KOAGULACJA - Mętność lub barwę wody powodują cząstki stałe - zawiesiny oraz cząstki bardzo drobne . Cząstki taki nazywamy koloidami. Cząstka koloidowa jest tym stabilniejsza im ma mniejsze rozmiary i większy ładunek. Koloidy występujące w wodzie mogą być zarówno hydrofilowe ( zdolne do hydratacji) jak i hydrofobowe (nie adsorbujące wodę ) . Koloidy mogą być organiczne ( humusy) lub mineralne np. zw. żelaza , krzemu. Jednym ze sposobów naruszenia trwałości układów koloidowych jest zobojętnienie przez wprowadzenie do wody koloidów naładowanych ładunkiem przeciwnym. Ten proces usuwania koloidów z wody nosi nazwę koagulacji a używane do tego substancje nazywane są koagulantami. Koagulantami mogą być sole żelaza i glinu. Po dodaniu ich do wody ulegają dysocjacji elektrolitycznej na kationy i aniony. Po dodaniu do wody koagulantów glinowych i żelazowych przebiegają następujące reakcje chemiczne
AL2(SO4)3 + 3Ca(HCO3)2 → 3CaSO4 + 2Al(OH )3+ 6CO2
2FeCl3 + 3Ca(HCO3)2 → 2Fe (OH)3 + 3 CaCl2 +CO2
Powstawanie kłaczków z koloidowych wodorotlenków uzależnione jest od wartości odczynu w jakim prowadzona jest koagulacja .Powyższa zasada destabilizacji koloidów przez dodawanie do wody koagulantów nosi nazwę koagulacji objętościowej . Przy tej koagulacji proces tworzenia się żelu w skutek zlepienia się cząstek koloidowych zachodzi w całej objętości układu koloidowego. Można jednak proces koagulacji prowadzić w taki sposób aby powstawanie żelu zachodziło na powierzchni jakiegoś ciała o wymiarach znacznie większych od wymiarów cząstek koloidowych. Ten rodzaj koagulacji nazywa się koagulacją powierzchniową i prowadzi się je na filtrach kontaktowych . W procesach oczyszczania wody stosuje się koagulację do usunięcia barwy wody wytrącenia trudno opadających zawiesin bądź przyspieszenia opadania wytrąconych zawiesin np. podczas zmiękczania. W warunkach technicznych do koagulacji stosuje się głównie hydrolizujące sole żelaza i glinu . Najczęściej stosowanym koagulantem jest siarczan glinowy w postaci uwodnionej Al2(SO4)3* 18H2O .Bardzo dobrymi koagulantami są siarczan i chlorek żelazowy. Do koagulacji wody można też stosować węglan magnezu strącony wapnem do wodorotlenku magnezu . Na przebieg koagulacji mają wpływ czynniki chemiczny i fizyczne. Do chemicznych zalicza się stężenie i rodzaj zanieczyszczeń w wodzie, odczyn i skład chemiczny wody. Fizyczne czynniki wywierające wpływ na proces koagulacji to temperatura wielkość dawki koagulantu oraz czas i szybkość mieszania.
Cel i zakres badań. Proces koagulacji w technologii uzdatniania wody stosowany jest wówczas gdy dwu - trzy godzinna sedymentacja nie wystarcza do usunięcia z wody bardzo drobnych zawiesin , którymi są najczęściej cząstki gliny , bakterie, glony, humusy. Głównym celem badań technologicznych jest ustalenie optymalnej dawki koagulantu oraz wpływu niektórych parametrów tj. Odczynu , temperatury substancji wspomagających na przebieg koagulacji. Próby technologiczne obejmują szczegółowe badania nad procesem koagulacji. Zakres tych badań sprowadzać się będzie do ustalenia optymalnej dawki koagulantu siarczanu glinu. Określenie wpływu odczynu na proces koagulacji siarczanem glinu określenie wpływu temperatury na efekty koagulacji siarczanem glinu , ustalenie wpływu krzemionki aktywowanej na wielkość kłaczków powstających w procesie koagulacji siarczanem glinu. Dawkę koagulantu można ustalić na podstawie barwy wg wzoru 6*√z mętności lub 6*√z barwy
DEZYNFEKCJA CHLOREM - dezynfekcja jest to odkażanie mające na celu zabicie bakterii chorobotwórczych stosowane najczęściej metody dezynfekcji można podzielić na fizyczne i chemiczne. Z pośród czynników fizycznych działanie bakteriobójcze wykazują temperatura promieniowanie ultrafioletowe i fale ultra dźwiękowe .Dezynfekcja wody tymi metodami polega na niszczeniu żywej komórki mikroorganizmów. Odkażanie wody metodami chemicznymi można prowadzić przez działanie ozonu, chloru i jego związków a także metodami oligadynamicznymi. Działanie dezynfekujące środków chemicznych w wodzie zależy od ich rodzaju i stężenia, rodzaju i ilości znajdujących się w wodzie mikroorganizmów temperatury i jakości dezynfekowanej wody czasu kontaktu wody z danym środkiem chemicznym. W wyniku reakcji chloru z wodą powstaje kwas podchlorowy i kwas solny Cl2 + H2O ⇔ HClO +HCl
Cząstka chloru podchlorawego dysocjuje HClO ⇔H+ + ClO-
Ponieważ jest to kwas słaby jego stopień dysocjacji jest niski i zależy od odczynu . W środowisku obojętnym lub zasadowym pod wpływem światła przebiega samorzutnie jego fotochemiczny rozkład z wydzieleniem tlenu HCLO⇔ HCL+ O
Ilość chloru potrzebna na pokrycie zapotrzebowania na wszystkie procesy z jego udziałem nazywa się ogólnie zapotrzebowaniem na chlor. W praktyce zapotrzebowanie na chlor ocenia się umownie z ilości pozostałego chloru wolnego w mg Cl2\dm3 , Które po 30 min kontakcie wody z chlorem w temp 20 stopni C daje 0,1 mg Cl2\dm3 pozostałego w wodzie chloru użytecznego. Obecnie częściej stosuje się metodę polegającą na wprowadzeniu do wody chloru z dodatkiem amoniaku lub soli amonowych. Celem jest przedłużenie działania bakteriobójczego w wodzie. W wyniku reakcji kwasu podchlorawego z amoniakiem powstaje monochloramina
HClO + NH3 ⇔ MH2Cl + H2O
Monochloramina hydrolizuje w wodzi z wytworzeniem jonu podchlorawego o własnościach silnie utleniających
NH2Cl + H2O ⇔NH4+ + ClO-
Hydroliza chloraminy przebiega stosunkowo wolno i dlatego jej działanie utleniające w okresie początkowym jest dużo słabsze niż samego chloru. Najbardziej optymalną dawką jest stosunek 1 mg azotu amonowego do 4 - 6 mg wolnego chloru. Oprócz chloru stosuje się do dezynfekcji związki zawierające chlor czynny takie jak wapno chlorowane ,dwutlenek chloru ,podchloryny i chloraminy.
Ozonowanie wody jako metoda dezynfekcji znajduje obecnie coraz większe zastosowanie i wypiera w niektórych przypadkach chlorowanie. Zdolność bakteriobójcza ozonu jest kilkanaście razy większa niż chloru . dawkę ozonu dobiera się tak by zawartość pozostałego ozonu wynosiła 0,1 mg O3\dm3.
Celem badań nad dezynfekcją wody jest ustalenie niezbędnej do dezynfekcji dawki chloru tak żeby zapewniła ona odpowiednią zawartość w wodzie pozostałego chloru. Zakres badań sprowadza się do ustalenia stopnia zużycia chloru w zależności od zanieczyszczenia wody, określenia wpływu chloru na bakteriologiczną jakość wody. Określenie wpływu dezynfekcji za pomocą chlorowania z amonizacją na bakteriologiczną jakość wody. Metody badań
Badanie stopnia zużycia chloru w zależności od zanieczyszczenia wody. Dezynfekcja wody z zastosowaniem wolnego chloru ,Dezynfekcja za pomocą chlorowania z amonizacją.
TWARDOŚĆ WODY
Twardość wody jest to właściwość jaką nadają wodzie substancje wapnia i magnezu .Jednostką twardości może być :
- stopień niemiecki
- miligramorównoważnik (mval)\ lL jest to taka twardość jaką nadaje wodzie 1 mval jonu Ca i Mg w 1L wody
Rodzaje twardości wody: twardość węglanowa przemijająca spowodowana obecnością kwaśnych węglanów magnezu i wapni , znika podczas gotowania.
Ca ( HCO3)2⇔ Ca CO3↓ + CO2↑ = H2O
Twardość niewęglanowa stała spowodowana obecnością soli wapnia i magnezu innych kwasów nieorganicznych ( chlorki siarczany azotany0, nie zmienia się pod wpływem ogrzewania.
Twardość ogólna - stanowi sumę twardości węglanowej i niewęglanowej , którą posiada woda surowa
Najtańszą i pospolitszą metodą częściowego zmiękczania wody jest proces dekarbonizacji polega on na usuwaniu z wody twardości węglanowej tj. Na przeprowadzaniu rozpuszczonych związków zawierających jony wapnia i magnezu w trudno rozpuszczalne związki. Dekarbonizacja wody może być prowadzona na drodze termicznej, chemicznej lub wymiany jonowej. Dekarbonizacja chemiczna polega na rozkładzie wodorowęglanów wapnia i magnezu pod wpływem temperatury . Wytrącają się wówczas sole powodujące twardość węglanową wody wg równania CA(HCO3)2⇔ CaCO3 + CO2 + H2O tak samo tak Mg
Dekarbonizacja chemiczna polega na strąceniu nierozpuszczalnych osadów i wiązaniu w kompleksowe zw. Jonów wapnia i magnezu za pomocą reagentów.: wapno - prowadzi do usunięcia twardości węglanowej, kwas - proces z nim przebiegający inaczej zwany szczepieniem zmienia twardość węglanową na niewęglanową
Ca(HCO3)2 + 2HCl ⇔ CaCl2+ 2CO2+2 H2O
Dekarbonizacja jonitowa to preparowanie wody przemysłowej polegające na zastąpieniu niepożądanych jonów wapnia i magnezu jonami sodowymi i wodorowymi
Celem jest uzyskanie takiej koncentracji w badanej wodzie jonów wapnia magnezu i wolnego CO2 aby zastosowana woda nie powodowała odkładania się osadu, korozji oraz obrostów biologicznych.
ZMIĘKCZANIE CHEMICZNE WODY - Efekt zmiękczania wody zależy od składu chemicznego wody surowej rodzaju stosowanych chemikali oraz ich nadmiaru , temperatury wody poddawanej procesowi zmiękczania , czasu reakcji, rodzaju stosowanych katalizatorów. W śród chemicznych metod zmiękczania wyróżniamy metodę wapienno sodową , metodę ługowo - sodową , fosforanową , metoda Neckar. Metoda wapienno sodowa powoduje wytrącanie z wody jonów wapnia i magnezu tworzących twardość węglanową. Wodorotlenek wapniowy jest czynnikiem usuwającym twardość węglanową wiąże CO2 oraz wszystkie sole magnezowe natomiast soda Na2CO3 usuwa twardość niewęglanową
CaSO4 + Na2CO3⇔ CaCO3 +Na2 SO4 tak samo dla magnezu. Metoda ta nadaje się głównie do zmiękczania wód o dużej twardości węglanowej i zawierających znaczne ilości CO2. Metoda ługowo - sodowa nadaje się jedynie do preparowania wody w której zawartość soli wapniowych jest conajmniej równa podwójnej zawartości soli powodujących twardość węglanową
Ca(HCO3)2 + 2Na⇔ CaCO3 +Mg(OH)2 + Na2CO3 + H2O
CaSO4+ Na2CO3⇔ CaCO3 + Na2CO4
Metoda fosforanowa usuwa każdy rodzaj twardości . Fosforany wapnia i magnezu są trudniej rozpuszczalne niż węglany lub wodorotlenki tych metali, twardość jest mniejsza. Najbardziej istotną zaletą metody jest jej właściwość polegająca na zapobieganiu wytrąceniu się krzemionki w postaci kamienia kotłowego
3Ca(NCO3)2 + 2 Na3PO4⇔Ca3(PO4)2 + 6Na HCO3
3Ca(HCO3)2 + 2Na3PO4 ⇔ Ca3(PO4)2 + 3Na2SO4
6NaHCO3⇔ 3Na2CO3 +3 CO2 + 3 H2O
Metoda ta zapewnia dwu trzy krotnie większą szybkość procesu zmiękczania od pozostałych metod. Do zmiękczania wody stosowane są trzy rodzaje fosforanów: fosforan sodowy, wodorofosforany sodowe Na2HPO4 oraz NaH2PO4 o ile w wodzie preparowanej znajdują się składniki alkaliczne NaOH, Na2CO3
Metody badań: metoda wapienno sodowa, metoda fosforanowa. Dekarbonizacja wody za pomocą roztworu wapnia szczepienie kwasem, dekarbonizacja wody metodami jonitowymi.
WYMIANA JONOWA - Do metod odmineralizowania wody należy zaliczyć: metodę termiczną ( destylację) , metody elektrochemiczne (elektroliza, elektroosmoza), wykorzystanie osmozy odwróconej, wykorzystanie wymiany jonowej. Wymiana jonowa polega na całkowitym usunięciu z wody jonów zdysocjowanych soli. Wszystkie kationity zostają związane przez kationit silnie kwaśny a do roztworu przechodzą jony wodorowe powodujące zakwaszenie mieszaniny kwasami mineralnymi. Przepuszczając ten roztwór przez anionit obsadzony grupami wodorotlenowymi otrzymuje się wodę całkowicie pozbawione soli. Takie rozwiązanie jest jednak rzadko stosowane gdyż daje się tylko dla wód o małym stopniu zasolenia. Wody silniej zasolone wymagają bardziej rozbudowanych układów. Tworzący się w wyniku od kationowania wody kwas węglowy może być wiązany przez anionit silnie zasadowy. Jednakże tańszym i prostszym sposobem jest usunięcie go z wody przez przedmuchanie wody powietrzem. Nie wszystkie jony zawarte w roztworze są wiązane przez jonit z jednakową siłą . Kationity silnie kwasowe wiążą jony tym silniej im wyższa jest ich wartościowość. Podobnie właściwości wykazuje anionity silnie zasadowe. W miarę przepływu wody poprzez złoże jonitowe jony wiązane mocniej wypierają te jony , które posiadają niższą wartościowość Górna warstwa jonitu obsadzona zostaje jonami najsilniej związane. Jony wiązane słabiej wypierane są do niższych warstw wymiennika aż w końcu zaczynają się pojawiać w wycieku co świadczy o tzw. Przebiciu złoża. Celem badań laboratoryjnych procesu demineralizacji wody jest określenie stopnia wiązania wody powodujące zasolenie wody przy zastosowaniu wymienników jonowych. Metody badań. W próbkach wody określa się odczyn zasadowość Zm i Zp , kwasowość Kp i Km, twardość ogólną, wolny CO2 wapń, magnez i chlorki. Przeprowadza się demineralizację wody na kationicie silnie kwaśnym i anionicie słabo zasadowym Demineralizacja wody na kationicie silnie kwaśnym i silnie zasadowym anionicie. Demineralizację wody w kationicie silnie kwaśnym i złożu mieszanym.