatun jäännöksen yhteenaskettu massa, on suodattimen ja hehkutusjäännöksen massa, on määritykseen käytetyn vesinäytteen määrä, m Sen sijaan kiintoaine, joka äpäisee suodattimen, on niin pienikokoista, että sen voidaan oettaa oevan iuenneessa muodossa. Liuenneet hiukkaset ovat atomeja tai vastaavankokoisia moekyyejä, ioneja tai muita ioniryhmiä, joiden äpimitta on jopa pienempi kuin nm. Liuennut kiintoaine isää suspendoituneen kiintoaineen ohea bioogista hapenkuutusta. Tästä syystä ja suspendoituneen kiintoaineen määrä ovatkin kaksi tärkeintä parametriä, joita käytetään yhdyskunnan jäteveden ominaisuuksien kuvaamiseen. Laskut: a) esinäytteen kuiva-aines asketaan yhtäön mukaisesti: X ( ) m 720 Kyseessä siis vesinäytteestä erotettu kuiva-aine, mikä on haihdutettu 05 o C ämpötiassa. Lasketue kuiva-aineee käytetään merkintää TS Tota Soids. Tässä siis TS 720 / b) esinäytteen orgaanisen aineksen pitoisuus kuiva-aineessa saadaan askettua kuiva-aineen ja hehkutusjäännöksen erotuksena yhtäöiden ja 2 avua: TS X Y Y ( ) 50m 660

4 eden kuiva- ja kiintoaines, ja COD TS Kyseessä siis vesinäytteen kuiva-aineen orgaanisen aineksen määrä, joka sevitettiin hehkuttamaa kuiva-ainetta 550 o C ämpötiassa. Lasketue hehkutetue orgaanisee kuiva-aineee käytetään merkintää TS Tota oatie Soids. c) esinäytteen kiintoaines asketaan yhtäön 3 avua: TSS 000 ( ) 50m 240 Laskettu TSS tarkoittaa vesinäytteen kiintoaineksen määrää kuivauksen jäkeen. Termi TSS tuee sanoista Tota Suspended Soids. Usein käytetään myös termiä SS Suspended Soids. d) Orgaaninen kiintoaines saadaan askettua yhtäön 4 avua: SS ( ) 50m 60 Orgaanisen aineksen määrä siis todettiin haihduttamaa se 550 o C ämpötiassa, jooin jäjee jää epäorgaaninen aines. Termi SS tuee sanoista oatie Suspended Soids, ei haihtuva kiintoaines. Standardin SFS 3008 mukaisesti tuokset imoitetaan miigrammoina itraa kohti (/) tauukon. mukaisesti: Tauukko. Tuosten imoittaminen Tuos [/] Merkitseviä numeroita > < 0 Kaikki tehtävän. tuokset osuivatkin samaan uokkaan, joten merkitseviä numeroita oi kaikissa kaksi kappaetta.,

5 eden kuiva- ja kiintoaines, ja COD Tehtävä 2, ratkaisu Taustaa askuihin: -mittauksen perimmäisenä tavoitteena on sevittää, kuinka pajon happea tietyn vesimäärän sisätämä orgaaninen aines kuuttaa hajotessaan. -arvo on hyödyinen parametri ja sen tuottamaa tietoa hyödynnetään muun muassa seuraavaa tavaa:. Arvioida hapen määrää, mikä kuuu jäteveden orgaanisen aineksen stabioimiseen, ei hajottamiseen. 2. Jäteveden bioogisen hapenkuutuksen avua voidaan arvioida suunnitetavan jätevedenpuhdistamon kapasiteettia ja kokoa erityisesti bioogisen puhdistusprosessin osata. 3. oidaan vertaia puhdistusmenetemien tehokkuutta keskenään 4. Toiminnanharjoittajien upamääräyksissä määritetään usein raja-arvot bioogisee hapenkuutuksee, ei -arvon avua toiminnanharjoittaja ja viranomainen tietä - mittaus etenee seuraavien vaiheiden mukaisesti:. Näytteenoton vamisteut 2. Näytteenotto 3. Näytteen esikäsittey 4. Anayysi. Näytteenoton vamisteut: Käsin tapahtuvassa näytteenotossa näyte voidaan ottaa käsin astiaan tai suoraan näytepuoon. Otettua näytettä pidetään jääkaapissa tai jäähauteessa, jos -mittausta ei päästä aoittamaan väittömästi näytteenoton jäkeen. Kokoomanäytteen keräämiseen tarvitaan tiava, noin muoviastia. Automaattisessa näytteenotossa näytteenottoaite on vamiiksi asennettu tai paikae voidaan asentaa tiapäinen, siirrettävä näytteenotin. Näytteenottimen isäksi tarvitaan kokoomanäytteen keräysastia sekä jääkaappi näytteen säiytystä varten. 2. Näytteenotto: Jäteveden aatua hyvin edustava näyte saadaan kerättyä ainoastaan, mikäi vesi on tasaisesti sekoittunutta näytteenottokohdassa. 3. Näytteen esikäsittey: Kokoomanäytteet on sekoitettava perusteeisesti ennen näytteiden siirtämistä varsinaisiin näytepuoihin. Hyvää sekoituksea varmistetaan, ettei kokooma-astioiden pintoihin jää suuria kertymiä. 4. Anayysi: -mittauksessa mitataan tunnetuissa oosuhteissa tutkittavasta vesinäytteestä tietyn ajan kuuessa tapahtunut happipitoisuuden pienentyminen. Jätevesinäytteeseen isätään happirikasta aimennusvettä, joa varmistetaan että näyteseoksessa on tarpeeksi happea. Yeensä mitattavae jätevedee tiedetään suunnieen -pitoisuus, jonka avua aimennusveden oikea määrä voidaan määrittää. Hieman tarkemmin anayysistä Standardissa SFS-EN 899- määritetään menetemä, joa -mittaus tehdään aimennusmenetemää ja ayyitioureaisäyksen kanssa. Ayyitioureaa käytetään estämään nitrifikaatio. Iman nitrifikaation estävää kemikaaia jäteveden hapenkuutuksen mittaus vääristyy, siä nitrifikaatio isää hapen tarvetta ja kuutusta mittauksen oppuosassa. Yi seitsemän vuorokauden mittausjaksoia mittaustuos vääristyy merkittävästi ja tuoksena on iian suuri -arvo. Menetemää saadut tuokset ovat biokemiaisten ja kemiaisten reaktioiden yhdistetty opputuos. Niiä ei oe seaista täsmäistä ja yksiseitteistä uonnetta kuin esimerkiksi yhdestä hyvin määriteystä kemiaisesta prosessista saatavia tuoksia. -mittaus kuitenkin tarjoaa hyvän keinon arvioida vesien aatua. Suomessa käytetään sekaisin termejä (Biochemica oxygen demand) ja BHK (Biooginen Hapen Kuutus). Biokemiainen ja biooginen sekoittuvat termeinä tässä yhteydessä, mutta moemmat tarkoittavat

6 eden kuiva- ja kiintoaines, ja COD samaa. Ayyitioureaisäys imaistaan -arvossa aaviitteeä atu. Esimerkiksi seitsemän päivän arvo, jossa nitrifikaatio on estetty ayyitioureaa imaistaan: 7,atu. Standardin mukaisessa mittauksessa anaysoitava vesinäyte esikäsiteään ja aimennetaan aimennusvedeä, jossa on runsaasti iuennutta happea ja joka sisätää aerobisten mikro-organismien siirrosta sekä nitrifikaation estoainetta. Laimennoksen pitää oa seainen, että inkuboinnin jäkeen jäjeä oeva happikonsentraatio on yhden komasosan ja kahden komasosan väiä akukonsentraatiosta. Joskus voi oa vaikea vaita oikeaa aimennussuhdetta, jooin suositeaan tehtäväksi useita eri aimennoksia, joiden aimennuskertoimet vaihteevat ja joihin sisätyy n :ää vastaava aimennos. Siirrosta ei tarvitse käyttää, mikäi itse näyte sisätää riittävästi sopivia mikro-organismeja. Näyteiuoksen annetaan reagoida (inkuboitua) täydessä sujetussa puossa 20 o C ämpötiassa pimeässä tietyn aikaa (5 tai 7 vrk). Liuenneen hapen konsentraatio määritetään ennen reaktioita (inkubointia) ja sen jäkeen. Kuuneen hapen massa asketaan itraa kohti näytettä. Inkubointi-/reaktiopuot ovat tupaisia -puoja, joiden tiavuus on m ja joiden muoto on seainen, ettei niihin jää imakupia. Mittauksen aikana tuee varmistua oikeasta ämpötiasta inkubointipuossa. -puo (inkubaattori) tuee voida säätää 20± o C ämpötiaan. Laskut: Jätevesinäytteen biooginen hapenkuutus n voidaan askea yhtäöstä (SFS-EN 899-). n ) t e t ( c c2) ( c3 c4 () t e a) n c c 2 c 3 c 4 t e on biooginen hapenkuutus n vuorokauden kuuessa, / on näyteiuoksen iuenneen hapen konsentraatio noahetkeä, / on näyteiuoksen iuenneen hapen konsentraatio n vrk:n kuuttua, / on noanäytteen iuenneen hapen konsentraatio noahetkeä, / on noanäytteen iuenneen hapen konsentraatio n vrk:n kuuttua, / on näyteiuoksen kokonaistiavuus, m on näyteiuoksen vamistukseen otetun näytteen tiavuus, m Tehtävän 2 ratkaisuun voimme sovetaa yhtäöä ottaen huomioon sen, että tässä askussa emme käytä siirrostetta, ei noanäytteen iuenneen hapen konsentraatiota ei tarvitse huomioida. Termit c 3 ja c 4 ovat täten noia. Yhtäö saa nyt muodon: n ( c c ) 2 t (2) e Tehtävän 2. akuarvojen perusteea tiedämme iuoksien tiavuudet, mutta emme sekoitetun iuoksen happikonsentraatiota ajanhetkeä 0. Lähtötianteen happikonsentraatio voidaan askea seuraavan yhtäön avua:

7 eden kuiva- ja kiintoaines, ja COD c + c e 5 d 6 c t (3) c 5 c 6 d on näytteen happikonsentraatio ajanhetkeä 0, / on aimennusveden happikonsentraatio, / on aimennusveden tiavuus, m Sijoitetaan yhtäöön 3 tehtävän akuarvot, jooin iuoksen happikonsentraatio voidaan askea: 6m m 8,6 c 8, m Nyt voidaan askea biooginen hapenkuutus yhtäön 2 avua: 300m 8,43 300m 5,4 n 5, 5 6m Tehtävässä reaktio-/inkubointiaika oi viisi vuorokautta, joten kyseessä on 5 -arvo. Tarkastetavan jäteveden biooginen hapenkuutus imoitetaan: 5 5,5 /. ertaamaa askettua arvoa tauukon. arvoon, huomaamme, että mitattu jätevesinäyte edustaa mekoisen normaaia jätevedenpuhdistamoe virtaavaa jätevettä -pitoisuuden osata. Tauukko. Puhdistamattoman yhdyskuntajäteveden 5 ja COD pitoisuuksia Mieto Jätevesi [/] Keskivahva jätevesi [/] ahva jätevesi [/] COD Jätevedet jaetaan eriaisiin vahvuusuokkiin, niiden sisätämien ravinteiden ja kiintoainespitoisuuksien mukaan. b) Bioogisea kokonaishapenkuutuksea tarkoitetaan sitä happimäärää, mikä tarvitaan hajottamaan kaikki biohajoava orgaaninen aines jätevedestä. 5 ja 7 arvoia voimme arvioida bioogisen kokonaishapenkuutuksen. 5 -arvon perusteea voidaan arvioida kokonaishapenkuutusta yhtäön 4 avua. n tot kn ( e ) (4) tot on biooginen kokonaishapenkuutus, / k on reaktionopeusvakio, d - n on inkubointiin käytetty aika, d

8 eden kuiva- ja kiintoaines, ja COD Yhtäöä 3 käsitteemää saamme askettua bioogisen kokonaishapenkuutuksen, kun tiedetään inkuibointiaika ja reaktiovakio. tot n kn e (5) Reaktionopeusvakioe k voidaan käyttää arvoa 0,23 d - mikä on hyvä perusarvio, jos tarkkaa reaktionopeusvakion arvoa ei oe tiedossa. Reaktionopeusvakio riippuu ämpötiasta ja jäteveden ominaisuuksista. (Lisää reaktionopeusvakiosta (reaction rate constant) esimerkiksi Tchobanogous 2004, Wastewater engineering s ) Nyt tiedetään arvot bioogisen kokonaishapenkuutuksen askemiseen yhtäön 5 avua. c) 5,5 0,23d e 22, 7 tot 5d Kemiaisen hapenkuutuksen (COD) määritys tehdään varsinkin jätevesie, jotka eivät oe herkästi biohajoavia tai sisätävät aineita, jotka estävät bioogisen hajotustoiminnan. Monet orgaaniset yhdisteet voidaan hajottaa kemiaisesti, mutta ei kokonaan bioogisesti. Teoreettisesti voidaan bioogisesti hajoavasta orgaanisesta aineesta koostuvan jäteveden biohajoavan orgaanisen aineen kokonaishapenkuutus arvioida kemiaisen hapenkuutuksen perusteea. Kuitenkin jokaisee jätevesinäytteee on erikseen määritettävä :n ja COD:n väinen suhde. Puhdistamattomie jätevesie suhde yeisimmin: 5 0,4...0, 8 COD astaavasti jätevedenpuhdistamota poistuvae vedee yeensä: 5 0, 0,3 COD aihteuväi on siis varsin suuri, mutta yeisvakiona kannattaa käyttää arvoa 0,6, jos tarkempaa arvoa ei oe saatavia. Tehtyjen oetusten avua voimme askea arvion kemiaisee hapenkuutuksee 5 arvon avua: COD 5 252, 3 0,6 Aiemmin esitettyyn tauukkoon. oi kerätty myös COD-arvot. COD:n puoesta tehdyiä oetuksia jätevesi asketaan COD-arvoissa ei imaista aaviitteessä ajan määrää, kuten -arvojen kohdaa tehdään. Kemiaisen hapenkuutuksen määrittäminen on varsin eriainen kuin :n määrittämien, eikä siinä kuunut aika oe niin ratkaisevassa rooissa. Aaviitteessä saatetaan kuitenkin imoittaa miä jätevesi on hapetettu. Yeisin käytössä oeva hapetin on dikromaatti, joka merkataan aaviitteeseen termiä cr. Kemiaisen hapenkuutuksen yhenne saa täöin muodon: COD Cr