Rodzaje wód:
Powierzchniowe
-wody pływające rzek, jezior, lodowce, morza, skondensowane pary, lód, śnieg, mgła, szron
-narażona na wszystko z czym się zetknie
- zanieczyszczenia: sztuczne (wszystkie wprowadzone przez działalność człowieka, zależnie od stopnia uprzemysłowienia terenu, gdzie jest ściek) i naturalne ( z plato przepływu np. kwasy humusowe)
BZT5- parametr odpowiadający zużyciu tlenu do utleniania w warunkach aerobowych zw. Org. Zawartych w ściekach przy udziale mikroorg. BZT5 oznacza 5dniowy okres analizy, bo wtedy procesy te zachodzą najintensywniej
Uzdatnianie wody można podzielić na 2 etapy:
- oczyszczanie mechaniczne (kraty, sita, mikrosita, osadniki, czasami filtracja)
- oczyszczanie fizyko-chemiczne
Kraty – służą do usuwania głównie pływających części stałych. Zbudowane najczęściej z metalowych prętów, które są przyspawane od ramy, ustawia się je pionowo w kanale, którym przepływa woda. Często stawia się ją ukośnie pod kątek 60 stopni. prześwit między prętami 30-50mm – krata rzadka, 10-20mm krata gęsta. Czyszczenie krat może odbywać się ręcznie lub w zależności od nagromadzonych skratek (?) (zanieczyszczenia zatrzymane na kratach). Stosowane są także bardzo często kraty schodkowe, których praca może być ciągła, bądź cykliczna. Coraz częściej instalowane są urządzenia zespolone, których zadaniem jest wyłapywanie zanieczyszczeń grubych, frakcji piasków jak i zanieczyszczeń drobnych.
Sita – są stosowane do dokładnego usuwania z wody drobniejszych zanieczyszeń, ustawia się je zwykle za kratami. Sita nieruchome zbudowane są podobnie jak kraty tylko zamiast prętów siatka metalowa z drutu miedzianego kwasoodpornego. Dobór oczek zależy od wskazań eksploatacyjnych.
Sita obrotowe używane przy dużych ilościach zanieczyszczeń. Stanowią taśmę, która rozpięta na ramach połączona jest przegubowo i przesuwnie. Mogą być stosowane również bębnowe jak i na osi.
Osadniki- urządzenia jako zbiorniki o różnej konstrukcji, w których odbywa się proces oddzielania zawiesin lekkich znajdujących się w wodzie. Wodę wprowadza się do osadnika, gdzie pozostaje w spokoju lub przepływa bardzo wolno. Podczas przepływu następuje opadania zawiesin na dno zbiornika, natomiast klarowne górne warstwy wody odprowadza się do dalszych procesów uzdatniania wody. Woda może być wystarczająco klarowna, ale w większości przypadków poprzedza się ten proces uzdatniania wody procesem filtracji. Nie są usuwane zanieczyszczenia w formie koloidowej.
Cząsteczki opadają z różną prędkością co zależy od:
-wielkości i kształtu cząsteczki
- ciężaru właściwego
-temp. Wody
-lepkości
Osadniki mogą być o działaniu okresowym lub ciągłym ze stałym przepływem przez osadniki.
Osadniki przepływowe w zależności od kierunku przepływu wody można podzielić na:
-poziome
-pionowe
-odśrodkowe
Osadniki poziome – mają zwykle kształt prostokąta, sposób działania zgodny z przepływem, gdzie poza przegrodą na wlocie wody znajduje się lej osadowy. Osadniki usuwają do 70%zawiesin, resztę w zależności od potrzeb usuwa w procesie filtracji
Osadniki pionowe – przeważnie mają kształt cylindryczny, czasem kształt graniastosłupa, dno kształt stożkowy zawsze. W zwężającej się części stożka gromadzi się osad, który usuwany jest okresowo bądź ciągle. Konstrukcje takiego osadnika zawierają rurę centralną, która spływa w dół do przestrzeni osadnika, po wylocie wody z rury centralnej woda powoli wznosi się ku górze a opad osadu następuje w przeciwnym kierunku. Sklarkową wodę przelewa się do rynien, które okalają cylinder, a skąd do dalszych procesów
Osadniki odśrodkowe – radialny kierunek ruchu jest zbliżony do osadników poziomych, natomiast cylindryczny kształt do osadników pionowych. Zasadniczą cechą jest zmienna prędkość przepływu (duża w środku i bardzo mała na obwodzie). Zaletą jest niewielka głębokość. Woda doprowadzana jest za pośrednictwem rury , której wylot znajduje się wew. Osadnika pod zwierciadłem wody. Woda wprawiana jest w powolny ruch obrotowy, za pomocą zaganiacza, a zawiesiny opadają na dno. Zganiacz z dolnych pow. Zsuwa osad do komory osadowej. Czysta woda odpływa górną częścią osadników.
Filtracja – zależy o jednych z najważniejszych procesów uzdatniania i często stanowi jego ostatni etap. Polega na usunięciu zawiesin i zanieczyszczeń mechanicznych, których wielkość nie przekracza 10-4cm. Proces ma zastosowanie zarówno w uzdatnianiu wód surowych jak i wstępnie uzdatnionych. Filtrowanie polega na przepuszczeniu wody przez warstwy porowatego materiału, który zatrzyma cząstki zanieczyszczeń (żwir, czysty piasek).
Procesy zachodzące podczas filtrowania są mocno złożone, a głównie są to:
-procesy mechaniczne
- adsorpcyjne
- koagulacyjne
- biochemiczne
Rodzaje filtrów:
- powolne
- pośpieszne
-pośpieszne zamknięte ciśnieniowe
Wgłębne
-stała temp
-przezroczyste
-nasycone rozpuszczalnymi substancjami
-orzeźwiający smak, zazwyczaj bezzapachowe lub specyficzny zapach
-dużo wodorowęglanów
-bardzo dużo żelaza, manganu, wapnia, magnezu
Odżelazianie i odmanganianie mogą przebiegać jednocześnie.
Metody odżelaziania i odmanganiania łączne:
-aeracja
-aeracja i filtracja z korektą pH
- oksydacja i filtracja przez złoża
- metoda silnych utleniaczy
- metoda koagulacji
Formy występowanie żelaza:
- Fe2+, Fe3+, Fe org.
-Fe(HCO3)2, Fe(CO3)2, Fe(OH) 3, FeSO4, FeCl, Fe(OH)2
Metody odżelaziania:
-napowietrzanie i filtracja
-aeracja, alkalizacja i filtracja
-metoda silnych utleniaczy
- koagulacja
Formy występowania manganu:
- Mn+, Mn4+, Mn7+, Mn org.
Mn+- występuje w zw. Kompleksowych jako minerał
Mn2+ - MnCO3, MnCl2, MnSO4, Mn(HCO3)2, Mn(OH)2
Mn3+ - Mn(OH)3, Mn2O3
Mn4+ - MnO2, forma uwodniona MnO(OH)2
Mn7+ - KMnO4 silny utleniacz
Metody odmanganiania:
-metoda aeracji, wapnowania i filtracji przez złoże z piasku kwarcowego
- aeracji i filtracji przez piaskowe złoże filtracyjne zaszczepione tlenkami manganu
- aeracji, dawkowania roztworu nadmanganianu potasu i filtracji
- aeracji i filtracji na złożu piroluzytowym
- aeracji, oksydacji i filtracji na złożu zaszczepionym tlenkiem manganu
- koagulacji ze wstępną oksydacją
- biologiczna
2.Rodzaje koloidów, sposoby usuwania (koagulacja)
Należą do nich:
-układy fizyczne jednorodne
-roztwory substancji wielocząsteczkowych
-tzw. koloidy fazowe
W zależności od właściwości dyspersji:
-koloidy asocjacyjne- substancja rozproszona samorzutnie przechodzi w stan koloidalny
-koloidy dyspersyjne- substanc ję rozpuszczoną otrzymuje się przez wymuszone rozdrobnienie
W zal. od powinowactwa rozpuszczalnika:
-liofilowe- (dla ośrodkó gdzie rozproszoną fazą jest woda nazywa się je hydrofilowe) mają duże powinowactwo do rozpuszczalnika dzięki czemu otaczają się cząsteczkami rozpuszczalnika, co daje im trwałość
-liofobowe- (dla wody hydrofobowe) posiadają małe powinowactwo w stosunku do rozpuszczalnika, na swojej powierzchni gromadzą ładunek elektryczny
Usuwanie koloidów- koloidy w wodach nat najczęściej występują jako cząsteczki o ładunku "-" i wzajemnie oddziałując (odpychają się) utrzymują się w roztworze. Aby je wytrącić trzeba wprowadzić takie substancje które dostarczą ładunków "+".
-dodanie koloidu o znaku przeciwnym
-dodanie elektrolitu który zmniejsza istniejący potencjał elektryczny i ułatwia łączenie
-działanie promieniowaniem β lub gamma
-ogrzewanie
-działanie mechaniczne ( wytrząsanie)
3.Rodzaje koagulacji. Mechanizm procesu koagulacji objętościowej.
Rodzaje koagulacji:
-koagulacja objętościowa :
pierwszym etapem jest: dodanie do oczyszczanej wody koagulanta, dokładne wymieszanie zapewniające jednorodność układu woda-koagulant /w komorach szybkiego mieszania czas mieszania 1 – 3min/ oraz hydroliza koagulanta.
Drugim etapem koagulacji jest flokulacja, w której zachodzą zjawiska powstawania /. Ta faza procesu realizowana jest w komorach wolnego mieszania /flokulacji/. Powstałe kłaczki /aglomeraty/ usuwane są z układu
- koagulacja kontaktowa - pierwszym etapem jest dodanie do oczyszczanej wody koagulanta, dokładne wymieszanie zapewniające jednorodność układu woda-koagulant /w komorach szybkiego mieszania-czas mieszania 1 – 3min./ oraz hydroliza koagulanta.
Drugim etapem koagulacji jest flokulacja, w której zachodzą zjawiska powstawania aglomeratów. Ta faza procesu realizowana jest w osadnikach kontaktowych w warstwie osadu zawieszonego. Usuwana jest cześć powstałych aglomeratów, a reszta stanowi warstwę osadu zawieszonego. Dzięki kontaktowi oczyszczanej wody z osadem zawieszonym działa on w sposób katalizujący i sorpcyjny i uzyskuje się zmniejszenie wymaganej dawki koagulanta. Efekty koagulacji kontaktowej zależą także od prędkości przepływu wody przez warstwę osadu zawieszonego oraz wysokość tej warstwy.
- koagulacja powierzchniowa – realizowana jest w złożu filtrów pospiesznych /przy przepływie oczyszczanej wody przez złoże filtracyjne/. Produkty hydrolizy koagulantów powstają w oczyszczanej wodzie wypełniającej pory złoża oraz na powierzchni materiału filtracyjnego. Koagulant może być dodawany do wody, wcześniej do komór szybkiego mieszania lub bezpośrednio przed złożami filtracyjnymi co zapewnia lepsze efekty oczyszczania i eliminuje, z układu urządzeń, komory szybkiego mieszania. zalecana jest do oczyszczania wód o stałym i małym poziomie zaniecz. Wystarczają małe dawki koagulantów.
Od czego zależy prawidłowość procesu koagulacji?
- odpowiednie warunki do procesu hydrolizy.
- rodzaj i stężenie głównych zanieczyszczeń(dobór koagulantu, dawka)
- odpowiednie pH
- temperatura zachodzącego procesu.
- dobór odpowiedniego koagulantu i jego dawki
- odpowiednie przygotowanie próbki
Polielektrolity
Są to substancje wspomagające proces koagulacji, dodawane do istniejących koagulantów w celu poprawienia skuteczności i prawidłowości procesu koagulacji.
Zadaniem tych substancji jest zarówno przyśpieszenie tego procesu jak i uniezależnienie od czynników przeszkadzających(pH, temp.). dodanie polielektrolitów powoduje powstawanie większych kłaczków i szybsze odpadanie. Mogą to być sub. Sztuczne jak i naturalne, dodaje je się w bardzo niewielkich ilościach. Aktywują przede wszystkim proces flokulacji. Poprawiają efekt koagulacji o 40-50% i bez względu na warunki umożliwia przeprowadzenie koagulacji z b. dużą skutecznością.
Polielektrolity zapewniają b. dobre efekty w krótkim czasie przyśpieszając powstawanie dużych i gęstych kłaczków wyraźnie skracając czas flokulacji. Ponad to umożliwiają przebieg procesu w niskich temp. Z dużą skutecznością. Reasumując prowadzi to wszystko do zmniejszenia zużycia koagulanta o 30 do nawet 50%. Ułatwia opadanie osadu, który jest bardziej zbity bo posiada większy ciężar właściwy co powoduje jego mniejsze uwodnienie- objętość.
4. RODZAJE KOAGULANTÓW.
Do najczęściej stosowanych koagulantów należą:
Siarczan glinu Al2(SO4)3 * 18H2O
Siarczan żelazowy Fe2(SO4)3 * 9H2O
Siarczan żelazawy FeSO4 * 9H2O
Glinian sodowy Na3Al2O3
5. WSPOMAGANIE PROCESÓW KOAGULACYJNYCH.
Ze względu na trudności oraz skuteczność prowadzenia procesu stosuje się dodatkowe dozowanie bądź zamieszczanie w istniejących koagulantach substancji wspomagających proces koagulacji zwanych polielektrolitami.
Polielektrolity mogą być naturalne i syntetyczne, a ich zwartość jest przeważnie bardzo niewielka. Są to substancje wielkocząsteczkowe.
Polielektrolity zapewniają bardzo dobre efekty w krótkim czasie przyspieszając powstawanie dużych i gęstych kłaczków. Skraca to wyraźnie czas flokulacji, ponieważ zbity i cięższy osad łatwiej i szybciej opada. Ponadto umożliwiają przeprowadzenie procesów w niskiej temperaturze. Zmniejszają zużycie koagulanta od 30% do nawet 50%. Mechanizm wspólnego działania koagulantu i polielektrolitów poprawia efekty koagulacji o ok. 30–40% oraz umożliwia przeprowadzenie procesu bez względu na warunki.
7. Procesy flokulacji – tworzenie kłaczków
Faza flokulacji obejmuje reakcje fizyczne. Zachodzi ona pod wpływem oddziaływań sił wewnętrznych i zewnętrznych powodujących zderzenia zdestabilizowanych cząstek, co prowadzi do utworzenia kłaczków.
faza flokulacji:
— kilka/kilkanaście minut
— obejmuje zjawiska fizyczne
— zachodzi pod wpływem:
1) ruchy Browna
2) sedymentacji
3) mieszania (gradient ścinający)
— prowadzi do zmniejszenia liczby cząstek z 10^7/dm3 do 10^3/dm3
8. Mieszanie koagulantu
- Mieszanie szybkie, w czasie którego następuje rozproszenie dodanego koagulantu w całej objętości oczyszczonej wody, destabilizacja koloidów, i proces chemicznego wytrącania cząstek z wody (początek kłaczkowania). Bardzo intensywne mieszanie zachodzi w czasie do 120 s.
-Mieszania wolne, w czasie którego zachodzi proces flokulacji wytrąconych osadów. Intensywność mieszania dobiera się w taki sposób, aby z jednej strony nie następowała sedymentacja kłaczków osadu, z drugiej nie może następować rozrywanie kłaczków. Czas flokulacji wynosi od 6 – 45 min.
Dezynfekcja
Celem dezynfekcji jest pozbawienie wody bakterii i wirusów chorobotwórczych oraz zabezpieczenie jej przed ich wtórnym rozwojem w sieci wodociągowej.
Metody dezynfekcji:
-Fizyczne
*gotowanie i pasteryzacja wody
Zapewniając odpowiednią temp wody oraz czas jej ogrzewania można uzyskać odkażenie wody przez zniszczenie wszystkich form organizmów patogennych
*promieniowanie ultrafioletowe
Promienie ultrafioletowe skutecznie niszczą mikroorganizmy, a maksymalna skuteczność destrukcji stwierdza się przy długości fal 265 nm. Wadą tej metody jest to, że działanie dezynfekujące występuje tyko w czasie naświetlania promieniami UV, wobec czego jeden z celów dezynfekcji- zapobieganie wtórnemu rozwojowi bakterii w sieci wodociągowej- nie jest spełniony. Zaletą natomiast jest fakt, że woda nie zminia składu fizyko-chemicznego
*ultradźwięki
Do dezynfekcji wody znajdują również zastosowanie ultradźwięki, których źródłem może być działanie piezoelektryczne płytek kwarcowych pod wpływem prądu zmiennego bądź generator elektromagnetyczny. Stosując ultra dźwięki stwierdzono, że małe natężenia ultradźwięków pobudzają wzrost bakterii i wirusów, przy dużych natężeniach następuje niszczenie organizmów.
-Chemiczne
Dezynfekcja wody metodami chemicznymi polega na dawkowaniu do wody silnych utleniaczy, takich jak chlor, podchloryn sodowy, dwutlenek chloru, chloraminy, ozon, brom i jod.
Chlorowanie
W skali technicznej chlor dodawany jest do wody w formie gazowej w postaci roztworu wodnego tzw. Wody chlorowej. W reakcji chloru z wodą powstaje kwas podchlorawy.
Cl2 + H20 = HClO + H+Cl-
Kwas podchlorawy w dalszym ciągu ulega dysocjacji, której stopień rośnie waz ze wzrostem pH
HClO = H+ + OCl-
HClO skutecznie niszczy bakterie, natomiast OCl- wirusy. Przy wzroście pH do 9-10 wzrasta ilość OCl- , a który wywiera niekorzystny wpływ na niszczenie bakterii. Wirusy natomiast przy wyższym odczynie są niszczone skuteczniej.
Działanie bakteriobójcze chloru jest bardzo silne. Chlor lub kwas podchlorawy, przenikając do wnętrza komórki bakteryjnej, niszczy jej podstawowe enzymy w wyniku zachodzących procesów utleniająco redukujących.
Całkowita ilość chloru potrzebna do przeprowadzenia wszystkich reakcji zachodzących przy jego udziale, aż do momentu pojawienia się w wodzie pozostałego chloru wolnego, nazywa się zapotrzebowanie na chlor.
Ozonowanie wody
Ozon jest bardzo silnym utleniaczem jak i dezynfektantem. Cechy te powodują, iż jest on stosowany w oczyszczaniu wody jako czynnik dezynfekujący lub jako utleniacz. Zastosowanie ozonu jako dezynfektanta jest celowe wówczas, gdy zachodzi chlorowanie z powodu tworzenia chlorowych pochodnych związków organicznych lub związków nadających wodzie smak i zapach.
KAMIEŃ KOTŁOWY
Przyczyny powstania kamienia kotłowego:
Główna przyczyną jest obecność w wodzie węglanów, siarczanów, krzemianów, zawiesin i olejów
Kamień kotłowy to osad o bardzo słabym przewodnictwie cieplnym składający się z: CaCO3, CaSO4, CaSiO3, MgSiO3, MgOH2, FeOH3.
Rodzaje zanieczyszczeń w wodzie kotłowej:
- silnie zdyspersowany muł kotłowy,
- szlam kotłowy,
- kamień kotłowy.
11. Procesy wymiany jonowej
12. Etapy
Cykl pracy złóź jonowymiennych- podczas przepływu przez złoża jonitowe zachodzi wymiana jonów przy czym na kationicie silnie kwasowym (wodorowym) zachodzi wymiana wszystkich kationów na jony wodorowe, a na anionicie silnie zasadowym (wodorotlenowym) zachodzi wymiana wszystkich anionów (reszt kwasowych) na jony OH- z anionitu. W ten sposób woda zostaje całkowicie pozbawiona zawartych w niej soli, przy czym wytwarza się równoważna liczba jonów H+ i OH-, tworząc cząsteczki wody. Proces odmineralizowania wody za pomocą jonitów można ogólnie przedstawić reakcjami:
- na kationicie wodorowym (silnie kwasowym) KtH2:
KtH2+MeRz= KtMe + 2HR
- na anonicie wodorotlenowym (silnie zasadowym) AnOH
AnOH + HR=AnR + H2O
Gdzie: MeR- ogólny wzór soli
HR- ogólny wzór kwasu
Dekarbonizacja- proces umożliwiający usunięcie z wody węglanów zazwyczaj za pomocą wapna lub HCl. Najczęściej stosowaną dekarbonizacją za pomocą dozowanego do wody w roztworze wody wapiennej lub mleka wapiennego, gdzie występuje zmiękczanie.
- Dekarbonizacja w warunkach technicznych- polega na rozkładzie wodorowęglanu wapniowego i magnezowego pod wpływem temperatury.
-Dekarbonizacja chemiczna- jest procesem umożliwiającym usunięcie z wody węglanów, zazwyczaj przy użycia wapna lub kwasu solnego.
3. Demineralizacja wody – usunięcie z wody wszelkich rozpuszczonych w niej związków nieorganicznych (głównie soli). Proces ten wykorzystywany jest w wysokoprężnych elektrowniach parowych oraz w niektórych gałęziach przemysłu.
Najpopularniejszym sposobem demineralizacji wody jest tzw. wymiana jonowa, która składa się z dwóch etapów:
Wymiana kationów (głównie metali) na jony wodorowe, odbywająca się na kationicie,
Wymiana anionów (głównie reszt kwasowych) na jony wodorotlenowe, odbywająca się na anionicie.
Oczyszczona woda zostaje pozbawiona wszystkich zawartych w niej soli. Wytwarza się równoważna ilość jonów wodorowych i wodorotlenowych, tworząc cząsteczki wody.