OPIS TECHNICZNO - TECHNOLOGICZNY

Odnowa wody jest to zespół jednostkowych procesów technologicznych doczyszczania ścieków, które umożliwia powtórne ich wykorzystanie jako wody przemysłowej lub mającej na celu ochronę zbiorników przed eutrofizacją. Odnowa wody brana jest pod uwagę zwłaszcza w regionach o dużych jej niedoborach, m.in. w wielkich aglomeracjach miejsko - przemysłowych, czy też na terenach szczególnie chronionych. Wody odnowione są najczęściej wykorzystywane w przemyśle do celów chłodniczych, produkcyjno technologicznych, rzadziej do celów kotłowych. O stopniu oczyszczania wody w procesie odnowy wody decydują wymagania odbiorcy.

Na podstawie danych o zanieczyszczeniach ustalono, że ścieki poddawane oczyszczaniu i odnowie są ściekami bytowo - gospodarczymi ( nisko zanieczyszczonymi), dla których są następujące parametry.

• BZT₅ ok. 300 mgO₂/l

• ChZT ok. 350-700 mgO₂/l

• Fosfor ogólny ok. 8-40 mg/l

• Zawiesina ok.900 mg/l

• Azot ogólny ok.60-1000 mg/l

• Azot amonowy

• Substancje rozpuszczalne ok. 400-600 mg/l

• Bakterie Coli 10⁶-10⁹

Charakteryzują się one przede wszystkim dużą zawartością azotu amonowego, co jest charakterystyczne dla ścieków komunalnych, dużą zawartością bakterii, ChZT, BZT₅

PARAMETRY	Sp.[g/m^3]	Sk.[g/m^3]	η [%]
Zawiesina	130	5	96,2
ChZT	350	5	98,6
BZT5	150	1	99,3
Fosfor ogólny	10	0,5	95
Azot ogólny	20	0,5	97,5
Azot amonowy	20	0,5	97,5
Substancje rozpuszczone	380	50	86,8
Bakterie Coli	10^7	1	99,9

Dla osiągnięcia właściwego stopnia oczyszczania i uzyskania żądanych parametrów wody po odnowie zastosowano następujące procesy jednostkowe: koagulacja wapnem, odpędzanie azotu amonowego, rekarbonizacja II^o, filtracja, dezynfekcja, odwrócona osmoza. wymiana jonowa. Efekty usunięcia poszczególnych zanieczyszczeń jak również sposób zagospodarowania powstałych osadów i odpadów przedstawiono w zestawieniach tabelarycznych i na schemacie blokowym, które zostały dołączone do projektu. Poniższy opis zawiera ogólną charakterystykę zastosowanych procesów jednostkowych z uzasadnieniem ich wyboru.

KOAGULACJA CaO

Koagulacja i chemiczne strącanie są podstawowymi procesami w odnowie wody, a podstawowym i najczęściej stosowanym koagulantem jest wapno.. Jego stosowanie pozwala na usunięcie ze ścieków nie tylko koloidów i trudno opadających zawiesin, ale także fosforanów, amoniaku, znacznej części organicznych związków rozpuszczonych, jak również bakterii. Ponadto uzyskać możemy obniżenie ChZT i BZT₅.

W zaprojektowanym systemie odnowy wody zastosowano koagulację dużymi dawkami wapna. Jej zaletą są lepsze efekty usunięcia zanieczyszczeń.

Idea chemicznego oczyszczania ścieków w środowisku alkalicznym polega przede wszystkim na wykorzystaniu koagulacyjnych i adsorpcyjnych właściwościach wodorotlenku magnezu, wytrąconego w postaci galaretowatego osadu. Wodorotlenek magnezu może być wytrącony z soli magnezowych obecnych naturalnie w ściekach lub też specjalnie do ścieków dodanych z zewnątrz.

Koagulacje wapnem prowadzi się najczęściej w urządzeniach z osadem zawieszonym, o zasadzie działania i konstrukcji podobnej jak podczas koagulacji klasycznej. Wymagane dawki wapna wyznacza się zazwyczaj w zależności między żądaną wartością pH podczas koagulacji a zasadowością ścieków. Teoretyczne dawki wapna mogą być co prawda wyznaczane analitycznie, jednak że rzeczywiste dawki są znacznie większe i powinny być ustalone doświadczalnie.

Zalety magazynowania wapna, a także metody obliczania urządzeń do jego przechowywania i dawkowania, są podobne jak w systemach oczyszczania wody oraz układach do chemicznego oczyszczania ścieków.

ODPĘDZANIE AZOTU AMONOWEGO

Usuwanie azotu amonowego przez odpędzanie jest jedną z metod fizyczno - chemicznych, stosowanych w procesach odnowy wody do usuwania azotu amonowego. Polega ona na przeprowadzeniu azotu amonowego, który w ściekach występuje w postaci kationu amonowego, w amoniak gazowy, zgodnie z reakcja

NH₄⁺ + OH^-=NH₃ + H₂O i usunięciu jego do atmosfery.

REKARBONIZACJA

Rekarbonizacja jest procesem jednostkowym, stosowanym od dawna w systemach oczyszczania wody i ścieków. Konieczność stosowania rekarbonizacji w układach odnowy jest związana ze stosowaniem wapna do koagulacji oraz do usuwania z nich fosforu. Dodanie do ścieków wapna powoduje znaczne podwyższenie pH oraz przekształcenie wodorowęglanów i węglanów do wodorotlenków. Rekarbonizacja oznacza dodanie dwutlenku węgla do ścieków po koagulacji wapnem w celu obniżenia pH oraz powrotnego przekształcenia wodorotlenków do węglanów i wodorowęglanów.

W projektowanym systemie zastosowano rekarbonizację dwustopniową. Powstający w pierwszym stopniu rekarbonizacji węglan wapna jest związkiem praktycznie nie rozpuszczalnym. Etap ten powinien zakończyć się po zmniejszeniu pH ścieków do wartości ok. 9,5, przy której występuje najmniejsza rozpuszczalność powstałego węglanu wapnia. Po oddzieleniu osadu węglanu wapnia w drugim stopniu rekarbonizacji zmniejsza się pH ścieków do wartości odpowiadającej stanowi równowago węglano - wapniowej ( pH ok. 7).

Ilość dwutlenku węgla potrzebna do rekarbonizacji ścieków można wyznaczyć stechiometrycznie, przy czym w projektowaniu urządzeń należy ją powiększyć o 20%. W zakładach odnowy wody źródłem dwutlenku węgla mogą być gazy z rekalcynacji osadów wapiennych lub ze spalania osadów organicznych. Możliwe jest również stosowanie ciekłego dwutlenku węgla oraz dwutlenku węgla pochodzącego ze spalania różnych paliw. Źródłem CO₂ do rekarbonizacji może być także powietrze atmosferyczne.

Rekarbonizację ścieków prowadzimy w komorach poziomym przepływie ścieków, w których czynnik rekarbonizujący jest rozprowadzany pionowo za pomocą perforowanego rusztu.

W moim przypadku ( rekarbonizacja dwustopniowa) zaleca się przyjmowanie czasu saturacji wynoszącego 15 min. , zarówno w komorze pierwszego, jak i drugiego stopnia. Czas przetrzymywania w komorze sedymentacji powinien wynosić min. 30 minut. Komory do sedymentacji międzystopniowej powinny być wyposażone w urządzenia do zgarniania osadu, podobnie jak klasyczne osadniki poziome.

FILTRACJA

Jest to proces zapewniający usuwanie z oczyszczanej cieczy cząstek o średnicy większej od 0,1 mikrometra. Stosuje się ją do usuwania zawiesin po osadnikach wtórnych, po procesach chemicznego strącania lub po koagulacji, po których pozostała zawiesina zawierająca ChZT, BZT₅ oraz w przypadku nie usunięcia bakterii.

Zastosowano filtr pospieszny ciśnieniowy, który w porównaniu z powolnym cechuje się dużą wydajnością i łatwiejszą eksploatacją.

Przy koagulacji prowadzonej w komorze szybkiego mieszania i osadniku kontaktowym, filtr pospieszny zlokalizowany jest w układzie urządzeń po osadniku, a rola jego polega wówczas na zatrzymaniu zawiesin pokoagulacyjnych pozostałych po sedymentacji.

Filtr pospieszny ciśnieniowy wykonany jest jako zamknięty zbiornik stalowy pionowy, o wysokości złoża 2 metry. Złoże filtracyjne jednowarstwowe ( piaskowe) płukane jest wodą przeciwprądowo, tzn. od dołu do góry.

• regenerującego 80g/dm³ jonitu.

DEZYNFEKCJA

Dezynfekcję ścieków chlorem stosuje się zawsze, gdy wody po odnowie są wykorzystywane w celach przemysłowych. Często chlorowanie związane jest z utlenieniem zanieczyszczeń organicznych. Dezynfekcja ma na celu ochronę rurociągów i urządzeń przed obrostami biologicznymi. W czasie chlorowania ścieków przebiega

kilka procesów jednostkowych ,takich jak utlenianie czy wytworzenie chlorowcopochodnych organicznych.

Utleniane są zarówno związki organiczne ,jak i nieorganiczne ( azot amonowy).Chlorowanie może przebiegać przez przyłączenie chloru lub jego podstawienia na drodze jonowej lub rodnikowej. Większosć związków organicznych jest chlorowanych według mechanizmu jonowego. Węglowodory nasycone oraz łańcuch boczne w węglowodorach aromatycznych są chlorowane według mechanizmu rodnikowego. Działanie bakteriobójcze chloru polega na reakcji kwasu podchlorowego z enzymami komórkowymi bakterii. Podstawowym czynnikiem wpływającym na dezynfekcję jest stopień zanieczyszczenia ścieków.

ODWRÓCONA OSMOZA

Podstawą procesu odwróconej osmozy jest zjawisko osmozy, polegające na transporcie rozpuszczalnika, a nie przepuszczalną dla cząstek substancji rozpuszczonej). Siłą napędową osmozy jest różnica aktywności rozpuszczalnika w roztworach rozgraniczanych przez membranę.

Stosowanie odwróconej osmozy w połączeniu z wymianą jonową okazało się bardzo korzystną metodą otrzymania wody bardziej czystej, przede wszystkim dla różnych gałęzi przemysłu o zaostrzonych wymaganiach co do składu wody. Zapewnienie efektywnej pracy stacji odwróconej osmozy wymaga odpowiedniego wstępnego oczyszczania wody ( koagulacja, sedymentacja, filtracja).

Metoda odwróconej osmozy daje dobre wyniki w oczyszczaniu wód komunalnych. Umożliwia ona zmniejszenie BZT₅ ścieków o ponad 80%, a zawartość azotanów, fosforanów i związków powierzchniowo czynnych odpowiednio o 50,3, 93,0 i ponad 99%. Możliwe jest również całkowite wyeliminowanie bakterii Coli, zarówno ze ścieków surowych. Doczyszczanie ścieków komunalnych metodą odwróconej osmozy, z użyciem typowych membran z octanu celulozy, pozwala więc na realizację pełnej odnowy wody i stwarza potencjalne możliwości wprowadzenia zamkniętego obiegu nie tylko dla wód przemysłowych, ale również dla wody pitnej.

WYMIANA JONOWA

Proces wymiany jonowej stosuje się w odnowie wody w celu całkowitego lub częściowego usunięcia z odnawianej wody substancji rozpuszczonych. Usuwane cząstki są wiązane przez jonit, oddający równocześnie do roztworu jony „nieszkodliwe”. Jonity są to najczęściej substancje praktycznie nie rozpuszczalne w wodzie , które wymieniają z roztworu dodatnio lub ujemnie naładowane jony na równoważne ilości jednoimiennych jonów, najczęściej H^-,Na^-, OH^-, wchodzących w skład jonitów. Techniki jonowymienne stosowane są do preparowania wody na cele chłodnicze, energetyczne, usuwając związki powodujące twardość, nadmierne zasolenie, substancje biogenne, czy tez drobnoustroje. W celu uzyskania wymaganej skuteczności proces powinien być prowadzony w warunkach optymalnych, we właściwie ustalonym układzie technologicznym.

Do usunięcia substancji rozpuszczonych z odnawianej wody do wartości nie przekraczającej 50mg/l zastosowano następujący układ technologiczny:

• anionit wodorotlenowy silnie zasadowy

• złoże buforujące - mieszanina kationitu i anionitu.

Ponieważ woda po anionicie może mieć podwyższone pH, jako kolejny etap należy zastosować kolumnę buforową, doprowadzającą odczyn do stanu równowagi ok. 7,0

Zaproponowano następujące wymieniacze;

Jako anionit zastosowano Permutit ESB -26 - o parametrach:

• dopuszczalny zakres pH 0-14

• obc. właść. do 40m³/m³h

• całkowita zdolność wymienna 0,9-1,2 val/dm³

• środek regenerujący NaOH - zużycie 100g/m³jonitu

• zużycie wody popłucznej 5-8m³/m³ jonitu.

Jako mieszaninę buforującą zastosowano układ Kt_m/A_m.

Jako kationit zastosowano Wofatit F - o parametrach:

• grupy jonoczynne - sulfonowe, fenolowe

• dopuszczalny zakres pH 4-14

• obc. właść. 5-25 m³/m³h

• całk. Zdolność wymienna 0,9 val/dm³

• środek regenerujący H₂SO₄

• zużycie środka regenerującego 80g/dm³ jonitu.

GOSPODARKA ODPADOWA

W większości procesów jednostkowych odnowy wody powstają ścieki i osady. Najczęściej są to odpady mineralne lub mineralno - organiczne. Ilość i skład ich jest bardzo różny zależy m.in. od metod procesów jednostkowych, składu odnawianej wody. Ze względu na to że dominuje mineralny skład odpadów, do ich unieszkodliwiania stosuje się przede wszystkim procesy fizyczne i chemiczne. Szczegółowe zestawienie zaproponowanego modelu gospodarki odpadowej przedstawiono na schemacie blokowym odnowy wody oraz w zestawieniu tabelarycznym.

LITERATURA:

”Odnowa wody - podstawy teoretyczne procesów” Apolinary L. Kowal

„oczyszczanie wody” Apolinary L. Kowal, M. Świderska - Bróż

---