1. Rodzja i skala badań techno.

2. Usuwanie azotu amonowego

3. Chemizm koagulacji

4. Usuwanie węgla organicznego TOC w systemie ozon-węgiel granulowany aktywny

5. Czynniki decydujące o skuteczności dezynfekcji wody

6. Usuwanie azotanów

7. Substancje wspomagające koagulacje

8. Utleniania wody przy wykorzystaniu ozonu, promieni UV i nadtlenku wodoru

9. Dezynfekcji wody zawierającej azot amonowy i bez

10. Infiltracja wody pomierzch

11. Koagulacja – sposoby

12. Filtry pospieszne i powolne.

13. Efektywność sorpcji na węglu akt.

14. Wady i zalety chlorowania

15. Czynniki na cykl filtru pospiesznego.

16. Produkty dezynfekcji wody

17. Układy koloidalne

18. Adsorpcja na węglu aktywnym

19. Sedymentacja cząstek ziarnistych

20. Wody infiltracyjne, pow. i podz..

21. Usuwanie Fe i Mn

1.Rodzaj i skala badań technologicznych

Badanie technologiczne przeprowadza się dla konkretnej wody przewdzianej dla projektowanego wodociągu. Celem jest dostarczenie niezbędnych danych do udokumentowania sprawności technologicznej roznych metod uzdatniania wody, aby stworzyc metode o najlepszych walorach technicznych i ekonomicznych. Okreslenie charakterystyki wybranych operacji i procesow jednostkowych przyjętej koncepcji technologicznej – ustalenie parametrów niezbędnych do zaprojektowania obiektów i urządzeń do prowadzenia procesu technologicznego. Koncepcja technologiczna jest to zespół operacji i procesów jednostkowych (np.:Koagulacja,uzdatnianie, dezynfekcja) które po wybraniu i zestawieniu w odpowiedniej kolejności tworzą układ technologiczny umożliwiający osiągniecie żądanych parametrów jakościowych układu oraz właściwości wody ujmowanej z wybranego źródła.

Podejmowane dla potrzeb projektowych badania technologiczne dzieli się na rodzaje: -badania podstawowe –badania uzupełniające.

Podstawowe- mają za zadanie określenie efektów uzyskiwanych w poszczególnych operacjach jednostkowych oraz sprawdzanie i skorygowanie przyjętej wstępnie koncepcji technologicznej. Wykonuje się ją zazwyczaj w modelach w skalach laboratoryjnych lub ułamkowo- technicznej przy użyciu standardowych metod badawczych gwarantujących porównywalność wyników. Cechą charakterystyczną badań prowadzonych w powyższych skalach jest przede wszystkim otrzymanie wyników o charakterze jakościowym. Czynnik ilościowy w przypadku wielu badanych operacjach jednostkowych jest ograniczony przede wszystkim na dużą różnicą skali między modelami laboratoryjnymi czy ułamkowo technicznymi, z urządzeniami stosowanymi w technice. Nie mniej jednak wyniki podstawowych badań umożliwiają wyjaśnienie czy zdobyty w nich zasób informacji jest wystarczający do stworzenia ostatecznej koncepcji procesu czy potrzebne są jeszcze uzupełniające badania technologiczne.

Uzupełniające- prowadzone są zazwyczaj na modelach skali półtechnicznej i pilotowej. Modele te pracują w warunkach przepływowych, są bogato wyposażone w aparaturę kontrolno- pomiarową oraz stanowią odpowiednio zmniejszone moduły urządzeń technicznych. Bardzo często poszczególne modele zestawią się w ciągi odpowiadające badanemu stanowi technologicznemu uzdatnianiu wody. Badania uzupełniające umożliwiają wiec uzyskanie szczegółowych danych o przebiegu i zakresie zmienności parametrów technologicznych stosowanych operacji i procesów jednostkowych, łącznie z informacjami dotyczącymi zużycia energii elektrycznej i materiałów pomocniczych oraz ilość i jakość powstających produktów odpadowych, a także niezbędnego zakresu kontroli i automatyzacji procesu. Umożliwiają sformułowanie wytycznych konstrukcyjnych urządzeń, w których powyższe operacje i procesy mają być realizowane w przyszłej SUW. Badania uzupełniające zatem ostatecznie przesądzają o wyborze koncepcji technologicznej oraz dostarczają wystarczającej informacji do zaprojektowania SUW. Po etapie badań do celów projektowych urządzeń stacji doświadczalnej wykorzystywane są zazwyczaj jako pilotowe w systemie eksploatacyjnym wybudowanego wodociągu. Ponieważ prowadzone badania w skali półtechnicznej i pilotowej jest długie i kosztowne, badania takie są podejmowane w przypadku dużej inwestycji oraz nowych konstrukcji.

2. Wymienić i opisać sposoby usuwania azotu amonowego z wody podziemnej.

Norma mówi o zaw0,5 mg jonu amon.

*Metody fizyczno-chemiczne

-chlorowanie do pkt przełamania, powoduje utlenienie NH₄⁺ do N₂ . duża dawka chloru 10:1- niebezpieczeństwo powstawania chlorowych zw org(stosowana dla wód pozbawionych subst.będących prekursorami chlorowcopochodnych), zapewnienie optymalnego pH=7,5, właściwego mieszania i czasu kontaktu 30min. Wyniku wzrostu stężenioa H⁺ do wody równocześnie dodaje się ług-duze zosaolenie.

-wymiana jonowa na naturalnym materiale(klinoptylolicie)lub syntetycznych kationitach. Proces selektywnej wymiany jonów NH₄⁺ klinoptylit, naturalny kationie pracujący w cyklu sodowym. Zalecane ph=5-8. obciążenie hydrauliczne jonów 6,5-13m³/.., średnica ziaren=0,75-2,5mm. Wysoki stopień usuwania jonów NH₄⁺ zapewnija kationity syntetyczne. Wadą stosownia klinoptylitu jest fakt, ze faza jonów NH₄⁺ wymienia równocześnie jony Ca²⁺ i Mg²⁺ co ma wpływ przy oczyszczaniu wód podziemnych zawierających duże stężenie(konieczne wcześniejsze odżelazieniei odmanganienie). Wymiana NH₄⁺ na jonitach zalecana jest do usuwania dużych ilości azotu amonowego(powyżej 5gN/m³).Konieczność częstej regeneracji jonitu

-chemisorpcja za pomocą KMnO4 lu na złożach o działaniu katalitycznym(np.piroluzycie)- zachodzi pod wpływem albo dozowania nadmanganianu potasowego albo albow czasie filtrowania wody przez uaktywnione złoża piaskowe lub masę o działaniu katalitycznym.

Metody biochemiczne

-filtracja przez biologicznie aktywne złoża z granulowanego węgla aktywnego. Utlenialność NH₄⁺ do NO₃^- jest możliwe przy cyklu trwającym 20 dób i obecnie tlenu rozpusz w ilości 4,57g0₂, N- NH₄⁺. Ilośc tlenu jest suma stechiometrycznego zapotrzebowania na H⁺ w fazach

NH₄⁺+3/2O₂ -> NO₂^- +H₂O+2 H⁺

NO₂^- +1/2O₂ -> NO₃^-

Metoda nie usuwa jednak zw azotowych, tylko zmienia ich formę.Istotny czynnik temp.

-sucha filtracja na złożach piaskowych, utlenianie NH₄⁺ do NO₃^- polega na przepływie wody przez niezatopione złoże filtracyjne zasiedlone bakteriami nitryfikacyjnymi. Optymalna dawako tlenu 0,2-0,5m³pow/m³w. istotna jest tepm z jej wzrostu zwieksza się wydajność procesu. Pełna nitryfikacja na złozu węgowym po 54 dobach. Stężenie żelaza w wodzie nie powinno przekraczać 1 g/m³., fosforanów0,1-0,2g/m³. optymalne pH=7,2, średnica ziaren 1-2mm.

-filtracja powolna i infiltracja

3.Opisać chemizm procesu koagulacji wody.

Koagulacje w technologii wody stosuje się przede wszystkim do usuwania koloidów, które przez bardzo małą średnicę 1-100 µm nie dają się wyeliminować z wody przez samą sedymentację i filtracje.

Najczęściej uzywanym koagulantem w procesie koagulacji SA sole glinu i żelaza.Sposrod soli glinu powszechnie stosowany jest siarczan glinu Al2(SO4)3*18H2O, natomiast ze związków żelazowych:siarczan żelazowy FeSO4*7H2O,Fe2(SO4)3*9H2O oraz chlorek żelazowy FeCl3*6H2O.Sole wyzej wymienionych kationow podczas kilkustopniowej hydrolizy tworza trudno rozpuszczalnewodorotlenki naladowane dodatnio Mex(OH)y^(3x-y)+ Wodorotlenki te sa zdolne do zobojętnienia zanieczyszczen koloidalnych zawartych w wodzie mających zazwyczaj ładunek ujemny,co prowadzi w konsekwencji do wytworzenia latwo sendymentujacej zawiesiny.

Dodane do oczyszczania wody koagulanty ulęgają dysocjacji, a następnie hydrolizie

Jednym z najczęściej używanych koloidów jest siarczan glinowy:

Sole żelazowe hydrolizuja analogicznie.Powstajace w wyniku hydrolizy jony wodorowe reaguja z naturalna zasadowością wody.Jony H+ hamuja proces hydrolizy,wiec musza być usuwane w wodach naturalnych przez obecne w nich jony HCO3^- Jeśli naturalna zasadowośc wody jest niewystarczajaca w celu umożliwienia przebiegu reakcji hydrolizy dodajemy zasade:H^+ + OH^- =>H2O Reakcje dysocjacji,hydrolizy i wiazania jonow H^+ : AL2(SO4)3 + 3Ca(HCO3)2 => 2AL(OH)3 + 3CaSO4 + 6CO2 , Fe2(SO4)3 + 3 Ca(HCO3)2 => 2Fe(OH)3 + 3CaSO4 + 6CO2.

Hydroliza jest reakcją odwracalną i na jej stopień wypływa stężenie jonów wodorowych, Zwiększenie tego stężenia jonów H= hamuje hydrolizę zarówno soli glinu i żelaza. Jednak jony H= reagują z naturalną zasadowością wody:

Stopień hydrolizy wzrasta wraz ze wzrostem hydrolizy i odczynu. Proces hydrolizy należy prowadzić w stężeniu jonów wodorowych gwarantującym najmniejsza rozpuszczalność produktów hydrolizy. Stężenie to stanowi optimum pH dla przebiegu koagulacji. Przy jednoczesnym właściwym doborze optymalnej dawki koagulantu destabilizacja koloidalnego zachodzi wówczas najszybciej i daję najlepsze wyniki. W przypadku siarczanu glinowego pH wynosi 5,5-7,5, temp wody poniżej 5 stopni zakłóca proces koagulacji: zahamowanie hydrolizy i zmniejsza zdolność destabilizacją koagulantu.

4. Wyjaśnić mechanizm usuwania węgla organicznego TOC w systemie ozon-węgiel granulowany aktywny.

TOC- całkowity węgiel biologiczny

• Zasada usuwania BDOC na granulowanym węglu aktywnym

• Podczas ozonowania następuje transformacja części rozpuszczonych substancji organicznych TOC w biodegradowane BDOC. Optimum transformacji ma miejsce przy dawkach ozonu 0,5-1 mg O₃/mgtoc.

• Podczas przepływu wody przez biologicznie aktywowany filtr węglowy BAG. BDOC jest przekształcany w CO2 i biomasę za pomocą bakterii heterotraficznych zasiedlających złoże filtracyjne.

• Parametry pracy filtru węglowego

V=20 m/h

Tw=10 min

• Temp- w lecie wyższych temp te przemiany biochemiczne zachodzą intensywniej niż w zimie.

Parametry pracy biol. aktywnych filtrów wegolowych(v=20m/s,tk=10min):

-prędkość filtracji(5-15m/h)

-czas filtracji(8-24h)

-rozkładu uziarnienia (na całej pow warstwami o gr 20-25cm)

-zdolnośc adsorpcyjna węgla

-dobór uziarnienia (2,0-4,0mm)

-wysokośc złoża(0,5m)

Jeżeli nie usuwamy BDOC z wody to będzie on stanowił pożywkę pokarmową dla bakterii w sieci dystrybucyjnej wody.

Ozon łacznie z węglem aktywnym daje bardzo wysoki stopień oczyszcania wody, przy czym utlenieniu ulega także wegiel aktywny z zanieczyszczeń zw barwnych. Powstaja zanieczyszczenia będące prekursorami halogennych zw organicznych (TOX). Natomiast w wyniku utleniania zw org ozonem powstaja aldehydy zwiekszjące ilośc prekursorów THM. Fakt posiadania biodegradowalnych zw org podczas utleniania ozonem wykorzystuje się do usuwania TOX stosując:ozonowanie wody, nastepnie jej filtrację przez złożą filtracyjne zasiedlone mikroorganizmami zwane biologicznie aktywnymi złozami filtracyjnym. Ich materiałem filtracyjnym jest granulowany węgiel aktywny. Zastosowanie dawek ozonu 0,5-5,0 mgO₃/mgOWO oraz filtracji poprzez filtr węgla granulowanego zapewnia zmiejszenie THM ok. 50% oraz ok. 70% prekursorów halogenowych pochodnych kwasu octowego. Aby uzyskac maxymalne efekty usuwania prekursorów przez filtrację powinien być zapewniony wymagany czas kontaktu utleniacza ze zw org. Zastosowanie dużych dawek ozonu – powoduje że niektóre z prekursorów TOX ulegaja utlenieniu do CO₂ . zastosowanie jedynie ozonowanie zwykle dawke ok. 1,0 gO₃/m³.bez filtracji daje słabe efekty ok. 5-20% zmieniejszaniu ilości THM. Powstające produkty utlenienia ozonem w pewnym stopniu sa biodegradowane i można je usunąc na aktywnych biologicznie filtrach węgla. Stężenie ubocznych produktów utlenienia ozonem TOX jest wprost proporcjonalne do zawartości zw org.

5. Wymienić czynniki decydujące o skuteczności dezynfekcji wody oraz wyjaśnić ich role w tym procesie.

Do zapewnienia właściwej dezynfekcji USEPA wprowadziła czynnik CT- stężenie dezynfekcji x czas

Zależy od temp i ph

Od skuteczności decyduje:

• Skład fiz-chem wody, rzutuje na wielkość dawki dezynfekanta oraz o powstawaniu ubocznych produktów dezynfekcji.

• PH- wpływa na rodzaj aktywnej formy denitryfikanta, a tym samym na jego bakteriobójczość.

• Temp- decyduje o kinetyce, im wyższa tym kinetyka wzrasta.

• Zawiesiny- mogą utrudniać dostęp dezyntryfikantom.

• Rodzaj i ilość redukujących substancji organicznych i nieorganicznych- wchodzą w reakcje z dezynfekatorem tw związki, które nie posiadają sił dezynfekanta, w tym produkty.

6. Wymienić i opisać sposoby usuwania azotanów z wody podziemnej.

Wode o normatywnym poziomie azotanów osiągamy przez:

• Działania hydrotechniczne- mieszanie wód z różnych studni zawierających zróżnicowane stężenia azotanów

• Usuwanie przyczyn wysokiego poziomu azotanów przez ograniczenie migracji zanieczyszczeń z wysypisk odpadów, szamb, odprowadzania do gruntu ścieków oczyszczonych w niewystarczającym stopniu oraz racjonalnego stosowania nawozów w rolnictwie.

• Oczyszczanie wody:

• Fizyczno chemiczna:

  • podwójna osmoza- oddzielenie wody rozpuszczonych w niej soli. Woda dopływająca do osmozera powinna być odpowiednio wstępnie oczyszczona:

- niska zawartość zawiesin, substancji organicznych i mikroorganizmów, utleniaczy, które niszczą membrany

• ograniczona możliwość wytrącania wodorotlenków metali oraz osadów wapiennych

Uzdatniona woda zawiera 10-15% pierwotnej ilości azotanów oraz niski poziom zasolenia. Wadą są wysokie koszty oraz odprowadzenie z instalacji zatężonej solanki zawierającej dużą ilość azotanów

• wymiana jonowa- woda uprzednio odżelaziona i odmanganiona.

Wykorzystujemy anionity silnie zasadowe. Zdolność wymienna tych jonitów zależy od stężenia azotanów, a także od stos siarczanów do całkowitej ilości anionów. W cyklu pracy na jonitach wymieniane są azotany, siarczany, chlorki i kwaśne węglany.

Zalety: wysoka efektywność usuwania azotanów, łatwa i prosta obsługa

Wady: wydajność zależy od składu wody, duże zużycie środków chemicznych do regeneracji jonitów, wytwarzanie zasolonych odcinków i możliwość wprowadzenia są wody szkodliwych substancji organicznych np. amin.

• Biologiczna denitryfikacja przy udziale bakterii heterotroficznych i autotroficznych i braku tlenu rozpuszczonego następuje reakcja azotanów do azotanu gazowego. Bakterie wymagają dostarczania węgla jako źródła energii, a proces denitryfikacji prowadzony jest w złożach stacjonarnych, reaktorach z warstwa zawieszonej biomasy.

Zalety: dobre efekty przy stos niskich kosztach

Wady: powstaje dużo trudno usuwalnej biomasy, trzeba doczyszczać odpływ.

7. Rodzaje w rola substancji wspomagających koagulacje i typowe wartości. Parametry technologiczne związane z ich stosowaniem.

Celem stos środków wspomagających koagulacje jest:

• Przyspieszenie powstania kłaczków i ich sedymentacji

• Zwiększenie powierzchni właściwej kłaczków, a wiec ich pojemność sorpcyjnej

• Zniwelowanie ujemnego wpływu niskich temp wody

• Rozszerzenie optymalnego dla koagulacji zakresu ph

• Zmniejszenie dawki koagulantu

1. Nieorganiczne (gliny, pył granitowy, drobny piasek kwarcowy, krzemionka aktywna, mielony caco₃). Obciążniki stosowane przy niskiej temp wody, powoduje ze kłaczek jest cięższy i szybciej opada.]

   • Sorbuje zanieczyszczenia z wody

   • Obciąża kłaczek

   • Drogi i stosowany dla okresowego wspomagania koagulacji

   • 2-20 g/m3- dawka węgla < 100 g/m³

2. Organiczne:

   • Naturalne- na bazie skrobi i celulozy

   • Syntetyczne- monomery organiczne

Dawki obciążników 5-15 g/m³

Df=0,1-1 % Dk- dawka flokulanta

Flokulant daje się 1-3 min po koagulacji. Najczęściej stos polelektrolity do oczyszczania ścieków, zagęszczania osadów, w przemyśle. Powoduje destabilizacje usuwanych koloidów w wyniku neutralizacji ładunku oraz działając jako czynniki mostkujące i sieciujące powodują aglomeracje i powstanie dużych i trwałych kłaczków.

Stosowanie koagulantu wraz z flokulantem powoduje:

• Zmniejszenie wymaganej dawki koagulantu

• Poprawienie efektu flokulacji i właściwości sedymentacyjnych zawiesin pokoagulacyjnych

• Zmniejszenie ujemnego wpływu niskich temp wody

Substancje wspomagające:

• Korygujące odczyn- kwas solny, wapno, soda, ług sodowy

• Polielektrolity- krzemionka aktywna, poliokrylamidy

• Substancje zmętniające- bentonit, pylisty węgiel aktywny

• Utleniacze- chlor, dwutlenek chloru, ozon, nadmanganian potasowy- skutecznie utleniają zw organiczne tw warstwy w uzdatnionej wodzie.

8. Wymienić i scharakteryzować podstawowe procesy zaawansowanego utleniania wody przy wykorzystaniu ozonu, promieni UV i nadtlenku wodoru.

- Proces O₃/H₂O₂ - nadtlenek wodoru w mieszaninie z wodą dysocjuje do amonu wodorotlenowego HO₂ . Jon ten w reakcji z ozonem tw rodnik hydroksylowy OH, charakteryzujący się wysoką siła utleniającą

Optymalny stosunek H₂O₂ /O₃ -0,35-0,45

-Proces O₃/UV- w formule wodnej pod wpływem promieni UV powstaje cząstka tlenu i H₂O₂

Cząsteczka H₂O₂ może ulegać fotolizie lub rozkładowi, dając w rezultacie reakcje z O₃ rodnik OH.

Utlenienie chemiczne w oczyszczaneu wod stosowane jest do:

-utleniania jonów Fe i Mg, siarkowodoru, siarczków

-ulenianie zw powodujących barwę, smak, zapach

-utlenianie syntetycznych zanieczyszczeń organicznych pochodzenia przemysłowego

-dezynfekcji wody i niszczenia miktroorganizmwó

-wspomaganie koagulacji

stosowane utleniacze: Cl, dwu.chlor, ozon, nadmanganian potasowy, nadlenek wodoru. Miara zadolnosci utelniajacych subst jest ich potencjał oksydacyjno-redukcyjny.

Przebieg procesów utleniających zalezy od: rodzaju, budowy, stężenia utlenianego, składnika wody, i rodzaju dawki utelniaczka, czasu kontaktu, obecności katalizatorów, tepm, pH obecności innych zredukowanych zanieczyszczeń.

9. Na czym polega różnica w przebiegu dezynfekcji wody zawierającej azot amonowy i pozbawionej tych związków.

Chlor dodawany do wody utlenia w pierwszej kolejności zw żelaza (II), manganu (II), azotany, siarczki, siarczany. W przypadku wody nie zawierającej azotu amonowego chlor najpierw zużywany jest na procesy utlenienia składników mineralnych, zw organicznych. Pozostała jego część działa bakteriobójczo. Od tego momentu przy dawkowaniu do wody wzrastających dawek chloru zawartość pozostałego użytecznego chloru ogólnego (pod postacią chloru wolnego) proporcjonalnie wzrostu.

W obecności zw amonowych w wodzie działanie bakteriobójcze chloru jest obniżone na skutek zachodzenia reakcji prowadzących do powstania mono-, dwu-, chloroaminy.

10. Wymienić procesy jednostkowe i opisać zmiany jakości wody zachodzącej w czasie infiltracji wody powierzchniowej.

Nitryfikacja- najbardziej skomplikowany oraz bez reagentowy proces oczyszczania wody, w którym warstwą wodonośną wykorzystuję się jako wielofunkcyjny reaktor.

W strefie aeracji przebiegają procesy zbliżone do zachodzących w filtrach powolnych, a ich intensywność zależy od:

• Temp wody

• Zawartości O2 rozpuszczonego w wodzie

• Rodzaju i ilości mikroorganizmów zasiedlających strefę

• Rodzaju i stężenia zanieczyszczeń w infiltracyjnej wodzie

W strefie aeracji zachodzą procesy:

• Biodegradacji i utleniania związków organicznych

• Nitryfikacji

• Utleniacze Fe

W związku z ww procesami następuje:

• Ubytek O2 rozpuszczonego w wodzie

• Wzrost zawartości pH

• Ubytek biodegradowanych związków organicznych

• Ubytek azotu amonowego

• Wzrost zawartości azotanów N-NO3

Zachodzą też procesy powierzchniowe

• Sorpcja

• Wymiana jonowa

Sorbenty i wymieniacze jonowe to głównie materiały ilaste i substancje humusowe. W wyniku tych procesów następuje zmniejszenie zawartości metali ciezkich oraz Fe i Mn. W tej strefie ma miejsce uśrednienie składu wody i wyrównanie temp.

W strefie saturacji przebiegają procesy chemiczne i fizyczne oraz biochemiczne w warunkach beztlenowych, wiec:

• Denitryfikacja zależna od temp

• Utlenianie zw organicznych w wyniku redukcji Nom i Mn

• Wymiana jonowa związana z usuwaniem N-NH4 oraz metali szlachetnych

• Sorpcja metali oraz trudno rozkładanych zw organicznych

W strefie tej mamy proces zmieszania infiltrującej wody z wodami podziemnymi, w wyniku czego uśredniony jest skład chemiczny wody infiltrującej. Wzrasta w tej wodzie zawartość za Fe, Mn CO2 i soli min. Maleje zaś pH wody.

Podczas infiltracji usuwane są:

• Zanieczyszczenia występujące w wodzie w formie koloidów i zawiesin

• Zw azotu 20-85%

• Metale ciężkie

• Zanieczyszczenia organiczne podatne na biodegradacje

• Bakterie i wirusy 95%

• Plankton 100%

11. Koagulacja- sposoby.

Koagulacja- stos do usuwania z wody koloidów, które ze względu na b małą średnicę 1-100 µm nie dają się wyeliminować z wody przez samą sedymentacje.

Naturalne składniki wywołujące mętność wód to: gliny iły oraz koloidalna krzemionka, zw wapnia i fosforu. Mętność może być także wywołana obecnością makroskopijnych zawiesin: cząstki roślinne, wyższe drobnoustroje, plankton oraz strącane wodorotlenki żelaza i manganu.

Barwę wywołują: subs rozpuszczone oraz barwne cząsteczki koloidalne: zw humusowe.

Oprócz naturalnych mętność i barwę wywołują organiczne koloidy pochodzące ze ścieków bytowo- gospodarczych i przemysłowych. Są to białko, skrobia, hemiceluloza, peptydy i org barwniki.

Koagulacja jest procesem fizyczno- chemicznym polegającym na zmniejszeniu stopnia dyspersji ukł koloidalnego przez łączenie się pojedynczych cząstek substancji rozpuszczonej w większe skupiska –aglomeraty opadające pod wpływem sił ciężkości. Koagulacja wywołujemy elektrolitem lub koloidem o ładunku przeciwnym do ładunku koloidów ukł wodnego. Wyróżniamy dwie fazy: destabilizacja i flokulacja

Procesy koagulacji można przeprowadzić 3 metodami:

1. koagulacja objętościowa- procesy koagulacji i sedymentacji są prowadzone w oddzielnych urządzeniach

1. Koagulacja w warstwie zawieszonego układu- procesy flokulacji i sedymentacji zachodzą w jednym urządzeniu (klarowniki) wyzyskującym jednoczenie właściwości adhezyjne i absorpcyjne osadu powstającego w czasie koagulacji

1. koagulacja powierzchniowa- zachodzi na ziarnach porowatego ośrodka jakim jest złoże piaskowe tzw filtrów kontaktowych

Dwa warianty przepływu wody, ale dla koagulacji kontaktowej charakterystyczne jest przepływ wody od dołu przez warstwę filtracyjną (ok. 2m)

12. Filtry pospieszne i powolne.

Filtr powolny-(v_f=0,1-0,5 m/h) nazywane filtrami biologicznymi ponieważ podczas filtracji zachodzą procesy fizyczne oraz biologiczne. Uzyskujemy duży stopień usuwania cząstek stałych, rozkład biochemiczny zanieczyszczeń organicznych oraz transformacje niektórych zanieczyszczeń przebiegające przy udziale mikroorganizmów. Zachodzą tu procesy mineralizacji zw organicznych oraz denitryfikacja. Duża skuteczność usuwania bakterii zapewnia zmniejszenie mętności o ok. 95% i utlenialności o ok. 60%, ale z mniejszym skutkiem obniżona jest barwa. Zmniejsza się zawartość tlenu rozpuszczonego oraz wzrasta stężenie CO₂, co jest wynikiem procesów biochemicznych w złożu z udziałem mikroorganizmów. Rozwija się błonka biologiczna z bakterii grupy saprofitycznych, których stężenie zmniejsza się wraz z głębokością.

Filtry powolne stosujemy do oczyszczania wód powierzchniowych o:

-Barwa ≤ 30 mg Pt/m³

-Mętność ≤ 30 g/m³ –jeśli więcej to stos sedymentacje wstępną

-Chlorofil ≤ 5 mg/m ³

Wadą ich jest duża powierzchnia a czyszczenie odbywa się ręcznie.

Filtr pospieszne-(v_f=5-15 m/h)- mają dużą wydajność, niższe koszty inwestycyjne oraz łatwiejsze czyszczenie (przez płukanie) w porównaniu z f powolnymi. Niestety należy lepiej wstępnie oczyścić wodę.

Złoże filtru stanowi ziarnisty materiał filtracyjny, który:

-Zatrzymuje zawarte w wodzie zawiesiny pochodzenia naturalnego lub wytworzonego w procesie koagulacji lub zmiękczania przez strącanie

-Usuwa z wody zw Fe i Mn

-Przyspiesza proces koagulacji i zatrzymaniu produktów koagulacji w tzw filtrach kontaktowych

-Sorbuje wielkocząsteczkowe zw zawarte w wodzie

Podział ze względu na warstwy złóż:

1)jednowarstwowe

2)wielowarstwowe

a)grawitacyjne, otwarte- zbiorniki żelbetowe

v_f=5-10 m/h

Δh=3 m słw

h_z=0,7-

d₁₀=0,25-0,75 µm

kr= d₆₀ / d₁₀=1,25-1,78

Mogą być eksplodowane według metody:

• stałej prędkości filtracji

• zmiennej prędkości filtracji

• stałego ciśnienia

• zmiennego poziomu wody

• stałego poziomu wody

b)ciśnieniowe, zamknięte- stalowe poziome lub pionowe

h=1-

D≤ 3 m

Inny podział: konwencjonalne i superpośpieszne.

Filtry pośpieszne cedzą, wode, dlatego zatrzymywane sa zanieczyszczenie na filtrach, trzeba je płukac woda lub powietrzem. Woda musi spełniac warunki barwa<40gPt/m³, mętność <25g/m³, stężenie żelaza <0,3g/m³, mangan<0,05g/m³, liczba glonów <2000 w 1dm³wody.

Filtry kontaktowe:

v_f=3-6 m/h

h_z=2-

d₁₀=0,55-0,65 µm

kr≤2,5

Filtry suche: wentylowane za pomocą powietrza

13. Opisać czynniki rzutujące na efektywność procesów sorpcji na węglu aktywnym, podać typowe wartości techniczne.

O jakości węgla decydują jego właściwości adsorpcyjne, które zależą od powierzchni właściwej węgla (500-2000 m²/g). Wielkość powierzchni uwarunkowana jest strukturą porowatą określoną wielkością, kształtem i objętością porów zależnych od promienia

Węgiel o dobrych właściwościach fizycznych obok lepszych zdolności do absorpcji wykazuje wyższa wytrzymałość mech i lepsza odp na ścieranie. Właściwości chemiczne węgla świadczą o stopniu jego czystości.

Z zależności od złóż węglowych przyjmuje się następujące parametry pracy:

• wysokość warstwy 1-

• prędkość filtracji 3-30 m/h

• czas kontaktu 5-25 min

• uziarnienie 0,4-

Dla dobrej i długiej pracy złoża wprowadzamy wodę pozbawioną zawiesin i koloidów.

Węgiel pylisty dodajemy:

• przed wstępną obróbką

• przed komorą koagulacji lub po niej, ze względu na wpływ mieszania i czas kontaktu poprawia efekt adsorpcji, jednak oblepianie cząsteczek węgla obniża szybkość i skuteczność adsorpcji i niepotrzebnie obniża sorbcję węgla

• przed filtrami pospiesznymi, adsorbuje tylko pozostałe mikro zanieczyszczenia, wcześniej niezatrzymanie. zaleca się dodawanie flokulantów, gdyż cząstki węgla pylastego nie zatrzymywane są na filtrach

Węgiel granulowany- jego działanie może być:

• mechaniczno- sorpcyjne, gdy stos przed wstępną obróbką wody lub bezpośrednio po procesie koagulacji

• sorpcyjne- gdy stos po koagulacji i filtracji pospiesznej

• jako złoże węglowe biologicznie aktywne- gdy stos na końcu ukł techn.

14. Opisać wady i zalety chlorowania.

Chlor

Zalety:

• b skuteczny

• niskie koszty inwestycyjne i eksploatacyjne

• trwały w środowisku wodnym- dobrze zabezpiecza przed wtórnym zanieczyszczeniem sieci

• kontrola procesu

Wady:

• pogorszone właściwości organoleptyczne

• efekt dezynfekcyjny maleje ze wzrostem ph

• reaguje z azotem amonowym tw chloroaminy

• tw uboczne produkty o działaniu mutagennym i kancerogennym

• agresywny w stosunku do metali w stanie zawilgoconego gazu

• wymaga strefy ochronnej, odp warunków

• wymaga utrzymania w stacji UW wyspecjalizowanej służby technicznej

Podchloryn sodowy

Zalety:

• brak konieczności przechowywania niebezpiecznych substancji

• trwałość przechowywanych substancji co pozwala na dużą swobodę (możliwość prod dezynfekanta w dowolnej chwili)

• zmniejszenie problemy z korozją

• prosta, bezpieczna i automatyczna eksploatacja

• b skuteczny

• niskie koszty inwestycyjne i eksploatacyjne

• trwały w środowisku wodnym- dobrze zabezpiecza przed wtórnym zanieczyszczeniem sieci

• kontrola procesu

Wady:

• podwyższenie stężenia jonów chlorkowych, które wraz z dezynfektem wprowadzane są do wody

• należy utrzymać temp solanki – instalacja wymaga podgrzewacza lub wymiennika ciepła

• konieczność wyposażenia w wymiennik jonowy, gdyż do przygotowania solanki potrzeba wody miękkiej

• konieczność okresowego czyszczenia elektrod kwasem solnym

Dwutlenek chloru

Zalety:

• zapewnia wysoki efekt dezynfekcji w szerokim zakresie pH

• poprawione właściwości organoleptyczne

• nie wchodzi w reakcje z azotem amonowym

• nie tw THM-ów

• dobrze zabezpiecza wodę w sieci przed powtórnym zanieczyszczeniem

• niskie koszty inwestycyjne

Wady:

• ma właściwości wybuchowe- dlatego generatory zabezpieczone

• wymagana ścisła kontrola pracy generatora

• urządzenia i instalacje muszą być zabezpieczone przed korozją

• niezbędny transport i magazynowanie chlorynu sodowego, kwasu lub chloru służące do prod CLO₂

• tw uboczne produkty dezynfekcji (chloryny, chlorany)

• wysokie koszty eksploatacyjne

Chloroaminy

Zalety:

• reakcja azotu amonowego z chlorem jest konkurencyjna w stosunku do reakcji chloru ze zw organicznymi co zmniejsza ilość chlorowanych zw org

• są trwałe w środowisku wodnym

• pH nie ma wpływu na efekt dezynfekcji

• opanowana kontrola procesu

Wady:

• pogorszone właściwości organoleptyczne

• słabe właściwości bakteriobójcze i wirusobójcze.

15. Czynniki wpływające na cykl filtru pospiesznego.

Cykl filtracyjny to czas pracy złoża filtracyjnego miedzy kolejnymi płukankami. Zależy przede wszystkim od:

• parametru złoża: uziarnienia

• porowatości

• gęstości

• poziomu zanieczyszczenia wody dopływającej na filtr

• prędkości filtracji

Przeciętna dł cyklu 24 h. W skrajnych przypadkach 8 h. Koniec cyklu filtracji to moment osiągnięcia dopuszczalnej straty ciśnienia lub pogorszenia się jakości filtrowanej wody ponad wym wartość (mętność).

Dł cyklu wyraża wzór: ,

v_z- pojemność złoża na zanieczyszczenia g/m³

z- zawartość zawiesin

v_f- prędkość filtracji

Dł cyklu T wydłuża się ze zwiększeniem wysokości warstwy złoża filtracyjnego, zmniejszeniem prędkości oraz ilości zanieczyszczeń zatrzymywanych na złożu.

Parametry limitujące dł cyklu

• jakość wody po filtracji

• wysokość strat ciśnienia hydraulicznego

Jeśli osiągnięte dopuszczalne wartości straty i mętność to filtry są wyłączone z eksploatacji i płukania

16. Produkty dezynfekcji wody.

Uboczne produkty chlorowania wody (THM, kwasy halooctowe, MX)

Najbardziej ogólnie reakcję tworzenia ubocznych produktów chlorowania przedstawić można następująco: Prekursor THM + chlor - THM + inne produkty ubocznych.

Większość ubocznych produktów chlorowania to związki chloroorganiczne choć pod wpływem tego utleniacza powstają także substancje nie zawierające chloru w cząsteczce np. aldehydy czy kwasy karboksylowe. Odrębną grupę ubocznych produktów chlorowania stanowią związki bromo- i chlorobromoorganiczne, które powstają w wyniku utlenienia bromków obecnych w wodzie surowej. (W niektórych wodach zawierających jodki mogą także powstawać związki jodoorganiczne).

Miarą całkowitej ilości związków halogenoorganicznych po chlorowaniu jest tzw. całkowity chlor organiczny (TOX). Wskaźnik ten jest wygodnym parametrem pozwalającym stwierdzić ilość powstałych ubocznych produktów chlorowania. Innym parametrem dobrze (w większości przypadków) skorelowanym z wartością parametru TOX lub potencjałem tworzenia THM jest absorbancja wody przy X = 254 nm [3].

Uboczne produkty chlorowania podzielić można na dwie grupy:

• nielotne związki halogenoorganiczne (NVOX) stanowi ok. 70-80% TOX Związki wchodzące w skład NVOX to głównie kwasy halogenoorganiczne i cała gama produktów o ciągle nieustalonych jeszcze strukturach chemicznych.

• lotne związki halogenoorganiczne (VOX). stanowi zwykle tylko 20-30% TOX.

Zastosowanie chloru w procesie technologii uzdatniania wody niesie za sobą, jak wcześniej zaznaczono, niebezpieczeństwo powstawania szeregu potencjalnie groźnych produktów ubocznych. Poniżej wymieniono najważniejsze, grupy substancji chloropochodnych, stanowiących uboczne produkty chlorowania:

trihalometany: chloroform, bromodichlorometan, chlorodibromometan, bromoform

haloacetonitryle: bromochloroacetonitryl, dibromoacetonitryl, dichloroacetonitryl,

trichloroacetonitryl

kwasy haloorganiczne: kwas chlorooctowy, kwas dichlorooctowy, kwas trichlorooctowy

haloaldehydy: aldehyd dichlorooctowy, aldehyd trichlorooctowy

haloketony: 1,1-dichloropropanon, 1,1,1-trichloropropanon, l,l-dichloro-2-butanon, 1,1,1-

trichloro-2-butanon

chlorofenole: 2-chlorofenol, 2,4-dichlorofenol, 2,4,6-trichlorofenol

inne: chloropikryna, chlorocyjan, MX

Oprócz tego, jak we wszystkich procesach utleniania powstają także produkty uboczne nie zawierające chloru takie jak aldehyd mrówkowy i aldehyd octowy.

Najwcześniej - w 1974 r. - odkryta została w wodzie chlorowanej obecność trihalometanów THM.

Uboczne produkty stosowania CIO2.

Głównymi produktami ubocznymi stosowania CIO2 w technologii wody są chlorany i chloryny. W reakcjach z nieorganicznymi składnikami wody o charakterze redukcyjnym ditlenek chloru reaguje jednoelektronowo według której przebiega 60 -70% reakcji ditlenku chloru z domieszkami wód naturalnych:

Na skutek zaś rozkładu części CIO2 w wodzie obserwuje się także niewielkie zwykle ilości chloranów (CIO3). Podobnie CIO2 reaguje również jednoelektronowo z materią organiczna. Jednak takie reakcje są znacznie wolniejsze od tych z nieorganicznymi składnikami wody. Produktami reakcji z materią organiczną są w związku z tym aldehydy i niskocząsteczkowe kwasy organiczne. Ditlenek chloru, w odróżnieniu od chloru, nie tworzy chloroorganicznych produktów ubocznych. Jest to bardzo istotna zaleta CIO2 nad chlorem. Analityka ubocznych produktów stosowania ditlenku chloru winna więc obejmować oznaczenia nieorganicznych produktów (chlorany i chloryny) oraz organicznych produktów ubocznych takich jak aldehydy i kwasy karboksylowe. Ponieważ ditlenek chloru stosowany jest głównie jako środek dezynfekcyjny to reakcje tworzenia ubocznych produktów dezynfekcji zachodzą głównie w sieciach dystrybucyjnych. Może mieć to poważne konsekwencje dla jakości wody.

Uboczne produkty ozonowania wody

Ozonowania wody, w odróżnieniu od innych dyskutowanych tu środków dezynfekcyjnych, nie stosuje się jako dezynfekcji końcowej. Wynika to z nietrwałości ozonu w wodzie. W neutralnym pH cząsteczka ozonu „żyje" w wodzie ok. 20-30 minut (czas „życia" bardzo silnie zależy od pH) co nie zabezpieczałoby sieci dystrybucyjnej przed wtórnym zakażeniem bakteryjnym. Ozonowanie prowadzi również do powstawania szeregu produktów reakcji ozonu z materią organiczną. Ozon atakuje przede wszystkim wszelkie wiązania podwójne C=C. Wynikiem takich reakcji są związki karbonylowe, głównie aldehydy. Ozon stosunkowo łatwo reaguje też z pierścieniami aromatycznymi czego rezultatem jest zwykle silna redukcja barwy wody. Reakcje ozonu z substancjami humusowymi powodują również rozpad dużych makromolekuł na mniejsze. Utlenianie za pomocą ozonu substancji humusowych obecnych w wodzie prowadzi do powstawania aldehydów. Najczęściej są to: formaldehyd, glioksal, acetaldehyd, metyloglioksal. Dominującym ilościowo produktem jest formaldehyd, którego stężenie może się wahać od kilku do kilkudziesięciu [o.g/1 [58,59,60-62]. Proces powstawania aldehydów wskutek degradacji substancji humusowych przebiega poprzez reakcję cykloaddycji wiązań podwójnych C=C lub atak na pierścienie aromatyczne występujące w złożonej cząsteczce substancji humusowych.

Powstawanie aldehydów podczas ozonowania wody zależy od wielu czynników, m.in. od dawki ozonu, ilości materii organicznej wyrażonej wartością parametru TOC, pH wody, temperatury, obecności innych substancji (węglany, wodorowęglany) [58,63,59,64-66].

Efektem tych reakcji jest także powstawanie niskocząsteczkowych kwasów karboksylowych. Zarówno aldehydy, jak i kwasy karboksylowe należą do grupy związków łatwo biodegradowalnych. Powstawanie tych łatwo dostępnych dla bakterii związków jest drugim istotnym powodem dla którego nie stosuje się ozonowania do dezynfekcji końcowej wody, tuż przed podaniem jej do sieci. Analityka produktów ozonowania winna więc obejmować te dwie grupy związków. Rezultaty badań prowadzonych w naszym Zakładzie wskazują, ze wszystkie utleniacze stosowane do dezynfekcji wody generują aldehydy i kwasy karboksylowe a więc produkty łatwo biodegradowalne. W przypadku ozonowania produkty te powstają stosunkowo szybko (zwykle czas kontaktu ozonu z wodą nie przekracza 10-20 min.) i są następnie szybko usuwane z wody w etapie filtracji biologicznej przez złoża biologicznie aktywnych filtrów węglowych. W przypadku chloru i ditlenku chloru reakcje tworzenia tych produktów biodegradowalnych są znacznie wolniejsze i co więcej przebiegają w sieciach dystrybucyjnych. Proces tworzenia tych związków przebiega zawsze kosztem środka dezynfekcyjnego (chloru lub C1O2) - czyli w sieci dystrybucyjnej stężenie dezynfektanta maleje a za to rosną stężenia kwasów karboksylowych i aldehydów. Jest to proces niebezpieczny dla jakości wody szczególnie wtedy, gdy środkiem dezynfekcyjnym jest ditlenek chloru.

17. Scharakteryzować układy koloidalne.

Roztwory koloidalne (koloidy) stanowią układy, w których cząstki substancji rozproszonej charakteryzują się rozmiarami od 1 do 500 nm. Cząstki o takich rozmiarach odpowiadają tzw. rozdrobnieniu koloidalnemu. Roztwory koloidalne są układami dwufazowymi, składają się z ośrodka rozpraszającego substancji rozproszonej.
Zależnie od fazy rozpraszającej noszą one nazwę hydrozoli (faza rozpraszająca – woda) i alkozoli ( faza rozpraszająca – alkohol) itp. Największe znaczenie mają hydrozole.
Uwzględniając stosunek cząstek koloidalnych do fazy rozpraszającej wyróżnia się dwie grupy koloidów:
- liofilowe (hydrofile, gdy cieczą jest woda) – odznaczają się zdolnością do tworzenia na swojej powierzchni wielowarstwowej otoczki złożonej z cząsteczek wody – otoczka hydralizacyjna, chętnie łączą się z wodą. Przykładami mogą być roztwory białka, skrobi, żelatyny, gumy arabskiej, kwasu krzemowego i innych.
- liofibowe (hydrofobowe) – roztwory zoli, które pozbawione są otoczki hydratacyjnej, ponieważ oddziaływanie pomiędzy fazą dyspresywną, a ośrodkiem rozpraszający są bardzo słabe lub wcale nie wytępuje. Przykładami mogą być: zole wodorotlenków tlenków metali.
Według innej klasyfikacji rozróżniamy:
- koloidy cząsteczkowe – fazę rozproszoną stanowią pojedyncze makrocząsteczki, składające się z tysięcy atomów np. polimery, hemoglobina. Mimo rozdrobnienia cząsteczkowego są one zaliczane do koloidów ze względu na rozmiary cząsteczek. Należą do koloidów liofilowych.
- koloidy fazowe – powstają z rozdrobnienia większych cząsteczek lub strącenie roztworów właściwych odpowiednimi metodami chemicznymi. Są to koloidy liofobowe.
- koloidy asocjacyjne (miceralne) powstające samorzutnie skupienie się dużej liczby małych cząsteczek w małe agregaty, po przekroczeniu pewnego stężenia. Takie układy koloidalne występują w stężonych roztworach mydeł i innych dergentów.
Zjawiskiem charakterystycznym dla roztworów koloidalnych jest efekt Tyndalla, polegający na rozproszeniu światła. W roztworze takim można wyraźnie zaobserwować drogę wiązki światła przechodzącą przez ciecz. Rozproszone przez cząstki koloidalne światło tworzy jasny stożek, widoczny wyraźnie w zaciemnionym pomieszczeniu.

Budowa czasteczki koloidalnej:

Wokół jąder tworza duże warstwy złożone z jonów dipoli wody ułożonych w uporządkowany sposób. Do jader przylega trwale związane siłami adsorpcji warstwa adsorpcyjna, której sumaryczny ładunek (o znaku przeciwnycm do znaku jądra) nie równiowazy ładunku jadra. W zrównoważeniu pomagaja jony o tym samym znaku obecnie w roztworze tworzące warstwę dyfuzyjną, jony w dyf nie sa trwałe zawiązane z czastką koloidalną i wykazuą pewna ruchliwość rosnącą w miarę oddalania się od jądra koloidu. Między warstwa adsorpcyjną i ruchoma częścia warstwy dyfuzyjnej powstaja różnice potencjału elektrokinetycznego

Układ podwójnej warstwy cząstki koloidalnej oraz zmiana potencjału

Ładunki elektryczne jonów w warstwie adsorpcyjnej i dyfuzyjnej nie równoważa ładunków elektrycznych o przeciwnym znaku rozmieszczonych nad powierzchnią i w bezpośrednim sąsiedztwie jądra. Między warstwa adsorpcyjną i ruchomą częścia warstwy dyfuzyjnej powstaja różnice potencjału elektrokinetycznego tzw potencjał ς (którego wielkości okresla się na podstawie ruchliwości cząstek). Ten potencjał jest spadkiem potencjału w warstwie dyfuzyjnej , którego grubośc zwiększa się wraz ze zmniejszeniem się stężenia jonów w roztworze. Wartośc potencjału ς reguluje stabilność układu koloidalnego: - ς=±70mV-potencjał koloidów ???: - ς=±30mV – rop się koagulacja cząstek koloidalnych, ς zbliża się do 0- szybka koagulacja; ς=0-=znika warstwa dyfuzyjna.

18. Adsorpcja na węglu aktywnym.

Węgiel aktywny ogólnie uważny jest za jeden z najbardziej skutecznych adsorbentów układzie ciało stałe- ciecz. Zjawisko adsorpcji jest natury fizyko.-chem. I polega na przyłączeni cząstek lub jonów o różnych wielkościach. Do produkcji węgla aktywnego stosuje się węgiel drzewny, kamieny i brunatny, łupiny z orzechów i pestek owocowych, odpady gumy, skóry, celulozy O przydatności węgla w procesie uzdatniana wody decydują jego własności adsorpcyjne, które zależą od: pomierzch właściwej węgla(500-2000 m2/g), która jest uwarunkowana jego wielkością, kształtem i objętością porów. Węgiel powinien także cechować się wyższą wytrzymałością mechaniczną i lepszą odpornością naścieranie. Węgiel aktywny w uzdatnianiu wody stosuje się do:-usuwania smaku i zapachu, -usuwania mikrozanieczyszczeń organicznych np. wirusów, - do dechloracji, -do biochemicznego rozkładu zaadsorbowanej subst. Org, - usuwanie prekursorów THM i ChZO, -usuwanie niektórych metali. Proces adsorpcji na adsorbentach porowatych jakimi są węgle aktywne, polega na wiązaniu usuwaniu wiązanych zanieczyszczeń na pomierzch adsorbenta. Jeżeli siły wiążące zanieczyszczenia są duże to powoduje to, iż proces jest nieodwracalny, wówczas zachodzi adsorpcja chemiczna. Jeżeli siły te są słabe(wiązania siłąmi van der Waalsa), to proces ma charakter odwracalny i jest to wówczas adsorpcja fizyczna W razie sorpcji fizycznej substancję zaadsorbowaną można dość łatwo usunąć z pomierzch adsorbenta, a przy chemisorpcji jest to trudnei wymaga drastycznych środków. Adsorpcja z roztworów wodnych na adsorbentach porowatych(węglu aktywnym) jest w swojej istocie procesem dyfuzyjnym, polegającym na jednokierunkowym transporcie zanieczyszczeń. Miejsce stosowania adsorbentów zależy od postaci stosowanego węgla aktywnego. Pyliste węgle aktywne mogą być dawkowane do wody surowej w procesie koagulacji lub przed filtrami. Węgla ziarniste lub granulowane eksploatowane są w układach przemysłowych jako warstwa w wielowarstwowych złożach filtracyjnych lub jako złoża sorpcyjne. W mechanizmie adsorpcji na węglu aktywnym można wyróżnić 3 etapy: I. etap- przeniesienie cząstek z wody na powierzchnię adsorbenta, II. etap- dyfuzja tych cząstek w makropory, III. etap-dyfuzje wewnętrzne. Przebieg procesu przenikania zanieczyszczeń do absorbentu zależy od fizycznych i chemicznych właściwości adsorbenta(np. struktura porowata, powierzchnia właściwa), właściwości adsorbantu(np. wielkość molekuł, polarność, skład chemiczny), stężenie adsorbatu w fazie ciekłej, własności fazy ciekłej(np. pH, temp. skład chem.)czas kontaktu zanieczyszczenia z adsorbantem.

19. Wyjaśnić prawa rządzące mechanizmem separacji zawiesin w procesie sedymentacji cząstek ziarnistych(swobodna sedymentacja).

Opadanie cząstek w wodzie jest zjawiskiem złożonym i zależy m.in. od ich stężenia, wymiaru, kształtu, gęstości i temp oraz prędkości i kierunku przepływu wody. Swobodne opadanie zachodzi przy małej liczbie cząstek , wówczas każda cząstka opada oddzielnie, nie oddziałuje na siebie i nie zmieniają właściwości fizycznych. Opadająca pod wpływem sił ciężkości cząstka jest kulista, w czasie opadania nie zwiększa swojej masy i objętości (cząstki ziarniste). Początkowo opada ruchem przyśpieszonym, a następnie ruchem jednostajnym. Siłę ciężkości działającą na cząstkę można opisać: G=(ρ_c –ρ)*Vcz*g. Natomiast siłę oporu: R= λ*Fcz*vs^2/2*ρ.

20. Opisać podstawowe cechy wód infiltracyjnych, powierzchniowych i podziemnych.

Wody powierzchniowe: Zmienny skład w różnych miejscach i na różnych głębokościach.Barwa- spowodowana jest substancjami koloidalnymi, substancjami rozpuszczonymi,glonami. Powoduja ją barwne frakcje substancji humusowych, ze zlewni bagiennych,torfowych i żelazowych (barwa żółto-brunatna).Wody zanieczyszczone ściekami przyjmują kolor sztucznych barwników ze ścieków.W Polsce od 5-250gPt/m3.

MĘTNOSĆ – Spowodowana obecnością drobno zdyspergowanych zawiesin,zależy od stężenia wody w rzece.Waha się w dużych granicach TEMP – Wacha się w ciągu rok,lato do 25 st.C,zima zbliza się do 0 st.C

PH – Wskaźnik składu chemicznego,od 6,5 – 8,5 ZAWARTOSC SUBSTANCJI MINERALNYCH- Waha się w zależności od rodzaju zlewni, podloza rzeki,oporow,znaku jakości, CO2+ zwykle niewystepuje. SIORKOWODOR, AMON-tylko w powierzchniach b.zanieczyszczonych.ZANIECZYSZCENIA MINERALNE I ORGANICZNE – wystepuje.ZYWE OGRANIZMY – bakterie, wirusy, plankton. EUTROFILACJE-wystepuje

Wody podziemne: W miarę stały skład wód podziemnych, niższa barwa i mętność, zawartośc związków manganu i żelaza( najczęściej kwaśne węglany żelazawe i manganawe, w mniejszych ilościach siarczyny tych 2 kationów, niektóre wody podziemne mogą zawierać organiczne związki żelaza i manganu). W wodach dobrze natlenionych(powierzchniowych)związki żelazawe przechodzą w trudno rozpuszczalny trójwartościowy wodorotlenek żelaza. Zawartość manganu żelaza wacha się w granicach od części miligrama do kilku a nawet kilkudziesięciu miligramów na litr. często są kwaśne (nadmiar CO_2). Woda podziemna jeszcze ciągle uważana jest za najlepszą do celów wodociągowych i jeszcze stosunkowo niedawno można ją było w niektórych przypadkach użytkować nawet bez dezynfekcji. Temperatura wód jest zwykle prawie stała, w granicach 7-12°C, jedynie wody z głębokich warstw mogą mieć temperaturę; podwyższoną do 17°C.

Skład i cystośc zależy przede wszystkim od rodzaju,składu,budowy,geologicznej i grubości warstwy gruntu pod którym zalegają.Woda z powierchni ziemi,przenikając w głąb, ługuje z powierzchi i z górnych warstw gruntu różne substancje zmieniając jednocześnie swoją jakość i właściwości.Wody podziemne charakteryzują się dużą przeźroczystością brakiem bakterii, znaczną zawrtością rozpuszczonych soli, znaczną zawartością żelaza i mangau, dwutlenku węgla, siarkowodoru i niezbyt dużą wartością azotu amonowego, azotanów i substancji organicznych. Ich skład chemiczny i temperatura nie ulegają dużym zmianom w ciągu roku. Z tych to względów wody podziemne zawierają tylko domieszki autochtoniczne jak dotychczas stanowią doskonałe źródło wody pitnej, jednak ich zasoby nie we wszystkich regionach SA na tye duże aby mogły pokryć niezbędne zapotrzebowanie. W ciąg ostatnich lat możemy zaobserwować pojawienie się w wodach podziemnych zanieczyszczeń antropogenicznych, które ujemnie oddziaływają na jakość wód.Zanieczyszcz. antrop. To przede wszystkim pestycydy, wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne(ropopochodne), metale ciężkie, azotany i bakterie. Źródłem tych zanieczyszczeń są przede wszystkim substancje chemiczne odprowadzane do atmosfery, które wraz z kwaśnymi deszczami przedostają się do wód podziemnych, ścieki komunalne i przemysłowe odprowadzane do w,od powierzchniowych i gruntu, spływy powierzchniowe z terenów objętych nawożeniem o chroną roślin oraz odpady stałe gromadzone w sposób niekontrolowany

Wody infiltracyjne:

Z pow. infiltrow. przez wody gruntowe. Bardziej ustabilizowany skład chem i temp niż wody pow. Brak zawiesini (lepsza przejrzystość) Mniejsza zaw. bakterii i org. plankton. Niższy poziom zaniecz. zw. organ. Wyższy poziom zaw Fe i Mn. Sztuczne wody gruntowe mają pośrednie właściwości wynikające ze składu wody pomierzch. wporowadz. do warstwy wodonośnej oraz składu wód podziemnych mieszając się z infiltracyjną wodą powierzchniową.

21. 21.Proces usuwania Fe i Mn z wody – reakcje, czynniki warunkujące, metody. W wodach podziemnych i infiltracyjnych żelazo i mangan w dominującej ilości występują w postaci jonów dwuwartościowych, których połączenia są rozpuszczalne w wodzie. Usuwanie żelaza z wody.Istota odżelaziania wody polega na utlenianiu jonów Fe(II) do Fe(III) i usuwaniu wytrąconych związków. Do tego konieczne jest spełnienie następujących warunków: zapewnienie hydrolizy związków żelaza, utlenienie jonów Fe(II) do Fe(III), wytworzenie i aglomeracja koloidalnych cząsteczek Fe(OH)₃, usunięcie wytrąconego wodorotlenku żelazowego.Jeżeli żelazo występuje jako Fe(HCO₃)₂, to osad Fe(OH)₃, może być usuwany z oczyszczanej wody w procesie sedymentacji i filtracji - /układ oczyszczania: napowietrzanie → sedymentacja → filtracja pospieszna → dezynfekcja/.Jeżeli żelazo obecne jest również w postaci FeSO₄ to wówczas do układu oczyszczania: /napowietrzanie → sedymentacja → filtracja pospieszna → dezynfekcja/ należy włączyć proces alkalizacji, zapewniający neutralizację H₂SO₄ powstającego w czasie hydrolizy FeSO₄.Hydroliza występujących w wodach związków żalazawych:

Fe(HCO₃)₂ + 2H₂O ↔ Fe(OH)₂ + 2HCO ; FeSO₄ + 2H₂O ↔ Fe(OH)₂ + H₂ SO₄ Neutralizacja H₂ SO₄ :H₂ SO₄ + Ca(OH) ₂ ↔ CaSO₄ + 2H₂O ;H₂ SO₄ + 2NaOH ↔ Na₂SO₄ + 2H₂OCzynniki warunkujące proces usuwania Fe z wody: wartość pH i Eh /potencjał oksydacyjno-redukcyjny/, stężenie wolnego dwutlenku węgla i tlenu rozpuszczonego oraz zasadowość wody. Usuwanie manganu z wody.Istota odmanganiania polega na utlenianiu jonów Mn(II) do Mn(III) i wytrąceniu ich w postaci MnO₂ • xH₂O.MnO₂ • xH₂O jest związkiem trudno rozpuszczalnym. Związki manganu dwuwartościowego w wodach podziemnych nie ulegają tak łatwo hydrolizie jak sole żelazawe /hydroliza przebiega wolno/. Szybkość utleniania manganu dwuwartościowego zależy w dużej mierze od odczynu pH i aby ta szybkość była przydatna do celów technologicznych pH powinno wynosić > 9,5. Aby utleniać mangan w granicach pH dopuszczalnych w wodzie do picia można stosować silne utleniacze. Skuteczną metodą odmanganiania wody jest jej filtracja przez wpracowane złoże filtracyjne, którego ziarna pokryte są dwutlenkiem manganu. Odmanganianie wody w złożu wpracowanym przebiega w wyniku sorpcji katalitycznej.Inne metody usuwania Fe i Mn: Utlenianie w warstwie wodonośnej Wymiana jonowa Sorpcja jonów Mn(II) na wodorotlenku żelazowym Filtracja przez złoże z minerałów Mn