WYKŁAD 1

Stan wiedzy i tendencje rozwojowe technologii uzdatniania wody

Wody naturalne wykorzystywane do picia i na potrzeby gospodarcze muszą być poddawane procesowi oczyszczania. Rodzaj stosowanych procesów jednostkowych w układzie oczyszczania zależy w pierwszej kolejności od rodzaju zanieczyszczeń substancji które musimy usunąć. Najczęściej usuwamy lub niszczymy:

- zanieczyszczenia zawieszone i koloidalne powodujące mętność i barwę wody.

- substancje organiczne rozpuszczone pochodzenia naturalnego lub antropogenicznego

- związki żelaza, manganu oraz metale ciężkie

- gazy rozpuszczone (tj. dwutlenek węgla, siarkowodór, metan i inne)

- pasożyty, bakterie, wirusy i glony

W uzdatnianiu wód naturalnych stosuje się różne procesy technologiczne, przede wszystkim techniki separacji do których należą:

- cedzenie (z notatek z pierwszego roku)

- sedymentacja

- flotacja

- filtracja

- koagulacja z flokulacją

- proces utleniania jest wykorzystywany w procesie dezynfekcji (utlenianie to usuwanie żelaza i manganu i niektórych związków organicznych, wykorzystywane również w procesie dezynfekcji)

- adsorpcja - usuwanie rozpuszczonych substancji organicznych i substancje powstałe w procesie utleniania, adsorpcja – to wytrącanie, napowietrzanie, destylacja, kondensacja oraz procesy membranowe

Wybór odpowiedniej techniki separacji określają dwa podstawowe czynniki:

1.separacja ta musi być wykonywalna technicznie

2.musi być atrakcyjna ekonomicznie.

Zdarza się, że zmuszeni jesteśmy do połączenia 2 lub więcej procesów separacji dla osiągnięcia założonego celu – proces hybrydowy (charakteryzujący się większą skutecznością i efektywnością, możliwość odzyskania surowców i produktów ubocznych, mniejsze zużycie energii dają możliwość uzyskania lepszej jakości wody uzdatnionej).

W zależności od jakości wody surowej proces uzdatniania obejmuje szereg połączonych procesów jednostkowych. Może być to układ prosty obejmujący filtrację i dezynfekcję lub układ złożony zawierający koagulację, flokulację, sedymentację oraz dodatkowo w celu usunięcia wszystkich rozpuszczonych substancji organicznych i nieorganicznych barwy, zapachu i wirusów łączone są w procesy zaawansowane, do których zaliczamy:

- adsorpcję na węglu aktywnym

- chemiczne utlenianie

- metody biotechnologiczne

Najpoważniejszym problemem w uzdatnianiu wody w celu zaopatrzenia ludności w wodę pitną i na potrzeby gospodarcze jest zapewnienie skutecznej eliminacji uciążliwych i szkodliwych pierwotnych zanieczyszczeń oraz prekursorów zanieczyszczeń wtórnych.

Należy zapewnić chemiczną i biologiczną stabilność wody wprowadzanej do sieci wodociągowej. Istniejący system dystrybucji pomiędzy zakładem wodociągowym a odbiorcą powoduje, że ostatecznie o jakości wody dostarczanej do ludzi decyduje nie tylko skład ujmowanej wody i skuteczność jej oczyszczania ale również stan techniczny sieci wodociągowej i zachodzące w niej zjawiska. Konieczność udoskonalania istniejących technik uzdatniania wody i wprowadzania nowych wynika z trzech zasadniczych przyczyn:

1.ze stopniowego pogarszania się jakości zasobów wodnych spowodowanych wzrastającą ilością zanieczyszczeń wprowadzanych do środowiska które niszczą naturalny proces samooczyszczania

2.rosnące zapotrzebowanie na wodę wysokiej jakości

3.restrykcyjne uregulowania prawne jakości wody do picia oraz wód zużytych odprowadzanych do środowiska.

Liczba normowanych parametrów jakości wody stale rośnie a dopuszczalne stężenia wielu wskaźników mających cele zdrowotne ulega ciągłemu pomniejszeniu. Zapewnienie wody pitnej o wymaganych parametrach wymusza ciągłą modernizację istniejących zakładów przemysłowych poprzez wprowadzanie do nich nowoczesnych technologii, często drogich i skomplikowanych. ( jednocześnie są to procesy z małą ilością odpadów lub bezodpadowe)

Poziom rozwoju technologii uzdatniania wody

Technologia uzdatniania wody w pierwszej kolejności opierała się na procesach naturalnych zachodzących w przyrodzie (były to procesy sedymentacji i filtracji do których dodatkowo dołączono proces dezynfekcji bazujący głównie na procesie chlorowania) w chwili obecnej w uzdatnianiu wody dominują procesy jednostkowe fizykochemiczne i chemiczne nad procesami naturalnymi i biologicznymi. Intensyfikację oczyszczania wody należy rozumieć jako tworzenie ciągu technologicznego wyposażonego w wielostopniowe bariery zatrzymujące mikroorganizmy w szczególności chorobotwórcze oraz zanieczyszczenia typu chemicznego. Taka koncepcja oczyszczania wody jest niezawodna również w warunkach wystąpienia nagłego zanieczyszczenia źródłowego pochodzenia zarówno biologicznego i/lub chemicznego.

Proces uzdatniania wody jest pojęciem szerszym w stosunku do oczyszczania wody. Według definicji uzdatniania wody, woda musi być pozbawiona domieszek i zanieczyszczeń, ale powinna jednocześnie posiadać skład mineralny najbardziej korzystny dla zdrowia.

Technologia oczyszczania wody - to procesy jednostkowe pozwalające na usunięcia z wody domieszek i zanieczyszczeń niepożądanych.

Nowe tendencje w uzdatnianiu wody obejmuje:

1.problemy produkcji, powstawania produktów ubocznych w procesach chemicznego utleniania

2.filtry biologicznie aktywowane które są współczesną modyfikacją filtrów powolnych wykorzystujemy w nich złoża węgla aktywnego poprzedzone procesem ozonowania w celu obniżenia zawartości rozpuszczonych związków organicznych

3.zastosowanie mikrofiltracji, ultrafiltracji i nanofiltracji zamiast klasycznej filtracji pospiesznej, umożliwiające całkowite usunięcie z wody drobnoustrojów, ale także zawiesiny i zanieczyszczeń koloidalnych a w połączeniu z innymi procesami oczyszczania pozwalają na usunięcie domieszek zawieszonych, rozpuszczonych małocząsteczkowych substancji organicznych

4.wykorzystanie infiltracji jako wysokoefektywnej i bez reagentowej metody oczyszczania wód powierzchniowych wraz z polepszaniem ich właściwości.

5.maksymalizacja procesu koagulacji poprzez stosowanie nowoczesnych koagulantów i flokulantów.

Każdy współczesny system technologii uzdatniania wody stanowi funkcjonalną całość złożoną z powiązanych ze sobą licznych procesów jednostkowych które obejmują wiele zjawisk

o charakterze fizycznym, fizyczno-chemicznym, chemicznym lub biochemicznym zachodzących zazwyczaj w układzie heterogenicznym. Wybór systemu technologicznego systemu uzdatniania wody jest przedmiotem kompleksowych badań pilotowych i optymalizacyjnych .

W przypadku technologii uzdatniania wody powierzchniowej opartych na procesie koagulacji i filtracji wyszczególnia się dwa okresy wynikające z zakładanych wyników, efektów uzdatniania.

1.okres tradycyjny - w którym podstawa oceny było obniżenie mętności uzdatnianej wody do wartości od 3 – 5 mg krzemionki na litr oraz obniżenie barwy do wartości od 15-20 miligramów platyny na litr

2.okres współczesny zakładający obniżenie mętności do wartości nieprzekraczających 0,1-1 mtu oraz barwy do wartości od 1 -5 miligramów platnyny na litr oraz obniżyć maksymalnie utlenianie wody, ogólnego węgla organicznego (OWO) oraz obniżenie stężenia prekursorów produktów ubocznych chemicznego utleniania w tym także dezynfekcji, usunięcie metali ciężkich, pestycydów a także produktów resztkowych dawkowanych reagentów

Tradycyjny układ technologiczny uzdatniania wody powierzchniowej stanowią procesy:

+ koagulacji, sedymentacji, filtracji i końcowy proces dezynfekcji.

Proces koagulacji był procesem, który wykorzystywał zjawisko powstawania większych aglomeratów w wyniku dodawania do uzdatnianej wody koagulanta. Aglomeraty te w dalszym procesie były usuwane na drodze sedymentacji. Koagulacja jest w komorach szybkiego i wolnego mieszania poprzez reaktory z osadem zawieszonym.

Obecnie proces koagulacji łączony jest z procesem flotacji co jest szczególnie przydatne w przypadku uzdatniania wód zimnych.

Podstawowymi koagulantami stosowanymi w polsce były: siarczan glinu i sole żelaza, siarczan żelazowy lub chlorek żelazowy lub siarczan żelazawy.

Stosowanie siarczanu żelazawego umożliwia nam połączenie procesu koagulacji z procesem utleniania, gdyż siarczan żelazawy poddany działaniu nadtlenku wodoru lub ozonu tworzy odczynnik fentona dający bardzo silne wartości utleniające (to zjawisko bardzo korzystne w przypadku usuwania zanieczyszczeń występujących w połączeniu z substancjami organicznymi.

Łączenie nieorganicznych koagulantów z organicznymi polielektrolitami. Zastępują one dawniej stosowaną krzemionkę aktywną a odpowiadają za uniezależnienie procesu koagulacji od temperatury oraz przyspieszają proces sedymentacji

właściwe uzdatnianie wody w układach opartych o proces koagulacji zależy przede wszystkim od trafnego doboru rodzaju i dawki koagulanta, odczynu wody oraz od rodzaju i dawki substancji wspomagających. Proces koagulacji uzależniony jest od innych czynników, sposobu dawkowania, mieszania itp.należy pamiętać że dobór wartości parametrów procesu koagulacji uzależniony jest od składu fizykochemicznego, bakteriologicznego i hydrobiologicznego ujmowanej wody.

Następna modyfikacja to zastąpienie koagulacji objętościowej koagulacją punktową. Zalety:

- Prowadzi to do zmniejszenia ilości dawkowanego koagulantu przez co zmniejszamy ryzyko wtórnego zanieczyszczenia wody spowodowanego przedawkowaniem koagulantu

- intensyfikacja procesu sedymentacji w wyniku zastosowania substancji (obciążających kłaczki)

Akti flock – proces polegający na wprowadzaniu do układu konwencjonalnego koagulacji tak zwanego mikro piasku o granulacji do 100-150 mikrometrów pełniącego funkcję obciążnika w procesie pokoagulacynym. Stosowany jest do uzdatniania wód o znacznej i zmiennej mętności. Może być wykorzystywany do wód o 1000 mtu. Dodatkową zaletą stosowania tej metody jest usuwanie metali ciężkich substancji organicznych oraz mikroorganizmów.

Filtracja - po koagulacji jako uzupełnienie – modyfikacja na przełomie lat obejmuje: zastosowanie różnych materiałów filtracyjnych, różnych gęstości uziarnienia, zróżnicowanie ilości warstw filtracyjnych ( od 2-3 warstw)

proces filtracji wspomagany był przez wprowadzenie złóż chemicznych do procesów odżelaziania i odmanganiania. Zwiększenie wydajności filtracji przez modyfikację systemów drenażowych.

Problem powstawania i utylizacji osadów pokoagulacyjnych

Średnio powstaje od 0,5 do 2% ilości wody uzdatnionej, uzależnione jest to od jakości wody uzdatnianej oraz od zastosowanej metody uzdatniania.

W uzdatnianiu wód powierzchniowych stosujemy procesy utlenianie. Stosuje się je w różnych punktach ciągu technologicznego, utlenianie wstępne, pośrednie, końcowe (dezynfekcja).

Proces utleniania oparty był na procesach chlorowania i ozonowania.

Produkty uboczne utleniania zostały odkryte wraz z odkryciem trihalometanów jako produktów ubocznych procesu chlorowania wody. Trihalometany to substancje o właściwościach mutagennych, teratogennych i kancerogennych. Są to substancje powstające w trakcie uzdatniania wody zawierają w strukturze atom chloru i muszą być usuwane w trakcie dalszego uzdatniania wody. Proces usuwania tych zanieczyszczeń odbywa się na drodze sorpcji na węglach aktywnych granulowanych. W celu ograniczenia ich powstawania powinniśmy dążyć do odchodzenia w procesie uzdatniania wody od podwyższonych dawek pojedynczego utleniacza, w zamian za to należy stosować mniejsze dawki utleniacza w wielu punktach układu technologicznego.

Przyjecie prekursorów produktów ubocznych chemicznego utleniania jako dodatkowych kryteriów efektywności procesu uzdatniania.

Niezawodność dezynfekcji prowadzonej metodami chemicznymi względem organizmów patogennych.

WYKŁAD 2

Wody podziemne

….

niestety tylko niewielki odsetek tych wód nadaje się do spożycia bez procesu uzdatniania, większość tych wód wymaga jednak odżelaziania i odmanganiania i są to procesy dominujące w uzdatnianiu wód podziemnych.

Proces odżelaziania i odmanganiania wód podziemnych polega na wykorzystaniu nierozpuszczalności uwodnionych tlenków żelaza i manganu. Jest to podstawowy czynnik który umożliwia usunięcie tych pierwiastków z wody. Technologia uzdatniania wód podziemnych obejmuje :

• utlenianie tlenem lub innym utleniaczem chemicznym (chlor, ozon, nadmanganian potasu)

• sedymentacja

• filtracje pospieszną

• dawkowanie wapnem lub zasady sodowej jeśli konieczna jest korekta ph

• dezynfekcja jeśli trzeba

drugi układ

• napowietrzanie

• zmiękczanie przez strącanie (wodorotlenek wapnia, lup wodorotlenek wapnia i sody)

• sedymentacja

• filtracja

• dezynfekcja jeśli trzeba

trzeci układ

• wymiana jonowa, jonity sodowe

• odżelazianie przed jonitem lub wprowadzanie na jonit wody nienapowietrzonej by w jonicie nie wytrącały się osady zawierające żelazo i mangan (kolmatacja złoża)

czwarty układ

• filtracja na złożu zeolitowym – złoże to jest aktywowane nadmanganianem potasu lub solami manganu dwuwartościowego

• napowietrzanie

usuwamy fazę ciekłą, faza stała – wytrącone wodorotlenki żelaza lub produkty strącania i dodatkowo usuwanie fazy gazowej jeśli wystąpi dwutlenek węgle lub siarkowodór

dobór procesu napowietrzania uzależniony jest od zasadowości wody, możemy prowadzić w aeratorach otwartych lub zamkniętych. Najważniejsza jest tu powierzchnia kontaktu wody z powietrzem.

Proces filtracji zatrzymuje zanieczyszczenia …. stosujemy filtry piaskowe, jedno lub dwu warstwowe, złoża antracytowe, złoża brausztynu występujące pod różnymi nazwami handlowymi.

Potencjał redox żelaza i manganu sprawia że w pierwszej kolejności w złożu wytranca się żelazo a dopiero potem dochodzi do wytrancania manganu. Zapewnia to wystąpienie struktury faz do rozdziału żelaza i manganu. W przypadku kiedy te strefy są niestabilne zaleca się rozłożenie złóż.

Chemiczne utlenianie ozon lub chlor

stosujemy gdy żelazo lub mangan występują w kompleksach z związkami organicznymi, a utlenianie tlenem tej wody zachodzi zbyt wolno.

Uzdatnianie wody poprzez koagulację

w reaktorach z osadem zawieszonym w przypadku gdy żelazo i mangan występują z związkami humusowymi.

Zanieczyszczenie wód podziemnych azotanami

jest to wynik zwiększonego nawożenia solami mineralnymi zawierającymi azot, pozostający w glebie. W celu ochrony wód podziemnych zaleca się kontrolę nawożenia, aby pozostałość azotu w glebie nie przekraczała 50 km/ha na rok a fosforu 5kg/ha na rok

azot przeszkadza w usuwaniu manganu, azot usuwa się w odrębnych procesach uzdatniania wody, te rekacje to reakcje biochemiczne usuwające azotany i azot amonowy na drodze nitryfikacji i denitryfikacja w złożach filtracyjnych aktywowanych lub reaktorach biochemicznych.

Wody do celów pitnych – wody infiltracyjne, mogą być pochodzenia naturalnego lub sztucznego są to wody które po przejściu przez warstwy glebowe nabierają cech wód podziemnych.

Wody powierzchniowe o małym stopniu zanieczyszczenia uzdatniane są po procesie infiltracji, Uzdatnianie tu polega na na napowietrzaniu, odżelazianiu, odmanganianiu, dezynfekcja.

Wody o znacznym zanieczyszczeniu – wody przed wprowadzeniem do urządzeń infiltracyjnych podlegają wstępnemu uzdatnieniu – jest ono oparte na uzdatnianiu wód powierzchniowych, koagulacji, następujące ulegają infiltracji i mamy uzdatniane właściwe uzdatnianie uzależnione od zanieczyszczenia tych wód.

Infiltracja oprócz zmiany właściwości wody z powierzchniowej na podziemną daje nam większą stabilizację pod względem temperatury wody, a wykorzystanie procesów biologicznych zapewnia większą stabilność biologiczną uzdatnionej wody.

Usuwanie z wody zanieczyszczeń specyficznych

zaliczamy do tych zanieczyszczeń: metale ciężkie i radionuklidy. Te zanieczyszczenia stanowią zagrożenie (nawet w niewielkich stężeniach ponieważ wykazują tendencję do akumulacji w organizmach żywych i powodują zmiany patologiczne) Metale ciężkie i radionuklidy mogą występować w wodach naturalnych w wyniku wymywania ze skał gdzie obecne są w rudach. Natomiast zwiększone występowanie metali ciężkich pochodzenia naturalnego stwierdzamy w wodach podziemnych. Obecność tych zanieczyszczeń w wodach powierzchniowych w stężeniach większych niż geochemiczne może świadczyć o pochodzeniu antropogenicznym i zwykle koreluje się z uprzemysłowieniem regionu. Forma i stężenie metali ciężkich występujących w wodach naturalnych zależy od jej składu fizykochemicznego, oraz od procesów jednostkowych zachodzących w środowisku wodnym.

Proces filtracji zapewnia usunięcie pozostałości zanieczyszczeń radioaktywnych. Powstałe osady muszą zostać unieszkodliwione. Ilości osadów w usuwaniu metali cięzkich na drodze strącania (np.miedz, kadm, rtęć ok 100 mg/l) powstaje aż 100 mg/l osadów

Na jonitach stosujemy procesy usuwania i odzyskiwania metali ciężkich. Jonity do usuwania metali ciezkich to jonity na których są kationity które powinny być pozbawione wapnia. Najczęściej preferowane są jonity z grupami karboksylowymi, fenolowymi i amunsulfolowa. Stosowane obecnie jonity nie wykazują się selektywnością w oddzielaniu zanieczyszczeń. Do wad jonitów zaliczamy – drogi sprzęt do prowadzenia procesu, drogi koszt regeneracji jonitu oraz utylizacji roztworów poregenarycyjnych. Usuwanie metali cięzkich na jonitach wynosi do 90%

ekstrakcja rozpuszczalnikowa do usuwania metali ciężkich – metoda polegająca na wychwytywaniu metali ciężkich z uzdatnianej wody z wykorzystaniem substancji organicznych w których dane metale się rozpuszczają. Niewielką wadą tego procesu są to procesy wychwytujące zanieczyszczenia przy wysokich stężeniach dlatego zaleca się by ten proces był w układzie hybrydowym. Np. separacja za pomocą ekstrakcji w połączeniu z procesami membranowymi lyb z wymianą jonową. Usuwa się za pomocą ekstrakcji kadm, ołów, nikiel czasami miedź. Również wartość pH ma wpływ na skuteczność usuwania.

Adsorbcja na węglach aktywowanych – węgiel przyjmuje własności jono wymienne zapewnia to charakterystyja powierzchni węgla, wywołana obecnością uguprowań tlenowych, zwanymi tlenkami powierzchniowymi, tlenki te tworzą się w trakcie aktywacji węgla. Ich ilość uzależniona jest od ilości zużytego surowca. Temperatury użyte do aktywacji węgla sprawiają że tlenki mają chatakter zasadowy lub kwasowy. Zmienny charakter tlenów daje węglom możliwość selektywnej możliwości usuwania zanieczyszczeń. Węgle aktywne mają w sobie popiół który ma wartości alkaliczne co sprzyja zatrzymywaniu metali ciężkich. Usuwanie metali cięzkich i radionuklidów

jest wydajne na węglach do 90-99%

Techniki membranowe

-odwrócona osmoza

-nano filtracja

-utla filtracja

-elektro dializa

-procesy usuwania na membranach ciekłych

Procesy te stosowane są do odnowy wody ich skuteczność jednak zachęca do uzdatniania wód na cele pitne skuteczność procesów do 90-99%. małe wymiary urządzeń i mała odpadowość procesu przemawia za tą metodą.

Wykład 3

Procesy biologiczne uzdatniania wody stosowane były od wieków, początkowo nieświadomie jako procesy towarzyszące, np. filtracji powolnej czy infiltracji brzegowej. Obecnie procesy biologiczne są stosowane świadomie z wykorzystaniem ich zalet. W wyniku korzystania z tych procesów z udziałem mikroorganizmów uzyskuje się wody stabilne biologicznie a także o właściwościach pozwalających na korzystanie z nich bez dezynfekcji końcowej.

Wykorzystując procesy biologiczne w uzdatnianiu wody uzyskuje się obniżenie kosztów oczyszczania a ponadto korzystamy także z usuwania z wody wielu zanieczyszczeń organicznych i nieorganicznych powodujących niestabilność wody, zmniejszamy zagrożenie powstania kolonii mikroorganizmów w urządzeniach do uzdatniania wody oraz do jej dystrybucji. Zmniejszamy zapotrzebowanie na chlor lub inne środki dezynfekujące przez co zmniejszamy zagrożenie powstawania ubocznych produktów dezynfekcji.

Stosowanie procesów biologicznych – wady i ograniczenia:

- długi okres rozruchu reaktorów
-możliwość pojawienia się w wodach uzdatnionych ubocznych produktów działalności mikroorganizmów

-pojawienie się samych mikroorganizmów w wodzie uzdatnionej

-konieczność doczyszczana wody uzdatnionej z mikroorganizmów oraz ubocznych produktów z ich funkcjonowania

Podstawowym warunkiem dostatecznej skuteczności i efektywności wszystkich procesów biologicznych jest nagromadzenie dużej liczby mikroorganizmów zdolnych do przeprowadzenia określonych reakcji. Reakcje te są katalizowane za pomocą enzymów zawartych w komórkach organizmów i cechą pozytywną jest to że są one potrzebne do uzdatniania wody. W celu korzystania z mikroorganizmów w procesie uzdatniania wody należy zapewnić:

- w układzie należy zapewnić substancje będące donorami elektronów (o właściwości redukujących )

- zapewnienie substancji będącymi akceptorami elektronów (sub. Oksydacyjne)

- substancje odżywcze

Donory elektronów: reduktory podatne na utlenianie w reakcjach katalizowanych mikrobiologicznie i w wodach naturalnych takimi donorami mogą być: substancje organiczne, jony amonowe, jony azotynowe (azotany III), żelazo (II), mangan (II), siarkowodór oraz wodór.

Obecność tych substancji w wodzie naturalnej prowadzi do rozwoju w niej organizmów. Jony pobierane przez mikroorganizmy i wykorzystywane jako źródło energii w procesach życiowych.

Akceptory elektronów: utleniacze w przypadku wód naturalnych to: tlen, jony azotynowe (denitryfikacja) i jony azotanowe.

W trakcie przekazywanie elektronów pomiędzy donorem a akceptorem mikroorganizmy uzyskują energię która może być zużyta to procesów syntezy lub życiowych???

substancje organiczne : są to materiały do budowy komórek najważniejsze to węgiel, azot, fosfor i siarka i służą razem z tlenem i wodorem do budowy podstawowych elementów komórek węglowodory – ściany komórkowe, lipidy: błony komórkowe, dna, rna, puryna,

niektóre zanieczyszczenia usuwane z wody w procesach biochemicznych mogą pełnić różne funkcje. Jon amonowy może być donorem elektronów a jednocześnie może być źródłem składnika pokarmowego jakim jest azot. Taka woda powinna zawierać akceptor elektronów którym najczęściej jest tlen. Dodatkowo w wodzie powinien występować dwutlenek węgla oraz źródła siarki i fosforu. Wody uzdatniane zawierają większość tych składników lecz w celu lepszego uzdatniania dodaje się jeden z nich w sposób sztuczny.

Procesy biochemiczne posiadają jedną cechę – jest to ustalenie efektywności procesu uzdatniania dla wszystkich procesów należy wyznaczyć stałą efektywność procesu,, można to uzyskać poprzez np. odpowiedni czas zatrzymania uzdatnianej wody w reaktorze biologicznym w celu zapewnienia pełnego przebiegu procesu.

Procesach uzdatniania wody wykorzystujemy organizmy cudzożywne i samożywne. Heterotroficzne – pobierają do czynności życiowe substancje organiczne z zewnątrz nie potrafią ich wytworzyć samodzielnie. Autotrofy mogą wykorzystywać substancje zawarte w wodzie do procesu chemosyntezy zaliczamy tu: wodór, siarkę, siarkowodór i amoniak.

Bakterie wodorowe – utleniające wodór do wody, bakterie siarkowe utleniające siarkę, siarkowodór i tiosiarkę do siarczanów, bakterie nitryfikacyjne utleniają azot amonowy i azotyny do azotanów, bakterie żelazowe utleniające żelazo II do żelaza III

(tlen rozpuszczony, OWO, mikroorganizmy organiczne, stężenie substancji odżywczych, odczyn, temp, inhibitory reakcji. W uzdatnianej wodzie mogą być substancje wpływające negatywnie : zanieczyszczenie organiczne – pestycydy, metale ciężkie mogące wpływać na aktywność mikroorganizmów)

Proces uzdatniania wody – procesy biochemiczne

1. aerobowe utlenianie materii organicznych

2 nitryfikacja

3.denitryfikacja

4utlenianie żelaza (II)

5 utlenianie manganu (II)

Nitryfikacja w utl. wody

nazywamy tak utlenianie na drodze biochemicznej jonu amonowego do jonu azotynowego i do jonu azotanowego (azotanu V) jest to proces dwuetapowy z udziałem dwóch gat, samożywnych bakterii. W pierwszym etapie nitrosomonas wykorzystują jony amonowe jako donory elektronów i utleniają je do jonów azotynowych (III) bakterie nitrobakter wykorzystują azotany III jako donowy i utleniają je do azotanów. Dla obu gatunków końcowym akceptorem jest tlen. Bakterie wykorzystują dwutlenek węgla jako.... a jon amonowy jako źródło azotu. Podstawowym czynnikiem ograniczającym ten proces jest ilość tlenu rozpuszczonego i pH środowiska oraz zawartość substancji pokarmowych.

Denitryfikacja proces biochemiczny w którym jony azotanowe (azotany v) lub azotynowe (azotany III) są akceptorami elektronów a donorami elektronów są substancje organiczne zredukowane związki siarki lub wody gazowej. Tlen jest konkurentem do azotanów jako akceptor elektronów i w celu prawidłowego przebiegu procesu denitryfikacji powinien być ograniczany do 0,1-0,2 mg / l

Denitryfikacja heterotroficzną – wykorzystujemy substancje organiczne jako donory elektronów. Bakterie są heterotrofami. Pseudomonas denitryfikan. Substancje dodawane to metanol, etanol, kwas octowy – są to źródła zewnętrzne polepszające przebieg denitryfikacja, ponadto dodaje się substancje pożywkowe (azotany, przyswajalne jony fosforu, potas, sód, wapń, magnez i żelazo, mikroelementy takie jak cynk, miedź, kobalt i molibden) , ustala pH (optymalnie 7-8 gdy pH wynosi 5 głównym produktem denitryfikacji heterotroficznej jest tlenek azotu, jeśli pH wyniesie 6 gł. produkt to azot cząsteczkowy, dodatkowo obserwuje się wzrost zasadowości wody około 4mg węglanu wapnia/1mg azotanu ) i odpowiednią temperaturę (23-37 st C; wraz z wzrostem temp. Jest ten proces szybszy)

zalety procesu: usuwanie azotanów, nie ma naruszenia innych składników uzdatnianej wody, rzeczywiste usunięcie azotanów a nie przesunięcie ich do innego medium.

Wady: konieczność dodawania zewnętrznego źródła węgla oraz fosforu, możliwość powstawania azotynów, gdy nie zapewnimy pełnego procesu denitryfikacji (np. niedostatek węgla), możliwość wystąpienia bakterii denitryfikacyjnych w uzdatnionej wodzie, konieczność wydłużenia układu technologicznego o proces usuwania przyswajalnego węgla oraz urządzeń do dezynfekcji.

Denitryfikacja autotroficzna - na drodze procesu siarkowo wapniowego, wykorzystujemy bakterie tiobacillus denitryficate redukują azotany kosztem utleniania siarki lub jej form zredukowanych (siarczanów i tiosiarczanów) utlenianie do siarczanów VI. Proces ten prowadzony w złożu siarki i wapnia, siarka jest donorem elektronów a wapń to źródło węgla nieorganicznego dla organizmów autotroficznych. Szybkość procesu jest nieduża.
Objętość złoża: stosunek siarki do wapnia 1:2. Czas zatrzymania wody uzdatnianej w złożu jest taki sam jak w denitryfikacji heterotroficznej. Gdy woda jest długo zatrzymywana to pojawiają się siarczany (do 10 mg/l) a gdy krótko trzymana w złożu to pojawiają się azotyny (III) do 5mg.l

WADY: konieczność dodawania fosforanów, możliwość pojawienia się w wodzie uzdatnionej bakterii denitryfikacyjnych, konieczność wydłużenia układu technologicznego o proces usuwania przyswajalnego węgla oraz urządzeń do dezynfekcji

Proces z bakteriami utleniającymi wodór: z pseudomonas maltofimia oraz pseudomonas putrefaciens. Jako akceptor wykorzystujemy węgiel nieorganiczny tlenek węgla VI spełniający także funkcję obniżenia pH środowiska. Prędkość jest niewielka wymaga zatrzymania wody w reaktorze od 1 do 2 godzin. Zwiększenie efektywności można uzyskać poprzez zwiększenie ciśnienia. Zalety: stosowanie wodoru który jest odbierany prze konsumentów jako substancja bezpieczna, wolna synteza i małe wytworzenie biomasy, wady: wolny przebieg procesu, potrzebne zewnętrzne źródło fosforanów i gazowego wodoru.

Uzdatnianie wody w procesie nitryfikacji to proces ten wybiera się do uzdatniania wody na cele pitne, które zawierają azot amonowy w stężeniu <10mg/l

Proces nitryfikacji można prowadzić w urządzeniach posiadających osad zawieszony lub wykorzystujących kolonię bakterii rozwijających się na podłożu stałym.

Filtry zalane lub suche stosowane w 2 układach: przepływ od dołu ku górze lub na odwrót W obu przypadkach ziarna wypełnienia złoża pokryte są błoną biologiczną. Do układu wprowadzane jest powietrze, iniekcja do rurociągu, do wody doprowadzanej do filtru, iniekcja bezpośrednio do złoża, lub wprowadzenie powietrza od dołu filtra do komory dopływowej

Uziarnienie bywa zróżnicowane: - z antracytu o średnicy 1,8mm

- ze żwiru o średnicy 2,5 – 50 mm

- złoże pirurozytowe – nitryfikacja razem z odmanganianiem

Czas wypracowywania trwa od 1-3 mies. Można to przyspieszyć przez wprowadzanie mikroorganizmów do reaktora. Uzdatnianie wód głębinowych o stężeniu do 1mg…. od góry ku dołowi. Uzyskuje się wydajność 20gN/1m³złoża na 1h

Złoża fluidalne – złoża o wypełnieniu ruchomym. Materiał filtracyjny utrzymany dzięki strumieniowi.

W uzdatnianej wodzie w denitryfikacji – problem usunięcia tlenu ale i wydzielanie azotu

Rozpuszczanie azotu 19mg/l w temp 10⁰C, a w procesie denitryfikacji – 23mg/l. Pęcherzyki wytworzonego gazu powodują kolmatację złoża. Aby temu zapobiec obniża się ciśnienie w donatorze (od 5-15kPa – zmniejszenie rozpuszczalności azotu od 0,5-2mg/l).

Denitryfikacja heterotroficzna na złożu stałym i ruchomym. Czas przetrzymania w reaktorze – kilka godzin w złożu stałym i kilka minut w złoży ruchomym, Wodę surową kieruje się do reaktora odtleniającego i pozbawiającego ja nadmiaru azotu, zaszczepiamy ją źródłem węgla organicznego i fosforanów. Woda trafia do reaktora denitryfikacyjnego z bakteriami denitryfikacyjnymi pochodzenia sztucznego lub samorzutnie powstające. W reaktorach membranowych bakterie są w przestrzeniach membranowych i oprócz denitryfikacji jest nitryfikacja. Układ kończy się filtracją. Zatrzymanie w układzie – 30 min,

Denitryfikacja autotroficzna prowadzona na przykładzie procesu siarkowo wapniowego. Zawartość wapnia w złożu zapewnia pH = 6,4-6,8. Wydajność procesu 40g azotynu/1h. W układzie jest ozonowanie wody od 15-20kPa. Wysokość złoża 0,75-1,5m

Wysokość 0,75m – czas przetrzymania w złożu 200 dni, 1,5m – 1 rok bez czyszczenia Efektywność to 90%. Dalsze uzdatnianie po tym procesie obejmuje utlenianie w wodzie w kaskadzie, infiltracja wody przy obciążeniu 0,02m³/m²/h

WYKŁAD 4

Utlenianie

Utleniacz najprostszy – tlen z powietrza

Utleniacze również – chlor i ozon oraz w mniejszym stosowaniu: nadtlenki wodoru i nadmanganian potasu

Cel i umiejscowienie chemicznego utleniania w układzie oczyszczania wody

Utlenianie chemiczne w uzdatnianiu wody może być stosowane to procesów tj.:

- utlenianie substancji nieorganicznych tj. Fe(II), Mn(II), H2S, siarczki i inne zanieczyszczenia

- niszczenie glonów i innych mikroorganizmów występujących w wodzie

- utlenianie związków powodujących barwę, smak i zapach wody

- wspomaganie przebiegu i skuteczności przebiegu koagulacji

- przemiana związków organicznych niebiodegradowalnych w formy biodegradowalne

- utlenianie substancji organicznych pochodzenia naturalnego lub antropogenicznego oraz zmniejszenie liczby prekursorów halogenowych związków organicznych

- zwiększenie skuteczności desorpcji lotnych związków organicznych

- utlenianie azotu amonowego

- dezynfekcja

Proces utleniania chemicznego może być stosowany w różnych częściach układu technologicznego

Częstotliwość zastosowania w technologii: utlenianie chemiczne częściej stosujemy w wodach powierzchniowych i infiltracyjnych, rzadziej w wodach podziemnych

Stosowanie utleniaczy: stosujemy tlen z powietrza, chlor, dwutlenek chloru, ozon, nadmanganian potasu, nadtlenek wodoru

W przypadku utleniania chemicznego utleniacze mogą być stosowane jako oddzielne substancje lub mogą być wprowadzane łącznie, ale musimy pamiętać wtedy o stosowaniu odstępu czasowego, aby wyeliminować reakcje pomiędzy samymi utleniaczami

Proces utleniania może być także realizowany w wyniku generowania rodników hydroksylowych lub rodników nadtlenkowych i są to procesy z grupy zaawansowanych procesów utleniania.

Utlenianie nieorganicznych domieszek występujących w wodach mineralnych

- siarkowodór występujący w wodach

- azot amonowy

Wszystkie utleniacze chemiczne powodują utlenianie zredukowanych połączeń siarki lub jonów siarczanowych oraz tworzą produkty utleniania siarczków m.in. z dwutlenkiem chloru, dodatkowo obserwujemy reakcję pomiędzy siarką elementarną, ale proces ten jest uzależniony od temperatury uzdatnianej wody

Ten proces utleniania odorotwórczego wodoru stosowany jest w uzdatnianiu wód podziemnych, zawierających małe stężenia H2S. Możliwe jest także uzdatnianie wód podziemnych zawierających siarczki organiczne, dwusiarczki lub merkaptany.

Usuwanie azotu amonowego: jest ono możliwe na drodze chlorowania wody do punktu przełamania.

Utlenianie azotu amonowego w wyniku ozonowania, ogranicznikiem reakcji jest pH uzdatnianej wody, obserwujemy największą efektywność procesu dla pH > 9,3.

Niezależność od pH możemy stosować w przypadku ozonowania wód zawierających także jony bromkowe. Pełnią one funkcję katalizatorów.

Usuwanie jonów azotynowych: mogą być one utleniane do azotanów, z zastosowaniem takich utleniaczy jak chlor, ozon czy dwutlenek chloru (ClO2) w przypadku stosowania ClO2 powstaje niebezpieczeństwo powstawania jonu chloranowego.

(Utlenianie)Usuwanie związków organicznych: szybkość i skuteczność utleniania subst. Organicznych zwłaszcza pochodzenia obcego są zdecydowanie mniejsze niż zredukowanych nieorganicznie komponentów. Najmniej przydatnym jest chlor, który powoduje chlorowanie związków organicznych i powstawanie chemicznych związków organicznych a w mniejszym stopniu wywołuje zjawisko utleniania. Chlor wprowadzany do wody zawieraj. Zw. Org. Atakuje wiązania wielokrotne i niektóry grupy funkcyjne (związków organicznych) powodując zmniejszenie stężenia wielocząsteczkowych zanieczyszczeń organicznych, jednocześnie wzrasta natomiast zawartość zanieczyszczeń niskocząsteczkowych, co nie jest jednoznaczne z utlenianiem związków organicznych. Chlor jest niewystarczająco skuteczny w niszczeniu produktów przemiany metabolicznej mikroorganizmów obecnych w utlenianej wodzie powodując smak i zapach wody.

Dawki do utleniania związków organicznych pochodzenia antropogenicznego konieczne jest stosowanie dużych dawek chloru i długiego czasu kontaktu. Zastosowanie mniejszych dawek często prowadzi do intensyfikacji zapachu i charakteryzuje się bardzo małą skutecznością.

Przykładem jest chlorowanie wód zawierających fenole. W wyniku tego procesu powstają chlorofenole o nieprzyjemnym zapachu. Nieprzyjemny zapach powodują: 2-chloro fenol (stęż. 2-5%), 4-chloro fenol (2-5%), 2,4- di chloro fenol (20%), 2,6- di chloro fenol (25%) 2,4,6-trichloro fenol (40-50%) oraz mogą powstać związku karbonylowe, 3-chloro fenol, 2,5 – di chloro chinon.

Proste metody utleniania jest nie zawsze wystarczające. Ozonowanie jest niewystarczające w przypadku usuwania związków organicznych, oraz nie podlegają chlorowaniu związki organiczne z grupy sycydów.

Zwiększenie stopnia utleniania związków organicznych o małej masie cząsteczkowej i trudno podatnych na degradację chemiczną możemy uzyskać przez zastosowanie procesów utleniania generujących duże ilości bardzo reaktywnych rodników hydroksylowych, metody te polegają na dawkowaniu do uzdatnianej wody ozonu i nadtlenku wodoru, odczynnika Fentona lub na stosowaniu fotochemicznego i fotokatalitycznego utleniania. Utlenianie wielu zanieczyszczeń organicznych spowodowane przez powstawanie rodników hydroksylowych jest znacznie szybsze niż bezpośrednie dozowanie ozonu. Generowane rodniki hydroksylowe reagują ze związkami organicznymi i powodują odszczepianie wodoru, addycję elektrofilow lub rzadziej przeniesienie elektronu, efektem czego są rodniki organiczne – karborodników.

Wydzielenie tych rodników powoduje, że są one szybko utleniane przez tlen zawarty w wodzie do rodników nadtlenkowych. Zapewnia to całkowitą mineralizację związków organicznych.

Jeżeli w wodzie uzdatnionej występują zanieczyszczenia organiczne, które z rodnikami tlenowymi nie tworzą karborodników, to do zainicjowania reakcji możemy wykorzystać fotochemiczną generację rodnika stosując naświetlanie promieniowaniem w zakresie 210 – 230 nm lub korzystniejsze elektroniczne odszczepianie halogenu.

Efektywność procesów zaawansowanego utleniania zależy od:

- rodzaj i stężenie utlenianych zanieczyszczeń

- pH uzdatnianej wody

- rodzaj i dawka stosowanych utleniaczy

- czas utleniania oraz napromieniowania wody

- stopień adsorpcji promieniowania przez utleniacze, ale i przez substancje zawarte w wodach uzdatnianych

W procesach zaawansowanego utleniania wykorzystujemy synergizm działania utleniaczy, tj. ozon, nadtlenek wodoru oraz promieniowania ultrafioletowego, zwiększającego efekt i szybkość rozkładu substancji organicznych. Źródłem światła w UV są średnio ciśnieniowe lampy dotowane ksenonem lub próżniowe lampy UV emitujące światło o fali poniżej 200 nm.

Techniki zaawansowanego utleniania są szczególnie przydatne do uzdatniania wód zawierających mikrozanieczyszczenia organiczne, do których zaliczamy: pestycydy, polichlorowane difenyle, substancje powierzchniowo czynne, chlorowane węglowodory. Niestety zastosowanie tych technik nie eliminuje problemu powstawania ubocznych produktów utleniania.

Utlenianie ozonem i nadtlenkiem wodoru

H₂O₂ HO₂^- + H⁺

HO₂^- + O₃ HO₂^* + *O₃^-

H₂O₂^- + 2O₃ 2*OH + 3O₂

H₂O₂ + *OH H₂O + HOO*

Dawkowanie do wody o odczynie obojętnym oprócz ozonu, nadtlenku wodoru zwiększa ilość powstających rodników hydroksylowych, ponieważ nadtlenek wodoru indukuje rozpad ozonu.

Nadtlenek wodoru będący słabym kwasem dysocjuje w wodzie tworząc anion hydronadtlenkowy który reaguje z ozonem zgodnie z reakcją drugą. W wyniku reakcji następczych zachodzący z udziałem powstających rodników hydronadtlenkowych () i amino rodników ozonowych powstają rodniki hydroksylowe (OH)

Znaczne przyspieszenie substancji organicznych powstaje w wyniku obecności rodników. Skuteczność utleniania zanieczyszczeń zależy od czasu dawkowania nadtlenku wodoru od stosunku molowego nadtlenku wodoru do ozonu, którego wartość teoretyczna (zapisana zgodnie z reakcją 3), wynosi 1:2. Optymalna wartość zależy jednak od rodzaju utlenianych związków i pH uzdatnianej wody. Zastosowanie nadtlenku wodoru powoduje zmniejszenie wymaganej dawki ozonu co niesie za sobą zmniejszenie także powstawania produktów ubocznych procesu ozonowania. Jednak nie można tych utleniaczy stosować w nadmiarze, bo zbyt duże stosowanie nadtlenku wodoru zmniejsza skuteczność utleniania, ponieważ nadtlenek wodoru w nadmiarze działa jako tzw.wymiatacza rodników OH, dlatego konieczne jest optymalnego stosowania zarówno ozonu jak i nadtlenku wodoru. Najlepsze efekty utleniania uzyskujemy, jeżeli stosujemy dawkowanie nadtlenku wodoru z kilkuminutowym opóźnieniem w stosunku do ozonu. Takie rozwiązanie pozwala na wykorzystanie ozonu cząsteczkowego do bezpośredniego utleniania związków organicznych, natomiast wprowadzenie do wody nadtlenku wodoru umożliwia utlenienie wolnorodnikowe, pozostałych zanieczyszczeń organicznych niepodatnych na bezpośrednie działanie ozonu.

Utlenianie z wykorzystaniem odczynnika Fentona

Odczynnik Fentona jest mieszaniną nadtlenku wodoru z jonów Fe²⁺. Jony Fe²⁺ działają tutaj jako katalizatory rozpadu nadtlenku wodoru do rodników hydroksylowych

H₂O₂ + Fe²⁺ Fe³⁺ + OH^- + *OH

Fe²⁺ + *OH Fe³⁺ + OH^-

O ilości rodników hydroksylowych, które powstają w wyniku tej reakcji decydują: pH oczyszczanej wody, dawka reagenta chemicznego, czas utleniania, temperatura uzdatnianej wody. Optymalna wartość pH dla substancji organicznych mieści się między 2 - 4. Czas utleniania jest uzależniony od rodzaju niszczonego związku. Dawki utleniaczy: dobieramy je do rodzaju niszczonego związku i musimy uważać, żeby były to dawki optymalne, ponieważ nadmiar utleniacza w tym przypadku (Fe²⁺) nie działa na naszą niekorzyść, lecz zmniejsza wydajność procesu utleniania, ponieważ żelazo może działać jako wymiatacz rodników, utleniając się samodzielnie do Fe³⁺. Szybkość reakcji zależna jest od temperatury, obserwujemy tu wzrost szybkości reakcji wraz ze wzrostem temperatury. Dodatkowo szybkość powstawania rodników można znacząco zwiększyć przez zastosowanie promieniowania UV lub światła widzialnego. Optymalne warunki utleniania z wykorzystaniem odczynnika Fentona – pH = 4; stosunek Fe(II) do nadtlenku wodoru 1:5 , powoduje 90% usunięcie rozpuszczonego węgla organicznego z uzdatnianej wody. Wadą metody jest możliwość pozostawania Fe(III), za czym idzie konieczność jego usuwania.

Metody fotochemiczne

Np. układ utleniania z wykorzystaniem promieniowania UV i ozonu. W wyniku napromieniowania wody przebiega ozonowanie fotolityczne

O₃ + H₂O –UV H₂O₂ + O₂

H₂O₂ –UV 2*OH

W pierwszej fazie procesu ozon reaguje z wodą, wytwarza nadtlenek wodoru oraz tlen cząsteczkowy. Powstający nadtlenek wodoru dalej ulega przemianom pod wpływem promieniowania, które powodują do dalszego powstawania dodatkowych rodników. Efekt utleniania zależy w dużym stopniu od pH wody, odczyn wpływa na rozpuszczalność i trwałość ozonu w wodzie. Metoda ta charakteryzuje się znaczą skutecznością niż ozonowanie w utlenianiu substancji organicznych halogenopochodnych węglowodorów alifatycznych, niestety metoda ta, tak samo jak ozon, nie jest skuteczna w przypadku mineralizowania chlorowanych związków organicznych.

UV + H₂O₂

Nadtlenek wodoru dodany do wody, którą naświetlamy 254 nm ulega fotolizie, a szybkość powstawania rodników hydroksylowych wzrasta wraz ze wzrostem odczynu wody. Wadą tego układu jest 50-krotne spowolnienie generowania rodników wodorotlenowych niż w środowisku fotolizy ozonu. Wynika to z małej ilości odczynników adsorpcji H₂O₂. W konsekwencji wymagany czas utleniania związków organicznych jest dłuższy niż w metodzie wcześniej omawianej. Zwiększenie efektywności procesu możemy uzyskać przez stosowanie dodatkowo (w reakcji ozonowania) rozszerzenie zastosowanie czynników utleniających.

Utlenianie fotokatalityczne

Utlenianie z wykorzystaniem półprzewodników, do których możemy zaliczyć dwutlenek tytanu, dwutlenek cynku, siarczan kadmu, jako katalizatorów reakcji. Na dzień dzisiejszy największą aktywność wykazuje dwutlenek tytanu. Metoda została nazwana UV-dwutlenek tytanu, wykorzystuje się zjawisko fotoaktywacji dwutlenku tytanu powodujące wzbudzanie i przenoszenie elektronów z jego pasma walencyjnego, do pasma przewodnictwa, co uzyskuje się przez naświetlanie półprzewodnika promieniowaniem o długości 200-380 nm. Powstaje elektron (pasmo przewodnictwa) i dodatnio naładowana dziura (pasmo walencyjne). Para (elektron i dziura) mogą reagować z cząsteczkami tlenu, jonami OH^- i cząsteczkami związków organicznych. W wyniku tych reakcji powstają rodniki hydroksylowe.

h⁺ + H₂O H⁺ + *OH

h⁺ + OH^- *OH

O₂ + e^- O₂^-

O₂ + 2e^- + 2H⁺ H₂O₂

H₂O₂ + e^- *OH + OH^-

Powstające rodniki hydroksylowe zapewniają utlenianie związków organicznych, a jony OH^- stanowią substrat reakcji. Dodatkowo w zależności od wartości potencjału utleniającego związku i potencjału redukcji związku oraz energii pasma walencyjnego i przewodnictwa, mogą powstawać jonorodniki, które w dalszych reakcjach mogą podlegać całkowitej mineralizacji. Metoda ta może zapewnić skuteczną fotodegradację nie tylko związków organicznych pochodzenia naturalnego, ale i antropogenicznego z wyszczególnieniem związków halogenopochodnych, alifatycznych i pochodnych związków aromatycznych, pestycydów i substancji powierzchniowo czynnych, czyli metoda ta charakteryzuje się dobrą skutecznością w rozkładaniu związków bardziej złożonych.

WYKŁAD 5

Uboczne produkty utleniania

Pod tą nazwą nazywamy wszystkie związki chemiczne, które powstają w wyniku chlorowania, ozonowania. Jeżeli chodzi o zastosowanie utleniaczy jak tlen,czy nadmanganian potasu - > nie ma na ten temat informacji.

Jeżeli chodzi o ilość, pod tą nazwą kryje się setki a nawet tysiąc, część jest rozpoznawalna, a część nie ma jeszcze dokładnie charakterystyki chemicznej.

Związki powstające w wyniku procesu chlorowania (proc.najczęściej stosowany)

Uboczne produkty chlorowania są to substancje chemiczne, powstające pod wpływem działania chloru na substancje organiczne obecne w wodzie ujmowanej.

Związki te powstają w niewielkich ilościach, ale ze względu na swój charakter toksyczno – mutagenno – kancerogenny, muszą być brane pod uwagę w końcowej ocenie wody uzdatnianej.

Substancje te powstają zarówno z węgla organicznego pochodzenia naturalnego tj. związki humusowe oraz z węgla organicznego pochodzenia antropogenicznego (fenole).

Większość ubocznych produktów chlorowania to związki chloro organiczne, chociaż pod wpływem tego utleniacza powstają także substancje, nie zawierające w swojej cząsteczce chloru (np. aldehydy czy kwas karboksylowy).

Odrębną grupę związków powstających podczas chlorowania stanowią związki bromo- i chlorobromoorganiczne, które powstają w wyniku utleniania bromków obecnych w wodzie ujmowanej.

W wodach, w których występują jodki możemy spodziewać się powstawania związków jodoorganicznych.

CHARAKTERYSTYKA POWSTAJĄCYCH ZWIĄZKÓW

Miarą całkowitej ilości związków powstających po procesie chlorowania, jest tak zwany całkowity halogen organiczny. Jest on charakteryzowany skrótem TOX. Wskaźnik ten jest wygodnym parametrem pozwalającym scharakteryzować ilość powstających ubocznych produktów chlorowania.

Kolejna jest absorbancja wody przy dł.fali 254 nm. Jeżeli charakteryzujemy uboczne produkty chlorowania, to wśród nich możemy wyróżnić 2 podstawowe grupy:

- nielotne związki halogenoorganiczne (NVOX) stanowią one 70 – 80% TOX; głównym związkiem jest kwas halogenoorganiczny, pozostałą część stanowią substancje o nieznanej strukturze chemicznej

- lotne związki halogenoorganiczne (VOX) stanowią pozostałe 20 – 30% TOX; są one najlepiej rozpoznane i oznacza się najczęściej ich zawartość w uzdatnianej wodzie

Najważniejsze grupy substancji chloro pochodnych

- trichalometany (najbardziej rozpoznawany jest chloroform)

- dibromometany (bromoform)

- haloacetonitryle

- kwas halo organiczny

- grupa halo aldehydów

- haloketony

- chloro fenole

- pozostałe związki nierozpoznane na dzień dzisiejszy

Mechanizm powstawania ubocznych prod.chlorowania

TRIHALOMETANY – są to związki, które posiadają 3 podstawniki, ich rdzeniem jest metan, wyróżniamy odmiany tj. trichlorometan, bromodichlorometan, tribromometan.

Wszelkie próby zmineralizowania rdzenia organicznego mogą prowadzić do powstania związków szkodliwych.

Szybkość reakcji: chlor wprowadzany do uzdatnianej wody reaguje z wszystkimi składnikami wody, najszybciej zachodzą reakcje między chlorem i związkami nieorganicznymi. Są to reakcje znacznie powolniejsze, dlatego charakterystyka zachodzenia reakcji rozciąga się w czasie. Dlatego nie ma sensu określania stężenia trichlorometanów w uzdatnianej wodzie bezpośrednio po wprowadzeniu chloru do wody. Dopiero określenie potencjału tworzenia się trichlorometany pozwala na określenie jakości wody wodociągowej. Potencjał tworzenia THM:

- Teoretyczne max stężenie THM – jest to stężenie ubocznych produktów chlorowania (THM), jakich można spodziewać się w uzdatnianej wodzie, gdyby cała materia organiczna przereagowała z chlorem i dała nam THM

- terminalne stężenie THM – stężenie jakie będziemy obserwować w uzdatnionej wodzie, jeżeli woda będzie zawierała taką ilość chloru, aby w ograniczonym czasie reakcji w wodzie pozostał jeszcze wolny chlor. Czas reakcji jest dobierany odpowiednio do najdłuższego czasu retencji wody w sieci wodociągowej

- stężenie THM – określa ono zawartość THM w dowolnym momencie pobrania próby (nie należy określać stężenia bezpośrednio po chlorowaniu)

- potencjał tworzenia THM – jest to różnica między terminalnym stężeniem THM a stężeniem THM mierzonym w danym momencie. Potencjał tworzenia THM odzwierciedla nam także ilość prekursorów THM pozostających nadal w uzdatnianej wodzie

- całkowita ilość prekursorów – to różnica pomiędzy teoretycznym stężeniem THM a zmierzonym w danej chwili

- pozostałość prekursorów – różnica między max teoretycznym stężeniem THM a terminalnym stężeniem THM. Wskazuje ona na nieistotną część prekursorów THM niezdolnych do ich tworzenia w sieci wodociągowej

Czynniki, od których zależy powstawanie THM:

- odczyn wody – jest on jednym z ważniejszych czynników odpowiadających za ilość powstających THM. Wysokie pH sprzyja tworzeniu się większej ilości THM, w przypadku obniżenia pH istnieje zagrożenie, że powstanie większe stężenie nielotnych związków halogenoorganicznych

- zawartość węgla organicznego w uzdatnionej wodzie – jest on zwany prekursorem THM ale nie ma korelacji między ilością węgla a ilością powstających związków ubocznych

- temperatura – jest to czynnik, który wpływa na tworzenie się THM, ma szczególne znaczenie w przypadku powstawania wód powierzchniowych, gdzie widać wyraźnie korelację między ilością tworzących się THM a porą roku, w której następuje ten proces

Metody obniżania stężenia THM w wodzie wodociągowej:

- usuwanie powstałych THM – można posługiwać się: ozonowaniem, napowietrzaniem, adsorpcją na pylistym jak i granulowanym węglu aktywnym . Charakterystyka poszczególnych metod: OZONOWANIE daje średnie efekty usuwania THM, natomiast większą efektywność zauważa się podczas wspomaganiu ozonu promieniowaniem UV; ADSORPCJA – efektywność procesu jest porównywalna zarówno na węglu pylistym jak i granulowanym, oczywiście proces zatrzymywania poszczególnych form związków jest różnego stopnia (pomiędzy węglem a związkiem usuwanym); NAPOWIETRZANIE – efektywność usuwania zależy od charakterystyki powstałego THM, istnieje tu problem, że prowadzimy te związki z jednego medium – uwalniamy wodę i mamy powietrze zanieczyszczone związkami.

ZALETY USUWANIA THM:

*możemy je usuwać na drodze procesu, które stosujemy w uzdatnianiu wody (integralność z dotychczasowym systemem uzdatniania wody)

WADY USUWANIA THM:

*musimy mieć świadomość, że jeżeli możemy usuwać THM, które umiemy scharakteryzować, to w uzdatnionej wodzie mogą powstawać także uboczne produkty chlorowania, których nie potrafimy scharakteryzować i nie wiemy czy ulegają one usunięciu w tych procesach

*jeżeli usuwamy THM, to nie oznacza to, że jednocześnie usuwany prekursory THM i powstaje niebezpieczeństwo, że w wyniku końcowego chlorowania wody takie THM mogą w wodzie powstać

*z punktu ochrony środowiska usuwanie THM na drodze sorpcji, napowietrzania, powoduje przeniesienie THM z jednego medium do drugiego, czyli np. z wody do powietrza, dlatego ważniejsze jest, aby nie prowadzić do nie powstawania THM w czasie uzdatniania wody, czyli musimy rozważyć usuwanie prekursorów THM. Droga ta powinna być rozpatrywana w momencie poboru wody i ochrony źródeł poboru wody. Mamy 3 przypadki zapobiegania powstawania ponownego związków:

+gdy woda pobierana jest ze zbiornika wody powierzchniowej, to naturalna stratyfikacja powoduje zróżnicowanie w występowaniu w poszczególnych warstwach prekursorów THM, czyli należy ujmować wody, charakteryzujących się najmniejszą zawartością THM

+ w trakcie zakwitu wód powierzchniowych metabolity wytwarzane przez sinice wykazują większe tendencje do wytwarzania THM niż substancje humusowe. Liczbę powstających THM możemy ograniczać przez kontrolę zakwitu i niszczenie źródła prekursorów (sinic)

+ wybór pobieranej wody – jeżeli ujęcie wody jest zagrożone intruzją wody morskiej, to należy szukać innego źródła lub usuwać z tej wody już na wstępie bromki, które powodują związkowe powstawanie THM

Usuwanie ogranicza się z usuwania z uzdatnianej wody związków organicznych – są to najczęściej kwasy humusowe i fulwowe.

- usuwanie prekursorów THM

Rozróżniamy metody usuwania prekursorów: * adsorpcja (preferowane są węgle aktywne granulowane lub złoża tlenku żelaza (III)) (jeżeli związek jest mniej rozpuszczalny i polarny, to zwiększa się jego adsorpcja na węglu aktywnym, niestety w przypadku związków organicznych występuje kolejny problem, jakim jest charakteryzowanie się dużą cząsteczką w stosunku do porów.; pH uzdatnianej wody – im niższe pH tym łatwiejsze zatrzymywanie zanieczyszczeń na węglach granulowanych aktywnych. Zastosowanie jako materiału adsorpcyjnego – tlenku żelaza (III), jest to tańsze niż węgiel aktywny, jedyną wadą tej metody jest stosunkowo niskie pH całego procesu (pH = 4), a w czasie regeneracji złoża konieczne jest wysokie pH), * koagulacja (stosowana w przypadku uzdatniania wód powierzchniowych i w pełni nadaje się do usuwania prekursorów THM, szczególnie, gdy stosujemy koagulanty glinowe, nie są jednak uzależnione od czynników lokalnych, czyli zastosowanego koagulantu oraz pH i temp uzdatnianej wody); * strącania (proces charakterystyczny dla procesów zmiękczania wody przez strącanie Mg(OH)₂, widzimy wtedy korelacje z usuwaniem rozpuszczonego węgla organicznego; wada: podwyższenie pH uzdatnianej wody, duże ilości powstającego osadu); *filtracja na złożach węglowych biologicznie czynnych (zastosowanie znajdują tu wszystkie węglowe filtry z aktywacją biologiczną; nowym sposobem jest zastosowanie filtrów powolnych, których wypełnienie zawiera w sobie warstwę węgla aktywnego granulowanego lub organicznych żywic jonów wymiennych, usuwanie w 70 – 90%, wadą jest, w przypadku filtrów powolnych, duża powierzchnia stosowanych filtrów, duży koszt zapewnienia warstwy węglowej); * metody membranowe

- stosowanie do dezynfekcji wody środków chemicznych innych niż chlor

KWASY HALOGENOOCTOWE

Powstają one w czasie chlorowania wody zawierającej naturalny materiał organiczny. Spośród tych kwasów najważniejsze są HAA5, do których zaliczamy:

- kwas chlorooctowy

- kwas bromooctowo

- kwas dichlorooctowy

- kwas trichlorooctowy

- kwas dibromooctowy

Warunkiem do ich powstania w czasie uzdatniania wody jest obecność w wodzie bromu.

Kwasy te wykazują działanie kancerogenne

Ilość powstających kwasów uzależniona jest od następujących czynników od:

- sposobu prowadzenia chlorowania wody

- zastosowanego czynnika chlorującego

- jakości ujmowanej wody

- pH, temp, czas pozostawania wody w kontakcie z chlorem (czynnikiem dezynfekującym)

- czas pozostawania w sieci wodociągowej

- zawartość kwasów huminowych i fulwowych

- stężenie rozpuszczonego węgla organicznego i zawartości bromu

Zaobserwowany następujące zależności:

- Wzrost kwasów w uzdatnianej wodzie wraz ze wzrostem ilości czynnika dezynfekującego

- między ilością rozpuszczonego węgla organicznego a wzrostem temperatury uzdatnianej wody obserwuje się zwiększenie ilości powstawania kwasów halogenooctowych (HAA)

- nie ma relacji między THM a HAA

Zalety HAA:

- ulegają łatwej biodegradacji

- łatwiej dają się zatrzymać na węglu aktywnym granulowanym lub usunąć w procesie desorpcji

Wady HAA:

- kwasy te nie dają się usunąć z uzdatnionej wody na drodze gotowania, jak to ma miejsce w przypadku lotnych THM

UBOCZNE PRODUKTY OZONOWANIA

Na next wykładzie

WYKŁAD 6

Uboczne produkty ozonowania wody

Ozonowanie wody wykorzystuje silne utleniacze i tworzy wiele produktów ubocznych pochodzenia organicznego i nieorganicznego.

Ozon stosowany jest do ozonowania wstępnego przed koagulacją, która ma na celu:

- Obniżenie intensywności barwy wody,

- Utlenienie związków nieorganicznych, np. Cyjanków, siarczków, azotynów, związków żelaza i manganu,

- Poprawę smaku i zapachu wody,

- Ułatwienie mikroflokulacji,

- Obniżenie potencjału tworzenia thm i innych związków chloroorganicznych,

- Zaspokojenie niezwłocznego zapotrzebowania na ozon,

- Obniżenie liczebności glonów.

Zwykle stosuje się dawkę około 1 g03/m³ wody przy czasie kontaktu 1-2 min. Ozonowanie końcowe stosowane jest po procesie koagulacji i filtracji. Ma ono na celu:

- Dezynfekcję wody,

- Utlenienie związków organicznych, np. Fenoli, detergen­tów, pestycydów, związków kompleksowych (edta - kwas etyleno-diamino-tetraoctowy, nta-kwas aminotrioctowy),

- Przemianę zanieczyszczeń do postaci biodegradowalnej,

- Obniżenie dawek reagentów wymaganych do ochrony sieci wodociągowych,

- Obniżenie stężenia rozpuszczonego węgla organicznego w wypadku połączenia ozonowania z sorpcją na granulowa­nym węglu aktywnym lub filtracją powolną.

Wśród produktów ozonowania wyróżnia się klasy:

1.klasa – niskocząsteczkowe związki organiczne: kwasy karboksylowe, keto- i aldokwasy i aldehydy

2. klasa – bromowanie związków organicznych, których przykładem jest kwas bromooctowy i bromoform

3. klasa – niezidentyfikowane silnie polarne związki polarne związków organicznych podatne na biodegradację

4. klasa – nieorganiczne produkty uboczne – bromiany

Najistotniejszym efektem ozonowania jest wzrost liczby biodegradowalnych związków organicznych (zidentyfikowane i niezidentyfikowane) na dzień dzisiejszy najlepiej opisane są produkty takie jak kwasy karboksylowe do których zaliczamy: kwas mrówkowy, octowy, szczawiowy, propionowy, keto i aldo kwasy do których zaliczamy: kwas ketomalonowy, pirogronowy. dobrze scharakteryzowane są również aldehydy. Negatywną stroną powstawania substancji bioorganicznych biodegradowalnych jest zakłócenie stabilności biologicznej wody oraz obecność bromków w uzdatnianej wodzie. Woda musi zostać wcześniej zachlorowana zanim będzie w instalacji. Obecność bromków w uzdatnianej wodzie może przyczynić się do powstawania produktów halogenoorganicznych. Powstające bromiany posiadają właściwości kancerogenne co powoduje problem w odbiorze wody uzdatnionej.

Do powstawania bromianów przyczynia się czynniki: wysokie stężenie bromków w ozonowanej wodzie, wysokie pH uzdatnianej wody, zastosowanie dużych dawek ozonu, zastosowanie podwyższonych temperatur dla procesu ozonowania. W celu ograniczenia bromianów należy: podwyższyć zawartość substancji organicznych w uzdatnianej wodzie, obniżyć pH, obecność w wodzie, lub dawkowanie jonów amonowych.

ORGANIZMY W URZĄDZENIACH WODOCIĄGOWYCH

Osadniki w których gromadzona jest woda surowa: stawy ziemne, baseny betonowe i/lub murowane – rozwój organizmów uzależniony jest od typu wody (głębinowa / powierzchniowa),

szybkość przepływu wody przez zbiornik. Najważniejsze problemy to występowanie fitoplanktonu powodującego zakwity wody, okresowo występowanie zooplanktonu z grupy skorupiaków i wrotków.

Sedymentacja zaburzenie procesu: sinice wykazujące słabą sedymentację, statoblasty mszywiołów posiadają puste komory powietrzne, jaja przetrwalne rozwielitek itp.

By zapobiec zatrzymaniu procesu sedymentacji należy wymieniać wodę w zbiorniku (krótki czas wody w zbiorniku) sprzyja zmniejszeniu populacji organizmów o długim cyklu rozwojowym (np. sinice) może to jednak spowodować wzrost organizmów o krótkim rozwoju np. zielenice lub drobne złotowiciowce typowe dla fitoplanktonu rzecznego lub jeziornego.

Organizmy osiedlające się na ścianach zbiorników, chruściki, sieciarki, larwy ochotkowatych, małże, gąbki. Osiadając na ściankach zbiorników tworzą oprzędy lub budują rurkowate domki, powoduje to namnażanie się organizmów na powstałej powierzchni oraz osadzanie się tam zawiesin.

Na dnie osadników mikroorganizmy rozwijają się w zależności od ilości dochodzącego światła.

Dużo światła – zbiorowiska mirko bentosowoe które mogą wypływać na powierzchnię wody na której mogą tworzyć korzuchy a co gorsza mogą przedostawać się do SUW czego efektem może być kolmatacja złóż filtracyjnych lub pogorszenie właściwości organoleptycznych uzdatnianej wody.

Występowanie poszczególnych typów organizmów może ulegać wzajemnemu oddziaływaniu. Rozówj bakterii może być hamowany przez substancje wydzielane przez sinice. Skrętnice wydzielają substancje które hamują rozwój ślimaków,.

Ilośc zanieczyszczeń bakteryjno fitoplanktonowych może być regulowana przez obecność w uzdatnianej wodzie organizmów które wyłapują ten typ zanieczyszczeń. Do tych organizmów należą wioślarki, widłonogi, małże, wrotki i orzęski.

Zarastanie przewodów przesyłowych do SUW

Zasiedlanie przez organizmy kanałów oraz rur doprowadzających a przy masowym występowaniu zmniejszenie prześwitów w kratach i zatykanie oczek sitach.

Duże kłopoty sparawia małża racicznica przedostaje się ona w postaci larwalnej, larwy unoszone z planktonem potrafią przejśc prezz piasek filtrów jeśli nie zostały wcześniej unieszkodliwione i mogą w sieci wodociągowej przekształcić się w formę dorosłą.

Grupa gąbek – tworzą bryłotwate narośla powodujące zmniejszenie prześwitów przewodów oraz przyczyniają się do korozji. Nadecznik stawowy (wody czyste, tam gdzie ma światlo robi się zielony a w przewodach gdzie nie ma światła jest bezbarwny grupa nadecznika może mieć nawet 1 kg. ), nawodnik rzeczny (nawet wody o podwyższonej mętności).

Te organizmy mogą przedostawać się jako larwy lub w wyniku rozmnażania płciowego, istnieją też formy bezpłciowe (pąki i statoblasty) Na bazie gąbek rozwijają się pierwotniaki oraz zwierzęta bezkręgowe (nicienie, skąposzczepy, widłonogi, larwy muchówek i chruścików,) oraz bakterie i grzyby. Pogarsza to jakość wody.

Problem ten dotyczy także wód podziemnych. Czestym organizmem jest dzieworodna ochotka która w zamkniętych urządzeniach wodociągowych może odbyć cały cykl zyciowy.

Filtry

W filtrach powolnych wykorzystujemy niektóre organizmy tworzące błonę biologiczną zwiększającą wydajność filtrów. np. bakterie, glony, bezkręgowce. Dominują w błonie formy heterotroficzne, saprofityczne (martwą materią jedzą), nieliczne gatunki autotroficzne (odpowiadają za proces nitryfikacji), bakterie żelazo i mangano lubne.

Bakterie chorobotwórcze (pasożytnicze) wychwytywane są w górnych warstwach filtrów, natomiast niektóre formy zooglealnych rozmnażają się na powierzchni filtrów lub w toni wodnej nad filtrem. Istnieje niebezpieczeństwo ze bakterie żelazowe i manganowe przy swojej nadgorliwości mogą spowodować zwiększone wytrącenie wodorotleneku żelaza III oraz wodorotleneku manganu co może zwiększyc zamulanie i zarastanie filtrów.

Glony w filtrach powolnych są zróżnicowane (od 60-160 gat.) w klimacie umiarkowanym dodatkowo zimą i wiosną bytują okrzemki a latem zielenice i sinice. Rozwój tych organizmów uzależniony jest od ilości światła.

- mogą rozmnażać na powierzchni filtra tworząc kożuchy (fragmenty kożuchów mogą okresowo odrywać się i unosić w wodzie, nagłe oderwanie kożucha zwiększa filtracyjną zdolność filtra co powoduje przebicie materiału filtracyjnego do wody uzdatnionej)

- obumieranie i metabolizm glonów prowadzi do uwalniania do uzdatnianej wody zwiększonej ilości substancji o charakterze toksycznym oraz pogorszenie zapachu i smaku.

Okrzemki namnażając się w filtrze powodują hamowanie procesu filtracji.

Warstwa piasku o 30 cm usuwa te organizmy z filtra... w głębszych warstwach filtra oczyszczanie zachodzi przez bakterie tlenowe a niżej przez beztlenowe.

Filtry pospieszne – w samych filtrach nie obserwujemy masowego zasiedlania przez organizmy powoduje to tryb pracy filtra (częste płukanie, wody po procesie koagulacji zawierające zw. Chemiczne sprzyjają zabijaniu organizmów)

Powstaje tu problem przedostawania się przez materiał filtracyjny nitkowatych sinic do wód uzdatnionych. Ruch skrętno posuwisty oraz występowanie galaretowatych otoczek umożliwa tym organizmom przedostawanie się przez filtr.

Nicienie czasem również przedostają się przez filtry

METODY ZWALCZANIA

Ograniczanie i eliminowanie powstawanie źródeł związków biogennych w wodach naturalnych, ograniczenie zrzutów ścieków lub ścieki o mniejszej zawartości zw. Biogennych.

Ograniczenie spływów powierzchniowych o zwiększonej zawartości związków biogennych. Zmniejszenie wykorzystania terenów zbliżonych do wód powierzniowych rolniczo, ograniczanie ilości nawozów na danym terenie, zastosowanie specjalnych barier zatrzymujących związki biogenne w środowisku naturalnym.

Zwalczanie mechaniczne: w przypadku okresowego wystąpienia zakwitów na powierzchni wody i ich gromadzenia się w określonych miejscach zbieramy je mechanicznie.

Zmniejszanie temperatury wody – zwalcza to sinice i zielenice. Przepompowywanie wody z głębszych warstw ku górze, rozpylanie wody ponad powierzchnią zbiornika.

Metody chemiczne: zmniejszenie ilości zakwitów w zbiornikach wodnych, zmniejszenie ilości sinic. Wprowadzanie do wody substancji powodującej zmniejszenie przedostawania się światła do głębszych warstw wody. Metoda ta posiada wadę w wyniku wprowdzaniana tych substancji zwiększa się ilośc zawiesin mineralnych.

Wprowadzanie do wody siarczanu miedzi – niszczą organizmy sinic

chlorowanie wody – otoczki galaretowate organizmów uodporniają je na chlor

siarczan glinu – zmniejsza ilośc organizmów jednak jest to kosztowna metoda.

Stosowanie amoniaku który niszczy mikroorganizmy może być stosowany w środowisku wodnym jak i urządzeniach do uzdatniania wody np. filtrach, amoniak z chlorem – wytworzenie chloroaminy która też jest bakterio i zielenico niszcząca

Nadmanganian potasu – do czyszczenia sieci – niszczy nieprzyjemny zapach i smak (kolor fioletowo różowy)

sól sodowa kwasu hulminowego – preparat torfowy – wykazuje toksyczne działanie w stosunku do sinic, mniej oddziałuje na sinice i formy wyższe, wystąpienia barwy – wada.

Herbicydy – dobór musi być ostrożny ponieważ jest to trucizna

stosowanie słomy jęczmniennej – wrzuca się ją do wody likwiduje zakwity, a działanie chemiczne polega na tym że dochodzi do wytworzenia nadtlenku wodoru – słoma zostaje tam przez 6-10 miesiecy hamuje rozwój glonów jednak powoduje wystąpienie zmiany smaku wody

Metody biologiczne:

Zaburzenie piramidy troficznej w zbiorniku, rozwój duzych organizmów fitoplanktonowych, które nie mogą być odfiltrowane przez zooplankton, rozwój drapieżników bezkręgowych które odżywiają się zooplanktonem, regulacja rozwoju typu ryb w środowisku wodnym, dominować mają ryby drapieżne, a zmniejszamy ilośc ryb odżywiającymi się glonami. Więcej tlenu dla roslinek.

WYKŁAD 7

16.11.11

wody butelkowane – charakterystyka i procesy uzdatniania

wody ciągowe nie zawsze znajdują (nie spełniają) wymogów odbiorców ocena ta bardzo często dotyczy walorów organoleptycznych szczególnie smaku i zapachu wody. Nasila się ona w stosunku do wód dezynfekowanych chlorem, co budzi w uzytkowniku wystepowaniu w wodzie uzdatnionej produktów ubocznych chlorowania.

W okresach gdy masowo wystepuja zakwity wód, odbiorca wyczuwa roslinny samak i również rosnie jego niezadowolenie.

Pomimo dozenia na SUW do ciągłego polepszania jakości poprzez modernicację jakość wody uzdatnionej może ulegać istostnmmu pogorszeniu instalacji przesyłowych, powodując powstawanie barwy, mętności, nieprzyjemnego zapachu i smaku.

Wody butelkowane w ostatnich latach obserwuje się wzrost spożycia wód butelkowanych gazowanych oraz nie gazowanych. Spożywane są one nie tylko dla walorów smakowych, zdrowotnych, ale także w zastępstwie wody wodociągowej do przygotowywania posiłków.

Walory wód butelkowych bardzo często ulegamy reklamom które zachwalają jakość wody butelkowanej, ostatnio także w prasie pojawiają się artykuły poruszające problem jakości wody butelkowanej, są one bardzo często przyrównywane przez autorów artykułów do wód wodociągowych. Liczne badania wód butelkowych potwierdzają częściowo że wody te mogą zawierać pewne ilości zanieczyszczeń bakteriologicznych oraz zanieczyszczeń organicznych pochodzenia naturalnego lub sztucznego.

Wody mineralne mogą stanowić suplement diety można je rozpatrywać w aspekcie korzystnym ponieważ występujące w nich składniki naturalne są w formie jonowej przez co są łatwiej przyswajalne dla organizmu ludzkiego.

Pewna grupa wód mineralnych silnie zmineralizowanych którą zaliczamy do grupy wód leczniczych i należy pamiętać że działają one jak leki dlatego powinny być spożywane po konsultacji z lekarzem. np. wody lecznicze ZUBER mogą zawierać ponad 3000 mg/l zw mineralnych, nie powinny być spożywane przez osoby z nadciśnieniem ze względu na wysoką zawartość sodu. Nie wszystkie wody naturalne nadają się do podawania dla dzieci. Podstawowym wskaźnikiem jaki powinniśmy brać pod uwagę jest zawartość powyżej 1,5 mg/l. Te wody nie mogą być spożywane przez dzieci do lat 7.

Jeżeli się decydujemy na wykorzystywane wód butelkowych , musimy czytać etykiety, które są zamieszczone na tych wodach.

Charakterystyka i podział wód naturalnych

wody naturalne nazwane tak w 1911 na miedzynarodowym kongresie baneolologiczny w niemczech.

Za wody mineralne uważa się wszystkie wody pochodzenia naturalnego które zawierały co najmniej 1000 mg/l składników mineralnych.

Obecnie wyróżniamy 3 grupy wód mineralnych:

- wody mineralne – ich ogólna mineralizacja wynosi ponad 1000 mg/litr

- aproatopegi – mineralizacja tych wód mieści się w granicach 500-1000 mg/l

- wody naturalne i słodkie zawierające mniej niż 500 mg/l soli mineralnej

Wydajność źródeł i skład chemiczny wód mineralnych – zależy on od głębokości, rodzaju podłoża geologicznego, warunków atmosferycznych i ukształtowania terenu.

Składniki mineralne dostają się do wody na drodze wypłukiwania duże znaczenie ma też obecność tlenku węgla (VI), który jako kwas rozpuszcza składniki skał.

Pierwiastki w wodach naturalnych dzielimy na:

- główne – makroelementy, tlen wodór, węgiel, sód, siarka, magnez, potas, wapń, chlor, brom, mangan, jod i żelazo

- rzadkie – mikroelementy – bor, lit, cyng, miedź, fosfor, arsen , kobalt, chrom, srebro, ogłów, bar i nikiel

- Pierwiastki promieniotwórcze – radom, rad, uran, tor

- śladowe – złoto, rtęć, rubid

Wody butelkowe są najczęściej pobierane ze źródeł naturalnych o pożądanych właściwościach biologiczno – chemicznych, wydobywanych na powierzchnię za pomocą odpowiednich urządzeń, które mają na celu zabezpieczenie pobieranej wody przed zanieczyszczeniem

Wody te na terenie Polski sprzedawane są w opakowaniach jako wody naturalne, które powinny spełniać odpowiednie zalecenia ministra zdrowia

Zgodnie z tym rozporządzeniem wyróżniamy wody mineralne, źródlane, stołowe

Naturalne wody mineralne – wody pochodzące z udokumentowanych zasobów wód podziemnych wydobywane jednym lub kilkoma otworami naturalnymi lub wierconymi, są one pierwotnie czyste pod względem chemicznym i mikrobiologicznym, charakteryzują się stabilnym składem mineralnym oraz właściwościami mającymi znaczenie fizjologiczne, powodujące korzystne działanie na organizm człowieka

Wody źródlane – pochodzące z udokumentowanych zasobów wód podziemnych wydobywane jednym lub kilkoma otworami naturalnymi lub wierconymi, są one pierwotnie czyste pod względem chemicznym i mikrobiologicznym, charakteryzują się stabilnym składem mineralnym, powinny się one nie różnić właściwościami i składem mineralnym od wód przeznaczonych do spożycia przez ludzi

Wody stołowe – są otrzymywane przez dodanie do wód źródlanych naturalnych wód mineralnych lub soli mineralnych zawierających jeden lub więcej składników mających znaczenie fizjologiczne (np. magnez, wapń, siarczany (IV) lub wodorowęglany) informacje te powinny być podane na etykietach (wody wysoko mineralizowane, nisko zmineralizowane, zawierające magnez, powinny być podane kryteria zawartości mg/l itp.

Dopuszczalne odchylenie od deklaracji producenta nie mogą wynosić mniej niż 20% od deklarowanych wartości na butelce.

Na podstawie rozporządzenia , naturalne wody mineralne klasyfikowane są pod względem geologicznym, hydrologicznym , fizycznym , chemicznym i fizyko-chemicznym, mikrobiologicznym, farmakologicznym, fizjologicznym i klinicznym.

Ta ostatnia ocena wykonywana jest jeżeli te badania są uzasadnione ze względu na wartości naturalne. Ocena farmakologiczna nie jest obowiązkowa, jeżeli woda po zabutelkowaniu zawiera 1000-250 mg/litr związków mineralnych.

Ocena ta nie jest także wymagana w przypadku wód z podwyższoną zawartością żelaza, magnezu, to stężenie jest wyższe niż dla wód pitnych, ale zapewnia korzystne oddziaływanie na organizm ludzki.

W Polsce jest kilkaset rodzajów wód butelkowanych , ale tylko ok. 30 można zaliczyć do wód mineralnych o zawartości związków mineralnych powyżej 1000mg na litr

Pozostałe wody są to średnio zmineralizowane i źródlane

Proces uzdatniania wody mineralnej:

Wody mineralne mogą być poddawane tylko niektórym procesom uzdatniania, wytyczne podane są także w rozporządzeniu ministra zdrowia, w przypadku tego uzdatniania nie wszystkie procesy stosowane w uzdatnianiu wód wodociągowych znajdują zastosowanie w uzdatnianiu wód mineralnych.

Woda mineralna już na poziomie ujęcia wymaga specjalnego traktowania po pobraniu powinna być doprowadzona do rozlewni wyłącznie instalacją wykonaną z materiałów spełniających wymogi określane dla materiałów przeznaczonych do kontaktu z żywnością. Instalacja musi być zabezpieczona nie tylko przed zanieczyszczeniem, ale i przed zmianą charakteru przesyłanej wody mineralnej. Rozlewania powinna być lokalizowana jak najbliżej ujęcia wody mineralnej.

Jeżeli chodzi o proces uzdatniania wody mineralnej, to wykorzystujemy procesy tj.:

- filtracja, poprzedzona napowietrzaniem i sedymentacją, jest ona przeznaczona do usuwania z wody składników nietrwałych tj. np. związki żelaza, manganu i siarki

- napowietrzanie z wykorzystaniem powietrza wzbogaconego w ozon – stosujemy go do usuwania manganu, żelaza, siarczanów i arsenu. Pozostałość ozonu rozpuszczonego nie może przekraczać 50mikrogramów/dm3

- proces częściowego lub całkowitego usuwania z wody tlenku węgla (VI), nie może być on stosowany w przypadku wód naturalnych, które zostały zakwalifikowane jako wody podziemne, mineralne, wyłącznie na zawartość dwutlenku węgla

- nasycanie wody tlenkiem węgla (VI), czyli dwutlenkiem węgla, jeżeli chcemy mieć wodę gazowaną

Wprowadzone są pewne ograniczenia: nie wolno tej wody dezynfekować z wykorzystaniem chemicznych związków dezynfekujących, szczególnie nie można stosować chloru i jego związków i nie można stosować nanofiltracji i procesu dezynfekcji fotochemicznej (aby nie zniszczyć drobnoustrojów)

Ujmowane wody mineralne zachowują charakterystykę (swój skład) typowy dla danego źródła. Dotyczy on nie tylko właściwości fizykochemicznych, ale także mikrobiologicznych. Każde ujęcie zawiera charakterystyczne dla siebie drobnoustroje autochtoniczne

Mogą to być bakterie ze źródła Ahromobactger, Acillobacter

W tych wodach naturalnych (jeżeli jest podwyższona zawartość żelaza, siarki i manganu) mogą występować bakterie żelazowe, manganowe, siarkowe.

W większości są to bakterie psychofilne, które są dobrze przystosowane do życia w niskich temperaturach . W tych wodach po ujęciu i zamknięciu w butelce obserwujemy masowy rozwój bakterii autochtonicznych.

Ten rozwój bakterii uzależniony jest od rodzaju źródła, dostęp tlenu, zawartość związków organicznych, pH, wpływ światła, typ opakowania

Bakterie autochtoniczne pełnią pożyteczną rolę w ochronie wód butelkowanych przed skażeniem bakteriami patogennymi. Liczne badania wykazały, że bakterie patogenne nie rozwijają się lub rozwijają się w niewielkim stopniu w obecności bakterii autochtonicznych.

Przykładem badań, są badania z E.coli, która była wprowadzana do wody butelkowanej i albo się ona w ogóle nie rozwijała, albo rozwijała się znacznie wolniej.

Porównano badaniom wodę z E.coli po wcześniejszej sterylizacji – w tych wodach E.coli rozwijały się bardzo szybko i bez żadnych przeszkód

Bakterie autochtoniczne przedostają się z wodą butelkowaną do organizmu ludzkiego, ale nie posiadają one zdolności przeżycia w układzie pokarmowym człowieka, czyli nie stwarzają dla nas żadnego zagrożenia.

Bakterie autochtoniczne nie mają znaczenia sanitarnego, natomiast mogą powodować pewne problemy w przypadku wód pochodzących z dużych głębokości, gdzie panują specyficzne warunki fizyko-chemiczne i po wydobyci podlegają oddziaływaniu promieniowania ultrafioletowego i podwyższonej temperatury.

W takich warunkach te bakterie mogą się masowo namnażać, który przyczynia się do zmiany właściwości organoleptycznych butelkowanej wody. Mogą one spowodować powstanie nieprzyjemnego zapachu i smaku butelkowanej wody. Jeżeli stwierdzi się w wodach butelkowanych podwyższoną ilość bakterii chorobotwórczych lub pogorszony zapach to może świadczyć o tym ,że w trakcie produkcji tej wody doszło do jej skażenia. W takim przypadku instalacja oraz inne urządzenia przez które przepływa woda muszą być poddane procesowi dezynfekcji.

Ocena wody

Wskaźniki:

- organoleptyczne – oceniamy z badań wstępnych (na ujęciu wody) zapach i smak wody, następnie są badania rozszerzone związane z oceną i klasyfikacją wody, która będzie umieszczana w tych butelkach (zapach, smak, mętność, barwa), trzecim etapem są badania kontrolne wody ujmowanej i w wybranych punktach kontrolnych produkcji (zapach, smak, mętność, barwa)

- fizyczno – chemiczne – w badaniach wstępnych na ujęciu badamy tylko przewodność i temperaturę. W badaniach rozszerzonych badamy przewodnictwo , temp, pH, radionuklidy. Jeżeli chodzi o badania kontrolne, badamy już tylko przewodnictwo i pH

- składniki niepożądane i toksyczne, badamy zawartość azotanów (III) i (V), amoniak i ChZT, badania pełne – wykonujemy oznaczenia antenonu, arsenu, baru, kadmu, chromu, miedzi, cjanków, fluorków, ołowiu, manganu, rtęci, niklu, azotanów (III) i (V), selenu, izotopy tlenu i wodoru, niepożądane składniki organiczne pochodzenia antropogenicznego, pestycydy, WWO, itp. W badaniach kontrolnych badamu azotany (III), (V), amoniak, żelazo, ChZT

- Składniki podstawowe – badania wstępne – badamy sód wapń, magnez, żelazo, mangan, chlorki, wodorowęglany i siarczany (VI). Badania pełne obejmują wszystkie aniony i kationy, składniki niezdysocjowane, mikroelementy, tlenek węgla (IV). Badania kontrolne wody ujmowanej – badamy składniki charakterystyczne wymienione na etykiecie.

- wskaźniki mikrobiologiczne – wykonujemy jako badania wstępne oznaczenie z grupy Coli, w badaniach pełnych wykonujemy występowanie pasożytów, bakterii chorobotwórczych, E.coli i innych, paciorkowców kałowych, całkowitej ilości bakterii wzrastających w 1 ml wody wzrastających w 22 stopnie Celsjusza, 72 h, na Agarze, następnie 37 stopni, czas 24 h na Agarze; badania kontrolne – jak badania pełne

Wprowadzanie do wody dwutlenku węgla – wprowadzając do wody butlekowanej CO2 poprawiamy walory smakowe wody, CO2 działa jako taka ochrona bakteriologiczna (bo CO2 powoduje obniżenie pH wody ok.4,5), nie przeżywają bakterie chorobotwórcze. W tych wodach nie obserwuje się nagłych zmian związanych z pogorszeniem jakości wody butelkowanej pochodzenia bakteriologicznego. Może nastąpić zmiana smaku lub zapachu wody spowodowana migracją związków organicznych z opakowania do wody.

Wg obowiązującego rozporządzenia stężenie poszczególnych składników mineralnych jest limitowana i jak się porównuje stężenia z rozporządzeniem określających skład wody pitnej, to stężenia te są porównywalne, ale niektóre stężenia są dopuszczalne wyższe niż dla wody pitnej (dotyczy to fluorków, które w wodach butelkowanych mogą występować 3 krotnie większej wartości niż w wodzie przeznaczonej do spożycia), mangan może występować w stężeniu 10 krotnie większym niż w wodzie do picia, natomiast żelazo jest nielimitowane w wodach butelkowanych, ale przez producentów jest usuwane z uwagi na możliwość wystąpienia zmętnienia wody butelkowanej.

Studnia (ujęcie) (pierwsza kontrola, jeżeli występuje stężenie bakteriologiczne, to woda nie może być przeznaczona na cele spożywcze wody butelkowanej) -> napowietrzanie (należy uważać żeby używać czystego powietrza bakteriologicznie w celu zabezpieczenia wody przed skażeniem) -> filtr piaskowy -> zbiornik wody -> Sautator CO2

Zbiornik wody -> ozonator -> płuczka butelek

Preformy -> rozdmuchiwanie butelek PER -> płuczka butelek -> rozlewnia -> wyrób gotowy

Saturator CO2 -> rozlewnia -> wyrób gotowy

Butelki przed napełnieniem powinny być przepłukiwane wodą ozonowaną. Dopiero do nich wlewamy wodą przeznaczoną do zamknięcia.

Występują 2 zagrożenia:

1. przedostawanie się zanieczyszczeń z opakowań do wody butelkowanej – jeżeli chodzi o wody przeznaczone do butelkowania, to analiza skrócona najczęściej określa zawartość związków mineralnych, natomiast nie określa się w tej wody zawartości związków organicznych, w tym przypadku dochodzi do następujących zjawisk: na bazie związków organicznych pochodzenia naturalnego mogą rozwijać się bakterie, które powodują pogorszenie smaku i zapachu wody, ale mogą także powodować przedostawanie się z opakowań różnego rodzaju związków organicznych. Przedostawanie się tych związków organicznych uzależnione jest od typu zastosowanego polimeru, rodzaju produkowanej wody spożywczej oraz temperatury wody. Wody zawierające CO2 zawierają jeszcze więcej związków wymywanych.

2.Warunki składowania i przechowywania wody butelkowanej – największe znaczenie ma temperatura otoczenia i dostępność promieniowania słonecznego. Zagrożeniem jest niekontrolowany rozwój bakterii, który może powodować pogorszenie smaku i zapachu wody oraz pogorszenie mętności. Przechowywanie wody w zbyt niskich temperaturach wcale nie zabezpiecza tej wody przed namnażaniem się bakterii a tylko spowalnia czas rozwoju bakterii, które wpływają na jakość wody butelkowanej

Wody butelkowane podlegają również różnym przemianom.

Podsumowując wcale nie są doskonałym źródłem wód pitnych, najbardziej niepokojące jest przedostawanie się zanieczyszczeń z opakowań do wody butelkowanej.

WYKŁAD 8

WYKŁAD 9

30.11.2011

Usuwanie fluorków z wód

Fluor występuje w wodach naturalnych, pochodzi z obecności skał, i działalności przemysłowej człowieka. Zawartość fluoru w wodzie od 0,5 – 0,7 mg/l zabezpiecza zęby przed próchnicą, ale nadmiar fluoru powoduje problemy zdrowotne. Regularne spożywanie wody o stężeniu 1,5- 4 mg/l liczne schorzenia tkanki kostnej, jest to fluoroza, artretyzm, osteoporoza, wykazano także powiązania pomiędzy zawartością fluoru w wodzie a choroba aicheimera, utratami pamięci i innymi schorzeniami neurotycznymi, a także pomiędzy nowotworem wątroby.

Maksymalne stężenie fluoru w wodzie pitnej nie może przekraczać 1,5 mg/l, a najlepiej żeby zawierał się w granicach 0,5- 1 mg/l

W wielu krajach Afryki, Ameryki, Europy i Azji występują regiony gzie stężenie fluoru w wodach naturalnych przekracza wartości dopuszczalne i to nawet w sposób znaczący (
Inie i Kenia, gdzie stężenia fluoru dochodzą do wartości >30 mg/l)

Metody usuwania:

Z uzdatnionej wody usuwa się różnymi metodami. Od najprostszej metody strącania poprzez koagulację, wymianę jonowa i procesy membranowe.

STRĄCANIE FLUORKÓW przeprowadzane jest z wykorzystaniem wapna, wytrąca się osad fluorku wapnia, któremu towarzyszy wytrącanie fluorku magnezu. Skuteczność metody limitowana jest rozpuszczalnością fluorku wapnia. Rozpuszczalność ta przy pH 10 wynosi 10 g/ m³, dodatkowo zwiększanie usuwania tych fluorków, skorelowane jest z wytrącaniem wodorotlenku magnezu. Najkorzystniej proces przebiega przy pH 11,3

KOAGULACJA wykorzystuje się siarczan glinu. Wadą metody jest to, że dawka wymaganego koagulantu jest duża 115 g Siarczanu glinu na 1 g fluoru. Zaletą jest pH = 5-7. Konsekwencją dużej dawki koagulantu jest wytrącający się osad.

WYMIANA JONOWA Z WYKORZYSTANIEM TL GLINU

Wykorzystuje się aktywny tlenek glinu, który uzyskujemy w wyniku prażenia uwodnionego tlenku glinu, w temp 400 -600 oC. Uzyskujemy złoże w postaci krystalicznego hydratu. Proces usuwania uzależniony jest od pH (optymalne pH=8,2). W procesie usuwania fluorków z wody pH=5-6 i obserwuje się wtedy zjawiska analogiczne do pracy jonitu słabo jonowego. W tym pH obserwuje się słaba pracę fluorków na złożu i słabą konkurencję innych jonów (jony siarczanowe przy innym pH mogą zmniejszyć wytwarzanie fluorków o 10%) na wymieniaczu jonitowym. W optymalnych warunkach pH pojemność aktywnego tlenku glinu wynosi 4600 – 9200 g fluorku/m³.

AKTYWACJA tlenek glinu pracuje jako anionit słabo zasadowy, grupami wymiennymi są grupy OH. Regeneracja złoża może być regenerowane wodorotlenkiem sodu i siarczanem glinu ( jonami wymiennymi są jony siarczanowe).

W przypadku siarczanu glinu jonami wymiennymi są jony siarczanowe. W procesie uzdatniania wody obserwujemy zmniejszenie w uzdatnianej wodzie siarczanów i kwaśnych węglanów.

PROCESY MEMBRANOWE

Odwrócona osmoza i nanofiltracja. Obie metody są stosowane do uzdatniania wody na cele pitne. Przy odwróconej osmozie należy pamiętać ze oprócz procesu de fluorkowania zachodzi proces częściowej demineralizacji, co jest niestety zjawiskiem niepożądanym. Membrany stosowane w osmozie do odsalania wody posiadają zdolność 99% usuwania fluorku.

Nanofiltracja- w odróżnieniu od odwróconej osmozy selekcjonuje on przepuszczone i zatrzymane jony i cechuje się zatrzymywaniem jonów jednowartościowych w stopniu mniejszym niż jonów 2-wartościowych i więcej i związków organicznych o masie cząsteczkowej większej od 200-500 Daltonów. Jednocześnie usuwane są zanieczyszczenia pozbawione ładunku i zatrzymywane są zanieczyszczenia w zależności od występującego w nich ładunku. Membrany wykorzystywane przy nanofiltracji zazwyczaj posiadają ładunek ujemny, co w ich przypadku minimalizuje adsorpcję ujemnie naładowanych substancji, które występują w wodach naturalnych. Dzięki zastosowaniu nanofiltracji jesteśmy w stanie obniżyć zawartość fluorków poniżej wartości dopuszczalnych i są one polecane do bezpośredniego uzdatniana wody na cele pitne.

Proces ultrafiltracji. Proces ten jest polecany do doczyszczania wody z fluorków, po procesie koagulacji i dodatkowo w procesie zachodzi korekta stężenia glinu w uzdatnionej wodzie na drodze koagulacji. Zalecane membrany do procesu to membrany o wielkości porów ok. 0,22 nm. W tym układzie mechanizm wiązania fluoru oparty jest o hydrolizę, obserwuje się współstrącenie glinu i fluoru i adsorpcję fluoru na wytrąconym wodorotlenku glinu. Wytrącone zanieczyszczenia zatrzymywane są na membranach ultrafiltracyjnych.

Elektrodializa polega na przepływie jonów do określonych elektrod będących pod wpływem prądu elektrycznego. Pomiędzy elektrodami umieszczone są membrany, ich ustawienie jest naprzemienne; kationowymiennne, anionowymienne. Kationy w roztworze podązają do aniony a Aniony do Anody. Kationy przepływają przez membrany anionowymienne a Anionuy przez membrany kationowymienne. Daje to możliwość rozdzielenia poszczególnych jonów. Uzyskujemy nie tylko uzdatnienie wody, ale dodatkowo możemy poszczególne jony z tych roztworów odzyskać. Proces ten stosowany jest w przypadku usuwania fluorków, ponieważ jest stosunkowo prosty, eliminuje powstawanie osadów, jest odporny na sezonową zmienność zawartości fluorków w uzdatnianej wodzie. Przeprowadzone badania wykazały że zatrzymanie fluorków jest lepsze w elektrodializie niż w odwróconej osmozie. Urządzenia do elektrodializy można okresowo wyłączać z układu na dłuższy okres czasu. Proces zależny jest od temperatury, prędkości przepływu uzdatnianej wody i występowania zanieczyszczeń pozostałych (możliwość powstawania kamienia na membranach)

Dializa Donnana jest atrakcyjnym procesem membranowym, ponieważ czynnikiem napędzającym przechodzących zanieczyszczeń przez membrany jest gradient stężeń roztworów po obu stronach membrany. Proces jest wolniejszy od elektrodializy, ale zaletą są niższe koszty i mniejsze zużucie energii. Polega on na wymianie jonów o tym samym znaku pomiędzy dwoma roztworami oddzielonymi membraną. W przypadku usuwania fluorków stosujemy membranę aniono wymienną. Po obu stronach membrany znajdują się roztwory, które posiadają aniony. Nasza woda uzdatniana zawiera fluorek sodu, a roztwór odbiorczy po drugiej stronie membrany zawiera roztwór chlorku sodu. Roztwory te różnią się między sobą stężeniami. Roztwór odbiorczy może być o stężeniu 0,1-1. Natomiast roztwór wody uzdatnianej ma stężenie 0,001-0,1 mola/l. Jonami które się wymieniają to jony fluoru i Joy chlorku. Z wody uzdatnionej przez membranę przechodzi jon fluorkowy do roztworu odbierającego. Z roztworu odbierającego przechodzi jon chlorkowy do uzdatnianej wody. Wymiana jonów trwa do momentu wytworzenia się między roztworami stanu równowagi Donnana. Czynniki wpływające na proces: pH wody surowej, typ fazy odbierającej, początkowe stężenie fluorków w uzdatnianej wodzie, charakterystyka przeciw jonów napędowych.

WYSTĘPOWANIE I UZDATNIANIE GLINU Z WODY UZDATNIONEJ

Glin jest pierwiastkiem śladowym, który występuje w wodach naturalnych i przechodzi do wody z procesu wymywania podłoża. Glin stosuje się w procesach uzdatniania wody jako siarczan glinu lub chlorek poliglinu, stosuje się je jako koagulanty i niestety przy stosowaniu ich przy uzdatnianiu wody nie są wykorzystywane do końca i pozostaje glin resztkowy w uzdatnianej wodzie. Sama obecność glinu resztkowego powoduje mętności uzdatnionej wody, Powoduje późniejsze problemy z dezynfekcją wody i może powodować wytrącanie się cząsteczek glinu w trakcie dystrybucji wody. Formy występowania: glin (III) ze względu na dużą aktywność dochodzi do łączenia się z innymi związkami. W wodzie występuje-> glin całkowity, na który składają się formy : glin zawieszony i glin koloidalny ->glin cząsteczkowy oraz z formy monomerycznej czyli formy rozpuszczonej w której glin występuje w połączeniu z innymi cząsteczkami, forma ta dzieli się na 2 podgrupy: glin trwały, związany z rozpuszczonym organicznym węglem, oraz glin nietrwały, związany z jonami OH, jonami fluorkowymi (F) i jonami siarczanowymi (SO₄^-2). W wodach naturalnych występuje glin w postaci koloidalnej lub w postaci związanej trwale z związkami węglowymi. W wodach uzdatnionych jest więcej glinu w postaci cząsteczkowej i dodatkowo w postaci jonowej.

Stężenie glinu w wodach naturalnych jest zróżnicowane, ale są regiony gdzie stężenie jest wysokie np. Stany Zjednoczone gdzie w wodach surowych jest stężenie 1-2760mg/l. Glin ma negatywny wpływ na organizm człowieka, przedostaje się przez przewód pokarmowy i odkłada się w kościach a nie w tkankach. Przeprowadzone badania wykazały, że powoduje uszkodzenie tkanki nerwowej (Alzheimer, padaczka i demencja).

PROCESY USUWANIA GLINU
Wytracenie się glinu uzyskanie odpowiedniego pH uzdatnianej wody (6,5 – 8 ) gdy występują siarczany to pH 6-8. Jeżeli występują kwaśne węglany to wytrącanie glinu jest spowolnione.
Separacja w układzie ciało stałe – ciecz Są to procesy osadzania ( sedymentacja, flotacja, filtracja pospieszna). Czynnikami korygującymi proces jest kontrola pH i kontrola mętności. Zalecane złoże filtracyjne to złoże dwuwarstwowe: warstwa piasku o frakcji 0,8-1,2 mm i warstwa hydroantracytu o frakcji ziarna 1,4- 2,5 mm. Obie warstwy o wysokości 1 m i zalecana prędkość filtracji to 7,5 m/h. Daje nam to usunięcie glinu rzędu 50-60%. Jeżeli jest możliwość stosowania mniejszej prędkości ok. 2,6 m/h to glin usuwany jest w ok. 80%.
Filtracja na złożu z apatytu Wadą jest, że w trakcie filtracji przez złoże część fosforanów ulega rozpuszczeniu i przechodzi do wody uzdatnionej.

Uzdatnianie w procesach membranowych Zastosowanie znalazły membrany wykonane z octanu celulozy i poliwęglanowe o średnicy porów 0,45-0,2 um. Najlepsze efekty uzyskuje się przy odwróconej osmozie i elektrodializie. Jeżeli chodzi o wymianę jonową to najlepszą usuwalnością glinu charakteryzują się żywice helatujące – aby dobrze się usunęło musi być pH =4-9 – 90% usunięcia glinu.
Problem glinu jest procesem substancji wykorzystywanej w procesie uzdatniania wody i jednocześnie niebezpieczną dla człowieka. W Polsce stężenie glinu to 0,2 mg/l, natomiast dąży się do zmiany tej zawartości do 0,05mg/l.

WYKŁAD 10 – NIE BYŁO

WYKŁAD 11

WYKŁAD 12

WYKŁAD 13

11.01.12

Dezynfekcja ścieków i osadów

Ścieki byt gosp jak i ścieki powstające w służbie zdrowia (w szpitalach) oraz odpady ciekłe i płynne powstające na terenie ubi=ojni zwierząt, garbarni oraz w pomieszczeniach chowu zwierząt są silnie zanieczyszczone drobnoustrojami(bakterie wirusy pasożyty, mikroorganizmy chorobotwórcze)

Proces oczyszczania ścieków powinien zapewnić nie tylko usunięcie zanieczyszczeń chemicznych ale także powinien zapewnić usuniecie zanieczyszczeń niosące za soba zanieczyszczenia epidemiologiczne:

1.Zagrożenie chorobami dla ludzi – występują tam gdzie pojawiają się osoby chore

2.Choroby pochodzenia odzwierzęcego – uralemia, wąglik- jeżeli są w ściekach to mogą przedostawać się do wód odbiornika i człowiek może się nimi zarazić.

Okres przezywalności mikroorganizmów chorobotwórczych zarówno w środ wodnym jak i glebowym:

- prątki gruźlicy – 5-6 mies. W środowisku wodnym i ściekowym, 1 rok w osadach ściekowych kompostowanych, 6 mies w glebie
-salmonella – 1rok w ściekach, 1,5 roku w glebie, 1,5 mies na roślinach
-laseczka wąglika ->50 lat w glebie, >50 lat w ściekach i na roślinach
-glista ludzka w postaci jaj – do 6 lat w glebie

Zapobieganie przechodzenia ich ze ścieków do odbiornika

W trakcie mechanicznego oczyszczania ścieków w oczyszczalni dochodzi do zmniejszenia ilości organizmów chorobotwórczych w ilościach 90% salmonelli i gruźlicy w procesie osadu czynnego – 90-98% usuniętych bakterii i 45% prątków gruźlicy.

Problem polega na tym , że usuwanie polega na przechodzeniu zanieczyszczeń do osadów (są zatrzymywane na powierzchni skratek, w piasku w piaskownikach i zatrzymywane są w osadzie wstępnym i wtórnym. Unieszkodliwianie częściowe uzyskuje się w procesie fermentacji metanowej, stabilizacji tlenowej i w czasie kompostowana, uzyskuje się usunięcie 85-90% ogólnej ilości org chorobotwórczych z wyjątkiem wirusów enterowi rusów i jaj robaków pasożytniczych. Unieszkodliwianie to nazywa się naturalna dezynfekcją.

Dezynfekcja właściwa.prowadzona jest celowo jako oddzielny proces w celu niszczenia organizmów chorobotwórczych. Dezynfekcja ta jest stosowana w przypadkach:

- w przypadku ścieków i osadów ściekowych przed ich wykorzystaniem rolniczym
- dezynfekcja ścieków zakaźnych z zakładów lecznictwa zamkniętego – szpital
-dezynfekcja ścieków przemysłowych z garbarni, rzeźni i zakładów utylizacyjnych
-ścieki miejskie w skutek zażadzenia władz sanitarnych w skutek wybuchu epidemii
-ścieki miejscie w wyniku awarii
-ścieki miejskie w przypadku niskiego poziomu stanu wód w odbiorniku
-skratki zatrzymywane na kratach i piasek z piaskownika

W Polsce ciągła dezynfekcja oczyszczonych ścieków nie jest stosowana, ale jak wynika z badan zagranicznych widać wiele zalet ciągłego procesu dezynfekcji.

Przeciętny odpływ ścieków oczyszczonych z oczyszczalni mechaniczno biol zawiera około 1 mil bakterii coli na 100 ml ścieków łączna ilość bakterii odprowadzana do odbiornika jest funkcją natężenia prędkości przepływu oczyszczonych ścieków. Bakterie te przedostające się do odbiornika, powodują że wody te pomimo dobrej charakt fizykochemicznej staja się wodami pozaklasowymi w wyniku przekroczenia wyników mikrobiologicznych

Metody oczyszczania:

Fizyczne metody:
- pasteryzacja - zalecane do osadów. Polega na podgrzewaniu osadu przefermentowanego, rzadziej surowego do temp 90 0C i stosowanym czynnikiem grzewczym jest para wodna, czasami – ogrzany osad ściekowy, Jeżeli pasteryzacji poddaje się osad surowy, to muszą myć one podgrzane do temp 45oC. Osady przefermentowane nie potrzebują tego podgrzania. Skuteczność uzależniona jest od zastosowanej temp i od czasu działania tej temperatury. Im niższa temp tym czas procesu dłuższy.
Pasteryzacja podstawowa – z parą wodną – w temp 65-70oC i trwa 30 min jest to pasteryzacja długotrwała. Gdy stosuje się wyższe temp to czas skraca się do kilku min i mówi się wtedy o pasteryzacji krótkotrwałej. Podczas pasteryzacji niszczymy formy wegetatywne, obumierają one w temp 70oC w czasie 5-10 min, formy zarodnikowe i przetrwalnikowe wymagają temp 100-120oC działającej przez 15-30 min.
Pasteryzacja suchym powietrzem – metoda mniej wydajna i rzadziej stosowana, powoduje ona nam wyjałowienie osadu, czyli niszczone są formy wegetatywne i przetrwalnikowe ale temp musi być 160-170oC od kilkunastu min do 1 godz.
Całkowite wyjałowienie osadu – przyszastosowniu temp typowych dla pasteryzacji – z zastosowaniem pary wodnej. Wymagane jest stosowanie kilkustopniowych pasteryzacji – pasteryzacja stopniowana lub tyndalizacja osadów. Obseruje się w tym procesie niszczenie w podstawowej pasteryzacji wegetatywne formy drobnoustrojów oraz większość zarodników drożdży i pleśni, następnie pozostawia się osad w temp 25-24 oC na okres 24 godz, formy w przetrwalnikowe wtedy przechodzą w formy wegetatywne i zastosowanie ponownej pasteryzacji powoduje jej niszczenie.

Etap 1 – niszczymy formy wegetatywne, oraz większośc zarodników drożdzy i pleśn.

Etap 2 – osad w temp. Pokojowej pozostawiony na 24h (formy przetrwalnikowe przechodzą w formy wegetatywne)

Etap 3 – ponowna pasteryzacja.

Liczba powtórzeń pasteryzacji dochodzi do 5 a im większa ilość tym koszty rosną, więc stosuje się mniejszą ilość.
Jeżeli są małe ilości osadów (do 50m3/d) to stosuje się instalacje o działaniu okresowym – układ pracuje w ciągu napełnienie – ogrzewanie- pasteryzacja –spust

Instalacja może się składać z 1 zbiornika do pasteryzacji lub 2 pracujących w układzie równoległym. od 100-150 m3/d – stosuje się układ pracy ciągłej. Należy w czasie eksploatacji odzyskiwanie ciepła. Zużywa się do podgrzania osadu od 180m3 gazu ziemnego na 1 m3 osadu.

-promieniowanie UV – do ścieków oczyszczonych. Długośc fal 200-300nm, najskuteczniejsza fala jest 253nm. Źródłem promieniowania są lampy rtęciowo prętowe i montowane są one w kanale odpływowym ścieków oczyszczonych. Mogą być one umieszczane nad zwierciadłem przepływających ścieków lub umieszczone w obj ścieków. Przeżywalność lampy to 10 tys godzin. Skuteczność promieniowania zależna jest od typu organizmów. Bakterie giną w dawce prom od 20- 200 a wirusy od 20-450 J/m2. Sposób niszczenia- mikroorganizm niszczone są w kilka sek w wyniku reakcji fotochemicznej pomiędzy promieniowaniem a kwasami DNA. Jest to najbardziej korzystna metoda usuwania mikroorganizmów. Eliminuje ona kontakt pracowników z odczynnikami chem, konieczność transportu, nie ma zagrożenia powstania produktów ubocznych dezynfekcji.

-termiczne suszenie – suszenie osadów z I roku

1.Metody chemiczne – polega na dawkowaniu substancji chemicznych z grupy chlorowców – chlor, podchloryn sodowy, wapń chlorowana, podchloryn wapnia, dwutlenek chloru – i ozon

Dezynfekcja chlorem jest metodą najtańszą i najbardziej rozpowszechnioną – mniejsze zastosowanie ma dwutlenek chloru ze względu na wyższe koszty. Zastosowanie do dezynfekcji :
-wapno chlorowane lub podchloryn wapnia – substancje stałe w małych oczyszczalniach mogą być stosowane do oczyszczania ścieków, przeważnie stosuje się je do dezynfekcji skratek, piasku i osadów surowych, mogą być także stosowane na poletka osadowe. Polega na tym że zalane poletko osadowe pokrywane jest substancjami i ma to działanie odkażające jak i powodujące zmniejszenie uciążliwości zapachowej.
- Silniejsze działanie bakteriobójcze posiada chlor – poddawany do ścieków w postaci roztworów wodnych. Zapobiega zagniwaniu ścieków, w przypadku osadów zmniejsza zapach, poprawia efektywność sedymentacji i jest pomocnicze w usuwaniu tłuszczu. Ustalenie dawki chloru do dezynfekcji ustala się poprzez zapotrzebowanie ilości cholru na ilość ścieków.

Ilość chloru jest dobierana do reakcji chemicznych zachodzących ściakach i pozostałość chloru pełni dopiero funkcję dezynfekującą. Efektywna działalność dezynfekująca uzależniona jest od składu ściekó, od dawki, odczynu ścieków, temp, ścieków, czasu kontaktu chloru ze ściekami oraz od ilości drobnoustrojów. Dla zapewnienia skuteczności dezynfekcji należy spełnić warunki:
- dezynfekujemy ścieki po mechanicznym i biol oczyszczeniu
-dezynfekcja ścieków surowych nie jest zalecane
-stosuje się dostatecznie wysoką dawkę chloru
-należy zapewniż należyte wymieszanie odczynnika z osadem ściekowym
-zapewnienie odpowiedniego czasu kontaktu chloru z drobnoustrojami które mają być zniszczone – drobnoustroje najbardziej odporne

Orientacyjne dawki chloru dla ścieków:
- surowe ścieki bytowo gosp 8-15mg/l
-surowe zagniłe ścieki byt gosp 15-30ml/l
- ścieki oczyszczone mechaniczne 8-15ml/l

Ścieki po złożu biolo 3-10ml/l

Ki po osadzie czynnym 2-8
ścieki infiltrowane przez złoże piaskowe 1-5 ml/l
- ścieki po osadniku gnilnym 30-45ml/l

Dawki na organizmy

- bakteria salmonella 1-2 ml/l czas >30min
-prątki gruźlicy – 5ml/l t=>60m, ph ścieków ph<8
- wirus coli – 9ml/l t=>30 min przy dawkach niższych czas wydłuży się nawet do 60 min a ph powinno być ok. 7 a temp 25oC

DAWKI CHLORU DO DEZYNFEKCJI ŚCIEKÓW NIE NISZCZĄ FORM PRZETRWALNIKOWYCH oraz jaj pasożytów. Niekiedy obseruje się stymulujące działąnie chloru na rozwój jaj. Chlorowanie może mieć zastosowanie w przypadku niszczenia glonw, grzybów, larw muszek w złożach biol. – dawka 50ml/l co 14 dni i należy trafić na okres wylęgu muszek.

Wadą metody jest możliwość powstawania związków chloro organicznych w ściekach, i są one rakotwórcze. Dezynfekcja chlorem stosowana jest jako metoda awaryjna.

Konieczność usuwania ze scieków nadmiernej ilości chloru po procesie, przed wprowadzeniem ścieków do odbiornika musi być dechloracja na drodze chemicznej przez neutralizacje chloru zw. Chem disiarczan sodowy, siarczan sodowy lub dwutlenek siarki.

Dezynfekcja ozonem. Ze względu na koszty w Polsce nie jest stosowana. Ze względów technologicznych może być stosowana. Ozon ma właściwości utleniające większe niż chlor, efektywnei niszczy wirusy, enterowi rusy. Szybciej giną pod wpływem ozonu drożdże zarodniki grzybów i cysty. Nie tylko niszczenie chorobotwórczego le poprawienie właściwości fizykochemicznych.

Na wielkość dawki wpływa:
-stopień oczyszczenia biol
-zawartość subst organicznych
-czas kontaktu ze ściekami
-stężenie ozonu w powietrzu wprowadzanym do ścieków
-sposób budowy urządzeń do wprowadzania ozonu

Do ścieków oczyszczanych biol zalecana jest dawka ozonu 15-30ml/l czas kontaktu 15-20 min.

Jeżeli chodzi o proces dezynfekcji w oczyszczaniu ścieków i oczyszcz osadów:

1 kategoria: odpowiada najwyższemu zanieczyszczeniu ścieków (ze szpitali, sanatoriów i domu opieki, ścieki powstające w laboratoriach mikrobiologicznych) ścieki musza być dezynfekowane środkami: chlorem gazowym, podchlorynem sodu, i dwutlenkiem chloru. Do kategorii tej zaliczamy także wszystkie odpady powstające na terenie oczyszczalni byt gosp – skratki, zawiesiny zatrzymywane na sitach, piasek oraz osady pościelowe, oraz niektóre odpady z rzeźni i ubojni. W chemicznym unieszkodliwianiu stosuje się wapno chlorowane, lub samo wapno i wapno stosuje się aby zwiększyć ph do 12. M

Metoda termiczna – higienizacja osadów obejmująca kompostowanie i pasteryzację osadów . zalecana jest temp 70oC przez 1 godz lub spalenie osadu.

2kategoria:obejmuje odpady płynne i stałe pochodzące z chowu zwierząt gospodarczych, rzeźni i z punktów skupu zwierząt. Grupa tych zanieczyszcen powinna być poddawana procesowi dezynfekcji w przypadku chorób zwierząt inwazyjnych. Odpady stale powinny być kompostowane, a płynne – chemiczna dezynfekcja prowadzona z wykorzystaniem wapna lub ługu sodowego zapewniającego podwyższenie pH ścieków do wartości 12 przez okres 4 dni lub zastosowanie form aldehydu w ilości od 6-20 kg/1m3ścieków przez okres 4 dni

3kategoria: zalicza się ścieki pochodzące z oczyszczalni byt gosp. Zastosowanie dezynfekcji przeprowadza się jeżeli odprowadzane ścieki do odbiornika mogą spowodować rozwój drobnoustrojów w wodach odbiornika. W przypadku dezynfekcji zalecane jest stosowanie promieniowania UV.

WYKŁAD 14

18.01.2012

Niekonwencjonalne sposoby usuwania związków azotu

Procesy:

- Sharon – podstawą procesu jest zmienność temperatury stwierdzono, że bakterie utleniające azot amonowy do azotynów namnażają się szybciej w tej temperaturze niż bakterie utleniające azotyny do azotanów. Proces ten stosuje się w reaktorach przepływowych, polecane są reaktory typu SBR lub reaktory biol wyposażone dodatkowo w mieszadło. Proces Sharon kończy się na wytworzeniu azotynów. Reakcja jest korzystna ponieważ występuje wydzielenie temp które zapewnia utrzymanie 25oC w reaktorze, nie trzeba wydzielać dodatkowego źródła ciepła. W trakcie wydzielania reakcji obserwuje się spadek pH – który jest częściowo neutralizowany przez zawarte w ściekach węglany. Jeżeli jest niewystarczający to dodaje się zasady lub przez wprowadzenie procesu denitryfikacji, aprzemiennie z procesem tlenowym – produktem końcowym jest azot gazowy. W metodzie tej uzyskuje się 80-90% usunięcia azotu

-Anammox – jest to process utlenienia azotu amonowego do azotu gazowego w warunkach beztlenowych. Odpowiedzialny za ten proces są grupy bakterii Planktomycetales, przetważają one azot amonowy w azot gazowy- warunkiem reakcji jest obecność azotynów. Stosunek amonowego do azotynowego 1:1,32

Zalety procesu:
- 60% obniżenia zapotrzebowania na tlen
-bakterie Anommax nie potrzebują do rozwoju węgla
-bakterie anommox charakteryzują się małym przyrostem biomasy, przez co w procesie nie powastają osady jako produkty uboczne

W zwykłej nitryfikacji: NH₄⁺ --O₂ NO₃^- --C N₂

-Oland – polega na skróceniu procesu nitryfikacji przez kontrolowane napowietrzanie. Mechanizm procesu nie jest do końca rozwiązany. 1 etapem jest nie pełna nitryfikacja azotany do azotynów 2 etap azotyny do azotu gazowego. Zachodzi reakcja z wykorzystaniem hydroksylaminy, lub jest ona efektem demineralizacji azotynów przez grupę bakterii Nitrosomonnas w warunkach beztlenowych w obecności tl. Azotu. Zaletą procesu jest zmniejszone zużycie tlenu o 63%, a wadą procesu jest występowanie w ściakach znacznych ilości azotynów, jako produktów ubocznych, które mogą być źródłem powstawania toksycznych nitro pochodnych.

-Canon – proces polega na usuwaniu azotu z formy amonowej do azotu gazowego w warunkach kontrolowanego napowietrzania i dodatkowo wprowadzenia do reakcji bakterii Anammox. Metoda polecana do oczyszczania ścieków o niskiej zawartości węgla

-Babe – wykorzystywany do oczyszczania ścieków metodą osadu czynnego. Bakterie odpowiedzialne za nitryfikacje są wrażliwe na wahania temp. W temp 15oC bakterie charakteryzują się małym przyrostem. W tej temp żeby była dobra nitryfikacja muszą być duże reaktory, ale żeby temu zapobiec wyciąga się ten proces na osobny. Reaktor pracuje więc w warunkach tlenowych, i jest to reaktor typu SBR, w reaktorze tym osad czynny jest specjalnie zaszczepiany bakteriami nitryfikacyjnymi. Reaktor ten pracuje w 5 fazach: - napełniania, -mieszania, -napowietrzania, -sedymentacji, -opróżniania. Wyłączenie procesu nitryfikacji z głównego ciągu spowodowało, że jesteśmy w stanie odpowiednio przygotować osad do zwiększonej nitryfikacji i nie ma obaw że bakterie nitryfikacyjne będą „wyjadane” z procesu przez organizmy wyższe. Ścieki po reaktorze Babe recyrkulowane są z powrotem so układu głównego przez komorę układu czynnego. Recyrkulacja ta pozwala na poprawienie jakości ścieków oczyszczonych odpływających z ciągu głównego.

-Sharon – Anammox – połączenie 2 metod. W procesie Sharon azot amonowy jest tylko częściowo utleniany w warunkach tlenowych do azotynów (NItrosomonnas) do reaktora Anammox dopływają scieki zawierające Az. Amonowy i azotyny. W reaktorze tym w warunkach beztlenowych przemieniane są one w azot gazowy. Proces ten polecany jest do ścieków, które posiadają niską zawartość zanieczyszczeń węglowych, Prowadzony jest w dwóch oddzielnych reaktorach. Uzyskuje się 90% usuwanie azotu i proces ten jest tańszy w eksploatacji niż układ tradycyjny

(denitryfikacja i nitryfikacja) jest ona zalecany jako pierwszys topień oczyszczania ścieków organicznych zawierających azot.

-Deamox – stanowi on połączenie procesu Anammox z częściową denitryfikacją i wykorzystuje się siarczki obecne w ściekach jako donory elektronów reakcji. Proces przebiega w 3 reaktorach. 1 reaktor to r. beztlenowy i do niego trafia cała obj. ścieków i zachodzi w nim mineralizacja zw. org. W odpływie z tego reaktora są jony amonowe i siarczki. Część odpływu z reaktora jest kierowana do 2 reaktora typowo nitryfikacyjnego. W nim produktem końcowym są azotany z niewielką ilością azotynów. Odpływ z komory nitryfikacji z resztką z komory beztlenowej trafia do 3 komory procesu Deamox. Obserwuje się równoczesne zachodzenie reakcji azotanów w azotyny oraz reakcja Anammox

-Jednoczesna nitryfikacja i denitryfikacja – autorzy procesu udowadniają że te procesy nie muszą być rozdzielane na 2 komory. Proces ten odbywa się w 1 komorze.
Uzyskuje się
- w reaktorach osadu czynnego przez kontrolowane natlenianie komory
– uwiązanie drobnoustrojów w żelu polimerowym
- wykorzystanie zwiększonych oporów transportu tlenu w cząsteczkach osadu
- system napowietrzania membranowym -

Bakterie odpowiedzialne za nitryfikacje zasiedlają bł biologiczną bliżej membrany, a bakterie denitryfikacyjne zasiedlają błonę bliżej ścieków. Ilość dostarczanego tlenu jest sterowana przez wartość ciśnienia, powietrza przez membraną.

- Tlenowa deamonifikacja – pod pojęciem tym rozumie się utlenianie zw. amonowych oraz redukcję azotynów przez niektóre bakterie nitryfikacyjne w warunkach tlenowych w obecności tlenków azotu. Szybkość tego procesu wyznacza ilość tlenków azotu. Czynnik który wprowadzamy do reakcji – ilość tlenku azotu stanowi tysięczną część obecnego w ściekach azotu amonowego. Czyli stymulacje procesu uzyskujemy przy wartości wskaźnika azot amonowy do Tl anotu - 1000:1. Proces jest korzystniejszy od tradycyjnego, że jest około 50% mniejsze zużycie tlenu i 80% mniejsze zużycie węgla

WYKŁAD 15

Odnowa

Wzrost kryteriów jakości wody po procesach produkcyjnych, ochrona środowiska i spadek zasobów wód powoduje poszukiwanie sposobów odnowy wody. Poszukuje się taniej wody. Wykorzystywane są ścieki z oczyszczalni mechanicznych, mechaniczno-biologicznych, wody chłodnicze i powierzchniowe. W uzdatnianiu stosuje się procesy membranowe.

Przygotowanie wody dodatkowej w energetyce jest oparte na demineralizacji i wymianie jonowej.

Wady:

- szybkie wykorzystanie masy jonitowej

- wtórne zasolenie ścieków

- wzrost zanieczyszczeń organicznych

Układ hybrydowy odwróconej osmozy i wymiany jonowej:

Woda oczyszczona przez osmozę ma duży stopień oczyszczenia. Po stabilizacji pH i wprowadzeniu chemikaliów powodujących pasywację powierzchni stalowych woda może być stosowana w kotłach, sieciach ciepłowniczych, zasilać kotły wysokoprężne. W ostatnim przypadku można ją podczyścić na wymienniku 2-jonowym. Po osmozie pozbawiona jest 99,5% substancji rozpuszczonych. Proces poprawia eksploatację, następuje lepsza praca wymienników jonowych. Układ zalecany dla zawartości substancji rozpuszczonych 100-300mg/l i wraz z ich stężeniem rośnie wydajność procesu. Jako procesy podczyszczające można stosować koagulację z sedymentacją, filtrację, dekarbonizację lub zmiękczanie.

Układ hybrydowy odwrócona osmoza i elektrodejonizacja:

Można zastąpić wymianę jonową elektrodejonizacją. Eliminuje to stosowanie chemikaliów w procesie. Jest to połączenie elektrodializy z wymianą jonową. Proces wykorzystuje żywice do wymiany jonowej, ale są one poddane działaniu prądu. Jony wędrują do elektrod i zatężają zanieczyszczenia. Stałe napięcie powoduje dysocjację wody, jony pełnią funkcję grup jonowych regenerujących jonit. Komory z jonitem są zasilane wodą surową a odprowadzana jest woda zdemineralizowana. Ten typ urządzenia pracującego w trybie ciągłym powoduje spadek wymiarów urządzenia. W przypadku awarii wymienia się tylko 1 moduł. Ścieki po procesie elektrodejonizacji mogą zasilić układ odwróconej osmozy lub być odprowadzone do kanalizacji. Budowa układu pozwala tworzyć systemy o wydajności 6-450m³/h.

Układ hybrydowy elektrodializa odwracalna i wymiana jonowa:

Elektrodializa jest mniej wrażliwa na zanieczyszczenia w stosunku do odwróconej osmozy. Można ją stosować do wód naturalnych i pozwala na ich duży odzysk 85-95%. Wadą metody jest brak możliwości usunięcia krzemionki koloidalnej. Wykorzystywana jest do wstępnej demineralizacji wody kotłowej. Liczba regeneracji jonitu w tym procesie spada o 80%. Wzrasta też stabilność wody.

Wyróżniamy etapy:

Podgrzanie, chlorowanie, koagulacja, dekarbonizacja, filtracja, korekta pH, demineralizacja, kolumny jonitowe.

Ultra i mikrofiltracja:

Ultrafiltracja – dla wód obiegowych chłodzących

Ultra lub mikro – przygotowanie wody przed usunięciem koloidu przed wprowadzeniem na jonit

Etapy uzdatniania:

Ujęcie, zbiornik sedymentacyjny, akcelerator, filtr wielofunkcyjny, zmiękczanie, filtr świecowy(nowy proces), ultrafiltracja(n), węgiel aktywny(n), filtr świecowy (n), podwójna odwrócona osmoza(n), elektrodejonizacja(n)

Zalety:

Osiągnięcie parametrów wody:

- przewodność<0,08mS/mm

- krzemionka<10ppb

- węgiel organiczny<200μg/l

Ultra i mikro filtracja w energetyce w obiegach chłodzących:

Źródłem może być woda czyszczona np. w EC Katowice. Sprawność wynosi 250m³/h. Oparte o podciśnieniową mikrofiltrację z membraną kapilarną. Pracują one w małym podciśnieniu, które wytwarza pompa. Woda przepływa przez włókna, a potem zasysana jest do zbiornika wody przefiltrowanej. Wprowadzane jest powietrze, które powoduje turbulencje i utlenia Fe2, Mn i niektóre składniki organiczne. Swobodnie zanurzona membrana powoduje systematyczne usuwanie zawiesin i zanieczyszczeń trudno opadających. Membrany są odporne na Cl. Można stosować chlorowanie wody. We wspomnianym przykładzie EC Katowice obieg podzielony jest na 3 działy o wydajności 75m³/h. każdy składa się z 6 kaset po 8 modułów. Produkty utleniania są zatrzymywane na membranach. Membrany czyści się myciem wstecznym 3-4 razy na godzinę przez 30sekund. Woda jest pozbawiona zawiesin, glonów, zanieczyszczeń organicznych, spada utlenialność, zawartość soli bez zmian.