Mechanizm procesu koagulacji 1. Destabilizacja koloidów- destabilizacja elektrostatyczna- zobojętnienie ładunku koloidów przez kationy stosowanych reagentów. Im większy ładunek jonów destabilizujących tym większa skuteczność destabilizacji. Najważniejsze są produkty hydrolizy koagulantów o dodatnim znaku, zależą od pH wody i rodzaju koagulantu. 2. Reakcja chemiczna między koagulantem a koloidem – produktem tej reakcji są trudnorozpuszczalne kompleksy cząsteczek koloidów i kationów koagulantów. Efekt destabilizacji zależy od pH . istnieje zależność stechiometryczna między stopniem usuwania zanieczyszczeń a dawką koagulanta. Najlepsze efekty uzyskuje się przy maksymalnej neutralizacji koloidów. 3. Adsorpcja z neutralizacją ładunku koloidów- produkty hydrolizy koagulantów powodują neutralizację koloidów. Adsorbantami są wytrącone wodorotlenki żelaza lub glinu. Przed adsorbcją należy destabilizować koloidy. 4. Koagulacja zmiatająca. Obecna w pH gdzie wodorotlenki kationów koloidów mają najmniejszą rozpuszczalność. Odbywa się gdy woda jest przesycona produktami hydrolizy trzeciego rzędu. zachodzi wytrącenie osadu który strąca cząstki koloidalne. 5. Destabilizacja przez mostkowanie. Możliwa gdy produktami hydrolizy są polimery. Stosowane są polimery organiczne, które adsorbują co najmniej 2 cząstki koloidu. Polimery organiczne neutralizują koloid. Stosowane koagulanty i ich właściwości. Niezhydrolizowane- powodują zakwaszenie środowiska (oprócz glinianu sodu)- Sole żelaza FeSO4, Fe2(SO4)3, FeCl3. cięższe i lepiej sendymentowalne kłaczki, mniej wrażliwe na temp., szerszy zakres pH, wada- tworzy barwne kompleksy z organicznymi zanieczyszczeniami (zapobieganie rzez pH i dawkę). Sole glinu ALS Al2(SO4)3, AlCl3. Glinian sodu- do oczyszczania wód miękkich o niskiej temp, nie powoduje wzrostu stężenia chlorków i siarczków. ALS stosowany do usuwania mętnych i barwnych zanieczyszczeń, wrażliwy na temp. Koagulanty wstępnie zhydrolizowane- są wstępnie spolimeryzowane i mają grupy hydroksylowe decydujące o ich zwiększonej zasadowości. x chlorki i siarczany poliglinu x chlorki i siarczany diżelaza. Są mniej wrażliwe na temperaturę i zmiany pH wody i powodują powstawanie kłaczków o lepszych właściwościach sendymentacyjnych. Mniejsze zużycie zasadowości (mniejsze zakwaszenie), zawierają więcej spolimeryzowanych form glinu o dużym dodatnim ładunku, bywają dłużej w formach pośrednich usuwających zanieczyszczenia, stosuje się mniejsze dawki, nie potrzebują wstępnego zakwaszenia, powstają lepsze kłaczki. Czynniki wpływające na przebieg i skuteczność koagulacji- rodzaj usuwanych zanieczyszczeń (łatwiej usuwane są koloidy hydrofobowe powodujące mętność wody) –temperatura (im niższa tym zmniejsza się stopień usuwania zanieczyszczeń, mniejsza szybkość hydrolizy) –zasadowość, -skład jonowy i zasolenie wody (obecność SO₄^2- ma wpływ na szybkość tworzenia się kłaczków, destabilizują koloidy o dodatnim ładunku elektrycznym, -pH (wpływa w większym stopniu na stabilność koloidów, wyższe pH wpływa na hydrolizę- jest szybsza, wstępnie zhydrolizowane koagulaty są mniej wrażliwe pH) –stężenie, -parametry technologiczne- rodzaj i dawka koagulanta, rodzaj i dawka subst wspomagających, sposób prowadzenia koagulacji, panujące warunki hydrolityczne. Flokulacja i flokulanty. Do usunięcia zdestabilizowanych zanieczyszczeń po fazie destabilizacji trzeba zapewnić warunki do zderzeń cząsteczek fazy rozproszonej by powstały kłaczki o dobrych właściwościach sendymentacyjnych. Trzeba pokonać siły odpychania przez zapewnienie podczas flokulacji odpowiedniego gradientu cieczy. Może być wytworzony podczas mieszania w komorze lub poprzez przepływ przez warstwę osadu zawieszonego lub złoże filtracyjne. Flokulację poprzedza koagulacja, utlenienie koloidu ochronnego, zmianę pH/temp, zastosowanie reagentów wspomagających flokulację. Flokulacja oriokinetyczna- pokonanie bariery energetycznej przez oddziaływania czynników zewnętrznych tj. sendymentacja, mieszanie, filtracja. Flokulacja prekinetyczna- zderzenia zdestabilizowanych cząstek koloidu wywołane ruchami Browna. Zachodzi gdy cząstki są mniejsze niż 1µm. Flokulanty- obciążniki- ich działanie polega na obciążeniu powstałych kłaczków i polepszeniu ich właściwości sendymentacyjnych- gliny, pył granitowy. Stosowane do oczyszczania wód o niskiej temperaturze, mętności, intensywnej barwie. Typowe flokulanty- krzemionka aktywowana (najczęściej stosowana, najlepszy efekt oczyszczania wód mętnych uzyskuje się dodając krzemionkę do wody przed koagulantem, a do wód barwnych po koagulancie), polilektrolity (wysokocząsteczkowe polimery organiczne, szczególnie wspomagają koagulację prowadzoną solami żelaza. Dzieli się je na naturalne i syntetyczne). Mogą być stosowane samodzielnie lub łącznie z koagulantem podstawowym, stosuje się je czasem jako wspomagające sendymentację lub filtrację. Metody strąceniowe. Strącanie/ koagulacja wapnem- polega na wprowadzeniu do wody reagentów, które reagując z domieszkami wody obecnymi w postaci jonowej tworzą związki trudnorozpuszczalne w wodzie. Efekty są tym większe im niższy iloczyn rozpuszczalności mają tworzące się związki. Metoda jest używana do oczyszczania wód zawierających żelazo, substancje humusowe i zanieczyszczenia organiczne. W technologii uzdatniania wody procesy są stosowane do częściowego zmiękczania wody. Zastosowanie wapna pozwala na usunięcie z wody koloidów i drobnych zawiesin, rozpuszczonych subst org. Strącanie za pomocą wodorotlenku sodowego i węglanu sodowego- jednym z produktów jest węglan sodowy który reaguje z solami wapnia i powoduje twardość niewęglanową. Obie substancje stosuje się oddzielnie lub razem. O wzajemnych proporcjach decydują relacje między twardością ogólną, węglanową i wapniową niewęglanową. Organizmy chorobotwórcze w wodach powierzchniowych i podziemnych. W podziemnych głównie chemolitotrofy i oligotrofy, bo nie ma dużo związków organicznych. W powierzchniowych heterotrofy i autotrofy. Chorobotwórcze- bakterie (E.coli, Clostridium perfringens, Shigella shigae), wirusy (polio, retrowirusy), pierwotniaki (Cryptosporidium parvum, Giardia lamblia). Chlorowanie w dużym stopniu eliminuje epidemie chorób zakaźnych. Lista jest długa i stale wzbogacana. Mikrobiologiczne wskaźniki jakości wody do picia. E.coli, Legionella sp., Giardia lamblia, E. facalis, Cryptosporidium parvum. Cel i istota dezynfekcji. Jej celem jest zniszczenie żywych i przetrwalnikowych form organizmów patogennych. Niewystarczająca dezynfekcja lub jej brak jest przyczyną chorób wodopochodnych. Oporność mikroorg na dezynfekcję jest bardzo zróżnicowana. Patogenne mikroorganizmy mogą przeżywać w zróżnicowanych warunkach, oraz mają zdolność przetrwalnikowania. Chlorowanie jest dobrą metodą dezynfekcji. Stosowane metody dezynfekcji można podzielić na: fizyczne, chemiczne i oligodynamiczne. Czynnikami fizycznymi wykazującymi bakteriobójcze działanie są: temperatura, światło, ultradźwięki, promieniowanie ultrafioletowe. spośród czynników chemicznych znalazły zastosowanie: ozon, chlor i jego pochodne. Działanie oligodynamiczne wykazują jony srebra, miedzi i inne. Kinetyka dezynfekcji. Prawo Watsona cⁿ*t=k określa wpływ stężenia dezynfektanta (c) oraz czasu kontaktu (t) na efekty dezaktywacji mikroorg (k)- stała szybkości obumierania mikroorganizmów. Skuteczność dezynfekcji zależy od środka dezynfekcyjnego, jego dawki, czasu kontaktu i wrażliwości mikroorg na dezynfektant. Prawo Chicka N/N_o=e^-kt określa szybkość dezaktywacji mikroorg. N- liczba mikroorg przed, No- liczba m po. Charakterystyka dezynfektantów chlorowych. Woda chlorowa- stosowana najczęściej, dodawanie chloru w postaci wody chlorowej jest metodą pośrednią, do przygotowania i dawkowania służą chloratory. Chlor gazowy- uzyskuje się przez odparowanie chlorku ciekłego znajdującego się w stalowych pojemnikach ciśnieniowych. Jego rozpuszczalność w wodzie zależy od temperatury, dawkowanie chloru w tej formie jest metodą bezpośrednią, chlor gazowy dawkowany jest bezpośrednio do wody wyjątkowo i tylko w wypadkach konieczności zastosowania dużych dawek chloru oraz dużej ilości dezynfekowanej wody lub ścieków. Dwutlenek chloru- dobrze rozpuszcza się w wodzie, jest silnym utleniaczem, ma silne właściwości wybuchowe i może być produkowany tam gdzie jest używany, stosuje się go głównie gdy obok dezynfekcji należy również substancje nadające wodzie smak i zapach. Chloraminy- wykorzystuje się chloraminy występujące w wodzie, aby powstały wystarczające ilości dla dezynfekcji wymagane jest odpowiednie stężenie azotu amonowego w wodzie. Podchloryn sodowy- jest nietrwały, łatwo rozpuszcza się w wodzie, może być stosowany gdy nie można zapewnić strefy ochrony sanitarnej dla chloru gazowego. Wapno chlorowane- silny utleniacz, nietrwały, wzrost światła i temp przyspiesza jego rozpad. Reakcje chemiczne zachodzące w czasie dezynfekcji wody chorem. Dysproporcjonowanie: Cl₂+H₂O↔H⁺+HOCl+Cl^-, kwas podchlorawy dysocjuje HOCl↔OCl^-+H⁺. Sposoby chlorowania wody. 1. Chlorowanie wody małą dawką chloru dodawanego do zbiornika wody czystej lub do rurociągu wody czystej można stosować gdy woda wykazuje małe zapotrzebowanie na chlor oraz ma niewielką ilość bakterii. 2. Chlorowanie nadmiarem chloru i dechloracja. Sposób dla wód zawierających znaczne ilości organizmów patogennych lub charakteryzujących się zapachem pochodzenia naturalnego np. planktonowym. Metodę stosować można w wypadku wód nie zawierających związków organicznych- prekursorów chlorowanych związków organicznych. W tym sposobie najbezpieczniejszy jest dwutlenek chloru. 3. Jeżeli woda zawiera azot amonowy a sieć wodociągowa jest rozległa to można stosować chloraminowanie, gdyż chloraminy są bardziej trwałe od chloru w postaci kwasu podchlorawgo, lecz mniej skuteczne. Można stosować gdy woda nie zawiera azotu amonowego. Chloraminowanie można łączyć z chlorowaniem nadmiarem chloru i dechloracja, z tym że zamiast dechloracji stosuje się wiązanie nadmiaru chloru za pomocą amoniaku, gdyż chloraminy są mniej wyczuwalne od chloru. Dechloracja wody. Przy stosowaniu dużych dawek chloru w wodzie pozostaje nadmiar chloru który powinien być z niej usunięty. Uzyskuje się to przez zastosowanie związków redukujących tj. siarczyn lub tiosiarczan sodowy bądź dwutlenek siarki. Do dechloracja dużych ilości wody najlepiej stosować dwutlenek siarki który w postaci ciekłej może być transportowany w butlach bądź cysternach. Nadmiar chloru może być też usuwany w procesie sorpcji na węglu aktywnym. Po filtracji przez złoże węglowe wodę należy dochlorować, bo jest go całkowicie pozbawiona. Chlorem użytecznym wolnym nazywamy sumaryczną zawartość w wodzie chloru molekularnego (Cl₂), kwasu podchlorawego (HOCl) lub jonów podchlorynowych (OCl^-). Chlorem użytecznym związanym nazywamy zawartość chloru w chloraminach, które tworzą się w wyniku chlorowania wody zawierającej azot amonowy. Tworzenie się chloramin jest wynikiem wielkiego powinowactwa chloru do amoniaku. Właściwości bakteriobójcze chloru wolnego i związanego różnią się między sobą intensywnością niszczenia bakterii chorobotwórczych. Działanie chloru wolnego jest niezwykle intensywne i dla zabicia bakterii chorobotwórczych wystarczą jego niewielkie stężenia, rzędu setnych części mg Cl₂/l i krótki czas działania, rzędu kilku minut. Działanie chloru związanego w postaci chloramin jest mniej intensywne ale posiada szereg zalet. Główną zaletą chloraminy jest jej trwałość w wodzie przez dłuższy czas, a ponadto chloramina nie jest wrażliwa na działanie światła oraz nie reaguje z szeregiem składników wód naturalnych, które bezużytecznie zużywają wolny chlor. Dzięki wymienionym właściwościom chloramin można zabezpieczyć wodę przed wtórnym zakażeniem bakteryjnym przez dłuższy czas. Dlatego też metoda dezynfekcji wody przez amonizację znajduje coraz szersze zastosowanie. Jak dotychczas najczęściej metodę tą stosuje się do dezynfekcji wody w basenach kąpielowych i w wodociągach.