Sedymentacja, Studia, Studia


Sedymentacja

Sedymentacja - proces usuwania z wody cząstek zawiesin na zasadzie opadania pod wplywem sił ciężkości. (opadanie grawitacyjne)
Opadanie cząstek zalezy od gęstości właściwej i ich stężenia

Wartość gęstości wł.: p g/cm­3

Woda t= 40 C 1T<40 i t>40 <1

`Zawiesiny w wodach naturalnych:

(org. I nieorganiczne) 1,05 - 3,5

Cząstki nminetalne

Glina 1,8 - 2,2

Pisaek kwarcowy (SiO2)

Wodorotlenki z koagulantów : p g/cm^3

Al(OH)31,002

Al(OH)3 przy dawce 25 g/m^31,004

Al(OH)3 1000g/m3 1,07

FE(OH)3 1,0092

Cząstki zawiesin bezpostaciowych (po koagulacji i flokulacji) opadają w sposób skupiony (skrępowany)

Cząstki czasem nawzajem łączą się, czyli drobniejsze mogą opadać z prędkością cząstek większych.

Prędkość opadania są małe i można je wyznaczyć tylko doświadczalnie.

Cząstki ziarniste opadają indywidualnie, bez łączenia się ze sobą.
Są to cząstki gliny, piasku kwarcowego i innych minerałów.
Jest to tzw. Opadanie swobodne

Prędkość opadania ( wzór Stokes'a):

(ps-p)

Vs=---------------gd2

18µ

Ps, p - gęstość wł. Fazy stałej i wody

d- średnica cząstek

µ - lepkość dynamiczna

Budowa osadnika

  1. Komora wlotowa - dopływ wody

  2. Część przepływowa - sedymentacyjna

  3. Komora osadowa - magazynowanie i zagęszczanie osadu

  4. 3 System zbiorczy - odpływ wody

  5. Wyposażenie - zgarniacz osadu

Podział osadników

W zależności od kształtu:

W zależności od przepływu:

  1. O przepływie poziomym

  1. O przepływie pionowym

  1. O przepływie ukośnym

Podstawowe wielkości projektowe osadników

Prędkośći opadania zawiesin w wodzie (10oC):

- mineralnych glina/piasek kw.

D 0,1 mm vO 4,6 mm/s

D 0,2 mm vO 14,5 „”

- mętnej bez koagulacji

VO 0,12 - 0,15 „”

- po koagulacji i flokulacji

vO 05 - 0,6 „”

- po koagulacji z flokulantem i wapnem

V max 0,8 - 1,2 „”

Stężenie zawiesiny:

Wydajność usuwania zawiesiny

η= (Cp - Co)/Cp

Wydajność obliczeniowa osadnika

Cp-Co

Qobl=Qu[1+-----------]

Cos-C

Czas przepływu wody w osadniku

Tp= 1,5 - 2,5 (4) h

Objętość osadnika

V= Qobl tp

Objętość komory osadowej

VOS = Qobl (Cp-Co) T/Cos

Zagęszczanie osadu w komorze osadowej

Stęzenie osadu zagęszczonego

Cos 6000 - 40000 g/m3

Czas zagęszczania osadu w komorze osadowej T 3-24h

Podstawy obliczeń projektowanych osadników

Obliczanie osadników podłużnych

Q

Powierzchnia w planie F=α ---------

Vo

Q - natężenie przepływu wody

Vo - prędkość opadania zawiesiny

α - sprawność osadnika

Długość L= α k H (40 - 60 m)

Szerokość B = 3 - 6 m

V
k=--------
Vo

- współczynnik prędkości 7,5 - 13,5

α - sprawność 1,5 - 2,5

V - prędkość przepływu

H - głębokość osadnika (2 - 4 m)

Szerokoćś osadnika

Q
B = --------
H v

L/H> 10

L/B 3 - 10

L/H 10 15 20 25

K 7,5

Powierzchnia w planie - osadniki radialne:

Q
F = ------------
qh

Qh< 4m3/m2h

(qh = 1,8 - 2,8 m3/m2h)

Średnice

Głębokość wody: 1,5 - 2,5 (4)m

Nachylenie dna 2 - 5 %

Osadniki kontaktowe - klarowniki:

-kl. o przepływie jednostajnym (korytarzowe)

-kl. z komorą zmieszaną - akcelatory

-kl. o przepływie pulsacyjnym, tzw. Pulsatory

-kl. o przepływie falującym

-klarowniki ze zgarniaczem mechanicznym

-klarowniki akcelatory - z cyrkulacją osadu

-klarownik cyrkulator

Wysokość jest zdeterminowana:

Woda dopływająca musi być odpowietrzona. (Na doprowadzeniu powinien znajdować się odpowietrznik).

Zmiękczanie wody metodami strącania

Twardość wody jest spowodowana jonami:

Wapnia Ca2+

Magnezu Mg2+

(żelaza i manganu

Cechy twardości:

Rodzaje twardości wody

Twardość węglanowa - tw:

Ca(HCO3)2,Mg(HCO3)2

Twardość niewęglanowa (stała) - tnw:

Cacl2, CaSO4, MgCl2, MgSO4

Twardość ogólna: to= tw + tnw

Relacje twardości i zasadowość

Jeśli:

  1. To > zas „m”, występuje tw i tnw

Wtedy tw= zas „m”, tnw= to - tw

  1. To < zas. „m” , występuje tylko tw

Wtedy to= tw, zas „alk” = zas”m” - to

  1. To = zas „m”, występuje tylko tw

Podział wód pod względem twardości

on

Miękkie 5 - 10

Średnio Twarde 10 - 15

Twarde 15 - 30

Bardzo twarde > 30

METODY USUWANIA TWARDOŚCI WODY ZA POMOCĄ STRĄCANIA

Usuwanie twardości węglanowej wapnem

Ca2 + Ca(OH)2 = CaCO­3 + H2O pH < 8,5

Ca(HCO30)2 + Ca(OH)2 = 2CaCO3 + 2H2O pH > 9 ( 10 - 15,5)

MgHCO3)2 + 2Ca(OH)2 = Mg(OH)+2+ + 2CaCO3 + 2H2O pH> 10,5 ( 11 - 11,5)

MgHCO3)2 + Ca(OH)2 = MgCO3 + CaCO3 + 2H2O

MgCO3 + Ca(OH)2 = Mg(OH)2 + CaCO3 + H2O

Węglan wapnia CaCO3 i wodorotlenek magnezu sątrudno rozpuszczalne.

Rozpuszczalność w 200C :

CaCO3 31 mg\dm3

Mg(OH)2 9mg/dm3

MgCO3 70 mg\dm

USUWANIE TWARDOŚCI WODY ZA POMOCĄ WAPNA WYKONUJE SIĘ RÓWNIEŻ W CELU USUNIĘCIA WODOROWĘGLANÓW - JEST TO PROCES DEKARBONIZACJI WODY.

Wapno nie usuwa twardości stałej. Do usunięcia twardości niewęglanowej - stałej stosuje się sode - ( węglad sodu - Na2CO3):

CaSO4 + Na2CO2 = CaCO3 + Na2SO4

CaCL2 + Na2CO3 = CaCO3 + 2NaCl

Dekarbonizację wody można wykonać za pomocą wodorotlenku sodu:

CO2 + 2NaOH = Na2CO3 + H2o

Ca(HCO3)2 + NaOH = CaCO3 + NA2CO3 + 2 H2o

Reakcja wtórna:

CaSO4 + Na2CO3 = CaSO3 + Na2So4

Powstające sole Na2So4 wzbogacają wodę w jony Na+, co nie jest korzystne

Procesy dodatkowe

-usuwanie żelaza

FeSO4+2Ca(OH)2+0,5O2+H2O=CaSO4+Fe(OH)3

Utlenianie Fe2+ z utworzeniem wodorotlenku FE(III) trudno rozp. W środowisku silnie zasadowym

-usuwanie fosforanów

3Ca(HO)2 + NAH2PO4 > Ca3(PO4)2+4H2O+NaOH

Z utworzeniem b. trudno rozp. Fosforanu Ca

-usuwanie metali

2Na2CO3+6NaOH+5Zn2+=Zn5(OH3)2(OH)6+10Na+

Na2CO3+2NaOH+2Cu2+=Cu2(CO3)(OH)2+4Na+

2Na2CO3+6NaOH+5Ni2+=Ni5(CO3)2(OH)6+10 Na+

Z utworzeniem b. trudno rozp. Soli kompleksowych (odzysk metali)

Zapotrzebowanie wapna:

DCaO= 28 (tw + CO2w) g CaO/m3

Podatność wody na zmiękczanie jest określona resztkową wartością twardości pozostałej

Zasadowość m<0,6 val/m3 - podatna

0,6 - 0,9„” - średnio podatna

>0,9 „” - mało podatna
na dekarbonizacje wapnem

Zapotrzebowanie sody:

D= 53 (to - tw) g Na2CO3/m3

Powstające sole sodu jako produkty uboczne reakcji np Na2SO4 wzbogacają wodę w jony Na+, co nie jest korzystne.

Zapotrzebowanie wodorotlenku spodu:

D = 40(tw + twMg + CO2w) g Na2CO3/ m3

Powstające sole sodu jako produkty uboczne reakcji np Na2SO4 wzbogacają wodę w jony Na+, co nie jest korzystne.

Warunki procesu zmiękczania

W reakcji powstają trudno rozpuszczalne osady.
Szybkość procesu jest zdeterminowana etapem krystalizacji osadu.

Czas reakcji:

Katalizator kontaktowy (masa kontaktowa)

Reagenty stosowane w procesie

Wapno:

Soda:

Reagenty stosowane w procesie

Wodorotlenek sodu:

-roztwór (rozp. W 18C 517g\dm3

Fosforany

-roztwory Na3PO4, Na2HPO4, NaH2PO4

Reaktory do zmiękczania:

Reaktory fluidalne, w których masa kontaktowa jest w stanie zawieszonym w strumieniu przepływającej wody.

Kierunek przepływu - od dołu do góry.

Rodzaje reaktorów:

  1. Do uzdatniania wód przemysłowych

Reaktory stożkowe VIrbos

- czas przepływu wody tp = 20 - 30 min.

- prędkość ( w części dolnej i górnej)

Vd = 1 m\s, vg = 0,025 m\s

- kąt rozwarcia stożka 30 - 40o

- wysokość do 5m

Osadniki kontaktowe typu akcelator, z cyrkulacją osadu

  1. Do zmiękczania wody do picia

Reaktory pelletowe - stosowane do częściowego zmiękczania wody (ok. 50%)

Dezynfekcja wody

Wody powierzchniowe i płytkie wody, podziemne są często skażone biologiczne. Skażenie wody powodują: wirusy, bakterie i ich formy przetrwalnikowe oraz pasożyty i organizmy wyższe. Przykłady patogennych( chorobotwórczych) czynników biologicznych w wodach: legionella pneumoplilia, bardia lamblia, campytobacter jejuni, crystoporidium par cum(pierwotniaki), hepaty A i E(wirusy)

Wymagania mikrobiologiczne wody do spożycia przez ludzi:

1. Escherichia coli 0/100cm3

2.Enterokoki 0/100cm3

3.Bakterie grupy coli 0/100cm3

4.Clostridum perfingeus 0/100cm3

5. Ogólna liczba mikroorganizmów: 36oC=50/1cm3; 22oC-100/1cm3

Cel dezynfekcji:

-zniszczenie żywych i przetrwalnikowych form organizmów patogennych

-zapobieganie ich wtórnemu rozwojowi w sieci wodociągowej

Metody dezynfekcji:

-chemiczne - dodawanie do wody silnych utleniaczy i zapewnienie odpowiedniego czasu kontaktu reakcji

Działanie dezynfekantu polega na utlenianiu substancji organicznej i mikroorganizmów. Siła dezynfekcyjna jest tym większa im wyższy jest potencjał redox. Cząsteczki utleniacza muszą przenikać przez błonę komórkową do wewnątrz struktury organizmów.

Podstawowe środki chemiczne:

-chlor (Cl2) i jego związki

-podchloryn (chloran I )sodu NaClO

-dwutlenek chloru ClO2

-chloraminy - NH2Cl, NHCl2

-ozon O3

Zdolność dezynfekcyjna: ozon > dwutlenek chloru > chlor wolny > podchloryn sodu > chloraminy

Stabilność (trwałość środka) i czas efektywnego działania dezynfekcyjnego: choraminy > dwutlenek chloru > chlor wolny > podchloryn sodu > ozon.

Chlor-gaz

Rozpuszczalność w wodzie 7,3g Cl/dm3

Roztwór roboczy woda chlorowa 3g/dm3

Dawki: niskie-0,5-1; średnie 1-2; duże >2 (10-12 g/m3)

Podchloryn sodu NaCl -roztwór

-handlowy 15% (150 g/dm3 Cl2 czynnego)

-roboczy 3%

Działanie dezynfekcyjne jest spowodowane cząsteczką HClO kwasu chlorowego(I):

Cl2+H2O=HClO+HCl

NaClO+H2O=HClO+NaOH

Posiada on zdolność przenikania przez błonę komórkową i destrukcji komórkowej.

Zdolność dezynfekcyjna: Cl2 > HClO > ClO-

Występowanie: Cl2 pH<2; HClO(nie zdysocjowany) pH 2-5; HClO i ClO pH > 5

Chlor i podchloryn sodu powodują powstawanie produktów ubocznych o właściwościach rakotwórczych:

ChZO - chlorowane związki organiczne (zw. Chloro-organiczne)

THM - tribalometanów (np. CHCl3)

Obecność substancji organicznych wyklucza możliwość stosowania Cl2 i NaClO do dezynfekcji. Woda może być dezynfekowana po usunięciu THM i ChZO.

Dwutlenek chloru ClO2 - gaz bardzo nietrwały i wybucha. Rozpuszczalność w wodzie 8g/dm3; roztwór roboczy 3%; dawki to 0,5 g/m3.

Chloraminy

mono-chloramina NH2Cl

di chloramina NHCl2

tri chloramina NCl3

Zdolność dezynfekcyjna: NH2Cl > NHCl2 > NCl3

Efekt przedłużonego działania na slirtek powolnego uwalniania chloru podczas hydrolizy.

Ozon O3-gaz, bardzo nietrwały, słabo rozpuszczalny w wodzie. Jeden z najsilniejszych utleniaczy i środków dezynfekcyjnych. Dawki ozony 0,5-2 g/m3. Wytwarzany z tlenu przy udziale wysokiego napięcia Ɛ-10kV w wyniku tzw cichych wyładowań 3O22O3 Jest rozpraszany w wodzie w postaci drobnych pęcherzyków i kontaktowany z wodą w czasie 5-15(20 min) w zbiornikach przepływowych.

Metody fizyczne

Najszybsze zastosowanie ma promieniowanie UV

UV-A 320-400nm; UV-B 280-320nm; UV-C 200-280nm

Najsilniej niszczy mikroorganizmy promieniowanie λ254nm

Źródłem promieniowania są lampy rtęciowe lub organowe tzw. Promienniki UV. Energia UV niszczy organizmy żywe powodując destrukcje białka DNA wchodzącego w ich skład.

Dawki promieniowania niezbędne do uzyskania 90% zniszczeń mikroorganizmów:

Bakterie 1-20; drożdże 2-100; grzyby 5-150; pierwotniaki 60-100; glony 300-600 [mg/cm2]

Dawki minimalne stosowane do dezynfekcji: woda do picia 40 mJ/cm2; woda produkcyjna w przemyśle spożywczym 75mJ/cm2; woda do celów specjalnych w przemyśle farmaceutycznym >100 mJ/cm2.

Metody uzdatniania wody

1. Woda powinna być bezpieczna dla zdrowia nie może zawierać mikroorganizmów chorobotwórczych i pasożytów w liczbie stanowiącej zagrożenie dla zdrowia oraz bakterii wskaźnikowych i substancji chemicznych w liczbie lub stężeniu przekraczającym wartości okreslane w załącznikach.

2. Woda do spożycia musi być czysta bakteriologicznie

-pozbawiona bakterii kałowych, escherichia coli, grupy coli, eliterokoków i clostridium 0/100cm3.

Dopuszczalna jest w wodzie liczba bakterii: w 36oC 48h-80/1cm3; w 22oC 24h - 100/1cm3

3. Upragania fizykochemiczne (wybrane parametry):

Barwa: max 15mg/l Pt; Mętność: max 1NTU; pH:6,5-9,5: smak akceptowalny; zapach akceptowalny; OWO max 5mg/l (ogólny węgiel organiczny)

a) substancje nieorganiczne [max mg/dm3]

chlorki 250; siarczany 250; sód200; mangan 0,05; żelazo 0,2; chlor wolny 0,3; magnez 30-125; twardość 60-500(CaCO3); anolidu NH4+/NH3 0,5.

4. Wody podziemne

- problem podstawowy: usuwanie żelaza i manganu, rozpuszczonego dwutlenku węgla, niekiedy również barwy naturalnej (sub. organiczne)

-jeśli podczas uzdatniania następuje zakażenie wody niezbędna jest dezynfekcja

5. Przykłady procesu uzdatniania wody podziemnej:

-ujęcie wody za pomocą studni

-uzdatnienie: napowietrzanie i filtracja, celem pH odkwaszanie wody i usunięcie Fe i Mn

-utlenienie substancji organicznych stosuje O3, ClO2, i uzupełnia filtracją na węglu aktywnym

-w niektórych przypadkach jest konieczna filtracja na specjalne dobory złoża np. piasek kwarcowy+katalizator(I) lub masa alkaliczna(niekiedy II stopnia)

-dezynfekcja końcowa (Cl2, ClO2, NaClO) ponieważ napowietrzanie często powodują zakażenie bakteriologiczne („ otwarcie ukł uzdatniania wody”)

6. Wody podziemne

a) odżelazianie i odmanganianie * napowietrzanie i filtracja ciśnieniowa ( desorpcja CO2 odkwaszanie)

I etap hydrolizy

Fe(HCO3)2+2H2O <-> Fe(OH)2+2H2O+2CO2

Mn(HCO3)2+2H2O <-> Mn(OH)2+2H2O+2CO2

MnSO4+2H2O<-> Mn(OH2)+H2SO4

MnCl2+2H2O<-> Mn(OH2)+2HCl

b) odkwaszanie wody: alkalizacja wapnem do pH 8,3-8,5

2HCl+Ca(OH)2=CaCl2+2H2O

H2SO4+ Ca(OH)2=CaSO4+2H2O

Filtracja na kwasach alkaicznych- prażony dolomit rego x CaClO3 i CaO3

MgO+CO2agr+H2O=Mg(HCO3)2

CaCO3+CO2agr+H2O= Ca(HCO3)2

MgO+H2SO4=MgSO4+H2O

CaCO3+2HCl=CaCl2+CO2+H2O

II etap utlenianie (pH>7) wytrącanie osadów wodorotlenków

4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3(s)

2Mn(OH)2+O22Mn(OH)2(s)

2Mn(OH)2+O22MnO2(s)+2H2O

III etap filtracja usunięcie wytrąconych osadów

7. Rozpuszczalność produktów utleniania związków żelaza i manganu

Fe(OH)2 0,67 mg/dm3(dobry rozp); Fe(OH)3 0,043*10-3 trudno; MnO(OH)2, MnO2 trudno rozpuszczalne.

8. Wody powierzchniowe

Problem: usuwanie mętności, barwy substancji organicznej pochodzenia naturalnego i nadanie wodzie odpowiednich właściwości organoleptycznych i czynników bakteriologicznych.

1) koagulacja wspomagana wapnem lub uzupełniana utleniaczem

2) sedymentacja w osadnikach lub filtrach

3) filtracja pośpieszna na piasku kwarcowym niekiedy z użyciem węgla aktywnego w ostatnim stopniu

4) dezynfekcja

9. Przykłady procesu uzdatniania wody powierzchniowej

-ujęcie wody z rzeki niekiedy filtracja wstepna na filtrach pośpiesznych (i utleniacze ClO2, O3)

-koagulacja objętościowa siarczanem glinu( wspomagana wapnem i pylistym węglem aktywnym)

-sedymentacja w osadnikach przepływowych

-utlenianie chemiczne(O3, ClO2)

-filtracja na filtrach pośpiesznych ( z piaskiem kwarcowym)

-filtracja na węglu aktywnym w filtrach pośpiesznych (poprzedzana procesem utleniania O3, H2SO2, UV)

-dezynfekcja końcowa (Cl2, ClO2, UV)

Woda do celów przemysłowych

10. Przykłady wymagań jakości wody

a) woda dla przemysłu spożywczego

-jakość wody do spożycia

- pozbawione Fe, Mn, barwy

-nie może być dezynfekowana chlorem

b) woda dla przemysłu włókienniczego

- brak mętności i barwa

-limitowane twardość orza Fe Mn

Przykłądy:

*woda do farbowania to <1,5val/m3 B<20g/m3 Pt, (Fe,Mn)< 0,2g/m3

*woda do bielenia (Fe+Mn) <0,1g/m3 [[to-twardość ogólna; B- barwa w skali platynowej]]

11Procesy uzdatniania (włókiennictwo)

-odżelazianie i odmanganianie

-zmiękczanie częściowe lub całkowite i metody strącania za pomocą wapnia i sody, jonitowe (cykl sodowy)

Woda do celów chłodniczych:

*bez zawiesiny i alg oraz Fe i Mn

*bez bakterii i substancji biogenicznych związków azotu i fosforu

*mała ilość soli rozpuszczonych

Cechy: woda stabilna bez zdolności wydzielania osadów i nie korozyjna

12Stabilnośc wody:

-usunięcie składnikó prowadzących tworzenie osadów chemicznych i biologicznych korekta pH

-dekarbonizacja zmiękczanie częściowe lub całkowite

-utlenianie chemiczne dezynfekcja

a) woda do zasilania kotłów: jakość zależy od ciśnienia kotła

- Pt< 20atm.; to<0,1on i CO2zw< 25g/cm3[ to-twardość ogólna (Ca+ Mg); CO2zw dwutlenek węgla związany]

-Pt - 40atm. to<0,05on Co2og< 20g.cm3; [to twar. Ogólna (Ca+Mn); CO2og- dwutlenek ogólny]

Najczęściej mają zastosowanie metody jonitowego zmiękczania dekarbonizacji

Pt>80atm (kotły wysokoprężne) przewodność < 0,24s/cm pH>8,5 Wymagany jest wysoki stopień demineralizacji wody

Demineralizacja wody może być uzyskana metodami filtracji membranowej lub jonitowej.

Procesy: odwróconej osmozy uzupełnionej stopniem obróbki jonitowej - jonitowej demineralizacji w układach kwarcowych ze złożem mieszanym.

*wody podziemne wymagają odpowiedniego oczyszczenia

*uzdatnianie występuje jak w przypadku wody do picia, którego zakres jest uzależniony od wymaganego składu

*Przykłady stosowanych procesów:

-zmiękczanie metodami strącania

-dekarbonizacja i zmiękczanie

-zmiękcznie i dekarbonizacja metodami jonitowymi



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Niepewne pytania z egzaminu z sedymentologii, Studia, Sedymentologia
KOLOKWIUM NR 2 SEDYMENTOLOGIA, Studia, Sedymentologia
Minerały skał osadowych i środowiska sedymentacji, Studia, Budownictwo UTP, Geologia
Egzamin sedymentologia - opracowanie, Studia, Sedymentologia
Studia slajdy1
Studia slaidy
oszustwa studia cywilne
Mazowieckie Studia Humanistyczn Nieznany (11)
Mazowieckie Studia Humanistyczne r2001 t7 n2 s157 160
Mazowieckie Studia Humanistyczne r1996 t2 n1 s165 173
Mazowieckie Studia Humanistyczne r1998 t4 n1 s79 101
Mazowieckie Studia Humanistyczn Nieznany (14)
Mazowieckie Studia Humanistyczne r1997 t3 n1 s290 292
Mazowieckie Studia Humanistyczne r1996 t2 n1 s113 126
Mazowieckie Studia Humanistyczne r2002 t8 n2 s109 114
eis 2002 10 adaptacja akustyczna domowego studia
Krwawienie, studia pielęgniarstwo
fotosynteza i metabolizm-ściąga, Pomoce naukowe, studia, biologia

więcej podobnych podstron