Oczyszczanie wody - ściąga 2, np. na PWR;)

1. Usuwanie zanieczyzsczeń i domieszek pochodzenia naturalnego

a)przed przystąpieniem do budowy zakł uzdatniania wody:ukl. Technologiczny, układ urządzeń – musimy znać wielkość zapotrzebowania na wodę ( bilans) do bilansu zużycia wody przez przemysł, ludność, musimy dodać zapotrzebowanie własne zakładu ( 5-10%).

- Musimy znać rodzaj wody (podziemne, pow, infiltracyjne)

- Skład fizykochem i bakteriologiczny ujmowany – konieczna analiza wody, jeśli oczyszczamy wody podziemne to wystarczy zrobić analizę ( bo jej skład jest stały). Natomiast jeśli wody powierzchniowe to analizy powinny być wykonywane przez okrągły rok( 2 razy w miesiącu)

      - Po określeniu składu wody określamy rodzaj procesow oraz ich parametry ( tworzą ukł. Technologiczny)

- Dobieramy ukł. Urządzeń ( do sporządzania roztworów, do dawkowania itd.)

-    Przewidujemy gospodarkę ściekami i osadami powstałymi podczas oczyszczania)

-    H2O + domieszki i zanieczyszczenia: stan skupienia(gaz,ciecz,ciało stałe) dzielimy na: sub nieorg i sub.organ (syntetyczne – sztuczne, naturalne)dzielimy na: subs.rozp. (zdysocjowane , niezdysocjowana), subst. nierozpuszczalne ( koloidy, zawiesiny)

b)                 Główne źródła zanieczyszczeń wód powierzchniowych: opady atmosf. ( deszcz, śnieg, such opad), ścieki bytowo- gospodarcze i komunalne, opady stałe, spływy powierzchniowe( deszczówka), eutrofizacja i zakwity glonow, wody zasadowe ( z kopalni)

c)W wodzie oznacza się; OWO, utlenialność

d)                 Kryteria przy podziale na klasy ( I,II,III ): fizykochem kl.I ok. 1,5 % wód Polski, biologiczne – kl. I < 1% wód Polski. Zgodnie z rozporządzeniem powinno się ujmować wodę kl. I.

2. Wody powierzchniowe

a)                 Charakteryzuje je: zmienny skład, obecność różnych organizmów( w tym patogennych), zanieczyszczenia organizmami i toksyczne, zwykle nie zawierają agresywnego CO2, zawierają tlen rozpuszczony, zmienna barwa i mętność zależna od wielkości zlewni i natężenia przepływu, zanieczyszczenia koloidalne.

b)                 Wskaźniki fizyczne składu: barwa 20gPt ( 0 – 500), mętność 5 ( 0 – 2 tys), temperatura, smak – bezsmakowa , zapach – bezzapachowa.Te wskaźniki powoduja subst. rozpuszczalne, koloidy.

c)Wskaźniki chemiczne składu: pH – 6,5 – 8,5 woda do picia ( pH rośnie w dzień w czasie eutrofizacji, kiedy duża ilość organizmów pobiera CO2; twardość 10 mvl/m3, twardość organiczna=500mgCaCO3/m3=10val/m3=28stopnia twardości; zasadowość M = 7 val/m3; twardość niewęglanowa 3*2,8 = 8,4 stopnia twardości -

w wodzie do picia nie powinno być zasadowości F bo ona występuje dla wody o pH >8,3;zasadowość – nienormowana; kwasowość ( nienormowana ): mineralna dla pH < 4,6 ( nie w wodzie do picia) i ogólna; CO2: (wolny, związany, półzwiązany), musimy usunąć agresywny CO2 bo jest korozujący a woda ma być stabilna bardzo blisko rlownowagi węgl – wap.; Fe – 0,5 i Mn 0,1 – w wodzie powierzchniowej nie są raczej problemem jeśli już to Fe +3( i opada na dno)natomiast sa uciążliwe w wodach podziemnych.

3. AZOT

a)amonifikacja Norg – N – NH4+  to jakie związki –N- wyst. wskazuje na stan zanieczyszczenia

nitryfikacja – warunki tlenowe, denitryfikacja – warunki beztlenowe, w okresie zakwitu będzie mniej zw. Organicznych.

b)Zanieczyszczenie organiczne pochodne

-    naturalne ( zw. humusowe dają bardzo intensywną barwę) , antropogeniczne ( pestycydy, WWA, estry)

c)Zanieczyszczenia metali ciężkich

d)                 Związki radioaktywne

d)     Związki refrakcyjne – nie ulegają biodegradacji np. metale ciężkie detergenty, WWA, pestycydy)

4. Procesy oczyszczania wody w zależności od zanieczyszczeń

Podstawowy układ technologiczny oczyszczania wód powierzchniowych SCHEMAT

1. Sedymentacja wstepna( mikrocedzenie- usuwanie zawiesin łatwoopadających i organizmów wodnych) stosowana w okresie dużej mętności jeżeli jest możliwość to robi się ujęcia zatopowe, aby usunąć glony stosuje się mikrosita.

2. Korekta zasadowości – jeżeli wody są bardzo miękkie, kwaśne dodaje się wapno. 

3. Koagulacja – usuwane są przede wszystkim zanieczyszczenia koloidalne, powstają zawiesiny koagulacyjne.

4. Alkalia – może być ale nie musi niezbędna jeśli woda nabierze cech korozyjnych

5. Proces sedymentacji zawiesin pokoagulacdyjnych

6. Filtracja – zwykle pośpieszna, kolejny stopień usuwania zawiesin które pozostały po procesie sedymentacji

7. Ozowanie – tylko wtedy gdy następnym jest proces sorpcji na węgiel aktywny zasiedlony mikroorganizmami. Jeżeli natomiast sstosuje się sorpcję na zlozu bez mikroorganizmów ozonowanie jest zbędne. Ozon – zamienia część niebiodegradalną na biodegradalną.

8. Sorpcja na weglu aktywnym zasiedlonym lub nie mikroorganizmami sluży do usuwania rozpuszczonych zanieczyszczeń organicznych.

9. Dezynfekcja

10. Procesy przeróbki popłuczyn i osadów ( gospodarka sciekami i odpadami)

Koagulacja usuwa głównie koloidy – cząstki o wymiarach10do-5 – 10do-7mikrom,one pozostają w zwieszeniu w wodzie, nie będą samoistnie sedymentować, obserwuje się efekt opalizacji, mętność, mogą powodować barwę (koloidy o charakterze organicznym). W koagulacji udaje się w małym % obniżyć ilość bakterii i subst. Rozpuszczonych.

Koloidy dzielimy na: hydrofobowe ( wodowstrętne – nieorganiczne), hydrofilowe ( wodnolubne – zwykle organiczne)Łatwiej usunąć koloidy hydrofobowe a co za tym idzie mętność. RYSUNEk

Potencjał elektrokinetyczny – spadek potencjału w strefie dyfuzyjnej mówi jaki jest charakter + czy – i jak bardzo naładowana jest cząstka koloidalna. Im wyższy tym trudniej usunąć zanieczyszczenia. W procesie koagulacji cząstka tak długo jest stabilna dopóki ma znak.

WYKRES

Koagulacja – zmniejszanie stopni dyspersji układu dyspersji. Spowodowanie aglomeracji wcześniej zobojętnianych aglomeracji cz. koloidów z produktami hydrolizy koagulantów. Koagulacja składa się z dwóch faz: destabilizacja koloidów inaczej zmniejszanie potencjałów; flokulacja – powstawanie dużych aglomeratów zawiesin należy dodać elektrolitu o innym znaku.

W praktyce dodajemy koagulant w postaci roztworu . Koagulantem jest najczęściej sól glinu lub żelazo. Dobre efekty otrzymujemy również przy dodaniu polielektrolitu zwykle poliakryle syntetyczne wielocząsteczkowe, najczęściej organiczne które mogą mieć charakter kationowy, anionowy, obojętny. W Polce nie stosuje się polielektrolitów jako jedynych nimi wspomagamy tylko koagulant. W Polsce wszystko co dodajemy do wody musi mieć atest PZH.

1.Koagulacja objętościowa – realizowana w komorach szybkiego potem wolnego mieszania. Komora szybkiego mieszania ( 2-3min) zapewnia wymieszanie całej wody z koagulantem- otrzymujemy jednorodny roztwór w każdym punkcie komory taka sama ilość koagulanta.

Komora wolnego mieszania ( komora flokulacji) – tam ma miejsce aglomeracja a więc powstanie zawiesin pokoagulacyjnych w czasie wolnego mieszania 9 30 min0 powataną kłaczki.Powstałe produkty hydrolizy destabilizują cząstkę koloidalną.

2. Koagulacja kontaktowa – realizowana w osadnikach kontaktowych bądź w filtrach kontaktowych. Nie ma potrzeby stosowania komory wolnego mieszania( czyli o jedno urządzenie mniej). To wszystko co dzieje się w komorze flokulacji dzieje się w osadniku lub filtrze.

Skuteczność koagulacji

a)skład fizykochemiczny wody

b)                 temp. wody ( kiedy woda jest zimna koagulacja przebiega wolniej)

c)pH wody ( wartość pH decyduje o tym w jakiej formie występuje usuwanie zanieczyszczenia. Jeżeli sa to zw. Org. To zachowują się różnie w zależności od pH gdy pH<6 łatwiej jest usunąć zw. Org. Koagulanty w zależności od pH  dają różne produkty hydrolizy. Im bardziej kwaśne środowisko tym większa szansa na powstanie produktów hydrolizy o znaku + . Stosuje się koagulanty: sole glinu bądź żelaza trój lub dwuwartościowego. Im wyższa jest wartość kationów soli tym koagulant jest lepszy. Są to siarczany glinu, żelaza lub chlorki.   REAKCJE

d)                 rodzaj koagulanta – koagulanty glinowe są bezpieczniejsze w oczyszczaniu wód zawierających zanieczyszczenia organiczne gdyż nie powstają barwne cheloty  organiczne. Powstają kłaczki Al.(OH)3 mimo dużej pojemności sorpcyjnej są lekkie i trudno sedymentują ( jest to wadą). Koagulanty żelazowe są bardzo efektywne ale ich wadą jest fakt że podczas oczyszczania wody zawierającej subs. Orgt. Może powstać dużo chelotów żelaza z subst. barwnymi.

e)dawka koagulanta musi być wyznaczona w warunkach badawczych są orjentacyjne wzory pozwalające oszacować dawkę.Dk = 6 do 8Pierwiastek z B lub Dk=7pierwiastek z M Jeżeli dawka będzie za mała to nie będzie koagulacji za duza dawka następuje zmiana znaku koloidu ( - może przejść +)  WYKRES

f) warunki hydrauliczne ( szybkość mieszania) Mamy 2 fazy; szybkie mieszanie ( lepiej, t=3min), wolne mieszanie (gorzej t=40min). Ważne jest mieszanie w fazie flokulacji, nie wolno za szybko mieszać bo następuje rozbicie kłaczków.

Chemizm koagulacji   REAKCJE

Reakcje dysocjacji:

Jeżeli koagulacja ma przebiegać przy mniejszym zakwaszeniu możemy stosować koagulanty wstepnie zhydrolizowane. Jeżeli koagulacja przebiega źle można stosować subst. wspomagające ( zimą bo wtedy jest niska temp.): wody zanieczyszczone zw. org. i nie zawierające wystarczajacej ilości zawiesin w wyniku czego powstają bardzo lekkie zawiesiny pokoagulacyjne i źle sedymentują, kiedy istnieje konieczność zwiekszania skuteczności usuwania zw. org. stosuje się wegiel aktywny pylisty., jeżeli chcemy zmniejszyć dawke koagulanta lub skrócićczas fazy flokulacji.

Substancje wspomagajace

a)pylisty węgiel aktywny( poprawia stopień usuwania subs. org. – jest to sorbent

b)                 krzemionka aktywna- nieoraniczny reagent naturalny poprawia warunki sedymentacji zawiesin, poprawia ich aglomeracje ( działa jak klej)

c)zmielone minerały – jeżeli nie ma mętności to dawkuje się je aby dziełały jak obciążniki zawiesin.

d)                 Grupa polielektrolitów – wysokocząsteczkowe zw. org które mają ładunek + lub – lub obojętny. Poprawiają aglomeracje , mogą powodować destabilizację koloidów.

Koagulacja objętościowa

Pierwszy etap w komorze szybkiego mieszania, drugi etap w komorze wolnego mieszania ( flokulacja) nastepnie jest osadnik do sedymentacji. Po całej koagulacji dawkuje się alkalia( przed osadnikiem wiązanie agresywnego CO2)   SCHEMAT

Koagulacja kontaktowa

Nie ma wolnego mieszania od razu jest osadnik kontaktowy. Pierwszy etap komora szybkiego mieszania drugi etap osadnik kontaktowy ( flokulacja i sedymentacji) Alkilia przed filtrami ( po koagulacji) SCHEMAT

Przygotowanie koagulantów

a)nie ma przerw w dawkowaniu koagulanta, znamy jego dawkę

b)                  wprowadzamy je o znanym ziarnie a więc przygotowuje roztwor( przygotowanie w zbiorniku zarobowym a potem rozcieńczam w zbiorniku roztworowym) SCHEMAT

c)wszędzie gdzie tworzy się koagulanty musi być zabezpieczenie ( zbiorniki antykorozyjne szczelne)

SCHEMAT

Komory szybkiego i wolnego mieszania

a)czas szybkiego mieszania t = 1-3 min dlatego one sa małe ( objętość to jest ta zajęta przez wodę).Dzielimy je na hydrauliczne: ma mieć zawirowania bo ma być dokładne mieszanie;mieszane mechanicznie – mogą być one również komorami wolnego mieszania ponieważ ustawiamy sobie obroty silnika tylko wtedy muszą być one duzo większe

b)                 czas wolnego mieszania t = ok. 20min – w komorach tych nie powinien wytrącić się osad jeżeli się wytrąca to znaczy że nastepuje sedymentacja w niej.

W zależności od tego co dawkujemy to są rozne urządzenia do przygotowania

SEDYMENTACJA

Opadanie cząstek pod własnym ciężarem. Może być wykorzystana wszędzie tam gdzie sa zawiesiny. Najczęściej niezbędna jest po koagulacji może być też stosowana jako pierwsza do oczyszczania wody powierzchniowej, do usuwania zawiesin łatwo opadających jak również do zawiesin trudno rozpuszczalnych  powstałych w procesie strącania. Używana w oczyszczaniu wód podziemnych do usuwania cząstek wodorotlenku żelazowego i wtedy jest ona po procesie napowietrzania. Sedymentacja na pewno przed przed filtracją aby zmniejszyć stęzenie zawiesin w wodzie dopływajacej na filtry. Aby przebiegała to usuwane cząstki muszą mieć gęstość większą od wody ( jeżeli ma mniejszą to nastepuje flotacja)

Skuteczność zależy od: stężenia zawiein, gęstości i wielkości zawiesin, czasu sedymentacji i predkości przepływu wody w osadniku oraz temp. wody.

Opadanie swobodne – cząstka opada swoim torem, stężenie zawiesin małe,cząstki nie oddziaływuja na siebie.

Opadanie skupione – cząstki oddziaływują na siebie, stężenie zawiesin duże, nastepuje po koagulacji.

Cząstka podlega dwum siłom :ciężkości i wyporu   WZORY

Opadanie powinno odbywac się ruchem laminarnym ( wtedy sedymentacja jest skuteczna)

P. STOKESA

Przejsciowa strefa odpadania  P. ALLANA

Opadanie strefa turbulentna   P. NEWTONA

Ogólny wzór na predkość opadania przyjmuje się  G=R

Jeśli Re < 10_4 – ruchy Browna – koagulacja

Rownanie Stokesa – Prędkość sedymentacji   WZOR

Zależy od: średnicy i rożnicy gęstości. Im cząstka cięższa i większa tym szybciej opada.

W wodach powierchniowych jest dużo zanieczyszczen orga. ( ale są one małe ). Zawiesiny mineralne g>2g/cm3  WYKRES

Ciężar właściwy oblicza się ze wzoru:  WZÓR

Im więcej składnika stałego tym cząstka cięższa im bardziej uwodnione tym gorzej sedymentują. Zawiesiny po koagulacji to cząstka zawierająca wodę dlatego gęstość cząstki jest bliska gęstości cząstki wody. Połączenie koagulanta i zawiesin powoduje zwiększenie gęstości. Trudniej opadają kłaczki zawierające barwę.

SEDYMENTACJA – w osadnikach

W osadnikach stosuje się ją aby obniżyć filtry. Stosuje się przed filtrami pośpiesznymi, kiedy nie było koagulacji. Dopuszczalne stężenie zawiesin dopływających na filtry <50g/m3.Jeżeli filtry powolne to stężenie zawiesin <20g/m3. Jeżeli filtry pośpieszne i była sto9sowana koagulacja to stężenie zawiesin <20g/m3 ( złoża jednowarstwowe) . Jeżeli złoża wielowarstwowe może być stężenie do 50g/m3.

OSADNIKI

Z uwagi na kierunek przepływu wody osadniki o ; przepływie poziomym, pionowym i pionowo – poziomym. Mogą tez być osadniki kontaktowe w których przebiega też flokulacja lub wielostrumieniowe – płytkie o przepływie poziomym. W dużych zakładach stosuje się za zwyczaj osadniki o przepływie poziomym w mniejszych o przepływie pionowym.

OSADNIKI – POZIOME

Składają się z części osadowej i części klarowania wody. Woda płynie w nim poziomo, cząstki opadają skośnie. Im prędkość przepływu wody większa tym wymagana jest większa długość osadnika. SCHEMAT

Projektuje się je na czas zatrzymania od 2-4h. Prędkość przepływu wody wynosi od 3-12mm/s. Prędkość opadania zawiesin pokoagulacyjnych od 0.35 – 0,6 mm/s. Natomiast zawiesin bez koagulacji od 0,12 – 0,15 mm/s. Stosunek długości osadnika do jego wysokości powinien być większy niż 10:1. Wysokość osadnika czyszczonego ręcznie 3 – 3,5m a mechanicznie 2-3m. Stosowana dlugość do szerokości powinien wynosić 10:1. szerokość zwykle wynosi od 3 – 6m. Obciążenie hydrauliczne krawędzi przelotowych –kp< 20m3H2O/m. Osady wytrącające się z wód mogą leżeć dlugo. Częstotliwość usuwania osadu nie częściej niż 8h  .    V =Q*(Co – Ck)*t/beta male – obj. osadu zgromadzonego w osadniku

Q – ilość oczyszcz. wody w 1 osadniku; Co – stężenie zawiesin w wodzie dopł.do osadnika; Ck – stęż. zawiesin w wodzie wypł. z osadnika Ck= 10 – 20g/m3; t – czas zalegania; beta mała – stężenie osadu przyjmowane z tabeli Co= stęż.zawiesin w wozie surowej + D koagulanta *b + 0,25 * B + N ;   b – współ. Zależny od czystosci koagulanta, B – barwa wody; n – stęż. subst. stałych dodawanych przed sedymentacją do wody.

SCHEMAT

Są dwie metody liczenia osadników: wg powierzchni F=Q/Vo *alfa : wg. dlugości ( duże osadniki)

OSADNIKI PIONOWE

Woda plynie w kierunku pionowym. Max. Średnica nie większa niż 10m, Wysokość rury centralnej musi być krótsza niż część cylindryczna osadnika ( zwykle 0,8 ). Śred. rury centralnej1/10D ale nie mniej niż 0,3m. Projektuje się je na czas zatrzymania wody w osadniku 1,5 – 2h. Prędkość przepływu wody wynosi 0,4 – 0,8 mm/s.

Przy danej Vp można wyliczyć pow. osadnika F=Q/Oh. Lej wylicza się tak samo jak w poziomym. Obliczenia hydrauliczne krawędzi przelewowych 3-5m3/mh Q*t =Vobj.osad. H=Vobj/f

OSADNIKI POZIOMO – PIONOWE  - osadnik wielolejowy

OSADNIKI KONTAKTOWE

W osadnikach tych woda oczyszczona poddana jest kontaktowi z osadem pokoagulacyjnym. Może być kontakt z : woda pulsacyjnie kontaktuje się z osadem, osadem pokoagulacyjnym zawieszonym, osadem zawracanym do urządzenia.

W zalezności od war. kontaktu są rózne typy osadników. W innych osadnikach osad jest usuwany , a w kontaktowych jest on wykorzystywany aby stworzył wrunki do flokulacji. Skuteczność jest duża ( koagulacji) uzyskujemy nawet obniżenie dawki koagulanta.

OSADNIK KORYTARZOWY

Składa się: z części przeznaczonej do klarowania ( sedymentacji) - komora zewnętrzna oraz z części przeznaczonej na zagęszczanie- osadu komora środkowa.Tam gdzie jest klarowanie jest osad zawieszony który musi być wysoki( min 2m). Następuje tu flokulacja. Woda dostarczana jest do dołu przez rury perforowane. W ścianach są okna przelewowe by nadmiar wytrąconego osadu przelewał się do komory środkowej. Nie może być duża prędkość ( 0,7 – 1mm/s) bo byloby wyrywanie osadu. Większą prędkość otrzymuje się po dodaniu koagulanta żelazowego ( jest cięższy). Po klarowaniu woda może płynąć na filtry. Powierzchnia od 100 – 150m2, klarowników – jest duża.

OSADNIKI RUROWE – są one dobre gdy osad jest ziarnisty, a nie kleisty. Są problemy po koagulacji.

OSADNIKI ZESPOLONE Z KOMORĄ FLOKULACJI

Są one pionowe, środek zajmuje komora flokulacji i przyjmuje ona tu funkcję technologiczną . Jeżeli jest duża objętość poświęcona komorze flokulacji to objętość sedymentacji jest mniejsza. Działa jak osadnik pionowy. Prędkość doprowadzana jest obojetna.

FILTRACJA

Usuwane są te cząstki które nie udały się usunąć w przocesach sedymentacji ( cząstki małe) w filtrach proces ten zachodzi.

O efektach filtracji decyduje: cedzenie, sedymentacja, flokulacja, wychwytywanie zanieczyszczeń, adsorpcja ( czasami), oddziaływanie elektrostatyczne.

O zmniejszeniu skuteczności decydują ; odrywanie, i wypłukiwanie zawiesin ze złoża 9 przy nagłym wzroście predkości)

FILTRY – główny element to złoże filtracyjne ( material ziarnisty) . w zalezności od charakteru i rodzaju materialu może być; cedzenie – może się zatrzymac ale nie musi; sedymentacja – woda przepływa przez przestrzenie.; wychwytywanie – kiedy zanieczyszczenie może się znaleźć za blisko ziarna; kiedy znajdzie się sorbent ( adsorbcja) ; oddziaływanie elekt. – bo kazda subst. ma ladunek.

Filtracja powinna przebiegać ze stałą prędkością ponieważ nagła zmiana szybkości przeplywu może wyplukiwać zanieczyszczenia wczesniej zatrzymane na filtrze.

Filtry dzieli się na: pospieszne i powolne ( ze wzgl. na predkość filtracji), zamkniete ( ciśnieniowe) i otwarte (grawitacyjne) – ze względu na warunki hydrauliczne, jedno i wielowarstwowe – ze względu na rodzaj złoża , o złożu niskim i wysokim ( w oczyszcz. wody stosuje się filtry o złożu wysokim)

MATERIAŁ FILTRACYJNY charakteryzuje się: określoną porowatością ( stosunek obj. międzyziarnowej do obj. złoża) miejsca na zanieczyszczenia zalecana porowatość 40-60%;

Uziarnieniem – wyroznia się średnicę d10 i d50 współczynnik rownomierości d60/d10;

Gęstość – ważna dla złoża wielowarstwowego; nie może rozpuszczać się w wodzie oraz musi posiadać świedectwo czystości chemicznej i bakteriologicznej oraz nie może być skażone bakteriami ,w złożu mogą rozwijać się mikroorganizmy ; dobrą mieć wytrzymałość mechaniczną – nie może się kruszyć odporne na ścieranie.

Nowe filtry usypuje się na mokro , zloże filtrcyjne spoczywa na warstwiepotrzymującej ( do dołu czysty żwir). Sypiemy na wodę bo się dobrze uklada, same się rozwarstwiają ( może wypłukać kurz). W wodzie matr. Filtracyjne mogą nasiąkać ( zwiększają objętość).

Porowatość – jeżeli mamy złoże  czyste i rozpoczynamy proces filtracji to z czasem zmienia się porowatość ( maleje) wtedy rosna straty cisnienia w złożu filtracyjnym. Każde złoże ma dopuszczalną stratę cisnienia po przekroczeniu czyścimy filtr. Straty cisnienia mierzymy instalując manometry na rurociągach dopro. i odpro. Straty cisnienia zależą od : prędkości filtracji, uziarnienia złoża, wysokości złoża, czasu filtracji ( rsną z czasem), porowatość, również temp. i gęstość złoża. Podczas filtracji powinien panować ruch laminarny. WZOR

E – porowatość; dz – śred. Ziarna, Mi – lepkość, Vt – prędkość filt, gw – gęstość wody

Strata ciśnienia na złożu filtracyjnym   WZOR  

Eo – porowatość początkowa , Et – porowatość po czasie t

Cykl filtracji – czas pracy złoża pomiędzy płukaniami. Na czystym złożu jest strata ciśnienia bo woda przepływa kanalikami na początku jest mała potem rośnie z czasem.

FILTRACJA POWOLNA

Przebiega przy prędkości 0,1 – 0,3 m/h ( duża pow. ), jest już rzadko stosowana w polsce ale w świecie tak bo: podczas filtracji poza procesami fiz. Przebiegaja procesy biochemicznego rozkładu biodegradalnych zanieczyszczeń organicznych. Woda dopływająca zawiera mikroorganizmy i przy tak malej predkości  one się namnazają. Narastanie tych mikroorg. Powoduje usuwanie zanieczyszczeń organicznych. Wraz ze wzrostem  ilości mikroor. Rosna straty ciśnienia hydraulicznego. Okreslona strata ciśnienia 1,5  kiedy osiąga się tę warstwę należy pzrerwać pracę i wyczyścić filtr. Gorna warstwe filtru zdejmuje się i usuwa. Przed filtrami powolnymi nie wolno dodawać utleniaczy ani chemikalii. Złoża filtrów powolnych są jednowarstwowe. W wodzie po filtr. powolnej  zmniejsza się stężenie O2 a wzrasta CO2. Jeżeli duzo mikroorg. to istnieje czasem potrzeba wiązania CO2 agresywnego. Filtry stosuje się gdy woda dopływająca powinna mieć barwę < 30ppt/cm3 oraz mętność < 1,3g/m3. Przy większym zanieczyszczeniu to najpierw na filt pośpieszny przy zawartosci latwo opadających zawiesin, potem na filtr powolny a później na dezynfekcję.jeśli nie wystarcza sedymentacja to + f.pospieszna + f. Powolna

Przy usuwaniu koloidów: koagulacja -  sedem – f.pośp – f. Powo – wiązanie CO2 agres.

Efekty filtracji powolnej ; wirusy>90%, bakterie >99%, barwa – 33, utlenialność 60%

FILTRACJA POŚPIESZNA

Wzrost wektora góra – dół, są one płukane, dopuszczalna strata cisnienia w złożach f. grawitacyjnych 3mH2O w f. cisnieniowych 5 mH2O

Filtry grawitacyjne to filtry otwarte, złoża znajdują się w komorach, pow. filtracyjna 1 filtru 12 – 120 m2.filtry te pracują ze stała prędkością ( predkość zmienna wymycie zanieczyszczeń ), stałą predkość uzyskujemy przez zainstalowanie regulatora prędkości filtracji na rurociągu. lub filtr można eksploatować przy zmiennej wysokości nad złożem warstwy filtracyjnej.

SCHEMAT  FILTR GRAWITACYJNY

DRENAŻ – syst. Umozliwiający rozprowadzenie równomierne po całej pow. złoża filtracyjnego czynnikow płuczących oraz zebranie i odbior z calej jednostki wody po filtracji. Drenaż lezy w warstwie podtrzymującej. Nad warstwą 3 jest złoże filtracyjne, 2 – warstwa wody nad złożem, 1 – koryto popłuczyn Kierunek przeplywu wody z góry w dół, rurociągiem 8  doprowadzamy wodę do koryta zbiorczego, woda wpływa do koryta popłuczyn. Woda przeplywa przez złoże i jest odbierana jako woda czysta po filtracji – filtrat.7 regulator prędkości.

Złoże pracuje – wyłanczamy  filtr z pracy to zamykamy zasuwy a od dołu doprowadzamy czynniki płuczace wodę 11 i powietrze. Złoże zaczynamy plukać. Ono ekspanduje ( puchnie). Ze złoża wydobywaja się płuczyny i wpływają do koryta popłuczyn, cofaja się komory zbiorczej 9 i odprowadzane są do kanału. Koniec pukania: zamykamy czynniki płuczące, otwieramy zasuwę na rurociągu pierwszego filtratu 13 tym rurociagiem woda odprowadzana jest do kanalizacji otwarty jest on przez 5 – 10min.

PŁUKANIE ZŁOŻA FILTRACYJNEGO

SCHEMAT

FILTRY CIŚNIENIOWE – zamknięte

Eksploatowane są w sposób zapewniający stałe cisnienie i w wyniku tego wraz z czasem zmniejsza się predkość – nie ma regulatora predkości. Predkość filtracji 7,5 – 10m/h. Złoża znajdują się w zbiornikach zamkniętych podlegają one kontroli urzędu dozoru technicznego. Okresowo powinny być one kontrolowane. Dzielą się one na pionowe i pionowe.

Pionowe – dennice do 3m i srednica dennicy to d filtru dd =df

F1 = 7,06m2 przy d=3m; F2 = 12,6m2 przy d=4m wydajność Q = 1000m3/h zaprojektować filtry F=Q/Vf =1000/8=125m2 filtr o fi=3m zaklada się ze do 16 sztuk mogą być filtry pionowe. Trzeba sprawdzić czy przyjęta prędkość i powierzchni wystarczy na właściwą pracą tych filtrów do płukania.

F=Q/F(n-1)=1000/12,6(10-1)=1000/12,6*9=   <10m/h ; n=105,3/12,6 =8,4 ; v=1000/7,6*13=10,12 >10  Należy dolożyć jeszcze jeden filtr (mamy wtedy 15 jednostek)

SCHEMAT  KSIĄŻKA 242

FILTR – dwa główne wejścia na górze i na dole, przepływ z gory na dół Doprowadzenie wody jest rurociągiem 1 . Woda płynie kielichem na złoze. Czysta wda odbierana jest przez drenaż i odprowadzana 4 lub 5.

Płukanie – przez drenaż woda płynie i płucze wykorzystuje się tez powietrze do 6 plukania. Powietrzny rurociąg jest nad wodnym. Trzeba pilnowć aby nie zwiększyć intensywności płukania. Nie może podnieść się powyżej kielicha a popłuczyny są odprowadzane 2 a potem 3 pierwszy filtrat, 8 manometr, 9 włazy, 10 odpowietrzania bo płucze się powietrzem.

FILTRY SPECJALNE

Filtr kontaktowy – flokulacja, sedym, koagul,zachodzą tu te procesy. Przeważnie są to filtry grawitacyjne: zmniejszenie Vf=do 6m/h, większa wysokość złoża filtracyjnego 2 – 2,5m, drobniejsze uziarnienie materialu filtracyjnego, krotszy cykl filtracyjny min cykl to 6h.Ograniczenia: w wodzie surowej i zawiesiny w odzie po dodaniu koagulanta ma być stężenie <150. Są plukane przewaznie wodą i powietrzem, strsty cisnienia przeyjmuje się rowne wysokości złoża filtracyjnego.

SCHEMAT

 Filtr te sa zamkniete bo znajduje się tam woda czysta która może ulec zanieczyszczeniu. W układzie filtracyjnym z filotrem kontaktowym stosuje się komorę wstepną. Woda płynie pod górę dlatego trzeba jej dać więcej aby ciśnienie mgło powodować przeplyw, zbiornik podpiętrza wodę.

FILTRY SAMOPŁUCZĄCE – są one bezobsługowe, przydatne są przy małych stacjach.należy pamietać o tym jakie jest to złoże filtracyjne. Jeśli woda ma sklady alkalizujące możana ona spowodować że popłynie zamiast wody mleko związane jest to z powstawaniem weglanu wapnia.

FILTRY SUCHE

Dzielimy na otwarte – grawitacyjne oraz cisnieniowe.

Złoże musi być wysokie aby był czas na nitryfikację i muszą być warunki tlenowe ( 1,5 – 2m) Vf < 5m/h. Jeśli  nie zajdzie cały proces nitryfikacji to są azotyny w wodzie ( są szkodliwe). Jeśli stosowana jest do wód podziemnych to wcześniej należy usunąć Fe i Mn. W filtrach dwuwarstwowych wystepuje wegiel ( sorbent) na węglu aktywnym występuje proces sorbcji. Przed mikroorganizmami dodaje się O3aby uzyskać usuwanie zw. Organicznych. To co dopływa do oczyszczalni są to zw. Niebiodegradalne i nadwyżka biodegradalnych. Ozonowanie powoduje transformację zw. niebiode. do biodegr. Które w złożu filtracyjnym z udziełem mikroorg. ulegają biochemicznemu rozkładowi. Najlepiej jak złożęe jest z węgla aktywnego( to co bakterie nie zjedzą to zostaje sorbowane przez węgiel i potem one to z niego wydobywają).

FILTRY WIELOWARSTWOWE RYS

Przyjmuję się taką intensywność płukania aby podniósł też cięższe złoże

Aby było rozwarstwienie to musi być odpowiednie uziarnienie.  d10 =35, WR=1,5; WR*d10=d60; d60= 1,5*0,35=0,525 mm WYKRES

DRENAŻE – niskooporowy – strata ciś. wody płuczącej jest mała. Powierzchnia sumy otworów jest > 1% pow. filtra; Wysokooporowy – strata ciś. wody płuczącej jest duża.suma otworow w granicach 0,18 – 0,4% pow. filtru. Dotyczy to drenażu wodnego ( w przypadku filotow graw.). Ekspansja złoża wynosi około 30 – 50% a z wodą i powietrzem nie przekracza 10%.

PROCES DEZYNFEKCJI

Ostatni proces w układzie techn. oczyszcz. wody. Celem jego jest unieszkodliwienie wszystkich mikroorganizmow patogennych oraz zabezpieczenie wody przed wtornym jej skazeniem bakteriologicznym w sieci wodociągowej. Mus być przy wodzie powierzchniowej a przy wodzie podziemnej ( są one wolne od patogenów) bo drugi wymóg nas też interesuje. Im większe miasto tym lepiej powinna być prowadzona dezynfekcja.

Metody fizyczne ( pasteryzacja, ultradźwięki, promienie UV).Promienie UV nie powoduje zmian chemicznych ale woda musi być bardzo klarowna bo inaczej promienie odbijają się. Promieniowanie działa miejscowo. Wadą jest to że nie zabezpiecza przed wtornym skazeniem.Dlatego dodaje się drugi reagent aby zapewnić ten drugi czynnik.

Metody chemiczne – polegają na dawkowaniu do wody innych utleniaczy . Do czynnikow dezynfekacyjnych zalicza się; chlor, podchlorynsodu, chloroaminy, ozon O3.mniej chloru dla wody podziemnej, dawkę określA się badawczo.

REAKCJA

Tę srodki które są mocno biobójcze te są też mniej trwałe np. O2. Jeśli go zastosujemy to zbijamy dużo ale zabezpieczenie przed wtornym zanieczyszczeniem jest bardzo slabe dlatego po ozonowaniu należy stosować dezynfektanty np. chlor. Część środka do dezyn. Jest przeznaczona na zabicie ale też część na utlenienie zw. Zatem dawka zależy od znieczyszczenia wody i jej skladu. Część zw. org. Nie jest utleniana do końca powstają produkty uboczne które mogą zmienić skład wody. Przed dezyn. należy usunąć zredukowane zw. org. ( dawka środka się wtedy zmniejszy). Najmniej bezpieczny jest chlor ( bo powstają chlorowane zw.org.). Powstaja toksyczne z3wiązki ale ze względu na jego niską cenę dezynfekuje się nim.

SKUTECZNOŚĆ PRACY DEZYNFEKTANTA zalezy od: rodzaju i liczby mikroorg. będących w dezyn. wodzie. Niektóre mikroorg. odporne są na chlor.skladu fizyko – chem wody poddawanej dezynf. ( jeśli znamy sklad możemu usunąć wszystkie zanieczyszcz.. Woda nie może być mętna bo do kłaczkow mogą przykleić się mikroorg. i trudno go usunąć dlatego wazne są tu zawiesiny),ważnym czynnikiem jest pH 9 wpływa na rodzaj formy czynnika do dezynfekcji.

Formy Cl w wodzie gdy woda chlorowana stosowany wolny lub gazowy Cl2  REAKCJA

Gdy stosowany podchloryn sodu:  REAKCJA

Gdy stosowany Cl2 to mamy wzrost kwasowości a gdy NaOCl to wzrost zasodowości

WYKRES

Temperatura wpływa na kinetykę reakcji, szybkość reakcji z enzymami, wnikanie do organizmu oraz na szybkość reakcji chemicznych przebiegających rownocześnie w dezynf.

Obecność subst, zredukowanej zmniejsza skuteczność dezyn.. Rodzaj dawki i czas dzialania dezynfekatora im dluzej działa tym lepiej. Sposobu dawkowania czynnika dezynfe. Należy dbać aby te czynniki były w calej objetości wody i aby był to roztwor jednorodny.

Prawo CHICKA – określa szybkość zabijania organizmow patogennych dy/dt=k(No-y)

y – ilość zabitych org.; No – ilość przed dez.; k – wartość stała.

Liczba zabitych mikroorg. w czasie jest wprost prop. do ilości mikroorgg. po dezynfekcji. Stężenie chloru i chloroamin jest normowane.

CHLOROWANIE – chlor dodawany  do wody może być w postaci gazowej gdy zapotrzebowanie na chlor jest duze. Natomiast gdy jest mniejsze to stosujemy wodę chlorową. Dawkuje się ją za pomoca tzw. chloratorów ( chlor gazowy łączy się z wodą która musi być bardzo czysta by nie nastąpiło zuzycie chloru na utlenianie).musi być instalacja do niszczenia chloru gdyby była awarja rurociagu   REAKCJA

Wokół chlorowni muszą być strefy ochrony pośredniej i bezposredniej. Strefy są duże i zamiast Cl stosujemy NaOCl bo on nie wymaga stosowania stref ochronnych. Nie jest on tak toksyczny.

NaOCl – jego wadą jest mala trwalość i zapas jego musi być uzupelniany zapotrzebowaniem na Cl robi się tak że dodajemy pewną dawkę i po połgdziny ile jego zostało aby odbiorca mieszkający w odległości 30min tez miał w wodzie chlor.

ClO2 – gaz który wytwarza się w zakładzie uzdatniania wody, duża siła biobójcza, silny utleniacz, dobrze rozpuszczalny w wodzie. Wada – gaz silnie wybuchowy.gaz ten jest produkowany w ZUW potem nasycamy wode tym gazem. Musimy sie zdecydować czy będziemy pracować na wodzie chlorowanej czy na podchlorynie. Jeśli jest nowy zaklad to możemy stosować HCl. Jeżeli zaklad jest stary to należy wprowadzic stopniowo Cl2.

ClO2  - dajemy z woda chlorowaną bo Clo2 może utlenić to co pozostalo na sieci a w wyniku tego może nastąpić pogorszenie się wody. ClO2 nie powoduje powstawania chlorowych zw. org, nastąpi to gdy w wodzie jest tylko ClO2. Inną zaletą jest to że na jego formę występowanie wpływa pH. Wadą jest powstawanie chloryn i chlorany, są one produktami ubocznymi stężenie ich w wodzie <1g/m3

Do produktow ubocznych zalicza się też THM ( CHBrCl2, CHBr3, CHBr2Cl, CHCl3). Są one normowane.Chlor chetnie reaguje z amoniakiem ( bardzo szybko) natomiast ClO2 nie reaguje i dla pH=9 ozon.W wyniku Cl + NH4 –chloroaminy które mają wlaściwości dezyn. czyli powataje nowy dezynfektant.

ZALETY Cl – powstanie z NH4 nowego dezynfektanta, jeśli w wodzie sa subst. Org. To w obecności NH4 zostają osłabione powst. chlorowych pochodnych, NH4 zuzywa chlor i brakuje go do powstania chloramin

Krzywa chlorowania zawierająca NH4

Efekty dezynfekcji sa lepsze gdy dominują dichlor ponieważ mają większa siłę biobójczą. Nigdy nie należy dawac chloru na początku dodajemy gdy oczyścimy co się da. Można dodać dwutlenek chloru ale jest on bardzo drogi i niszczy wszystko co zyje i dawki byłyby bardzo duze. Jeśli przechloruje się wode to usuwamy nadmiar chloru np. dodaje się siarczyn sodu.

OZON
Też jest czynnikiem dez., swietny utleniacz i silny bakteriobójczo ale jest nie trwały ulega samoczynnemu rozpadowi. Po ozonie należy dodawać preparaty chlorowe. Ozon powoduje transformację związkow niedegra w  degr. Po ozowani powinna być sorpcja na weglu aktywnym aby usunąć to co powstało podczas ozonowania. Ozon produkuje się na miejscu w zakladzie Muszą być specjalne komory do ozonowania i jest ono drogie ponieważ ozonowanie jest bardzo energochłonne.nie musi być normowane bo szybko się rozklada.

WODY PODZIEMNE – nie zawierają zanieczyszczeń antropogenicznych, pochodza z infiltracji wzbogacają się subst. min. i są bardzo zasolone.Stały skład im glębiej tym mniej zawierają tlenu, wystepuje CO2 agresywny, siarkowodór,metan, niższe pH, zasadowość wyższa, zawierają ponad normatywne stężenie Fe i Mn – zła cecha.

Główne problemy w oczyszczaniu wody: odkwaszanie 9 usuwanie CO2), Usuwanie Fe i Mn ( nadmiaru), dezynfekcja.

Podstawowy uklad oczyszczania w którym Fe występuje w postaci nieorganicznej  SCHEMAT

ODKWASZANIE

Metody fizyczne ( napowietrzanie ) – jest korzystniejsza, wprowadzamy tlen i dzięki temu utleniane zelazo Fe+2 przechodzi w Fe+3, nie utlenia się manganu Mn+2 przy pH wody< 9,5. podczas napowietrzania też można usunąć pozostałe gazy.

Metody chemiczne ( dodawanie ługow filtracja przez materialy filtracyjne wiążące CO2)

Chemiczne wiązanie CO2 – jeśli odkwaszanie zapewni całkowite usunięcie CO2 agresywnego to nie musi być stosowane.

Sedymentacja – usuwanie nadmiaru Fe jeśli jego stężenie jest . 10g/m3. Jeśli jest w przedziale 5 – 10 g/m3 to można zrezygnować z sedymentacji ale stosujemy filtrację.

Jeśli w wodzie są subst. Zredukowane np. amoniak o stęśeniu > 0,7g to przeszkadza on w odmanganianiu. Dlatego tuz przed złożem dawkujemy utleniacze. Utleniają one zw. zredukowane.

Uklad techn. jeśli Fe wyst. w polączeniu ze zw. organicznymi

SCHEMAT

Koagulacja usuwa Fe związane ze zw. org. Może być kontaktowa rzadziej filtr kontaktowy jeśli woda bardzo brudna to stosuje się objętościowa.

Alkalizacja – musi być bo po dodaniu koagulanta powstaje CO2 agresywny ale tez im wyższe pH to lepsze jest odmanganianie i odzelazianie

Filtracja – złoże wypracowane do usuwania manganu.

Wydzielone wody osadowe nie powinny być zawracane na poczatek ukladu. Filtracja musi być po koagulacji. Filtr całkowicie cisnieniowy jeśli nie ma sedymentacji. Jeśli jest to może być mieszany układ. Jeśli filtr cisnieniowy to nie projektujemy zbiornikow dolnych.

METODY FIZYCZNE ODKWASZANIA – ( napowietrzanie) – należy stosować je najpierw dopiero gdy nie działa to chemiczne metody do wiązania pozostałego CO2.

Urządzenia zależą od zasadowości oczyszczonej wody

Zasad M < 5val/m3 – cisnieniowe urządzenia ( mieszacze wod – pow)

Zasad M < 5val/m3 – urządzenia otwrte , 5 – 4 koryta perforowane i kaskady, 4 – 3 dysze ; 3 – 2 – złoza sciekowe; zas m < 2 – chemiczne dowiązywanie

Najmniej skuteczne sa urządzenia cisnieniowe. Im niższa zasadowość tym skuteczniejsze powinno być urządzenie do odkwaszania

URZĄDZENIA CIŚNIENIOWE

Sa małe bo czas zatrzymywania jest 3 – 4min doprowadzana woda jest mieszana z doprowadzonym powietrzem. Woda pozbawiona CO2 jest odpr. dalej, powinny być zawory odpowietrzajace w filtrach ciśnieniowych.

DYSZE – wkreca się je w rurociąg wody jeśli jest duzo Fe to dysze się zatykają . wszyustkie dysze powinny pracowac z taka samą wydajnością.

ZŁOŻA OCIEKOWE – półkowe ( wysok. Półki 0,3 – 0,4 m), bezpółkwe ( z wypełnieniem materiałem porowatym)

Im więcej Fe tym więcej półek do 5g/m3 – 3 półki, 5 – 10g/m3 – 4 półki, > 10g/m3 – 5półek

Obciążenie z naturalnym ciągiem 10 – 12m3/m2h