1. Wskaźniki jakości wód i wynikające z nich układy technologiczne oczyszczania wody

Wskaźniki jakości wód to wskaźniki określające stan jakościowy wód. Wyróżnia się wskaźniki: fizyczno-chemiczne, chemiczne i biologiczne.

-fizyczno-chemiczne: temperatura, zapach, smak, mętność, przezroczystość, barwa

-chemiczne: odczyn wody, utlenialność, twardość, zasadowość, kwasowość, ilość związków azotu i fosforu, chlorków, siarczanów, żelaza, rozpuszczonego tlenu, ChZT, CO₂, metali ciężkich

-biologiczne- miano Coli, wskaźniki okrzemkowe, wskaźniki saprobowości, BZT, ilość chlorofilu a

Znać różnice pomiędzy wodą powierzchniową a podziemną

Woda powierzchniowa	Woda podziemna
rozpuszczone sole, - zawiesiny, - koloidy, - organizmy żywe, - związki organiczne naturalne i antropogeniczne, - związki refrakcyjne (trudno podatne na procesy biochemicznego rozkładu). zmienny skład fizyczno-chemiczny - różnorodność substancji. - duża ilością organizmów wodnych, - zmienna temperatura w ciągu roku.	obecność agresywnego dwutlenku węgla, - obecność żelaza i manganu, - ustabilizowany skład, - prawie stała temperatura w ciągu roku, - wody te są na ogół pewne pod względem bakteriologicznym.

Układy:

1. Woda powierzchniowa

Sedymentacja wstępna (gdy woda jest b. mętna lub zawiera zawiesiny łatwo opadające) → korekta zasadowości → Komora szybkiego mieszania -> komora wolnego mieszania -> osadnik -> filtry pospieszne piaskowe -> ozonowanie -> filtry pospieszne węglowe (lub węglowe zasiedlone mikroorganizami-> dezynfekcja -> magazynowanie wody

1. Woda podziemna

- Fe w połączeniach nieorganicznych:

↑ osad

w.s → odkwaszanie (napowietrzanie) → sedymentacja → odżelazianie odmanganianie →dezynf.

↑ chemiczne ↑ filtracja

wiązanie CO₂ ↑

↑utlenianie chem

- gdy odkwaszenie nie wystarczy, wiąże się CO₂ chemicznie,

- gdy żelaza < 5 g/m³ nie ma sedymentacji

- utlenianie chemiczne jest wtedy gdy mimo odkwaszenia i napowietrzania pozostają substancje zredukowane (Fe(II), azot amonowy) i gdy nie ma wcześniej odkwaszania metoda fizyczną

- filtracja pospieszna przez złoże wpracowane do usuwania manganu (tutaj mangan jest utleniany) i odżelazianie

- dezynfekcja

- Fe w połączeniach organicznych:

odkwaszanie (napowietrzanie) →koagulacja ( usuwanie Fe+zw.org) →wiązanie agresywnego CO₂ →utlenianie chemiczne (usuwanie manganu) → filtracja pospieszna (przede wszystkim usuwanie Mn a także pozostałego Fe) →dezynfekcja (czasami sorpcja lub filtracja na węglu aktywnym)

(Napowietrzanie -> osadnik -> filtry pospieszne wpracowane -> ozonowanie -> filtry pospieszne węglowe -> dezynfekcja -> magazynowanie wody) lepszy układ wyżej

1. Metody dezynfekcji

Celem dezynfekcji wody jest zniszczenie żywych i przetrwalnikowych form organizmów patogennych oraz zapobieżenie ich wtórnemu rozwojowi w sieci wodociągowej. Dezynfekcja powoduje:

- destrukcję komórek

- zakłócenie procesów metabolicznych,

- zakłócenie biosyntezy i wzrostu.

Wyróżnia się metody fizyczne i chemiczne. Metody fizyczne to:

-gotowanie- zniszczenie organizmów przez wpływ na nie wysokiej temperatury

-pasteryzacja- podgrzewanie w celu zahamowania wzrostu lub zniszczenia drobnoustrojów chorobotwórczych

-promieniowanie UV- czynnikami wpływającymi na skuteczność procesu jest: rodzaj mikroorganizmów, ich odporność na przenikanie energii ultrafioletu do wnętrza komórki

-ultradźwięki- powodują mechaniczne zniszczenie mikroorganizmów, niskie natężenia powodują pobudzenie wzrostu bakterii, wysokie ich zniszczenie

Metody chemiczne polegają na dodawaniu do wody dezynfektantów: dwutlenku chloru, chloru, ozonu, podchlorynu sodu.

Siła utleniania (malejąco);

O₃ > ClO₂ > Cl₂ > Br₂ > I₂

Siła utleniająca nie jest równoznaczna z siłą bakteriobójczą (malejąco):

Ozon > dwutlenek chloru> chlor wolny> chloraminy

Z kolei czas efektywnego działania dezynfekującego jest jeszcze inny (malejąco):

Chloraminy > dwutlenek chloru > wolny chlor > ozon

Metody fizyczne są lepsze niż chemiczne, ponieważ odkwaszają i natleniają. Metody chemiczne można stosować jeżeli wcześniej nie stosowano metod fizycznych.

1. Zasada procesu koagulacji i stosowane urządzenia

Koagulacja polega na łączeniu się cząstek w większe grupy.

Stosuje się do usuwania z wody cząstek o rozdrobnieniu koloidalnym. Powoduje destabilizację i agregację cząstek koloidalnych organicznych i nieorganicznych, które jako duże aglomeraty usuwane są w procesach sedymentacji/flotacji i filtracji. Proces ten pozwala na zmniejszenie przede wszystkim intensywności barwy i mętności wody. Przy okazji mogą być usunięte mikrozanieczyszczenia. Wyróżnia się 2 fazy:

-destabilizacja- zaczyna się od razu po dodaniu koagulanta, obejmuje reakcje chemiczne i fizyczne oddziaływanie pomiędzy wodą a cząsteczką, trwa około 3 min, zachodzi w komorze szybkiego mieszania; destabilizację koloidów powodują jony i produkty hydrolizy koagulantu

-flokulacja- polega na łączeniu się zdestabilizowanych cząstek, trwa 15-30min, zachodzi w komorze wolnego mieszania; powstają kłaczki, które są usuwane procesach sedymentacji/flotacji i filtracji.

URZĄDZENIA (w zależności od typu koagulacji)

- objętościowa – stosowana gdy woda charakteryzuje się duża zmiennością zanieczyszczenia, komory wolnego i szybkiego mieszania;

- kontaktowa – przebiega w komorach szybkiego mieszania oraz osadnikach kontaktowych w warstwie osadu zawieszonego , stosuje się gdy poziom zanieczyszczeń jest stały;

- w złożach filtracyjnych – mieszacz statyczny (dysza) powoduje mieszanie wody z koagulantem w rurociągu, gdy nie ma komory szybkiego mieszania, stosuje się gdy stężenie zawiesin w wodzie dopływającej łącznie z zawiesinami, które powstaną < 150 g/m³

4) Mechanizm usuwania Fe i Mn z wody podziemnej

a) mangan

Odmanganianie polega na utlenianiu Mn²⁺ do Mn⁴⁺ i wytrąceniu w postaci MnO_2..

Trudno jest utlenić mangan tlenem dlatego wykorzystuje się złoża wpracowane (Mn⁴⁺):

- MnO₂ posiada zdolność sorpcyjną w stosunku do metali, w tym Mn(II) – jest to sorpcja katalityczna:

- MnO₂ spełnia rolę utleniacza jonów Mn(II) do Mn(III), które utleniają się tlenem do Mn(IV) i wytrącają z wody jako MnO₂xH₂O – katalityczne utlenianie

usunięty mangan wytraca się na złożu i katalizuje utlenianie kolejnych ilości Mn(II).

Odmanganianie zachodzi w dwóch etapach: na złożu i utlenianie. Azot amonowy utrudnia usuwanie manganu, ponieważ utlenia się do azotu azotynowego (w odmanganianiu przeszkadzają związki zredukowane)

2. żelazo

odżelazianie polega na utlenieniu Fe²⁺ do Fe³⁺ (należy napowietrzać ) i usunięciu wodorotlenku żelaza w procesie sedymentacji i filtracji pospiesznej. Efekt odżelaziania zależy od pH. Żelazo występuje w połączeniach nieorganicznych (łatwiej usuwane, polega na utlenieniu Fe²⁺ do Fe³⁺ i usunięciu wodorotlenku żelaza), organicznych (trzeba stosować koagulację solami glinu lub wapnem, wykorzystuje się np. neutralizację ujemnych kompleksów żelaza ze zw. organicznymi przez jony Al(III)).

Metoda usuwania żelaza zależy od formy występowania:

- żelazo jako Fe(HCO₃)₂

napowietrzanie → sedymentacja (dużo Fe(OH)₃)→ odżelazianie (filtracja pospieszna) →dezynfekcja

- żelazo jako FeSO₄

Jw. z alkalizacją w celu neutralizacji H₂SO₄

napowietrzanie → alkalizacja→ sedymentacja (dużo Fe(OH)₃)→ odżelazianie (filtracja pospieszna) →dezynfekcja

5. Wskaźniki jakości ścieków bytowo-gospodarczych i kryteria podatności zanieczyszczeń na rozkład biochemiczny

Do wskaźników tych należą:

-odczyn pH - ilość jonów wodorowych w ściekach

-BZT- ilość tlenu zużywanego przez mikroorganizmy do utlenienia substancji organicznych zawartych w ściekach w określonym czasie

-ChZT i utlenialność - ilość tlenu zużytego na utlenienie substancji organicznych w reakcji chemicznej z dwuchromianm potasu (ChZT) lub nadmanganianem potasu (utlenialność)

OWO – najlepszy miernik ilości substancji organicznych w ściekach – wygodny i dokładny, ale nie informuje o podatności ścieków na rozkład biologiczny. OWO określa zawartość węgla w związkach organicznych.

-zawiesiny ogólne - ilość zanieczyszczeń, które można oddzielić od ścieków; są miarą całkowitej ilości zanieczyszczeń w postaci stałej

-sucha pozostałość- ilość zanieczyszczeń, które pozostają po wysuszeniu ich w temperaturze 105 stopni

-substancje rozpuszczone-ilość zanieczyszczeń rozpuszczonych w ściekach

- związki azotu – znajomość form azotu może pomóc przy ocenie jakości ścieków i przebiegu procesów oczyszczania i samooczyszczania (azot organiczny, azot amonowy, azotany i azotyny)

- związki fosforu – surowe ścieki miejskie zawierają fosfor w postaci ortofosforanów, polifosforanów i fosforu organicznego.

Stosunek ChZT/BZT₅ jest wskaźnikiem udziału związków organicznych podatnych na rozkład biologiczny – w ściekach komunalnych ChZT/BZT₅ = 1,5-2,5, natomiast w ściekach przemysłowych jest większy od 2,5. Przyjmuje się, że wartość , 1,8 wskazuje na podatność substancji na rozkład biochemiczny.

6) Biologiczne oczyszczanie ścieków - parametry procesów

Biologiczne (ściślej: biochemiczne) oczyszczanie ścieków to wszystkie procesy, w których do usuwania zanieczyszczeń wykorzystuje się drobnoustroje. Jest to naśladownictwo procesów występujących w przyrodzie, ale odpowiednio zintensyfikowane.

Zachodzi w:

- komorach napowietrzania z osadem czynnym

- na złożach biologicznych

- stawach biologicznych.

Mechanizm biologicznego oczyszczania polega na:

- utlenieniu części związków organicznych przez bakterie heterotroficzne,

- wiązaniu części związków organicznych w biomasie mikroorganizmów prowadzących proces.

Osad czynny

- proces polega na napowietrzaniu ścieków wraz z osadem w specjalnych komorach, a następnie oddzieleniu osadu od oczyszczonych ścieków w osadnikach wtórnych. Osad czynny jest skupiskiem kłaczków mikroorganizmów wodnych (bakterii i pierwotniaków) rozwijających się intensywnie w warunkach podaży tlenu u substratów, a także skupiskiem frakcji martwych.

PODSTAWOWE PARAMETRY PROCESU OSADU CZYNNEGO:

- stężenie osadu czynnego w KOCZ = 2000-5000 g sm/m³

- wiek osadu – decyduje o efektach pracy osadu czynnego, wynosi 1-100 d, gdy jest > 40 d, to osad jest stabilny biologicznie, dla długich wieków osadu możliwe jest prowadzenie przemiany związków azotowych z azotu amonowego do azotanów,

- obciążenie osadu ładunkiem zanieczyszczeń, określa ilość zanieczyszczeń organicznych doprowadzanych do KOCZ w jednostce czasu na jednostkę masy osadu; dla osadu niskoobciążonego = 0.2-0.6 g BZT₅/g sm d; dla osadu wysokoobciążonego = 0.4-1.5 g BZT₅/g sm d.

- czas przetrzymania ścieków w KOCZ – wynosi od kilku do kilkudziesięciu godzin,

- obciążenie komory ładunkiem zanieczyszczeń - określa ilość zanieczyszczeń organicznych doprowadzanych do KOCZ w jednostce czasu w przeliczeniu na jednostkę objętości komory 1 dm³.

KONIECZNIE ZNAĆ POJĘCIA NITRYFIKACJA I DENITRYFIKACJA!!!

7) Nowoczesne układy technologiczne do zintensyfikowanego usuwania N i P (mechanizmy usuwania N i P) ze ścieków

a) usuwanie azotu

układ z wydzieloną komorą denitryfikacji- komora denitryfikacji może być po komorze nitryfikacji. Źródłem azotanów w komorze denitryfikacji są ścieki po nitryfikacji , które po oddzieleniu od osadu czynnego trafiają do komory denitryfikacji; konieczność dawkowania metanolu (jako źródła węgla) do komory denitryfikacji – układ drogi, rzadko stosowany.

Układ z denitryfikacją wstępną - komora denitryfikacji znajduje się na początku układu; ścieki zawierają dużo łatwo przyswajalnego węgla potrzebnego bakteriom denitryfikacyjnym, ale potrzebna jest wewnętrzna recyrkulacja ścieków z komory napowietrzania

Układ z denitryfikacją symultaniczną – procesy tlenowe i beztlenowe odbywają się w tym samym reaktorze; w zależności od stężenia tlenu w komorze w kłaczkach osadu zachodzą procesy nitryfikacji lub denitryfikacji; prowadzi się ten proces np. w rowach cyrkulacyjnych.

b) Usuwanie fosforu – defosfatacja biologiczna

System A/O- do komory beztlenowej trafiają ścieki, które zawierają substraty organiczne (produkty fermentacji np. kwasy lotne są konieczne), które są przyswajane przez bakterie fosforowe. Jednocześnie bakterie fosforowe w strefie beztlenowej uwalniają fosfor. Następnie ścieki trafiają do komory tlenowej, gdzie następuje synteza nowych komórek a fosfor jest pobierany przez bakterie fosforowe. Fosfor usuwany jest ze ścieków w postaci osadu nadmiernego. Azotany w strefie beztlenowej przeszkadzają biologicznej defosfatacji.

2. Usuwanie azotu i fosforu

system A2/O - polega na wprowadzeniu między komorę beztlenową i tlenową - komory atoksycznej (stężenie tlenu <0,5 mg/dm³), która zapewnia denitryfikację – bakterie są zmuszone do wykorzystywania tlenu zawartego w azotanach w ściekach recyrkulowanych z komory napowietrzania. Zachodzi też eliminacja fosforu ze względu na kolejność komora beztlenowa, atoksyczna i tlenowa;

system Bardenpho - wbudowanie drugiej komory anoksycznej, po komorze tlenowej w celu dodatkowej denitryfikacji azotanów po komorze tlenowej, ostatnia komora tlenowa służy do usuwania azotu z oczyszczonych ścieków i zapobiega uwalnianiu się fosforu z biomasy w osadniku wtórnym

system UCT - powracający osad czynny jest kierowany do tej części komory anoksycznej, do której nie recyrkuluje się azotanów z komory tlenowej. Azotany zawarte w powracającym osadzie redukowane są w tej części komory do azotu gazowego. Do drugiej części komory anoksycznej doprowadzone są ścieki z komory tlenowej z azotanami, które są konwerowane do azotu gazowego. Taki układ rozwiązuje problem azotanów w beztlenowej komorze defosfatacji.

8) Metody przeróbki i unieszkodliwiania osadów

Rodzaje osadów:

Ścieki:

- wstępne – z osadników wstępnych,

- osady chemiczne – z osadników pokoagulacyjnych,

- osady biologiczne – z osadników wtórnych powstałe w wyniku wzrostu biomasy

Woda:

- wstępne – z osadników wstępnych,

- chemiczne – pokoagulacyjne, po procesach strącania chemicznego, zmiękczania chemicznego, wodorotlenku żelazowego po usuwania żelaza.

Przeróbka osadów obejmuje procesy:

- mechaniczne - odwadnianie i zagęszczanie

- fizyko-chemiczne - stabilizacja i fermentacja

- termiczne - suszenie i spalanie

Zagęszczanie osadu ma na celu zmniejszenie jego uwodnienia. Może być: grawitacyjne, flotacyjne lub mechaniczne. Zagęszczanie grawitacyjne może być samorzutne (w osadnikach, odstojnikach) lub może być prowadzone w zagęszczaczach. Zagęszczanie flotacyjne stosuje się, gdy osady nie nadają się do zagęszczania grawitacyjnego (np. zawierają dużo mikroorganizmów). Czynnikiem flotacyjnym jest zazwyczaj powietrze. Zagęszczanie mechaniczne może być prowadzone na mikrositach bębnowych, w których osad jest odcedzany lub na zagęszczaczach taśmowych (woda przesącza się przez tkaninę).

Stabilizacja osadu polega na zlikwidowaniu jego zdolności do zagniwania oraz unieszkodliwieniu organizmów chorobotwórczych. Może być:

- biologiczna – tlenowa, beztlenowa(fermentacja metanowa), kompostowanie,

- chemiczna - wapnowanie osadu (higienizacja)

- termiczna – termokondycjonowanie, mokre spalanie, piroliza, spalanie

Tlenowa stabilizacja osadu - rozkład substancji organicznych zawartych w osadzie w obecności tlenu, realizowany w reaktorach o długim czasie zatrzymania osadu (wydzielonych lub symultanicznie) Osad jest ustabilizowany, gdy efekt utlenienia wynosi 50%. Metoda stosowana do osadu nadmiernego w procesie osadu czynnego.

Beztlenowa stabilizacja osadu (fermentacja metanowa) – polega na biochemicznym rozkładzie substancji organicznych przez bakterie metanowe. Przebiega w trzech fazach:

- I bakterie hydrolityczne za pomocą enzymów zewnątrzkomórkowych rozkładają nierozpuszczalne związki organiczne (białka, tłuszcze) do związków rozpuszczalnych (kwasy tłuszczowe, alkohole),

- II tzw. fermentacja kwaśna; bakterie kwasowe rozkładają związki rozpuszczone w wodzie w lotne kwasy organiczne (kwas octowy i kwas propinowy) oraz CO₂ i H₂,

- III tzw. fermentacja metanowa; metabolity fermentacji kwaśnej są substratem dla bakterii metanowych heterotroficznych (kwas octowy) oraz autotroficznych (CO₂ i H₂); produkty fermentacji: metan, dwutlenek węgla i woda.

W zależności od temperatury jest fermentacja: psychrofilowa < 20^oC , mezofilowa 30-38 ^oC i termofitowa 45-58 ^oC.

Stabilizacja chemiczna - polega na mieszaniu osadu z reagentami chemicznymi (np. wapno w postaci CaO lub Ca(OH)₂). W wyniku wzrostu temperatury i pH następuje niszczenie organizmów chorobotwórczych (higienizacja osadu).

Odwadnianie osadu – to dalsze oddzielenie fazy stałej osadu od cieczy osadowej po procesie stabilizacji tak by stężenie suchej masy wzrosło od 5-10% sm do 15-40% sm.

Odwadnianie metodami naturalnymi zachodzi na poletkach lub lagunach osadowych.

Odwadnianie mechaniczne powoduje usunięcie wody wolnej i kapilarnej. Prowadzi się w:

- wirówkach sedymentacyjnych, gdzie działa siła odśrodkowa,

- w prasach taśmowych – osad wprowadzany jest pomiędzy dwie taśmy poruszające się między wałkami wygniatającymi wodę z osadu,

- prasach komorowych lub filtracyjnych – osad wprowadzany jest do komór ograniczonych ramami z rozpięta tkaniną filtracyjną.

- w filtrach próżniowych (dotyczy osadów z ZUW) – optymalne uwodnienie osadu kierowanego do filtrów 91-93%

Osad odwodniony po higienizacji może być wykorzystany rolniczo.

Suszeniu poddaje się osady komunalne surowe i ustabilizowane. Jest to proces wieloetapowy

Spalanie osadów to utlenianie na mokro – proces utleniania związków organicznych lub nieorganicznych pod wysokim ciśnieniem i w wysokiej temperaturze.

Kompostowanie – naturalna metoda unieszkodliwiania i zagospodrowania odpadów. Wymagane jest zapewnienie odpowiedniej wilgotności, odpowiedniego stopnia napowietrzania i temperatury.

Unieszkodliwianie osadu polega na:

-zmniejszeniu jego zagniwalności- stabilizacja

-zmniejszenie jego masy i objętości- odwadnianie i suszenie

-zabiciu organizmów chorobotwórczych- higienizacja

-wywiezieniu z terenu oczyszczalni

9)utlenianie w układach oczyszczania wód (gdzie się prowadzi i w jakim celu)

Utlenianie stosowane jest w celu:

- utlenienia substancji powodujących barwę, smak i zapach wody,

- utlenienia jonów Fe(II), Mn(II), siarkowodoru i siarczków,

- utlenienia syntetycznych zanieczyszczeń organicznych i prekursorów chlorowych pochodnych związków organicznych,

- dezynfekcji wody i niszczenia mikroorganizmów obecnych w wodzie,

- wspomagania koagulacji, zwłaszcza flokulacji.

Utlenianie może być prowadzone na początku procesu oczyszczania wody, przed adsorpcją i jako dezynfekcja.

Najczęściej stosowane utleniacze to: chlor, ozon, dwutlenek chloru i nadmanganian potasu. Wszystkie utleniacze nie są obojętne dla jakości wody, gdyż zwiększają ryzyko powstawania wtórnych zanieczyszczeń (chlorowych pochodnych związków organicznych lub nie w pełni utlenionych związków organicznych). Utlenianie to ostateczność – powinno być stosowane po innych procesach oczyszczania. Po utlenianiu chemicznym powinna być zastosowana sorpcja.

10) zasada i cel procesu filtracji

Filtracja polega na przepuszczeniu zanieczyszczonej wody przez złoże filtracyjne, na którym zatrzymają się zanieczyszczenia o średnicy większej od średnicy porów. W procesie filtracji usuwane są zawiesiny, proces zachodzi w filtrach. Najczęściej występującymi rodzajami filtracji są filtracja pospieszna i powolna. Poza tym filtry mogą być: : grawitacyjne i ciśnieniowe, otwarte i zamknięte, jedno- i wielowarstwowe.

Materiał filtracyjny: piasek kwarcowy, węgiel antracytowy, granulowany węgiel aktywny, materiały spiekane, grys marmurowy, dolomit.

Filtracja pospieszna: prędkość filtracji około 5-25, przepływ z góry na dół i z dołu do góry, , mogą być koagulanty, czas kontaktu krótki, powierzchnia mała

Stosowanie do:

- usuwania zawiesin naturalnych lub po procesie koagulacji lub zmiękczania przez strącanie,

- usuwania zw. żelaza i manganu

-przyspieszania procesu koagulacji i zatrzymywania produktów koagulacji w filtrach kontaktowych,

- sorbowania zw. wielkocząsteczkowych i/lub filtrowania przez filtry z warstwą węgla aktywnego

Filtracja powolna: prędkość filtracji 0,1-0,3 m/h, przypływ z góry do dołu, czas kontaktu długi, powierzchnia duża,

- stosuje się po sedymentacji lub sedymentacji i filtracji pośpiesznej

- nie wolno przed filtrami powolnymi dawkować do wody substancji chemicznych,

- cykl filtracji długi – od 1 do 6 miesięcy

- w złożu rozwijają się bakterie saprofityczne tworząc błonę biologiczną, procesy biochemiczne w złożu są podobne do procesów samooczyszczania wód,

- brak płukania, tylko usuwanie górnej warstwy piasku 2-4 cm

- efekty: duża skuteczność usuwania bakterii, 95% obniżenie mętności, 60% obniżenie utlenialności, barwa i glony gorzej usuwane,

Filtry powolne zwane też filtrami biologicznymi, zachodzą w nich procesy fizyczne i biologiczne,

W czasie pracy filtru zwiększa się ilość materiału zakumulowanego, rosną straty ciśnienia i pogarsza się jakość filtratu.

Filtry jako urządzenia wielofunkcyjne (procesy flokulacji, sedymentacji i filtracji):

Filtry pospieszne kontaktowe – dawkowanie koagulantu do komory szybkiego mieszania tuż przed filtrem lub bezpośrednio do wody, przepływ od dołu do góry, prędkość filtracji mała 3-6 m/h, szybsza flokulacja, mniejsze dawki koagulantów

Filtracja bezpośrednia - woda z koagulantem kierowana jest bezpośrednio na filtr (bez komory flokulacji i osadników) - obniżenie kosztów o 20-30%, mniejsza ilość osadów, konieczność stosowania polielektrolitów by wzmocnić kłaczki, większa częstotliwość płukania, woda powinna być niezbyt zanieczyszczona.

11) podstawowy proces adsorpcji wraz z charakterystyką technologiczną

Polega na usunięciu resztek substancji organicznych o małym stężeniu, prowadzona aż do momentu, gdy stężenie zanieczyszczenia we wnętrzu sorbentu będzie w równowadze ze stężeniem zanieczyszczenia na zewnątrz sorbentu. Sorpcja zachodzi po filtracji.

ADSORPCJA (najczęściej na węglu aktywnym) stosowana jest do usuwania specyficznych, rozpuszczonych związków organicznych (najczęściej refrakcyjnych), które nawet w ilościach śladowych są uciążliwe dla odbiorcy wody.

ADSORBAT – cząstki usuwane w procesie adsorpcji

ADSORBENT – materiał porowaty wiążący usuwane zanieczyszczenia na swojej powierzchni

ADSORPCJA – zjawisko powierzchniowe

ABSORPCJA – wnikanie w samo ziarno węgla

Adsorpcję stosuje się:

- gdy w układzie jest utlenianie chemiczne, które daje UPD, UPD usuwa się w procesie adsorpcji,

- w celu usunięcia niepożądanego smaku i zapachu (woda zeutrofizowana)

Rodzaje węgli:

• węgiel aktywny w postaci ziarnistej (Z) stosowany w układach przepływowych,

• węgiel aktywny w postaci granulowanej (GWA, GAC) stosowany w układach przepływowych,

• węgiel aktywny w postaci pylistej (PWA, PAC) stosowany w układach porcjowych

SKUTECZNOŚĆ I PRZYDATNOŚĆ WĘGLI AKTYWNYCH zależy od:

• pojemności adsorpcyjnej,

• wielkości powierzchni właściwej,

• wielkości porów i ich rozkładu,

• natury powierzchni i uziarnienia,

• wytrzymałości na ścieranie i kruszenie,

• rodzaju surowca (węgiel drzewny, antracyt, półkoks, węgiel brunatny, trociny, łupiny itp.)

KONKURENCYJNOŚĆ w ADSORBOWANIU SIĘ RÓZNYCH ZWIĄZKÓW NA WĘGLU:

- alkohole gorzej, humusy lepiej, WWW, detergenty –róznie

Gdy pojemność sorpcyjna się wyczerpie to węgle regeneruje się (kosztowne):

- suszenie,

- piroliza,

- aktywacja.

BAF – biologicznie aktywny węgiel aktywny

To złoże zasiedlone mikroorganizmami, w złożu tym zachodzi adsorpcja i biodegradacja (jak w rzece)

- przed BAF dodaje się ozon w celu przekształcenia niebiodegradowalnych substancji w biodegradowalne,

- po BAF jest biologiczna aktywność (konieczna dezynfekcja),

12) zasada wymiany jonowej i miejsce procesu w układach oczyszczania wody

Proces stosuje się w celu całkowitego lub częściowego usunięcia z wody substancji rozpuszczonych, kationów i anionów. Parametry, które określają przebieg wymiany jonowej to: skład fizyko-chemiczny, stężenie elektrolitu, budowa jonitu. Wymieniaczami są: kationity- wymieniają kationy, anionity- wymieniają aniony. Kationy mają charakter kwasów i ich soli, aniony charakter zasad i ich soli.

Wymiana jonowa jest stosowana:

- do celów energetycznych (zmiękczanie, demineralizacja , odsalanie)

- do usuwania fosforanów i azotanów,

- do usuwania azotu amonowego, metali i radionuklidów,

- usuwania zanieczyszczeń organicznych.

ZWRÓCIĆ UWAGĘ NA UKŁADY (sekwencje jonitów)

Właściwości jonitów:

- pęcznienie –wywołane jest dyfuzją wody w głąb struktury jonitu, decyduje o ruchliwości jonów a więc o szybkości wymiany jonowej;

- selektywność – wybiórcza wymiana danego przeciwjonu w obecności innych przeciwjonów,

- zdolność wymienna jonitu – określa ilość miligramorównoważników wymienianych przeciwjonów na jednostkę masy lub objętości jonitu.

Czynniki wpływające na przebieg wymiany jonowej:

- budowa jonitów – powinna być taka by jony ruchliwe i przeciwjony mogły swobodnie dyfundować,

- rodzaj grup funkcyjnych – w zależności od pH różny jest stopień dysocjacji tych grup

- rodzaj wymienianych jonów - ich wielkość i ładunek elektryczny maja wpływ na efekty procesu

- stężenie jonów w oczyszczanej wodzie,

- obecność domieszek w oczyszczanej wodzie – jony żelaza i manganu blokują grupy funkcyjne, wodorowęglany wapnia i magnezu mogą się wytrącać w złożu

Pełny cykl pracy jonitów obejmuje:

• czas pracy użytecznej do punktu przebicia (jego długość zależy przede wszystkim od zdolności wymiennej jonitu, stężenia jonów wymienianych);

• regenerację złoża , która obejmuje:

spulchnianie złoża, czyli przeciwprądowe płukanie złoża,

regenerację właściwą, czyli przywrócenie zużytemu złożu pierwotnej zdolności wymiennej,

- płukanie złoża wodą uzdatnioną w celu usunięcia pozostałego czynnika regenerującego.

13) procesy membranowe (ciśnieniowe i elektromembranowe)

a) ciśnieniowe

-mikrofiltracja- Separacja cząstek (np. bakterie, wirusy), Niskie ciśnienie transmembranowe <0,2 MPa, wykorzystywana do: fermentacji, odzyskiwania biomasy

-ultrafiltracja- Separacja substancji wielkocząsteczkowych i koloidalnych (np. białka), Niskie ciśnienie transmembranowe 0,1-1,0 MPa, wykorzystywana do zagęszczania cząstek stałych i substancji rozpuszczonych

-nanofiltracja- Separacja jonów wielowartościowych oraz związków organicznych o masie molowej > 300, Ciśnienie transmembranowe wynosi 0,5-2,0 MPa, wykorzystywana do: odsalania, odbarwiania,

-odwrócona osmoza- Separacja substancji małocząsteczkowych (np. sole), Wysokie ciśnienie transmembranowe 1,0-6,0 MPa, stosowane do odsalania, przygotowanie wody do celów przemysłowych

b)elektromembranowe

-elektrodializa- proces, podczas którego jony są transportowane przez półprzepuszczalne membrany jonowymienne pod wpływem działania potencjału elektrycznego. Stosowana do : odsalania i celów przemysłowych

-elektrodializa odwracalna- odmiana konwencjonalnej ED polegająca na okresowej zamianie biegunowości elektrod , co powoduje odwrotną migrację jonów, w efekcie możliwe jest obniżanie stężenia jonów w komorze koncentratu co zapobiega wytrącaniu kamienia membranowego.

-elektrodejonizacja- połączenie elektrodializy i wymiany jonowej, stosowana do demineralizacji wody, przemysł chemiczny, kosmetyczny i elektroniczny.

14) procesy demineralizacji i zmiękczania wody

Demineralizacja polega na usunięciu z wody wszystkich kationów i anionów pochodzących z rozpuszczonych w wodzie soli. Częściowe usuwanie jonów nazywane jest odsalaniem. Może być realizowana na drodze: odwróconej osmozy i wymiany jonowej, elektrodializy odwracalnej, elektrodejonizacji, metod termicznych (destylacji, wymrażania). Proces całkowitego usuwania soli z wody jest stosowany przede wszystkim do zasilania kotłów wysokoprężnych. Demineralizację wody stosuje się także w wielu zakładach chemicznych, w elektrowniach atomowych, zakładach farmaceutycznych, spożywczych i innych.

Znane i stosowane metody demineralizacji i odsalania to:

• metody termiczne

destylacja - metoda demineralizacji polegająca na odparowaniu wody, a następnie kondensacji pary. Jest to proces stosowany coraz rzadziej w uzdatnianiu wody dodatkowej dla kotłów wysokoprężnych, gdyż produkowany destylat zawiera znaczną ilość wolnego i związanego CO₂, amoniaku, krzemianów.

wymrażanie - metoda odsalania polegająca na kolejnych etapach krystalizacji lodu. W wyniku tego procesu otrzymuje się lód o strukturze gąbczastej ze znaczną zawartością soli. Stopień odsolenia zależy od ilości etapów krystalizacji.

• elektrodializa - metoda odsalania polegająca selektywnej migracji jonów przez membrany jonowymienne w wyniku różnic potencjału elektrycznego. W procesie otrzymuje się roztwór zubożony w jony (diluat) oraz roztwór zatężony (solanka).Elektrodializę najczęściej stosuje się do odsalania wód słonawych i zatężania wód morskich.

• odwrócona osmoza - metoda odsalania (czasami nawet demineralizacji), której podstawą jest zjawisko osmozy (transport rozpuszczalnika przez membranę półprzepuszczalną). Odwrócona osmoza pozwala na oddzielenie rozpuszczalnika (wody) od substancji rozpuszczonych (soli) w wyniku działania na membranę ciśnienia przekraczającego wartość ciśnienia osmotycznego roztworu (ciśnienie robocze 1-10 MPa). Główna dziedzina wykorzystania RO to odsalanie wód słonawych i morskich, zarówno w celu produkcji wody do picia, jak i wody do celów przemysłowych (zasilanie kotłów parowych, produkcja wody ultraczystej dla przemysłu elektronicznego lub farmaceutycznego).

• wymiana jonowa - stosując wymieniacze jonowe można wodę częściowo (odsalanie) lub całkowicie (demineralizacja) pozbawić soli. Demineralizację wody zapewnia układ składający się z procesu dekationizacji (na kationitach) i deanionizacji (na anionitach). W zależności od jakości wody surowej i wymagań wody zdemineralizowanej dobiera się takie jonity, które zapewniają optymalne efekty technologiczne. Wymiana jonowa znalazła przede wszystkim zastosowanie w przemyśle energetycznym do zasilania kotłów wysokoprężnych, a także w zakładach chemicznych, farmaceutycznych, spożywczych. Najprostszym układem demineralizującym wodę są dwa wymienniki zawierające kolejno silnie kwasowy kationit i silnie zasadowy anionit, dodatkowo stosuje się odgazowywacz CO₂ (przed anionitem).

Zmiękczanie wody polega na usunięciu z wody związków powodujących twardość wody, tzn. kationów Ca²⁺ i Mg²⁺ . Zmiękczanie wody może być dokonywane poprzez strącanie (metody termiczne lub chemiczne) bądź z zastosowaniem procesów wymiany jonowej. Również nanofiltracja jest przydatna do zmiękczania wody.

Może odbywać się metodami: destylacji, dekarbonizacji. Stosuje się najczęściej kiedy woda ma być wykorzystana na cele przemysłowe

Wymiana jonowa:

W zależności od wymaganego stopnia zmniejszenia twardości wody oraz rodzaju usuwanej twardości stosuje się wymianę jonową:

• w cyklu wodorowym na kationitach słabo kwasowych - usuwanie twardości węglanowej,

• w cyklu sodowym lub wodorowym na kationitach silnie kwasowych - usuwanie twardości węglanowej i niewęglanowej,

Metody strąceniowe:

- termiczne (np. dekarbonizacja na gorąco)

- chemiczne (np. dekarbonizacja wapnem, metoda wapienno-sodowa, metoda ług sodowy-soda, zmiękczanie fosforanami),

15) usuwanie związków biogennych z wody i ścieków

Związki biogenne to azot i fosfor.

Fosfor jest usuwany przez:

- strącanie chemiczne – koagulantami są sole żelazawe, żelazowe i glinowe oraz wapno. Koagulant może być dodawany do ścieków w jednym z trzech punktów procesu oczyszczania:

· do ścieków surowych – fosforany usuwane są wówczas w osadnikach wstępnych. Rozwiązanie to może być niekorzystne przy dalszym, biologicznym oczyszczaniu ścieków, ponieważ może brakować fosforu do prawidłowego rozwoju mikroorganizmów;

· do komór osadu czynnego (tzw. symultaniczne strącanie PO₄^3-) – wytrącone fosforany usuwane są w osadniku wtórnym wraz z osadem. Wadą tej metody może być wtórne uwalnianie fosforanów w procesie fermentacji osadów i ich przechodzenie do cieczy nadosadowej;

· po procesie biologicznym (trzeci stopień oczyszczania ścieków) – fosforany usuwane są w osadnikach pokoagulacyjnych.

- systemem A/O

- w połączeniu z usuwaniem azotu (systemy: A2/O, system UCY, system Bardenpho)

Azot jest usuwany:

-metodami biologicznymi:

- nitryfikacja, denitryfikacja (azotany)

- systemem z wydzieloną, wstępną komorą denitryfikacji

-w połączeniu z usuwaniem fosforu (systemy: A2/O, system UCY, system Bardenpho)

- w złożu biologicznym zasiedlonym denitryfikantami (azotany z wody): konieczne jest doprowadzenie węgla organicznego (metanol, kwas octowy) i fosforanów; po denitryfikacji stosuje się napowietrzanie i filtrację w celu usunięcia zw. żelaza i manganu oraz sorpcję na węglu aktywnym.

- metodami membranowymi (azotany z wody):

- odwrócona osmoza, elektrodializa

- metodą wymiany jonowej (azotany z wody)

- na anionitach silnie zasadowych w cyklu chlorkowym lub wodorowęglanowym,

- na anionitach słabo zasadowych przy kwaśnym odczynie.

Siarczany przeszkadzają w skutecznej wymianie jonowej azotanów.

Usuwanie azotu amonowego z wody

- napowietrzanie i filtracja (wody podziemne)

- chlorowanie do punktu przełamania (duże dawki chloru, niebezpieczeństwo pojawienia się chlorowanych związków organicznych, konieczność dechloracji), przemiana NH₄⁺ do N₂

- utlenianie chlorem lub ozonem w złożu węglowym,

- wymiana jonowa na klinoptylolicie (poza jonami NH₄⁺ usuwane są tez inne jony, problem unieszkodliwiania roztworów poregeneracyjnych),

- nitryfikacja na złożach z węglem aktywnym (konieczność długiego wpracowania złoża w obecności tlenu), przemiana NH₄⁺ do NO₃^-

- sucha filtracja – przepływ wody przez nie zatopione złoże filtracyjne (piaskowe lub węglowe) zasiedlone bakteriami nitryfikacyjnymi, przemiana NH₄⁺ do NO₃^-, napowietrzanie przeciw lub współprądowe, wymagana obecność fosforanów, długi czas wpracowania.

Usuwanie azotu amonowego ze ścieków metodą fizyczną:

- odpędzanie amoniaku w wieżach polega na przeprowadzeniu azotu amonowego, który w ściekach występuje w postaci kationu amonowego (NH₄⁺ ) w amoniak gazowy i usunięciu go do atmosfery, poprzez przedmuchanie powietrzem zalkalizowanych ścieków. Etap tenrealizowany jest w wieżach przez dawkowanie wapna w postaci mleka wapiennego lub wody wapiennej. Wymagany odczyn, przy którym 100% azotu amonowego występuje w postaci amoniaku, zależy od temperatury ścieków. W przypadku niskich temperatur (około 0^oC) odczyn pH wynosi 13, zaś w temperaturze około 40 ^oC odczyn pH równa się 10.

Efektywność odpędzania amoniaku w wieżach zależy od następujących parametrów:

· odczynu ścieków

· temperatury

· stosunku powietrza do cieczy.

· obciążenia hydraulicznego

· wypełnienia.