Grupa A

1.Podaj charakterystykę jakości wód podziemnych.

Największe zagrożenie dla jakości wód podziemnych stanowią niektóre związki azotu (azotany, azotyny, nitrozaminy), toksyczne i rakotwórcze trudno rozkładalne związki organiczne oraz zanieczyszczenia mikrobiologiczne. Wymienione zanieczyszczenia SA nie tylko rezultatem stosowania środków chemicznych w rolnictwie, lecz również odprowadzania bezpośrednio do gruntu ścieków niewłaściwie oczyszczonych.

Stare nie eksploatowane studnie, traktowane po wykonaniu wodociągu na wsi jako studnie chłonne do gromadzenia odpadów komunalnych i innych nieczystości, mogą by źródłem punktowym dopływu wielu groźnych dla zdrowia zanieczyszczeń. Inne przyczyny mające wpływ na jakość wód podziemnych to również brak poboru wody, prowadzący do wzrostu stężenia soli w wodzie wskutek parowania, oraz słabsze rozcieńczenie zanieczyszczeń, spowodowane ograniczonym zasilaniem wód podziemnych wodami opadowymi w latach suchych.

2.Jak flokulanty wpływają na proces koagulacji wody?

Flokulant usprawnia proces koagulacji, umożliwia rozszerzenie optymalnego dla procesu koagulacji przedziału wartości pH. W rezultacie przyczynia się do zmniejszenia zużycia koagulatów oraz skrócenia czasu sedymentacji osadu pokoagulacyjnego. Pozwala to na uzyskanie większej sprawności urządzeń do flokulacji i sedymentacji, przedłużenie cyklu pracy filtrów oraz polepszenie wyników oczyszczania wody.

3.Jakie urządzenia biorą udział przy koagulacji objętościowej?

Zbiorniki zarobowe i roztworowe, mieszacze, reaktory i osadniki.

4.Dezynfekcja wody promieniowaniem UV.

Promieniowanie UV wykazuje efekt bakteriobójczy, przy krótkich długościach fal rzędu 250-280*10^-9 m. Natężenie promieniowania konieczne do uzyskania wymaganych efektów procesu dezynfekcji zależy od rodzaju naświetlanych mikroorganizmów, jakości wody, adsorpcji promieniowania na rozpuszczonych w wodzie substancjach, geometrii położenia cząstek zawiesin, które mogą osłania mikroorganizmy przed promieniowaniem bezpośrednim, a także od przestrzennego układu promieniowania w urządzeniu sterylizującym.

Dezynfekcje wody promieniami UV ocenia się pozytywnie ze względu na prostotę przebiegu procesu, brak ryzyka pogorszenia własności wody, zachowanie cennych substancji mineralnych rozpuszczonych w wodzie oraz pewność, że nie nastąpi zanieczyszczenie środowiska szkodliwymi związkami chemicznymi. Jednak dezynfekcja promieniami UV ustaje natychmiast po zaprzestaniu naświetlania, w związku z czym nie może zapobiegać wtórnemu rozwojowi bakterii.

Woda poddawana promieniowaniu powinna być bezbarwna, pozbawiona domieszek koloidalnych i zawiesin, które rozpraszają promieniowanie, a zatem uniemożliwiają lub znacznie obniżają zamierzony efekt działania. Promieniowanie UV ma także niewielką głębokość działania, a zatem konieczna jest dokładna regulacja ilości przebywającej wody w czasie naświetlania.

5.Podaj schemat uzdatniania wody o zawartości Fe ³⁺ 8 mg/dm³ i odczynie
alkalicznym.

Jeżeli odczyn wody jest obojętny lub lekko alkaliczny dla wód o stężeniu jonów żelaza do 8 mg/dm³ należy stosować aerację i filtrowanie wody. Dostarczony tlen nie posłuży do utlenienia żelaza, gdyż jest ono w postaci Fe ³⁺, ale spowoduje usunięcie nadmiaru CO₂ i ewentualnie innych gazów rozpuszczonych w wodzie.

6.Narysuj schemat zmiękczania wody jonitem szeregowym.

Grupa B

1. Zanieczyszczenia wód powierzchniowych.

Jakość wód powierzchniowych jest bardzo różna. Na przykład strumienie i jeziora górskie, płynące lub położone na podłożu skalistym, charakteryzują się na ogół bardzo dużą czystością, wynikającą również z większej prędkości przepływu, natomiast rzeki płynące przez tereny nizinne i zamieszkałe, o zarośniętych brzegach, mogą być zanieczyszczone substancjami pochodzenia mineralnego, organicznego, produktami rozkładu organizmów żywych oraz ściekami komunalnymi lub przemysłowymi. Ponadto w wodach tych mogą znajdować się rozpuszczone gazy, jak np. tlen, azot, dwutlenek węgla, pochodzące z atmosfery lub też z rozkładu składników stanowiących zanieczyszczenie mineralne lub organiczne.

Występujące w wodzie zanieczyszczenia można podzielić na podstawowe grupy:

• Zanieczyszczenia mechaniczne

• Zanieczyszczenia koloidalne

• Zanieczyszczenia cząsteczkowe

• Zanieczyszczenia bakteriologiczne.

2. Co to jest potencjał elektrolityczny?

W cząstce koloidalnej pomiędzy fazą stała i ciekła występuje potencjał termodynamiczny określany jako potencjał Nernsta. Część tego potencjału, odpowiadająca spadkowi potencjału w warstwie dyfuzyjnej aż do płaszczyzny ścinania, jest potencjałem elektrokinetycznym. Odgrywa on ważna rolę w zjawiskach elektrycznych. Potencjał elektrokinetyczny ulega zmianom, a jego wartość stanowi o stabilności układu koloidalnego. Całkowity zanik warstwy dyfuzyjnej, odpowiadający zniszczeniu stanu stabilności cząstki koloidalnej, następuje wtedy, gdy wartość potencjału elektrokinetycznego równa jest zero. Punkt ten nazywa się punktem izoelektrycznym. Stan ten znacznie zmienia właściwości układów koloidalnych i jest także uważane za warunek wystąpienia szybkiej koagulacji domieszek wód naturalnych. Początek procesu koagulacji może w niektórych przypadkach wystąpić już przy potencjale ξ=±30 mV.

3. Jakie urządzenia mogą być użyte do koagulacji kontaktowej?

Rury perforowane, zbiornik koagulantów, dozownik zwężkowy, filtr kontaktowy, zbiornik wody płuczącej

4. Usuwanie z wody substancji organicznych

5. Ozonowanie wody - jak, kiedy, dlaczego {w technologii}?

Ozonowanie jest procesem obecnie powszechnie stosowanym w technologii uzdatniania wody dopicia. Wynika to z wysokiego potencjału utleniająco-redukcyjnego ozonu oraz jego zdolności do utleniania bezpośredniego lub pośredniego za pomocą produktów jego rozpadu, zwłaszcza rodnika hydroksylowego OH.

Stosując ozonowanie można doprowadzi do całkowitej dezaktywacji wirusów. Działanie bakteriobójcze ozonu jest 12-15 razy silniejsze od działania chloru. Ozon w porównaniu z chlorem lub z dwutlenkiem chloru znacznie lepiej poprawia właściwości organoleptyczne wody.

W procesie ozonowania usuwane są z wody wszelkie smaki, zapachy, a także chloraminy w wyniku utleniającego działania ozonu.

Ozonowanie wody zawierającej substancje humusowe powoduje ich degradację, a zawierającej nadmiar żelaza i manganu - utlenienie obu związków i wytrącanie się ich wodorotlenków. Ozon przyczynia się także do usprawnienia procesu koagulacji.

Proces ozonowania nie wprowadza do wody obcych składników. Trudność stanowi minimalna rozpuszczalność ozonu w wodzie, wysoki koszt urządzeń oraz duże zużycie energii elektrycznej. Ozonowanie jest zwykle stosowane do:

• Dezynfekcji basenów kąpielowych, wody pitnej i mineralnej

• Korekty zapachu gazów odprowadzanych ze skruberów

• Utleniania w przemyśle chemicznym

• Oczyszczania wody w stawach rybnych i akwariach w ZOO.

6. Schemat zmiękczania wody przez wymianę jonową w układzie równoległym. Opisać
istotę procesu.

Wodę dzieli się na dwa strumienie, które przechodzą równolegle przez wymiennik mocno kwasowy wodorowy i wymiennik sodu.

Woda po kationicie mocno kwasowym ulega zmiękczeniu i zawiera wolne kwasy mineralne i wodorowęglan sodu po kationicie sodowym. Mocne kwasy obecne w wycieku powodują rozkład wodorowęglanów zawartych w pozostałej części wody.

H⁺ + HCO₃^- = H₂O + CO₂

Wytworzone związki będą ze sobą reagowały w następujący sposób:

H₂SO₄ + 2 NaHCO₃ = Na₂SO₄ + 2 H₂O + 2 CO₂

Ustalenie udziału wody z poszczególnych wymienników zależy od składu chemicznego wody doprowadzonej do uzdatniania.

Grupa C

1) Jaką rolę odgrywa równowaga węglanowa w uzdatnianiu wody??

Nadmiar dwutlenku węgla w stosunku do CO₂ równoważnego, czyli CO₂ agresywny, powoduje wzrost kwasowości wody i jest przyczyną korozyjnego działania na materiał instalacji, budowli i urządzeń.

Równowaga węglanowa buforuje naturalne wody, wpływając na ich odczyn. Poszczególne formy często uczestniczą w wielu procesach zachodzących w wodach, np. rozpuszczaniu i wytrącaniu ciał stałych. Dwutlenek węgla bierze udział w przemianach biologicznych.

2) Jakie czynniki wpływają na koagulacje?

• Promieniowanie γ i β

• Temperatura

• Działanie mechaniczne np. wytrącanie, wymieszanie koagulanta z wodą

• Rodzaj i stężenie koagulanta

• Odczyn pH

• Rodzaj koloidów, które chcemy usunąć

3) Jakie urządzenia biorą udział przy koagulacji powierzchniowej.

Rury perforowane, zbiornik koagulantów, dozownik zwężkowy, filtr kontaktowy, zbiornik wody płuczącej

4) Rodzaje używanych środków dezynfekcyjnych - wady i zalety, który ma najlepsze właściwości utleniające.

Chlor

Zalety:

• Powoduje niszczenie pasożytów bakterii chorobotwórczych i wirusów znajdujących się w wodzie

• Chlorowanie wstępne wspomaga utlenianie wody przy odżelazieniu i odmanganianiu i niszczy koloidy ochronne w procesie koagulacji

• Chlorowanie końcowe dezynfekuje wodę

Wady:

• Nadmiar chloru musi zostać usunięty przez dechlorację wody

Dwutlenek chloru

Zalety:

• Dezynfekuje, niszczy substancje nadające wodzie smak i zapach

• Działa silnie bakteriobójczo

• Nie tworzy przykrych zapachów chlorofenoli i niebezpiecznych dla zdrowia związków chloroorganicznych

Wady:

• Niestabilny

• Ulega rozpadowi przy temperaturze wyższej niż 25 st. C, przy pH > 7, przy śladach zanieczyszczeń lub ekspozycji na światło

Ozon

Zalety:

• Doprowadza do dezaktywacji wirusów oraz zniszczenia bakterii i glonów

• Poprawia własności organoleptyczne wody

• Usuwa wszelkie smaki i zapachy oraz chloraminy

• Powoduje degradacje substancji humusowych

• Powoduje utlenienie nadmiaru żelaza i manganu i wytrącanie się ich wodorotlenków

• Usprawnia proces koagulacji

Wady:

• Minimalna rozpuszczalność ozonu w wodzie

• Wysoki koszt

• Dosyć duże zużycie energii elektrycznej

Najlepsze własności utleniające ma ozon.

5) Odmanganianie - co mu zagraża i opisać przebieg

Mangan najczęściej występuje jako Mn(HCO₃)₂, rzadziej jako MnSO₄ i w postaci związków organicznych. Podobnie jak żelazo pogarsza smak wody, a większa jego ilość jest szkodliwa dla zdrowia. Przy praniu powoduje brunatne zacieki i plamy. Przemysł krochmalniczy, fotograficzny i papierniczy wymaga wody wolnej od manganu.

Usuwanie manganu z wody polega, podobnie jak odżelazianie, na hydrolizie i utlenianiu w wodzie zawartego manganu dwuwartościowego do nierozpuszczalnego związku manganu czterowartościowego. Proces utleniania jonów Mn²⁺ zachodzi jedynie przy wysokich wartościach pH. Utlenianie Mn(II) do Mn(IV) można przeprowadzi przy użyciu ozonu, który utlenia jony żelaza i manganu do związków nierozpuszczalnych. Podobnie można użyć chlor do utleniania i usuwania jonów żelaza i manganu z wody. Mangan można tez usunąć metodą biologiczną.

W wodach zawierających Mn2+ i stosunkowo wysokie stężenie jonów amonowych proces odmanganiania jest często utrudniony z uwagi na wyraźnie widoczne objawy konkurencyjności obu procesów. Przyczyn tego zjawiska należy szukać w mechanizmach dominujących w trakcie odmanganiania i usuwania azotu amonowego.

6) Podaj schemat urządzeń wykorzystywanych do demineralizacji wody w zakładach energetycznych.

Demineralizacja wody przeznaczonej do zasilania kotłów wysokoprężnych

Woda zmiękczona

CO₂

Sprężone powietrze

1 etap usuwa twardość węglanową (dekarbonizacja)

Woda surowa

Wymiennik sodowy KtNa₂

Odgazowy - wacz

Wymiennik wodorowy KtH₂

słabo kwasowy

2 etap usuwa twardość niewęglanową

Wymiennik mocno kwasowy

KtH₂

Wymiennik

Sodowy

KtNa₂

Woda surowa

H₂SO₄

NaHCO₃

Sprężone powietrze

Woda zmiękczona

CO₂

Słabo kwasowo-wodorowy

Kt

Mocno kwasowo-wodorowy

Kt

Słabo zasadowy anionit

An

Kt

Mocno zasadowy anionit

Odgazowa-

nie

Woda uzdatniona

Dekarbonizacja

Ca(HCO₃)₂

M(HCO₃)₂

NaHCO₃

dekationizacja

Cl^-

So₄^2-

Sprężone powietrze

CO₂

SiO₃^2-

HCO₃^2-

CO₃^2-

Woda zdemineralizowana

---