1.Przebieg cyklu filtracyjnego, schemat filtra pośpiesznego ciśnieniowego:

Długość cyklu filtracyjnego zależy od:

-uziarnienia złoża

-zawartości zawiesiny w wodzie

-prędkości filtracji: Tf=(ΣH-H0)/∆H=Vz/(Z*Vf) gdzie:

ΣH-dopuszczalna strata ciś. w wodzie

∆H-przyrost strat ciś. w czasie

Ho-początkowa strata ciśnienia

Vz-pojemność złoża filtracyjnego

1)filtracja:

-prędkość filtracji zależy od dtężenia zawiesin w wodzie i wysokości filtra

-równoważna prędkość filtracji: Vr=(ε/εt)*γf =ε/(ε-σ)*Vf gdzie:

Εt-porowatośc pozorna

Σ-stopień zanieczyszczenia złoża

2)spulchnianie złoża ( powietrzem)

3)płukanie złoża

-wodą-ekspansja do 50%

-woda i powietrzem-ekspansja do 10 %

-intensywnośc płukania: ip=16,9*k*(d^1,3_max/μ^0,54) dm³/s*m²

k-współczynnik zależny od dmax=(1,8*h/f-0,8)d10

4)odprowadzenie pierwszego filtratu

Schemat filtra pośpiesznego ciśnieniowego:

2.Usuwanie żelaza i manganu z wody:

Żelazo występuje w wodzie w postaci: 2-wartościowej ,3-wartościowej, związków organicznych i nieorganicznych.

Forma występowania zależy od:odczynu pH, temperatury, potencjału redox, sub. rozpuszczonych.

Usuwanie żelaza z wody:

A)hydroliza:

Fe(HCO3)2+2H2OFe(OH)2+2H2CO3

FeSO4+2H2OFe(OH)2+H2SO4

B)wiązanie dwutlenku węgla:

CaO+H2O+2CO2Ca(HCO3)2

Na2CO3+2H2O+CO22NaHCO3+H2O

NaOH+Co2NaHCO3

C) neutralizacja kwasu siarkowego:

H2SO4+Ca(OH)2CaSO4+2H2O

Na2CO3+2H2O2NaOH+CO2

H2SO4+2NaOHNa2SO4+2H2O

D)utlenianie jonów żelaza:

-tlenem: 4Fe2++O2+10H2O4Fe(OH)3+8H+

-nadmanganianem potasu: 3Fe2++KMnO4+7H2p3Fe(OH)3+MnO2+K++5H+

-chlorem: 2Fe2++Cl2+6H2O2Fe(OH)3+2Cl-+6H+

E)usuwanie kłaczków wodorotlenku żelaza:

-sedymantacja-gdy stężenie przekracza 5-10 g Fe/m³

-filtracja- dla stężenia mniejszego i po sedymentacji

Usuwanie manganu z wody:

A)występuje w wodach podziemnych w postaci 2-warstwowej

B)trudno ulega hydrolizie

C)przy utlenianiu tlenem –pH>9,5

D)utlenia się po utlenianiu jonów żelaza

E)przeszkodą są zw. Organiczne

F)utleniania katalityczne-na złożu pokrytym dwutlenkiem manganu

G)utlenianie jonów manganu:

-tlenem: 2Mn2++O2+2H2O2MnO2+4H+

-nadmanganianem potasu: 3Mn2++2KMnO4+2H2O5MnO2+2K++4H+

-chlorem: Mn2++Cl2+2H2OMnO2+2Cl-+4H+

-ozonem: Mn2++O3+H2OMnO2+O2+2H+

Warunki usuwania Fe I Mn na złożu wpracowanym:

- utlenialność U<=3+0,15*Fe²⁺

-azot amonowy S_NH4<=0,7g N/m³

- siarkowodór S_H2S<=0,2 H₂S /m³

- metan S_CH4~0g CH₄/m3

- pH >7

-zasadowość Z>Fe²⁺/2+2 val/m³

Wykresy:

3.Przebieg procesu koagulacji:

Koagulacja-przejście zolu w żel, czyli połączenie cząstek koloidu w większe aglomeraty, w wyniku czego powstaje osad, czyli koagulat.

Koagulacje powodują: dodanie elektrolitu, ogrzewanie, wytrząsanie, dehydratacja, wymrażanie.

Wykres przebiegu koagulacji:

Rodzaje koagulantów: glinowe, żelazowe, wapniowe.

Przebieg procesu koagulacji:

I-hydroliza:

Al2(SO4)3+6H2O2Al(OH)3+3H2SO4

2Al(OH)3Al2O3+3H2O

II-reakcja wtórna:

3H2SO4+3Ca(HCO3)23CaSO4+6CO2+6H2O

Sumarycznie:

Al2(SO4)3+3Ca(HCO3)23CaSO4+2Al(OH)3+CO2

Schemat technologiczny koagulacji:

4.Właściwości jonitów.Przebieg cyklu wymiany jonów. Przykładowy schemat systemu do usuwania kationów i anionów z wody:

Właściwości jonitów:

*pęcznienie:

-zawartośc wody 50-90%

-decyduje o szybkości wymiany

-zalezy od odczynu i temperatury

-jonity dobrze pęczniejące do celów ogólnych, słabo pęczniejące do wymiany selektywnej

*zdolnośc wymienna:

-całkowita Zc=(Cp-Ck)*V/G gdzie:

Zc-całkowita zdolnośc wymienna jonitu [mval/g]

Cp-stężenie początkowe usuwanych jonów [mval/dm3]

Cu-stężenie końcowe usuwanych jonów [mval/dm3]

V-objętość dekationizowanego roztworu

G-masa jonitu [g]

-robocza 60-80% Zc (zalezna od warunków procesu)

Przebieg cyklu wymiany jonów:

Cykle wymiany jonowej:

*kationity:

-cykl sodowy: 2ktNa+Me2+kt2Me+2Na+

-cykl wodorowy: ktH+Me+ktMe+H+

*anionity:

-cykl wodorotlenowy: AnOH+A-AnA+OH-

-cykl chlorkowy: AnCl+A-AnA+Cl-

Na przebieg procesu wymiany jonowej składają się następujące etapy:

-przemieszczanie się jonu z głębi roztworu do powierzchni jonitu

-przemieszczanie się jonu wewnątrz ziarna jonitu do grupy jonowymiennej

-chemiczna reakcja podwójnej wymiany

-przemieszczanie się wymienionego jonu z głębi ziarna w kierunku jego powierzchni

-przejście wymienionego jonu z powierzchni ziarna do roztworu

Przykładowy schemat systemu do usuwania kationów i anionów z wody:

5.Charakterystyka i zastosowanie odwróconej osmozy:

Odwrócona osmoza-przechodzenie rozpuszczalnika z roztworu przez membranę pod wpływem przyłozonego do roztworu ciśnienia większego niż osmotyczne.

Parametry procesu odwróconej osmozy:

*ilość rozpuszczalnika przechodzącego przez membranę: Fw=A*(P-Π) [g/cm3*s]

*ilośc substancji rozpuszczonej przechodząca przez membranę: Fs=B*∆C [g/cm2*s]

*współczynnik retencji: Rs=Cs1-Cs2/Cs1

*szybkośc filtracji: Iv=Vr/t*Sm [m/s]

*przepuszczalność hydrauliczna membrany: L=Iv/∆P [m3/m2*d MPa]

*stopień konwersji (odzysku): y=Qp/Qf*100%

Zastosowanie odwróconej osmozy:

*do produkcji wody pitnej: układy wielostopniowe, drugi stopień po stronie filtratu

*oczyszczanie wody do celów przemysłowych:zmiękczanie, woda ultra czysta

*oczyszczanie ścieków i odzysk składników: zamknięte obiegi wody, ścieki galwaniczne, przemysł celulozowy, mięsny, rybny, przetwórstwo.

6.Przebieg procesu adsorpcji:

Adsorpcja-gromadzenie się adsorbatu czyli cząstek cieczy (gazu) na powierzchni adsorbentu czyli ciała stałego (cieczy) powodowana powinowactwem cząstek lub ich hydrofobowością.

Etapy adsorpcji:

-transport cząsteczek do warstwy granicznej

-dyfuzja w warstwie granicznej

-dyfuzja w porach adsorbenta

-dyfuzja powierzchniowa

-dyfuzja właściwa

Statyka adsorpcji:

*Proces trwa od momentu ustalenia równowagi dynamicznej.

*Izoterma adsorpcji opisuje rozdział adsorbatu między roztworem i adsorbentem. x=y/m=f(c)

Wykres:

7.Rodzaje osadników wstępnych:

Osadniki wstępne – dokonuje się usunięcia zawiesin łatwo opadających poprzez zapewnienie wystarczająco powolnego przepływu linearnego ścieków, pozwalającego opaść zawiesinom, które mają masę niewiele większą od wody – 1,1 g/cm³. czas zatrzymania ścieków w osadniku wynosi od 1,5-2 godzin. Najczęściej usuwamy od 80 – 90% zawiesiny, sprawność ta zależy od rodzaju ścieków, od stopnia zagniwania ścieków i rozcieńczenia ścieków. Usuwają głównie zawiesinę ziarnistą.

Rodzaje:

*OSADNIKI PROSTOKĄTNE
Cechą specyficzną tego typu osadników jest ich kształt a także wymiary, chodzi tutaj o przewagę nawet kilkukrotną długości nad szerokością. Ich długość nie może być jednak krótsza niż 30 metrów, zaś szerokość to od 4 do 10 metrów. Wysokość całkowita tych zbiorników powinna wynosić 2,5 – 4 metrów. Na oczyszczalni może pracować jeden jak i więcej osadników.

*OSADNIKI RADIALNE (OKRĄGŁE LUB KWADRATOWE)
W osadnikach zarówno typu kwadratowego jak i radialnego ścieki są odprowadzane syfonowo rurociągiem pod dnem danego osadnika do studni centralnej gdzie to z kolei następuje równomierny rozdział ścieków. W osadnikach tego typu ścieki rozchodzą się promieniście ku obwodowi osadnika, gdzie to z kolei przelewają się przez przelew (najczęściej występującymi są przelewy paliste). Osad który osiądzie na dnie zgarniany jest po przez zgrzebło do leja który znajduje się w środku zbiornika zaraz pod studnią centralną.

*OSADNIK IMHOFFA
W małych oczyszczalniach ścieków funkcję wstępnego klarowania a przy tym także fermentacji osadu wstępnego spełniają osadniki Imhoffa. Są one zbudowane z równoległych komór przepływowych ze szczeliną w dnie, które są zespolone z komora fermentacji. Zawiesiny, które sedymentują w bardzo łatwy sposób w komorach przepływowych, z tych że komór są ciągle usuwane do dolnej komory fermentacji przez szczeliny których prześwit wynosi 0,15 – 0,25 m komory fermentacji i komory przepływowe są połączone. Dzięki temu wydzielający się w wyniku fermentacji gaz a także parujące przez pęcherzyki gazu cząsteczki osadu, nie dostają się do komór przepływowych.

Schemat:

8.Rodzaje osadników wtórnych:

Osadniki wtórne – są niezbędnym elementem oczyszczali biologicznej lub chemicznej. Zadaniem osadników wtórnych jest klarowanie ścieków oczyszczonych oraz zagęszczenie osadu recyrkulowanego. Czas zatrzymania ścieków w osadniku wtórnym wynosi 4 godziny. Na ogół przyjmuje się, że stężenie zawiesin w ściekach po osadniku wtórnym nie powinno przekraczać 15-30 mg/l. Usuwają głównie zawiesinę kłaczkowatą.

Rodzaje:

9.Przebieg procesu nitryfikacji i denitryfikacji:

Nitryfikacja

2NH₄ + 3O₂ -> 2NO₂^- + 4H⁺ + 2H₂O (Nitrosomonos) NO₂^- + O₂ -> 2NO₃^- (Nitrobacter)

2NH₄⁺ + 4O₂ -> 2NO₃^- + 4H⁺ + 2H₂O

1 etap;15 CO₂ + 13 NH₄ -> 10 NO₂ + 3C₅N₇NO₂^- + 23H⁺ + 4H₂O

2 etap – spada pH; 5 CO₂ + NH₄ + 10 NO₂ + 2H₂O ->10NO₃^- + C₅N₇NO₂^- + H⁺

Szybkość procesu nitryfikacji:-Czynniki

-stężenie tlenu w komorze napowietrzania:

*4,6 g O2 / 1g N-NH4 [g/d]

*0,7 g O2 / 1g ChZT [g/d]

-obciążenie osadu ładunkiem azotu: NR=0,06 NH4/gsm d

-zasadowość i pH:na 1 g N-NH4 zużywa się 7,15g zasadowości CaCO3; pH 7,5-8,5

-amoniak i kwas azotowy

-BZT₅/Nog w ściekach surowych wykres

-parametry osadu-t=0,5-8h; WO=5-20d; Rn=0,1-0,2 g BZT5/g d

-temperatura-5-30^OC

Denitryfikacja

6NO₃^- + 5CH₃OH ->5CO₃+3N₂ + 7H₂O + 6OH^- 2NO₂^-->2NO + N₂O

aerobacter, achromobacter,bacillus

2NO₂^- -> 2(NOH) -> (NOH)₂ + H₂O

Szybkość procesu denitryfikacji-Czynniki

-temperatura- rmax=rd*10^kt(t-20)

-stężenie tlenu-0,2-0,5 mg O2/dm3

-odczyn pH-wzrost zasadowości

-źródło węgla-na 1mg N-NO3 potrzeba 4 mg BZT5

10.Czynniki wpływające na proces nitrifikacji: z Neta

• Wiek osadu i przyrost biomasy:

– wspołczynnik wzrostu biomasy bakterii nitryfikacyjnych wynosi 0,1 g.s.m.o. N/g N-NH4,

– teoretyczny, minimalny wiek osadu w temperaturze 20^oC, wynosi 3-5 dni,

– skrocenie wieku osadu spowoduje efekt wypłukania bakterii nitryfikacyjnych z układu wraz z usuwaniem osadu nadmiernego,

• Stosunek BZT5/4ogKj:

– decyduje o udziale bakterii nitryfikacyjnych w osadzie czynnym, może on wynosić 3-35%,

– BZT5/NogKj>5 - przeważa utlenianie związkow węgla,

– BZT5/NogKj<3 przeważa proces nitryfikacji

• Temperatura:

– intensywność nitryfikacji wrasta wraz ze wzrostem temperatury w granicach 5-30°C,

– optimum osiągane jest przy 25-28°C,

– spadek temperatury prowadzi do ograniczenia nitryfikacji, a przy 5°C może nastąpić całkowite jej zahamowanie,

– spadek temperatury można w pewnym stopniu zrównoważyć zmniejszając obciążenie osadu w układzie oczyszczania, co odpowiadać będzie wydłużeniu jego wieku.

• Odczyn:

– pH optymalne dla przebiegu nitryfikacji mieści się w granicach 7,5-8,5,

– szczegolnie negatywny wpływ zmniejszenia odczynu na przebieg nitryfikacji występuje przy małej zasadowości ściekow.

• Stężenie tlenu rozpuszczonego w reaktorze ma dużo większy wpływ na przebieg nitryfikacji niż na rozkład związkow węgla:

– minimalne stężenie tlenu powinno wynosić 1-2 gO2/m3,

– zwiększenie stężenia tlenu rozpuszczonego w ściekach powoduje pełniejszy przebieg nitryfikacji.

• Stężenie substratow i produktow reakcji:

– oba gatunki bakterii nitryfikacyjnych są wrażliwe na niekorzystne oddziaływanie substratow niewłasnych,

– wolny amoniak hamuje chemosyntezę _itrobacter,

– azot amonowy w dużym stężeniu w ściekach może być toksyczny dla bakterii nitryfikacyjnych i będzie powodował mniej intensywny ich rozwoj, maksymalny wzrost tych bakterii osiągano przy stężeniu azotu amonowego około 7 g NNH4/m3

11.Czynniki wpływające na proces denitryfikacji: z Neta

• Denitryfikacja przebiega najszybciej w temperaturze 20°C. Dalszy wzrost temperatury nie przyspiesza procesu. Proces denitryfikacji przebiega jeszcze i przy temperaturze 5° C, jednak jego szybkość stanowi około 20% szybkości osiąganych przy 20°C.

• Obecność tlenu:

– wpływa hamująco na proces denitryfikacji,

– tlen rozpuszczony staje się akceptorem elektronow zamiast azotanow, gdyż szybkość redukcji azotanown przez mikroorganizmy jest mniejsza niż szybkość oddychania tlenowego komorek,

– stężenie tlenu w reaktorze nie powinno przekraczać 0,5 g O2/m3.

• Wiek osadu i obciążenie ładunkiem:

– w porownaniu z procesem nitryfikacji jest wymagany mniejszy wiek osadu oraz duże obciążenie ładunkiem organicznym w czasie dopływu ściekow o wysokim stężeniu azotanow,

– przekroczenie pewnego wieku osadu powoduje, że denitryfikacja zanika.

• Dostępność węgla organicznego: źrodłem węgla organicznego mogą być:

– biomasa osadu czynnego (ale uzyskuje się bardzo małą szybkość procesu),

– związki organiczne zawarte w ściekach,

– związki organiczne wprowadzane dodatkowo (metanol, glukoza).

• Optymalny dla przebiegu denitryfikacji zakres pH wynosi 6,5- 7,5. Proces ten ulega szybkiemu zahamowaniu, jeśli pH zmniejsza się poniżej 6,0 lub jego wartość przekracza 8,0.

• Zarowno pH jak i temperatura wpływają na końcowe produkty denitryfikacji.

• Wymagany czas zatrzymania ściekow w komorze w strefie denitryfikacji wynosi na ogoł 0,2 - 2 godzin.

12.Przykładowy cykl pracy reaktora porcjowego:

REAKTOR PORCJOWY Z ZASILANIEM BEZ ZBIORNIKA RETENCYJNEGO

Cykl pracy reaktora porcjowego:

*napełnienie – ścieki surowe dopływają do reaktora

*mieszanie – bez dopływu tlenu, warunki anaerobowe

*napowietrzanie – doprowadzenie tlenu i nitryfikacja

*reakcja – mieszanie bez dopływu tlenu, denitryfikacja

*sedymentacja – osad na dnie

*dekantacja

*postój – odprowadzanie osadu nadmiernego

13. Czynniki wpływające na proces defosfatacji biologicznej:

*wymagane przemiennie warunki aerobowe i anaerobowej

*temperatura

- powyżej 15C – sprawność 85%

- poniżej 15C – sprawność 68%

*odczyn pH

*potencjał red – OX

*tlen rozpuszczony

*związki azotu

*związki węgla

*metale

*czas zatrzymywania ścieków

*zawartość fosforanów w biomasie – ok. 5%

14.Równanie Michaelisa-Menten:

zał. k₁ = k₂ = k₃