PORÓWNANIE SKŁADU WÓD
POWIERZCHNIOWYCH I PODZIEMNYCH

PARAMETR WODY

POWIERZCHNIO
WE

PODZIEMN
E

Mineralizacja

+/-

+/-

Gazy
rozpuszczone

-

+

Twardość

+/-

+

CO

2

-

+

Mikrozanieczyszc
zenia

+

-

Mikroorganizmy

+

-

Mętność i barwa

+

-

Zawartość Fe i
Mn

-

+

PROCESY FIZYKOCHEMICZNE I

CHEMICZNE

ZACHODZĄCE W ŚRODOWISKU WODNYM

Najczęściej stosowane
"operacje”,
które wykonuje się aby
oczyścić wodę.
W wyniku ich specjalnego
połączenia, tworzy się układy
oczyszczania wody,
które usuwają szkodliwe
substancje z wody tak aby
można było ją wypić bez
zagrożenia dla życia.

PROCESY OCZYSZCZANIA

WODY

procesy te dzieli się na:

fizyczne, chemiczne,

biologiczne

Sedymentacja

Osadzanie się zawiesin na dnie zbiornika
pod wpływem siły ciężkości;
tworzenie się osadów geologicznych przez
opadanie mas mineralnych, szczątków
organicznych na dno wód lub powierzchnię
lądu (np. pustyń)

Etym. - łac. sedimentum 'osad

Sedymentacja

Opadanie cząstek zawiesiny lub układu
koloidalnego pod wpływem siły ciężkości lub
sił odśrodkowych.

Sedymentacja

• podstawy teoretyczne
procesu

•opadanie cząsteczek w
wodzie
(swobodne, zakłócone,
zawiesin kłaczkowatych)

Sedymentacja

Proces rozdziału ciała stałego od cieczy, kryterium
podziału jest różnica gęstości.

Sedymentacja

Grawitacyjna separacja materii zawieszonej w
wodzie.

W technologii wody proces jednostkowy, którego
zadaniem jest usuwanie zawiesin.

Cel sedymentacji – klarowanie wody

Woda stojąca

unosiny zawiesiny

piaszczyste 1-0,1

mm

pylaste 0,1-0,02
mm
ilaste 0,02-0,002
mm

•

ruch laminarny (uwarstwiony) - Re <

0,3(4)

•

ruch przejściowy - 0,4 < Re < 300 (500)

(1000)

•

ruch burzliwy – Re > 1000

rozkład prędkości w ruchu uwarstwionym
laminarnym

rozkład prędkości w ruchu burzliwym

w

w

c

s

d

v







Re

gęstość ośrodka

lepkość dynamiczna

opadanie cząstek
ziarnistych
opadanie cząstek
kłaczkowatych

opadanie swobodne
opadanie
skupione(zakłócone)

wzajemne oddziaływanie cząstek

ruch przejściowy i burzliwy
– opadanie piasku i żwiru

głównie ruch laminarny

bilans sił działających na sedymentującą

cząstkę

O

W

G

F

F

F









2

2

v

F

F

o







siła oporu

F

G

, F

W

, F

O

siła

wypadkowa

powierzchnia czołowa cząstki

współczynnik oporu

(Re)

f





Re

24





opór ośrodka

o

c

w

c

W

G

F

gV

F

F









)

(





F

g

F

w

F

o

F

o

os

sk

F

Q

v 

krytyczna
prędkość
sedymentacji

w

c

w

c

s

gd

v







)

(

4

3





wzór Stokesa

h

l

V

o

V

p

h

2

V

p

V

o

V

s

kierunek
przepływu

a b

glina = 1,8 -
2,2
kwarc = 2,65
Al (OH)

3

=

1,002
Fe(OH)

3

=

1,009
Mg(OH)

2

=

1,05
CaCO

3

= 1,43

Gęstość
zawiesin w
wodzie -



1,002 <



<

3,50

10

-5

10

-4

10

-3

10

-2

10

-1

1

1
0

10

-6

10

-5

10

-4

10

-3

10

-2

10

-1

strefa

koagulacji

koloidy

piaskowniki

osadniki sztuczne

duże zbiorniki zaporowe

średnica ziaren, cm

prędkość
opadania

cm/s

Prędkość opadania cząsteczek kwarcu w wodzie

rzeczywiste systemy

sedymentacyjne

flokulacja
perikinetyczna –
kolizja, wzrost
rozmiaru
upłynnienie układu –
jeden blok
zagęszczenie – utrata
wody

Prędkość przepływu:

•sedymentacja po koagulacji mętności solami
glinu-1,8-2,0 m/h

•sedymentacja po koagulacji barwy solami glinu-
1,5-1,8 m/h

•sedymentacja po dekarbonizacji wapnem, przy
małej zawartości soli magnezu-2,5-4,6 m/h

•sedymentacja po dekarbonizacji wapnem, przy
dużej zawartości soli magnezu-2,1-3,8 m/h

1002 kg/m

3

<

gęstość cząstek wytrącanych z wody

< 1045 kg/m

3

)

(

1

1

1

2

1

2

t

t

k

n

n







liczby cząstek

Opadanie zawiesiny kłaczkowatej
Teoria Smoluchowskiego

Służą do zatrzymywania zawiesin łatwo-
opadających, naturalnych lub wytworzonych
w procesie koagulacji i chemicznego
strącania związków trudno rozpuszczalnych.

Osadniki

Miarą skuteczności działania osadników
jest zawartość zawiesin w wodzie po
sedymentacji i zależy od rodzaju cząstek
oraz czasu sedymentacji.

wstępne dla zawiesin łatwo opadających
wtórne po koagulacji i chemicznym
strącaniu

Wprowadzona woda pozostaje w
osadniku
(osadniki wstępne) w spokoju i
przepływa bardzo powoli, a zawiesiny
opadają na dno.

Osadniki poziome

usuwają do 70% zawiesin.
szybkość przepływu V=2-7 mm/s
czas przebywania t=2-3 a nawet 6
godzin

V

o

V

p

Q

h

l

H

H = t

p

 V

o

l = t

p

 V

p

V

o

= Q/F

F = Q/

V

o

V

o

< 0,6 m/s

Osadniki bywają o działaniu okresowym
lub ciągłym, ze stałym przepływem wody:
poziomym, pionowym i

mieszanym.

OS

p

F

Q

V 

os

p

sk

F

Q

V

V





Osadniki pionowe

Prędkość przepływu wody w rurze centralnej –

20 - 25 mm/s.

Prędkość wznoszenia się wody wew. osadnika

0,5 - 0,75 mm/s.

C

zas przebywania wody w osadniku jest ok.

2 godz.

wydajność

usuwania zawiesin

70 - 90%.

Nadają się szczególnie do wód o dość szybko opadających
zawiesinach (np. po koagulacji).

dopływ

odpływ

odpływ

usuwanie

osadu

st

re

fa

se

d

ym

en

ta

cj

i

strefa

osadu

V

s

V

p

osadnik

radialny

Osadniki

odśrodkowe

Kierunek ruchu wody jest zbliżony do poziomego, a
cylindryczny kształt czyni go podobnym do osadnika
pionowego. Zmienna prędkość przepływu.

dopływ

odpływ

odpływ

usuwanie

osadu

st

re

fa

se

d

ym

en

ta

cj

i

strefa
osadu

Wydzielanie
piasku, iłów i
innych cząstek w
przygotowaniu
wody do
celów chłodniczych
i technologicznych
Wydzielanie CaCO

3

po karbonizacji
wody pitnej
Wydzielanie
cząstek stałych z
suspensji
technologicznych w
obiegach
zamkniętych

OSADNIKI LAMELOWE
(WIELOSTRUMIENIOWE)

zawiesina

ciecz

sklarowana

szlam

Flotacja

Flotacja - metoda rozdziału
rozdrobnionych substancji stałych,
kryterium rozdziału jest różnica w
zwilżalności ciała stałego przez ciecz.

flotacja - rozdział fazy stałej od ciekłej
- flotat

w

c







wytworzenie pęcherzyków

separacja aglomeratów

aglomeracja, cząstki + pęcherzyki

glony (1,1g/cm

3

)

wody barwne, o małej mętności i zasadowości,
dużo glonów





















t

V

c

c

r

k

z

szybkość wyflotowania – r =
[g/h]

a

C

M

C

C

t

z

k

z









a = 1,5-2
M = właściwa prędkość flotacji
C

k

= po flotacji

C

z

= przed flotacją

H

V

F

t

Q

V

t

O

H

h











O

h

– obciążenie hydrauliczne

Q – natężenie przepływu

F – powierzchnia komory

H – wysokość komory

schemat komory elektroflotacji

elektroflotacja –
elektrody glinowe
lub żelazowe

ciśnieniowa – napowietrzanie + ciśnienie
bezciśnieniowa – napowietrzanie i
rozdrobnienie
elektroflotacja - elektroliza – gaz (KH

2

,

AO

2

)

Skuteczność usuwania zawiesin

%

100







D

k

D

Ł

Ł

Ł



p

k

p

C

C

C 





odpływ

dopływ

+

-

elektrody

odprowadzenie

flotatu