ปฏิบัติการที่ 7 การตกตะกอนทางเคมี ด้วยวิธี Jar test

บทนำ

        การทดสอบการสร้างตะกอนเป็นปฏิบัติการขั้นพื้นฐานทางด้านการบำบัดน้ำสำหรับทำน้ำประปาและการบำบัดน้ำเสีย ปริมาณและชนิดของสารเคมีที่ใช้ในการสร้างตะกอนจำเป็นต้องเหมาะสมกับลักษณะสมบัติกับน้ำที่ต้องการทดสอบ ซึ่งประสิทธิภาพและคุ้มค่ามากที่สุดกับวัตถุประสงค์ของการทดสอบ

หลักการ

        การสรางตะกอนเปนกระบวนการทำให้อนุภาคแขวนลอยขาดเสถียรภาพ การเติมสารเคมีในน้ำที่ทําให เนื่องจากลักษณะสมบัติของน้ำในธรรมชาติที่เปลี่ยนแปลงตามเวลาและสถานที่ การใชสารเคมีในปริมาณที่เหมาะสมจึงตองอาศัยการทดสอบที่เรียกวา“Jar Test” ซึ่งเปนการทดสอบหาเงื่อนไขที่ความเหมาะสมของการเติมและผสมสารเคมีสําหรับการตกตะกอนและใชกันแพรหลายในโรงประปา อุปกรณที่ใชในการทำJar Test สวนใหญ เปนชุดของอุปกรณที่สามารถทำงานพรอมกันในการทดลองเดียว ซึ่งการทํ าJar Test มีประโยชนหลายประการ คือ(ก) เปรียบเทียบผลของการใชสารเคมีสรางตะกอน(ความเขมขนชนิดของสารเคมี) (ข) คาพีเอชที่เหมาะสม(ค) การเติมและควบคุมความเปนดาง(ง) ระยะเวลาที่ใชในการเกิดตะกอน(จ) เงื่อนไขที่เหมาะสมดานพลังงานที่ใชในการกวนเร็วและกวนชา(ฉ) การทดสอบอื่น ๆ เชน คาzeta potential (electrophoretic mobility)

        สารชวยสรางตกตะกอนที่ใชมีหลายชนิด สารบางประเภทเปนที่นิยม สารบางชนิดอาจมีขอจํากัดในการใช สารบางชนิดมีราคาแพง การเลือกใช สารชนิดใดเปนประเด็นที่ผูดูแลระบบประปาแตละแหงตองพิจารณา เพราะปจจัยที่มีผลตอความสามารถในการสรางตะกอนสวนใหญจะแตกตางกัน เชน ลักษณะสมบัติ ของน้ำเสีย คาใชจาย วิธีกําจัดกับเศษตะกอนที่เกิดขึ้นประสิทธิภาพในการกําจัดความขุน เชน สารชวยสรางตะกอนประเภทที่เปนสารประกอบของอลูมิเนียมและเหล็กมีใชกันแพรหลาย ในขณะที่สารประเภทโพลีอลู มิเนียมคลอไรด[PACL – Al(OH)_x(Cl)y] มีประสิทธิภาพดีในการจับอนุภาคแขวนลอยขนาด1-2 ไมครอน และชวยจับตะกอนไดเร็วกวา แตปญหาคือคาใชจายสูงกวาประมาณสองเทาของการใชสารสม ปฏิบัติการนี้เน้นการใชสารสมเปนสารชวยตกตะกอนและใหนักศึกษาไดมีโอกาสทำการทดลองตามลักษณะความสนใจโดยมีจุดเนนเรื่องของการใช้ Jar Test เปนหลัก

วัตถุประสงค

        1.  เพื่อศึกษาวิธีการสรงตะกอนรวมตะกอนของน้ำดวยสารเคมีแบบงาย

        2.  เพื่อใหนักศึกษามีความรูความเข้าใจในวิธีการทำ Jar Test

        3.  เพื่อใหนักศึกษาไดวางแผนและทำการทดลองใหเหมาะสมกับลักษณะของน้ำตัวอยาง

อุปกรณและสารเคมี

        1. อุปกรณJar Test

        2. บีกเกอรขนาด1000มล.

        3. นาฬิกาจับเวลา ไมบรรทัด

        4. อุปกรณผสมและกวนสารMagnetic stirrer

5. สารเคมี เชน สารสม ปูนขาว กรดซัลฟูริค(0.02N H₂SO₄) methyl orange indicator

        6. อุปกรณประกอบ เชนpH meter อุปกรณวัดความขุนThermometer

        7. Burettes, Pipettes, Erlenmeyer flasks, Eye drop

วิธีทดลอง

        1. เตรียมอุปกรณการทําJar Test น้ำดิบ สารเคมีที่ใชทดลองและสรางตะกอนใหพรอม

        2. วัดคาอุณหภูมิและคาpH ของน้ำตัวอยาง(บันทึกผล) วิเคราะหหาความขุนดวยเครื่องมือวัด

ความขุน พารามิเตอรเหลานี้จะชวยใหสามารถนําไปพิจารณาหาเงื่อนไขที่เหมาะสมกับการทดลอง

        3. วิเคราะหคาความเปนดาง(Alkalinity) ของน้ำตัวอยางกอนและหลังการทําJar Test ดังนี้

                   3.1 ตวงน้ำตัวอยางปริมาณ50 มล. ในErlenmeyer flasks

                   3.2 เติมmethyl orange indicator 2 – 3 หยด

                   3.3 เตรียมBurettes และใส0.02N H₂SO₄อานคาระดับและบันทึกผลกอนไตเตรทน้ำตัวอยางจนกระทั่งเกิดการเปลี่ยนสีเปนสี แดง อานคาสุดทายของH₂SO₄ที่เหลืออยูและบันทึกปริมาณที่ใชไป(Va) คํานวณคาความเปนดางที่ ไดจากสูตร

Alkalinity (mg/L CaCO3) = A x 1000 / ปริมาตรของตัวอย่าง

        4. ตวงน้ำตัวอยาง ใส่ในบีกเกอร์ทั้ง 6 ใบ ปริมาตร 1 ลิตร

        5. เครื่อง Jar test ของห้องปฏิบัติการอนามันสิ่งแวดล้อม มีความสามารถในการตั้งเวลาและความเร็วรอบการหมุนของใบพาย แบบอัตโนมัติ

        6. เตรียมสารเคมีชวยตกตะกอน คือ สารสมซึ่งควรเตรียมไวในรูปของสารละลายในความเขมขนที่ ตองการทดสอบ โดยชั่งสารสมที่ตองการและนําไปละลายในน้ำ โดยนำสารละลาย stock อลูมิเนียมซัลเฟตละลายอลูมิเนียมซัลเฟต 1 กรัม ในน้ำกลั่น 1 ลิตร จะได้สารส้มที่มีความเข้มข้น 1000 มก.ต่อลิตร

        7. การทดลองสวนที่ 1 โดยใช้ปิเปตดูดสารละลายstock อลูมิเนียมซัลเฟตใส่ในบีกเกอร์ปริมาตร 10 20 30 40 50 60 ml ตามลำดับ โดยเลือกความเร็วรอบที่ 30 rpm เป็นเวลา 15 นาที 100rpm เป็นเวลา 1 นาทีสังเกตและบันทึกผลและทิ้งให้ตกตะกอน 20 นาที

        8. การทดลองส่วนที่ 2 ปรับค่า pH 4.5-9.5 และเติมสารส้มความเข้มข้น 10 มก.ต่อลิตร ความเร็วรอบที่ 30 rpm เป็นเวลา 15 นาที 100rpm  เป็นเวลา 1 นาที ทิ้งให้ตกตะกอน 20 นาที เมื่อครบเวลาให้สังเกตและบันทึกผล