1. Dlaczego w odnowie wody stosuje się koagulacje wapnem?

  2. Wady i zalety koagulacji wapnem?

  3. Cel rekarbonizacji - porównać jednostopniową z dwustopniową?

  4. Czym różni się demineralizacja od odsalania?

  5. Odpędzanie amoniaku?

  6. Procesy usuwania fosforanów i azotu?

  7. Procesy membranowe w odnowie wody?

  8. Porównać rekarbonizację jednostopniową z dwustopniową?

  9. Istota odsalania?

  10. Jonity - właściwości i reakcje jakie na nich zachodzą?

  11. Narysować i omówić układ do demineralizacji jonitowej?

  12. Narysować lub wymyśleć jakiś układ na podane parametry wody - czy może być stosowany, czy jest coś w

nim źle?

  1. Wady i zalety rekarbonizacji?

Daje 6 pytań na egzaminie !!!

1) Dlaczego w odnowie wody stosuje się koagulacje wapnem:

Koagulacja i chemiczne strącanie to głowni przedstawiciele chemicznego oczyszczania w odnowie wody. Stosuje się je w celu usunięcia ze ścieków biologicznie oczyszczonych koloidów i drobno zdyspergowanych zawiesin. Procesy te zapewniają sklarowanie i odbarwienie ścieków, a także wysoki stopień usuwania org. zw. rozpuszczonych i substancji biogennych. Ponieważ ścieki biologicznie oczyszczone są mieszaniną wielofazową i wieloskładnikową, zawierającą zanieczyszczenia org. i mineralne, dlatego koagulacja i chemiczne strącanie występują łącznie (wzajemnie się uzupełniając). Podstawowym i najczęściej stosowanym koagulantem w odnowie wody jest wapno, stosowane są również hydrolizujące sole Al i Fe. Jednak wapno jest najbardziej uniwersalnym koagulantem, pozwala na usunięcie ze ścieków nie tylko koloidów i trudno opadających zawiesin (koagulacja), ale także fosforanów (strącanie i koagulacja), amoniaku (desorpcja), metali ciężkich (strącanie), znaczną część org. zw. rozpuszczonych (adsorpcja) oraz bakterii i wirusów (dezaktywacja). Wapno nie zwiększa zasolenia ścieków.

W zależności od pH ścieków podczas koagulacji, wyróżnia się dwa rodzaje koagulacji wapnem:

Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 → 2CaCO3↓ + 2H2O; Mg(HCO3)2 + Ca(OH)2 → MgCO3 + CaCO3↓ + 2H2O.

MgCO3 + Ca(OH)2 → Mg(OH)2↓ + CaCO3↓.

Dlatego koagulacja wapnem, daje dobre efekty usuwania zanieczyszczeń ze ścieków w procesie odnowy wody.

2) Wady i zalety koagulacji wapnem:

Zalety: to proces najbardziej uniwersalny; usuwa ze ścieków koloidów i trudno opadające zawiesin; usuwa fosforany oraz amoniak i metale ciężkie; usuwa znaczną część org. zw. rozpuszczonych; usuwa bakterie i wirusy; wapno nie zwiększa zasolenia ścieków.

Wady: po koagulacji wapnem jest duże pH i trzeba neutralizować; gdy koagulację prowadzimy dużymi dawkami wapna to duża jest zas. F.

3) Cel rekarbonizacji - porównać jednostopniową z dwustopniową:

Rekarbonizcja- polega na dodaniu CO2 do ścieków po koagulacji wapnem w celu obniżenia pH oraz powrotnego przekształcenia wodorotlenków do węglanów i wodorowęglanów. Podstawowym zadaniem rekarbonizacji oprócz obniżenia pH ścieków, jest doprowadzenie ich do równowagi weglanowo-wapniowej, w celu wyeliminowania wytrącania się węglanu wapniowego w urządzeniach taki jak (filtry, węgiel aktywny, jonity, membrany) oraz w rurociągach.

Rekarbonizacja ścieków po koagulacji wapnem może być procesem jedno lub dwustopniowym:

1° Ca(OH)2 + 2CO2 → CaCO3↓ + H2O - powstający CaCO3 jest zw. praktycznie nierozpuszczalnym

w wodzie, etap ten powinien zakończyć się po obniżeniu pH ścieków do 9,3÷9,5, przy której występuje

najmniejsza rozpuszczalność powstałego CaCO3.

2° CaCO3↓ + H2O + CO2 → Ca(HCO3)2 - po oddzieleniu osadu CaCO3 zmniejsza się pH ścieków do

wartości równowagi węglanowo-wapniowej (pH= 7,5).

Urządzenia do rekarbonizacji:

Urządzenia do rekarbonizacji powinny zapewnić właściwy kontakt ścieków z doprowadzanym CO2 oraz odpowiedni czas reakcji.

Parametry technologiczne rekarbonizacji:

4) Czym różni się demineralizacja od odsalania:

Proces demineralizacji- polega na usunięciu wszystkich kationów i anionów soli rozpuszczonych w wodzie. Odbywa się to za pomocą: destylacji, wymiany jonowej lub odwróconej osmozy. Dobór odpowiedniej metody zależy od ogólnej zawartości soli oraz zapotrzebowania w wodę. Najbardziej rozpowszechnionym i znanym sposobem demineralizacji wody w jest metoda odwróconej osmozy. Polega ona na podaniu pod wysokim ciśnieniem wody wstępnie uzdatnionej na półprzepuszczalną membranę, której zadaniem jest oddzielenie roztworów o różnych stężeniach. Cząsteczki czystej wody pod wpływem wysokiego ciśnienia przechodzą przez membranę, która tym samym zatrzymuje wszelkie zanieczyszczenia po stronie wody surowej. Zanieczyszczenia te ulegają koncentracji i są usuwane. Proces demineralizacji wody jest niemal procesem kosmetycznym. Proces demineralizacji polega na usuwaniu z wody wszystkich soli.

Proces odsalania- polega na zmniejszeniu stężenie substancji rozpuszczonych do określonego poziomu. Jest najdroższym z procesów odnowy wody i często decyduje o podjęciu inwestycji. Do odsalania można wykorzystywać: procesy membranowe; wymianę jonową; procesy destylacyjne - odparowanie wody i kondensacja, stosuje się wyparki próżniowe i ciśnieniowe. Destylacja jest procesem bardzo drogim, teoretycznie odsalanie może odbywać się przez wymrażanie. Proces odsalania polega na częściowym usuwania soli.

Procesy odsalania:

Jednostkowy koszt procesu odsalania wody zmniejsza się wraz z wydajnością instalacji.

5) Odpędzanie amoniaku:

Odpędzanie amoniaku stosuje się przed dekarbonizacją. Usuwanie azotu amonowego przez odpędzanie to jedna z metod fizykzcno-chemicznych stosowanych w procesie w odnowy wody. Polega na przeprowadzeniu azotu amonowego, który w ściekach występuje w postaci kationu amonowego w amoniak gazowy: NH4+ + OH- ↔ NH3 + H2O i usunięciu go do atmosfery. Odpędzanie amoniaku uzyskuje się przez dawkowanie wapna w postaci mleka wapiennego lub wody wapiennej. Wymagany odczyn, przy którym 100% azotu amonowego występuje w postaci amoniaku zależy od temp. ścieków, a wielkość dawki zależy od zasadowości ścieków. Amoniak usuwany jest ze ścieków do atmosfery, ten proces przebiega w wieżach. W wyniku wytworzenia dużej powierzchni kontaktu ścieków z otoczeniem amoniak przechodzi do powietrza. Na efektywność tego procesu wpływa napięcie powierzchniowe na granicy faz ścieki-powietrze ora różnica stężeń amoniaku w ściekach i w powietrzu - to siła napędowa tego procesu.

Wieże do odpędzania azotu amonowego: to wieże przeciwprądowe i poprzecznoprądowe.

Skuteczność odpędzania amoniaku zależy od: pH; temp. (im wyższa temp., tym mniejsze stężenie amoniaku); wysokości wieży (im wieża wyższa, tym efekt lepszy); ilości powietrza doprowadzonego do ukł.; czystości powietrza (powinno być pozbawione amoniaku); obciążenia hydraulicznego (im większe obciążenie hydrauliczne, tym gorsze efekty).

6) Procesy usuwania fosforanów i azotu:

Procesy usuwania azotu amonowego: odpędzanie powietrzem; wymianę jonową na klinoptylolicie; utlenianie chlorem i ozonem; procesy membranowe(OO, ED).

Procesy usuwania fosforanów: koagulacja wapnem lub solami Al; wymiana jonowa (anionit silnie zasadowy); filtracja na złożu wpracowanym Ca3(PO4)2; procesy membranowe.

7) Procesy membranowe w odnowie wody:

Procesy membranowe- to procesy wysokociśnieniowe, są drogie w stosowaniu. Pozwalają na separację zanieczyszczeń na poziomie molekularnym lub jonowym. Techniki membranowe wykorzystują zjawisko selektywnego przenikania substancji zawartych w cieczy przez membranę filtracyjną. W zależności od zastosowanej membrany można otrzymać różny stopień usunięcia zanieczyszczeń.

Do procesów membranowych w odnowie wody zaliczamy:

8) Porównać rekarbonizację jednostopniową z dwustopniową:

Zalety: prosty ukł., a zatem mniejsze koszty inwestycyjne. Wady: brak możliwości odsalania; brak możliwości odzysku reagentów, niebezpieczne zakwaszenie wody.

Zalety: odzysk chemikaliów i reagentów; zmniejszenie zasoleni; możliwość stosowania powietrz zamiast CO2;

istniej możliwość dodatkowego usuwani fosforanów i metali ciężkich. Wady: wbudowany ukł. technologiczny i

związane z tym koszty inwestycyjne.

9) Istota odsalania:

Proces odsalania- polega na zmniejszeniu stężenie substancji rozpuszczonych do określonego poziomu. Jest najdroższy z procesów odnowy wody i często decyduje o podjęciu inwestycji. Do odsalania można wykorzystywać: procesy membranowe; wymianę jonową; procesy destylacyjne - odparowanie wody i kondensacja, stosuje się wyparki próżniowe i ciśnieniowe. Destylacja jest procesem bardzo drogim, teoretycznie odsalanie może odbywać się przez wymrażanie. Proces odsalania polega na częściowym usuwania soli.

Procesy odsalania:

Jednostkowy koszt procesu odsalania wody zmniejsza się wraz z wydajnością instalacji.

10) Jonity - właściwości i reakcje jakie na nich zachodzą:

Jonity- tzw. wymieniacze jonowe, są to ciała stałe nieorganiczne lub organiczne nierozpuszczalne w wodzie, które mają zdolność wymiany własnych jonów z jonami otaczającego je roztworu. Reakcja przebiega na powierzchni ziaren jonitu. Jonity zdolne do wymiany kationów nazywamy kationitami (mają charakter kw. lub ich soli), a jonity zdolne do wymiany anionów nazywamy anionitami (mają charakter zasadowy lub ich soli).

Właściwości jonitów:

wartościowość przeciw jonów i stopień ich hydratacji oraz mniejsze stężenie r-ru otaczającego jonit;

11) Narysować i omówić układ do demineralizacji jonitowej:

Usuwanie kationów i anionów zapewnia ukł. technologiczny składający się z procesu dekationizacji (na kationitach)

i deanionizacji (na anionitach). Zastosowanie kationitów silnie kwaśnych (wodorowych) wymienia wszystkie przeciwjony na jony wodorowe. Usunięcie wszystkich anionów z wody uzyskuje się przy użyciu anionitów silnie zasadowych (wodorotlenowy). Ukł. ten to szeregowy ukł. jonitów do demineralizacji wody zawiera kationit wodorowy silnie kwaśny i anionit wodorotlenowy silnie zasadowy. Ukł. ten stosuje się bardzo rzadko, znajduje on zastosowanie jedynie przy oczyszczaniu bardzo małych ilości wody lub w wodach o małej tw. węglanowej.

Rys. Szeregowy ukł. jonitów do demineralizacji wody: 1- kationit wodorowy silnie kwaśny; 2 - anionit wodorotlenowy silnie zasadowy; 3- woda surowa; 4- woda zdemineralizowana.

12) Układy odnowy wody:

→B.O.→K. (CaO)→S.→O.A.→R.→S.W.→F.P.→A.→W.J.→O.→D.→do odbiorcy

→B.O.→F. P.→ D.→do odbiorcy

W filtracji nastąpi usunięcie ze ścieków zawiesin, obniży się BZT5 i ChZT. Stężenie BZT5 i ChZT, zw. azotowych i fosforanów będzie zależało od sprawności biolog. oczyszcz., które może być mniej lub więcej rozbudowane.

→B.O.→K. (Al i Fe)→S.W.→F.P.→D.→do odbiorcy

Podwyższenie oczyszczania w odnowie wody można uzyskać stosują proces koagulacji, który obniża OWO i ChZT 60÷70%, zawiesiny, fosforany i barwę wody oraz stężenie zw. powierzchniowo czynnych, metali ciężkich, bakterii i wirusów.

→B.O.→K. (CaO, pH= 11,3)→S.→R.→S.W.→F.P.→D.→do odbiorcy

Koagulacja wapnem przy wysokim odczynie usuwa bakterie do 95% i prawie całkowicie niszczy wirusy.

→B.O.→K. (CaO, pH= 11,3)→S.→O.A.→R. (pH= 8,3)→S.W.→F.P.→W.J. (NH4+)→D.→do odbiorcy

Azot amonowy może być usuwany przez dopędzanie powietrzem po przejściu NH4+ w NH3- przy pH= 11,3 przy dodatnich temp., a przy ujemnych temp. poprzez wymianę jonową na klinoptylolicie.

13) Wady i zalety rekarbonizacji:

1