Naturwissenschaften - Chemie - Anorganische Chemie - 3 Wasser, Wasserbestandteile und Wasserreinigung (P755000) 3.6 Wirkungsweise eines Belüftungsbeckens (Kläranlage) Experiment von: Seb Gedruckt: 24.03.204 :33:38 intertess (Version 3.2 B24, Export 2000) Aufgabe Aufgabe Warum wird Schmutzwasser in den Klärwerken belüftet? Leite einen Luftstrom durch eine eisensalzhaltige Lösung. Raum für Notizen Wenn Sie als Lehrer angemeldet sind, finden Sie nachstehend eine Schaltfläche für Zusatzinformationen. - -
Zusatzinformationen Lernziele Eine Reinigungsstufe in den Klärwerken ist die Belüftung in den Belüftungsbecken. Hier werden oxidierbare Substanzen durch Luftzufuhr oxidiert und als Schlamm abgeschieden. Hinweise zu Aufbau Durchführung Vorbereitungen Die ca. 20%ige Eisen(II)-sulfatlösung muss frisch angesetzt werden. Hierzu werden 5,5 g FeSO 4 7 H 2 O in 00 g Wasser gelöst. Anmerkungen zu den Schülerversuchen Der Luftstrom muss langsam und kontinuierlich durch die Lösung geleitet werden. Der Versuch kann beendet werden, wenn sich ein deutlich sichtbarer Niederschlag gebildet hat. H- und P- Sätze Eisen(II)-sulfat: H302: Gesundheitsschädlich bei Verschlucken. H35: Verursacht Hautreizungen. H39: Verursacht schwere Augenreizung. P302 + P352: BEI BERÜHRUNG MIT DER HAUT: Mit reichlich Wasser und Seife waschen. P305 + P35 + P338: BEI BERÜHRUNG MIT DEN AUGEN: Einige Minuten lang vorsichtig mit Wasser ausspülen. Evtl. vorhandene Kontaktlinsen entfernen, sofern leicht möglich. Weiter ausspülen. Gefahren Gummi-Glass-Verbindungen mit Glycerin gleitend machen. Keine Gewalt anwenden! Schutzbrille tragen! - 2 -
Hinweise Je nach Ausgangs-pH des Schmutzwassers bilden sich Oxihydrate und andere schwerlösliche Eisen(III)-Verbindungen, insbesondere basisches Eisen(III)-sulfat: 4 FeSO 4 + 2 H 2 O + O 2 4 Fe(OH)SO 4 Methodische Bemerkungen Die Bearbeitung der Aufgaben 3 bis 5 erfordert den Einsatz des Schulbuches oder anderer Nachschlagwerke. Die den Belüftungsbecken vorgeschalteten mechanischen Anlagenteile (Sandabscheidung/Vorklärbecken) sollten vor dem Einsatz dieses Versuches bereits bekannt sein, sodass der Versuch in den Ablauf der Wasseraufbereitung an der technisch vorgegebenen Stufe eingebaut wird. Entsorgung Niederschlag abfiltrieren und zu den Schwermetallabfällen geben. Das Filtrat enthält noch größere Mengen an Eisensulfat, das als Hydroxid oder Sulfat gefällt und als Schwermetallabfall entsorgt werden kann. Lösung, die nach längerem Stehenlassen kaum noch Eisensulfat enthält, kann in den Sammelbehälter für Säuren und Laugen gegeben werden. - 3 -
Material Material Material aus "TESS Chemie Set Anorganische Chemie" (Bestellnr. 330-88) Position Material Doppelmuffe Bestellnr. 02043-00 Menge 2 Universalklemme, Stellschraube an beweglicher Seite 3775-00 3 Schutzbrille, farblose Scheiben 3936-00 4 Stativfuß, variabel 0200-00 5 Reagenzglasbürste, d = 25 mm, l = 270 mm 38762-00 6 Stativstange Edelstahl, l = 400 mm 02039-00 7 Messzylinder, 0 ml, PP 36636-00 8 Gummigebläse -Doppelgebläse- 39287-00 9 Gummistopfen 7/22, Bohrung 7 mm 39255-0 0 Reagenzglas, d = 20 mm, l = 80 mm, SB 9, mit Ansaugstutzen 36330-00 Glasröhrchen, rechtwinklig, 230 55, 0 Stück 3670-59 () Chemikalien, zusätzliches Material Position Material Eisen(II)-sulfat Heptahydrat, 250 g Bestellnr. 30072-25 Menge Glycerin, 99%, 250 ml 30084-25 Wasser Für das Experiment benötigte Materialien - 4 -
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Aufbau Aufbau Gefahren Gummi-Glas-Verbindungen mit Glycerin gleitend machen. Keine Gewalt anwenden! Schutzbrille tragen! Aufbau Baue das Stativ nach Abb. - Abb. 4 mit Universalklemme auf. Spanne das Reagenzglas mit Ansatzstutzen senkrecht ein (Abb. 5). Abb. Abb. 2 Abb. 3 Abb. 4-6 -
Abb. 5 Mache das Winkelrohr mit einem Tropfen Glycerin gleitend und führe den langen Schenkel drehend und ohne Gewaltanwendung in den Gummistopfen ein (Abb. 6). Abb. 6-7 -
Durchführung Durchführung Ablauf Fülle das Reagenzglas zu einem Drittel mit Wasser (Abb. 7) und gib 2 ml Eisen(II)-sulfatlösung hinzu (Abb. 8). Abb. 7 Abb. 8 Verschließe das Reagenzglas mit dem Gummistopfen (Abb. 9). Verschiebe vorsichtig das Winkelrohr, bis der lange Schenkel fast den Boden berührt. Abb. 9 Schließe an das andere Ende des Winkelrohres das Gummigebläse an (Abb. 0) und pumpe etwa 0 Minuten gleichmäßig Luft durch die Lösung (Abb. ). - 8 -
Abb. 0 Abb. Entsorgung Niederschlag abfiltrieren und zu den Schwermetallabfällen geben. Filtrat in den Sammelbehälter für Säuren und Laugen geben. - 9 -
Auswertung Auswertung Frage : Notiere deine Beobachtungen. Nach einiger Zeit bilden sich braune, schwammige Flocken, die sich als Niederschlag absetzen. - 0 -
Fragen und Aufgaben Fragen und Aufgaben Frage : Ziehe Schlussfolgerungen aus den Beobachtungen. Durch den durchströmenden Luftsauerstoff wird das lösliche Eisensulfat in eine unlösliche Form überführt (oxidiert) und so aus dem Wasser entfernt. Frage 2: Wie lässt sich der bei der Belüftung entstandene Stoff entfernen? Filtrieren Dekantieren nach Absetzen des Niederschlages - -
Frage 3: Beantworte anhand der Schlussfolgerungen die Ausgangsfrage. Welche Substanzen werden auf diese Weise aus dem Schmutzwasser entfernt? Schmutzwasser wird in den Kläranlagen belüftet, um oxidierbare Substanzen als Niederschläge aus dem Wasser zu entfernen. Die meisten Schmutzstoffe und Salze lassen sich auf diese Weise aus dem Wasser entfernen. Frage 4: Reicht die Belüftung allein zur Entfernung organischer Schmutzstoffe aus? - 2 -
Organische Schmutzstoffe lassen sich nicht durch Zugabe von Luftsauerstoff oxidieren. Dem Wasser werden noch Bakterien zugesetzt, die mit Hilfe des Sauerstoffs die Schmutzpartikel abbauen. Frage 5: Welcher Anlagentyp folgt den Belüftungsanlagen in den Klärwerken zweckmäßigerweise? Um die Abbauprodukte und Niederschläge zu beseitigen, müssen entweder Filteranlagen oder Absetzbecken (Prinzip des Dekantierens) nachgeschaltet werden. - 3 -