Rodzaj i skala badań technologicznych.

• 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.

Wymienić i opisać sposoby usuwania azotu amonowego z wody podziemnej.

• Fizyko-chemicz

• Wymiana jonowa na naturalnym materiale- klinoptylolocie lub na syntetycznych kationitach

• Chlorowanie wody do p.p

• Chemisorbcja za pomocą KmnO4 lub na złożach o działaniu katalitycznym

  • Biochemiczna (nitryfikacja)

• Sucha filtracja na złozach piaskowych

• Filtry powolne i infiltracja

• Filtrowanie przez zloże z granulowanego węgla aktywnego

  • Napowietrzanie i filtracja- obniżają stężenie azotu amonowego o ok.

0,1*0,3 gn/m³

• Chlorowanie do punktu przełomu- w wyniku dodawania wzrastających ilości chloru do wody zachodzą następujące po sobie kolejno reakcje chloru ze związkami amonowymi. Podczas dodawania chloru wolnego początkowo zawartość użytecznego chloru wzrasta proporcjonalnie tw w wodzie chloroaminy. Następnie wraz ze wzrostem dawki chloru wolnego w wodzie następuje obniżenie zawartości użytecznego chloru i wówczas następuje niszczenie chloroamin, aż do tzw punktu przełamania. W tym punkcie zachodzi całkowity rozkład chloroamin do azotu gazowego. Przy dalszym dodawaniu chloru do wody jego ilość w wodzie wzrasta proporcjonalnie do stosowanej dawki i jest to chlor użyteczny wolny. Wymagana duża dawka chloru 7,6-10:1chloru do armaniaku ph=7,5 30 min. Biologiczna nitryfikacja na złożach z węgla aktywnego, możliwe jest utlenianie NH4 do NO³

• Po wypracowaniu złoża węglowego (20 dni) przy obecności tlenu rozpuszczonego w ilości 4,57 go₂/gn_NH₄ i przy udziale Nitrosomonas, Nitrbacter

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.

Dodane do oczyszczania wody koagulanty ulęgają dysocjacji, a następnie hydrolizie

Jednym z najczęściej używanych koloidów jest siarczan glinowy:

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.

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.

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

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.

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.

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.

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.

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.

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%

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)

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

   1. 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

1. ciśnieniowe, zamknięte- stalowe poziome lub pionowe

h=1-

D≤

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

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.

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.

Czynniki wpływające na cykl filtru pospiesznego.

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

• 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 (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

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.

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.

Podać typowe parametry technologiczne adsorpcji zanieczyszczeń wody na węglach aktywnych pylistym i granulowanym oraz wymienić i opisać czynniki wpływające na skuteczność adsorpcji.

Wymienić czynniki i wyjaśnić ich wpływ na straty ciśnienia oraz długość filtracji wody na filtrach pospiesznych.

Opisać podstawowe cechy wód infiltracyjnych, powierzchniowych i podziemnych.

1)Podział wód naturalnych-charakterystyczne cechy. Wody naturalne to wody biorące udział w kołowym obiegu wody w przyrodzie: wody opadowe; Wody opadowe zawierają w swym składzie gazy głównie CO₂ i O₂. Wody te mają nieco obniżone pH (konsekwencje posiadanie CO₂ ). CO₂ + H₂O=H⁺ + HCO₃^- =H⁺ + CO₃² pH=6,0 do 6,5 wody opadowe mogą być zanieczyszczone mechanicznie pyłami i chemicznie poprzez gazy SO₂ i NO_x. Obecność tych związków zwiększa zakwaszenie i powoduje powstawanie kwaśnych deszczy(pH= 4do5). wody powierzchniowe ich główną cechą jest barwa ( od żółtej do brunatnej) wywołana jest dużą ilością zw. humusowych. Są najczęściej wodami zanieczyszczonymi. Odznaczają się obecnością zawiesin ( zanieczyszczenia mech). Brak związków żelaza i manganu. Zmienności odczynu w skali roku wynika z obecności CO₂, który wiosną i latem jest asymilowany przez rośliny. Na₂CO₃+ 2H₂O= 2Na⁺ +2OH^- + H₂O + 2 CO₂ wody podziemne. Charakteryzują się obecnością zw. Fe i Mn, są wodami bezbarwnymi poza szczególnymi przypadkami np. kobalt w poziomach geolog.Związek pomiędzy zanieczyszczeniami a zasoleniem zależy od głębokości.Im głębiej tym wody bardziej zasolone i mniej zanieczyszczone

2.Procesy kształtujące skład wód podziemnych. Wody podziemne charakteryzują się raczej stałym składem chemicznym. Ten skład kształtują procesy hydrogeochemiczne; pewien wpływ mają także procesy fizyczne i biologiczne /głównie biochemiczne/.Do procesów tych należą:*utlenianie i redukcja *ługowanie skał *hydratacja i hydroliza *wietrzenie /rozkład minerałów skały pod działaniem wody/*sorpcja, desorpcja, wymiana jonowa i procesy membranowe *migracja /dyspersja/ *procesy biochemiczne /i biologiczne/.Poza wymienionymi procesami udział w kształtowaniu chemizmu wód podziemnych ma mieszanie się różnego typ wód.

3.Czynniki kształtujące skład wód powierzchniowych.*budowa geologiczna zlewni /rodzaj minerałów przenikających do wody/*topografia zlewni /kierunki przepływu wód/*procesy wietrzenia i rozpuszczania minerałów budujących zlewnię*procesy fizyczne i chemiczne zachodzące w środowisku wodnym*prędkość i natężenie przepływu wody- wymiana między substancjami występującymi w wodzie a znajdującymi się na dnie rzek oraz zbiorników wodnych*wielkość powierzchni kontaktu wody z powietrzem atmosferycznym*mieszanie się wód o różnym składzie*rodzaj organizmów wodnych i aktywność przemian biologicznych*warunki atmosferyczne /temperatura, wielkość opadów/*rodzaj działalności prowadzonej na zlewni /decyduje o rodzaju/ i ilości zanieczyszczeń doprowadzanych do wód powierzchniowych/*rodzaj obiektów hydrotechnicznych i stopień regulacji rzeki*sposób użytkowania wód*głębokość zbiorników wodnych i ich położenie w stosunku do źródeł emisji zanieczyszczeń.Ilość czynników wskazuje, że jakość wód powierzchniowych zależy od wielu parametrów, które zmieniają się w czasie zarówno co do rodzaju i ilości. Konsekwencją tego jest bardzo skomplikowany mechanizm kształtowania się składu wód powierzchniowych.

4.Zabiegi i procesy uzdatniania wódProcesy stosowane do uzdatniania wody można podzielić na: fizyczne, chemiczne i biologiczne.*napowietrzanie i odpędzanie gazów *koagulacja *sedymentacja, flotacja *filtracja.*wymiana jonowa *chemiczne strącanie *sorpcja na węglu aktywnym *utlenianie chemiczne procesy membranowe *dezynfekcja *infiltracja

5. Równowaga węglanowo-wapniowa – Reakcja, formy występowania CO₂, znaczenie dla kształtowania składu wód.Wolny CO₂ w wodach podziemnych występuje w postaci rozpuszczonej i H₂CO₃. Część tego wolnego CO₂ /cały wolny oznaczamy CO_2w/ jest niezbędna do utrzymania w wodzie rozpuszczonego Ca(HCO₃) ₂ i tworzy w ten sposób równowagę węglanowo – wapniową zgodnie z równaniem: Ca(HCO₃) ₂↔CaCO₃+H₂O+CO₂ta część CO_2w , która bierze udział w reakcji nazywa się dwutlenkiem węgla równowagi węglanowo – wapniowej lub przynależnym / CO_2p/. Pozostała ilość dwutlenku wolnego, to dwutlenek węgla agresywny:/CO_2a = CO_2w - CO_2p /.Dwutlenek węgla odgrywa bardzo ważną rolę w kształtowaniu chemizmu wód podziemnych. Intensyfikuje rozpuszczanie, przez wodę, wielu minerałów i jest źródłem jonów, Wody zawierające agresywny dwutlenek węgla rozpuszczają CaCO₃ do osiągnięcia stanu równowagi węglanowo – wapniowej; nadmiar CO_2a powoduje korozję metali i betonu. Natomiast w przypadku zbyt małej ilości dwutlenku węgla wolnego / CO_2w<CO_2p /ma miejsce wytrącanie CaCO₃co powoduje twardość węglanową i tworzenie się kamienia kotłowego.

6. Pojęcie sedymentacji swobodnej i skrępowanej.Ze względu na warunki hydrauliczne /wodne/ sedymentację /opadanie/ można wyróżnić jako:opadanie swobodne – każda cząstka opada oddzielnie nie oddziałując na cząstki sąsiednie i nie zmieniając właściwości fizycznych. Takie opadanie zachodzi przy małej liczbie cząstek i w przypadku zawiesin ziarnistych.opadanie skrępowane /czyli nie swobodne, gdy prawa rządzące swobodnym opadaniem cząstki są zakłócone/ - cząstki nawzajem oddziałują na siebie. Wyróżniamy opadanie skrępowane: skupione i skupione zakłócone opadanie skrępowane skupione zjawisko to występuje przy znacznym zagęszczeniu cząstekopadanie skupione zakłócone -dla zawiesin ziarnistych /takich, które nie tworzą aglomeratów

7. Siły działające na cząstkę swobodnie opadającą w cieczy – parametry opisujące charakter ruchu.

Głównym parametrem opisującym ruch cząstki jest jej prędkość opadania „v_c”.Siła ciężkości „G” działająca na cząstkę w wodzie jest wypadkową ciężaru cząstki /działa w dół/i siły wyporu działającej na cząstkę/działa do góry/..

Siła oporu wody /ośrodka ciekłego/ „R” tj. siła przeciwstawiająca się ruchowi cząstki /działa do góry/.Siła oporu „R” jest funkcją m. in. prędkości opadania cząstki „v_c”. Po pewnym czasie, następuje równowaga pomiędzy siłą oporu i siłą ciężkości, czyli:„G”= „R” i z tej równości możemy wyznaczyć prędkość opadania cząstki „v_c”.

8.Rodzaje flotacji.Flotacja gazowa składa się z trzech zasadniczych faz:wytworzenie pęcherzyków gazu w objętości oczyszczonej wody,aglomeracja /łączenie się/ cząstek stałych z pęcherzykami gazu,separacja powstałych aglomeratówFlotację dzieli się na: ciśnieniową, bezciśnieniową i elektroflotację - w zależności od stosowanej metody wytwarzania pęcherzyków powietrza /gazu/.flotacja ciśnieniowa – polega na rozprężaniu układu woda-powietrze - w ten sposób następuje wydzielanie pęcherzyków powietrza z wody. Flotacja ciśnieniowa nazywana jest flotacją powietrzem rozpuszczonym.flotacja bezciśnieniowa – do oczyszczanej wody /bez zmiany jej ciśnienia/ wprowadza się pęcherzyki powietrza za pomocą urządzeń do napowietrzania /np. dyfuzory/.

elekktroflotacja – źródłem pęcherzyków gazu jest elektroliza wody, w wyniku której na katodzie wydziela się wodór a na anodzie tlen. W technologii wody najczęściej stosowana jest flotacja ciśnieniowa powietrzem rozpuszczonym.

9.Układy technologiczne do procesu flotacji.Procesy flotacji można prowadzić w następujących układach technologicznych:bez recyrkulacji wody – woda surowa /lub po wcześniejszych procesach oczyszczania np. koagulacja, flokulacja/ pompowana jest do ciśnieniowego zbiornika saturacji a następne przepływa do komory flotacjiZ komory flotacji odprowadzana jest woda oczyszczona i flotat.z recyrkulacją wody - – cała woda surowa /lub po wcześniejszych procesach oczyszczania np. koagulacja, flokulacja/ kierowana jest do komory flotacji. Następnie, po przejściu przez komorę flotacji, część oczyszczonej wody przepompowywana jest do ciśnieniowego zbiornika saturacji gdzie po sprężeniu i nasyceniu powietrzem recyrkulowana jest /wraca/ z powrotem do komory flotacji /i miesza się z wodą surową dopływającą do komory/.. Z komory flotacji odprowadzana jest woda oczyszczona i flotat.z częściowym napowietrzaniem strumienia doprowadzanej wody - woda surowa /lub po wcześniejszych procesach oczyszczania np. koagulacja, flokulacja/ częściowo kierowana jest bezpośrednio do komory flotacji a druga część pompowana jest do ciśnieniowego zbiornika saturacji skąd po sprężeniu i nasyceniu powietrzem doprowadzana jest do zbiornika flotacji gdzie miesza się z tą częścią wody, która doprowadzana jest do komory flotacji bezpośrednio. Z komory flotacji odprowadzana jest woda oczyszczona i flotat.

10. Sposoby wywoływania procesu koagulacji.*dodanie koloidu, o znaku przeciwnym do znaku koloidów obecnych w oczyszczanej wodzie*dodanie elektrolitu, który zmniejszy potencjał elektrokinetyczny i ułatwi aglomerację koloidów obecnych w wodzie*działanie promieniami β i γ*ogrzewanie*działanie mechaniczne np. wstrząsanie*dehydratację spowodowaną środkami odwadniającymi*wymrażanie

W oczyszczaniu wód praktyczne znaczenie mają dwie pierwsze metody, których wykorzystanie wymaga dodawania do oczyszczonej wody koloidów i elektrolitów. Jednak trudno jest stosować te metody oddzielnie.

W praktyce więc koagulację prowadzi się koagulantami, których produkty hydrolizy dają elektrolity i koloidy o znaku przeciwnym powodując w ten sposób koagulację /obydwoma metodami jednocześnie/.

11. Przebieg /fazy/ procesu koagulacji; wpływ stężenia elektrolitu na szybkość procesu.Koagulacja zoli zachodzi w dwóch fazach: zol /def/ – koloid, w którym fazą rozpraszającą jest ciecz a fazą rozproszoną-ciało stałe.

faza pierwsza – występuje bezpośrednio po dodaniu koagulantu i twa kilka sekund; zachodzą reakcje chemiczne i fizyczne prowadzące do destabilizacji cząstek koloidalnych,faza druga – trwa znacznie dłużej niż pierwsza, faza ta zwana jest flokulacją, w wyniku transportu i zderzeń cząstek zdestabilizowanych powstają kłaczki, które mogą być skutecznie suwane z wody w procesach sedymentacji, flotacji i filtracji. Flokulacja /def/ - kłaczkowanie, - powstawanie dużych skupisk cząsteczek w procesie koagulacji osadów.Kolejność procesu koagulacji: destabilizacja koloidów – tworzenie się niestabilnych kłaczków –transport i aglomeracja: powstają aglomeraty – częściowa deglomeracja: powstaje stan ustalony. Aby stosowany koagulant spowodował skuteczną koagulację, do oczyszczanej wody musi być dodana odpowiednia jego ilość. Jest to tzw. ilość progowaWpływ stężenia elektrolitu na szybkość procesu koagulacji. Szybkość koagulacji zależy od stężenia elektrolitu powstałego z hydrolizy koagulanta czyli zależy od ilości koagulanta dodanego do oczyszczanej wody. Szybkość ta zwiększa się wraz z ilością dodanego koagulanta /elektrolitu/. Zachodzi konieczność stosowania wymaganej /optymalnej/ dawki koagulanta. Stosowanie większej niż wymagana ilości koagulanta nie tylko, że nie poprawia efektów koagulacji, a wręcz powoduje powstanie stabilnego układu o jednym ładunku elektrycznym co hamuje koagulację.

12. Stosowane koagulanty i ich podstawowe własności.Podstawowe, ogólne, warunki jakim powinien odpowiadać koagulant: koagulant powinien dawać pewność możliwie szybkiego tworzenia trwałych, trudno rozpuszczalnych i łatwych do usuwania z wody kłaczków /podatność do sedymentacji/, powinien łatwo tworzyć chemicznie trwałe roztwory, łatwo dawkować się, być dostępny na rynku i nie być drogi.Najczęściej stosowane koagulanty w oczyszczaniu wody to sole glinu i sole żelaza. - siarczan glinowy: Al₂(SO₄) ₃ • 18H₂O- siarczan żelazowy:Fe₂ (SO₄) ₃ • 9H₂O- chlorek żelazowy:FeCl₃ • 6H₂O- glinian sodowy:Na₂Al₂O₄- siarczan glinowo potasowy: Al₂(SO₄) ₃ •K₂ SO₄ •24H₂O- siarczan żelazawy: Fe SO₄ • 7H₂O- spolimeryzowany chlorek glinowyNajczęściej stosowany jest siarczan glinowy. Sole żelaza mają cenę niższą od koagulantów glinowych. Najtańszy, ale mniej skuteczny jest siarczan żelazawy. Przydatność koagulanta do oczyszczania należy sprawdzić doświadczalnie dla konkretnej wody oceniając uzyskane, po zastosowaniu , parametry.

13. Polielektrolity – stosowalność, podział, mechanizm działania.Polielektrolity należą do substancji wspomagających koagulację. Niekiedy, polielektrolity liniowe, mogą być stosowane samodzielnie i wtedy spełniają rolę koagulanta a nie środka wspomagającego. W Polsce, do oczyszczania wód do celów komunalnych, nie stosuje się polielektrolitów jako koagulantów samodzielnych.Polielektrolity są wysokocząsteczkowymi polimerami organicznymi. naturalne – wytwarzane ze skrobi lub rzadziej z celulozysyntetyczne – uzyskuje się w wyniku polimeryzacji monomerów organicznych o niewysyconych wiązaniachStosowane ilości polielektrolitów wynoszą zwykle 0,1 – 1,0% dawki koagulanta podstawowego.Mechanizm działania polielektrolitów nie jest jeszcze dokładnie poznany. Generalnie polielektrolity powodują destabilizację usuwanych koloidów w wyniku neutralizacji ładunku oraz działając jako czynniki mostkujące i sieciujące powodują aglomerację i powstaw.trwałych kłaczków.

14. Rola zasadowości wody w procesie koagulacji.Do najważniejszych wskaźników decydujących o przebiegu i efektach koagulacji należy m. in. zasadowość wody.Dla właściwego przebiegu hydrolizy koagulantów niezbędna jest naturalna zasadowość wody. Gdy zasadowość jest za mała należy zwiększyć zasadowość dodając do wody przed koagulacją wapno lub inną zasadę. Jest rosnące zakwaszenie wód-zwiększania zasadowości.

15. Sposoby realizacji koagulacji.Koagulacja może być realizowana jako: objętościowa, kontaktowa i powierzchniowa.koagulacja objętościowa – pierwszym etapem jest: dodanie do oczyszczanej wody koagulanta, dokładne wymieszanie zapewniające jednorodność układu woda-koagulant /w komorach szybkiego mieszania czas mieszania 1 – 3min/ oraz hydroliza koagulanta. Drugim etapem koagulacji jest flokulacja, w której zachodzą zjawiska powstawania /. Ta faza procesu realizowana jest w komorach wolnego mieszania /flokulacji/. Powstałe kłaczki /aglomeraty/ usuwane są z układu.koagulacja kontaktowa - pierwszym etapem /tak jak w koagulacji objętościowej/ jest dodanie do oczyszczanej wody koagulanta, dokładne wymieszanie zapewniające jednorodność układu woda-koagulant /w komorach szybkiego mieszania-czas mieszania 1 – 3min./ oraz hydroliza koagulanta. Drugim etapem koagulacji jest flokulacja, w której zachodzą zjawiska powstawania aglomeratów. Ta faza procesu realizowana jest w osadnikach kontaktowych w warstwie osadu zawieszonego. Usuwana jest cześć powstałych aglomeratów, a reszta stanowi warstwę osadu zawieszonego. Dzięki kontaktowi oczyszczanej wody z osadem zawieszonym działa on w sposób katalizujący i sorpcyjny i uzyskuje się zmniejszenie wymaganej dawki koagulanta. Efekty koagulacji kontaktowej zależą także od prędkości przepływu wody przez warstwę osadu zawieszonego oraz wysokość tej warstwy.koagulacja powierzchniowa – realizowana jest w złożu filtrów pospiesznych /przy przepływie oczyszczanej wody przez złoże filtracyjne/. Produkty hydrolizy koagulantów powstają w oczyszczanej wodzie wypełniającej pory złoża oraz na powierzchni materiału filtracyjnego. Koagulant może być dodawany do wody, wcześniej do komór szybkiego mieszania lub bezpośrednio przed złożami filtracyjnymi co zapewnia lepsze efekty oczyszczania i eliminuje, z układu urządzeń, komory szybkiego mieszania. zalecana jest do oczyszczania wód o stałym i małym poziomie zaniecz.Wystarczają małe dawki koagulantów.

16. Zjawiska biorące udział w procesie filtracji./zachodzące w czasie transportu do ziarn złoża/cedzenie – zatrzymywane są głównie cząstki o wymiarach większych od średnicy porów sedymentacja – w jej wynik w złożu filtracyjnym usuwane są cząstki o gęstości większej od gęstości wody flokulacja – w jej wyniku następuje agregacja cząstek w porach złoża kohezja – wzajemne przyciąganie się cząsteczek tych samych zanieczyszczeń

adhezja – powierzchniowe łączenie się różnych zanieczyszczeń doprowadzonych do zetknięcia dyfuzja – dotyczy cząstek < 1 µm; odpowiednia koncentracja /stężenie/ tych cząsteczek w złożu wywołuje siły lepkości/decydujące o mechanizmie przyciągania/ adsorpcja – powierzchniowe wiązanie usuwanych cząstek z powierzchni ziarn złoża

oddziaływanie elektrostatyczne – wynika z potencjału elektrokinetycznego usuwanych cząstek i ziarn materiału filtracyjnego odrywanie cząstek zatrzymanych na powierzchni ziarn ,zmniejszenie się porowatości materiału filtracyjnego oraz wzrost straty ciśnienia filtracyjnego

17. 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

1 Podstawowy cel,rodzaje 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 ośiągniecie 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 badanie ma za zadanie określenie efektów uzyskiwanych w poszczególnych operacjach jednostkowych oraz sprawdzenia i skorygowania przyjętej wstępnej koncepcji technologicznej. Podstawowe badanie wykonuje się na modelach w skali laboratoryjnej lub ułamkowo-technicznej.Cechą badań prowadzonych w tych skalach jest otrzymywanie wyników jakościowych.Czynnik ilościowy jest ograniczony ze względu na dużą różnice skali modelów laboratoryjnych (bezprzepływowych) czy ułamkowo-technicznych(z okresowym lub stałym przepływem wody) a urządzeniami stosowanymi w technice.Wyniki badań podstawowych informują czy informacje z nich wystarczają do stosowania koncepcji procesu czy jednak potrzebne są b.uzupełniające.Badania uzupełniające prowadzi się zazwyczaj na modelach w skali półtechnicznej i pilotowej.Modele pracują w warunkach przepływowych.są bogato wyposażone w aparature kontrolno-pomiarową oraz stanowią zmniejszone moduły urządzeń technicznych (skala Półtechniczna).Często modele zestawia się w ciągi odpowiadające schematowi technologicznemu (skala pilotowa).Badanie uzupełniające pozwala uzyskać szczegółowe informacje o zakresie i przekroju zmienności parametrów technologicznych,o zużyciu energii elekt., materiałów pomocniczych oraz o ilóści i jakości odpadów,także o kontroli i automatyzacji procesu, wytycznych konstrukcji.Czyli ostatecznie przesądza o wyborze koncepcji technologicznej oraz dostarcza komplet informacji do zaprojektowania S.U.W. Prowadzenie badań w skali półtechnicznej i pilotowej jest długie i kosztowne w przypadku wód trudnych do uzdatniania.

2 Cechy wód powierzchniowych: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.Wacha 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.

3. cechy wód podziemnych.

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

4 Wady i zalety chloru,dawka chloru i ozonu.

Dezynfekcja chlorem:Wymaga wstępnego określenia dawki chloru i czasu jego kontaktu z wodą.Paramatry te zależą od poziomu skażenia bakteriologicznego i składu fizyko chemicznego wody. Chlorowania stosowane jeset w technologii uzdatniania wody w procesach dezynfekcji wody, usuwanie zapachu i smaku pochodzenia naturalnego, usuwanie związków azotu amonowego z wody, utlenianie Fe2+ i Mn2+ przy uzdatnianiu wód podziemnych, przy czym metode tę można stosować w wypadku wód pozbawionych lub o niskiej zwartości związków organicznych będących prekursorami chlorowanych zw.organicznych. Cl2+H2O-> HOCl+H⁺+Cl-. Kwas podchlorawy może dalej dysocjowac: HClOH++OCl-W przypadku reakcji chlorau z amoniakiem powstają chloraminy: NH3+Cl2-> NH2Cl+H++Cl- Wady- tworzenie THM,pogorszenie wasnoci organoleptycznych wody,zwłaszcza przy zbyt dużym nadmiarze w wodzie, efekt zalezy od PH(malej gdy PH rosnie),wchodzi w reakcje z Azotem Amonowym(chloraminy),tworzy uboczne efekty dezynfekcji o działaniu mutagennym i kancerogennym(THM-y,TOX i inne),agresywny w stosunku do metaliw stanie zawilgoconego gazu,wymaga zapewnienia odpowiedniej strefy ochronnej, a także odpowiednich warunków transportu, magazynowania oraz urządzeń do neutralizacji,wymaga utrzymania na stacji uzdatniania wyspecjalizowanej służby technicznej.Zalet- jest skuteczny,tani,trwaly,dobrze zabezpiecza prze wtornym zanieczyszczeniem, kontrola procesu dobrze opanowana, niskie koszty inwestycyjne i eksploatacyjne.Dezynfekcja Dwutlenkiem chloru – Wady:Ma właściwości wybuchowe i dlatego wytwarzany jest na miejscu zastosowania, wymagana jest scisla kontrola pracy generatora,urzadzenia musza być zabezpieczone przed korozja,tworzy uboczne produkty dezynfekcji(chlorany,chloryny)trudność z transportem i magazynowaniem.Zalety:wysoki efekt dezynfekcji w szerokim zakresie PH,poprawia własności organoleptyczne,niewchodzi w reakcje z azotem amonowym,nie tworzy THM,niskie kosztu inwestycyjne,dobre zabezpiecznie prze wtornym zanieczyszczeniem. Powsawanie: 2NaClO₂+Cl₂=>2ClO₂+2NaCl lub 6NaClO₂+4HCl->4ClO₂+6NaCl+2H₂O W środowisku alkaicznym często ulega reakcji dyspergowania: 2ClO₂+2OHClO₂^-+ClO₃^-+H₂O Dezynfekcja ozonem – Wady:Tworzy produkty uboczne(aldehydy,estry,alkany),niezabezpiecza przed wrotnym zanieczyszczeniem(ze względu na krótki czas rozpadu),urzadzenia musza być odporne na korozje,konieczność zainstalowania w jednej stacji uzdatniania wody urządzeń do kondycjonowania wykorzystywanego powietrza, wytwarzania ozonu z powietrza, mieszania ozonu z uzdatnioną wodą, drogi reagent.Zalety:niszczy bakterie i wirusy w szerokim zaresiePh,unieszkodliwia plankton, krotki czas kontaktu z woda(bardzo silny utleniacz),niszczy bakterie,poprawia własności organoleptyczne,niewchodzi w reakcje z azotem amonowym ,zautomatyzowany proces oczyszczania,poprawia przebieg koagulacji i flokulacji, reagent produkowany z powietrza (lub tlenu) na stacji uzdatniania wody, w związku z czym bark problemów związanych z magazynowaniem i transportem ozonu,

5 Wymienic i wyjaśnić wpływ parametrów technolog i właściwości wody na efektywność koagulacji prowadzonej różnymi sposobami:Koagulacja może być realizowana jako:a)objętościowa,b)Kontaktowa,c)powierzchniowa. Podczas koagulacji objętościowej i kontaktowej najpierw dodaje się do oczyszczanej wody koagulant, mieszając 3min następuje jednorodność układu woda oczyszczana-koagulant oraz hydroliza koagulantu.Drugim etapem jest flokulacja, w której powstają aglomeraty produktów dysocjacji i hydrolizy koagulanta z usuwalnymi zanieczyszczeniami.W koagulacji objętościowej faze tą realizuje się w komorach wolnego mieszania,w koagulacji kontaktowej w warstwie osadu zawieszonego.Koagulacja powierzchniowa realizowana jest w złożu filtrów pośpiesznych, przy przepływie oczyszczanej wody przez złoże filtracyjne w kierunku z góry na dół lub odwrotnie.Produkty hydrolizy koagulantów powstają w oczyszczanej wodzie wypełniając ośrodek porowaty oraz na powierzchni porów ziaren złoża.W koagulacji kontaktowej efekt oczyszczania zależy od następujących parametrów technologicznych)prędkośc przepływu wody przez warstwe osadu zawieszonego) wysokości tej warstwy.W koagulacji objętościowej kłaczki są usuwane z układu,w kontaktowej częściowo usuwane a częściowo pozostają w warstwie osadu.W koagulacji powierzchniowej efekt oczyszczania zależy od a)pojemności złoż filtracyjnych b)wysokości złoża c)prędkość filtracji d)uziarnienia materiału filtracyjnego.Dla wszystkich trzech sposobów bardzo istotne jest:-rodzaj koagulacji-dawka koagulantu-substancje wspomagające-czas mieszania.Na efekt koagulacji duzy wpływ ma czas flokulacji i gradient.Dawki koagulantów zależą od sposobu zanieczyszczenia wód.Koagulacja powierzchniowa zalecana jest do wód o ‘małym”i stałym zanieczyszczeniu.Wystarczaja wowoczas male dawki.Mieszanie musi być odpowiednie,zbyt dlugie i intensywne może zniszczyć kłaczki,zbyt wolne powoduje sedymentacje kłaczków już w komorach flokulacji.Tylko temperatura wody wpływa na wielkośc dawki koagulantu.W koagulacji objętościowej:czas flokulacji 6-30min,W koagulacji kontaktowej i powierzchniowej: czas flokulacji równy prędkości wody przez warstwy osadu oraz złoża filtracyjnego.Wpływ na efekt koagulacji decyduje skład fiz-chem wody:temp-pH-zasadowosc-sklad jonowy-zasolenie wody.W koagulacji objętościowej najlepsze efekty temp 25,5 st C Poniżej 5 st C hamuje się szybkośc hydrolizy.Temp wpływa na czas flokulacji,wielkość dawki koagulantu.Ujemny wpływ temp.wody można zmniejszyc korygując odczyn pH do optymalnej wartości.Mniejszy wpływ w koagulacji kontaktowej i powierzchniowej ma czas flokulacji,zmiana struktury kłaczków,ich penetracja w złożu,w wyniku skrocenia cyklu filtracji.

6 Opisac i zilustrować reakcjami chemizm koagulacji wody: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.Przebieg dysocjacji i hydrolizy soli glinu na przykładzie siarczanu glinowego: Al2(SO4)3 -> 2AL^3+ + 3SO4^2- (dysocjacja) 2AL3+ + 2H20 <=> 2Al(OH)^2+ + 2H^2 (1 st hydrolizy) 2AL(OH)^2+ + 2H2O <=> 2AL(OH)2^+ + 2H+ (2 st hydrolizy) 2AL(OH)2^+ + 2H2O <=> 2AL(OH)3 + 2H^+ (3 st hydrolizy) na koniec AL2(SO4)3 + 6H2o <=> 2AL(OH)3 + 6H^+ + 3SO4^2- 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. Ponieważ hydroliza jest procesem odwracalnym,a stopien hydrolizy wzrasta wraz ze wzrostem temp i pH.Proces koagulacji prowadzi się przy pH gwarantującym najmniejsze rozpuszczalność produktow hydrolizy.Wazna jest również dawka koagulanta.Wodorotlenek glinowy – najmniejsza rozpuszczalność pH5+7 wodorotlenek żelazowy pH5+11. Z powyzych równań wynika także,ze podczas hydrolizy powstaje tazke Co2 oraz zuzywana jest naturalna zasadowsc.Dla właściwego procesu hydrolizy niezbędne jest obliczenienaturalnej zasadowości wody,która wyznacza się z równania: zasMmin=W*D+(0,7-1,0) ≤ zas M : W-jednostkowe zuzycie zasadowości naturalnej, 0,7-1,0 –nadmiar hechiometryczny zasadowości warunkujący calkowita hydrolize, Gdy zas M < zas Mmin to trzeba dodac zasade lub wapno, zasM (zasadowość koagulowanej wody)

Mechanizm koagulacji.

Do wody zawierającej stabilne cząstki wprowadzamy koagulant o znaku przeciwnym.1 etap-detsabilizacja-wiąże się ona ze spadkiem potencjału, trw kilka sekund. W destabilizowanym układzie pojawiają się siły Wan der Waalsa, cząstki się zobojętniają, powstają coraz większe zawiesiny.2 etap- flokulacja-trwa od kilku do kilkudziesięciu minut-ciecz jest mieszana, cząstki się zderzają powstają coraz większe aglomeraty, powstaje kłaczkowata zawiesina. Powstałą zawiesinę oddziela się w procesie klarowania wody. Destabilizacj odbywa się podczas szybkiego mieszania(do 60s)w komorach szybkiego mieszania.Póżniej odbywa się szybkie mieszanie, w którym główna rolę odgrywają zjawiska fizyczne(zderzenia, ruchy Browna).Odbywa się ono w komorach flokulacj. Bardzo istotne jst ustalenie dawki optymalnej.Flokulacja:-perykinetyczna-wywołana jest ruchami Browna, zależna jest od temp.(im wyższa temp. Tym szybciej zachodzi flok.)-ortokinetyczna-wywaołana enerią wprowadzoną do całej objętości uzdatnianej wody.PERYKINETYCZNA -dn/dt=4/3*αp*kT/μ*n^2gdzie: μ-lepkość dynamiczna, T-temp.(K) k-stała Boltzmana, n-liczba cząstek, αp- wskaźnik wydajności kolizji tj.stosunek udanych do nieudanych kolizji ORTOKINETYCZNA-dn/dt=2α₀Gd^3/3*n^2 gdzie: αo- wskaźnik wydajności kolizji,G-gradient prędkość, d-średnica cząstki,G=E/μVgdzie: μ-lepkość, E-wkład energii do objętości V wody w czasiew celu wprawienia jej w ruch. W praktyce wartość G można przyjmować w granicach 10-100s^-1Wartości G zbyt wysokie mogą prowadzić do niszczenia struktury układów.Obecnie uważa się dla zapewnienia dobrej pracy komór flokulacji G=20-74s-1, a Gt=2*10^4-2*10^5(zapewnia to czas koagulacji 20-45min)

7. Wymienić sposoby uzdatniania wody przy wykorzystaniu procesu infiltracji oraz opisać wpływ na jakośc wody procesów jednostkowych zachodzących w złożu infiltracyjnym w strefie aeracji i saturacji.

Realizowana jest jako(sposoby ujmowania wód infiltracyjnych):1)naturalna lub brzegowa,2)sztuczna 1)ujęcia infiltracyjne lokalizowano w pobliżu rzek co umożliwiało stałe uzupełnianie zasobów wód podziemnych wodami powierzchniowymi infiltrującymi z tych rzek.Infiltracja naturalna może być stosowana w przypadku czystych wód powierzchniowych,zapewnia zwiększenie wydajności ujęcia wody podziemnej,a w zależności od czasu jej przebywania w gruncie nastąpi stabilizacja jej temp. oraz składu fiz.chem. 2)sztuczne zasilanie warstwy wodonośnej wodą powierzchniową,stosując specjalen obiekty zasilane wodą np.baseny infiltracyjne.Stsuje się w przypadku wód bardziej zanieczyszczonych.Skład wody infiltracyjnej ulega zminom w wyniku procesów jednostkowych przebiegających w strefie aeracji oraz w trefie saturacji,gdzie przestrzenie międzyziarnowesą całkowicie wypełnione wodą.Strefa aeracji:zachodzące tam procesy zależa od:temp.wody,rodzaju mikroorganizmów zasiedlających tą strefę,rodzaju i stężenia zanieczyszczeń obecnych w infiltrującej wodzie.Warunki tlenowe,aktywność biol.stanowi 1,5 m warstw gruntu pod dnem zbiornika infiltracyjnego.Procesy przebiegające:biodegradacja,utlenianie zw.org.,nitryfikacja,utlenianie żelaza(w wyniku:zmniejszenie się stężenia tlenu rozp.,biodegradowalnych zw.org,wartości pH,zwiększa się stężenie CO2,azotanów),procesy powierzchniowe:sorpcja,wymiania jonowa(zmniejsz się stężenie metali ciężkich,żelaza i manganu, zaw.jonów wapnia,sodu i potasu)Ze względu na zawartość tlenudo głównych reakcji chem należą reakcje utleniania.Najpierw utleniane są siarczki,następnie jony żelazawe-> wytrącają się jony żelazawe i azotanowe. Strefa sturacji –przede wszystkim procesy beztlenowe:denitryfikacj azotanów,wymiana jonowa(usuwane są jony NH4, matale ciężkie),sorpcje(usuwane są trudno rozp. Matele ciężkie,zanieczyszczenia org. i nieorg.),mieszanie wód(uśredniany jest skład chem. Wody)kontakt wody ze środ. Skalnym(zwiększa się zteż. Rozp.zw.Fe i Mn)Procesy decydujące o zanieczyszczeniu wody zw.żelaza i Mn.Sposoby uzdatnia wody przy wykorzystaniu procesu infiltracji:1)konwencjonalne oczyszczani wód podziemnych(odkwaszanie->odżelazianie i odmanganie->dezynf.)jeżeli woda zawiera:nadmiernązaw.CO2,zw.żelaza i Mn,2)konwencjonalna oczyszczanie wód o składzie wód powierzchniowych(koagulacja->Sedom.->filtracja->(czasmi)sorpcja na węglu aktywnym->dezynfekcja),jeżeli woda ma typowe zanieczyszczenie dla wód powierzchniowych 3)”uproszczone”oczyszczanie-(usunięcie CO2 agresywnego oraz profilaktyczna dezynfekcja)jeżeli woda nie jest zanieczyszczona i nie występuje nadmierny wzrost stężenia zw.żelaz i manganu.4)wstępne oczyszczanie(przed infiltracją)jeśli woda powierzchniowa nie spełnia dopuszczalnych wartości wskaźników zanieczyszcenia

8.wymienić i opisac sposoby uwuwania azotanów z wody podziemnej.

1)zapobieganie obecności azotanów(mieszanie wód z różnych studni zawierających różne stężenia azotanów, usuwanie przyczyn powodujących wysoki pozim azotanów w wodach podziemnychtzn.ograniczenie dostępu zanieczyszczeń z wysypisk, szamb, odprowadzania do gruntów ścieków oczyszczonych w niewystarczającym stopniu oraz racjonalnego stosowania nawozów w rolnictwie itp.)

2)fizyko-chemiczne (odwrócona osmoza, wymiana jonowa)

-metoda wymiany jonowej jest efektywna w usuwaniu azotanów oraz jest łatwa i prosta w obsłudze. Niestety istnieje duża zależność wydajności procesu odkładu wody,duże zużycie środków chemicznych do regeneracji jonitów, wytwarzanie dużej ilości zasolonych odcieków poregeneracyjnych oraz niebezpieczeństwo wprowadzenia do wody substancji organicznych w tym szkodliwych dla zdrowia(np.amin) Woda jest uprzednio odżelaźniona i odmanganiona.Do usuwania azotanów zaliczane sa anionity silnie zasadowe regenerowane NaCl(solanka) pracujące w cyklu chlorkowym. Zdolnośc wymienna tych jonitów w odniesieniu do azotanów zależy przede wszystkim od stosunku stężenia azotanów w wodzie uzdatnianej do sumy anionów oraz jednocześnie od stosunku siarczanów do całkowitej ilości anionów.Na jonitach oprócz azotanów wymieniane sa także siarczany, chlorki i kwaśne węglany. Do uzdatniania wody stosuje się jonity, które maja:duże kulisty kształt ziaren, duża odporność mechaniczna i chemiczną.

-odwrócona osmoza-procesy membranowe sa energochłonne. Wymagane jest wcześniejsze oczyszczenie wody(niska zawartość zawiesiny, substancji organicznych, mikroorganizmów, utleniaczy np. chlor niszczących membrany, ograniczona możliwość wytrącania osadów wapniowych oraz wodorotlenków metali). Często oczyszczane są tylko części wody i miesza ją z pozostała. Kłopotliwe jest odprowadzanie z instalacji solanki z azotanami. Wraz z azotanami usuwane są wiele niezbędnych składników dla zdrowia człowieka. Głownym urządzeniem w linii technologicznej jest osmozer ,a towarzyszące urządzenia instalowane SA po to aby chronić membrany osmoz era.

3)biologiczne-denitryfikacje:przy udziale odpowiednich bakterii i braku tlenu rozpuszczonego następuje redukcja azotanów do azotu gazowego (heterotroficzne) Bakterie heterotroficzne wymagają dostarczenia węgla organicznego jako źródła energii. Wody podziemne chrakteryzuja się brakiem odpowiedniego stężenia węgla organicznego.metoda jest prowadzona przy niskich kosztach.Powstaje jednak znaczna ilośc biomasy, której usuwanie nie jest zbyt łatwe oraz konieczność doczyszczania odpływu pod kątem zmniejszania mętności,stężenia łatwo rozkładalnych związków organicznych oraz duże ilości bakterii.Bakterie autotroficzne źródłem energii jest gazowy wodór lub siarka.Prowadzona zwykle na filtrze powolnym, którego wypełnienie stanowi mieszanina ziaren siarki i wapienia.Wymagane okresowe uzupełnianie złoża, odtlenianie wody wprowadzanej na filtr.Woda po filtracji wymaga doczyszczenia związku zobecnościa siarki, dużej ilości bakterii, azotynów Lu substancji oranicznych.

9)wyjaśnić mechanizm usuwania wegla org(TOC) z wody w systemie ozon,granulowany węgiel aktywny oraz podac parametry pracy biologicznie aktywnych filtrów węglowych.

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)

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.

10i11)koloidy opisać. Scharakteryzować układ koloidalne (reakcje koloidalne, budowa cząstki koloidalnej, ukł sił elektrostat, schemat pochodzenia warstwy cząstki koloidalnej.

Roztwory koloidalne tworzą cząsteczki i jony o średnicy10^-7-10^-5cm . cząstki koloidalne charakteryzują się b.dużą powierzchnią ogólną,a w wyniku silnych oddziaływań z wodą sorbuje na swoja pow czastki wody (koloidy hydrofilowe-d.zdolnośc do hydratacji,d.trwałość,lepkość,koagulacja odwrotna). Koloidy hydrofobowe nie maja właściwości hydratacyjnych i sa mniej trwałe od hydrofilowych,ulegają koagulacji nieodwracalnej. Trwałość koloidów jest różna w zależności od:ph, tepm, stężenia i rodz koloidu,obecności zw org, zasolenia wody. Koloidy występujące w wodach maja zazwyczaj ujemny ładunek i s a to aniony zw. Rog., krzemionka koloidalna .wystepuja także rzadko koloidy dodatnie i zmieniaja ładunek elektryczny

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.

Tam jest jakis wykres nie wiem do czego:/

12.Sposób usuwania azotu amonowego:

Norma mówi o zawartości0,5 mg jonu amonowego

• 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

13.wyjasnij róznice pomiedzy filtracją powolna i pospieszną.

Filtry powolne-podczas filtracji przez złoze zachodzi zarówno procesy fizyczne i biologiczne, duży stopień usuwania czastek stałych, rozkład biochemianów zanieczyszczen organicznych. Mała prędkośc filtracji wody 0,1-0,5m/h. procesem istotnego badania może być sedymentacja lub filtracja pospieszna. Wyliczone dawkowanie chemikaliów. Cykle filtracji sa długie 1-6 miesiecy, przy takim cyklu rozwijaja się bakterie tworzące błone.materiałym stosowanym złoża jest piasek kwarcowy o gr warst 0,7-1,5m. Złoża filtrów powolnych nie sa płukane, a ich wymywanie polega na usuwaniu 20-40mm powierzchniowej górnej warstwy piasku. Filtracja powalna ma duza skuteczność usuwaniua bakterii zapewni około 95% zmniejszania mętności, ok. 60% utlenialności,usuwa glony,redukuje bakterie spadek Ph, mała skuteczność obniżanie barwy i usuwanie glonów. W wodzie po filtracji jest mniejsza ilośc tlenu rozpuszczonego oraz wzrost stężenia CO₂ (procesy biochemiczne) filtry powolne stosuje się przy małej barwie , mętności oraz zawartości chlorofilu (≤5mg/m³). Wada filtrów powolnych jest ich duża powierzchnia , zwiekszjace koszty inwestycyjne.

Filtry pośpieszne- wydajne, niższe koszty inwestycyjne, łatwe oczyszcznie prze płukanie stosuje się je zazwyczaj po oczyszczaniu metodami fizycznymi i chemicznymi bez ograniczeń. Złoze filtrów stanowi ziarnisty materiał filtracyjny. Filtracja pospieszna jest stosowana do :-zatrzymania zawiesin, -zw. Żelaza i manganu także w obecności azotu amonowego, -przyspieszniu procesów koagulacji.

Dzieli się je na złoża:jedno i wielo warstwowe oraz na konwencjonalne i superpośpieszne. Woda płynie z góry na dół. Filtry pośpieszne cedza, wode, dlatego zatrzymywane sa zanieczyszczenie na filtrach, treezba 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. Cykl filtracji powinien być długości:-8h(woda wodociągowa), 24h(woda przemysłowa).prędkośc filtracji5-15m/h .

14.scharakteryzować podstawowe procesy jednostkowe przy usuwaniu żelaza i manganu z wody podziemnych oraz opisac warunki wpływające na kinetyczny przebieg tych procesów/

uwowanie Fei Mg z wody polega na utlenianiu rozpuszczalnych zw dwuwartościowego Fei Mn(II) do trudno rozpuszczalnych związkówtych metali o wyższej wortosciowaościw wyniku czego powstają uwodnione tlenkitrójwartosciowe żelaza oraz trój i czterowartościowe Mg, które można oddzileic od wody metodami mechnicznymi, głownie przez filtrację. Jako utleniacz wykorzystywany jest tlen z powietrza atmosferycznego oraz nadmanganian potasowy, możliwe jesy stosowanie także innych utleniaczy:chlor, ozon, dwutlenek chloru.

Proces odżelazienia i od manganianie skalda się z szeregu procesów jednostkowych:

-hydroliza rozpuszczaonych soli dwuwartościowego żalaza i manganu. Aby proces hydrolizy przebiegał prawidłowo z wymagana szybkościa, konieczne jest uprzednio usuniecie kwasnych produktów reakcji (CO₂ podczas napowietrzania, a kwas siarkowy neutralizowany przez zasadowość sody) lub przez wiazenie chemiczne i dodając wapno, węglan. Hydroliza manganu przy pH>9,5, hydroliza żelaza przy większym pH.

-ulenianie trudno rozpuszczalnych związków żelaza i manganu. Jezli woda nie jest napowietrzona to w celu usunieciu żelaza i manganu stosuje się utleniacze chemiczne nadmanganianu potasowy lub chlor. Szybkość utleniania tlenu zalezy od nadmiaru tlenu, pH, czasu kontaktu. Wpływ stężenia telenu oraz jonów OH⁺ na kinetyka utleniania Fe(II)do Fe(III w wodzie o pH≥5:

d[Fe²⁺]/dt=-k(pO₂)[OH^-]²[Fe²⁺] (mol/dm³min)

pO₂-cisnienie cząsteczkowe tlenu

k-stało szybkości reakcji (dla temp=20,5^o, k=8,0*10⁸)

-koagulacja i flokulacja tych związków. Dobre efekty usuwaniania uzyskuje się w koagulacji solami żelazowymi przy pH=6,8-7,2, a nastepnie pH>8 wodorotlenku żelaza.

-sendymentacja i filtracja. Sedymentacja stosuje się do utleniania związków, ale przez filtrację. Należy odpowiednio zwymiarować złoża filtracyjne. Sedymentacje stosuje się przy stęzneiu Fe wynosi >5-10gFe/m³ oraz pH>8,5. w procesie filtracji napowietrzanie wody, zawierającej Fe i Mg przez złoze piaskowe, ziarna pokrywają się powłoka Mg(II) i Fe(II)czas takiego wprowadzania trwa około 3 tyg.

przebieg tych procesów zalezy od:

-składu chem wody

-rodzaj procesów i urządzeń

-pH

-stężenie wolnego CO₂

-stężenie tlenu rozpuszczonego

-zasadowosć

-azot amonowy

15)jaka rolę pełni proces utleniania chemicznego w technologii uzdatniania wody od jakich czynników uzależniany jest przebieg tego procesu

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.

16. Uboczne produkty utleniania chemicznego wpływające na jakość wody, sposoby ograniczenia.

Podczas procesu utleniania chemicznego oraz dezynfekcji powstawac mogą nowe wtórne zanieczyszczenia będące produktami reakcji utleniania ze składnikami oczyszczany wody. Przy stosowaniu utleniaczy chlorowych są to głównie chlorowe pochodne związków organicznych. Przy użyciu ozonu – nie w pełni utlenione zw. organiczne. Produkty uboczne- UPU. Prekursorami THM są głównie kwasy humusowe, inne zw.: chlorofile metabolity org. wodnych, kwasy karboksylowe. Podczas dezynfekcji wody zw. Chloru powstawać mogą różne halogenowe pochodne zw. org. TOX. Główne prekursory TOX: subst. stężenie TOX jest zwykle 3-4 razy większe od stężenia THM-ów Zmniejszenie TOX można uzyskać poprzez stosowanie chloroaminowania wody w ok.50%chloroformu. Powstające TOX dzieli się na: -lotne LTOX( chlorek winylu, chloroform, propan, dichlorometan)- nielotne NTOX(halo ketony, pochodne kw. octowego HAA, halogenowane fenole, aminy, ftalany, zw. aromatyzowane). Czynnikiem limitującym powstawanie bromowych pochodnych była zawartość bromków w wodzie poddawanej chlorowaniu. Polielektrolity syntetyczne stosowane w procesie koagulacji zwiększały ilość powstających THM-ów oraz wzrost pH. Stężenia poszczególnych THM-ów były wprost proporcjonalne do stęż. Zw. org. w wodzie poddawanej dezynfekcji. Stężenie TOX można skutecznie zmniejszyć podczas procesów koagulacji, filtracji i sorpcji. Realizowanie koagulacji przy odpowiednim pH oraz filtracji pozwoliłą na 60-80% zmniejszenie stęż. TOX. Natomiast THM-y są usuwane w wyniku sorpcji na węglu aktywnym. Aby ograniczyć powstawanie produktów ubocznych co tam do cholery za słowo jest napisane???W wyniku reakcji kwasów humusowych z czystym dwutlenkiem chloru nie powstają THM-y, ponieważ kwasy humusowe utleniają się do kwasów karboksylowych Przy stosunku ClO2/CL2=1:1 zmniejszenie TOX w ok.50%, ClO2/CL2=2:1 do ok.80%. Jednak stosowanie ClO2 nie jest bezpieczne w aspejcie tworzenia UPU(chloryny, chlorany). Chloryny powodują zmiany patologiczne krwi prowadzące do anemii. Chlorany: methemoglabinemis, unokechemia nerek, konwulsje. Ozon także powoduje powstawanie produktów ubocznych. np. aldehydy, kwasy karboksylowe. Jak dotąd nie stierdzono wpływu UPU ozonu na zdrowie człowieka. Powstające produkty utleniania ozonem w pewnym stopniu są biodegradowalne i mogą być usuwane na aktywnych biologicznie złożach filtracyjnych THM-y są toksyczne dla człowieka (choroby nowotworowe). Przyjmująć dł. Życia 70 lat i spożycie 2 dm3/d wody zawierającej 0,1g CHCl3/ m3 34 osoby na 10000 mogą zachorować na nowotwór wątroby.

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. Wymienić czynniki i wyjaśnić ich wpływ na straty ciśnienia oraz długość cykli filtracji.

Cykl filtracji to czas pracy złożą filtracyjnego między kolejnym jego płukaniem. Zależy on przede wszystkim od parametrów złoża(uziarnienie), prędkości filtracji i poziomu zanieczyszczenia wody dopływającej na filtry. Przeciętną długość cyklu filtracji przyjmuje się równą 24 h, nie powinien być krótszy od 8 h. Koniec cyklu filtracji to moment osiągnięcia dopuszczalne straty ciśnienia lub pogorszenia się jakości filtratu ponad wymagane wartośc. Mechanizm dyfuzji , transportu, przeciągania usuwanych cząstek do ziarn złoża. W wyniku tych mechanizmów w złożu filtracyjnym zatrzymywane są zanieczyszczenia . Starty cisnienia zależą od wielu parametrów: -porowatość złożą(większa mniejsze straty), -rozkład ciśnienia w złożu, -prędkość filtracji(wię str. Więk), -wysokość i czas pracy złoża(w.str w,dł.czas w str)

21. Typowe parametry technologiczne adsorpcji na pylistym i granulowanym węglu aktywnym. Wymienić i opisać czynniki wpływające na skuteczość

Miejsce stosowania adsorbentów i rozwiązania techniczne zapewniające kontakt adsorbenta z oczyszczoną wodą zależą od postaci stosowanego węgla. Pylisty węgiel aktywny PWA-może być dawkowany do wody surowej w procesie koagulacji lub przed flitrami. PWA powinien być dawkowany okresowo wtedy jego użycie jest uzasadnione. Przy ciągłym stosowaniu konieczne jest zwiększanie dawki absorbenta. Najczęściej absorbenty pyliste stosowane są w procesie koagulacji co nzacznie zmniejsza ich dawkę. Może być dodawany do komór szybkiego mieszania lub przed osadnikami z osadem zawieszonym W pierwszym przypadku PWA należy dodawać z pewnym opóźnieniem w stosunku do koagulantu, ponieważ przy jednoczesnym stosowaniu cząstki węgla są zamknięte w powstających kłaczkach co zmniejsz właściwości adsorpcyjne. PWA poprawia właściwości sedymentacyjne powstających aglomeratów podczas procesu flokulacji. po koagulacji i sedymentacji , a przed skuteczność adsorpcji na PWA zależy od: uziarnienia, czasu, pH, rodzaju usuwanych absorbantów. Zwiększanie dawki PWA powoduje skrócenie czasu kontaktu z wodą, który przy zw. humusowych może wynosić nawet 2 doby. Wraz ze wzrostem uziarnienia zmniejsz się ilość zaadsorbowanych związków. Wadą jest iż nie można regenerować zużytych adsorbentów pylistych , istnieje także możliwość przedostania aglomeratów adsorbent-adsorbat do wody oczyszczonej co może występować przy dawkowaniu PWA do wody nie koagulowanej lub po koagulacji. PWA powinno sę stsować okresowo w dawkach nie przekraczających 10mg/m3. PWA może być dawkowany do wody również na mokro jako 10% . Granulowany węgiel pylisty GWP: -gówna warstwa złoża filtracyjnego, spełnia funkcje adsorpcyjno- filtracyjną zatrzymując zawiesiny i związki rozpuszczone. Średnice ziarn zależą od uziarnienia pozostałych warstw filtru, ma być ona tak dobrana, aby po płukaniu była zachowana stratyfikacja poszczególnych warstw. Wysokośc warstwy GWA nie przekracza 75 cm, co przy stosowanych prędkościach filtracji zapewnia krótki, kilkuminutowy czas adsorpcji . Tę metodę stosuje się do wód mało zanieczyszczonych lub proces ten poprzedza się zastosowaniem PWA. Wraz ze wzrostem czasu kontaktu zwiększa się stopień wykorzystania adsorbentu. Zależy to jednak od prędkości filtracji, która przeważnie wynosi 10m/h. Złoża adsorpcyjno- filtracyjne mogą pracować w układzie grawitacyjnym lub ciśnieniowym.
– Kolumny sorpcyjne, złoże może mieć wysokość do 3 m, co przy właściwie dobranej prędkości znacznie wydłuża czas kontaktu Prędkość przepływu wody zawiera się w granicach 5-30 m/h. Pracują one w układzie szeregowym co umożliwia regenerację złóż i mniejsze zużycie GWA. –Złoża można zasiedlić mikroorganizmami, które utleniają zanieczyszczenia organiczne i azot amonowy. Przy stosowaniu węgla aktywnego istotnym czynnikiem jest pH, im mniejsze tym większy styopień org. pH>7 powstaje zjawisko dysocjacji adsorbatów org

Proces adsorpcji na węglu aktywnym stosuje się w celu usuwania z wody mikrozanieczyszczeń org , związków powodujących smak i zapach oraz do dechloracji. Wybór rodzaju parametrów technologicznych oraz skuteczność zależy od usuwanych adsorbantów, czasu adsorpcji, wielkości dawki wstępnego oczyszczania wody Skrócenie efektywnej pracy złóż powodują zanieczyszczenia trudno adsorbowalne do których należą THM, które w ciągu kilku tygodni mogą zmniejszyc pojemność sorpcyjną GWA od 100 do 10%.