Rense avløpsvann – felling og filtrering

SøkeordHensiktFramgangsmåteTeoriSensorspørsmål

Uklart, partikkelfylt vann kan gjøres klarere med samme hovedprinsipp som brukes i mange renseanlegg: tilsett et koaguleringsmiddel, la små partikler samle seg til større flokker, la flokkene synke som slam, og fjern resten med filtrering. Et godt Kjemi 2-svar forklarer både kjemisk felling, koagulering, flokkulering, sedimentering, turbiditet og hvorfor vannet fortsatt kan trenge desinfeksjon.

Dette søker elever ofte etter

Elever som jobber med dette forsøket søker ofte etter rense avløpsvann, vannrensing forsøk, kjemisk felling, koagulering, flokkulering, sedimentering, filtrering, turbiditet, slam, fosforfjerning, aluminiumsulfat, jernsalter, pH i vannrensing, renseanlegg og labrapport vannrensing. Derfor forklarer siden både forsøket, teorien, feilkildene og hvordan du kan svare presist på muntlig-praktisk i Kjemi 2.

Bruk dette som øvesjekkliste

• Forklar forskjellen på koagulering og flokkulering.
• Forklar hvorfor kolloidpartikler holder seg svevende.
• Forklar hvorfor sedimentering og filtrering fungerer bedre etter kjemisk felling.
• Nevn at pH og dose koaguleringsmiddel påvirker resultatet.
• Presiser at klart vann ikke nødvendigvis er drikkbart.

Hensikt

Rense uklart vann ved å felle ut og samle partikler med et koaguleringsmiddel, la flokkene sedimentere og deretter filtrere. Målet er å knytte forsøket til mekanisk-kjemisk vannrensing i renseanlegg og forklare koagulering, flokkulering, sedimentering, filtrering, slam, turbiditet, pH, fosforfjerning og feilkilder.

Hypotese

Et koaguleringsmiddel reduserer frastøtingen mellom små svevepartikler. Da kan partiklene klumpe seg til større flokker, synke som slam og filtreres bort. Vannet blir klarere, men er ikke automatisk trygt å drikke fordi mikroorganismer og oppløste stoffer kan være igjen.

HMS og sikkerhet

Før du starter

• Bruk vernebriller. Koaguleringsmidler som aluminiumsulfat og jernsalter kan irritere hud og øyne og påvirke pH.
• Ikke drikk vannet, selv om det blir klart. Klarhet betyr ikke at bakterier, virus eller oppløste stoffer er fjernet.
• Håndter slam og kjemikalierester som laboratorieavfall etter lærerens beskjed.
• Vask hendene etter forsøket, særlig hvis prøven inneholder jord, slam eller simulert avløpsvann.
• Unngå støv og søl fra faste kjemikalier.

Utstyr du trenger

• Uklart vann, for eksempel vann med jord eller leire
• Koaguleringsmiddel, for eksempel aluminiumsulfat eller jernsalt
• Begerglass og rørepinne
• Trakt og filterpapir
• Målesylinder eller pipette
• pH-papir eller pH-meter
• Turbiditetsmåler, observasjonsskala eller kamera
• Stoppeklokke
• Avfallsbeholder for slam
• Vernebriller

Framgangsmåte - steg for steg

Tilsett koaguleringsmiddel, la flokkene synke, og filtrer bort bunnfallet. Sammenlign vannkvaliteten før og etter hvert trinn.

1. Lag uklart vann ved å røre litt jord eller leire i vann. Bruk samme mengde jord/leire og vann hvis flere prøver skal sammenlignes.
2. Beskriv eller mål turbiditeten før rensing. Bruk turbiditetsmåler, lysgjennomgang, bilde eller fast observasjonsskala.
3. Mål pH hvis forsøket skal drøfte pH-betydning.
4. Tilsett en kjent mengde koaguleringsmiddel.
5. Rør først raskt for å fordele koaguleringsmiddelet i hele prøven.
6. Rør deretter rolig slik at partiklene kan kollidere og vokse til flokker uten å brytes opp.
7. La flokkene sedimentere. Noter hvor raskt slammet synker og hvor klart vannet blir over slammet.
8. Filtrer vannet forsiktig gjennom filterpapir uten å virvle opp slammet.
9. Sammenlign turbiditet, farge, slam og klarhet før og etter koagulering, sedimentering og filtrering.
10. Vurder om dosering, pH, omrøring, sedimenteringstid eller filtertype kan ha påvirket resultatet.

Observasjoner og resultater

Eksempel på observasjoner når uklart vann renses med kjemisk felling, sedimentering og filtrering:

Trinn	Observasjon	Faglig tolkning
Start	Grumsete og uklart vann	Små svevepartikler gir høy turbiditet
Etter koagulering	Partiklene begynner å samle seg	Ladningsfrastøting reduseres
Etter flokkulering	Synlige fnokker/flokker dannes	Små partikler blir større aggregater
Etter sedimentering	Flokker synker og danner slam	Partiklene er blitt tunge nok til å sedimentere
Etter filtrering	Vannet er tydelig klarere	Gjenværende faste partikler fjernes av filteret

Resultat

Koaguleringsmiddelet får små partikler til å klumpe seg til større flokker som synker. Etter sedimentering og filtrering blir vannet klarere og turbiditeten lavere. Dette ligner mekanisk-kjemisk vannrensing i renseanlegg, men vannet er ikke nødvendigvis drikkbart fordi mikroorganismer og oppløste stoffer kan være igjen.

Teorien bak

Små partikler i vann, ofte kolloider, kan holde seg svevende lenge fordi de er små og ofte har lik overflateladning. Like ladninger frastøter hverandre, og partiklene klumper seg derfor ikke lett sammen av seg selv.

Koagulering skjer når et koaguleringsmiddel, ofte aluminiumsulfat eller jernsalter, reduserer denne frastøtingen. I mange vannrenseprosesser dannes også tungtløselige metallhydroksider som kan fange partikler og organisk stoff.

Flokkulering er neste trinn. Da kolliderer partiklene og danner større flokker. Rolig omrøring er viktig: for lite omrøring gir få kollisjoner, mens for kraftig omrøring kan bryte flokkene opp igjen.

Sedimentering betyr at de store flokkene synker og danner slam. Filtrering fjerner flokkene som ikke har sunket helt. Dette er kjernen i mekanisk-kjemisk rensing.

pH er viktig fordi aluminium- og jernsalter virker best i bestemte pH-områder. Feil pH kan gi dårlig felling, dårlig flokkulering eller ny uklarhet. I renseanlegg kan kjemisk felling også brukes til fosforfjerning, fordi fosfat kan bindes i tungtløselige forbindelser og fjernes med slammet.

I virkelige renseanlegg kombineres ofte mekanisk rensing, kjemisk felling, biologisk rensing, sedimentering, filtrering og eventuelt desinfeksjon. Derfor er forsøket en modell av viktige prinsipper, men ikke en full garanti for drikkevannskvalitet.

Typiske problemstillinger sensor stiller

Hva gjør et koaguleringsmiddel?

Det reduserer frastøtingen mellom små svevepartikler og gjør at de kan samle seg til større flokker. Da kan partiklene sedimentere og filtreres bort.

Hva er forskjellen på koagulering og flokkulering?

Koagulering handler om å destabilisere små partikler og redusere ladningsfrastøting. Flokkulering er når partiklene samler seg til større flokker.

Hvorfor holder partiklene seg svevende uten koaguleringsmiddel?

De er svært små og har ofte lik overflateladning. Da frastøter de hverandre og sedimenterer langsomt.

Hvorfor er pH viktig?

Aluminiumsulfat og jernsalter virker best i bestemte pH-områder. Feil pH kan gi dårlig felling, dårlig flokkulering eller for mye løste metallioner.

Hvordan henger forsøket sammen med et renseanlegg?

Forsøket viser mekanisk-kjemisk vannrensing: koagulering, flokkulering, sedimentering og filtrering. Renseanlegg kan i tillegg bruke biologisk rensing, fosforfjerning og desinfeksjon.

Blir vannet drikkbart?

Nei, ikke nødvendigvis. Vannet kan fortsatt inneholde mikroorganismer og oppløste stoffer. Drikkevann må kontrolleres og ofte desinfiseres.

Sensortips - slik imponerer du

Slik får du toppkarakter

• Bruk begrepene koagulering, flokkulering, sedimentering og filtrering presist og i riktig rekkefølge.
• Forklar hvorfor kolloidpartikler holder seg svevende uten koaguleringsmiddel.
• Knytt aluminiumsulfat og jernsalter til kjemisk felling og pH.
• Koble forsøket til renseanlegg, fosforfjerning, slam og miljøkjemi.
• Presiser at klart vann ikke nødvendigvis er drikkbart uten desinfeksjon og kontroll.
• Drøft feilkilder som dosering, pH, omrøring, filtertype, sedimenteringstid og vurdering av turbiditet.

Muntlig 6-er-formulering

«Uklart vann inneholder små partikler som kan holde seg svevende fordi de frastøter hverandre elektrisk. Når vi tilsetter et koaguleringsmiddel, reduseres denne frastøtingen. Da får vi først koagulering, deretter flokkulering, hvor partiklene danner større flokker. Flokkene kan sedimentere som slam og filtreres bort. Dette ligner mekanisk-kjemisk vannrensing i renseanlegg, men vannet må fortsatt kontrolleres og eventuelt desinfiseres før det kan regnes som drikkbart.»

Slik vurderer sensor

Det som gir karakter 6

• Tydelig forbedring i vannklarhet, helst dokumentert med turbiditet, bilde eller fast observasjonsskala.
• Riktig forklaring av koagulering, flokkulering, sedimentering og filtrering.
• Forklaring av hvorfor pH, koaguleringsmiddel og omrøring påvirker resultatet.
• Kobling til renseanlegg, slam, fosforfjerning og miljøkjemi.
• God drøfting av feilkilder og usikkerhet.

Typiske elevfeil å unngå

Vanlige feil

• Tror at filtrering alene alltid fjerner de minste kolloidpartiklene.
• Glemmer at koagulering og flokkulering må skje før filtrering for å fjerne svært små partikler effektivt.
• Sier at vannet er drikkbart bare fordi det ser klart ut.
• Bruker for mye koaguleringsmiddel og tror at mer alltid er bedre.
• Rører for kraftig etter at flokkene har begynt å dannes.
• Glemmer å sammenligne prøver med samme vannmengde, samme partikkelmengde og samme sedimenteringstid.

Feilkilder

Det som kan påvirke resultatet

• For lite koaguleringsmiddel gir dårlig flokking og høyere turbiditet.
• For mye koaguleringsmiddel kan gi pH-endring, ny uklarhet eller dårligere rensing.
• For kraftig omrøring etter flokkdannelse kan bryte opp flokkene.
• For lite omrøring kan gjøre at koaguleringsmiddelet ikke fordeles godt nok.
• For kort sedimenteringstid kan gi uklart filtrat.
• Filtertype og porestørrelse påvirker hvor mye partikler som fjernes.
• Subjektiv vurdering av klarhet gir usikkerhet hvis turbiditet ikke måles.
• Ulik mengde jord/leire i prøvene gjør sammenligning vanskelig.

Variasjoner av forsøket

• Mål turbiditet kvantitativt før og etter rensing.
• Test ulike doser koaguleringsmiddel.
• Sammenlign aluminiumsulfat og jernsalter.
• Undersøk hvordan pH påvirker flokkulering og sedimentering.
• Undersøk fosforfjerning ved kjemisk felling.
• Sammenlign filtrering alene med koagulering + filtrering.

Sentrale begreper

• Vannrensing - prosesser som fjerner partikler, forurensninger eller mikroorganismer fra vann.
• Kjemisk felling - bruk av kjemikalier for å danne tungtløselige stoffer eller flokker som kan fjernes.
• Koagulering - reduksjon av partikkelladning slik at små partikler kan klumpe seg.
• Flokkulering - sammenklumping av partikler til større flokker.
• Sedimentering - at tunge flokker synker til bunns.
• Filtrering - å skille faste partikler fra væske med et filter.
• Kolloid - svært små partikler som kan holde seg svevende lenge i vann.
• Turbiditet - mål på hvor uklart vannet er.
• Slam - sedimenterte flokker og partikler som samles på bunnen.
• Fosforfjerning - fjerning av fosfat ved kjemisk felling, ofte med aluminium- eller jernsalter.
• Desinfeksjon - behandling som dreper eller inaktiverer mikroorganismer.

Kompetansemål forsøket dekker

• Gjøre rede for kjemiske prosesser i vannrensing og miljøkjemi.
• Knytte kjemi til bærekraft, miljø og samfunn.
• Planlegge og gjennomføre forsøk, drøfte metode og vurdere usikkerhet og feilkilder.
• Bruke kjemisk terminologi og fagspråk i faglig kommunikasjon.
• Vurdere risiko og HMS ved bruk av kjemikalier og avfall.

Ofte stilte spørsmål

Blir vannet drikkbart?

Nei. Felling og filtrering fjerner partikler og noe bundet forurensning, men ikke nødvendigvis bakterier, virus eller oppløste stoffer. Drikkevann må i tillegg kontrolleres og ofte desinfiseres.

Hvilke koaguleringsmidler brukes i praksis?

Ofte aluminiumsulfat eller jernsalter. De reduserer partikkelfrastøting og kan danne flokker effektivt. Valg av middel avhenger blant annet av pH og type forurensning.

Hvorfor må omrøringen være forsiktig til slutt?

For kraftig omrøring kan bryte opp flokkene igjen, slik at partiklene blir små og svevende på nytt. Først trengs rask innblanding, deretter roligere flokkulering.

Hva er turbiditet?

Turbiditet er et mål på hvor uklart vannet er. Høy turbiditet betyr at vannet inneholder mange partikler som sprer lys.

Hvorfor brukes kjemisk felling i renseanlegg?

Kjemisk felling kan fjerne små partikler og fosfor mer effektivt enn filtrering alene. Forurensninger bindes i flokker som kan sedimentere og fjernes som slam.

Slik skriver du labrapport

En god labrapport om rensing av avløpsvann forklarer hvordan koaguleringsmiddel, koagulering, flokkulering, sedimentering og filtrering gjør vannet klarere. Bruk gjerne ordene kjemisk felling, turbiditet, slam, fosforfjerning, aluminiumsulfat, jernsalter, pH, renseanlegg og feilkilder der de passer naturlig.

Del av rapporten	Hva du bør skrive
Hensikt	At du skal rense uklart vann med felling, sedimentering og filtrering.
Teori	Forklar koagulering, flokkulering, kolloider, sedimentering, filtrering og hvorfor pH er viktig.
Metode	Beskriv vannprøven, dose koaguleringsmiddel, omrøring, sedimenteringstid og filtertype.
Resultater	Sammenlign turbiditet, klarhet, slam og filtrat før og etter rensing.
Drøfting	Vurder dosering, pH, omrøring, filtertype, sedimenteringstid og om klart vann er trygt.
Konklusjon	Oppgi om rensingen gjorde vannet klarere, og forklar hvilke trinn som hadde størst effekt.

Klar for muntlig-praktisk?

Øv på flere Kjemi 2-forsøk og eksamensoppgaver med fasit.

Gå til Kjemi 2

Relaterte sider

FellingsreaksjonPåvisning av ionerSpektrofotometriGrønn kjemiKjemi 2Alle Kjemi 2-forsøkMiljøkjemiKjemisk likevektEksamensoppgaver med fasit