1. Reagenty stosowane w koagulacji
- koagulanty podstawowe najczęściej sole żelaza i glinu
- flokulanty: mają na celu usprawnienie II etapu koagulacji klasycznej pomagają także w innych. Wyróżniamy takie flokulanty jak: *krzemionka aktywna wytwarzana jest na miejscu* sproszkowany CaCO3* polielektrolity są to syntetyczne środki wyróżniamy tutaj: kationowe, anionowe, niejonowe. Dawka flokulantów Df =0,1÷1% dawki podstawowej. Korzyści stosowania flokulantów to zmniejszenie dawki podstawowej, a także powstaje mniej osadów.
-utleniacze Cl2, O3, KMnO4, stosowane są gdy stosujemy samą koagulację siarczanem żelaza II, oraz gdy woda ma duże zawartości związków organicznych (wody podziemne , które zawierają dużo związków humusowych)
-obciążniki są to pyliste materiały, stanowią zarodki do tworzenia kłaczków. Stosowane gdy jest niska temperatura wody po to aby tworzyły się kłaczki ponieważ w niskich temp. koagulacja zachodzi trudniej.
-wapno stosowane jest do *do korekty odczynu pH *jako koagulant *do podniesienie zasadowości *do wiązania agresywnego dwutlenku węgla *do obezwładniania mikroorganizmów.
-pylisty węgiel aktywny PAC dzięki niemy zachodzi prócz koagulacji także proces sorpcji. Stosowana ilość od 5 do 20 mg/dm3
2. Czynniki wpływające na koagulację
- skład fizyk-chem. uzdatnionej wody (barwa, mętność, utlenialność)
- odczyn pH,
- zasadowość wody
- temperatura
- sposoby prowadzenia koagulacji: czas intensywności mieszania, liczba Campa (W), a także gradient (czyli przyrost prędkości do wysokości) gdy jest wolne mieszanie.
3. Zanieczyszczenia usuwane w koagulacji
- barwa
- mętność
- inne: * metale ciężkie * radionuklidy: pierwiastki promieniotwórcze stosowana tutaj powinna być koagulacja wapnem * pestycydy skuteczność ich usuwania zależy od rodzaju i charakterystyki hydrofobowej, lepsza jest niż hydrofilowa * detergenty dodanie węgla aktywnego zwiększa efekty usuwania. *WWA -wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne* mikroorganizmy.* związki humusowe *związki Fenolowe.
Produktami odpadowymi po procesie koagulacji są osady pokoagulacyjne. Gospodarka tymi osadami: możliwy jest odzysk koagulanta w 50%, wspólne zagospodarowanie z innymi osadami, stosowane do produkcji cementu, poprzez wypalanie stosowane do produkcji cegły, jeżeli zawiera arsen to stosowany jest do produkcji stali wysoko gatunkowej, mogą być także stosowane do walki z eutrofizacją (powodują strącanie fosforanów).
4. Koagulacja wapnem
służy do korekty odczynu pH, do podniesienia zasadowości, zabija mikroorganizmy.
Koagulacja wapnem może być prowadzona:
-małymi dawkami: do odczynu pH 10.,5
Ca(OH)2 + CO2-> CaCO3 + H2O
Dalsze porcje wapnia reaguja z zasadowością wody i twardością węglanową
Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 2CaCO3 + 2H2O
Koagulacja małymi dawkami nie jest najlepsza
-:Duzymi dawkami: do pH 11-11,5
Mg(HCO3)2 + Ca(OH)2 MgCO3 + CaCO3 ↓+ 2H2O
MgCO3 + Ca(OH)2 Mg(OH)2 ↓+ CaCO3
Koagulacja wapnem usuwa:zw. Organiczne, pestycydy,detergenty,substancje humusowe,węglowodory, WWA, metale ciężkie
Me+n + nOH- Me(OH)n
5. Izoterma Langmuire'a
Założenia: - powierzchnia adsorbenta jest jednorodna (ciało stałe), - na powierzchni adsorbenta jest ściśle określona liczba miejsc aktywnych, - na jedno miejsce aktywne może być zaadsorbowana tylko jedna cząstka, - cząstki zaadsorbowane nie przemieszczają się i nie oddziałują na siebie. Równanie Langmuire'a: x/m = (xm · b · C ) / (1 + b · C ) gdzie C - stężenie równowagowe, b, xm - stałe izotermy, x - ilość substancji zaadsorbowanej mg, m - masa adsorbentu. Stosujemy tą izoterme dla adsorpcji chemicznej
6. Izoterma Freundlicha
Równanie wykładnicze: x/m = K · C1/n lub (x/m)n = K · C gdzie C - stężenie równowagowe, x - ilość substancji zaadsorbowanej mg, m - masa adsorbentu, K, n - stałe izotermy. Równanie Freundlicha po logarytmowaniu przyjmuje postać log x/m = log K + 1/n · log C
7. Chlorowaniem do punktu przełamania.
-tworzenie monochloramin, pH>8,5
NH4+ + HOCl→NH2Cl+ H2O + H+
-pH=5÷8,5 -mono i dwuchloramina
NH4+ + 2HOCl→NHCl2+2H2O+H+
-tworzenie dwuchloramin i trójchloroazotu, pH=3÷5
- tworzenie trójchloroazotu: pH<3
NH4+ + 3HOCl→NCl3+3H2O+H+
Warunkiem trwałości tych chloroamin jest obecność azotu równowagowego. W punkcie przełamania następuje rozkład chloroamin, zachodzi to przy stosunku 7,1 :1, w rzeczywistości potrzeba więcej np. 8,1 : 1 lub 10,1 : 1
Rozkład chloramin:
2NH2Cl+3Cl2+H2O→N2O↑+N2↑+10HCl
W praktyce jest to proces trudny do przeprowadzenia ze względu na :
- występowanie pH 6÷8 , jeżeli jest inne to krzywa ta jest rozmazana
- ilość związków organicznych nie może być wysoka
- powstający HCl powoduje zakwaszenie wody i środowiska
Czas przetrzymania w komorze = 30 min. Dawkowanym środkiem alkalizującym jest NaOH. Chlor wprowadzany jest do komory wielopunktowo.
Zalety:
- proces niezależny od temperatury
- duża skuteczność (99%)
Wady:
- do usuwania małych ilości azotu amonowego
- trudno uchwycić punkt przełamania
- trudno ustalić dawkę aby uchwycić punkt przełamania
- po procesie musimy przeprowadzić dechlorację
8. Utlenianie chlorem na węglu aktywnym
Filtr z węglem aktywnym poddaje się procesowi wpracowania polega na tym że przez około 20 godzin przez węgiel przepuszcza się wodę chlorową HOCl , podczas wpracowania na powierzchni węgla powstaje CO* . Na tak wpracowane złoże wprowadza się wodę w której wytworzono chloroaminy , i automatycznie na takim złożu następuje rozkład chloroamin
I faza
2NH2Cl + CO* → N2 + 2H++ 2Cl-+H2O + C*
II faza kierujemy na złoże wodę z chloraminami (rozkład chloramin)
2NHCl2 + H2O + C* → N2 + 4H+ + 4Cl- + CO*
Zalety:
- nie musimy dawkowac dużej ilości chloru
- jeżeli damy za dużo chloru to zajdzie dechloracja
9. Utlenianie chlorem na złozu klinoptylonitowym
Wodę w której wytworzono chloroaminy wprowadza się na złoże klinoptylolitowe. Warunkiem trwałości chloroamin jest obecność pewnej ilości azotu amonowego, tzw. azotu równowagowego, w przypadku braku azotu amonowego chloroaminy są nietrwałe i ulegają rozkładowi. Po wprowadzeniu roztworu na złoże w drodze wymiany jonowej usuwany jest jon amonowy, a do roztworu przechodzą jony sodowe, które powodują podniesienie odczynu pH. Wobec braku jonów amonowych i w alkalicznym środowisku chloroaminy są nietrwałe i ulegają rozkładowi według reakcji
2NCl2 + 6OH- →N2↑ + Cl- + 3OCl- +3H2O
NHCl2 →N2 + HCl + Cl2
NH2Cl + NHCl2 → N2 + 3HCl
Zalety:
- małe ilości chloru stosunek 5:1
Wady:
- trzeba regenerować klinoptylonit solanką
- trzeba dechlorować, bo klinoptylolit nie dechloruje wody
10. Utlenianie ozonem azotu amonowego
O3 jest silnym utleniaczem najpierw powoduje utlenienie do azotanów a potem do azotu amonowego
pH<9,0 - bezpośrednia reakcja
pH>9,0 - ozon ulega przemianom i powstają rodniki OH*
stosowane dawki ozonu
Stosunek wagowy O3:N-NH4+ - 5:1 - jest to dawka orientacyjna
11. Liczba fenolowa:
przygotowujemy 5 cylindrów, do każdego odważamy i wsypujemy wzrastające dawki węgla aktywnego. Węgiel płuczemy w wodzie. Do każdego z cylindrów wlewamy po litrze roztworu fenolu o stężeniu 100 mg/,dm3• Ćwiczenie przeprowadzamy wytrząsając każdą z próbek po 30 minut. Następnie próbki mają odstać się przez około 30 minut. W przygotowanych roztworach badamy stężenie fenolu. W próbce, w której stężenie fenolu wyniesie 10 mg/dm3, ilość użytego węgla aktywnego odpowiada liczbie fenolowej.
12. Liczba miligamowa:
Zrobić wg normy wzorcowy roztwór ma1asy, wlać roztwór do kolb po 200 mI do każdej kolby. Następnie dodajemy wzrastające dawki węgla aktywnego. Czekamy do ustalenia się równowagi adsorpcyjnej, po tym czasie wyznaczamy stężenie równowagowe. Tam, gdzie próbka się odbarwi spełniona została liczba miligramowa.
13. Liczba metylenowa:
do kolejnych zlewek odważamy po 0,2 g węgla aktywnego, dodajemy wzrastającą ilość 0,15% roztworu błękitu metylenowego. Tam, gdzie błękit metylenowy się odbarwi, to dana ilość błękitu będzie świadczyła o spełnieniu warunku liczby metylenowej.
14. Biologiczne metody usuwania związków azotowych.
1. wysokie obciążenie ładunkiem osadu czynnego (jest to drugi stopień oczyszczania)
2. w stawach stabilizacyjnych (tlenowe, beztlenowe, fakultatywne, hodowlane)
3. proces nitryfikacji i denitryfikacji lub samej denitryfikacji prowadzonej w warunkach sztucznych
NITRYFIKACJA - jest to biochemiczne utlenienie azotu amonowego, wyróżniamy 2 fazy:
1 faza NH4 + 3/2O2 ->NO2- + H2O+2H++E reakcję tą przeprowadzają bakterie nitrosomonas
2 faza NO2- +0,5 O2 > NO3- + Energia reakcję tą przeprowadzają bakterie nitrobacter
utlenianie amoniaku do azotanów, źródłem węgla jest CO2, bakterie tlenowe, autotroficzne, samożywne.Zużycie tlenu 4,57 mg.O2 w rzeczywistości zużycie tlenu jest mniejsze, nawet wielogodzinny brak tlenu nie jest zabójczy dla nitryfikantów, pH 7,8+8,9, temp 28-32C, temp 4-5C proces zahamowany.
DENITRYFIKACJA jest to szereg przemian biochemicznych w których jako utleniacz związków biochemicznych wykorzystuje się azotany. Prowadzą je takie bakterie jak Alcaligenes, Aerobacter są to heterotrofy, fakultatywne anaeroby jeżeli jest tlen w wodzie to go wykorzystują a jeśli go nie ma to wykorzystują tlen z azotanów. Zachodzą tu następujące przemiany
Dysymilacja (+5)NO3 -> (3)NO2--> (2)NO -> (1)N2O -> (1)NOH -> N2 (0) ten proces jest korzystniejszy.
Asymilacyjna (+5)NO3 -> (3)NO2--> (2)NO ->(1)N2O ->(1) NOH-> NH4/NH3(-3)
Tutaj wytwarzany jest amoniak czyli ten proces nie jest korzystny.
Aby denitryfikacja zaszła heterotrofy potrzebują zewnętrznego źródła węgla organicznego, mogą to być ścieki surowe, różnego rodzaju substancje chemiczne (metanol, etanol, glukoza, gliceryna, kwas octowy) w komorze denitryfikacji zawartość tlenu powinna wynosić poniżej 0,5 mgO2/dm3, jeśli chodzi o odczyn to każdy autor podaje inaczej wacha się on w przedziale 6,5 do 9 pH, optymalna temperatura 20-30 C proces zostaje zahamowany poniżej 10 C
Amonifikacja - towarzyszy procesowi denitryfikacji, polega na rozkładzie azotu organicznego przez bakterie heterotroficzne do amoniaku
Norg -org. heterotroficzne> NH3/ NH4+
Amonifikacja zachodzi w warunkach tlenowych i beztlenowych, jest procesem szybszym od nitryfikacji. Czas przetrzymania w komorze jest wystarczający do całkowitej amonifikacji. W procesie tym następuje wzrost zasadowości wody i odczyny pH
15 USUWANIE AZOTANÓW Metody fizyko-chemiczne:
a) Metoda wymiany jonowej
Wybór anionitu zależy od stosunku molowego:
SO42-/NO3- > 1 stosujemy anionit azotanoselektywny(PUROLITE A520E, I mac 555)
SO42-/NO3- =< 1 stosujemy zwykły anionit
Szereg wymienialności dla azotanoselektywnych:
OH-<Cl-< HCO3-<NO3-<SO42-<PO43- Anionity azotanoselektywne charakteryzuja się tym ze w pierwszej kolejności wymieniają jony azotanowe przed siarczanowymi
Cykl pracy anionitu
AnCl- + NO3- →AnNO3 + Cl-
regeneracja 5-10% NaCl
AnNO3 + NaCl → AnCl + NaNO3
zaletami tego procesu jest szybki rozruch i prosta obsługa, wadami są odcieki poregenacyjne.
b) Ekstrakcja jonowymienna:
Ekstrachentem są aminy alifatyczne, nosnik amin perełki z polistyrenu usieciowanego dwumetylobenzenem
c) Redukcja azotanu do azotu wolnego.
Reduktor Fe+ (FeSO4)
Katalizator Cu2+(CuSO4) w dawce 1-5 mgCu2+/dm3
Warunki beztlenowe i anoksyczne
Proces przebieg dobrze - niskie odczyny:
NO3-→N2, NO, N2O
Proces przebieg żle - wysokie odczyny:
NO3-→ NO2, NH4+/NH3
d) Redukcja azotanu przy pomocy polimerów redoksowych.
Polimery redoksowe to substancje mające zdolność do wymieniania elektronów.