1) WODY PODZIEMNE I POWIERZCHNIOWE

Charakterystyka wód :

Wody podziemne - stały skład fiz- chemiczny, temperatura , przeważnie nie zawierają O ,zachodzą w nich procesy redukcyjne , występuje H2S, CO2 agresywny, duża zawartość żelaza i manganu, mniejsza liczba zanieczyszczeń, w głębszych warstwach są bardzo mineralizowane.

Wody powierzchniowe - zmienny skład fiz- chem. , temperatura waha sie od 0-25⁰C , natlenienie w granicach 100% nasycenia , częste przesycenie tlenem nasyconym , mało zróżnicowany stan mineralny , zależny od stanu zróżnicowania zlewni są dużo bardziej zanieczyszczone niż wody podziemne , zanieczyszczenia antropogeniczne , duża liczba glonów wpływa nie korzystnie na proces uzdatniania takiej wody (im starszy akwen tym jest bardziej zanieczyszczony) , w wodach stojących dużo częściej stwierdza się procesy eutrofizacji.

Cechy fizyczne wody : barwa , mętność , smak , zapach , temperatura ,

Skład wód podziemnych zależy od rodzaju i budowy skał, z którymi się kontaktują, stopnia ich zwietrzenia i uziarnienia, prędkości ruchu wody oraz stopnia kontaktu z wodami powierzchniowymi i opadowymi.

Procesy kształtujące skład wód podziemnych:

- Utlenianie i redukcja ( mają wpływ na zdolności migracyjne pierwiastków)

- Ługowanie i strącanie ( do wody mogą przechodzić różne jony )

- Hydratacja i hydroliza

- Wietrzenie

- Sorpcja (zależy od właściwości sorbentów: stopnia rozdrobnienia ,składu mineralnego frakcji iłowej , zawartości substancji organicznej)' Desorpcja - proces odwrotny do wymiany jonowej, jest wynikiem dązenia do zachowania stanu rownowagi procesow jednostkowych), wymiana jonowa i procesy membranowe

- Migracja

- Procesy biochemiczne

Do substancji występujących w wodach podziemnych należą:

tlen rozpuszczony, dwutlenek węgla, siarkowodór, azot, wodorowęglany i węglany, siarczany, chlorki, wapń, magnez, sód, potas, żelazo (Obecność żelaza w wodzie jest skutkiem wietrzenia zasadowych skał magmowych, osadowych a także utleniania i hydrolizy skał siarczkowych)

- mangan ( Jego źródła to: procesy wietrzenia i ługowania skał magmowych i osadowych.)

- związki azotu ( azot amonowy, azotanowy, azotynowy )

- zanieczyszczenia nieorganiczne ( metale ciężkie)

- zanieczyszczenia organiczne ( związki humusowe, produkty przemiany materii organizmów, związki pochodzące z rozkładu organizmów obumarłych )

Czynniki wpływające na skład wód powierzchniowych:

-budowa geologiczna zlewni i wielkość kompleksu sorpcyjnego;

-topografia zlewni;

-głębokość zbiorników wód i ich lokalizacja w stosunku do źródeł emisji zanieczyszczeń;

-sposób użytkowania wód;

-procesy wietrzenia i rozpuszczania minerałów budujących zlewnię;

-sposób i stopień zagospodarowania zlewni;

-procesy fizyczne zachodzące w wodzie sedymentacja , sorpcja)

-procesy chemiczne zachodzące w wodzie(hydroliza, reakcje redox)

-warunki atmosferyczne (temperatura, opady)

-prędkość i natężenie przepływu wody;

-wielkość powierzchni kontaktu wody z powietrzem atmosferycznym

-rodzaj organizmów wodnych i ich aktywność biologiczna

-mieszanie się wód o różnym składzie;

Podział domieszek i zanieczyszczeń ze względu na ich stan skupienia:

Kryterium podziału	Elementy
OGÓLNY	-radioaktywne, bakteriologiczne, chemiczne,fizyczne
STAN SKUPIENIA	-gaz, ciecz, ciało stałe
POCHODZENIE	-subst. organiczne, subst. nieorganiczne
NATURALNOŚĆ	-naturalne, syntetyczne
ROZPUSZCZALNOŚĆ W WODZIE	-rozpuszczalne: zdysocjowane, niezdysocjowane -nierozpuszczalne:koloidy,zawiesiny
DZIAŁANIE NA ORGANIZMY	-toksyczne:kancerogenne,teratogenne -obojętne
TRWAŁOŚĆ	-podatne na biodegradację, niepodatne na biodegradację
OBSZAR POCHODZENIA	-punktowe, obszarowe

2). Wymagania dotyczące wody do picia:

określa Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 19 listopada 2002 r. w sprawie wymagań dotyczących jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi.Rozporządzenie określa wymagania dotyczące m. in. jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi, w tym wymagania bakteriologiczne, fizykochemiczne, organoleptyczne; minimalną częstotliwość i miejsca pobierania próbek do badania oraz zakres badania wody Woda powinna być bezpieczna dla zdrowia nie powinna zawierać mikroorganizmów chorobotwórczych i pasożytów w liczbie stanowiącej zagrożenie zdrowia oraz bakterii wskaźnikowych i substancji chemicznych.

WSKAŹNIK	JEDNOSTKA	DOPZAWARTOŚĆ
Barwa	mgPt/dm^3	15
Mętność	mgSiO2/dm	1
Odczyn	pH	6,5-9,5
Twardość og	mgCaCO3/dm^3	60-500
Smak		Akceptowalny
Zapach		Akceptowalny
Amoniak	mg/gm3	0,5
Chlorki		250
Mangan	mgMn/dm^3	0,05
Żelazo	mgFe/dm^3	0,2
Siarczany		250
Pestycydy		0,10
Trichlorometan chloroform)		30

3. UKŁADY TECHNOLOGICZNE OCZYSZCZANIA WÓD PODZIEMNYCH I POWIERZCHNIOWYCH

Wody podziemne - należy usunąć z nich związki żelaza i manganu do dopuszczalnych granic oraz agresywny dwutlenek węgla. Wody podziemne są zazwyczaj bezpieczne pod względem bakteriologicznym.

1) Układ grawitacyjny:

1 - napowietrzanie otwarte

2 - osadnik do zatrzymania wytrąconej zawiesiny

3 - filtracja na filtrach grawitacyjnych ze złożem piaskowym pokrytym tlenkami żelaza i manganu

4- dezynfekcja

W średnich i dużych zakładach oczyszczania wody zawierającej oprócz żelaza również mangan.

2) Układ ciśnieniowy

1- napowietrzanie ciśnieniowe

2- filtracja ciśnieniowa

3-dezynfekcja

Gdy nie ma agresywnego CO₂ albo zasadowość jest powyżej 5 mval/dm³.

Może być żelazo i mangan, brak substancji organicznej, wysoka barwa ale niska mętność.

3)

1-napowietrzanie ciśnieniowe

2-filtracja I stopnia

3-filtracja II stopnia

4-dezynfekcja

Stosujemy jeżeli Fe jest więcej niż 3mg/dm³. Brak związków organicznych. Gdy nie ma agresywnego CO₂ albo zasadowość jest powyżej 5 mval/dm³.

4)

1 - napowietrzanie ciśnieniowe

2- chemiczne odkwaszanie lub alkalizacja NaOH

3 - filtracja I stopnia

4 - filtracja II stopnia

5 - Dezynfekcja

Gdy zasadowość jest poniżej 5 mval/dm³ i jest agresywny CO₂ lub niskie pH <6,7. Istnieje niebezpieczeństwo przealkalizowania.

5)

1 - napowietrzanie ciśnieniowe

2 - filtracja I stopnia

3 - filtracja II stopnia ze złożem z masy do odkwaszania CaCO₃ x MgO

4 - Dezynfekcja

Gdy zasadowość jest poniżej 5 mval/dm³ i jest agresywny CO₂ lub niskie pH <6,7.

6)

1 - napowietrzanie ciśnieniowe

2- koagulanty

3 - filtracja I stopnia ( zachodzi koagulacja w złożu filtracyjnym )

4 - filtracja II stopnia

5 - Dezynfekcja

JAK SĄ związki organiczne, jak mangan to w filtracji II stopnia wpracowane złoże.

7)

1 - napowietrzanie ciśnieniowe

2- utleniacz

3 - filtracja I stopnia

4 - filtracja II stopnia

5 - sorpcja na węglu aktywnym

6- dezynfekcja

Jeżeli jest CO₂ agresywny. Podczas utleniania mogą powstać uboczne produkty które usuniemy poprzez sorpcję.

Wody powierzchniowe

1)

1-koagulacja

2-sedymentacja

3-filtracja pospieszna I lub II stopnia

4-sorpcja na węglu aktywnym lub filtracja powolna

5-dezynfekcja

opcje :

1)Jeżeli w wodzie są zakwity to przed koagulacją stosujemy mikrosita

2)Jeżeli powyższe się nie uda to stosujemy utlenianie wstępne

3)Możemy przed filtracją zastosować utlenianie pośrednie

4)Jeżeli woda jest mocno zanieczyszczona to po ujmowaniu stosujemy infiltracje ( do gruntu )

4)Sedymentacja - Jest jednym z podstawowych procesów wykorzystywanych w oczyszczaniu wody, do usuwania z niej cząstek o gęstości większej od gęstości wody, a więc cząstek opadających.

1.Podział cząstek

-ziarniste - są to cząstki, które w trakcie sedymentacji nie będą zmieniały masy ani objętości np. żwirek, piasek;

-kłaczkowate - w trakcie sedymentacji będą się łączyć oraz zmieniać objętość i kształt;

2.Opadanie cząstek

-swobodne - zachodzi przy małej liczbie cząstek, zazwyczaj w przypadku cząstek ziarnistych;

-skupione - cząstki oddziałują na siebie, tworzą aglomeraty;

-zakłócone - podczas którego wiry powstające przy opadaniu cząstek większych powodują wypieranie cząstek drobniejszych ku górze, zmieniając tym samym, prędkość opadania;

3.Model matematyczny swobodnego opadania cząstek

Założenia

-cząstka jest kulą

-cząstka opada w ośrodku idealnie spokojnym (bez zakłóceń)

-w czasie opadania cząstka nie zmienia masy ani objętości

G- siła ciężkości

ρ_c-gęstość cząstki

ρ-gęstość wody

R- siła oporu

λ-współczynnik oporu

F_cz- powierzchnia czołowa cieczy

v_s- prędkość sedymentacji

Współczynnik λ zależy od liczby Reynoldsa

opadanie laminarne opadanie przejściowe opadanie turbulentne

4.Prędkość sedymentacji cząstki ziarnistej

R=G

[m/s]

-dla ruchu przejściowego dla ruchu burzliwego -dla ruchu laminarnego

[m/s]

5.Zakłócone opadanie cząstek

Uwzględniając porowatość zawiesiny, prędkość opadania cząstek:

Funkcja f(ε) zależy od wielkości przestrzeni międzycząsteczkowych i

kształtu opadającychcząstek. Jej wartość określa się doświadczalnie

.

OSADNIKI - są to urządzenia, w których zachodzi proces usuwania zawiesin z oczyszczanej

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

Rodzaje osadników:

-poziome

-pionowe

-poziomo-pionowe

-odśrodkowe

-wielostrumieniowe

-kontaktowe z osadem zawieszonym

o stałym przepływie przez warstwę osadu zawieszonego;

o przepływie pulsacyjnym;

bez przepływu przez warstwę osadu zawieszonego, z zawracaniem wytrąconego osadu i

mieszaniem go z dopływającą wodą;

Osadniki poziome- zbiorniki żelbetowe, zakopane w ziemi, o długości kilkudziesięciu metrów, wysokości 2-3 m. Unoszenie cząstek stałych w tych osadnikach zależy od prędkości przepływu wody i prędkości opadania

- sprawność osadnika:

α=1 - osadnik idealny
vo - prędkość sedymentacji cząstki

α>1 - osadnik rzeczywisty vp - prędkość przepływu wody

α=3 - osadnik poziomy

Obliczanie osadnika poziomego wg długości:

-długość osadnika
-szerokość osadnika B=3-6m

Głębokość osadnika przy usuwaniu:

-ręcznym 3-3,5m;

-mechanicznym 2-3m;

Objętość części osadnika na magazynowanie osadów

co-stężenie zawiesin dopływających do osadnika

c- stężenie zawiesin odpływających z osadnika; T- czas pomiędzy kolejnym usuwaniem osadu

n- liczba osadników ; δ- stężenie osadów w leju osadowym

Obliczanie osadnika poziomego wg powierzchni.

Osadniki pionowe

Budowane są najczęściej jako urządzenia o przekroju kołowym i stosowane zazwyczaj do oczyszczania małej ilości wody. W tych osadnikach woda doprowadzana jest do rury centralnej lub do komory reakcji, skąd wypływa do komory klarowania lub warstwy osadu zawieszonego.

-prędkość pionowego przepływu wody
;

-powierzchnia strefy klarowania
- objętość osadnika

-średnica klarownika Φ≤10m

-czas przetrzymania wody w osadniku 1,5-2h;

-spust osadu z leja osadowego co ok. 8h;

5. FLOTACJA

jest to usuwanie cząstek o gęstości mniejszej lub nieznacznie większej od gęstości wody.

Flotacja gazowa- etapy

1.wytworzenie pęcherzyków gazu w objętości oczyszczanej wody;

2.aglomeracja cząstek stałych z pęcherzykami gazu;

3.separacja powstałych aglomeratów;

Podział ze względu na sposób wytworzenia pęcherzyków:

flotacja ciśnieniowa

-napowietrzenie wody, obniżenie ciśnienia poniżej atmosferycznego, wydzielenie pęcherzyków;

-podwyższenie ciśnienia, rozprężenie układu z wydzieleniem pęcherzyków;

flotacja bezciśnieniowa

-wprowadzenie pęcherzyków powietrza bez korekty ciśnienia;

mikroflotacja

-powietrze rozpuszczone przy przepływie przez 10 m kolumnę z góry do dołu pod ciśnieniem hydrostatycznym, uwolnienie pęcherzyków powietrza przy przepływie odwrotnym;

elektroflotacja

-pęcherzyki wytwarzane w wyniku elektrolizy wody (zaleta - pęcherzyki są tej samej wielkości);

Zbiorniki saturacyjne- nasycenie wody powietrzem pod zwiększonym ciśnieniem

-Prawo Henry'ego

A_r - rozpuszczalność powietrza w wodzie [dm³/m³];

Pa - ciśnienie absolutne;

K - stała zależna od temperatury

im wyższe ciśnienie tym rozpuszczalność powietrza w wodzie wyższa;

im niższa temperatura tym rozpuszczalność powietrza w wodzie wyższa;

Ilość powietrza wydzielonego z wody w czasie rozprężania układu do ciśnienia

atmosferycznego A:

f- współczynnik nasycenia wody powietrzem, zależy od ilości wtłoczonego powietrza do wody, typu urządzenia do saturacji, od czasu kontaktu powietrza z wodą;

Minimalna ilość powietrza umożliwiająca flotację A_min:

c_z - stężenie zawiesin poddawanych flotacji w wodzie surowej;

ρ - gęstość wody;

ρ_z - gęstość zawiesiny;

ρ_g - gęstość gazu

6. KOAGULACJA

Metoda oczyszczania wód powierzchniowych ( rzadziej podziemnych i infiltracyjnych) zawierających koloidy oraz zawiesiny trudno opadające. Istotą procesu jest zmniejszenie stopnia dyspersji układu koloidalnego w wyniku łączenia się pojedynczych cząstek fazy rozproszonej w większe skupiska.

Budowa cząstki koloidalnej: Warstwa dyfuzyjna Warstwa adsorpcyjna Jądro- cząstka stała koloidu

Zastosowanie procesu:

• Obniżenie mętności i barwy

**Mętność powodują koloidy hydrofobowe ( bezwodne tlenki metali, cząstki zawiesin nieorg)

**Barwę powodują koloidy hydrofilowe ( uwodnione tlenki metali, cząstki organiczne żywe i

martwe mikroorganizmy )

• Usuwanie RWO ( rozproszony węgiel organiczny )

• Obniżenie zapotrzebowania na chlor

• Obniżenie potencjału tworzenia THM

• Usuwanie innych substancji rozpuszczonych sorbujących się na kłaczkach koloidów i jonów

• Obniżenie stężeń jonów metali ciężkich ( zależy od rodzaju metalu, jego formy występowania oraz od wartości pH )

• Usunięcie bakterii i wirusów

• Usunięcie fitoplanktonu z wody

• Obniżenie stężeń związków łatwo podatnych na sorpcję

• Zmniejszenie radioaktywności wody

• Zmniejszenie zawartości niektórych pestycydów

Mechanizm koagulacji:

Koagulację można spowodować przez :

- dodanie koloidu o znaku przeciwnym do znaku koloidów obecnych w wodzie

- dodanie elektrolitu

- działanie promieniami β i γ

- ogrzewanie

- działanie mechaniczne

- dehydratację

- wymrażanie

Koagulacja zachodzi w dwóch fazach:

1. następuje od razu po dodaniu koagulanta i trwa kilka sekund, przebiegają reakcje chemiczne i fizyczne prowadzące do destabilizacji cząstek koloidalnych

2. trwa znacznie dłużej, nazywa się flokulacją. W wyniku transportu i zderzeń cząstek zdestabilizowanych powstają kłaczki ( aglomeraty ) , które mogą być skutecznie usuwane w procesach sedymentacji czy filtracji

Progowa ilość koagulantu zależy od wartościowości jonów koagulujących - REGUŁA SZCHULZA - HARDY'EGO dla jonów jednowartościowych progowa ilość wynosi 25-150mol/m³ , dla dwuwartościowych 0,5-2,0.

Znane są różne mechanizmy koagulacji:

-elektrostatyczna - zagęszczenie warstwy dyfuzyjnej

-przez reakcje chemiczną - między koagulantem i cząstką , powstają związki wytrącające się z wody

-adsorpcja z neutralizacją ładunku cząstki

-współstrącanie- uwikłanie cząstek w sedymentujący osad ( koagulacja zmiatająca )

-adsorpcja umożliwiająca mostkowanie między koagulantami

W praktyce koagulację prowadzi się koagulantami , których produkty hydrolizy powodują koagulację elektrolitem oraz koagulację koloidem o znaku przeciwnym.

I - koagulacja koloidem o znaku przeciwnym

Dodany do wody koagulant hydrolizuje, powstają wodorotlenki, które sorbują się na powierzchni koloidów w wodzie. Następuje destabilizacja cząsteczek koloidalnych. W wyniku zderzeń cząstek zdestabilizowanych powstają kłaczki.

II - koagulacja elektrolitem

Dodany elektrolit zmniejsza potencjał elektrokinetyczny. Jony neutralizują ładunek elektryczny i zagęszczają warstwę podwójną usuwanych koloidów. W wyniku zderzeń cząstek zdestabilizowanych powstają kłaczki.

Czynniki wpływające na przebieg koagulacji

-dawka i rodzaj koagulanta;

-pH;

-temp.;

-stężenie koloidów (często mierzone mętnością);

-barwa - im wyższa, tym trudniej skoagulować wodę;

-inne jony w roztworze;

-sposób mieszania (ważny jest kształt i wielkość mieszadeł)

-potencjał ξ;

Chemizm koagulacji:

Dysocjacja oraz hydroliza wielostopniowa:

Al₂(SO₄)₃ 2Al³⁺ + 3SO₄^2-

2Al³⁺ + 2H₂O 2Al(OH)²⁺ +2H⁺

2Al(OH)²⁺ + 2H₂O 2Al(OH)₂⁺ +2H⁺

2Al(OH)₂⁺ + 2H₂O 2Al(OH)₃ +2H⁺

Al₂(SO₄)₃ + 6H₂O 2Al(OH)₃ +6H⁺ + 3SO₄^2-

Siarczan żelazowy:

Fe₂(SO₄)₃ + 6H₂O 2Fe(OH)₃ +6H⁺ + 3SO₄^2-

Chlorek żelazowy:

FeCl₃ +3H₂O Fe(OH)₃ + 3H⁺ + 3Cl^-

Fe(OH)₃ i Al(OH)₃ wytrącają się w postaci kłaczków.

Duża ilość H⁺ hamuje proces hydrolizy.

W wodach naturalnych występują HCO₃^- , które w połączeniu z H⁺ dają:

H⁺ + HCO₃^- H₂CO₃

Reakcje sumaryczne uwzględniające występowanie w wodzie wodorowęglanu wapnia:

Fe₂(SO₄)₃ + 3Ca(HCO₃)₂ 2Fe(OH)₃ + 3CaSO₄ + 6CO₂

Al₂(SO₄)₃ + 3Ca(HCO₃)₂ 2Al(OH)₃ + 3CaSO₄ + 6CO₂

2FeCl₃ + 3Ca(HCO₃)₂ 2Fe(OH)₃ + 3CaCl₂ + 6CO₂

Środki wspomagające koagulację

Są to substancje organiczne i nieorganiczne dodawane do wody równocześnie, z opóźnieniem lub wyprzedzeniem w stosunku do koagulanta. Przyspieszają powstawanie kłaczków, polepszają ich sedymentację, zwiększają powierzchnie właściwą kłaczków ( pojemność sorpcyjną ), zmniejszają ujemny wpływ niskich temperatur, rozszerzają optymalny zakres pH, zmniejszają dawkę koagulanta.

Miejsce dawkowania substancji wspomagających określamy badaniami technologicznymi. Dawki substancji są mniejsze niż koagulantów.

Dzielimy je na dwie grupy:

• Obciążniki kłaczków - gliny, bentonit, ziemia Fullera, pył granitowy, anhydrytowy drobny piasek kwarcowy lub mielony węglan wapniowy. Wspomagają one koagulację szczególnie w zakresach niskich temperatur, stanowią zarodki dla tworzących się kłaczków, obciążają je i poprawiają ich sedymentację. Większość z nich ma ładunek przeciwny do ładunku koagulanta podstawowego. Dawki 5-15 g/m³

• Flokulanty

Najczęściej stosowanym flokulantem nieorganicznym jest krzemionka aktywowana. Uzyskuje się ją w wyniku działania aktywatora na rozcieńczony roztwór krzemianu sodowego. Kwas ortokrzemowy kondensuje do polimeru:

Aktywatorami mogą być: chlor, kwas węglowy oraz kwas solny.

Polielektrolity - wysokocząsteczkowe polimery organiczne. Dzielimy je na naturalne i syntetyczne. Do naturalnych należą te wytwarzane ze skrobi i celulozy. Do syntetycznych:

• Niejonowe ( polialkohole )

• Anionowe ( polimery karboksylowe )

• Kationowe ( polimery fosfoniowe )

Przygotowanie i dawkowanie reagentów do wody:

Koagulanty podstawowe dawkowane są do wody najczęściej w postaci wodnych roztworów.

Jeżeli koagulanty były magazynowane w postaci roztworu o stężeniu 20% lub większym, to przez ich dawkowaniem do wody wymagane jest przygotowanie ich roztworu roboczego o stężeniu 5-10%. Przy magazynowaniu koagulantów w postaci suchej, roztwór roboczy przygotowuje się w 2 fazach. Najpierw rozpuszczamy koagulant i otrzymujemy roztwór o stężeniu 20 %, następnie rozcieńczamy roztwór do stężenie 5-10%. W tym celu możemy stosować zbiorniki zarobowe ( I faza ) oraz roztworowe ( II faza ), albo cały proces prowadzić w jednym zbiorniku. Objętość zbiorników powinna zapewnić jednodobowe lub jednozmianowe zużycie. Liczba zbiorników nie może być mniejsza niż dwa. Należy je zabezpieczyć przed agresywnym działaniem roztworów, powinny mieć spust osadów z dna.

MLEKO I WODA WAPIENNA - wodę wapienną przygotowuje się najczęściej w sytnikach.

Do dawkowania chemikaliów do wody służą dawkowniki. Można je podzielic na dwie grupy:

• Dawkowniki roztworu

• Dawkowniki substancji stałych.

Coraz częściej stosuje się do dawkowania pompy dawkujące ( membranowe, tłokowe ).

Modele koagulacji:

Sposoby realizacji koagulacji:

***OBJĘTOŚCIOWA - prowadzona jest w osadnikach kontaktowych. Pierwszym etapem jest dodanie do oczyszczanej wody koagulanta oraz całkowite wymieszanie zapewniające jednorodność układu oczyszczana woda-koagulant. Później następuje hydroliza koagulanta. Uzyskuje się to najczęściej w komorach szybkiego mieszania przez 1-3min. W drugim etapie - flokulacji, zachodzą zjawiska prowadzące do powstania aglomeratów. Proces ten realizowany jest w komorach wolnego mieszania, powstają kłaczki, które usuwane są z układu.

***KONTAKTOWA - prowadzona jest w osadnikach kontaktowych. Pierwszym etapem jest dodanie do oczyszczanej wody koagulanta oraz całkowite wymieszanie zapewniające jednorodność układu oczyszczana woda-koagulant. Później następuje hydroliza koagulanta. Uzyskuje się to najczęściej w komorach szybkiego mieszania przez 1-3min. W drugim etapie - flokulacji, zachodzą zjawiska prowadzące do powstania aglomeratów. Proces ten prowadzony jest w warstwie osadu zawieszonego, powstają aglomeraty, których część jest usuwana a reszta stanowi warstwę osadu zawieszonego. Wykorzystuje się w tym procesie działanie katalizujące i sorpcyjne, można zmniejszyć wymaganą dawkę koagulanta.

***POWIERZCHNIOWA - może być realizowana w złożu filtrów pospiesznych, przy przepływie oczyszczanej wody przez złoże filtracyjne z kierunku z góry na dół lub odwrotnym- wtedy filtracja kontaktowa. Produkty hydrolizy koagulantów wypełniają ośrodek porowaty a na powierzchni ziaren materiału filtracyjnego tworzą strukturę sieciową. O efektach tej koagulacji decydują: pojemność złoża, wysokość, prędkość filtracji oraz uziarnienie materiału.

Koagulanty i ich dawki

Wybór koagulanta:

• cena

• dostępność na rynku

• przydatność

• pewność tworzenia trwałych, trudno rozpuszczalnych kłaczków

• trwałość chemiczna roztworów

Do koagulantów najczęściej stosowanych należą sole żelaza i glinu tworzące w wyniku hydrolizy dodatnio naładowane hydroksykompleksy skutecznie destabilizujące zanieczyszczenia:

• siarczan glinowy Al₂(SO₄)₃ x 18H₂O

• siarczan glinowo - potasowy Al₂(SO₄)₃ x K₂SO₄ x 24H₂O

• siarczan żelazowy Fe₂(SO₄)₃ x 9H₂O

• siarczan żelazawy FeSO₄ x 7H₂O

• glinian sodowy Na₂Al₂O₄

Glinian sodowy stosowany jest do wód miękkich o niskiej temperaturze, nie powoduje zwiększenia stężenia chlorków i siarczków.

Związki żelaza są mniej wrażliwe na niskie temperatury, skuteczne w szerszym przedziale pH, powstają ciężkie i dobrze sedymentujące kłaczki ale mogą tworzyć barwne kompleksy.

DAWKI:

Dawki powinny być wyznaczone dla każdego przypadku doświadczalnie. Orientacyjną wielkość dawek technicznego uwodnionego siarczanu glinowego możemy wyznaczyć ze wzorów: D=(6-8) √B D=7√M

Dokładniejszą wielkość dawki można wyznaczyć ze wzoru:

A i n - stałe

Ck - stężenie końcowe usuwanej domieszki

Cp - stężenie początkowe usuwanej domieszki

7. FILTRACJA

1) Zastosowanie procesu - filtracja jest procesem zapewniającym usuwanie z cieczy cząstek o średnicy> 0,1μm, proces jest realizowany w urządzeniach zwanych filtrami. Istotą procesu jest oddzielenie fazy stałej i ciekłej podczas przepływu wody przez ośrodek porowaty. Filtracja jest jednym z jednostkowych procesów w oczyszczaniu wód , dzięki której usuwamy substancje rozpuszczone.

2) Mechanizm filtracji - Podczas filtracji woda przepływa w określonym kierunku i z odpowiednią prędkością przez złoże filtracyjne, które stanowi materiał porowaty. Podczas przepływu wody przez złoże filtracyjne o nieregularnych kształtach usuwane są cząstki o znacznie mniejszych wymiarach niż pory. W zatrzymywaniu zanieczyszczeń w złożu filtracyjnym towarzyszy wiele zjawisk:

• CEDZENIE - zatrzymywane są cząsteczki o wymiarach większych od średnicy porów ( jeżeli stężenie zawiesin w wodzie jest duże to zatrzymują się na powierzchni złoża ) d_CZ / d_z > 0,2

• SEDYMENTACJA - usuwanie cząsteczek o wymiarach 2 - 10 μm i gęstości > albo = gęstości wody. Wraz ze wzrostem wielkości cząsteczek i ich gęstości zwiększa się stopień ich sedymentacji w złożu. Sedymentacja zachodzi nad złożem filtra oraz w porach międzyziarnowych.
  

• DYFUZJA - zatrzymywanie w złoży cząsteczek o średnicy <1 μm. Decydują o tym siły lepkości. Dyfuzji ulegają te cząsteczki , które nie podlegają procesowi sedymentacji

• WYCHWYTYWANIE - przyciąganie cząstek zawiesiny przez siły elektrokinetyczne występujące na powierzchni ziaren ( cząsteczki znajdujące się w odległości < bądź = 0,5d_CZ

• ODRYWANIE cząsteczek osadu zatrzymanego w porach złoża przez siły wywołane przepływem wody

• FLOKULACJA ORTOKINETYCZNE - prowadzi do agregacji cząsteczek w porach złoża

• ADSORPCYJNE DZIAŁANIE POLIMERÓW - wiążą powierzchnie ziaren z usuwanymi cząsteczkami

Procesy chemiczne zachodzące w złożu filtracyjnym

- filtracja przez złoże aktywne chemicznie

*jonity;

*stabilizacja wody przy zastosowaniu mas odkwaszających;

- filtracja przez złoże nieaktywne chemicznie

*katalityczne działanie warstewki tlenków i wodorotlenków żelaza i manganu;

*działanie wodorotlenków pokoagulacyjnych;

Procesy biologiczne zachodzące w złożu filtracyjnym

- powstawanie błony biologicznej na filtrach powolnych;

- filtry pospieszne:

*usuwanie azotanów w procesie denitryfikacji w złożu filtracyjnym;

* biologiczne usuwanie manganu w złożu uaktywnionym;

3) Podział filtrów:

• Ze względu na rodzaj przepływu:

• Grawitacyjne ( otwarte zwierciadło wody )

• Ciśnieniowe ( woda napływa i odpływa pod ciśnieniem )

• Ze względu na szybkość filtracji:

• Powolne ( 5-20cm/h)

• Pospieszne ( 5-15m/h)

• Superpospieszne ( powyżej 25m/h)

• Ze względu na sposób wymuszania przepływu:

• Otwarte ( grawitacyjne )

• Zamknięte ( ciśnieniowe )

• Ze względu na ilość warstw:

• Jednowarstwowe

• Wielowarstwowe

• Ze względu na rodzaj procesu:

• Do mechanicznego cedzenia zawiesin

• Kontaktowe

• Katalityczne

• Biologicznie aktywne

• Sorpcyjne

• Chemicznie aktywne

• Jonowymienne

4) Właściwości i parametry materiałów filtracyjnych:

Najczęściej stosowanymi materiałami filtracyjnymi są: piasek kwarcowy, węgiel antracytowy i granulowany węgiel aktywny; materiały spiekane: keramzyt ; materiały kruszone: granit.

Do odkwaszania wody: grys marmurowy. W filtrach pospiesznych stosuje się złoża jednowarstwowe piaskowe, dwuwarstwowe piaskowo-antracytowe.Węgiel aktywny ma dużą pojemność sorpcyjną dlatego spełnia równocześnie rolę materiału filtracyjnego i sorbenta.

Materiały filtracyjne spełniają swoje zadanie wówczas, gdy charakteryzują się właściwym uziarnienie, porowatością, gęstością, wytrzymałością mechaniczną oraz składem chemicznym.

UZIARNIENIE - jeden z istotniejszych parametrów decydujących o efektach filtracji. Wielkość ziaren oraz ich kształt decydują o właściwościach hydraulicznych złoża. Przydatnośc materiału ocenia się na podstawie średnicy czynnej d₁₀ oraz d₆₀.

d₁₀ - średnica, która wraz z ziarnami mniejszymi stanowi 10% wagi próbki materiału .

WR = d₆₀ / d₁₀ - współ. Równomierności złoża

POROWATOŚĆ - określa pojemność złoża, w której zatrzymywane są cząstki fazy stałej. Im większa porowatość tym więcej cząstek zostanie zatrzymanych. WZÓR na porowatość:

SFERYCZNOŚĆ - iloraz powierzchni zastępczej kuli o objętości równej objętości rozpatrywanej cząstki do powierzchni cząsteczki

SPOSÓB UŁOŻENIA ZŁOŻA -materiał układany równomiernie na całej powierzchni filtru warstwami o grubości 20-25cm sypanymi do wody, wysokość warstwy podtrzymującej jest zależna od rodzaju drenażu i wynosi 0,3 - 0,5m. Uziarnienie kolejnej warstwy powinno być dwukrotnie większe niż warstwy drobniejszej.

Przykładowe właściwości fizyczne: Piasek kwarcowy: gęstość 2,65 g/cm³ , porowatość 42-47%, sferyczność 0,7-0,8

ODPORNOŚĆ NA DZIAŁANIE KWASÓW I ZASAD

ODPORNOŚĆ NA ŚCIERANIE

FILTRY POWOLNE

1.Zastosowanie:

2.Układy technologiczne:

-filtracja powolna-dezynfekcja

-sedymentacja- filtracja powolna-dezynfekcja

-sedymentacja-filtracja pospieszna- filtracja powolna-dezynfekcja

3.Skuteczność:

-usuwanie bakterii i wirusów - 90%;

-obniżenie mętności - ok. 90%;

-obniżenie utlenialności - ok. 60%;

4.Materiał filtracyjny - piasek kwarcowy

-warstwa podtrzymująca uziarnienie 2-32mm ,wysokość 0,45-0,6m

-warstwa filtracyjna

uziarnienie 0,15-2mm

wysokość 0,7-1,5m.

-d₁₀=0,25-0,35mm

-WR=1,5-3,6

5.Długość cyklu filtracji

-1-6 miesięcy

6.Najwyższa dopuszczalna strata ciśnienia filtracyjnego

-20-40mm

FILTRY POSPIESZNE

1.Zastosowanie:

-zatrzymywanie zawiesin pochodzenia naturalnego, pokoagulacyjnych, po procesie zmiękczania

-usuwanie z wody związków żelaza i manganu

-przyspieszenie procesów koagulacji i zatrzymanie produktów koagulacji - filtry kontaktowe

-sorbowanie wielocząsteczkowych związków zawartych w wodzie przy zastosowaniu filtrów z warstwą węgla aktywnego

2.Podział:

-ze względu na rodzaj złóż filtracyjnych

jednowarstwowe

wielowarstwowe

-ze względu na sposób wymuszania przepływu przez filtr

otwarte - grawitacyjne

zamknięte - ciśnieniowe

Filtry pospieszne - grawitacyjne - otwarte

Metody eksploatacji

• ze stałą prędkością filtracji.

• ze zmienna pr. filtr.

• stałego ciśnienia

• zmiennego poziomu wody

• stałego poziomy

SPECJALNE ZASTOSOWANIA FILTRÓW POSPIESZNYCH

1.Filtry Habera

złoże filtracyjne - kulki styropianowe o średnicy 1,2-2mm

wysokość złoża1,65m

Zastosowanie:

-złoże wprowadzane do usuwania manganu

-złoże zasiedlone bakteriami nitryfikacyjnymi

2.Filtry bezzaworowe

Zastosowanie:

-do uzdatniania wód przemysłowych, samoczynne płukanie spowodowane przyrostem strat ciśnienia filtracyjnego;

3. Filtry suche

powietrze wprowadzane współ- lub przeciwprądowo

woda przesącza się przez nie zalane wodą złoże filtracyjne

zwierciadło wody poniżej warstwy filtracyjnej

uziarnienie 1,2-2,7mm

wysokość 1,5-2,0m.

Zastosowanie:

-do uzdatniania wód podziemnych zawierających znaczne ilości azotu amonowego 5-10mgN/dm³ oraz do usuwania

żelaza i manganu.

4.Filtry kontaktowe

zawartość zawiesin w wodzie dopływającej na filtr do 150 mg/dm³

min. długość cyklu filtracyjnego - 6h

wysokość 2,0-2,5m

d₁₀=0,55-0,65mm

pojemność złoża na zanieczyszczenia 7500 mg/dm³

Zastosowanie:

-koagulacja kontaktowa w złożu filtracyjnym

5.Filtry dwustrumieniowe

wysokość górnej warstwy piasku 0,45-0,6m

wysokość dolnej warstwy piasku 0,75-0,8m.

Zalety:

-podwójna powierzchnia filtracyjna

6.Filtry namywane

materiał namywany - ziemia okrzemkowa o mikroskopijnym uziarnieniu

mechanizm - cedzenie przez tzw. placek filtracyjny

Zastosowanie:

-baseny kąpielowe

8)UTLENIANIE CHEMICZNE

1.Zastosowanie:

-utlenianie żelaza II i manganu II

-usuwanie siarkowodoru i siarczków

-usuwanie substancji odpowiedzialnych za B i M

-unieszkodliwianie zoo- i fitoplanktonu

-destrukcja materii organicznej zawartej w wodzie surowej

-destabilizacja koloidów - wspomaganie koagulacji

-dezynfekcja końcowa

-usuwaja niekiedy nawet barwe spowodowaną glonami

Wady stosowania utleniania hemicznego:

Mogą powstawać nowe wtórne zanieczyszczenia będące produktami reakcji utleniacza ze składnikami oczyszczanej wody. Przy stosowaniu utleniaczy chlorowych sa to glownie chlorowe pochodne zwiazkow organicznych., a przy ozonie nie w pelni utlenione zwiazki organiczne.

Stosowanie utleniaczy zarówno w celu utleniania jak i dezynfekcji niesie za soba niebezpieczenstwo powstania ubocznych produktow (UPU).Powstawac mogą również halogenowe pochodne zwiazkow organicznych (TOX).

2.Najczęściej stosowane utleniacze:

-tlen

-chlor - stosowany do usuwania H2S ,siarczków organicznych dwusiarczkow i merkaptanów i zanieczyszczeń przemysłowych, fenoli ,reaguje z wielkoczasteczkowymi czastkami

-ozon - usuwa syntetyczne i naturalne związki organiczne. Dla calkowitego utlenienia zwiazku dawka ozonu wynosi 8gO3/1g RWO. Jest stosowany do utleniania zwiazkow smakowo i odorotworczych., fenoli, produktów ropy naftowej,

-nadmanganian potasu - do usuwania zanieczyszczen zapachowych, utlenia zwiazki organiczne,

-dwutlenek chloru - nie eliminuje tak dobrze zapachu jak ozon, preferowany jest jednak w europie i usa

3.Utleniacze muszą być:

-tanie

-łatwo stosowalne

-łatwy transport

-łatwe przechowywanie

-nie mogą być szkodliwe dla zdrowia

POWIETRZE

1.Zastosowanie:

-desorpcja gazów lub związków lotnych z wody CO_2, H₂S, NH₃

-źródło tlenu w procesach utleniania: odżelazianie,odmanganianie,nitryfikacja

3.Opis matematyczny procesu napowietrzania

-prawo Henry'ego

p- ciśnienie cząstkowe składnika w fazie gazowej

x- ułamek molowy składnika w wodzie

H- stała Henry'ego, określa min. ilość powietrza konieczną do całkowitego usunięcia danego

składnika z wody

c_a- stężenie związku w powietrzu

c_w- stężenie związku w wodzie

V_a- objętość powietrza

V_w- objętość wody

ZASTOSOWANIE POWIETRZA W UZDATNIANIU WODY

1.Odżelazianie i odmanganianie

Etapy tworzenia Fe(OH)₃

-hydroliza związków żelazawych

-dysocjacja wodorotlenków na proste jony

-utlenianie Fe II

-wytworzenie koloidu Fe(OH)₃

-usuwanie wytrąconego wodorotlenku

2.Utlenianie dwutlenku węgla i siarkowodoru

Podział urządzeń do wprowadzania powietrza do wody

a)Ze względu na sposób mieszania wody z powietrzem

-woda rozprowadzana w postaci drobnych kropelek lub strug

-powietrze wprowadzane do wody

b)Ze względu na ciśnienie pod jakim odbywa się proces

-areatory otwarte

-areatory zamknięte (ciśnieniowe)

NAPOWIETRZANIE - usuwa z wody gazy rozpuszczone(CO₂,H₂S,CH₄ i inne powodujące smak i zapach) i lotne związki organiczne, zwieksza zawartość tlenu.Przez usuniecie CO₂ zwieksza odczyn wody. Wprowadzenie do wody tlenu rozpuszczonego stwarza warunki do hydrolizy i utleniania związków żelaza i manganu.

Urzadzenia Do Napowietrzania

****ciśnieniowe- stosuje się do napow. wody o zasadowości >5val/m³, woda kontaktuje się z zassanym sprężonym powietrzem, zbiorniki stalowe, dopływ wody od dolu i sprężone powietrze od dolu, odplyw wody u gory, zawory odpowietrzające, cisn. powietrza doprowadzanego wieksze o 0,1 MPa od ciśn.. wody, cisn. robocze wynosi do 0,6 MPa, zalecana predk. Przepływu 0,05-0,06 m/s, czas kontaktu 30-180 s, gdy chcemy utlenic Fe to czas przedłużamy do 5 min.

****do napowietrzania otwartego- stosuje się do napow. wody o zasadowości <5val/m³, zapewniaja kontakt wody z powietrzem w wyniku rozdeszczenia lub rozbryzgiwania wody lub wprowadzenie powietrza sprężonego do zbiornikow o swobodnym zwierciadle wody

- koryta z otworami- wys. opadania wody 2-2,5m, efekt odkwaszania do 30%,stopien natleniania do 80%

-dysze sitkowe-wys. opadania wody 2,5m

-wytryski sitkowe lub talerzowe-wys. opadania wody 2,5m

-dysze zderzeniowe-wymagane cisn wody 8-10mH2o, efekt odkwaszania do 80%, efekt natleniania do 95%

-zloza ociekowe-o naturalnym ciagu i o sztucznym ciagu :

Dwutlenek chloru (ClO₂)rozkłada zw. fenolowe i inne subst. pochodzące ze ścieków przem. Dobre wyniki uzyskuje się przy wstępnym chlorowaniu wody i następnie chlorowaniu dwutl. chl. D.ch. jest silnym utleniaczem, ma duże zdolności bakteriobójcze, działa w szerokim zakresie pH i nie tworzy z fenolami połączeń o intensywnym zapachu (tak jak chlor). Jest gazem o kolorze zielono-żółtym do czerwono-brunatnego, silnie wybuchowym, z tego względu powinien być wytwarzany na miejscu. Jest dobrze rozpuszczalny w wodzie. Dw. ch. otrzymuje się na miejscu dawkowania przez działanie chlorem, kw. solnym, kw. siarkowym na chloryn sodowy.

Przy zastosowaniu chloru: 2 NaClO₂ + Cl₂ 2 ClO₂ + 2 NaCl

przy zastosowaniu HCl : 5 NaClO₂ + 4HCl 4ClO₂ + 5 NaCl + 2H₂O

Najwyższą sprawność procesu otrzymuje się działając chlorem na chloryn sodowy. Stosunek chloru do chlorynu sodowego powinien wynosić 1:1.

Do usuwania smaku i zapachu wody wystarczają dawki 0,4-0,8g/m3 ClO₂

Ozon

W zależności od rodzaju zw. chem. może działać utleniająco lub może spowodować jego rozpad w wyniku ozonolizy. Utlenieniu ulegają aminy, aldehydy, ketony, alkohole, etery, nasycone węglowodory i inne.

Ozon wprowadza się do wody w postaci powietrza ozonowanego. Jest gazem bardzo reaktywnym i nietrwałym. Dodany do wody reaguje z jej składnikami i ulega rozpadowi

Reakcje ozonu w wodzie przebiegają w dwóch kierunkach: rozkładu ozonu oraz reakcji z domieszkami wody. Szybkość rozkładu ozonu zależy od temp., obecności niektórych subst. oraz pH. Wpływ jonów OH na rozkład ozonu: O₃+OH^-O₂^-+HO₂///HO₂>H⁺+O₂^-///O₂^-+O₃O₂+O₃^- ///O₃^-+H⁺HO₃///HO₃+O₃HO₂+O₂

Skuteczność utleniania ozonu jest znacznie większa od skuteczności chloru. Ozon utl. zw. org., redukuje barwę, utl. Fe i Mn, fenolu, skutecznie niszczy wirusy zmniejsza utlenialność, BZT, węgiel org.

Ozonowanie stosuje się gdy zawodzi chlorowanie z powodu tworzenia się związków smakowych i zapachowych.

Ozon wytwarza się w czasie przepływu osuszonego i odpylonego powietrza między dwoma elektrodami wys. napięcia. Powietrze jest następnie mieszane z wodą.

Nadmanganian potasowy (KMnO4)

Stosowany do usuwania subst. zapachowych. Należy dodawać go do wody z wyprzedzeniem 30min. przed koagulacją lub kontaktem z węglem aktywnym. Utlenia zw. org. redukując się do dwutl. manganu, który ma zdolność sorbowania zw. org. na swej powierzchni.

Może być stosowany do usuwania zapachów (zaniecz. pochodzenia przemysłowego i z glonów). Skuteczność jest większa w środowisku zasadowym, zwiększa się wraz z dawką i czasem kontaktu.

Utlenianie substancjami chem. w oczyszcz. wody może być stosowane w różnych celach:

-utl. jonów Fe(II), Mn(II), H₂S i siarczków,

-utl. zw. powodujących barwę, smak i zapach

-utl. syntetycznych zaniecz. org. pochodzenia obcego (przemysłowego) i prekursorów chlorowych pochodnych zw. org.

-dezynfekcji wody i niszczenia mikroorg. obecnych w ujmowanej wodzie,

-wspomagania koagulacji

W związku z tym utl. chemiczne mogą być dodawane do wody w różnych miejscach układu technol.

Do utleniaczy stosowanych w oczyszczaniu wody należą: Chlor, dwutl. chloru, ozon, nadmang. potasowy, i nadtlenek chloru. Utleniacze mogą być stosowane oddzielnie lub łącznie. Wszystkie utleniacze powodują powstawanie UPU (uboczne prod. utl.), dlatego utl. chem. należy traktować jako ostateczność.

Etapy utleniania: utl. wstępne, utl. pośrednie, utl. końcowe

Miarą zdolności utl. lub redukcyjnych subst. jest ich potencjał oksydacyjno-redukcyjny.

Na mechanizm utl. wpływa wartość pH, decydująca o formie występ. utleniacza i utlenianych zw. oraz przebiegu reakcji. Istotny wpływ na szybkość procesu ma też temp.

Zastosowanie CHLORU:

• utlenienie wstepne:

- niszczenie zooplanktonu i fitoplanktonu

-wspomaganie flokulacji przez utlenianie materii organicznej zaadsorbowanej na zawiesinach i koloidach

-usuwanie amoniaku przez chlorowanie do punktu przełamania

-w niektórych przypadkach usuwanie subst. powodujących smak i zapach wody

Parametry Fizyczne Chloru:

-zołtozielony gaz o charakterystycznym zapachu

- 2,5 razy ciezszy od powietrza

-temp. wrzenia 34^oC

-wuczuwalny wyczuwalny powietrzu przy stężeniu 0,01 g/m³

-wywoluje śmierć przy stężeniu 2,9 g/m³

-rozpuszczalny w wodzie od 14,6 g/dm³ przy temp. 0^oC do 4,6 g/dm³ przy temp. 40^oC

Reakcje Chemiczne:

pH>2 Cl₂+H₂O H⁺+HClO +Cl^-

pH>7,5 HClO H⁺+ClO^-

HClO+H⁺H₂ClO⁺

2HClOCl₂O+H₂O

Cl₂+Cl^- Cl₃^-

Dzialanie Chloru W Wodzie:

-po przereagowaniu z nieorganicznymi reduktorami powstaja chlorki

- po przereagowaniu z organicznymi substancjami obecnymi w wodzie powstaja UPU:chloroform, chloroketony, chloroaldehydy

-czesc chloru zostaje zuzyta na utlenianie bromkow do HBrO, który może dalej reagowac z materia organiczna dajac produkty bromo-chlorobromoorganiczne

-pozostala czesc chloru-chlor ogolny-pozostaly-dzialanie dezynfekcyjne

CHLOR POZOSTALY OGOLNY:

-chlor wolny: chlor cząsteczkowy, kwas podchlorawy, podchloryn

-chlor związany: chloraminy organiczne i nieorg.

REAKCJE ZE ZWIĄZKAMI AZOTOWYMI:

-kwas podchlorawy reaguje ze związkami azotowymi i wynik reakcji zalezy od pH i wzajemnego stosunku reagentow

ph 7,5-8,5 NH₃+HClONH₂Cl+ H₂O

pH 5,0-6,5 NH₂Cl+ HClONHCl₂+ H₂O

pH <4,4 NHCl₂+ HClONCl₃+ H₂O

przy Cl : N >4,4 4NH₂Cl+3Cl₂+ H₂ON₂+N₂O+10HCl

całkowite usuniecie azotu amonowego przy Cl : N >7,6

REAKCJE Z AZOTEM ORGANICZNYM

-z kwasem aminooctowym

NH₂CH₂COOH+Cl₂ NHClCH₂COOH+HCl

NHClCH₂COOH+ Cl₂NCl₂CH₂COOH+HCl

-z mocznikiem

NH₂—CO----NH₂+HClONHCl---CO---NHCl lub

NH₂—CO----NH₂+2HClONH₂Cl+CO₂+H₂O

Szybkość reakcji chloru z azotem organicznym zalezy od temp., pH, budowy związku organicznego, czasu reakcji-może się wahac od kilku godzin do kilku dni.

9)Dezynfekcja

Bakterie chorobotwórcze:

Woda powierzchniowa i plytkie wody podziemne mogą zawierac bakterie chorobotworcze, wirusy i ichformy pretrwalnikowe, pasozyty i wyzsze organizmy. Szczególnie niebezpiecznym jest pirwotniak Cryptosporidium parvum bo jest odporny na chlorowanie ale jest usuwany w procesie koagulacji i sedymentacji i filtracji. Celem dezynfekcji jest usuwanie niebezpiecznych zywych i przetrwalnikowych form organizmow patogennych oraz zapobieganie ich wtornemu rozwojowi w sieci wodociag.

Metody dezynfekcji wody:

FIZYCZNE - gotowanie ,pasteryzacja, zastosowanie ultradzwiekow , promieni ultrafioletowych , lub promieniowanie gamma.

GOTOwanie - zapewnie odpowiednia temperture wody oraz czas jej ogrzewania w którym można uzyskac odkazenie wody przez niszczenie wszystkich form organizmow patogennych. Bakterie duru brzusznego gina w 10 min w temp 75stopni, waglik i tezec 2h w 100 stopniach.Promieniowanie ultrafiol. - skuteczne iszczenie mikroorganizmow przy dł. Fali 265nm Wada tej metody to to ze skutecznosctej metody wystepuje przy naswietlaniu promieniami UV, wobec tego zapobieganie wtornemu rozwojowi bakterii jest spelnione.

CHEMICZNE - Dezynfekcja wody metodami chemicznymi polega na dawkowaniu do niej silnych utleniaczy takich jak chlor ,podchloryn sodowy , dwutlenek chloru , chloraminy, ozon, brom , jod.CHLOR

1.Zastosowanie:

a)utlenianie wstępne

-niszczenie zoo- i fitoplanktonu

-wspomaganie flokulacji poprzez utlenianie materii organicznej zaadsorbowanej na zawiesinach i koloidach

b)usuwanie amoniaku poprzez chlorowanie do punktu przełamania

-dezynfekcja

2.Wady

-powstawanie THM, kwasów halogenooctowych

-podwyższenie aktywności mutagennej wody

3.Zalety

-cena

-dostępność

4.Parametry fizyczne chloru

-żółtozielony gaz o charakterystycznym zapachu

-2,5 razy cięższy od powietrza

-temp. wrzenia -34^oC

-wyczuwalny w powietrzu przy stężeniu 0,01mg/dm³

-wywołuje śmierć przy stężeniu 2,9mg/dm³

5.Działanie chloru w wodzie

a)po przereagowaniu z nieorganicznymi reduktorami powstają chlorki

b)po przereagowaniu z organicznymi substancjami obecnymi w wodzie powstają UPU

chloroform

-kwasy chloroorganiczne

-chloroketony

-chloroaldehydy

6.Uboczne produkty chlorowania

Związki powstające w wyniku reakcji chloru z substancjami organicznym zawartymi w wodzie o charakterze toksycznym, kancerogennym lub mutagennym

-nielotne związki halogenoorganiczne NVOX

-lotne związki halogenoorganiczne VOX

7.Urządzenia do wprowadzania chloru do wody

W skład instalacji do dawkowania chloru wchodzi:

-parowalnik

-ciśnieniowe lub próżniowe urządzenie do dawkowania chloru

-instalacja do neutralizacji chloru

-NaOH

-węgiel aktywny

Jeżeli chlor jest w beczkach, to odległość chlorowni od pozostałych obiektów min. 100m, a jeśli w butlach - 50m.

10) Odkwaszanie

ODKWASZANIE WÓD

Cel: usunięcie agresywnego dwutlenku węgla:

-z wód podziemnych i infiltracyjnych;

-powstałego w wyniku koagulacji domieszek wód powierzchniowych;

-przy zmiękczaniu i demineralizacji wód kotłowych;

-po dekationizacji na kationitach wodorowych;

Metody odkwaszania wód:

Fizyczna

Przejście CO₂ obecnego w wodzie do powietrza w wyniku kontaktu obu mediów w urządzeniach otwartych lub ciśnieniowych.

Proces wymiany gazów:

p_t - ciśnienie całkowite mieszaniny gazów;

c- stężenie gazu w wodzie;

H_D- stała Henry'ego;

O skuteczności wymiany gazów decydują:

-temp.;

-zasolenie wody;

-stężenie i rodzaj wymienianych gazów;

-wielkość powierzchni międzyfazowej;

-czas kontaktu wody z powietrzem;

-wartość stałej Henry'ego;

-sposób napowietrzania wody;

-pH wody (zasadowości);Metody chemiczne

Tą metode stosuje się gdy wczesniej nie była stosowana metoda fizyczna lu nie była ona wystarczajaco skuteczna a także jeśli zawartosc CO2 jest niewielka.

-wapno palone lub hydratyzowane dawkowane w postaci mleka lub wody wapiennej

-soda kalcynowana

-wodorotlenek sodu

-filtracja przez złoże dofiltr

Indeksy korozyjności wody

1.Wskaźnik intensywności agresywności kwasowęglowej wody

I>1-woda agresywna

2.Indeks Langeliera

3.Indeks Ryznara

IL<0 IR>6,8 - woda korozyjna

IR>8,5 - woda bardzo korozyjna

IL=0 IR=6,2-6,8 - woda stabilna

11)

Odżelazianie i odmanganianie

Problem odzelaziania i odanganiania wystepuje zwykle w oczyszczaniu wod podziemnych ,infiltracyjnych zadziej powierzchniowych. Żelazo wystepuje w ilosciach do 100g Fe/m3, mangan 0-100 g Mn/m3. Wiekszosc wod do 100m glebokosci zawiera 10 g Fe/m3 a manganu 0,5 g Mn/m3. Wody infiltracyjne często zdaza się ze zawieraja ilosci ponadnormowe.

Istota odzelaziania polega na utlenieniu jonow Fe II do FeIII i usuwaniu wytraconych zwiazkow Fe(OH)3 z oczyszczanej wody w procesie sedymentacji i filtracji.

Formy wystepowania zelaza:

Fe(HCO3)2 - stosuje się najprostrzy uklad uzdatniania wody : napowietrzanie - sedymentacja

przy znacznych ilosciach Fe(OH)3 - odzelazianie (filtracja pospieszna) - dezynfekcja

FeSO4 - do powyzszego ukladu wlaczony jest proces alkalizacji

Zelazo może wystepowac również w zwiazkach nieorganicznych i organicznych

Chemizm usuwania zelaza (procesy jednostkowe)

Hydroliza związków zelaza:

Fe(hCO3)2 + 2H2O - Fe(OH)2 + 2H2CO3

FeSO4 + 2H2O - Fe (OH)2 + H2SO4

Utlenianie jonow FeII do FeIII:

4Fe⁺² + O2 + 10 H2O - 4Fe(OH)3 + 8H⁺

Fe + substancje organiczne:

Zastosowanie utleniania wstepnego ,silne utlenianie zwiazkiem chloru, ozon , nadmanganian potasu.

Koagulacja realizowana w różny sposób

-kontaktowa

-w warstwie osadu zawiszonego

-objetosciowa

Prowadzenie koagulacji i nakwaszenie roztworu rownoczesnie najbardziej skuteczna.

USUWANIE MANGANU:

Istota odmanganiania polega na utlenianiu jonow MnII do Mn IV i wytraceniu ich w postaci MnO2 * xH2O

KMnO4 - silny utleniacz redukuje się do +2 lub +4.. W wodach naturalnych dominuje Mn²⁺. Utleniamy go do Mn⁴⁺ aby otrzymac zwiazek trudno rozpuszczalny . Najpierw zachodzi hydroliza polaczen manganu a nastepnie proces utleniania. Mangan nie twozy polaczen z zwiazkami organicznymi.

Mangan nie utlenia się tlenem z wody. Do utlenienia manganu możemy zastosowac chlor, ozon, KmnO4.

Mn⁺² + KMnO4 - MnO2 + K⁺ + H2O

Inne metody usuwania manganu:

• utlenianie w warstwie wodonosnej

• wymiana jonowa

• sorpcja jonow Mn II na wodorotlenku zelazowym

• filtracja przez zloze z mineralow manganowych

12 GOSPODARKA ŚCIEKAMI I OSADAMI W STACJI OCZYSZCZANIA WODY:

Źródła i ilość osadów:

Oczyszczaniu wody towarzyszy powstawanie określonych ilości osadów: Sżąto:

• osady pokoagulacyjne

• osady wodorotlenku żelazowego wytrąconego z wody podziemnej

• osady powstające podczas strąceniowych metod oczyszczania wody np. zmiękczanie

• osady wydzielone ze ścieków

Do ścieków należą przede wszystkim:

• popłuczyny powstające ze płukania złóż filtracyjnych, adsorpcyjnych, jonitowych i mikrosit

• wody po płukaniu zbiorników i urządzeń

• zużyte czynniki stosowane do regeneracji jonitów

Ilość ich zależy od ilości i poziomu zanieczyszczenia oczyszczanej wody, stopnia usunięcia z niej zanieczyszczeń oraz rodzaju i dawki stosowanych chemikaliów.

Średnio ilość ścieków i osadów wynosi 5% objętości oczyszczanej wody ( dominują popłuczyny ).

Metody przeróbki osadów:

• zagęszczanie grawitacyjne - wymagaja go popłuczyny i osady odprowadzane z woda z osadnikow; realizowane jest w odstojnikach popłuczyn,rzadziej w lagunach ; polega na sedymentacji czastek stalych i ich komprymacji pod wpływem dzialania sily ciężkości;może być realizowane jako proces periodyczny lub ciągły;istotna jest prędkość opadania czastek stalych, która jest funkcja stężenia zawiesin w najbliższym otoczeniu sedymentujacej czastki;skuteczność zagęszczania okresla się jako stosunek zawartości cial stalych w osadzie zagęszczonym do ich zawartości w osadzie niezageszczonym; zalezy od:rodzaju osadow i popłuczyn, podatności czastek stalych do sedymentacji i zagęszczania, początkowe uwodnienie mieszaniny, czas zagęszczania.

• laguny osadowe - jeśli osady w osadnikach ulegaja zageszczeniu pod warstwa wody to kieruje się je na laguny, do których doprowadza się tez osady wydzielona z popłuczyn w odstojnikach;stopien odwadniania osadow pozawalaja zwiększyć:odprowadzanie wody nadosadowej i drenażowej, duza intensywność parowania wody; wykonuje się je jako zbiorniki ziemne(poziom wod gruntowych znajduje się 1,5m poniżej dna laguny); sad do lagun może być doprowadzany jedno- lub wielopunktowo; na dnie musi być drenaz odprowadzający wode osadowa; powinna być wyposazona w instalacje odprowadzajaca nadmiar wody nadosadowej; objętość wymiaruje się na czas odwadniania osadu(od kilku miesięcy do 3 lat).

• Flotacja- jako metoda zagęszczania osadow może być przydatna gdy osady są niepodatne na zagęszczanie grawitacyjne. Może to mieć miejsce dla osadow zatrzymanych na mikrolitach mikrolitach zawierajacych duze ilości żywych mikroorganizmow wodnych, osadow po koagulacji siarczanem glinowym, które charakteryzuja się duza intensywnością barwy a mala mętnością.

---