wtorek, 21 czerwca 2011

Oczyszczanie wody - ściąga, np. na PWR;)


Wodę trzeba ujmować i oczyszczać bo nie ma takiej która by się nadawała do picia. Woda to H2O + domieszki: 1. chemiczne, fizyczne (mutagenne i lamcerogenne), 2. biologiczne (długi czas rozwoju choroby).H2O + domieszki to cechy które nabywa w środowisku, trzeba je usunąć. Miasto powinno być zaopatrzone w wodę i mieć oczyszczalnię. Wodę oczyszczoną możemy
stosować do celów rolniczych i innych. Dobry nawóz C, H, O, N, S, P, K.                           

Skład wody powierzchniowej i podziemnej
Parametry wody anion, kation, sód, wapń, magnez, barwa, mętność, Fe, Mn, Al.
Domieszki:
  1. chemiczne, fizyczne, biologiczne
  2. wymiar zawiesiny; cząstki które możemy usunąć w procesach chemicznych, koloidy-substancje rozpuszczone; kation i anion; substancje jonowe metody fizyczne stosujemy, a jak się nie da to chemiczne.

Źródło uzyskiwania wody:
  1. powierzchniowe,
  2. podziemne [1/m] [gPt/m3] [NTV] [g/m3]
mętność, utlenialność, absorbancja, barwa, OWO-węgiel organiczny mówią ogólnym stopniu zanieczyszczenia. zawiesina parametr związany z mętnością. Rozpiska wody surowej a dobrej do użycia. Zasadowość CO2 Fe+2 Mn+2 K+ Na – skład wody podziemnej, niezanieczyszczonej.
Procesy technologiczne dobieramy do jakości wody a urządzenia do ilości wody. Ochrona ujęcia musi być taka żebyśmy wiedzieli że ta woda będzie miała podobny skład. Woda chemicznie czysta w przyrodzie nie występuje, pod pojęciem woda rozumie się mieszaninę wody i obecnych w niej domieszek i zanieczyszczeń organicznych i nieorganicznych.                   A usuwane z niej substancje traktowane są jako zanieczyszczenia. H2O + domieszki                         i zanieczyszczenia -> stany skupienia: gaz, ciecz, ciało stałe -> substancje nieorganiczne, (naturalne; syntetyczne); substancje organiczne (syntetyczne-sztuczne, naturalne-żywe                   i martwe); substancje rozpuszczone (zdysocjowane K+ An-, niezdysocjowane K An); substancje nie rozpuszczone (koloidy, zawiesiny).

Wody występujące w przyrodzie to wody:
  1. 1.powierzchniowe śródlądowe (płynące i stojące),
  2. 2.morskie,
  3. podziemne (płytkie i głębokie). Wody te różnią się składem fizyczno-chemicznym decydującym o ich przydatności do ujmowania.

Procesy wpływające na jakość wody:
-        procesy utleniania i redukcji
-                                                                                                                    procesy biochemiczne
-        migracja zanieczyszczeń
-        rozpuszczanie i strącanie
-        hydratacja i hydroliza
-        wietrzenie
-        sorpcja, desorpcja
-        wymiana jonowa
-        procesy membranowe

W wodach podziemnych występują gazy rozpuszczone, dominuję COrzadziej O2  i azot.


Parametry wody:
-        mętność
-        barwa
-        związki  organiczne rozpuszczone, koloidalne, zawieszone, które określają smak, zapach
-        temperatura

Wskaźniki zanieczyszczenia antropogenicznego- WWA, PCB, charakter karcenogenny mierzymy poziomem BZT5, CHZT=BZT5.

Technologia oczyszczania ścieków:
Wszystkie wody hydrologiczne należy oczyścić przed spożycie, rzeka zasilająca zbiornik powinna być czysta, procesy oczyszczania wody prowadzą do:
-        usunięcia domieszek koloidalnych,
-        eliminacji bakterii i glonów
-        eliminacji związków Fe i Mn
-        usuwanie CO2
-        zmiększenie wody do celów przemysłowych

W oczyszczaniu wody należy zastosować dezynfekcję .

Historia oczyszczania wody:
Skład wody surowej
Technologie stosowane
nie mogę się doczytać J
Dezynfekcja, chlorowanie, dwutlenek chloru w wyniku koagulacji, sedymentacji, filtracji eliminuje się te organizmy.
mętność
Cedzenie na sitach, proces sedymentacji, filtracji, koagulacji
Rzeki i zapach wody,
adsorbcja
Substancje organiczne
Adsorpcja, utlenianie
Zwiększenie wody jak jest
twarda
Rozpuszczone gazy
Napowietrzanie i procesy chlorowania
Metale ciężkie
Chemiczne strącanie
Substancje mineralne
Odwrócona osmoza, destylacja
Wody powierzchniowe:
Klasy czystości:
1)      0-3
2)      3-6
3)      6-12
4)      12-
Kategorie mówiące jakich  technologii trzeba użyć:
A.    tylko filtracja
B.     wymaga do czyszczenia koagulację i dezynfekcję
C.     wymaga do czyszczenia filtracji, adsorpcji i utleniania

Wody podziemne:
Technologie do oczyszczania to napowietrzanie, sedymentacja i filtracja.

Substancje występujące w wodach podziemnych:
a)      gazy
b)      występujące powszechnie N2 , O2 , CO2 , CH4
c)      występujące mniej powszechnie i najczęściej w małych ilościach CH2, H2S, He, Ar oraz cięższe węglowodory
d)     występujące lokalnie NH3, SO2 , HCl , HF i inne

Według rozpuszczalności gazy dzielimy na;

a)      łatwo rozpuszczalne - głównie CO2  i  H2S tworzące w wodą dysocjujące związki,
b)      trudno rozpuszczalne – występujące w wodzie w formie roztworów cząsteczkowych, cząsteczkowych cząsteczkach obojętnych, a więc stabilnych chemicznie.
Rozpuszczalność gazów w wodzie zależy od temperatury i ciśnienia.

Tlen rozpuszczony-jest słabo rozpuszczalny w wodzie i występuje w niewielkich ilościach w wodach podziemnych. Wraz z głębokością zmniejsza się jego zawartość, a po osiągnięciu granicy tlenowej zanika zupełnie. Jego brak w  wodach płytkich jest wskaźnikiem obecności w wodzie zredukowanych związków organicznych i nieorganicznych.

Substancje rozpuszczone- poziom mineralizacji i wód podziemnych jest większy niż powierzchniowych i zwiększa się wraz z głębokością warstwy wodonośnej. Do anionów dominujących należą: wodorowęglany, siarczany, chlorki, zaś powszechnie występującymi kationami są: wapń, magnez, sód, potas, żelazo, mangan.

Inne zanieczyszczenia nieorganiczne- do tej grupy zaliczamy metale ciężkie oraz radionuklidy, które tradycyjnie nazywane są mikro zanieczyszczeniami ß stwierdza się je w głębokich wodach kambryjskich kambryjskich są to wówczas domieszki pochodzenia geologicznego. Stężenie radionuklidów zwiększa się z głębokością wód.

Zanieczyszczenia organiczne- zw. humusowe, produkty przemiany materii i organizmów żywych oraz zw. pochodzące z rozkładu organizmów obumarłych, związki pochodzenia antropogenicznego: fenole, chlorowane związki organiczne, WWA, substancje powierzchniowo czynne.


Główne czynniki kształtujące skład wód powierzchniowych:
§  Budowa geologiczna zlewni i wielkość kompleksu sorpcyjnego gleb
§  Topografia zlewni
§  Procesy wietrzenia i rozpuszczania minerałów budujących zlewnię
§  Procesy fizyczne ( sedymentacja, sorpcja)
§  Procesy chemiczne ( hydroliza, reakcje redoks, strącanie i kompleksowanie)
§  Prędkość natężenia przepływu
§  Wielkość powierzchni kontaktu wody z powietrzem atm.
§  Mieszanie się wód o różnym składzie
§  Rodzaj organizmów wodnych i aktywność przemian biologicznych
§  Warunki atmosferyczne ( temperatura, wysokość opadów)
§  Sposób i stopień zagospodarowania zlewni
§  Rodzaj obiektów hydrotermicznych
§  Sposób użytkowania wód
§  Głębokość zbiorników wód i ich lokalizacja w stosunku do źródeł emisji zanieczyszczeń.

Cechy fizyczne wody:
Barwa- wód powierzchniowych spowodowana jest substancjami koloidalnymi i rozpuszczonymi, a podczas zakwitów glonów również i tymi mikroorganizmami. Powodują ją najczęściej barwne frakcje związków humusowych stąd intensywność żółto-brunatna.
Mętność-spowodowana obecnością zawiesin i zależy od stanu wody w rzece. Wynosi przeciętnie od kilku do kilkudziesięciu g/m3 a w okresach niskich stanów wody osiąga okresowo wartość 1000 g/m3.
Smak-jest funkcja rodzaju i ilości występujących w niej substancji oraz temperatury.
Zapach-powodują go różne związki i gazy rozpuszczone w wodzie.
Temperatura-jest zmienna w ciągu roku, w wodach płynących z uwagi na mieszanie się mas wody temp. jest bardziej uśredniona i jednorodna niż w zbiornikach wód stojących lub o małym przepływie-tu temp. zależy od pory roku oraz głębokości zbiornika. Temperatura ma duży wpływ na: stężenie tlenu rozpuszczonego oraz innych gazów rozpuszczonych w wodzie, przebieg procesów chemicznych i biochemicznych oraz rozwój biocenoz wodnych.
Skład chemiczny-wskaźnik ważny to stężenie jonów wodorowych wyrażany jako odczyn pH. Wzrost stężenia jonów OH może być wynikiem zanieczyszczenia wody ściekami alkalicznymi, a w wodach zneutrofizowanych efektem intensywnego rozwoju glonów zużywających CO2.Powodem zakwaszenia może być również odprowadzenie do wód powierzchniowych znacznych ilości FeSO4 z wody dołowej.
                           
FeSO4 + 2H2O Þ Fe(OH)2 + H2SO4
2Fe(OH)2+ 0,5 OH +H2O Þ2 Fe(OH)3

Substancje rozpuszczone:
W zależności o stężeń, w jakich występują dzieli się je na:
o   Składniki podstawowe ( od kilku do kilkunastu g/m3)
o   Makroskładniki( od kilku setnych mg/m3 do kilkunastu setnych g/m3)
o   Mikroskładniki ( substancje śladowe występujące w ilościach poniżej kilku setnych mg/m3).

Substancje rozpuszczone określają stopień mineralizacji wody i są suma kationów i anionów obecnych wodzie. W wodach nie zanieczyszczonych dominują ilościowo substancje nieorganiczne, natomiast zawartośc subst.organicznych zwiększa się ze stopniem zanieczyszczenia wody.Do podstawowych składników wody należą kationy: Ca+, Na+, Mg+
Aniony:HCO3-, SO42-, Cl -, oraz krzemionka. Miarą zawartości jonów wapnia i magnezu jest twardość wody.
Zasadowość- oznaczana wobec metylooranżu,  występuje przy ph>4,6.



Procesy technologiczne do oczyszczania uzdatniania wód podziemnych z Fe Mn Co2

Fe(HCo3)2 + H2O « Fe(OH)2 + 2H2CO3 , natlenianie by przeszło w formę Fe(OH)3,
 4Fe­­+2 + O2 + 10H2O
®4Fe(OH)3 +8H+ (ph=7, utlenianie) ta reakcja zależy od odczynu dawki utleniacza i czasu kontaktu. Na 0,14g tlenu potrzeba by przeszło z Fe2+na Fe3+ utleniając zmienia się nam zasadowość wody. Mangan 2Mn +2+ O2 + 2H2O ® 2MnO2+4H+ reakcja ta zachodzi w wysokich odczynach. Pompowanie®napowietrzanie®(osadnik, może ale nie musi) ®filtrowanie®dezynfekcja. Mangan usuwamy katalitycznie z +2®+3 i z +3®+4
 z tlenu który jest na powietrzu na +4 jest zatrzymywany w złożu. Sposoby napowietrzania (w zależności od składu wody) 1.jeżeli zasadowość >5val/cm3=250 CaCO3/cm3 napowietrzanie ciśnieniowa (aerator ciśnieniowy). Pompownia I stopnia®napowietrzanie®filtr ciśnieniowy®woda pod ciśnieniem. 2. Jeżeli 2<zasadowość<5 to system otwarty żeby CO2 mógł być wydmuchany, stosujemy II stopień pompowni. Jeżeli zasadowość zbliżona do 5 to dysze zderzeniowe, woda®rurociąg®(za pomocą pierścieni) woda rozpryskuje się. Jeżeli zasadowość zbliżona do 2 to dajemy złoża ociekowe(lepiej rozbija strugę i w zw. Z tym lepiej usuwa Co2 . jeśli zasad. Poniżej 2 (bardzo dużo Co2) to napowietrzanie na złożach ociekowych + chem. Wiązanie Co2 wapnem. Są też wody zawierające amoniak , dopływ wody trzeba zbadać i oddzielić w tych których jest NH4  tworzy się filtry suche (modyfikacja w układzie standardowym). Buduje się przed lub za filtrem jest to filtr w którym tracimy ciśnienie bo woda jest rozpryskiwana (aeracja)                       i uzyskujemy proces nitryfikacji. 

Metody fizyczne
 przypadku gazów reagujących z cząsteczkami wody (CO2, H2S) stopień ich usuwania jest funkcją ph decydującego o formie ich występowania w wodzie podczas napowietrzania z wody  usuwana jest tylko ta część która występuje w postaci gazowej zaś produkty dysocjacji(HS­- ,S2-, HCO3- ,CO32-)pozostają w wodzie. W związku z tym większą sprawność usuwania CO2 i H2S uzyskuje się przy mniejszych wartościach ph. Podczas napowietrzania usuwane są też CH4 i lotne zw. organiczne. Odkwaszenie wody przez jej napowietrzanie ma duże znaczenie w oczyszczaniu wód podziemnych zawierających zwykle znaczne ilości FeII , w wyniku wypędzania CO2 zwiększa się wartość ph wody  co sprzyja przejściu H2S ®HS- a więc zmniejszeniu gazowej ilości H2S. Zjawisko to nie powoduje wyraźnego obniżenia sprawności usuwania H2S z wody. By usunąć LZO z wody należy bardzo intensywnie napowietrzać. Intensywność odkwaszania wody zależy od jej zasadowości, zasadowość decyduje też o stosowanym sposobie jej napowietrzenia. Odkwaszanie wody powinno być tak przeprowadzone aby woda przesyłana do sieci wodociągowej nie charakteryzowała się agresywnością kwasowęglową a więc musi spełniać warunki stanu równowagi węglowo-wapniowej. Urządzenia do napowietrzania wody to aerator. Aeratory do napowietrzania ciśnieniowego są to zbiorniki ciśnieniowe w których odkwaszana woda kontaktuje się z zassanym powietrzem. Najczęściej do tego celu stosuje się ciśnieniowe mieszacze powietrza z wodą oraz ciśnieniowe zbiorniki napowietrzania. Do mieszaczy musi być doprowadzone sprężone powietrze którego ilość zależy od stężenia FeII w oczyszczonej wodzie ciś. powietrza powinno być o 0,1MPa większe od ciś. H2O powietrze wprowadzane do wody usuwane jest przez automatyczny  ??awsu odpowietrzając stanowiąc element mieszacza ciśnienie robocze w mieszaczach wynosi od 0,6Mpa, prędkość przepływu wody powinna wynosić 0,05-0,06 m/s a zalecany czas kontaktu wody z powietrzem wewnątrz aeratora jest równy 30-180 sek.

Usuwanie Fe z wody
Polega na utlenieniu jonów FeII do FeIII i usuwaniu wytrąconych zw. Fe(OH)3 z oczyszczonej wody w procesie sedymentacji i filtracji. Proces hydrolizy nieorganicznych zw. Fe i utlenieniu z II do III przebiega łatwiej niż hydroliza zw. Manganu. Jeżeli Fe występuje jako Fe(HCO3)2 to stosuje się układ uzdatniania wody: napowietrzanie® sedymentacja (przy znanych ilościach Fe(OH)3 ®odżelazienie (filtracja pośpieszna) ®dezynfekcja. Jeżeli Fe obecne jest również w postaci Fe SO4 do układu powinien być włączony alkalizacji zapewniający neutralizację H2SO4 powstającego podczas hydrolizyFeSO ilość alkaliów jest odwrotnie proporcjonalna do zasadowości uzdatnionej wody W przypadku kiedy nie występuje w wodzie w połączeniu z zw. organicznymi  napowietrzanie bądź chemiczne utlenianie, sedymentacja i filtracja są nie skuteczne. Do usuwania takich form Fe wymagany jest najczęściej proces koagulacji.

Usuwanie manganu z wody
Problem rozpuszczalności związku manganu ni jest do końca poznany jednak wiadomo że zw. trudno rozpuszczalnym jest MnO2 · H2O Istota odmanganowania polega na utlenieniu jonów MnII do MnIV i wytrąceniu ich w postaci MnO2 · H2O Zw. manganu obecne w wodach podziemnych są bardziej trwale i nie ulegają tak łatwo hydrolizie jak sole Fe nawet przy zawartości ³ 10g Mn/m3 Hydroliza przebiega wolno a Mn przy tlenie i stężeniu 10-5 mola Mn/dm3 utlenia się przy ph >9,5 Utlenieniu towarzyszy zmieszenie ph. Stosowanie napowietrzenia wody przy ph < 9,5 nie zapewnia utlenienia manganu pozwala na odkwaszenie wody i wprowadzenie O2 niezbędnego do utlenienia Mn III ®Mn IV. W celu zmniejszenia zawartości ph wymaganej do skutecznego utleniania MnII do MnIV zamiast tlenu można stosować silniejsze utleniacze np. chlor i ozon. Skuteczną metodą odmanganiania wody jest jej filtracja  przez wpracowane złoże filtracyjne (umożliwia usuwanie Mn z wody bez wcześniejszej alkalizacji)którego ziarna pokryte sę dwutlenkiem Mn lub przez złoże z braunsztynu – rudy manganowej.

Oczyszczanie wód powierzchniowych
Proces koagulacji – stosuje się go gdy do układu dostaną się zw. organiczne które z Fe tworzą kompleksy nieusuwalne w zwykłym procesie. Koagulacja (destabilizacja układu koloidalnego) składa się z destabilizacji i flokulacji (proces powstawania kłaczków wtedy jest możliwa sedymentacja), wsuwamy w niej trudno opadające zawiesiny (zawiesina powoduje mętność ), koloidy barwne. Schemat procesu: a® koagulacja ® sedymentacja®filtracja®b®adsorpcja(usuwa zw. rozpuszczone)®c®dezynfekcja (zawsze jest stosowana w układach, robimy ją w zbiorniku wody czystej). Schematy mogą być modyfikowane przez procesy utleniania: A- utlenianie wstępne (dawkujemy na pocz. układu) B- utl. pośrednie C- utl. końcowe(jest to dezynfekcja) metody koagulacji 1. Dodawanie koloidów o znaku przeciwnym do koloidu którego chcemy oczyścić(ładunek możemy obliczyć z zetametru, potencjał należy tak obniżyć by destabilizować koloid) 2.dodanie elektrolitu który zmniejsza potencjał w wodzie 3. Działanie promieniowania gama i beta 4. Ogrzewanie 5. Działanie mechaniczne(np. wytrząsanie) 6. Stosowanie procesów dechydradacji (usuwa warstwę na której jest ładunek) 7. Wymrażanie Koagulacje stosujemy przez dodanie elektrolitu soli zw. soli hydrolizujących- koagulanty. Do koagulantów należą:                        siarczan glinu Al2(SO4)3 · 18 H2O, siarczan glinowo potasowy Al2(SO4)3 · K2SO4 · 24 H2O, siarczan żelazowy Fe2(SO4)3 · 9 H2O, glinian sodowy Na2Al2O4 (tam gdzie nie ma tlenków i temp. jest niska), chlorek żelazowy FeCl3· 6 H2O, Mechanizm koagulacji na przykładzie siarczanu glinu: Al2(SO4)3®dysocjacja 2 Al.+3 + 3SO4-2 , hydroliza I stopnia 2 Al.+3+2H2O«2Al.(OH)2+ + 2H+ , II stopień hydrolizy 2Al.(OH)2++2H2O « 2Al(OH)2+ +2H+ · 9 H2O, III stopień hydrolizy 2Al(OH)2++ 2 H2O«2Al(OH)3 + 2H+ , suma Al2(SO4)3 +  6 H2O«2Al(OH)3 + 6H+ + 3SO4-2 , ph= 3-7,5 koloid z wody ma znak - , ph=8,2-9,0 koloid ma znak + , każdy koagulant ma optymalny zakres do którego należy dążyć. Ustalanie wielkości dawki koagulantu Są empiryczne formuły na których możemy oszacować wielkości dawki np. dawka która musi być przetestowana czy jesteśmy przy ph 1 czy ph 2
D=
ÖMętności [g/m3], D=(6-8) Öbarwy , należy później robić test bankowy ( odpowiednio dajemy , mieszamy , tworzą się floki),mieszanie  szybkie by szybko shomogenizować ok3 min , 20-30min wolne mieszanie i wtedy tworzą się floki. Mamy mieszadła z osią pionową  poziomą , turbinowe, płytowe ramowe śrubowe . generalnie rodzaj urządzenia zależy od ilości floków

Filtracja - jest procesem zapewniającym usuwanie z oczyszczonej cieczy cząstek o średnicy >0,1mm. Ze względu na warunki pracy oraz rodzaj złóż filtracyjnych, filtry możemy podzieli na: 1grawitacyjne i ciśnieniowe, 2 powolne i pośpieszne, 3 jedno i wielowarstwowe,              4 otwarte i zamknięte, 5 ze złożem niskim i wysokim. Podczas filtracji woda przepływa w określonym kierunku i z odpowiednią prędkością przez złoże filtracyjne, które stanowi materiał porowaty. Określenie rzeczywistej prędkości przepływu oraz długości drogi jest niemożliwe. W praktyce przyjmuje się uproszczoną wartość V filtracji równą ilorazowi objętości przepływającej wody w czasie do całkowitego przekroju złoża filtracyjnego, za długość drogi przyjmuje się wysokość złoża.
Najczęściej stosowanymi materiałami filtracyjnymi są: piasek kwarcowy, węgiel antracytowy i granulowany, węgiel aktywny. Ponadto stosowane są materiały spiekane np. keramzyt, materiały kruszone jak granit tworzywa sztuczne o gęstości mniejszej od gęstości wody.
Wielkość ziaren materiału filtracyjnego, ich kształt i wzajemne rozmieszczenie decydują o geometrii złoża filtracyjnego i jego właściwościach hydraulicznych. Przydatność materiału filtracyjnego do filtracji ocenia się na podstawie średnicy czynnej i współ. równomierności złoża WR = d60/d10. d10- to średnica czynna złoża filtracyjnego to taka śred, która wraz z ziarnami mniejszymi stanowi 10% wagi materiału filtracyjnego. d60- śred która wraz z mniejszymi stanowi 60% wagi materiału filtracyjnego.
Porowatość jest bardzo ważnym parametrem złoża filtracyjnego bowiem określa on pojemność złoża, w której zatrzymywane są cząsteczki fazy stałej podczas filtracji. Im większa jest porowatość złoża tym więcej cząstek stałych może być w nim zatrzymywana i tym dłuższy jest cykl filtracji. Porowatość= objętość między ziarnowa złoża / całkowita obj złoża.
Płukanie wodą i powietrzem filtrów – przeciwprądowo przepuszczamy wodę oczyszczoną  powietrze. Zbyt mała ilość wody prowadzi do zapowietrzenia złoża. Do technologii oczyszczania złoża zużywa się ok 10% wody wyprodukowanej.

Przekrój filtra- korytko do którego dopływa woda, warstwa filtrowa, warstwa podtrzymująca filtr, płyta drenażowa, grzybki, szczeliny przepływu wody. Równomierność obciążenia złoża bardzo ważna wszędzie powinna być taka sama ilość wody. 


Rurociąg: ważny wtrysk reagentu i mieszanie; czas mieszania zależy od długości rurociągu (jak krótki to szybkie)
Mieszadła o osi pionowej i poziomej; metoda hydrauliczna – szybkie mieszanie (mieszanie wirowe)
Flokulacja komory wolnego mieszania  - mechaniczne mieszanie o osi pionowej
Koagulacja – jest to metoda oczyszczania wód zawierających koloidy oraz zawiesiny trudno opadające. W wyniku koagulacji usuwane są z wody cząstki trudno opadające oraz koloidalne decydujące o mętności wody lub intensywności jej barwy. Wśród  koloidów powodujących mętność dominują koloidy hydrofobowe (cząstki zawiesin nieorganicznych i bezwodne tlenki metali), zaś wśród  decydujących o intensywności barwy koloidy hydrofilowe (cząstki organiczne  zawieszone, żywe i martwe mikroorganizmy oraz uwodnione tlenki metali). Powierzchniowy ładunek elektryczny usuwanych z wody koloidów jest wynikiem sorpcji na ich powierzchni kationów i anionów obecnych w wodzie lub dysocjacji grup funkcyjnych obecnych w koloidach. W praktyce koagulacje prowadzi się koagulantami których produkty hydrolizy powodują koagulację elektrolitem oraz koagulację koloidem o znaku przeciwnym. Koagulacja zachodzi w dwóch fazach: w pierwszej, występującej bezpośrednio po dodaniu koagulantu, a trwającej sekundy, przebiegają reakcje chemiczne i fizyczne prowadzące do destabilizacji cząstek koloidalnych; podczas drugiej fazy, trwającej znacznie dłużej, zwanej flokulacją, w wyniku transportu i zderzeń cząstek zdestabilizowanych powstają kłaczki, które mogą być usunięte w wyniku flotacji i filtracji. Koagulacja zaczyna się wówczas gdy potencjał elektrokinetyczny jest mniejszy od tzw. potencjału krytycznego, którego wartość dla wielu koloidów wynosi +/- 30 mV; jest to koagulacja powolna, której szybkość zwiększa się wraz z ilością dodanego elektrolitu; przy stężeniu elektrolitu powodującym zmniejszenie potencjału  elektrokinetycznego do wartości ξ = 0 rozpoczyna się koagulacja szybka. Warunkiem dobrych efektów koagulacji jest zastosowanie optymalnej ilości koagulantu oraz zapewnienie zasadowości wody niezbędnej do hydrolizy dodanego koagulantu hydrolizującego. O wyborze koagulantu decyduje jego przydatność do koagulowania usuwanych koloidów oraz pewność tworzenia trwałych, trudno rozpuszczalnych i podatnych na usuwanie z wody kłaczków. Ważne są również łatwość przygotowania roztworu i jego dawkowania, trwałość chemiczna roztworów koagulantu, dostępność na rynku oraz ich cena. Na stopień hydrolizy, która jest reakcją odwracalną, wpływa stężenie jonów wodorowych. Zwiększenie stężenia jonów wodorowych hamuje hydrolizę soli glinu i żelaza.
Jakość wód przeznaczonych do spożycia: wymagania mikrobiologiczne (brak bakterii escherichia coli, termotolerancyjnych, typu kałowego, coli i paciorkowców typu kałowego, klostridii redukujących siarczyny); wymagania fizykochemiczne (wskaźniki chemiczne: barwa, mętność, przewodność, smak, zapach; grupy substancji nieorganicznych: amoniak, azotyny, azotany, fluorki, Mg, Zn, Fe; substancje organiczne: benzopiren, WWA, utlenialność; uboczne produkty dezynfekcji: bromiany, chloraminy, chlorany; radionuklidy)
Koagulacja solami (zasadowość musi być jeśli nie to + wapno). Środki wspomagające koagulację ich celem jest zmniejszenie dawki koagulantu i przyspieszenie procesu.
Osadniki – sedymentacja, następny proces po koagulacji; o przepływie poziomym lub pionowym
Klarownik – osadnik połączony z komorą flokulacji
Sedymentacja – jest jednym z podstawowych procesów wykorzystywanych w oczyszczaniu wody (do usuwania cząstek o gęstości większej od gęstości wody – cząstek opadających). Opadanie cząstek w wodzie jest zjawiskiem złożonym i zależy od ich stężenia, wymiaru, kształtu, gęstości, temperatury, prędkości i kierunku przepływu wody. W zależności od charakteru i ilości zawiesin wyróżnia się opadanie cząstek ziarnistych, kłaczkowatych.
Osadniki – to urządzenia, w których zachodzi proces usuwania zawiesin z oczyszczonej wody, służą więc do zatrzymywania zawiesin łatwo opadających, naturalnych lub wytworzonych w procesie koagulacji i chemicznego strącania związków trudno rozpuszczalnych. Stosowane w celu oczyszczenia wód podziemnych i powierzchniowych. Ich miejsce w układzie urządzeń zależy od kolejności procesów oczyszczania wody (na początku układu lub po urządzeniach powodujących powstanie zawiesiny). Ze względu na kierunek przepływu wody, osadniki dzielą się na: pionowe, poziome, poziomo – pionowe. Specjalną odmianą osadników są osadniki zespolone z komorą reakcji w której zachodzi flokulacja i sedymentacja. Przyspieszenie koagulacji otrzymuje się poprzez kontakt z kłaczkami osadu zawieszonego. Osadniki o przepływie poziomym: unoszenie cząstek stałych zależy od prędkości przepływu wody w osadniku i prędkości opadania. Osadniki o przepływie pionowym: do małych ilości wody. Osadniki o przepływie poziomo – pionowym: przebudowane stare osadniki poziome + przegródki. Osadniki odśrodkowe: woda przepływa poziomo, promieniście, do dużych ilości wody. Osadniki wielostrumieniowe: sedymentacja wielostrumieniowa w modułach sedymentacyjnych. Osadniki kontaktowe z osadem zawieszonym: oczyszczanie wody poprzez koagulacje (klarowniki), przepływ koagulowanej wody przez warstwę osadu zawieszonego zawierającego kłaczki koagulantu, koloidy, zmiękczają wodę.

Metodą strąceniową, uzdatnionej do celów energetycznych. Osadnik z warstą osadu zawieszonego w wielu ukl oczyszczanej wody zastąpił konwencjonalne urządzenia do koagulacji objętościowej tj. komory szybkiego i wolnego mieszania i osadniki. Proces koagulacji w osadzie zawieszonym wymaga mniejszej destabilizacji ukl koloidalnych niż koagulacja obj., stad przy stosowani osadników z osadem zwieszonym uzyskuje się mniejsze dawki koagulantów w porównani z osadem zawieszonym wymaganiami do koagulacji realizowane w komorach szybkiego i wolnego mieszania.
Osad zawieszony pełni główną rolę technologiczną w tych urządzeniach ma, znaczna powierzchnie właściwa do 290 m2/g i pojemność sorpcyjną, która w pełni morzy by wykorzystana podczas przepływu wody w przeciwprądzie z kłaczkami. Osad działając kontaktowo przyśpiesza proces koagulacji i tworzenie dużych aglomeracji kłaczków zatrzymuje drobne zawiesiny i mikro kłaczki. Łączy więc w sobie mechanizmy decydujące o koagulacji i sedymentacji.
Konstrukcje osadników kontaktowych z osadem zawieszonym są różne i dotyczą głównie przepływu wody przez warstwę osadu zawieszonego. Z uwagi  na powyższe osadniki można podzieli na: o stałym przepływie przez warstwę osadu zawieszonego , o pulsacyjnym przepływie, bez przepływu wody prze warstwę osadu zawieszonego lecz z zawracaniem strąconego osadu i mieszaniem go z dopływającą wodą    

Liczba Krampa– wyliczamy gradient mieszania, funkcja szybkości mieszania, zapotrzebowanie mocy.
Zawiesina po koagulacyjna + zawiesina z wody surowej – zaprojektować ilość mieszaniny przyjmując odpowiednie obciążenie hydrauliczne, -przepływ + obciążenie = powierzchnia.
Czas sedymentacji, retencji możemy wyliczy głębokość, ilość zawiesiny 20g/m3 sprawność sedymentacji 80-85%
Dane na filtr: filtry piaskowe należy określi rodzaj o charakter zawiesin przepływ delikatny aby nie nastąpiło rozbicie zawiesiny,
Parametry warstwy piasku- współ. równomierności WR= d60/d10, d10- średnica miarodajna która wraz z mniejszymi stanowi 10% wagowych. Jeżeli współ WR=1 to średnice takie same, im współ większy stosunek mniejszy i odwrotnie, im stosunek mniejszy tym lepiej.
Uziarnienie inne a stężenie taki same na górze duże a na dole małe – przepływ od góry do dołu niskie parametry WR
Porowatość warstwy – pusta przestrzeń

Filtry dla różnych zawiesin:
 1-powolne zatrzymywanie zawiesin i filtracja procesy biologiczne – biodegradacja (woda surowa), duży wpół WR= 1,8-3, d10= 0,25-0,35mm, wysokość złoża 1,7-2 m, prędkość filtracji 0,1-0,2
2-pośpieszny stosowany do koagulacji WR= 1,25-1,75, d10= 0,35 0,5mm, wysokość złoża 0,5-0,9m
3- filtr p koagulacji płukany wodą i powietrzem WR= 1,25-1,75, d10=0,5-0,75mm, wys. złoża 0,5-1m
4- pośpieszny do usuwania zanieczyszczeń z wody podziemnej WR= 1,25-1,75, d10= 0,75-1mm, wys. złoża 1-1,5 m
5- wielowarstwowe można stosowa większe prędkości przepływu  WR= 1,25-1,75, wys. złoża antracyt 1/3 piasku 0,6-1 mm, wysokość warstwy piasku d10 antracyt 1-2 mm
6- pośpieszny wielowarstwowy węgiel/piasek WR= 1,25-1,75, d10 do piasku 0,6-1mm, d10 do węgla aktywnego 2-4mm
7- filtr kontaktowy –proces fluktuacji prowadzimy sedymentacje, koagulacje wszystkie procesy. 

Żeby  zaszła hydroliza  to musi być odpowiedni skład wody oraz odpowiednia zasadowość-węglany i węglowodory sodu. Reakcje istotne dla chlorków i siarczanów:
Al2(SO4)3 + 3Ca(HCO3)2 <=> 2Al(OH)3 +3CaSO4+ 6CO2
Fe2(SO4)3 +  to samo          <=> 2Fe (OH)3+ to samo
FeCl3 +           to samo          <=>2 Fe(OH)3 + CaCl2 + 6CO2
Rośnie zasolenie i powstaje CO2 , który powoduje korozję ,ale możemy dodać wapno –sedymentacja, filtracja.. Ważne jest aby było trochę mętności –zarodki do tworzenia się kwasów. Usuwamy procesie sedymentacji , nie ma 100% sprawności.
Stosując warstwę węgla:
Cykl filtracji nie krótszy niż 1 dzień, Dla stacji podziemnej nie stosujemy nie stosujemy odzysku wody .

Kolejny proces oczyszczania wody – adsorpcja.
Koagulacja,flokulacja, sedymentacja , filtrcja<=>adsorpcja
Cząstki rozpuszczone o charakterze hydrofobowym migrują do granicy rozdziału faz (wyłapanie [przez powierzchnie zanieczyszczeń zanieczyszczeń i  usunięcie ich), stosujemy absorbenty – materiały ziarniste o dużej powierzchni właściwej np.:
- węgiel aktywny (otrzymywany z surowców wyjściowych)
- mat.żele kwasu krzemowego
- sita molekularne
Adsorbery – sub. O dużej powierzchni właściwej,  o dużym stopniu  rozdrobnienia. Granulowany węgiel aktywny  możemy regenerować –wodą płuczącą. Transport do systemu regeneracji ..Parametry procesu adsorpcji są takie  same jak w filtracji. Na obszarze (stacji) oczyszczalni wody nie buduje się systemów regeneracji.
1 regeneracja 10% ubytek po 10 mamy 100% nowe węgle aktywne .
*granulowane –pyliste
Adsorpcja węglem aktywnym jako środek do filtracji .

]Procesy utlenianiania  zanieczyszczeń:
Wstępne utlenianie - na początku układu  zadaniem jest wyeliminowanie  mikroorganizmów które  są wodzie surowej a mają tworzyć osady biologiczne .Możemy otrzymać uboczne produkty  utleniania nie zawsze korzystne – kancerogenne i mutagenne
Humus + Cl2 = THM
Nie najlepsze , ale najtańsze , najsilniejsze
Związki fulwowe są w nieznacznej ilości humusów –łatwo usuwane w koagulacji .
Współczynnik dyfuzji :
D =k t/z pi g d
Wstępne utlenianie może polepszyć usuwanie tłuszczy .Utlenianie przed procesem adsorpcji tylko O3.
- rozbijanie większych cząstek  na mniejsze i szybciej migruje przyspieszony proces ,
- stworzenie warunków tlenowych w układzie – w komorze węgla  aktywnego .
- cząstki przygotowane do lepszego absorbowania ,
- zjawiska samoistnej regeneracji węgla aktywnego ,
- stworzone lepsze możliwości do biologicznej regeneracji ,

Końcowe utlenianie – dezynfekcja – ostateczne utlenianie
Wyeliminowanie bakteriologii- nie powinno być większej niż 2 gC/m3 ilość Cakt – owo – substancje organiczne
bromki – ozonowanie- bromiany powstają które są niedobre 
Mechanizmy zniszczenia bakterii:- niszczenie błony bakteryjnej i wyeliminowanie ich. Ozonu nie można stosować w końcowe utlenianie bo na działanie punktowe , dlatego dezynfektem CL,CLO2
Utlenianie i dezynfekty stosowane: - chlor, -ozon, -nad wymywaniem potasu,- CLO2 , podchloryn sodu 
CLO2 , =>możemy wytwożyć =>chlorynę i chlorany –redukcja O2 powstaje chloryna 50% i chlorany 50% dlatego OWO =  2 gC/m3 bo nie może być więcej niż OH. Postępowanie przy doborze utleniaczy O3THM –utl. , osad => koagulacja =>flolacje=> sedymentacja=> filtracja=> adsorpcja
Naturalne procesy oczyszczanie filtry powolne . Wraca się do nich. Potencjał uzależnień od zmiany entalpi swobodne Δ6˚=-nFE˚ =-R T lnK  n- liczba ele przenoszonych, F- stała Faradaja, R- stała gazowa, Układ reakcji utl.stosowane : chlor, tlen, nadmanganian potasu
Cl  + 2e-   =>2Cl-       E1o =1,36V,   2Fe2+ +6H2O=>2Fe(OH)3  + 6H+ + 2eE2o =-1,01V
Sumaryczne reakcje
2Fe2+ +Cl+ 6H2O=>Fe(OH)3   + 2Cl- + 6H+
MnO4- + 4H+ +3e- =>MnO2 +2 H2O      E=1,69
3Fe2+ +9H2O=>3Fe(OH)3 +9H+ + 3e-     E=-1,01
3Fe2+ + MnO4- +7H2O=>3Fe(OH)3 +MnO2 +5H++ tlen  E=0,67V

O2 +4H- +4e- =>2 H2O   E=1,23V
4Fe2+ +12H2O=>4Fe(OH)3 +12H+ + 4e-   E= -1,01V
4Fe2+ + O2 +10H2O=>4Fe(OH)3 +8H+     E=0,22

Wyznaczamy stałą równowagi
k=expּ(Δ6ּ103 / RT)
k=expּ(67,41ּ103 /8,29ּ288)=1,93 ּ 1012 dla chloru

Dla nadmanganianu potasu
k=expּ(153,56ּ103 /8,29ּ288)=1,619 ּ 1035
dla tlenu
k=expּ(84,75ּ103 /8,29ּ288)=2,605 ּ 1015


Brak komentarzy:

Prześlij komentarz