Wody naturalne wykorzystywane do picia i na potrzeby gospodarcze muszą być poddawane procesowi oczyszczania. Rodzaj stosowanych procesów jednostkowych w układzie oczyszczania zależy w pierwszej kolejnoœci od rodzaju zanieszczyszczeń substancji które musimy usunąć. Najczęœciej usuwamy lub niszczymy zanieczyszczenia zawieszone i koloidalne powodujące mętnoœć i barwę wody.
Następna grupa zanieczyszczeń to substancje organiczne rozpuszczone pochodzenia naturalnego lub antropogenicznego
związki żelaza, manganu oraz metale ciężkie
gazy rozpuszczone - takie jak dwutlenek węgla, siarkowodór, metan i inne
ostatnią grupę stanowią pasożyty, bakterie i glony
w uzdatnianiu wód naturalnych stosuje się różne procesy technologiczne, przede wszystkim techniki separacji do których należą:
cedzenie
sedymentacja
flotacja
filtracja
koagulacja z flokuacją
utlenianie - usuwanie żelaza i manganu i niektórych związków organicznych, wykorzystywane również w procesie dezynfekcji
adsorbcja - usuwanie rozpuszczonych substancji organicznych i substancje powstałe w procesie utleniania
absorpcji, wytrącania, napowietrzania, destylacji, kondensacji oraz procesy membranowe
wybór odpowiedniej techniki separacji okreœlają dwa podstawowe czynniki
separacja ta musi być wykonywalna technicznie
atrakcyjna ekonomicznie
często zdarza się tak że zmuszeni jesteœmy do połączenia dwóch lub większej liczby procesów separacji dla osiągnięcia założonego celu - jest to wtedy proces hybrydowy charakteryzujacy się większą skutecznoœcią i efektywnoœcią, możliwoœcią odzyskania surowców jak i produktów ubocznych, ale co ważniejsze procesy hybrydowe charakteryzują się mniejszym zużyciem energii i dają możliwoœć uzyskania lepszej jakoœci wody uzdatnionej
w zależnoœci od jakoœci wody surowej proces uzdatnialnia obejmuje szereg połączonych procesów jednostkowych.
Może być to układ prosty obejmujący filtrację i dezynfekcję lub układ złożony zawierający dodatkowo koagulację, flokulację, sedymentację oraz dodatkowo w celu usunięcia wszystkich rozpuszczonych substancji organicznych i nieorganicznych barwy, zapachu i wirusów procesy zaawansowane do których zaliczamy:
adsorbcję na węglu aktywnym
chemiczne utlenianie
metody biotechnologiczne
najpoważniejszym problemem w uzdatnianiu wody w celu zaopatrzenia ludnoœci w wodę pitną i na potrzeby gospodarcze jest zapewnienie skutecznej eliminacji uciążliwych i szkodliwych pierwotnych zanieczyszczeń oraz prekursorów zanieczyszczeń wtórnych.
Należy także zapewnić chemiczną i biologiczną stabilnoœć wody wprowadzanej do sieci wodociągowej. Istniejący system dystrybucji pomiędzy zakładem wodociągowym a odbiorcą powoduje że ostatecznie o jakoœci wody dostarczanej do ludnoœci decyduje nie tylko skład ujmowanej wody i skutecznoœć jej oczyszczania ale również stan techniczny sieci wodociągowej i zachodzące w niej zjawiska.
Koniecznoœc udoskonalania istniejących technik uzdatniania wody i wprowadzania nowych wynika z trzech zasadniczych przyczyn
stopniowego pogarszania się jakoœci zasobów wodnych spowodowanych wzrastającą iloœcią zanieczyszczeń wprowadzanych do œrodowiska które niszczą naturalny proces samooczyszczania
rosnące zapotrzebowanie na wodę wysokiej jakoœci
coraz bardziej restrykcyjne uregulowania prawne jakoœci wody do picia oraz wód zużytych odprowadzanych do œrodowiska. Liczba normowanych parametrów jakoœci wody stale roœnie a dopuszczalne stężenia wielu wskaŸników mających znaczenie zdrowotne ulega ciągłemu obniżeniu. Zapewnienie wody pitnej o wymaganych parametrach wymusza ciągłą modernizację istniejących zakładów uzdatniania wody poprzez wprowadzanie do nich nowoczesnych technologii, często drogich i skomplikowanych. ( jednoczeœnie są to procesy z małą iloœcią odpadów lub bezodpadowe)
technologia uzdatniania wody - poziom rozwoju technologii
technologia uzdatniania wody w pierwszej kolejnoœci opierała się na procesach naturalnych zachodzących w przyrodzie czyli były to procesy sedymentacji i filtracji do których dodatkowo dołączono proces dezynfekcji bazujący głównie na procesie chlorowania. W chwili obecnej w uzdatnianiu wody dominują procesy jednostkowe fizykochemiczne i chemiczne nad procesami naturalnymi i biologicznymi. Intensyfikację oczyszczania wody należy rozumieć jako tworzenie ciągu technologicznego wyposażonego w wielostopniowe bariery zatrzymujące mikroorganizmy w szczególnoœci chorobotwórcze oraz zanieczyszczenia typu chemicznego. Taka koncepcja oczyszczania wody jest niezawodna również w warunkach wystąpienia nagłego zanieczyszczenia Ÿródłowego pochodzenia zarówno biologicznego i/lub chemicznego.
Proces uzdatniania wody jest pojęciem szerszym w stosunku do oczyszczania wody. Według definicji uzdatniania wody woda musi być pozbawiona domieszek i zanieczyszczeń, ale powinna równoczeœnie posiadać skład mineralny najbardziej korzystny dla zdrowia.
Technologia oczyszczania wody to procesy jednostkowe pozwalające na usunięcia z wody domieszek i zanieczyszczeń niepożądanych.
Nowe tendencje w uzdatnianiu wody obejmuje:
problemy produkcji, powstawania produktów ubocznych w procesach chemicznego utleniania
filtry biologicznie aktywowane które są współczesną modyfikacją filtrów powolnych wykorzystujemy w nich złoża węgla aktywnego poprzedzone procesem ozonowania w celu obniżenia zawartoœci rozpuszczonych związków organicznych
zastosowanie mikrofiltracji, ultrafiltracji i nanofiltracji zamiast klasycznej filtracji pospiesznej, umożliwiające całkowite usunięcie z wody drobnoustrojów, zwiesiny i zanieczyszczeń koloidalnych a w połączeniu z innymi procesami oczyszczania pozwalają na usunięcie domieszek zawieszonych, rozpuszczonych małocząsteczkowych substancji organicznych
wykorzystanie infiltracji jako wysokoefektywnej i bez reagentowej metody oczyszczania wód powierzchniowych wraz z polepszaniem ich właœciwoœci.
Maksymalizacja procesu koagulacji poprzez stosowanie nowoczesnych koagulantów i flokulantów.
Każdy współczesny system technologi uzdatniania wody stanowi funkcjonalną całoœć złożoną z powiązanych ze sobą licznych procesów jednostkowych które obejmują wiele zjawisk
o charakterze fizycznym, fizycznochemicznym, chemicznym lub biochemicznym zachodzących zazwyczaj w układzie heterogenicznym. Wybór systemu technologicznego systemu uzdatniania wody jest przedmiotem kompleksowych badań pilotowych i optymalizacyjnych
w przypadku technologi uzdatniania wody powierzchniowej opartych na procesie koagulacji i filtracji wyszczególnia się dwa okresy wynikające z zakładanych wyników, efektów oczyszczania.
okres tradycyjny w którym podstawa oceny było obniżenie mętnoœci uzdatnianej wody do wartoœci od 3 - 5 mg krzemionki na litr oraz obniżenie barwy do wartoœci od 15-20 miligramów platyny na litr
okres współczesny zakładający obniżenie mętnoœci do wartoœci nieprzekraczających 0,1-1 mtu oraz barwy do wartoœci od 1 -5 miligramów platnyny na litr oraz obniżyć maksymalnie utlenianie wody, ogólnego węgla organicznego oraz obniżenie stężenia prekursorów produktów ubocznych chemicznego utleniania w tym także dezynfekcji, usunięcie metali ciężkich, pestycydów a także produktów resztkowych dawkowanych reagentów
tradycyjny układ technologiczny uzdatniania wody powierzchniowej stanowią procesy:
koagulacji, sedymentacji, filtracji, dezynfekcji.
Proces koagulacji był procesem który wykorzystywał zjawisko powstawania większych aglomeratów w wyniku dodawania do uzdatnianej wody koagulanta. Aglomeraty te w dalszym procesie były usuwane na drodze sedymentacji. Prowadzony w komorach szybkiego i wolnego mieszania oraz reaktory z osadem zawieszonym. Obecnie proces koagulacji łączony jest z procesem flotacji co jest szczególnie przydatne w przypadku uzdatniania wód zimnych.
Podstawowymi koagulantami stosowanymi w polsce były: siarczan glinu i sole żelaza, siarczan żelazowy lub chlorek żelazowy lub siarczan żelazawy. Stosowanie siarczanu żelazawego umożliwia nam połączenie procesu koagulacji z procesem utleniania. Siarczan żelazawy poddany działaniu nadtlenu wodoru lub ozonu tworzy odczynnik fentona dający bardzo silne wartoœci utleniające, zjawisko bardzo korzystne w przypadku usuwania zanieczyszczeń występujących w połączeniu z substancjami organicznymi.
Łączenie nieorganicznych koagulantów z organicznymi polielektrolitami. Zastępują one dawniej stosowaną krzemionkę aktywną a odpowiadają za uniezależnienie procesu koagulacji od temperatury oraz przyspieszają proces sedymentacji
właœciwe uzdatnianie wody w układach opartych o proces koagulacji zależy przede wszystkim od trafnego doboru rodzaju i dawki koagulanta, odczynu wody oraz od rodzaju i dawki substancji wspomagających. Proces koagulacji uzależniony jest od innych czynników, sposobu dawkowania, mieszania itp.
należy pamiętać że dobór wartoœci parametrów procesu koagulacji uzależniony jest od składu fizykochemicznego, bakteriologicznego i hydrobiologicznego ujmowanej wody.
Następna modyfikacja to zastąpienie koagulacji objętoœciowej koagulacją punktową. Prowadzi to do zmniejszenia ilosci dawkowanego koagulanta przez co zmniejszamy ryzyko wtórnego zanieczyszczenia wody spowodowanego przedawkowaniem koagulanta. Kolejna korzyœć to intensyfikacja procesu sedymentacji w wyniku zastosowania substancji (obciążających kłaczki)
Akti flock - wprowadzanie do układu konwencjonalnego koagulacji tak zwanego mikro piasku o granulacji do 100-150 mikrometrów pełniącego funkcję obciążnika w procesie pokoagulacynym. Stosowany jest do uzdatniania wód o znacznej i zmiennej mętnoœci. Może być wykorzystywany do wód o 1000 mtu. Dodatkową zaletą stosowania tej metody jest usuwanie metali ciężkich substancji organicznych oraz mikroorganizmów.
Filtracja - po koagulacji jako uzupełnienie - modyfikacja na przełomie lat obejmuje: zastosowanie różnych materiałów filtracyjnych, różnych gęstoœci uziarnienia, zróżnicowanie iloœci warstw filtracyjnych ( od 2-3 warstw)
proces filtracji wspomagany był także przez wprowadzenie złóż chemicznych do procesów odżelaziania i odmanganiania. Zwiększenie wydajnoœci filtracji przez modyfikację systemów drenażowych.
Problem powstawania i utylizacji osadów pokoagulacyjnych
Œrednio powstaje od 0,5 do 2% iloœci wody uzdatnionej, uzależnione jest to od jakoœci wody uzdatnianej oraz od zastosowanej metody uzdatniania.
W uzdatnianiu wód powierzchniowych stosujemy procesy utlenianie. Stosuje się je w różnych punktach ciągu technologicznego, utlenianie wstępne, poœrednie, końcowe (dezynfekcja).
Proces utleniania oparty był na procesach chlorowania i ozonowania.
Produkty uboczne utleniania zostały odkrtye wraz z odkryciem trihaloometanów jako produktów ubocznych chlorowania wody. Są kancerogenne, mutagenne i tetratogenne są to substancje powstające w trakcie uzdatniania wody zawierają w strukturze atom chloru i muszą być usuwane w trakcie dalszego oczyszczania wody. Proces usuwania tych zanieczyszczeń odbywa się na drodze sorbcji na węglach aktywnych granulowanych. W celu ograniczenia ich powstawania powinniœmy dążyć do odchodzenia w procesie uzdatniania wody od podwyższonych dawek pojedynczego utleniacza. W zamian za to należy stosować mniejsze dawki utleniacza w wielu punktach układu technologicznego.
Przyjecie prekursorów produktów ubocznych chemicznego utleniania jako dodatkowych kryteriów efektywnoœci procesu uzdatniania.
Niezawodnoœć dezynfekcji prowadzonej metodami chemicznymi względem organizmów patogennych.
Wody podziemne
….
niestety tylko niewuielki odsetek tych wód nadaje się do spożycia bez procesu uzdaniania, większoœć tych wód wymaga jednak odżelaziania i odmanganiania i są to procesy dominujące w uzdatnianiu wód podziemnych.
Proces odżelaziania i odmanganiania wód podziemnych polega na wykorzystaniu nierozpuszczalnoœci uwodnionych tlenków żelaza i manganu. Jest to podstawowy czynnik który umożliwia usunięcie tych pierwiastków z wody. Technologia uzdatniania wód podziemnych obejmuje :
utlenianie tlenem lub innym utleniaczem chemicznym (chlor, ozon, nadmanganian potasu)
sedymentacja
filtracje pospieszną
dawkowanie wapnem lub zasady sodowej jeœli konieczna jest korekta ph
dezynfekcja jeœli trzeba
drugi układ
napowietrzanie
zmiękczanie przez strącanie (wodorotlenek wapnia, lup wodorotlenek wapnia i sody)
sedymentacja
filtracja
dezynfekcja jeœli trzeba
trzeci układ
wymiana jonowa, jonity sodowe
odżelazianie przed jonitem lub wprowadzanie na jonit wody nienapowietrzonej by w jonicie nie wytrącały się osady zawierające żelazo i mangan (kolmatacja złoża)
czwarty układ
filtracja na złożu zeolitowym - złoże to jest aktywowane nadmanganianem potasu lub solami manganu dwuwartoœciowego
napowietrzanie
usuwamy fazę ciekłą, faza stała - wytrącone wodorotlenki żelaza lub produkty strącania i dodatkowo usuwanie fazy gazowej jeœli wystąpi dwutlenek węgle lub siarkowodór
dobór procesu napowietrzania uzależniony jest od zasadowoœci wody, możemy prowadzić w aeratorach otwartych lub zamkniętych. Najważniejsza jest tu powierzchnia kontaktu wody z powietrzem.
Proces filtracji zatrzymuje zanieczyszczenia …. stosujemy filtry piaskowe, jedno lub dwu warstwowe, złoża antracytowe, złoża brausztynu występujące pod różnymi nazwami handlowymi.
Potencjał redox żelaza i manganu sprawia że w pierwszej kolejnoœci w złożu wytranca się żelazo a dopiero potem dochodzi do wytrancania manganu. Zapewnia to wystąpienie struktury faz do rozdziału żelaza i manganu. W przypadku kiedy te strefy są niestabilne zaleca się rozłożenie złóż.
Chemiczne utlenianie ozon lub chlor
stosujemy gdy żelazo lub mangan występują w kompleksach z związkami organicznymi, a utlenianie tlenem tej wody zachodzi zbyt wolno.
Uzdatnianie wody poprzez koagulację
w reaktorach z osadem zawieszonym w przypadku gdy żelazo i mangan występują z związkami humusowymi.
Zanieczyszczenie wód podziemnych azotanami
jest to wynik zwiększonego nawożenia solami mineralnymi zawierającymi azot, pozostający w glebie. W celu ochrony wód podziemnych zaleca się kontrolę nawożenia, aby pozostałoœć azotu w glebie nie przekraczała 50 km/ha na rok a fosforu 5kg/ha na rok
azot przeszkadza w usuwaniu manganu, azot usuwa się w odrębnych procesach uzdatniania wody, te rekacje to reakcje biochemiczne usuwające azotany i azot amonowy na drodze nitryfikacji i denitryfikacja w złożach filtracyjnych aktywowanych lub reaktorach biochemicznych.
Wody do celów pitnych - wody infiltracyjne, mogą być pochodzenia naturalnego lub sztucznego są to wody które po przejœciu przez warstwy glebowe nabierają cech wód podziemnych.
Wody powierzchniowe o małym stopniu zanieczyszczenia uzdatniane są po procesie infiltracji, Uzdatnianie tu polega na na napowietrzaniu, odżelazianiu, odmanganianiu, dezynfekcja.
Wody o znacznym zanieczyszczeniu - wody przed wprowadzeniem do urządzeń infiltracyjnych podlegają wstępnemu uzdatnieniu - jest ono oparte na uzdatnianiu wód powierzchniowych, koagulacji, następujące ulegają infiltracji i mamy uzdatniane właœciwe uzdatnianie uzależnione od zanieczyszczenia tych wód.
Infiltracja oprócz zmiany właœciwoœci wody z powierzchniowej na podziemną daje nam większą stabilizację pod względem temperatury wody, a wykorzystanie procesów biologicznych zapewnia większą stabilnoœć biologiczną uzdatnionej wody.
Usuwanie z wody zanieczyszczeń specyficznych
zaliczamy do tych zanieczyszczeń: metale ciężkie i radionuklidy. Te zanieczyszczenia stanowią zagrożenie (nawet w niewielkich stężeniach ponieważ wykazują tendencję do akumulacji w organizmach żywych i powodują zmiany patologiczne) Metale ciężkie i radionuklidy mogą występować w wodach naturalnych w wyniku wymywania ze skał gdzie obecne są w rudach. Natomiast zwiększone występowanie metali ciężkich pochodzenia naturalnego stwierdzamy w wodach podziemnych. Obecnoœć tych zanieczyszczeń w wodach powierzchniowych w stężeniach większych niż geochemiczne może œwiadczyć o pochodzeniu antropogenicznym i zwykle koreluje się z uprzemysłowieniem regionu. Forma i stężenie metali ciężkich występujących w wodach naturalnych zależy od jej składu fizykochemicznego, oraz od procesów jednostkowych zachodzących w œrodowisku wodnym.
Proces filtracji zapewnia usunięcie pozostałoœci zanieczyszczeń radioaktywnych. Powstałe osady muszą zostać unieszkodliwione. Iloœci osadów w usuwaniu metali cięzkich na drodze strącania (np.miedz, kadm, rtęć ok 100 mg/l) powstaje aż 100 mg/l osadów
Na jonitach stosujemy procesy usuwania i odzyskiwania metali ciężkich. Jonity do usuwania metali ciezkich to jonity na których są kationity które powinny być pozbawione wapnia. Najczęœciej preferowane są jonity z grupami karboksylowymi, fenolowymi i amunsulfolowa. Stosowane obecnie jonity nie wykazują się selektywnoœcią w oddzielaniu zanieczyszczeń. Do wad jonitów zaliczamy - drogi sprzęt do prowadzenia procesu, drogi koszt regeneracji jonitu oraz utylizacji roztworów poregenarycyjnych. Usuwanie metali cięzkich na jonitach wynosi do 90%
ekstrakcja rozpuszczalnikowa do usuwania metali ciężkich - metoda polegająca na wychwytywaniu metali ciężkich z uzdatnianej wody z wykorzystaniem substancji organicznych w których dane metale się rozpuszczają. Niewielką wadą tego procesu są to procesy wychwytujące zanieczyszczenia przy wysokich stężeniach dlatego zaleca się by ten proces był w układzie hybrydowym. Np. separacja za pomocą ekstrakcji w połączeniu z procesami membranowymi lyb z wymianą jonową. Usuwa się za pomocą ekstrakcji kadm, ołów, nikiel czasami miedŸ. Również wartoœć pH ma wpływ na skutecznoœć usuwania.
Adsorbcja na węglach aktywowanych - węgiel przyjmuje własnoœci jono wymienne zapewnia to charakterystyja powierzchni węgla, wywołana obecnoœcią uguprowań tlenowych, zwanymi tlenkami powierzchniowymi, tlenki te tworzą się w trakcie aktywacji węgla. Ich iloœć uzależniona jest od iloœci zużytego surowca. Temperatury użyte do aktywacji węgla sprawiają że tlenki mają chatakter zasadowy lub kwasowy. Zmienny charakter tlenów daje węglom możliwoœć selektywnej możliwoœci usuwania zanieczyszczeń. Węgle aktywne mają w sobie popiół który ma wartoœci alkaliczne co sprzyja zatrzymywaniu metali ciężkich. Usuwanie metali cięzkich i radionuklidów
jest wydajne na węglach do 90-99%
Techniki membranowe
-odwrócona osmoza
-nano filtracja
-utla filtracja
-elektro dializa
-procesy usuwania na membranach ciekłych
Procesy te stosowane są do odnowy wody ich skutecznoœć jednak zachęca do uzdatniania wód na cele pitne skutecznoœć procesów do 90-99%. małe wymiary urządzeń i mała odpadowoœć procesu przemawia za tą metodą.
Wykład 3
....................
podstawowym warunkiem dostatecznej skutecznoœci i … wszystkich procesów biologicznych jest nagromadzenie dużej liczby mikroorganizmów zdolnych do przeprowadzenia okreœlonych reakcji. Reakcje te są katalizowane za pomocą enzymów zawartych w komórkach organizmów i cechą pozytywną jest to że są one potrzebne do uzdatniania wody. W celu korzystania z mikroorganizmów w procesie uzdatniania wody należy zapewnić:
w układzie należy zapewnić substancje będące donorami elektronów (o właœciwoœci redukujących )
zapewnienie substancji będącymi akceptorami elektronów (sub. Oksydacyjne)
substancje odżywcze
Donory elektronów: reduktory podatne na utlenianie w reakcjach katalizowanych mikrobiologicznie i w wodach naturalnych takimi donorami mogą być: substancje organiczne, jony amonowe, jony azotynowe (azotany III), żelazo (II), mangan (II), siarkowodór oraz wodór.
Obecnoœć tych substancji w wodzie naturalnej prowadzi do rozwoju w niej organizmów. Jony pobierane przez mikroorganizmy i wykorzystywane jako Ÿródło energii w procesach życiowych.
Akceptory elektronów: utleniacze w przypadku wód naturalnych to: tlen, jony azotynowe (denitryfikacja) i jony azotanowe.
W trakcjie przekazywanie elektronów pomiędzy donorem a akceptorem mikroorganizmy uzyskują energię która może być zużyta to procesów syntezy lub życiowych???
substancje organiczne : są to materiały do budowy komórek najważniejsze to węgiel, azot, fosfor i siarka i służą razem z tlenem i wodorem do budowy podstawowych elementów komórek węglowodory - sciany komórkowe, lipidy: błony komórkowe, dna, rna, puryna,
niektóre zanieczyszczenia usuwane z wody w procesach biochemicznych mogą pełnić różne funkcje. Jon amonowy może być donorem elektronów a jednoczeœnie może być Ÿródłem składnika pokarmowego jakim jest azot. Taka woda powinna zawierać akceptor elektronów któym najczęœciej jest tlen. Dodatkowo w wodzie powinien wystepować dwutlenek węgla oraz Ÿródła siarki i fosforu. Wody uzdatniane zawierają większoœć tych składników lecz w celu lepszego uzdatniania dodaje się jeden z nich w sposób sztuczny.
Procesy biochemiczne posiadają jedną ceche - jest to ustalenie efektywnoœci procesu uzdatniania dla wszystkich procesów należy wyznaczyć stałą efektywnoœć procesu,, można to uzyskać poprzez np. odpowiedni czas zatrzymania uzdatnianej wody w reaktorze biologicznym w celu zapewnienia pełnego przebiegu procesu.
Procesach uzdatniania wody wykorzystujemy organizmy cudzożywne i samożywne. Heterotroficzne - pobierają do czynnoœci życiowe substancje organiczne z zewnątrz nie potrafią ich wytworzyć samodzielnie. Autotrofy mogą wykorzystywać substancje zawarte w wodzie do procesu chemosyntezy zaliczamy tu: wodór, siarkę, siarkowodór i amoniak.
Bakterie wodorowe - utleniające wodór do wody, bakterie siarkowe utleniające siarkę, siarkowodór i tiosiarkę do siarczanów, bakterie nitryfikacyjne utleniają azot amonowy i azotyny do azotanów, bakterie żelazowe utleniające żelazo II do żelaza III
…...............................................................................................................
…..............................................................................................................
nitryfikacja
nazywamy tak utlenianie na drodze biochemicznej jonu amonowego do jonu azotynowego i do jonu azotanowego (azotanu V) jest to proces dwuetapowy z udziałem dwóch gat, samożywnych bakterii. W pierwszym etapie nitrosomonas wykorzystują jony amonowe jako donory elektronów i utleniają je do jonó azotynowych (III) baktyernie nitrobakter wykorzystują azotany III jako donowy i utleniają je do azotanów. Dla obu gatunków końcowym akceptorem jest tlen. Bakterie wykorzystują dwutlenek węgla jako.... a jon amonowy jako Ÿródło azotu. Podstawowym czynnikiem ograniczającym ten proces jest iloœć tlenu rozpuszczonego i pH œrodowiska oraz zawartoœć substancji pokarmowych.
Denitryfikacja proces biochemiczny w którym jony azotanowe (azotany v) lub azotynowe (azotany III) są akceptorami elektronów a donorami elektronów są substancje organiczne zredukowane związki siarki lub wody gazowej. Tlen jest konkurentem do azotanów jako akceptor elektronów i w celu prawidłowego przebiegu procesu denitryfikacji powinien być ograniczany do 0,1-0,2 mg / l
Denitryfikacja heterotroficzną - wykorzystujemy substancje organiczne jako donory elektronów. Bakterie są heterotrofami. Pseudomonas denitryfikan. Substancje dodawane to metanol, etanol, kwas octowy - są to Ÿródła zewnętrzne polepszające przebieg denitryfikacja, ponaddto dodaje się substancje pożywkowe(azotany, przyswajalne jony fosforu, potas, sód, wapń, magnez i żelazo, mikroelementy takie jak cynk, miedŸ, kobalt i molibden) , ustala pH (optymalnie 7-8 gdy pH wynosi 5 głównym produktem denitryfikacji heterotroficznej jest tlenek azotu, jeœli pH wyniesie 6 gł. produkt to azot cząsteczkowy, dodatkowo wzrasta ph o około 4........) i odpowiednią temperaturę (23-37 st C; wraz z wzrostem temp. Jest ten proces szybszy)
zalety procesu: usuwanie azotanów, nie ma naruszenia innych składników uzdatnianej wody, rzeczywiste usunięcie azotanów a nie przesunięcie ich do innego medium.
Wady: koniecznoœć dodawania zewnętrznego Ÿródła węgla oraz fosforu, możliwoœć powstawania azotynów, gdy nie zapewnimy pełnego procesu denitryfikacji (np. niedostatek węgla), możliwoœć wystąpienia bakterii denitryfikacyjnych w uzdatnionej wodzie, koniecznoœć wydłużenia układu technologicznego o proces usuwania przyswajalnego węgla oraz urządzeń do dezynfekcji.
Denitryfikacja autotroficzna - na drodze procesu siarkowo wapniowego, wykorzystujemy bakterie tiobacillus denitryficate redukują azotany kosztem utleniania siarki lub jej form zredukowanych (siarczanów i tiosiarczanów) utlenianie do siarczanów VI. Proces ten prowadzony w złożu siarki i wapnia, siarka jest donorem elektronów a wapń to Ÿródło węgla nieorganicznego dla organizmów autotroficznych. Szybkoœc procesu jest nieduża. …..............................................................................................................................................................
WADY: koniecznoœć dodawania fosforanów, możliwoœć pojawienia się w wodzie uzdatnionej bakterii denitryfikacyjnych, koniecznoœć wydłużenia układu technologicznego o proces usuwania przyswajalnego węgla oraz urządzeń do dezynfekcj
Proces z bakteriami utleniającymi wodór: z pseudomonas maltofimia oraz pseudomonas putrefaciens. Jako akceptor wykorzystujemy węgiel nieorganiczny tlenek węgla VI spełniający także funkcję obniżenia pH œrodowiska. Prędkoœć jest niewielka wymaga zatrzymania wody w reaktorze od 1 do 2 godzin. Zwiększenie efektywnoœci można uzyskać poprzez zwiększenie ciœnienia. Zalety: stosowanie wodoru który jest odbierany prze konsumentów jako substancja bezpieczna, wolna synteza i małe wytworzenie biomasy, wady: wolny przebieg procesu, potrzebne zewnętrzne Ÿródło fosforanów i gazowego wodoru.
….............................................................................................................................................
Uboczne produkty utleniania
Pod tą nazwą rozumiemy wszystkie związki chemiczne, które powstają w wyniku chlorowania, ozonowania. Natomiast jeżeli chodzi o iloœć, pod tą nazwą kryje się setki a nawet tysiąc, częœć jest rozpoznawalna, a częœć nie ma jeszcze charakterystyki chemicznej.
Związki chemiczne powstające w procesie chlorowania:
Uboczne produkty chlorowania są to substancje chemiczne, powstające pod wpływem działania chloru na substancje organiczne obecne w wodzie ujmowanej. Związki te powstają w niewielkich iloœciach, ale ze względu na swój charakter toksyczno-mutagenno-kancerogenny muszą być brane pod uwagę w końcowym etapie wody uzdatnionej. Substancje te powstają zarówno z węgla organicznego naturalnego tj. związki humusowe oraz z węgla organicznego pochodzenia antropogenicznego tj. fenole. Większoœć ubocznych produktów chlorowania to związki chloro organiczne, chociaż pod wpływem tego utleniacza powstają także substancje niezawierające swojej cząsteczce chloru tj. aldehydy, kwas karboksylowy. Odrębną grupę związków powstających podczas chlorowania stanowią związki bromo i chlorobromoorganiczne, które powstają w wyniku utleniania bromków obecnych w wodzie ujmowanej. W wodach, w których występują jodki, możemy się spodziewać powstawania związków jodoorganicznych.
…...........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
Jeżeli chodzi o rozpoznawalnoœć tych związków
Grupa lotnych jest najlepiej obecnie rozpoznana i oznacza się najczęœciej ich zawartoœć w oznaczanej wodzie.
Grupa związków nielotnych, głównym związkiem jest kwas halogeno-organiczny, pozostałą częœć stanowią substancje, które nie do końca mają rozpoznaną strukturę chemiczną.
Jeżeli chodzi o najważniejsze grupy substancji chloro pochodnych, które są ubocznymi produktami chlorowania:
-tri-halo-metany
-di-bromo-metany (bromoform)
-halo-aceto-nitryle
-kwas halo-organiczny
-halo-aldehydy
-halo-ketony
-chloro-fenole
-związki pozostałe nie rozpoznane na dzień dzisiejszy.
Mechanizm powstawania uczonych produktów chlorowania na podstawie tri-chalo-metanach
Są to związki, które posiadają 3 podstawniki. Rdzeniem tych związków jest metan, na bazie którego powstają. Wyróżniamy :
-tri-chloro-metan,
-bromo-di-chloro-metan,
-tri-bromo-metan.
Jeżeli chodzi o te związki, wszelkie próby zmineralizowania rdzenia mogą prowadzić do powstania związków szkodliwych.
Szybkoœć tej reakcji: chlor, który jest wprowadzany do uzdatnianej wody reaguje z wszystkimi składnikami wody i jeżeli patrzymy na szybkoœć tej reakcji, najszybciej dochodzi do reakcji między chlorem a związkami nieorganicznymi (żelazo, mangan, azotyny). Chlor pozostały reaguje ze związkami organicznymi. Są to reakcje znacznie powolniejsze, dlatego także charakterystyka produktów tej reakcji rozciąga się w czasie. Nie ma sensu okreœlania tri-chloro-metanów ich stężenia, bezpoœrednio po wprowadzeniu chloru, jest to oznaczenie niewiarygodne. Dopiero okreœlenie potencjału tworzenia się tri-chloro-metanów pozwala na okreœlenie jakoœci wody uzdatnionej. Potencjał tego tworzenia się THM:
-teoretyczne maksymalne stężenie THM, to jest stężenie tych ubocznych produktów chlorowania, jakich można się spodziewać w uzdatnionej wodzie, gdyby cała materia organiczna zawarta w tej wodzie przereagowała z chlorem i dała nam THMy
-terminalne stężenie THM, to jest stężenie jakie będziemy okreœlać w uzdatnionej wodzie, jeżeli woda będzie zawierała taką iloœć chloru aby w ograniczonym czasie reakcji w wodzie pozostał jeszcze chlor wolny. Czas reakcji jest dobierany odpowiednio do najdłuższego czasu retencji wody w sieci wodociągowej.
-stężenie THM, okreœla zawartoœć THM w dowolnym momencie pobrania próby, przy czym nie należy tego stężenia okreœlać po procesie chlorowania
-potencjał tworzenia THM, jest to różnica pomiędzy terminalnym stężeniem THM, a stężeniem THM mierzonym w danym momencie. Ten potencjał tworzenia THM odzwierciedla nam także iloœć prekursorów THM pozostających nadal w uzdatnionej wodzie.
-całkowita iloœć prekursorów, jest to różnica pomiędzy teoretycznym stężeniem THM, a zmierzonym w danej chwili.
-pozostałoœć prekursorów, tj. różnica pomiędzy maksymalnym teoretycznym stężeniem THM, a terminalnym stężeniem THM. Wskazuje ona na nieistotną częœć prekursorów THM, niezdolnych do ich tworzenia w sieci wodociągowej.
Czynniki, od których zależy tworzenie się THM
-odczyn wody, jeden z ważniejszych czynników za iloœć powstających THMów. Wysokie pH sprzyja się tworzeniu większej iloœci THMów, ale niestety nie oznacz to, że jeżeli obniżymy pH istnieje zagrożenie ze powstanie większa iloœć/stężenie nielotnych związków halo-geno-organicznych.
-zawartoœć węgla organicznego w uzdatnianej wodzie, jest on zwany prekursorem THMów, nie można na jego podstawie iloœci powstających THMów.
-temperatura, czynnik wpływający na tworzenie się THMów, ma szczególne znaczenie w przypadku uzdatniania wód powierzchniowych, gdzie widać wyraŸnie korelacje między iloœcią tworzenia się THMów a porą roku.
Metody obniżenia stężenia THM w wodzie wodociągowej:
Na dzień dzisiejszy wyróżniamy 3 metody:
-usuwanie powstałych THMów,
-usuwanie prekursorów THMów,
-stosowanie do dezynfekcji wody œrodków chemicznych innych niż chlor.
Usuwanie powstałych THMów:
Możemy posługiwać się następującymi procesami:
-ozonowaniem,
-napowietrzaniem,
-adsorpcją na pylistym jak i granulowanym węglu aktywnym.
Ozonowanie- daje œredni efekty usuwania powstałych THMów, natomiast większą efektywnoœć obserwuje się w wspomaganiu ozonu …............................................................................................................................................................
Adsorpcja - efektywnoœć procesu jest porównywalna zarówno na węglu pylistym jak i aktywnym. Oczywiœcie proces zatrzymywania poszczególnych form tych związków które wchodzą do THMów jest różnego stopnia tej reakcji pomiędzy węglem a tym związkiem usuwanym.
Napowietrzanie-efektywnoœć usuwania jest zróżnicowana od charakterystyki powstałego THMu, istnieje niewielki problem, ze przeprowadzamy związki z jednego medium, np. z wody do powietrza, nie rozwiązujemy problemu, wyniku czego mamy zanieczyszczone powietrze tymi związkami.
Wady i zalety stosowania metody usuwania powstałych THMów
Zalety:
-możemy je usuwać na drodze procesów, które stosujemy w uzdatnianiu wody, czyli jest ta integralnoœć z dotychczasowym uzdatnianiem wody
Wady:
-musimy mieć œwiadomoœć, że jeżeli w czasie chlorowania dopuœciliœmy do powstawania THMów, które umiemy scharakteryzować to w uzdatnionej wodzie mogą powstawać także uboczne produkty chlorowania, których nie potrafimy scharakteryzować i nie wiemy czy dochodzi do ich usunięcia w tych procesach,
-jeżeli usuwamy THMy to nie oznacza to, że jednoczeœnie usuwamy prekurosy THMów (substancje, z których mogą powstać). Powstaje niebezpieczeństwo, że w wyniku końcowego chlorowania wody takie THMy mogą ponownie powstać,
-z punktu ochrony œrodowiska usuwanie THMów na drodze napowietrzania czy na drodze sorpcji powoduje przeniesienie THMów z jednego medium do drugiego, czyli np. z wody do powietrza.
Usuwanie prekursorów THM
Ta droga powinna być rozpatrywana już w momencie pobierania wody oraz ochrony samych Ÿródeł poboru wody.
Wyróżniamy 3 metody zapobiegania THMów:
-jeżeli woda pobierana jest z głębokich zbiorników wody powierzchniowej to naturalna stratyfikacja powoduje zróżnicowanie w występowaniu w poszczególnych warstwach prekursorów THMów, czyli należy ujmować te wody, które charakteryzują się najmniejszą iloœcią prekursorów THM
-w trakcie zakwitu wód powierzchniowych metabolity wytwarzane przez sinice wykazują tendencje do tworzenia większej iloœci THMów niż np. substancje humusowe. Liczbę powstających THMów możemy ograniczać przez kontrolę zakwitów i przez niszczenie Ÿródła tych prekursorów, czyli niszczenie sinic,
-wybór pobieranej wody, jeżeli ujęcie wody jest zagrożone intruzją wody morskiej to należy ewentualnie szukać innego Ÿródła lub usuwać z tej wody już na wstępie bromki, które powodują zwiększone powstawanie THMów.
Jeżeli chodzi o usuwanie prekursorów, ….
-kwasy humusowe i kwasy fulwowe
Sposoby usuwania prekursorów THMów:
-usuwanie przez proces adsorpcji, preferowane są węgle aktywne granulowane lub jak to wykazały ostatnie badania złoża tlenku trójwartoœciowego
-proces koagulacji,
-proces strącania,
-usuwanie na drodze filtracji na złożach węglowych biologicznie czynnych,
-metody membranowe.
Problemy:
-adsorpcja, powiązanie, jeżeli związek jest mniej rozpuszczalny i polarny to zwiększa się jego adsorpcja na węglu aktywnym, niestety w przypadku związków organicznych powstaje jeszcze jeden problem, wielkoœci porów węgla są stosunkowo małe, a związki organiczne są większymi cząsteczkami, pH uzdatnianej wody-im niższe pH tym łatwiejsze zatrzymywanie tych związków na węglach aktywnych
Pewnym rozwiązaniem, które eliminuje różnice między porami a cząsteczkami, jest zastosowanie tlenku żelaza trój wartoœciowego, materiał zatrzymujący wydaje się korzystniejszy, jedyną wadą jaką obserwujemy w przypadku tej metody jest stosunkowo niskie pH samego procesu, musimy uzyskać pH4. W czasie regeneracji złoża potrzebujemy wysokie pH.
Koagulacja, który jest stosowany w przypadku uzdatniania wód powierzchniowych i w pełni nadaje się do usuwania prekursorów THM, szczególnie jeżeli stosujemy koagulaty glinowe. Jest on uzależniony od czynników lokalnych dla danego procesów, czyli od zastosowanego koagulanta i od pH wody i jej temperatury.
Reakcje strącania- są to reakcje, które są charakterystyczne dla procesów zmiękczania wody przez strącanie wodorotlenku magnezu. Widzimy wtedy korelacje z usuwaniem rozpuszczonego węgla organicznego. Każda metoda ma swoje wady : podwyższenie pH uzdatnionej wody, koniecznoœć dalszej korekty; powstający osad-duże iloœci.
Druga grupa KWASY HALOGENOOCTOWE
Powstają one w czasie chlorowania wody, zawierającej naturalny materiał organiczny. Spoœród tych kwasów wyróżniamy :
-chloro-octowy
-bromo-octowy,
-di-chloro-octowy,
-tri-chloro-octowy,
-di-bromo-octwowy.
Jeżeli chodzi o te wszystkie kwasy , które zawierają w nazwie brom, warunkiem powstawania jest obecnoœć w uzdatnianej wodzie atomów bromu. Niestety kwasy te wykazują działanie kancerogenne. Jeżeli chodzi o THMy to są one normowane, o tyle stężenie tych kwasów halogenowych nie jest w Polskim ani europejskich rozporządzeniach ujęte.
Iloœć powstających kwasów uzależniona jest od czynników:
-sposoby prowadzenia chlorowania wody,
-zastosowanego czynnika chlorującego,
-jakoœć ujmowanej wody,
-pH,
-temperatura,
-czas pozostawania wody z chorem lub czynnikiem dezynfekującym,
-czas pozostawania w sieci wodociągowej,
-zawartoœć kwasów kuminowych i fulwowych,
-stężenie rozpuszczonego węgla organicznego i zwartoœci bromków.
Jeżeli chodzi uzdatnianie wody zaobserwowano zależnoœci
-wzrost stężenia kwasów w uzdatnionej wodzie wraz ze wzrostem chloru, który dajemy do wody,
-korelacja pomiędzy iloœcią rozpuszczonego węgla organicznego a temperaturą wody, w miesiącach letnich obserwuje się zwiększenie iloœci kwasów
-korelacji której nie zaobserwowano, czyli między THM a HAA.
Zalety:
-ulegają łatwiej biodegradacji,
-łatwiej dają się zatrzymać na węglu aktywnym granulowanym lub usuną w procesie biosorpcji,
Wady:
-kwasy nie dają się usunąć z uzdatnionej wody na drodze gotowania, jak to ma miejsce w przypadku lotnej grupy THMów.
Uboczne produkty ozonowania
Ozonowanie jest promowane, że jest lepsze od chlorowania. ale wcale tak nie jest :P
ozonowanie i produkty uboczne
…..….......….........….......….........….......….........….......….........….......….........….......…..............….........
- bromowane związki organiczne
niezidentfikowane silnie polarne związki organiczne podatne na biodegradację
nieorganiczne produkty uboczne - bromiany
najistotniejszym efektem ozonowania jest wzrost liczby biodegradowalnych związków organicznych (zidentyfikowane i niezidentyfikowane) na dzien dzisiejszy najlepiej opisane są produkty takie jak kwasy karboksylowe do których zaliczamy: kwas mrówkowy, octowy, szczawiowy, propionowy, keto i aldo kwasy do których zaliczamy: kwas ketomalonowy, pirogroonowy. dobrze scharakteryzowane są również aldehydy. Negatywną stroną powstawania substancji bioorganicznych biodegradowalnych jest zakłócenie stabilnoœci biologicznej wody. Woda musi zostać wczesniej zachlorowana zanim będzie w instalacji. Obecnoœć bromków w uzdatnianej wodzie może przyczynić się do powstawania produktów halogenoorganicznych. Powstające bromiany posiadają właœciwoœci kancerogenne co powoduje problem w odbiorze wody uzdatnionej.
Do powstawania bromianów przyczynia sią: wysokie stężenie bromków w ozonowanej wodzie, wysokie pH uzdatnianej wody, zastosowanie dużych dawek ozonu, zastosowanie podwyższonych temperatur dla procesu ozonowania. W celu ograniczenia bromianów należy: podwyższyć zawartoœć substancji organicznych w uzdatnianej wodzie, obniżyć pH, obecnoœć w wodzie, lub dawkowanie jonów amonowych.
ORGANIZMY W URZĄDZENIACH WODOCIĄGOWYCH
Osadniki w których gromadzona jest woda surowa: stawy ziemne, baseny betonowe i/lub murowane - rozwój organizmów uzależniony jest od typu wody (glebinowa / powierzchniowa),
szybkoœć przepływu wody przez zbiornik. Najważniejsze problemy to występowanie fitoplanktonu powodującego zakwity wody, okresowo występowanie zooplanktonu z grupy skorupiaków i wrotków.
Sedymentacja zaburzenie procesu: sinice wykazujące słabą sedymentację, stadoblasty mszywiołów posiadają puste komory powietrzne, jaja przetrwalne rozwielitek itp.
By zapobiec zatrzymaniu procesu sedymantacji należy wymieniać wodę w zbiorniku (krótki czas wody w zbiorniku) sprzyja zmniejszeniu populacji organizmów o długim cyklu rozwojowym (np. sinice) może to jednak spowodować wzrost organizmów o krótkim rozwoju np. zielenice lub drobne złotowiciowce typowe dla fitoplanktonu rzecznego lub jeziornego.
Organizmy osiedlające się na œcianach zbiorników, chruœciki, sieciarki, larwy ochotkowatych, małże, gąbki. Osiadając na sciankach zbiorników tworzą oprzędy lub budują rurkowate domki, powoduje to namnażanie się organizmów na powstałej powierzchni oraz osadzanie się tam zawiesin.
Na dnie osadników mikroorganizmy rozwijają się w zależnoœci od iloœci dochodzącego œwiatła.
Dużo œwiatła - zbiorowiska mirko bentosowoe które mogą wypływać na powierzchnię wody na której mogą tworzyć korzuchy a co gorsza mogą przedostawać się do SUW czego efektem może być kolmatacja złóż filtracyjnych lub pogorszenie właœciwoœci organoleptycznych uzdatnianej wody.
Występowanie poszczególnych typów organizmów może ulegać wzajemnemu oddziaływaniu. Rozówj bakterii może być hamowany przez substancje wydzielane przez sinice. Skrętnice wydzielają substancje które hamują rozwój œlimaków,.
Iloœc zanieczyszczeń bakteryjno fitoplanktonowych może być regulowana przez obecnoœć w uzdatnianej wodzie organizmów które wyłapują ten typ zanieczyszczeń. Do tych organizmów należą wioœlarki, widłonogi, małże, wrotki i orzęski.
Zarastanie przewodów przesyłowych do SUW
Zasiedlanie przez organizmy kanałów oraz rur doprowadzających a przy masowym występowaniu zmniejszenie przeœwitów w kratach i zatykanie oczek sitach.
Duże kłopoty sparawia małża racicznica przedostaje się ona w postaci larwalnej, larwy unoszone z planktonem potrafią przejœc prezz piasek filtrów jeœli nie zostały wczeœniej unieszkodliwione i mogą w sieci wodociągowej przekształcić się w formę dorosłą.
Grupa gąbek - tworzą bryłotwate naroœla powodujące zmniejszenie przeœwitów przewodów oraz przyczyniają się do korozji. Nadecznik stawowy (wody czyste, tam gdzie ma œwiatlo robi się zielony a w przewodach gdzie nie ma œwiatła jest bezbarwny grupa nadecznika może mieć nawet 1 kg. ), nawodnik rzeczny (nawet wody o podwyższonej mętnoœci).
Te organizmy mogą przedostawać się jako larwy lub w wyniku rozmnażania płciowego, istnieją też formy bezpłciowe (pąki i statoblasty) Na bazie gąbek rozwijają się pierwotniaki oraz zwierzęta bezkręgowe (nicienie, skąposzczepy, widłonogi, larwy muchówek i chruœcików,) oraz bakterie i grzyby. Pogarsza to jakoœć wody.
Problem ten dotyczy także wód podziemnych. Czestym organizmem jest dzieworodna ochotka która w zamkniętych urządzeniach wodociągowych może odbyć cały cykl zyciowy.
Filtry
W filtrach powolnych wykorzystujemy niektóre organizmy tworzące błonę biologiczną zwiększającą wydajnoœć filtrów. np. bakterie, glony, bezkręgowce. Dominują w błonie formy heterotroficzne, saprofityczne (martwą materią jedzą), nieliczne gatunki autotroficzne (odpowiadają za proces nitryfikacji), bakterie żelazo i mangano lubne.
Bakterie chorobotwórcze (pasożytnicze) wychwytywane są w górnych warstwach filtrów, natomiast niektóre formy zooglealnych rozmnażają się na powierzchni filtrów lub w toni wodnej nad filtrem. Istnieje niebezpieczeństwo ze bakterie żelazowe i manganowe przy swojej nadgorliwoœci mogą spowodować zwiększone wytrącenie wodorotleneku żelaza III oraz wodorotleneku manganu co może zwiększyc zamulanie i zarastanie filtrów.
Glony w filtrach powolnych są zróżnicowane (od 60-160 gat.) w klimacie umiarkowanym dodatkowo zimą i wiosną bytują okrzemki a latem zielenice i sinice. Rozwój tych organizmów uzależniony jest od iloœci œwiatła.
mogą rozmnażać na powierzchni filtra tworząc kożuchy (fragmenty kożuchów mogą okresowo odrywać się i unosić w wodzie, nagłe oderwanie kożucha zwiększa filtracyjną zdolnoœć filtra co powoduje przebicie materiału filtracyjnego do wody uzdatnionej)
obumieranie i metabolizm glonów prowadzi do uwalniania do uzdatnianej wody zwiększonej iloœci substancji o charakterze toksycznym oraz pogorszenie zapachu i smaku.
Okrzemki namnażając się w filtrze powodują hamowanie procesu filtracji.
Warstwa piasku o 30 cm usuwa te organizmy z filtra... w głębszych warstwach filtra oczyszczanie zachodzi przez bakterie tlenowe a niżej przez beztlenowe.
Filtry pospieszne - w samych filtrach nie obserwujemy masowego zasiedlania przez organizmy powoduje to tryb pracy filtra (częste płukanie, wody po procesie koagulacji zawierające zw. Chemiczne sprzyjają zabijaniu organizmów)
Powstaje tu problem przedostawania się przez materiał filtracyjny nitkowatych sinic do wód uzdatnionych. Ruch skrętno posuwisty oraz występowanie galaretowatych otoczek umożliwa tym organizmom przedostawanie się przez filtr.
Nicienie czasem również przedostają się przez filtry
METODY ZWALCZANIA
Ograniczanie i eliminowanie powstawanie Ÿródeł związków biogennych w wodach naturalnych, ograniczenie zrzutów œcieków lub œcieki o mniejszej zawartoœci zw. Biogennych.
Ograniczenie spływów powierzchniowych o zwiększonej zawartoœci związków biogennych. Zmniejszenie wykorzystania terenów zbliżonych do wód powierzniowych rolniczo, ograniczanie iloœci nawozów na danym terenie, zastosowanie specjalnych barier zatrzymujących związki biogenne w œrodowisku naturalnym.
Zwalczanie mechaniczne: w przypadku okresowego wystąpienia zakwitów na powierzchni wody i ich gromadzenia się w okreœlonych miejscach zbieramy je mechanicznie.
Zmniejszanie temperatury wody - zwalcza to sinice i zielenice. Przepompowywanie wody z głębszych warstw ku górze, rozpylanie wody ponad powierzchnią zbiornika.
Metody chemiczne: zmniejszenie iloœci zakwitów w zbiornikach wodnych, zmniejszenie iloœci sinic. Wprowadzanie do wody substancji powodującej zmniejszenie przedostawania się œwiatła do głębszych warstw wody. Metoda ta posiada wadę w wyniku wprowdzaniana tych substancji zwiększa się iloœc zawiesin mineralnych.
Wprowadzanie do wody siarczanu miedzi - niszczą organizmy sinic
chlorowanie wody - otoczki galaretowate organizmów uodporniają je na chlor
siarczan glinu - zmniejsza iloœc organizmów jednak jest to kosztowna metoda.
Stosowanie amoniaku który niszczy mikroorganizmy może być stosowany w œrodowisku wodnym jak i urządzeniach do uzdatniania wody np. filtrach, amoniak z chlorem - wytworzenie chloroaminy która też jest bakterio i zielenico niszcząca
Nadmanganian potasu - do czyszczenia sieci - niszczy nieprzyjemny zapach i smak (kolor fioletowo różowy)
sól sodowa kwasu hulminowego - preparat torfowy - wykazuje toksyczne działanie w stosunku do sinic, mniej oddziałuje na sinice i formy wyższe, wystąpienia barwy - wada.
Herbicydy - dobór musi być ostrożny ponieważ jest to trucizna
stosowanie słomy jęczmniennej - wrzuca się ją do wody likwiduje zakwity, a działanie chemiczne polega na tym że dochodzi do wytworzenia nadtlenku wodoru - słoma zostaje tam przez 6-10 miesiecy hamuje rozwój glonów jednak powoduje wystąpienie zmiany smaku wody
Metody biologiczne:
Zaburzenie piramidy troficznej w zbiorniku, rozwój duzych organizmów fitoplanktonowych, które nie mogą być odfiltrowane przez zooplankton, rozwój drapieżników bezkręgowych które odżywiają się zooplanktonem, regulacja rozwoju typu ryb w œrodowisku wodnym, dominować mają ryby drapieżne, a zmniejszamy iloœc ryb odżywiającymi się glonami. Więcej tlenu dla roslinek.
wody butelkowane - charakterystyka i procesy uzdatniania
wody ciągowe nie zawsze znajdują (nie spełniają) wymogów odbiorców ocena ta bardzo często dotyczy walorów organoleptycznych szczególnie smaku i zapachu wody. Nasila się ona w stosunku do wód dezynfekowanych chlorem, co budzi w uzytkowniku wystepowaniu w wodzie uzdatnionej produktów ubocznych chlorowania.
W okresach gdy masowo wystepuja zakwity wód, odbiorca wyczuwa roslinny samak i również rosnie jego niezadowolenie.
Pomimo dozenia na SUW do ciągłego polepszania jakoœci poprzez modernicację jakoœć wody uzdatnionej może ulegać istostnmmu pogorszeniu instalacji przesyłowych, powodując powstawanie barwy, mętnoœci, nieprzyjemnego zapachu i smaku.
Wody butelkowane w ostatnich latach obserwuje się wzrost spożycia wód butelkowanych gazowanych oraz nie gazowanych. Spożywane są one nie tylko dla walorów smakowych, zdrowotnych, ale także w zastępstwie wody wodociągowej do przygotowywania posiłków.
Walory wód butelkowych bardzo często ulegamy reklamom które zachwalają jakoœć wody butelkowanej, ostatnio także w prasie pojawiają się artykuły poruszające problem jakoœci wody butelkowanej, są one bardzo często przyrównywane przez autorów artykułów do wód wodociągowych. Liczne badania wód butelkowych potwierdzają częœciowo że wody te mogą zawierać pewne iloœci zanieczyszczeń bakteriologicznych oraz zanieczyszczeń organicznych pochodzenia naturalnego lub sztucznego.
Wody mineralne mogą stanowić suplement diety można je rozpatrywać w aspekcie korzystnym ponieważ występujące w nich składniki naturalne są w formie jonowej przez co są łatwiej przyswajalne dla organizmu ludzkiego.
Pewna grupa wód mineralnych silnie zmineralizowanych którą zaliczamy do grupy wód leczniczych i należy pamiętać że działają one jak leki dlatego powinny być spożywane po konsultacji z lekarzem. np. wody lecznicze ZUBER mogą zawierać ponad 3000 mg/l zw mineralnych, nie powinny być spożywane przez osoby z nadciœnieniem ze względu na wysoką zawartoœć sodu. Nie wszystkie wody naturalne nadają się do podawania dla dzieci. Wskażnikiem jaki powinniœmy brać pod uwagę jest zawartoœć powyżej 1,5 mg/l są nie dopuszczalne do spozycia dla dzieci do lat 7.
wykorzystywane wód butelkowych powinno być uprzedzone przeczytaniem etykiety zamieszczonej na tej wodzie.
Charakterystyka i podział wód naturalnych
wody naturalne nazwane tak w 1911 na miedzynarodowym kongresie baneolologiczny w niemczech.
Za wody mineralne uważa się wszystkie wody pochodzenia naturalnego które zawierały co najmniej 1000 mg/l składników mineralnych. Obecnie wyróżniamy 3 grupy wód mineralnych wody mineralne ogólna mineralizacja ponad 1000 mg/l akratopegi mineralizacja tych wód jest w granicach od 500 do 1000 mg/l wody naturalne i słodkie zawierające mniej niż 500 mg/l soli mineralnych
wydajnoœć Ÿródeł i skład chemiczny wód naturalnych zależy on od głębokoœci, rodzaju podłoża geologicznego, warunków atmosferycznych i ukształtowania terenu. Składniki mineralne przedostają się do wody na drodze wypłukiwania duże znaczenie ma też obecnoœc tlenku węgla (VI) który jako kwas rozpuszcza składniki skał.
Pierwiastki w wodach naturalnych:
główne: makroelementy, tlen, wodór, węgiel, sód, siarkę, magnez, potas, wapń, chlor, brom, mangan, jod i żelazo,
rzadkie: mikroelementy, bor, lid, cynk, miedŸ, fosfor, arsen, kobalt, chrom, srebro, ołów, bar, nikiel
promieniotwórcze, radon, rad, uran, tor,
pierwiastki œladowe, złoto, rtęć, rubid.
Wody butelkowane to wody pobierane z Ÿródeł naturalnych o pożądanych właœciwoœciach biologiczno chemicznych wydobywanych na powierzchnię za pomocą zespołu odpowiednich urządzeń. Urządzenia te zabezpieczają pobraną wodę przed zanieczyszczeniem. Wody te na terenie Polski sprzedawane są w opakowaniach jako wody naturalne które powinny spełniac odpowiednie rozporządzenia Ministra Żywnoœci. Zgodnie z tym rozporządzeniem wyróniamy wody, naturalne, Ÿródlane, stołowe
Wody naturalne mineralne - są to wody pochodzące z udokumentowanych zasobów wód podziemnych, wydobywane jednym lub kilkoma otworami, naturalnymi lub wierconymi, są one pierwotnie czyste, pod względem chemicznym i mikrobiologicznym, charakteryzują się stabilnym składem mineralnym oraz właœciwoœciami mającymi znaczenie fizjologiczne powodujące korzystne oddziaływanie na człowieka
Wody Ÿródlane są to wody pochodzące z udokumentowanych zasobów wód podziemnych, wydobywane jednym lub kilkoma otworami, naturalnymi lub wierconymi, są one pierwotnie czyste, pod względem chemicznym i mikrobiologicznym, charakteryzują się stabilnym składem mineralnym, powinny się one nie różnić właœciwoœciami i składem mineralnym od wód przeznaczonych do spożycia przez ludzi,
wody stołowe są otrzymywane przez dodanie do wód Ÿródlanych naturalnych wód mineralnych lub soli mineralnych zawierających 1 lub więcej składników mających znaczenie fizjologiczne np. magnez, wapń, siarczany VI lub wodorowęglany.
Informacje te powinny znajdować się na etykietach. np. wody wysoko zmineralizowane, nisko zmineralizowane, zawierające magnez itp. podane powinny być kryteria zawartoœci mg/l, itp.
Skład wody butelkowanej nie może być inny niż +/- 20% od deklarowanych wartoœci na butelce.
Na podstawie rozporządzenia minista zdrowia naturalne wody mineralne klasyfikowane są pod względem geologicznym i hydrologicznym, fizycznym, chemicznym, fizykochemicznym, mikrobiologicznym, farmakologicznym, fizjologicznym oraz klinicznym. Ta ostatnia ocena wykonywana jest jeœli jest uzasadniona ze względu na właœciwoœci mineralne. Ocena farmakologiczno -kliniczne nie jest wymagana jeœli woda po zabutelkowaniu zawiera od 1000 do 250 g/l zw. Mineralnych. Ocenie tej nie podlegają wody o podwyższonej zawartoœci wapnia, żelaza, magnezu, sodu tam gdzie stężenie jest wyższe niż dla wód pitnych ale zapewnienia korzystne oddziaływanie na organizm ludzki.
W polsce istnieje kilkaset rodzajów wód butelkowanych a tylko 30 można zaliczyć do wód mineralnych o zawartoœci zw. Mineralnych powyżej 1000 mg/l Pozostałe wody to wody œrednio zmineralizowane i wody Ÿródlane.
Proces uzdatniania wody mineralnej. Mogą być poddawane tylko niektórym procesom uzdatniania, wytyczne tych procesów znajdują się w rozporządzeniu ministra zdrowia, nie wszystkie procesy uzdatniania wód wodociągowych znajdują się w uzdatnianiu wód mineralnych. Woda mineralna już na poziomie ujęcia wymaga specjalnego traktowania, po pobraniu powinna być doprowadzona do rozlewni, wyłącznie instalacją wykonaną z materiałów spełniających wymogi okreœlane dla materiałów przeznaczonych do kontaktu z żywnoœcią, instalacja musi być zabezpieczona nie tylko przed znanieczyszczeniem ale także przed zmianą charakteru przesyłanej wody mineralnej. Transport wody nie powinien odbywac się na długie odległoœci, rozlewnia powinna być lokalizowama najbliżej ujęcia wody.
Wykorzystujemy następujące procesy: filtrację, poprzedzoną napowietrzaniem i sedymentacją. ten procesu usuwa z wody składniki nietrwałe jak zw. Żelaza, manganu i siarki. Następnie można stosować napowietrzanie wody powietrzem wzbogaconym w ozon. Stosuje się ten proces do uzuwania żelaza, manganu, siarczanów i arsenu. Pozostałoœć ozonu nie może przekraczać 50 mikro gramów/l
proces częœciowego lub całkowitego usuwanie z wody tlenku węgla (VI) Nie jest dopuszczalny w przypadku wód naturalnych które zakfalifikowane są jako wody podziemne mineralne wyłącznie na zawartoœć CO2
proces nasycania wody tlenkiem węgla (VI) w celu „gazowania” wody.
Wody nie wolno dezynfekowac z wykorzystaniem chemicznych zwiazków dezynfekujących szczególnie chloru i jego związków a także nanofiltracji i procesu dezaynfekcji fotochemicznej (UV) by nie zniszczyc organizmów autochtonicznych.
Ujmowane wody mineralne zachowują swój skład typowy dla danego Ÿródła dotyczy to nie tylko właœciwoœci fizykochemicznych ale także mikrobiologicznych. Każde ujęcie zawiera charakterystyczne dla siebie drobnoustroje autochtoniczne np. bakterie z grupy achromobakter, acino bakter i inne. W wodach naturalnych gdy wystąpi podwyższona zaw. Manganu i żelaza mogą wystąpić bakterie manganowe i żelazowe.
Bakterie w wodach mineralnych to bakterie psychofilne przystosowane do życia w niskich temperaturach, wody po ujęciu i zamknięciu w butelce w tych wodach obserwujemy masowy rozwój bakterii autochtonicznych (w zależnoœci od warunków rozwoju: rodzaj Ÿródła, pH, œwiatło, związki organiczne, typ opakowania itp.) te bakterie pełnia pożyteczną role w ochronie wód butelkowanych przed skażeniem bakteriami patogennymi. Liczne badania wykazały że bakterie patogenne nie rozwijają się lub są nieliczne w obecnoœci bakterii autochtonicznych
Wprowadzano E coli do wód butelkowanych i albo bakteria nie rozwijała się wcale lub jej rozwój był zachamowany. Rozwój E coli zamkniętej w takich samych warunkach wczesniej sterylizowanych i tam E coli rozwijały się bez przeszkód.
Bakterie autochtoniczne przedostają się do organizmu ludzkiego ale nie posiadają zdolnoœci przeżycia w układzie pokarmowym człowieka - nie są zagrożeniem. Bakterie autochtoniczne nie mają znaczenia sanitarnego natomiast mogą powodować problemy z wodami pochodzącymi z dużych głębokoœci gdzie panują specyficzne warunki fizykochemiczne i po wydobyciu podlegają oddziaływaniu UV i podwyższonej temperatury. W takich warunkach te bakterie mogą się masowo namnażać który przyczynia się do zmiany właœciwoœci organoleptycznych butelkowanej wody. Mogą one spowodować powstanie przykrego smaku i zapachu wody.
W wodzie butelkowanej podwyższona zawartoœć bakterii chorobotwórczych pogorszenie jakoœci organoleptycznych może œwiadczyć o tym że w trakcie produkcji wody doszło do jej skażenia. W takim przypadku instalacja oraz wszystkie urządzenia przez które przepływa woda muszą być zdezynfekowane
ocena wody: wskaŸniki organoleptyczne, (przy badaniach na ujęciach, badaniach wstępnych, zapach i smak wody, badania pełne - rozszerzone związane z oceną i klasyfikacją wody umieszczanej w butelkach - zapach, smak, mętnoœć i barwę, badania kontrolne wody ujmowanej -w wybranych punktach kontrolnych produkcji (zapach, smak i barwę)
wskaŸniki fizykochemiczne: badania wstępne na ujęciu: przewodnoœć i temperatura
badania rozszerzone: przewodnoœć i temperatura, pH, i radionuklidy, badania kontrolne: przewodnoœć i pH
składniki niepożądane i toksyczne: badania wstępne: azotany III, azotany V, amoniak i CHZT
badania pełne: antymonu, arsenu, baru, kadmu, chromu, miedzi, cyjanków, fluorków, ołowiu, manganu, rtęci, niklu, azotanów Iii, azotanów V, selenu, izotopy selenu i wodoru i niepożądane składniki organiczne pochodzenia antropologicznego, pestycydy, WWO itp.
badania kontrolne: azotany III, azotany V, amoniak, żelazo i CHZT
składniki podstawowe: badania wstępne: sód, wapń, magnez, żelazo, mangan, chlorki, wodory, węglany, siarczany VI badania pełne: wszystkie aniony i kationy, składniki niezdysocjowane, mikroelementy oraz tlenek węgla IV, badania kontrolne i w różnych punktach produkcji: składniki charakterystyczne wymienione na etykiecie
wskaŸniki mikrobiologiczne: badania wstępne: E coli i z grupy coli, badania pełne: pasożyty i drobnoustroje chorobotwórcze, E coli i z grupy coli, pciorkowce kałowe, całkowita iloœć bakterii wzrastajacych w 1 ml wody w temp 20 st C w czasie 72 H na agarze, całkowita iloœć bakterii wzrastajacych w 1 ml wody w temp 37 st C w czasie 24 H na agarze, badania kontrolne: jak badania pełne.
Jednym czynnikiem poprwaiajaca wodę są bakterie autochtoniczne a także CO2. Poprawia jego walory smakowe i ochrone bakteriologiczną oraz obniża pH co powoduje giniecie bakterii chorobotwórczych. W tych wodach nie obserwuje się pogorszenia jakoœci wody pochodzenia bakteriologicznego natomiast może zmienić się smak lub zapach wody spowodowany migracją związków organicznych z opakowania do wody.
Według obecnego rozporządzenia min. zdrowia, stężenie składników mineralnych jest limitowana, w porównaniu składu wody pitnej te stężenia są porównywalne ale niektóre stężenia są wyższe niż dla wody pitnej. np. fluor 3x większy i mangan 10 x większy niż w wodzie do picia, natomiast żelazo w wodach butelkowanych jest nielimitowane ale przez producentów usuwane ze względnoœc na możliwoœć zmętnienia wody.
Studnia (ujęcie) > napowietrzanie > filtr piaskowy > zbiornik wody > saturator CO2
V
ozonator V
V
Preformy > rozdmuchiwanie butelek PET > płuczka butelek > rozlewnia
V
Gotowa woda
zagrożenia wody butelkowanej : przedostawanie się zanieczyszczeń z opakowań do wody butelkowanej, na bazie związków organicznych pochodzenia naturalnego mogą rozwijać się bakterie które powodują pogorszenie smaku i zapachu oraz przedostawanie się z opakowań związków organicznych (uzależnione od polimeru, rodzaju produkowanej wody spożywczej, temperatury). Wody gazowane z CO2 zawierają więcej związków wymywanych z opakowań.
Warunki składowania i przechowywania wody butelkowanej, największe znaczenie ma temperatura otoczenia i promieniowanie słoneczne. W niskich temperaturach również zagraża jej jakoœci spowalnia tylko czas rozwoju bakterii wpływających na jakoœć wody butelkowanej.
Podsumowując wcale nie są doskonałym Ÿródłem wód pitnych, najbardziej niepokojące jest przedostawanie się zanieczyszczeń z opakowań do wody butelkowanej.
Usuwanie fluorków z wód
występuje w wodach naturalnych pochodzi z Ÿródeł skalnych (ze skał) oraz z działalnoœci przemysłowej człowieka. Zawartoœć fluoru w wodzie 0,5-0,7 mg/l zabezpiecza zeby przed próchnicą, jego nadmiar powoduje poważne problemy zdrowotne. Regularne spożywanie wody o stężeniu fluoru 1,5-4,0 mg/l powoduje schorzenia tkanki kostnej takie jak fluoroza, artretyzm, osteoporoza, wykazano także powiązanie pomiędzy podwyższoną zaw. Fluoru w wodzie pitnej a chorobą Alzheimera, utratami pamięci i innymi schorzeniami neurologicznymi, fluor ma także wpływ na występowanie nowotworów wątroby i innych. Maksymalne stężenie fluoru w wodzie pitnej nie może przekraczać 1,5 mg/l, najlepiej by stężenie wyniosiło 0,5-1,0 mg/l. W krachaj europy, azji i ameryki występują regiony gdzie stężenie fluoru w wodach naturalnych przekracza wartoœci dopuszczalne nawet w znaczący sposób. Indie i Kenia to kraje gdzie stężenie fluoru w wodzie naturalnej to nawet 30 mg/l
Metody usuwania:
Fluor możemy usuwać różnymi metodami, od metody najprostszej - strącania, poprzez koagulację, wymianę jonową i procesy membranowe.
Strącanie fluorków przeprowadzane jest z wykorzystaniem wapna, wytrąca się osad fluorków wapnia, osadowi temu towarzyszy wytrącanie wodorotlenku magnezu. Skutecznoœć metody limitowana jest rozpuszczalnoœcią fluorku wapnia, przy ph 10 rozpuszczalnoœć wynosi 10gr/m3, dodatkowo zwiększanie usuwania fluorków, skorelowane jest z wytrącaniem wodorotlenku magnezu. Ta metoda jest dobra dla wód o wysokiej twardoœci magnezowej. Współczynnik zwiększający to pH, najlepsze pH to równe 11,3.
Koagulacja wykorzystujemy siarczan glinu, wadą tej metody jest dawka koagulanta której zapotrzebowanie jest duże 115 gr siarczanu glinu na jeden gram fluoru. PH procesu jest korzystne bo jest obojętne między 5 a 7. Konsekwencją dużej dawki koagulanta jest powstawanie dużej iloœci osadów.
Wymiana jonowa z wykorzystaniem tlenku glinu, jest to aktywny tlenek glinu który uzyskujemy w wyniuku prażenia, uwodnionego tlenku glinu, w temperaturze od 400 do 600 st C. Uzyskujemy złoże w postaci krystalicznego hydratu. Proces usuwania uzależniony od pH - charakterystyczne dla tlenku glinu około 8,2. Proces defluorowania optymalne pH od 5-6. Obserwujemy zjawiska analogiczne dla pracy wymieniacza jonowego słabo zasadowego. W tym pH obserwujemy najsilniejsze wiązanie fluorków na złożu i obserwujemy słabą konkurencję innych jonów do wymieniacza jonowego (np. jony siarczanowe). Jony siarczanowe przy innym pH mogą zmniejszyć zatrzymywanie fluorków do 30%. W optymalnych warunkach pH pojemnoœć aktywnego tlenku glinu wynosi od 4600 do 9200 gr fluorku/m3. Aktywacja tlenku glinu pracującego jako anionit słabo zasadowy, grupami wymiennymi są grupy OH. Złoże może być regenerowane wodorotlenkiem sodu, lub regenerowane siarczanem glinu. W przypadku siarczanu glinu jonami wymiennymi są jony siarczanowe. W procesie uzdatniania wody obserwujemy zmniejszenie w uzdatnianej wodzie siarczanów i kwaœnych węglanów.
Procesy membranowe: odwrócona osmoza i nanofiltracja. Obie te metody mogą być stosowane do uzdatniania wody na cele pitne przy tych procesach szczególnie przy odwróconej osmozie należy pamiętać że oprócz defluorkowania zachodzi proces częœciowej demineralizacji co jest zjawiskiem niepożądanym, Membrany stosowane w odwróconej osmozie do odsalania wody posiadają zdolnoœć nawet 99% usuwania fluorków. Nanofiltracja - w odróżnieniu od odwróconej osmozy selekcjonuje on zatrzymywane i przepuszczane jony i cechuje się zatrzymywaniem jonów jedno wartoœciowych, w stopniu mniejszym niż jonów dwuwartoœciowych i wielowartoœciowych oraz związków organicznych o masie cząsteczkowej większej od 200 do 500 daltonów. Mamy do czynienia z jednoczesnym usuwaniem związków pozbawionych ładunków oraz z zatrzymywaniem zanieczyszczeń zależnie od ładunku jaki posiadają. Dodatkowo membrany wykorzystywane przy nanofiltracji zazwyczaj posiadają ładunek ujemny co minimalizuje adsorpcję ujemnie naładowanych substancji które występują w wodach naturalnych. Dzięki zastosowaniu nanofiltracji jesteœmy w stanie obniżyć zawartoœć fluorków poniżej stężeń dopuszczalnych, są one polecane do bezpoœredniego uzdatniania wody na cele pitne.
Ultrafiltracja (procesy membranowe) - ten proces jest polecany do doczyszczania wody z fluorków po procesie koagulacji, dodatkowo w tym procesie zachodzi korekta stężenia glinu w uzdatnionej wodzie na drodze koagulacji. Zalecane membrany do tego procesu, które najlepiej się sprawdzają to posiadające pory o wielkoœci 0,22 mikro metra. W tym układzie mechanizm wiązania fluoru oparty jest o hydrolizę, następnie obserwujemy współstrącanie glinu i fluoru i adsorpcję fluoru na wytrąconym wodorotlenku glinu. Zanieczyszczenia zatrzymywane są na membranach.
Elektrodializa (procesy membranowe) - polega na przepływie jonów do okreœlonych elektrod będących pod wpływem prądu zmiennego, pomiędzy elektrodiodami umiesczone są membrany ich ustawienie są naprzemienne, kationowymiennne, anionowymienne. Kationy w roztworze podązają do aniony a Aniony do Anody. Kationy przepływają przez membrany anionowymienne a Anionuy przez membrany kationowymienne. Daje to możliwoœć rozdzielenia poszczególnych jonów oraz możliwoœć odzyskania poszczególnych jonów z powstałych roztworów. Proces ten znajduje zastosowanie w przypadku usuwania fluorków ponieważ jesty stosunkowo prosty, eliminuje powstawanie osadów, jest on odporny (mało wrażliwy) na sezonową zmiennoœć zawartoœci fluorków w uzdatnianej wodzie. Przeprowadzane badania wykazują żę elektrodializa dale lepsze efekty niż odwrócona osmoza. Urządzenia do elektrodializy można okresowo wyłączać z eksploatacji na dłuższy okres czasu. Proces ten jest zależny od temperatury, prędkoœci przepływu uzdatnianej wody oraz tworzenia się kamienia na membranach.
Proces dializy Donnana - jest to atrakcyjny proces membranowy, ponieważ tutaj czynnikiem napędzającym przechodzenie zanieczyszczeń membrowych przez membrane jest gradient stężeń roztworów znajdujących się po obu stronach membrany. Jest to proces wolniejszy od elektrodializy, ale zaletą są niższe koszty i mniejsze zużycie energii. Polega on na wymianie jonów o tym samym znaku, pomiędzy dwoma roztworami rozdzielonymi membraną. W przypadku usuwania fluorków stosujemy membranę anionowymienną po obu stronach membrany znajdują się roztwory które posiadają aniony. Woda uzdatniana zawiera fluorek sodu, a woda za membraną tj. roztwór odbiorczy zawiera roztwór chlorku sodu. Ważne jest to że roztwory różnią się stężeniami. Roztwór odbiorczy może mieć stężenie od 0,1 do 1 mola na litr, natomiast woda uzdatniana ma stężenie od 0,001 do 0,1 mola na litr. Jonami które się wymieniają to jony fluoru i jony chloru. Z wody uzdatnianej przechodzi jon fluorkowy do do roztworu odbierającego. Natomiast z roztworu odbierającego przechodzi jon chlorkowy do uzdatnianej wody. Ta wymiana jonów trwa do momentu wytworzenia się między roztworami równowagi jonowej (równowagi Donnana). Efektem tej metody jest zasolenie wody. Czynniki wpływające na ten proces to pH wody surowej, tym fazy odbierającej, początkowe stężenie fluorków w uzdatnianej wodzie i charakterystyka przeciw jonów napędowych (chlorkowych).
Występowanie i usuwanie glinu z wody uzdatnionej
Glin jest pierwiastkiem œladowym który występuje w wodach naturalnych i przechodzi do wody w wyniku wymywania go z podłoża, skał, gleby. Glin stosujemy w procesach uzdatniania wody jako siarczan glinu lub chlorek poliglinu, stosowane jako koagulanty. Przy stosowaniu ich przy uzdatnianiu wody nigdy nie wykorzystane są do końca, w uzdatnianej wodzie pozostaje glin resztkowy. Obecnoœć glinu resztkowego powoduje zwiększenie mętnoœci uzdatnionej wody, problemy z dezynfekcją wody, może powodować wytrącanie się wodorotlenku glinu w trakcie dystrybucji wody. Formy występowania glinu, może występować w różnych formach, najczęœciej występuje na III stopniu utlenienia. Duża aktywnoœć powoduje jego wiązanie się z innymi pierwiastkami. Wyróżniamy w wodach glin całkowity na który składają się następujące formy: w formie zawieszonej i w formie koloidalnej, jako glin cząsteczkowy. Występujący glin w formie monomerycznej to forma rozpuszczona w której glin występuje w połączeniu z innymi związkami. Forma monomeryczna dzieli się na glin trwały, związany z rozpuszczonym organicznym węglem oraz jako glin nietrwały związany z jonami OH, jonami niefluorkowymi i siarczanowymi. Występowanie form uzależnione jest od rodzaju wody. W wodach naturalnych występuje glin w postaci koloidalnej lub w postaci związanej w sposób trwały z związkami węglowymi. W wodach uzdatnionych glin występuje częœciej w postaci cząsteczkowej oraz dodatkowo w postaci jonowej. Formy jonowe mogą być wiązane przez występowanie w wodzie kwasu krzemowego (powstawanie związków poœrednich). Stężenie glinu w wodach naturalnych jest zróżnicowane, ale istnieją regiony o wysokim stężeniu glinu np. stany zjednoczone. Glin w wodach surowych w USA może posiadajać rozbieżnoœc od 1-2760 mg/l. Glin podobnie jak fluorki ma negatywny wpływ na organizm człowieka, poprzez przewód pokarmowy dostaje się do tkanki kostnej i odkłada się tam a nie w tkankach. Przeprowadzone badania wykazują że uszkadza również tkankę nerwową. Wysokie stężenie glinu stwierdzono u chorych z Alzheimerem, padaczką i demencją.
Sposoby usuwania glinu: możemy stosować następujące procesy: wytrącenie się glinu poprzez uzyskanie odpowiedniego pH uzdatnianej wody, takie pH to wynoszące od 6-8, natomiast jeżeli w uzdatnianej wodzie występują siarczany to przedział pH przy którym wytrąca się glin zaczyna się już na poziomie pH=6. Wytrącanie się glinu spowalnia zawartoœć w wodzie kwaœnych węglanów.
Metodą konwencjonalną glinu jest separacja w układzie ciało stałe-ciecz - osadzanie (sedymentacja), filtracji pospiesznej i flotacji. Czynnikami korygującymi usuwanie glinu to kontrola pH oraz mętnoœci. Zalecanym złożem filtracyjnym do usuwania glinu jest złoże dwu warstwowe składające się z warstwy piasku o frakcji 0,8-1,2 mm oraz warstwy hydroantracytu o frakcji 1,4-2,5 mm. Obie warstwy o wysokoœci 1 m, zalecana prędkoœć filtracji 7,5 m/h, daje to usunięcie glinu rzędu 50-60%. Jeżeli można zastosować mniejszą prędkoœć do około 2,5 m/h to wyniki usuwania wzrosną do 80%. Innym rozwiązaniem to filtracja na złożu z apatytu. Wadą tego procesu jest fakt iż w trakcie filtracji przez złoże częœć fosforanów ulega rozpuszczeniu i przechodzi do wody uzdatnionej. Inne procesu usuwania glinu to uzdatnianie w procesach membranowych, dobre zastosowanie znalazły membrany wykonane z odstanu celulozy oraz membrany poliwęglanowe o œrednicy porów 0,45-0,2 mikro metra. Najlepsze spoœród procesów membranowych uzyskano podczas odwróconej osmozy i elektrodializy. Wymiana jonowa - najlepsza usuwalnoœć glinu mają żywice helatujące. Warunki pH mają wpływ na usuwanie glinu od w wymienie jonowej najlepsze pH 4-10. uzyskujemy 90% usunięcie glinu. Nie ma obecnie badań odpowiadających na jakoœć usuwania glinu na węglach aktywnych. Wykonywano badania połączone procesów koagulacji, sedymentacji i filtracji z okresową alkalizacją wapnem - połączone procesu standardowe dawały umiarkowane efekty usuwania glinu.
Problem glinu - to problem substancji wykorzystywanej do uzdatniania wody będącej jednoczeœnie niebezpieczną dla organizmu człowieka. W Polsce stężenie dopuszczalne glinu wynosi 0,2 mg/l. Obecnie dązy się do obniżenia stężenia do 0,05mg/l.
Pasteryzacja osadów
................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
Podstawow 60-70 st C, najczęœciej trwa 30 min. nazywamy ją pasteryzacja długotrwałą.
W wyższych temperaturach pasteryzacja skraca się do kilku minut - pasteryzacja krótkotrwała.
Podczas pasteryzacji niszczymy formy wegetatywne w 70 st C od 5-10 min
Formy zarodnikowe i przetrwalnikowe wymagają do zniszczenia od 100-130 st C działającej przez 15-30 min.
Druga metoda to pasteryzacja suchym powietrzem, metoda mniej wydajna, rzadziej stosowana. Doprowadza do wyjałowienia osadu, niszczymy formy wegetatywne jak i przetrwalnikowe, należy zapewnić temperature od 160-170 st C. Trwanie procesu od kilkunastu minut do godziny
Całkowite wyjałowienie osadu przy zastosowaniu temperatur typowych dla procesu pasteryzacji z zastosowaniem pary wodnej. Kilkustopniowa pasteryzacja, pasteryzacja frakcjonowana, tyndalizacja osadów.
Etap 1 - niszczymy formy wegetatywne, oraz większoœc zarodników drożdzy i pleœn.
Etap 2 - osad w temp. Pokojowej pozostawiony na 24h (formy przetrwalnikowe przechodzą w formy wegetatywne)
Etap 3 - ponowna pasteryzacja.
Liczba pasteryzacji powtórzonych do 5. im więcej pasteryzacji tym wyższy koszt,
Instalacja do pasteryzacji osadów - wielkoœć i rodzaj uzależniona od objętoœci osadów
do 50 m3/d osadu - stosujemy instalacje o działaniu okresowym. (napełnienie, ogrzewanie, pasteryzacja, spust.) 1 zbiornik do pasteryzacji, lub 2 zbiorniki pracujące równolegle.
100-150m3/d układy o pracy ciągłej. Należy uwzględnić tu odzyskiwanie ciepła z procesu. Do podgrzewania osadów i pasteryzacji od 180 m3 gazu ziemnego na 1 m3 osadu.
Dezynfekcja œcieków oczyszczonych UV. Długoœc fali od najlepsza 253 nano metry. ródłlo promienowania lampy rtęciowe niskociœnieniowe, montowane w kanale odpływowym œcieku oczyszczonego. Lampy nad zwierciadłem œcieków lub wewnątrz. Bakterie gina od dawki promieniowania od 20-200 a wirusy od 20 do 450 J/m2. Mikroogganizmy niszczone są w ciągu kilku sekund w reakcji fotochemicznej.
Metoda ta eliminuje kontakt pracowników z odczynnikami chemicznymi, potrzebe transportu, eliminuje powstawanie produktow ubocznych,
Metody chemiczne:
Dawkowanie substancji utleniających :
-chlorowce (chlor, podchloryn sodu, wapno chlorowane, podchloryn wapnia, dwutlenek chloru)
-ozon
Dezynfekcja chlorem - metoda najtansza i najbardziej rozpowszechniona, mniejsze zastosowanie ma dwutlenek chloru (skomplikowane stosowanie)
osady œciekowe - wapno chlorowe lub podchloryn wapnia, substancje stałe, w małych oczyszczalniach również do œcieków, głównie dezynfekcja skratek, piasków, osadów œciekowych, stosowane na poletka osadowe (zalane poletko osadowe pokrywane jest tymi substancjami, odkaża je i zmniejsza zapachy)
Silniejszy jest Chlor, dodawany jest do œcieków lub w razie koniecznosci do osadów jako roztwór wodny, zapobiega zagniwaniu œcieków jak i osadów, minimalizuje zapachy, poprawia efektywnoœć sedymentacji, pomocny w usuwaniu tłuszczów. W przypadku ustalania dawki chloru do procesu dezynfekcji okreœlamy zapotrzebowanie na chlor, obejmuje ona (dawka) iloœc chlkoru potrzebną do rekacji chemicznych zachodzących w œciekach w czasie kontaktu oraz pozostałoœć chloru pełni funkcję dezynfekującą. Efektywna działalnoœć dezynfekująca zalezna jest od skłądu œcieków, odczynu, temperatury, czasu kontaktu, iloœci drobnoustrojów oraz dawki. Dla zapewnienia skutecznoœci dezynfekcji należy: - dezynfekować œcieki po mechanicznym i biologicznym oczyszczeniu (surowe œcieki - niezalecane) stosować dostatecznie wysoką dawkę chloru, powinien być dostatecznie wymieszany z œciekami lub osadem, zapewnienie odpowiedniego czasu kontaktu chloru z drobnoustrojami które mają być zniszczone (najbardziej odporne)
orientacyjne dawki chloru:
surowe œcieki byt-gosp 8-15 mg Cl/dm3
surowe zagniłe œcieki byt-gosp 15-30 mg Cl/dm3
œcieki oczyszczone mechanicznie 8-15 mg Cl/dm3
œcieki po złożu biologicznym 3-10 mg Cl/dm3
œcieki po osadnie czynnym 2-8 mg Cl/dm3
œcieki infiltrowane przez złoże piaskowe 1-5 mg Cl/dm3
œcieki po osadniku gnilnym 30-40 mg Cl/dm3
organizmy chorobotwórcze iloœć chloru pozostałego
salmonella 1-2 mg Cl/dm3, 30 min
prądki gruŸlicy 5 mgCl/dm3, 60 min, ph poniżej 8
wirus poli 9 mg Cl/dm3, 30 min, ph ok 7, temp 25 st C
Dawki te nie niszczą form przetrwalnych i jaj pasożytów, czasami chlor działa stymulująco na rozwój jaj. Chlorowane może również niszczyc glony, grzyby, larwy muszek w złożach biologicznych stosuje się dawkę 50 mg Cl/dm3 co 14 dni. (w przypadku muszek - okres lęgowy)
Wadą metody są związki chloroorganiczne w œciekach. Dezynfekcja chlorem - metoda awaryjna bo powstają zw. Rakotwórcze. W przypadku za dużej dawki - stosowanie dechloracji przez neutralizacje chloru - tiosiarczanem sodu, siarczanem sodu, dwutlenek siarki. Węgle aktywowan są zbyt drogie.
suszenie osadów w œciekach. - na inżynierskich było.
Dezynfekcja ozonem, w warukach plskich zbyt droga, technologicznie polecana. Ozon silnie utlenia, efektywnie niszczy wirusy, enterowirusy, szybcniej niż chlor niszcyz drożdze zarodniki i cysty, poprawia właœciwoœci fizykochemiczne wody.
Na wielkoœc dawki wpływają:
-stopień oczyszczenia biologicznego
-zaw. Substancji organicznych
-czas kontaktu ze œciekami
-stężenie ozonu w powietrzu wprowadzanym do œcieków
-sposób budowy urzadzen do dezynfekcji
scieki biologiczne 15-20 mg ozonu/dm3, 15-20 min.
Najwyższe skażenie biologiczne - œcieki ze szpitali, sanatoriów i domów opieki (szczególnie choroby zakaŸne), œcieki z labolatoriów mikrobiologicznych. Bezwzględnie dezynfekcja œrodkami chemicznymi, chlorem gazowym, podchlorynem sodu, dwutlenkiem sodu, Zaliczamy też do tej kategori osady i odpady z oczyszczalni, skratki, zawiesiny z sit, piasek, osady poœciekowe oraz odpady z rzeŸni i ubojni. Stosujemy wapno chlorowane lub samo wapno w celu podwyższenia ph do 12. lub Metoda termiczna - higienizacja osadów, obejmująca kompostowanie, pasteryzację, zalecana temp 70 st C przez 1 godzinę lub spalenie osadów.
Odpady płynne i stałe pochodzące z chowu zwierząt gospodarczych, rzeŸni, skupów zwierząt. Bezwzględnie dezynfekować w przypadku stwierdzenia u zwierząt choróbałe. Osady płynne - chemiczna dezynfekcja z wykorzystaniem wapna, lub ługu sodowego zapewniająca podwyższenie ph do wartoœci 12 przez okres 4 dni. Lub zastosowanie form aldehydu od 6-20 kg/m3 œcieków przez okres 4 dni.
Œcieki z oczyszczalni bytowo gospodarczych - zastosowanie dezynfekcji, jest celowe gdy odprowadzane œcieki do odbiornika mogą spowodować rozwój drobnoustrojów w odbiorniku - zalecane UV
Niekonwencjonalne sposoby usuwania związków azotu
Sharon - w tym procesie podstawą jego prowadzenia jest zmiennoœć temperatury, stwierdzono że bakterie utleniające azot amonowy do azotynów, namnażają się szybciej w tej temperaturze niż bakterie utleniające azotyny do azotanów. Proces stosować w reaktorach przepływowych, polecane reaktory SBR lub reaktory biologiczne wyposażone dodatkowo w mieszadła(napowietrzanie i mieszanie) Proces ten kończy się na wytworzeniu azotynów. Proces jest korzystny, w trakcie przemian biologicznych występuje wydzielenie temperatury utrzymujące 25 st. C w reaktorach, nie potrzebne dodatkowe Ÿródło ciepła. W trakcie przebiegu reakcji obserwuje się spadek pH, spadek pH neutralizowany jest przez obecnoœć w œciekach węglanów, natomiast korekte pH możemy przeprowadzić przez wprowadzenie zasad, lub proces denitryfikacji naprzemiennie z procesem tlenowym. Produktem koncowym w takim przypadku jest azot gazowy. W metodzie tej uzyskuje się od 80-90 procen usunięcia azotu.
Anammox - jest to proces utleniania azotu amonowego do azotu gazowego w warunkach beztlenowych. Odpowiedzialne za ten proces są grupy bakterii plankto-myce-tales.
Różnica między tymi systemami: najpierw w war beztlenowych azot amonowy przetwarzany jest w azot gazowy, warunkiem reakcji jest obecnosc azotynow. Stosunek azotu amonowego do azotu azotynowego powinien wynosic 1:32. Zalety: 60% obnizenie zapotrzebowania z tlen, bakterie nie potrzebuj do swojego rozwoju wegla, bakterie anomax charakteryzują się małym przyrostem biomasy przez co w procesie nie powstają osady jako produkty uboczne.
Oland - polega na skróceniu procesu nitryfikacji przez kontrolowane napowietrzanie, mechanizm procesu nie jest do końca rozwiązany. Pierwszym etapiem jest niepełna nitryfikacja (do azotynów) drugim etapem jest przemiana azotynów do azotu gazowego. Zachodzi ona z wykorzystaniem hydroksyloaminy lub jest ona efektem demineralizacji azotynów przez grupę bakterii nitrosomonas w warunkach beztlenowych w obecnoœci tlenku azotu. Zaleta procesu jest zmniejszone zużycie tlenu prawie o 63%, wadą procesu jest występowanie w œciekach znacznych iloœci azotynów jako produktów ubocznych, które mogą być Ÿródłem powstawania toksycznych nitropochodnych.
Canon - polega na usuwaniu azotu z formy amonowej do azotu gazowego, w warunkach kontrolowanego napowietrzania, dodatkowo wprowadzenia do drugiej częœci reakcji bakterii typu anomax. Metoda polecana do oczyszczania œcieków o niskiej zawartoœci węgla.
Babe - wykorzystywany w procesie oczyszczania metodą osadu czynnego. Bakterie odpowiedzialne za proces nitryfikacji w temp 15 st C bakterie te charakteryzują się małym przyrostem, przy tej temperaturze reaktory musiały by posiadać duże wymiary, dlatego też proces nitryfikacji jest osobny. W skład urządzeń wchodzą reaktor osadu czynnego pracujący w warunkach tlenowych i reaktor procesu BABE, najczęœciej jest to reaktor procesu SBR. W reaktorze BABE osad czynny jest zaszczepiany bakteriami nitryfikacyjnymi. Reaktor pracuje w 5 fazach, napełniania, mieszania, napowietrzania, sedymentacji i opróżniania. Wyłączenie procesu nitryfikacji z głównego ciągu oczyszczania spowodowało możliwoœć odpowiedniego przygotowania osadu do zwiększonej nitryfikacji i nie ma obaw że bakterie nitryfikacyjne będą „wyjadane” z osadu czynnego przez organizmy wyższe. Œcieki po reaktorze BABE recyrkulowane są do układu głównego przed komorę osadu czynnego. Taka recyrkulacja pozwala na poprawienie jakoœci œcieków oczyszczonych odpływających z ciągu głównego.
Sharon-Anammox - azot amonowy jest tylko częœciowo utleniany w warunkach tlenowych do azotynów. Odpowiedzialne są bakterie nitrosomonas. Do reaktora Anomax dopływają œcieki zawierające azot amonowy i azotyny. W reaktorze anomax w warunkach beztlenowych przemieniane są w azot gazowy. Proces ten polecany jest do œcieków które posiadają niską zawartoœć związków węglowych. Prowadzony w 2 oddzielnych reaktorach. Uzyskujemy 95% usuwanie azotu, proces ten jest tańszy niż układ tradycyjny. Zalecany jako pierwszy stopień oczyszczania œcieków nieorganicznych zawierających azot.
Deamox - stanowi połączenie procesu anomax z częœciową denitryfikacją i wykorzystaniu siarczków obecnych w œciekach jako donory elektronów reakcji. (?) proces przebiega w 3 reaktorach. Pierwszy z nich to reaktor beztlenowy, trafia tu cała objętoœć œcieków, zachodzi mineralizacja związków organicznych. W odpływie z reaktora mamy jony amonowe i siarczki. Częœć odpływu z reaktora prowadzona jest do typowego reaktora nitryfikacyjnego. Powstają azotany z niewielką iloœcią azotynów. Odpływ z komory nitryfikacji oraz reszta odpływu z komory beztlenowej trafia do komory DEAMOX, obserwujemy przebieganie symultaniczne dwóch reakcji, jedna z reakcji to przemiana azotanów w azotyny oraz reakcja przemiany azotu amonowego do azotu gazowego.
Jednoczesna nitryfikacja / denitryfikacja - proces nitryfikacja i denitryfikacji nie musi być rozdzielany w 2óch osobnych komorach. W jednej komorze można stworzyć strefy dla rozwoju obu grup bakterii. Możemy uzyskać to w reaktorach osadu czynnego przez kontrolowane napowietrzanie komory. Uwiązanie drobnoustrojów w żelu polimerowym. Wykorzystanie zwiększonych oporów transportu tlenu w cząsteczkach osadu - system napowietrzania membranowy. Dochodzi do rozdzielenia poprzez różne osiadanie organizmów. Bakterie nitryfikujące zasilają błone biologiczna bliżej membrany, bakterie denitryfikacyjne zasiedlają obok przepływu œcieków. Iloœć dostraczanego tlenu jest sterowana przez ciœnienie powietrza przed membraną.
Tlenowa deamonifikacja - utlenianie związków amonowych oraz redukcja azotynów przez niektóre bakterie nitryfikacyjne w warunkach tlenowych w obecnoœci tlenków azotu. Szybkoœć procesu wyznacza iloœć tlenku azotu. Iloœć dodawanego tlenku azotu stanowi 1/1000 obecnego w œciekach azotu amonowego. Stymulacje procesu uzyskujemy przy wartoœci wskaŸnika azot amonowy do tlenku azotu 1000:1. proces korzystniejszy do układu tradycyjnego, mamy 50% mniejsze zużycie tlenu i 80% mniejsze zużycie węgla.