1. Koagulacja- W procesie odnowy wody koagulacje stosuje się przede wszystkich w celu usunięcia zanieczyszczeń koloidalnych oraz zawiesin. Usuwana jest jednocześnie mętność oraz związki organiczne mierzone takimi wskaźnikami jak BZT₅, ChZT i OWO. Koagulacje można prowadzić za pomocą:

• Koagulantów konwencjonalnych- sole glinu i żelaza. Jednak ich wadą jest to, ze spowoduje one zasolenie oraz zakwaszenie, a tym samym zwiększą się koszty odnowy wody.

• Wapno- Wapno jest zdecydowanie lepszym koagulantem.

• Koagulacja wapnem utożsamiana jest ze strącaniem chemicznym , ze względu na to, że po dodaniu CaO zachodzi wytrącanie są trudno rozpuszczalnych fosforanów.

• Oczywiście nastąpi destabilizacja ładunków, ale jest to naprawde mało znaczące

• Pod wpływem koagulacji wodorowęglany i węglany przechodzą w wodorotlenki. Wytrąca się CaCO₃, zachodzi proces dekarbonizacji( czyli wytrącania się węglanu wapnia, usuwanie twardości węglanowej) jeśli będziemy dalej dodawali CaO to wytrąci się nam Mg(OH)₂, a więc usuniemy również twardość niewęglanową.

• Wytrącanie się CaCO₃ oraz Mg(OH)₂ niesie za sobą kolejne korzyści. Otóż są one doskonałymi sorbentami innych zanieczyszczeń. Podczas wytrącania tych związków są w nie wbudowywane inne zanieczyszczenia.

• Co usuniemy dzięki koagulacji wapnem:

- fosforany,

- koloidy,

-mętność,

-metale ciężkie ( w zależności od rodzaju metalu),

- częściowo rozpuszczone substancje organiczne,

- nastąpi również przejście NH₄⁺ w NH₃,

- nastąpi częściowa dezynfekcja ponieważ mikroorganizmy nie lubią środowiska alkalicznego.

• Dawkowanie: w zależności od pH ścieków podczas koagulacji ustalana będzie dawka wapna:

- koagulacja małymi dawkami CaO do ph~ 10,5

-koagulacja dużymi dawkami CaO do pH > 11 (10,5)

• Jeśli zależy nam bardzo na wytrąceniu fosforanów to musimy prowadzić koagulacje dużymi dawkami wapna. Wtedy też zagwarantujemy sobie przejscie NH₄⁺ w NH₃ oraz wytrącimy również Mg(OH)₂, który ma bardzo dobre i duże właściwości sorpcyjne (destabilizuje koloidy, usunie mętność). Małe dawki wapna może i będą tańsze ale efekty będą gorsze.

• Dawka CaO będzie zależała od:

- ilości anionów fosforanowych

-zasadowości- im większa zasadowość tym większa dawka wapnia

• Niestety ten proces jak każdy Inny ma też swoje wady:

- nadmierna alkalizacja, nie możemy tego tak zostawić, bo coś się nam powytrąca potem w instalacji i wszystko zniszczy, zapcha. Dlatego aby przywrócić równagę węglanowo-wapniową po procesie koagulacji musimy zastosować proces rekarbonizacji.

• Sposób prowadzenia koagulacji wapnem:

- w złożu kontaktowym (zalecane)

- w wersji objętościowej (możliwa, ale rzadko stosowana)

- w złożu filtracyjnym ( niezalecana- za dużo jest zawiesin, złoże nam się zapcha i upsi filtr przestanie działać, trzeba płukać, a to wszystko kosztuje)

1. Rekarbonizacja- jest to przywrócenie wodzie równowagi węglanowo-wapniowej i równoczesne obniżenie wartości pH. A proces ten polega na nasycaniu wody gazowym dwutlenkiem węgla. Rekarbonizacja może być 1 lub 2 stopniowa. Miejsce rekarbonizacji w układzie odnowy wody zależy od sposobu usuwania azotu amonowego. Jeśli jest on usuwany jako amoniak to rekarbonizacja może być dopiero po desorpcji gazowego amoniaku. Jeśli natomiast amoniak usuwany jest w procesie wymiany jonowej lub przez procesy membranowe to rekarbonizację można stosować przed tymi procesami.

1. Rekarbonizacja jednostopniowa

Ca(OH)₂ +  CO₂ → Ca(HCO₃)₂

• Powstający wodorowęglan wapnia jest związkiem dobrze rozpuszczalnym i głównym składnikiem zasadowości.

• Podczas rekarbonizacji jednostopniowej osiągniemy równowagę węglanowo-wapniową, ale nie mamy gwarancji, ze nie wzrośnie nam zasolenie.

1. Rekarbonizacja dwustopniowa

1 Ca(OH)₂ +  CO₂ → CaCO₃ ↓ + H₂O  , pH ∼ 9, 3

2CaCO₃ + CO₂ + H₂O → Ca(HCO₃)₂ ,  pH st.r.w − w

1- CO₂ jest dawkowane do osiągnięcia pH ok. 9,3, jest to granica minimalnej rozpuszczalności węglanu wapnia

2- po oddzieleniu osadu węglanu wapnia w osadniku dalej dodajemy CO₂, by ten CaCO₃, który nie został usunięty podczas sedymentacji przeprowadzić w formę Ca(HCO₃)₂.pH obniża nam się do około 7-7,5

• Usunięte zostanie też zasolenie ( w przeciwieństwie do rekarbonizacji jednostopniowej)

1. Rekarbonizacja jednostopniowa vs Rekarbonizacja dwustopniowa

WADY	ZALETY
Rekarbonizacja jednostopniowa
-brak odsalania, można nawet zwiększyć zasolenie -nie można odzyskać reagentów -można za dużo obniżyć pH i zakwasić
Rekarbonizacja dwustopniowa
- bardziej skomplikowany układ -większe koszty inwestycyjne -nieco większe koszty eksploatacyjne

• Warto tutaj wspomnieć jeszcze o sedymentacji i flotacji

• Sedymentacja- to proces opadania cząstek pod własnym ciężarem. Warunkiem jest to, że cząstka musi mieć gęstość większą od gęstości wody. Sedymentacja zależy od:

-gęstości

-stężenia zawiesin

-czasu sedymentacji

-prędkości przepływu odnawianej wody przez osadnik

Sedymentacja stosujemy po koagulacji i po pierwszym stopniu rekarbonizacji (w przypadku stosowania rekarbonizacji dwustopniowej)

• Flotacja- stosujemy ten proces jeśli gęstość cząstek jest mniejsza niż gęstość wody. Farfocle pływają nam na wierzchu. Rozróżniamy:

- flotacje samoistną- np. tłuszcze samoistnie plywają na powierzchni

- flotację ciśnieniową- Uzyskuje się rozdział faz w wyniku wytworzenia aglomeratów. Następuje sprężanie i rozprężanie gazu, tworzą się pęcherzyki powietrza, które wyłapują zanieczyszczenia.

-flotacja niskociśnieniowa

-elktrofiltracja

-Odmianą flotacji jest wypienianie, które działa na zasadzie puszczania baniek, na dnie znajduje się ruszt napowietrzający, następuje wypienianie i co ma się wypienić to się wypieni.

Podczas flotacji powstaje flota, który jest odpadem. Jeśli flotacja odbywa się bez zraszania, to piana polewany jest koks , a następnie jest spalany. Jeśli natomiast flotacja obywa się ze zraszaniem, to piana jest gaszona wodą, alb ściekami i powstaje bardzo zagęszczony ściek . PROBLEM

1. Filtracja

!!!PAMIĘTAJ!!!: W układach odnowy wody należy stosować ZAWSZE złoża wielowarstwowe, ponieważ maja one większa pojemność na zanieczyszczenia, a co za tym idzie rzadziej wymagane jest płukanie złóż i tym samym zmniejszają się koszty procesu.

• Należy pamiętać o odpowiednim dobraniu średnicy ziaren złoża i odpowiednim rozwarstwieniu złóż

Prędkość sedymentacji ziaren górnej warstwy <prędkość sedymentacji ziaren dolnej warstwy

• Intensywność płukania: jeśli się płucze to ze względu na najcięższe złoże. Płucze się złoże jeśli pogarsza się jakość filtracji albo straty ciśnienia zbliżają się do wartości dopuszczalnej

• Kiedy stosujemy filtracje:

- po sedymentacji i koagulacji

-po II st. rekarbonizacji

-przed procesami sorpcji, wymiany jonowej

-przed procesami membranowymi

• Podczas filtracji usuwamy zawiesiny oraz przy okazji obniżamy zawartość BZT₅, ChZT i PO₄ w zawiesinie

• Czasami filtracja może stanowić podstawowy proces w układzie OW, jeśli jednocześnie na filtrach przeprowadzana jest koagulacja.

1. Sorpcja na węglu aktywnym

• Usuwamy substancje organiczne

• Raczej nie stosuje się pylistego węgla aktywnego, dawki wtedy musiałyby być ogromne . Jeśli już stosujemy to na początku układu

• Przed procesem sorpcji zaleca się stosowanie anionitów szeroko porowatych bo są łatwiejsze w regeneracji niż węgiel aktywny

• Węgiel aktywny poddajemy koniecznie regeneracji bo grozi nam desorpcja

• Sorpcje na węglu aktywnym stosujemy gdy:

- następny proces stanowi deanionizacja. Substancje organiczne bardzo lubią jonity i zniszczą je

- jako czynnik dezynfekujący stosujemy chlor, ponieważ powstaną nam wtedy chlorowane związki organiczne, których nie lubimy

- odbiorca wymaga wody niezawierającej związków organicznych

1. Odsalanie

!!!PAMIĘTAJ!!! Demineralizacja to NIE JEST odsalanie

Demineralizacja- Całkowite usuniecie jonów. Odbywa się za pomocą destylacji, wymiany jonowej i odwróconej osmozy. Dobór metody zalezy od ogólnej zawartości soli oraz zapotrzebowania w wodę.

Odsalanie- Usunięcie jonów do określonego stężenia.

• Odsalanie stosujemy na końcu układu, przed dezynfekcją.

• Stopień odsolenia dyktuje odbiorca

• Przed właściwym procesem odsalania należy stosować wszystkie możliwe tańsze procesy w celu jak największego zmniejszenia zasolenia.

• Jest to proces bardzo drogi ( czasem aż nie warto )

• Metody odsalania:

• DESTYLACJA- nie stosuje się w układach OW, ponieważ raz, że jest droga, a dwa, nie jest pewna jakościowo

• WYMIANA JONOWA- obejmuje ona dekationizacje (usuwanie kationów) i deanionizacje ( usuwanie anionów). Jest to metoda droga , ponieważ duże są koszty regeneracji, a przy dużej ilość zanieczyszczeń zdolność jonowymienna szybko się zmniejsza

• PROCESY MEMBRANOWE- najczęściej do odsalanie wykorzystuje się odwróconą osmozę i nanofiltracje. Dobre efekty można również osiągnąć przez elektrodializę , niestety jest to proces drogi i opłacalny gdy chcemy odzyskać z wody/ścieków coś cennego( np. złoto ze ścieków ).

• Stosowanie w zależności od zasolenia

• Jeżeli zasolenie <1000 g/m³ to WYMIANA JONOWA

• Jeżeli zasolenie >1000 g/m³ to:

-CHEMICZNE METODY STRĄCENIOWE (ale wtedy trzeba zastosować rekarbonizacje 2stoponiową w celu usunięcia osadu)+ WYMIANA JONOWA

-PROCESY MEMBRANOWE

-CHEMICZNE METODY STRĄCENIOWE+ PROCESY MEMBRANOWE

-PROCESY MEMBRANOWE (o odpowiedniej skuteczności)+WYMIANA JONOWA

-CHEMICZNE METODY STRĄCENIOWE+ PROCESY MEMBRANOWE+ WYMIANA JONOWA

1. Istota procesu wymiany jonowej

• Wymiana jonowa: Val na Val!!!. Val zostaje usunięty i Val przejdzie do wody

• W celu: odsolenia, usunięcia PO₄^3-

• Stosujemy:

• Kationity- usuwają kationy

• Anionity- usuwają aniony

• Anionity:

• Pracują w cyklu chlorkowym bądź wodorotlenkowym

• SŁABO ZASADOWE: wymieniają tylko aniony MOCNYCH KWASÓW i skuteczne są tylko w środowisku kwaśnym. Pracują w cyklu OH^-.

• SILNIE ZASADOWE: wymieniają aniony WSZYSTKICH KWASÓW i są skuteczne w zakresie pH do 10, szczególnie w przypadku anionitu pracującego w cyklu chlorkowym bo gdy pH>10 to dużo jest tych OH^- i przeszkadzają w wymianie. Te anionitu mogą pracować zarówno w cyklu chlorkowym jak i wodorotlenkowym.

• Kationity:

• Pracują w cyklu sodowym bądź wodorowym

• SŁABO KWAŚNE: wymieniają kationy pochodzące z soli SŁABYCH KWASÓW. Są skuteczne przy pH obojętnym lub słabo zasadowym.

• SILNIE KWASNE: wymieniają kationy WSZYSTKICH KWASÓW, jak leci. Są skuteczne w pełnym zakresie pH. Ale droga jest regeneracja.

• Każdy jonit ma określoną charakterystykę. Producent podaje całkowitą zdolność jonowymienną czyli ilość vali wymienionych jonów przez jednostkę masy lub objętości danego jonitu do momentu uzyskania stężenia pozostałego równego stężeniu dopływającemu. Tłumacząc z polskiego na nasze tzn. że dany jonit usunie tyle jonów aż stężenie po wymianie jonowej = stężeniu przed wymianą.
  To podają, ale sami musimy sobie obliczyć roboczą zdolność jonowymienną .Jest ona mniejsza od całkowitej. Robocza zdolność jonowymienna to ilość jonów wymienionych przez jonit do mementu uzyskania założonego przez na stężenia.

• Świeży jonit usuwa wszystko .

• Proces: Usypuje złoże jonitowe, przepuszczam przez niego odnawianą wodę i następuje wymiana. Po usypaniu złoża należy go zregenerować tak na wszelki wypadek.

• Regeneracja jonitu- przywrócenie jonitowymi pierwotnej zdolności jonowymiennej. Czym regenerujemy? Zawsze wprowadzamy roztwór, który zawiera jon, w którym jonit ma pracować).

• Resztki środka regenerującego należy wypłukać. Kationity płuczemy wodą zdekationizowaną, a Anionity zdeanionizowaną (ŻEBY NIE BLOKOWAĆ JONITU).

• Spulchniamy Jonit wodą, płuczemy od dołu do góry. Powstają popłuczyny. Po spulchnianiu konieczna jest regeneracja, potem płukanie i praca .

• Na końcu w układzie stosujemy JONIT BUFOROWY, gdyby któryś z jonitów zawiódł to jest koło ratunkowe- złoze dwutonowe z silnie kwasnego kationity i silnie zasadowego anionitu, USUNĄ WSZYSTKO.

• Właściwości jonitów: pęcznienie, selektywność, zdolność jonowymienna

• W celu obniżenia kosztów eksploatacji stosuje się bardziej rozbudowane układy, jest to bardziej ekonomiczne.

1. Kationit słabo kwaśny w cyklu wodorowym. Usunięte zostaną kationy słabych kwasów.

2. Kationit silnie kwaśny w cyklu wodorowym. Usunięte zostaną kationach wszystkich kwasów. Mniejszy będzie jednak ładunek zanieczyszczeń na niego dopływających także i czas pracy będzie dłuższy

3. Anionit słabo zasadowy w cyklu wodorotlenkowym. Wymieni aniony mocnych kwasów.

4. Odgazowanie: usunięcie CO2 i innych gazów.

5. Anionit silnie zasadowy w cyklu wodorotlenkowym. Usuwa resztę

6. Jonit buforowy: Kationit silnie kwaśny i Anionit silnie zasadowy

• W przypadku gdy chcemy uzyskać wodę o średnim zasoleniu do odnawiana wodę wprowadzamy po wymianie jonowej do zbiornika uśredniającego zasolenie.

• Po procesie regeneracji jonitów powstają popłuczyny: kwaśne ( po kationitach), zasadowe(po anionitach). A na domiar złego są jeszcze zasolone .

1. Procesy membranowe

• Zasada działania: Na drodze przepływu wody znajduję się membrana, woda przepływa przez nią, a na jej powierzchni zatrzymują się zanieczyszczenia. W przypadku ELEKTRODIALIZY jest odwrotnie, to właśnie jony przepływają przez membranę.

• Głównie stosuje się membrany syntetyczne. Przy elektrodializie membrany muszą być jonowymienne ( albo przepuszczają Kt albo An). W przypadku membran selektywnych są one stosowane do usuwania konkretnych jonów, ale są drogie .

• Jakie procesy membranowe stosujemy do odsalania:

• Odwróconą osmozę

• Nanofiltrację

• Elektrodializę

Natomiast ULTRAFILTRACJA i MIKROFILTRACJA służą jako procesy osłonowe powyższych, mają zatrzymywać to co łatwiejsze do zatrzymania ( podczyszczenie)

• Dlaczego stosujemy procesy membranowe:

• Usuwają jony

• Duża elastyczność w jakości wody odsolonej

• Nie ma problemów z korozją

• Mogą być stosowane przy różnych wydajnościach

• Są łatwe w eksploatacji

• Mogą być eksploatowane w rożnej temp. otoczenia

• Nie zanieczyszczają powietrza atmosferycznego

• Wady:

• Są drogie

• NIEPRAWDĄ jest że nie powstają odpady!!! POWSTAJĄ zagęszczone koncentraty

• Zatykanie membran tzw. FOULING:

-biologiczny: na membranie zatrzymywaną się mikroorganizmy i namnażają się na niej

-chemiczny: strącają się cząstki i zatrzymują się n membranie

Aby uniknąć foulingu przed właściwym procesem membranowym stosujemy np.ultra czy mikrofiltracje aby usunąć większe cząstki

• Ważne parametry membran:

• WARTOŚĆ WSPÓŁCZYNNIKA ROZDZIELCZOŚCI: Cut-off: Określa najmniejszy wymiar substancji zatrzymywanych na membranie. Im większa tym gorsze efekty. Cut-off5 lepsze od cut-off50

• SIŁA NAPĘDOWA: W procesach membranowych ( oprócz elektrodializy) siłą napędową jest różnica ciśnień: najmniejsze ciśnienie mikrofiltracja-ultra-nano- OO. W przypadku elektrodializy siłą napędową jest różnica potencjału elektrycznego.

• Elektrodializa vs procesy ciśnieniowe

• ELEKTRODIALIZA- tylko wędrówka jonów

• PROCESY CIŚNIENIOWE- zatrzymanie organicznych i nieorganicznych zanieczyszczeń

• Membrany PŁUCZEMY, bo się nam zupełnie zablokują i KLAPA. Także gdy wydajność hydrauliczna zmienia się o 10% to regenerujemy. Płuczemy wodą, ale także chemikaliami.

• Odwrócona Osmoza

• Jest najlepszym ale i najdroższym procesem

• OSMOZA: Mamy naczynie ze stężonym i rozcieńczonym roztworem, które są przedzielone membraną. Woda przepływa z mniejszego do większego stężenia i rozcieńcza go w celu wyrównania stężeń do pewnego stopnia. Przykładamy ciśnienie hydrostatyczne, które zapobiega dalszemu przenikaniu

• ODWRÓCONA OSMOZA: Przyłożenie ciśnienia hydrostatyczne większego od ciśnienia osmotycznego. Przejście wody z roztworu bardziej stężonego do mniej. Im większe zasolenie tym większe będzie przykładane ciśnienie. Substancje zanieczyszczają i jony zatrzymają się na membranie. W komorze zatężanie powstanie koncentrat.

• Nanofiltracja: zasada ta sama co przy OO, ale usuwa większe substancje, jony o wartościowości 2 i więcej.

• Elektrodializa:

• Po pierwsze musi być różnica potencjału elektrycznego

• Katoda i Anoda, a pomiędzy nimi membrany, na przemian membrana kationo i anionowymienna. Kationy idą do katody, aniony do anody. Działanie: kation zdążają do katody natrafia na membranę anionowymienną następuje ugięcie.

• Na przemian komora rozcieńczania i zatężania

• Powstają koncentraty .

• Jest to metoda droga

• Zastosowanie ultrafiltracji i odwróconej osmozy- układy

UKŁAD I

Śc.biol.ocz.→filtracja (piasek)→UF (mało selekt.membrany)→UF (selekt.membrany)→OO

UKŁAD II

Śc.biol.ocz.→filtracja (piasek)→sorpcja (w.akt)→OO

1. Dezynfekcja

• Dezynfekujemy gdy:

• wymaga tego odpas przeznaczenie wody,

• jeżeli odnawiana woda będzie miała kontakt z człowiekiem,

• jeżeli przeznaczona będzie do celów rekreacyjnych,

• jeżeli przeznaczona będzie do nawadniania roślin spożywanych na surowo

• jeżeli przeznaczona będzie do nawadniania pastwisk

• jeżeli będzie rozdeszczona

• jeżeli wprowadzana będzie wprost do warstwy wodonośnej

• jeżeli stosowana będzie w przemyśle jako woda do chłodzenia, aby w chłodnicach nie kwitło nam życie

• Czym dezynfekujemy (zależy od przeznaczenia wody odnowionej):

• UV- ale woda musi być wtedy wprowadzana wprost do zbiornika ( max. 100-200 m) to efekt będzie widoczny i nic nie zaszkodzi rybkom, no bo jeśli powstaną nam chloraminy to wszystkiego najlepszego dla rybek. UV daj krótkotrwały efekt, jest dość uciążliwe.

• Chlor- trzeba uważać żeby nie było przy dezynfekcji związków organicznych bo powstaną nam chlorowane związki organiczne i nie będzie fajnie .

• Dwutlenek chloru: Silny utleniacz, jest bardzo silnym dezynfektantem, działa w szerokim zakresie pH, nie tworzy chloramin, tworzy uboczne produkty dezynfekcji: jony chlorynowe i chloranowe.

• Ozon- Dobry, ale nietrwały.

• Utlenianie chemiczne: rzadko stosowane. Stosuje się przed złożami węgla aktywnego aby związki niebiodegradowalne przeszły w biodegradowalne.

1. Gospodarka osadami i popłuczynami

• Gdzie o powstaje zależy od układu technologicznego:

1. ŚCIEKI:

• Ścieki z regeneracji jonitów

• Woda po płukaniu jonitów

• Ścieki z płukania membran

• Siarczan amonu z odpędzania amoniaku

• Popłuczyny z płukania urządzeń

1. OSADY:

• Osady z osadników

• Osady powstałe w wyniku zagęszczania popłuczyn

• Osady po chemicznym strącaniu

• Co się z tym robi:

• Popłuczyny poddaje się zagęszczaniu

• Ścieki zasolone ( KtNa, AnCL) dodaje się zawiązki które spowodują strącanie

• Ścieki kwaśne: płukanie kationity i neutralizacja do pH obojętnego

• Ścieki zasadowe: płukanie anionionitu i neutralizacja do pH obojętnego.

I kwaśne i zasadowe można zmieszać i same mogą się zneutralizować, ale zazwyczaj trzeba im trochę pomóc.

• Osady( po za CaCO₃)unieszkodliwiane poprzez zmniejszenie ich objętości. Osady są odwadniane w warunkach naturalnych (odstojniki) lub w warunkach mechanicznych ( w urządzeniach do mechanicznego odwadniania, jest to niestety droższe). Poprawić podatność osadów na odwadnianie można poprzez kondycjonowanie: chemiczne ( dodajemy polielektrolity, które skracają czas odwadniania osadu i poprawiają jego jakość) i termiczne ( osad zamrażamy, odmrażamy, zamrażamy itd.)

• Osad po koagulacji wapnem ma wartość nawozową, ale trzeba sprawdzić czy nie jest zanieczyszczony mikroorganizmami patogennymi.