MATERIAŁY SŁUŻĄCE
UZDATNIANIU WÓD.

Wykonanie:
Justyna Sikora

PLAN PREZENTACJI



Definicje uzdatniania i oczyszczania.



Podział zanieczyszczeń występujących w
środowisku wodnym.



Wskaźniki jakości wód.



Podział metod uzdatniania wód.



Charakterystyka metod uzdatniania wód.



Podsumowanie.



Literatura.

UZDATNIANIE A OCZYSZCZANIE...



Uzdatnianie

to przywracanie wodzie walorów

pozwalających na jej spożycie, bądź użytkowanie

.

Podstawowym celem uzdatniania wód jest
usunięcie z niej organizmów chorobotwórczych
oraz nadanie wodzie odpowiednich walorów
smakowych.



Oczyszczanie

to przywracanie wodzie (ściekom, wodom

opadowym) takiej jakości, aby mogła być zwrócona
środowisku bez pogorszenia jakości tego środowiska

.

ZANIECZYSZCZENIA, KTÓRE WYSTĘPUJĄ W
ŚRODOWISKU WODNYM DZIELIMY NA TRZY
GRUPY:



Zanieczyszczenia mechaniczne- są to substancje
różnej wielkości i różnym stopniu rozdrobnienia,
nierozpuszczalne;



Zanieczyszczenia chemiczne- występują w postaci
rozpuszczonej w ilości większej, niż pozwalają na to
normy;



Zanieczyszczenia typu bakteriologicznego- są to
bakterie, wirusy czy pierwotniaki zagrażające zdrowiu.

WSKAŹNIKI JAKOŚCI WÓD

Wskaźniki jakości wody służą do określania przydatności

wody do określonych celów. O możliwości użycia wody do
zaspokojenia różnorodnych potrzeb decydują rodzaj i ilość
zawartych w niej substancji. Podstawowymi grupami
wskaźników, stanowiącymi o przydatności wody są:



wskaźniki fizyczne - temperatura, barwa, zapach, mętność,
smak;



wskaźniki chemiczne - odczyn pH, utlenialność, BZT5 -
biochemiczne 5-cio dobowe zużycie tlenu, ChZT - chemiczne
zużycie tlenu, twardość (ogólna, węglanowa, niewęglanowa,
przemijająca), zasadowość oraz zawartości: związków azotu,
chlorków, siarczanów, żelaza, manganu, fluoru, gazów
rozpuszczonych w wodzie, pierwiastków śladowych, substancji
trujących oraz sucha pozostałość i strata po prażeniu,



wskaźniki biologiczne - zawartość bakterii w objętości próbki
wody.

ZABIEGI UZDATNIANIA WÓD

Mechaniczne

Fizykochemiczne

Sedymentacj

a

Odżelazienie

Cedzenie

Filtracja

Koagulacja

Odmanganieni

e

Dezynfekcj

a

CEDZENIE I SEDYMENTACJA



Cedzenie czyli oddzielenie od wody ciał stałych o
znacznych rozmiarach (kraty, sita). Podczas cedzenia
z wody usuwane są zanieczyszczenia o rozmiarach
powyżej 0,2mm.



Sedymentacja czyli oddzielenie od wody zawiesin,
przy wykorzystaniu różnic gęstości ( piaskowniki,
osadniki). W praktyce sedymentacji ulegają cząstki o
rozmiarach od 10

-1

do 10

-4

mm. Cząstki mniejsze,

tworzące zmętnienie wody, aby sedymentować,
muszą najpierw ulec koagulacji i flokulacji.

KOAGULACJA

Koagulacja przebiega w ten sposób, iż do wody

zawierającej ujemnie naładowane cząstki koloidalne

dodaje się substancję chemiczną zwaną koagulantem,

która zawiera koloidy o dodatnim ładunku elektrycznym.

Koagulant jest szybko mieszany z wodą.

W ten sposób następuje neutralizacja ładunków

elektrycznych cząstek koloidalnych, przez co

zlikwidowane zostaje zjawisko wzajemnego ich

odpychania się.

Najczęściej stosowanymi koagulantami są siarczan

glinu (Al

2

(SO

4

)

3

) i siarczan żelaza (Fe

2

(SO

4

)

3

).

FLOKULACJA

Flokulacja to proces, który zachodzi po szybkim

wymieszaniu koagulanta z wodą, w trakcie mieszania

powolnego.

Dochodzi wtedy do fizycznego kontaktu obu zawiesin, w

wyniku czego tworzą się w wodzie kłaczki (flocks)

połączonych cząstek koloidalnych (zbyt szybkie

mieszanie mogłoby doprowadzić do rozbijania

tworzących się kłaczków).

Sedymentują one następnie na dnie mieszalnika.

FILTRACJA

Pierwszym etapem uzdatniania, a raczej przygotowania wody

do właściwego procesu uzdatniania jest jej filtracja wstępna,
określana często jako filtracja mechaniczna, przy
wykorzystaniu filtrów mechanicznych.

Filtracja mechaniczna ma na celu usunięcie z wody wszelkich

zawiesin i ciał stałych; tym samym zabezpiecza dalszą część
instalacji oraz pozostałe urządzenia uzdatniające wodę przed
uszkodzeniami mechanicznymi oraz zamuleniem.

Osiągana dokładność filtracji wynosi do ok. 0,1 µm. Chcąc

wodę odfiltrować dokładniej, niezbędne jest zastosowanie
technik membranowych.

FILTRACJA



W przypadku konieczności
odfiltrowania dużych ilości wody,
stosuje się filtry grawitacyjne.



Filtry grawitacyjne to komory w
kształcie basenu zasypane
materiałem filtracyjnym. Na dnie
filtrów znajduje się system
drenażowy (dysze filtracyjne).

FILTRACJA MECHANICZNA

Filtrację mechaniczną, w zależności od stopnia dokładności,
dzielimy na:



filtrację cząstkową,



mikrofiltrację,



ultrafiltrację,

techniki



nanofiltrację,

membranowe



hiperfiltrację (filtracja wody metodą odwróconej osmozy).

Technologia membran stała się docenianą technologią separacji w

ostatniej dekadzie. Główną zaletą w technologii membran jest fakt,
że działa ona bez dodatków związków chemicznych, z relatywnie
niskim zużyciem energii oraz łatwym i dobrze zorganizowanym
procesem przewodzenia.

FILTRACJA



Zasada działania jest całkiem prosta: membrana
odgrywa role bardzo specyficznego filtra, który
pozwala na przepływanie przez niego wody, podczas
gdy substancja zawieszona i inne substancje zostają
zatrzymana na membranie.



Istnieją rożne metody aby umożliwić substancji
penetracje membrany. Są to, np. zastosowanie
wysokiego ciśnienia, utrzymywanie różnicy stężeń po
obu stronach membrany oraz aplikowanie potencjału
elektrycznego.

  

FILTRACJA



Systemy membran są budowane gęsto, aby umożliwić
usytuowanie dużej powierzchni membran w możliwie
jak najmniejszej objętości.



Istnieją dwa główne typy:



Systemy membran cylindrycznych (tubular-shaped
membranes). Systemy membran cylindryczne są
podzielone na systemy o włóknach cylindrycznych,
kapilarnych i "wydrążonych".



Systemy membran typu "plate & frame" (systemy
membran typu "płyta i rama"). Systemy typu "płyta i
rama" są podzielone na systemy spiralne oraz membrany
w kształcie poduszek.

FILTRACJA MECHANICZNA



Filtracja cząstkowa - polega na usuwaniu
zanieczyszczeń za pomocą filtrów ze złożem
filtracyjnym lub wkładów wymiennych. Dolna granica
filtracji wynosi 1 μm (resztki roślin, glony,
pierwotniaki).



Mikrofiltracja -zakres filtracji wynosi od 0,05 do 1

μm (mikroorganizmy, duże koloidy).



Nanofiltracja - jak wyżej, ale zakres filtracji wynosi
od 0,001 do 0,01 μm(wirusy, związki organiczne, jony
wielowartociowe)



Hiperfiltracja - jest to filtracja wody metodą
odwróconej

osmozy ,zakres wynosi 0,0001 do 0.003 μm (aniony i

kationy jednowartościowe).

ULTRAFILTRACJA

Ultrafiltracja jest techniką nową w
stosunku do pozostałych technik
membranowych. W tym przypadku
filtracja odbywa się na membranach,
które są zbudowane z szeregu
kapilarnych włókien (standardowa
długość 1,5 m, średnica kapilary 0,8
mm). Dokładność filtracji dla membran
ultrafiltracyjnych wynosi 0,05 µm.

ULTRAFILTRACJA

•

Średnica porów membran ultrafiltracyjnych gwarantuje
usuwanie z wody wszelkich koloidów i w 100% wirusów,
bakterii i organicznych związków wielkocząsteczkowych.

•

Woda po ultrafiltracji jest praktycznie zdezynfekowana. Dla
bezpieczeństwa sanitarnego wody uzdatnionej w ten sposób
można poddać dodatkowo dezynfekcji promieniami UV. Przy
zastosowaniu tradycyjnych metod dezynfekcji pozostają w
wodzie produkty rozkładu drobnoustrojów a także
substancje psujące smak wody.

•

Redukcja zawartości żelaza i manganu wymaga (tak jak w
metodach klasycznych) wstępnego natlenienia wody.

•

Metodą ultrafiltracji można produkować wodę pitną z mocno
zanieczyszczonych wód powierzchniowych, a nawet ze
ścieków.

PONIŻEJ
PRZEDSTAWIONO
MOŻLIWOŚCI
FILTRACYJNE
POSZCZEGÓLNYCH
METOD
MEMBRANOWYCH:

FILTRACJA PRZEZ ZŁOŻE PIASKOWE



Złoże filtracyjne to ośrodek, który tworzy

drobnoziarnisty piasek (0,45- 0,55 mm) i podścielony

żwirem (5- 60 mm), pełniącym funkcję złoża

podtrzymującego. Umieszczony jest on w specjalnym

basenie.



Filtry powolne- praca tych filtrów polega zarówno na

działaniu mechanicznym, jak i adsorpcyjnym i

biochemicznym



Filtry pospieszne- praca ich polega wyłącznie na filtracji

mechanicznej i absorpcji.

FILTRACJA PRZEZ ZŁOŻE WĘGLOWE

Węgiel aktywny to efektywny ośrodek filtracyjny i sorpcyjny.

Jest to specjalnie spreparowana substancja (węgiel drzewny,

antracyt, półkoks, węgiel brunatny lub kamienny), który

odznacza się bardzo dużą porowatością.

Ścianki rozległej sieci przestworów tworzą bardzo dużą

powierzchnię czynną: od kilkuset do 2000m

2

na każdy gram

węgla aktywnego. Ta wielka powierzchnia sprzyja sorpcji

znajdujących się w wodzie substancji organicznych.

W systemach filtracyjnych węgiel

aktywny stanowi zwykle jedną ze
składowych. Odznacza się on dużą
skutecznością, jest jednak bardzo drogi.
Dlatego też, tak jak złoże piaskowe musi
być okresowo przemywane, tak węgiel
aktywny musi być poddawany reaktywacji
przez wyprażanie nagromadzonych w nim
substancji organicznych.

ELEKTRODEJONIZACJA

Elektrodejonizacja- proces wykorzystujący tradycyjne

żywice jonitowe, lecz ich regeneracja następuje przy użyciu
prądu elektrycznego. Proces jest ekonomiczny, stabilny i
niezawodny.

ODŻELAZIANIE I ODMANGANIANIE

Technologia usuwania żelaza z wody uzależniona jest od postaci w jakiej

ono występuje i może to być:

    -  koagulacja - żelazo koloidowe,
    -  dekarbonizacja wapnem - żelazo głównie w postaci siarczanu,
    -  wymiana jonowa - mała zawartość żelaza w postaci jonowej,
    -  aeracja - duża zawartość żelaza jonowego.

Typowy układ odżelazienia składa się z aeratora i zwykłego filtra
ciśnieniowego. Zadaniem aeratora jest utlenienie żelaza Fe

+2

do Fe

+3

.

Związki żelaza na trzecim stopniu utleniania są słabo rozpuszczalne w
wodzie i dają się łatwo usunąć na typowym filtrze ciśnieniowym. W
efekcie woda po odżelazianiu posiada zawartość Fe < 0,1 mg/dm

3

.

ODŻELAZIANIE I ODMANGANIANIE

Odmanganianie jest identyczne z procesem

odżelazienia i często obydwa procesy prowadzone są w
jednym urządzeniu.

Jeżeli pH wody jest równe 10, to zarówno odżelazienie,
jak i odmanganianie można przeprowadzić w
jednostopniowej instalacji filtracji i areacji.

Proces utleniania manganu jest znacznie wolniejszym
procesem niż utlenianie żelaza, dlatego bardzo często
obserwuje się w przypadku stosowania instalacji
jednostopniowych, redukcję żelaza do poziomu < 0,2
mg/dm

3

przy nieznacznej lub nieznacznie zmienionej

zawartości manganu.

RYS. KOLUMNA DO OCZYSZCZANIA
WODY METODĄ
STRIPPINGU(ODPĘDZANIA).

DEMINERALIZACJA WODY

Proces demineralizacji polega na usunięciu wszystkich

kationów i anionów soli rozpuszczonych w wodzie –

można tego dokonać za pomocą: destylacji, wymiany

jonowej lub odwróconej osmozy.

Najbardziej rozpowszechnionym i znanym sposobem

demineralizacji wody jest metoda odwróconej osmozy.

Polega ona na podaniu pod wysokim ciśnieniem wody

wstępnie uzdatnionej na półprzepuszczalną

membranę, której zadaniem jest oddzielenie roztworów o

różnych stężeniach.

Cząsteczki czystej wody pod wpływem

wysokiego ciśnienia przechodzą przez

membranę, która tym samym

zatrzymuje wszelkie zanieczyszczenia po

stronie wody surowej. Zanieczyszczenia

te ulegają koncentracji i są usuwane.

Rys.
Mechanizm
odwróconej
osmozy.

W odwróconej
osmozie stosuje się
spiralne
membrany. Można
je sobie wyobrazić
jako kopertę
nawinięta na
perforowaną rurę
służącą do
zbierania
parmeatu, który
przeszedł przez
membranę.
W praktyce
koperta ta jest
zwinięta i
zamontowana w
zbiorniku
ciśnieniowym w
kształcie rury.

DEMINERALIZACJA WODY

Jonitowa demineralizacja wody polega na

przepuszczeniu wody przez kolumnę filtracyjną
wypełnioną masą jonitową silnie kwaśną, a następnie
kolumnę wypełnioną masą jonitową silnie zasadową.

Masa kationitowa usuwa z wody wszystkie kationy,
zastępując je kationem wodorowym:

Ca

2+

+ 2R - H→ Ca(R)

2

+ 2H

+

Mg

2+

+ 2R - H→ Mg(R)

2

+ 2H

+

Na

+

+ R - H→ NaR + H

+

K

+

+ R - H→ KR + H

+

DEMINERALIZACJA WODY

Następnie woda przechodząc przez masę anionitową,

wymienia zawarte w wodzie aniony na jon wodorotlenowy:

HCO

3-

+ R - OH→ R-HCO

3

+ OH

-

SO

4--

+ 2R - OH→ R

2

SO

4

+ 2OH

-

Cl

-

+ R - OH→ RCl + OH

-

NO

3-

+ R - OH→ RNO3 + OH

-

Kationy i aniony osadzają się na masach jonitowych, a

wydzielające się jony wodorowe i wodorotlenowe tworzą
cząsteczkę wody H

+

+ OH

-

H

2

O, dając w efekcie wodę

demineralizowaną.
Po wyczerpaniu zdolności wymiennej żywic jonitowych,
poddaje się je procesowi regeneracji. Żywice kationitowe
regeneruje się kwasem takim jak HCl lub H

2

SO

4

, a żywice

anionitowe przy pomocy ługu sodowego NaOH.

DEZYNFEKCJA

Dezynfekcja to proces likwidacji

organizmów

chorobotwórczych (patogenów). Stanowi
ostatni etap procesu uzdatniania wody.



Chlorowanie



Ozonowanie



Naświetlanie promieniami
ultrafioletowymi

KATALITYCZNE USUWANIE TLENU

Odtlenianie katalityczne polega na usuwaniu z wody

tlenu poprzez jego reakcję z wodorem:

2H

2

+ O

2

= 2H

2

O

Wodór rozpuszczony w wodzie adsorbowany jest na
palladowej masie katalitycznej, przez co łatwo
wchodzi w reakcję z tlenem zawartym w wodzie.

PODSUMOWANIE



Uzdatnianie to przywracanie wodzie walorów
pozwalających na jej spożycie, bądź użytkowanie

.

Podstawowym celem uzdatniania wód jest usunięcie z
niej organizmów chorobotwórczych oraz nadanie
wodzie odpowiednich walorów smakowych.



Budowa ujęć wody i konstrukcja publicznych systemów
wodociągowych wymaga bardzo uważnego wyboru
źródła zaopatrzenia w wodę, ustalenia zakresu oraz
sposobu jej uzdatniania, i wreszcie- zabezpieczenia
wody już uzdatnionej przed ponownym
zanieczyszczeniem.



Podstawowymi procesami wchodzącymi w skład
uzdatniania wody są: filtracja, sedymentacja zawiesin
oraz dezynfekcja.

LITERATURA



Chełmicki W. Woda, zasoby, degradacja, ochrona,
Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2001.



Kowal A.L. Odnowa wody. Podstawy teoretyczne
procesów, Politechnika Wrocławska, Wrocław 1996.



http://www.uzdatnianiewody.com