USUWANIE AZOTU AMONOWEGO:

1. Metody fizyko-chemiczne:

a) Odpędzanie (stryping)

I Etap: NH₄⁺ + OH^- ↔NH₃↑ + H₂O

II Etap: zachodzi w wieżach desorpcyjnych,

Obcią. hydrauliczne = 2÷5 m³/m²h

Wysokość wież = 6÷7,5 m

Wady:

- dość drogi,

- skuteczność zależy od temp. (dawki wapna i ilość powietrza)

latem 98%, zima 50%

- wydzielający się amoniak (jak dużo to skazi atmosferę

Zalety:

- skuteczność nie zależy od stężenia azotu amonowego

b) Wymiana jonowa:

KtNa + NH₄⁺→KtNH₄⁺ + Na⁺

KtNH₄⁺ + NaCl → KtNa + NH₄Cl

regeneracja 5÷10%NaCl,pH=10÷12

Obcią. hydrauliczne = 6÷13 m³/m²h

Wysokość złoża min 0,4 m

zdolność wymienna: Zw=0,8÷2,2mgN-NH₄⁺/g klinoptyl.

pH = 5÷8

Zalety:

- nie zależy od temperatury

- tani surowiec (klinoptylonit)

Wady:

- niska zdolność wymienna zwłaszcza przy wodach twardych

- proces zależy od pH

- negatywny wpływ mają zanieczyszczenia organiczne

c) chlorowaniem do punktu przełamania.

-tworzenie monochloramin, pH>8,5

NH₄⁺ + HOCl→NH₂Cl+ H₂O + H⁺

-pH=5÷8,5 -mono i dwuchloramina

-tworzenie dwuchloramin, pH=3÷5

NH₄⁺ + 2HOCl→NHCl₂+2H₂O+H⁺

- tworzenie trójchloroazotu: pH<3

NH₄⁺ + 3HOCl→NCl₃+3H₂O+H⁺

Rozkład chloramin:

2NH₂Cl+3Cl₂+H₂O→N₂O+N₂+10HCl

Optymalne pH = 6÷8,5

Czas przetrzymania = 30 min

Zalety:

- duża skuteczność (95%)

Wady:

- do usuwania małych ilości azotu amonowego

- trudno uchwycić punkt przełamania

- trudno ustalić dawkę aby uchwycić punkt przełamania

- po procesie musimy przeprowadzić dechlorację

- obniżenie pH

d)Utlenianie chlorem na węglu aktywnym

I faza: aktywacja złoza wodą chlorowa przez okres 20 godz, powstaje tlenek węgla,

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

e)Utlenianie chlorem na złozu klinoptylonitowym

2HCl₂ + 6OH^- →N₂ + 3Cl^- + 3OCl^- +3H₂O

2HCl₂ →N₂ + HCl + Cl₂

NH₂Cl + NHCl₂ → N₂ + 3HCl

Zalety:

- małe ilości chloru

Wady:

- trzeba regenerować klinoptylonit solanką

- trzeba dechlorować

e)Utlenianie ozonem

pH<9,0 - bezpośrednia reakcja azotu amonowego z ozonem

pH>9,0 - ozon ulega przemianom i powstają rodniki OH* i one utleniają azot amonowy do azotanów

Stosunek wagowy O₃:N-NH₄⁺ - 5:1

f)katalityczne utlenianie anodowe

Skuteczność metody - 99%

Stosujemy elektrodę platynową

g) Metoda stronceniowa

Dodając fosfor i magnez powstaje MgNH₄PO₄ i wytrąca się w postaci osadu.

USUWANIE AZOTANÓW:

1. Metody fizyko-chemiczne:

a) Wymiana jonowa

gdy stosunek molowy:

SO₄^2-/NO₃^- < 1 stosujemy zwykły anionit

SO₄^2-/NO₃^- < 1 stosujemy anionit azotanoselektywny (PUROLITE A520E, I mac 555)

Szereg wymienialności dla azotanoselektywnych:

OH^-<Cl^-< HCO₃^-<NO₃^-<SO₄^2-<PO₄^3-

wymiana na azotanoselktywnym

AnCl^- + NO₃^- →AnNO₃ + Cl^-

regeneracja 5% solanką

AnNO₃ + NaCl → AnCl + NaNO₃

b) Ekstrakcja jonowymienna:

Ekstrachentem są aminy alifatyczne, nosnik amin perełki z polistyrenu usieciowanego dwufenolobenzenem

c) Redukcja azotanu do azotu wolnego.

Reduktor Fe⁺ (FeSO₄)

Katalizator Cu²⁺(CuSO₄)

Alkaiczne środowisko

Warunki beztlenowe

Proces przebieg dobrze - niskie odczyny:

NO₃^-→N₂, NO, N₂O

Proces przebieg żle - wysokie odczyny:

NO₃^-→ NO₂, NH₄⁺/NH₃

Stężenie azotu amonowego 10 mg N-NO₃/dm³

Stosunek Fe²⁺:N-NO₃ = 1,5:1

Stosunek Cu²⁺:N-NO₃ = 8,0:1

c) Redukcja azotanu przy pomocy polimerów redoksowych.

Polimery redoksowe to substancje mające zdolność do wymieniania elektronów.

2. Metody biologiczne:

a) wysoko obciążony osad czynny - 1 kierunek

b) procesy biologiczne zachodzie w stawach - 2 kierunek

c) procesy denitryfikacji:

bakterie: heterotrofy, fakultatywne aneoroby.

stosunek węgla organicznego do azotanów: C:N=2,75:1

Źródła węgla organicznego

- surowe ścieki

- nadmierny osad

- metanol

- etanol

zawartość tlenu < 0,5 mg O₂/dm³

temperatura 20÷30 ⁰C (<10 ⁰C proces zahamowany)

- pH - nie ma sprecyzowanych danych

USUWANIE FOSFORU:

a) metody biologiczne

- asymilacja fosforu

- symultaniczne strącanie: pH=5,5-7,0

Zalety:

- niskie koszty,

- powstaje osada o dobrych właściwościach,

Wady:

- niewystarczające stężenie fosforu,

- nie można odzyskać koagulanta,

- wzrost ilości osadów,

- trudność w doborze dawki koagulanta,

- zjawisko wtórnego uwalniania fosforu

b) metody fiz.- chemi.

- koagulacja powierzchniowa, koagulanty: Fe₂SO₄, Fe Cl₃

- metody sorpcyjne -stos. sorbenty to tlenek glinu

- koagulacja objętościowa, przy pH=11 powstaje Mg(OH)₂, który zabija mikroorganizmy, jako koagulant stosujemy wapno

ADSORPCJA:

1)charakterystyka:

a)siły przyciągające między cząsteczkowego

- fizyczna- Van der Waelsa

-chemiczna - wiązanie chemiczne

b)ciepło adsorpcji

-fizyczna- 40 KJ/mol

-chemiczna 80-5602KJ/mol

c)wpływ temperatury na proces

-fizyczna-wzrost niekorzystny

-chemiczna-wzrost korzystny

d)-fizyczna- może być wielowarstwowa

- chemiczna- zawsze jednowarstwowa

e)odwracalność

-fizyczna- w dużym stopniu odwracalna

-chemiczna- nieodwracalna

Adsorpcja jest procesem stechiometrycznym, równowagowym i trwa tak długo, aż wytworzy się równowaga między adsorptywem i adsorbentem.

2)etapy procesu:

1.transport zanieczyszczonej cząstki w pobliże warstwy granicznej

2.Przemieszczanie się w warstwie granicznej i dostanie się do adsorbent

3.przemieszczenie się zanieczyszczenia w strukturze wewnętrznej adsorbenta

4.lokalizacja adorptyw w miejscach aktywnych adsorbenta.

3)parametry adsorbenta:

1.powierzchani właściwa

2.porowatość

-mikroporowate<2nm

-mezoporowate 2-50nm

-makroporowate >50nm

Wegle aktywne:

-pyliste 5-10μm

-ziarniste

-granulowane(formowane)

3.pojemność adsorpcyjna P=x/m=(C₀-C)/m [mg/g]

-zalezy od temperatury i stężenia równowagowego zanieczyszczeń. Gdy T=const to P=(f) z tej funkcji tworzy się izotermy.

Izoterma Laumuina i Freudicha: na ich podstawie:

-liczy się masę adsorbenta

-wyznacza się powierzchnię właściwą

-wyznacza się ciepło adsorpcji

Izoterma BET:

-do opisu adsorpcji fizycznej

4.Wzajemne powinowactwo między adsorptywem a adsorbentem.

5.Liczby

-liczba fenolowa- ilość węgla aktywnego wyrażona w mg potrzebna do zmniejszenia o 90% fenolu z jednego litra r-ru o stężeniu 100mg/dm³ (wynosi 15-30)

-liczba miligramowa- ilość węgla aktywnego wyrażona w mg niezbędna do odbarwienia 200cm³

-liczba metylenowa- ilość wyrażona w cm³ 0,15% r-ru błękitu metylowego odbarwianego przez 0,2g węgla aktywnego.

WYMIANA JONOWA:

a) zastosowanie kationitów i anionitów w odnowie i oczyszczaniu wody

- usuwanie azotanów - anionit silnie zasadowy w cyklu chlorkowym

- zmiękczanie wody:

• Usuwanie twardości węglanowej- kationit słabo kwaśny w cyklu wodorowym,

• Usuwanie twardości węglanowej i niewęglanowej - kationit silnie kwaśny w cyklu wodorowym lub sodowym

• Usuwanie twardości niewęglanowej - kationit słabo kwaśny + dekarbonizacja + kationit silnie kwaśny w cyklu chlorkowym

• Dekarbonizacja i dekationizacja- kationit silnie kwaśny w cyklu sodowym i anionit silnie zasadowy w cyklu chlorkowym

• Demineralizacja - całkowite usunięcie kationów i anionów- kationit silnie kwaśny w cyklu wodorowym i anionit słabo zasadowy w cyklu wodorotlenowym

• Demineralizacja + odkrzemianie - kationoit silnie kwaśny w cyklu wodorowym i anionit silnie zasadowy w cyklu wodorotlenowym

• Usuwanie fosforu- anionit silnie zasadowy lub anionit słabo zasadowy w cyklu chlorkowym

• Odmineralizowanie -kationit wodorowy i anionit wodorotlenowym

• Usuwanie radionuklidów- kationit silnie kwaśny w cyklu wapniowym

• Usuwanie zanieczyszczeń organicznych - anionit silnie zasadowy w cyklu chlorkowym

Czynniki wpływające na proces wymiany jonowej:

- budowa jonitu- przebieg procesu

- rodzaj grup funkcyjnych - charakter reakcji wymiany, zdolność wymienna, stopień pęcznienia, aktywność,

- rodzaj wymienianych jonów

- wartość pH

- stężenie oczyszczanego elektrolitu

- temperatura roztworu - wysoka przyspiesza

- obecność innych domieszek i zanieczyszczeń - jony Fe²⁺ i Mn²⁺ zwalniają proces

KOAGULACJA

Właściwości koloidów:

-Ruchy Browna

- efekt Tyndala

-Ładunek elektryczny

Indeks mętności - zawiesina/mętność >1, sedymentacja, Im=0,5+1, badanie technologiczne Im<0,5, koagulanty sole glinu, sole żelaza. Potencjał ζ na granicy warstwy adsorpcyjnej dyfuzyjnej

ζ=70mv, koagulacja nie zachodzi ζ=30mv,początek koagulacji ζ=0mv, szybka koagulacja. Czynniki wpływające na koagulację: skład wody, zasadowość, barwa, mętność, pH.

Sposób prowadzenia procesu: 1.klasyczna(objętościowa)-szybkość i czas,

2 etapy mieszanie szybkie i wolnewmieszaniu szybkim zachodzi dysocjacja i hydrolizaczas 1-3 min max 5 min

2.kontaktowa-w klarownikach w zawieszonym oszdzie dawka koagulanta nawet do 25 %

Czas zatrzymania 2 - 2,5 h

3 grupy urządzeń:

-urzdzenia o stałym przepływie przez WZO

-pulsatory

-akcelatory (recyrkulacja osadu)

3.powierzchniowa-zachodzi w złożu filtracyjnym. Koagulanty :

-glinowe

-żelazowe(może być podwyższona barwa wody)

Al₂(SO₄)₃*18H₂O, Fe₂(SO₄)₃*18H₂O, FeCl₃, AlCl₃

koagulacja wapnem-służy do korekty odczynu pH, do podniesienia zasadowości, zabija mikroorganizmy.

Koagulacja wapnem może być prowadzona:

-małymi dawkami:do pH 9,5-10.,5

CO₂ + Ca(OH)₂ -> CaCO₃ + H₂O

Ca(HCO₃)₂ + Ca(OH)₂ CaCO₃ + H₂O

-: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⁺⁴ + nOH^- Me(OH)_n

Flokulanty(reagenty): wspomagaja kłaczkowanie, krzemionka aktywna, polielektrolity, CaCO₃. utlenicze :chlor, ozon, KMnO₄,ClO₂, obciążniki: stanowią zarodki do tworzenia kłaczków. Koagulacja wapnem: korekta odczynu pH, podniesienie zasadowości, wiązanie CO₂ agresywnego. Zachodzi koagulacja, strącanie, współstracanie, adsorpcja.

Zanieczyszczenia usuwane w procesie koagulacji: barwa, mętność, metale ciężkie, pierwiastki promieniotwórcze, pestycydy, związki humusowe, detergenty, zw. Fenolowe, węglowodory aromatyczne, mikroorganizmy. Produktem odpadowym po procesie są osady pokoagulacyjne.

Gospodarka osadami pokolagulacyjnymi: odzysk koagulanta możliwy w 50%:wywóz na składowiska, wspólne zagospodarowanie osadów, stosowane do produkcji cementu, poprzez wypalanie stosowane do produkcji cegły, jeżeli zawierają arsen to stosowane o produkcji stali wysokogatunkowej, stosowane do walki z eurotrofizacją.

Optymalizacja procesu koagulacji: ustalenie dawki koagulanta, wyznacznie potencjału ζ, określenie ładunku cząstek:elektroforeza-ruch fazy stałej obdarzonej ładunkiem w cieczy umieszczonej w polu elektrycznym, efekt Tyndala-im większy potencjał ζ cząstki przemieszczają się szybciej, mniejsze wolniej. Inną metodą optymalizacji dawki jest urządzenie SCD, które koryguje dawkę koagulanta.

Zalety SCD: mniejsza ilość koagulanta , mniejsze koszty , mniej osadu

---