Woda jest najlepszym rozpuszczalnikiem, jaki znamy-łatwo rozpuszcza w sobie tysiące związków chemicznych, które wraz ze ściekami wyrzucane są do środowiska naturalnego człowieka.

Żadna z tradycyjnych metod oczyszczania wody nie potrafi usunąć z niej tych substancji.

TRZY KLASY CZYSTOŚCI WÓD POWIERZCHNIOWYCH W POLSCE:

KLASA PIERWSZ A1%:: TYLKO!! TAKIE WODY NADAJĄ SIĘ DO ZAOPATRYWANIA LUDNOŚCI W WODĘ DO PICIA

KLASA DRUGA 6%: WODY NADAJĄCE SIĘ DO:

· CHOWU I HODOWLI ZWIERZĄT,

· CELÓW REKREACYJNYCH.

KLASA TRZECIA 33%: WODY NADAJĄCE SIĘ DO:

· ZAOPATRYWANIA ZAKŁADÓW PRZEMYSŁOWYCH,

· NAWADNIANIA PÓL.

WODY POZAKLASOWE 60%: WODY NIEODPOWAIADAJĄCE ŻADNYM NORMOM /NAWET POLSKIM/

OCZYSZCZANIE WODY:

Procesy stosowane do oczyszczania wody można podzielić na:

· fizyczne,

· chemiczne,

· biologiczne.

Mogą one być łączone w układy fizyczno-chemiczne, fizyczno-biologiczne.

Do oczyszczania wody najczęściej wykorzystywane są następujące procesy jednostkowe:

1) NAPOWIETRZANIE i odpędzanie gazów (stripping)- usuwa z wody gazy rozpuszczone - powodujące smak i zapach wody oraz lotne związki organiczne, zwiększa zawartość tlenu, a przez usunięcie CO2 zwiększa odczyn pH wody.

2) KOAGULACJA - stosowana jest do usuwania z wody cząstek o rozdrobnieniu koloidalnym. Z koloidami usuwane są również inne zanieczyszczenia, np. bakterie, jony metali ciężkich, pestycydy i inne. W procesie koagulacji wykorzystywane są sole glinu i żelaza

3) SYDYMENTACJA, FLOATACJA- zapewniają usunięcie zawiesin obecnych zarówno w wodzie surowej, tzn. nie oczyszczonej, jak i w wodzie po koagulacji lub strącaniu chemicznym. W procesie tym usuwane są z wody cząsteczki mające ciężar właściwy większy niż woda. Podczas floatacji możliwe jest usunięcie z wody cząstek o ciężarze właściwym mniejszym niż woda, bądź większym- jeżeli zastosowane zostanie powietrze. Floatacja stosowana jest do usuwania zawiesin, których nie można usunąć w procesie sydymentacji, np. glonów oraz cząstek rozdrobnionych (koloidów) z wody o niskiej temperaturze.

4) FILTRACJA-usuwanie zawiesiny w połączeniu z innymi zanieczyszczeniami. W technologii tej wyróżnia się:

· filtrację pospieszną- stosowana po wcześniejszych procesach oczyszczania wody

· filtrację powolną- efekty uzyskane podczas filtracji pospiesznej i procesów biochemicznych

5) USUWANIE ZAWIESIN I GLONÓW PRZY ZASTOSOWANIU MIKROSIT - wysokie efekty eliminacji z wody mikroorganizmów oraz zawiesin organicznych i nieorganicznych. Czasami mikrosita stosowane są przed filtrami pospiesznymi lub powolnymi albo jako metoda doczyszczania ścieków na końcu układu ich oczyszczania.

6) WYMIANA JONOWA- w Polsce stosowana jest do oczyszczania wód przeznaczonych głównie do celów przemysłowych ( w szczególności dla energetyki), do usuwania związków powodujących twardość wody, do odsalania bądź demineralizacji wody

7) CHEMICZNE STRĄCANIE- usuwa niektóre jony. Po chemicznym strącaniu, podobnie jak po koagulacji, niezbędne są procesy sydymentacji, filtracji oraz czasami korekty pH. W Polsce stosowany najczęściej w oczyszczaniu wody do celów przemysłowych. Czasami stosowane łącznie z koagulacją

8) SORPCJA NA WĘGLU AKTYWNYM- służy głównie do usuwania rozpuszczonych związków organicznych. Węgiel aktywny używany jest z dużą skutecznością do obniżania zawartości zanieczyszczeń powodujących barwę, smak i zapach wody.

9) UTLENIANIE CHEMICZNE:

· służy do usuwania związków barwnych oraz powodujących smak i zapach wody

· utlenienia organicznych związków trudnych do usunięcia w pozostałych procesach jednostkowych

· utleniania żelaza, manganu

· dezynfekcji orza obezwładniania glonów.

Utleniaczami stosowanymi najczęściej są: chlor, ozon, dwutlenek chloru i nadmanganian potasu.

10)PROCESY MEMBRANOWE- głównie do odsalania wód oraz w technikach specjalnych, np. do produkcji wody superczystej. W Polsce nie są stosowane powszechnie w zakładach uzdatniania wody do celów wodociągowych. Do procesów membranowych nalezą:

· odwrócona osmoza (OO),

· elektrodializa (ED),

· odwrócona elektrodializa (OED),

· ultrafiltracja (UF)

· nanofiltracja (NF).

Ultrafiltracja i nanofiltracja stosowane są do usuwania z wody związków barwnych i niektórych zanieczyszczeń nieorganicznych ( np. powodujących twardość ) oraz wirusów i bakterii. W zależności od membrany usuwane mogą być różne rozpuszczone domieszki i zanieczyszczenia. Największym współczynnikiem separacji zanieczyszczeń organicznych ( w tym bakterii i wirusów )i nieorganicznych charakteryzuje się odwrócona osmoza. Zastosowanie tej techniki wymaga wstępnego oczyszczenia wody- maksymalne usunięcie zawiesin, które w wyniku zagęszczenia na powierzchni membran mogą zatykać pory w membranach.

11)DEZYNFEKCJA- główne jej zadanie to niszczenie mikroorganizmów obecnych w wodzie i zabezpieczenie dobrej jakości sanitarnej wody w sieci wodociągowej. Celem dezynfekcji końcowej jest zniszczenie mikroorganizmów obecnych w wodzie po wcześniejszych procesach jej oczyszczania oraz zabezpieczenie wody przed wtórnym- w sieci- rozwojem organizmów żywych, głównie bakterii.

Jako czynniki dezynfekujące stosowane są:

· Chlor- dotąd najczęściej używany,

· chloraminy,

· dwutlenek chloru,

· promieniowanie UV -maksymalna efektywność przy dł.fali 265nm

· ozon.

12)INFILTRACJA- jest procesem, w którym przebiegają zarówno zjawiska fizyczne, chemiczne i biologiczne.

Infiltracja znajduje coraz częstsze zastosowanie w oczyszczaniu zanieczyszczonych wód powierzchniowych. Realizowana jest jako naturalna i sztuczna. W sposób naturalny oczyszczana jest w gruncie. W sposób sztuczny w stawach infiltracyjnych, a następnie w gruncie. W wyniku infiltracji z wody usuwane są zawiesiny, koloidy, substancje rozpuszczone, bakterie, wirusy i glony oraz mikrozanieczyszczenia ( np. pestycydy, metale ciężkie).

W praktyce uzdatniania wody procesy biochemiczne wykorzystywane są w wielu metodach uzdatniania, a mianowicie:

· w reaktorach do nitryfikacji

· w reaktorach do denitryfikacji

· w filtrach powolnych i pospiesznych,

· w biologicznie aktywnych filtrach węglowych

· w metodzie sztucznej infiltracji

· przy uzdatnianiu wody w warstwie wodonośnej.

UZDATNIANIE WODY W REAKTORACH DO NITRYFIKACJI:

W procesie nitryfikacji azot amonowy ( stężenie w wodzie surowej nie może przekroczyć 10mg/l) przechodzi niemal całkowicie w azot azotanowy, którego dopuszczalne stężenie w wodzie wynosi 10mg/l.

Proces ten można realizować w urządzeniach wykorzystujących osad zawieszony oraz wykorzystujących kolonie bakterii rozwijających się na podłożu stałym. Główne zastosowanie mają urządzenia z błoną biologiczną rozwijającą się na podłożu stałym- tzw.filtry zalane i suche.

UZDATNIANIE WODY W REAKTORACH DO DENITRYFIKACJI:

Wykorzystanie procesów heterotroficznych i autotroficznych,, w których woda zostaje pozbawiona tlenu i azotu- zostaje wzbogacona łatwo przyswajalnym węglem organicznym i fosforanami.

Związki stosowane do tego celu:

· metanol,

· kwas octowy,

· etanol.

Najodpowiedniejszy wydaje się etanol, gdyż zapewnia niższą zawartość azotynów w wodzie po uzdatnieniu.

W wyniku denitryfikacji w wodzie pozostają znaczne ilości łatwo przyswajalnego węgla organicznego, a razie jego niedostatku- azotyny. Z tego względu konieczne jest dalsze uzdatnianie, na które składają się następujące procesy jednostkowe:

· napowietrzanie w celu stworzenia warunków do utleniania azotynów i biodegradacji materii organicznej,

· koagulacja /filtracja dla usunięcia nadmiaru węgla organicznego,

· filtracja przez złoże granulowanego węgla aktywnego o rozwiniętej aktywności biologicznej

FILTRY POWOLNE

Filtry powolne to jedna z najstarszych technik uzdatniania wody/XVII w/

W filtracji powolnej procesy biodegradacji dominują nad równolegle działającymi mechanizmami cedzenia i sorpcji. Biodegradacja zachodzi w błonie biologicznej, którą w przypadku filtracji powolnej tworzą:

· bakterie w kształcie ziarniaków, pałeczek, form spiralnych- będące zarówno formami patogennymi, jak i saprofitami, a także tlenowcami i beztlenowcami.

· Grzyby o różnych kształtach i wielkościach komórek, jedno- i wielokomórkowe heterotrofy, tworzące rozległe grzybnie, zdolne do życia w zakresie temp. Od 1 do 33 oC i w przedziale pH 1,9-9,6,

· Wiciowce, orzęski, korzenionózki/pełzaki/- organizmy bakterio- i grzybożerne regulujące równowagę biologiczną w błonie biologicznej

Filtracja powolna jest skuteczna w usuwaniu materii organicznej/ zarówno rozpuszczalnej, jak i w formie koloidalnej/, wyrażającym się zmniejszeniem mętności i ok.60% utlenialności oraz o ok.40% barwy. Ponadto jest bardzo skuteczna w usuwaniu bakterii, wirusów i pasożytów.

Filtracja powolna usuwa do 99% bakterii coli oraz 100% cyst Giardia lamblia.

PROCESY BIOCHEMICZNE W FILTRACH POSPIESZNYCH

Z uwagi na pogarszającą się jakość ujmowanej wody coraz częściej stosuje się wstępne oczyszczanie za pomocą sedymentacji lub sedymentacji i filtracji pospiesznej.

Biologicznie aktywne filtry węglowe:

Na mechanizm oczyszczania wody w biologicznie aktywnych filtrach węglowych /BAF/ składają się dwa procesy:

· absorpcja substancji organicznych

· biodegradacja wskutek działania mikroorganizmów rozwijających się na zaabsorbowanym substracie.

METODY DEZYNFEKCJI

Dezynfekcja wody i zapewnienie jej czystości mikrobiologicznej uważane jest za główne zadanie stacji uzdatniania wody. Uzdatnianie wody nigdy nie powinno być kompromisem między czystością mikrobiologiczną a czystością chemiczną wody.

Ryzyko związane z zanieczyszczeniami chemicznymi wody (np. ubocznymi produktami dezynfekcji) jest o wiele mniejsze niż ryzyko zachorowania w razie spożycia wody zawierającej bakterie patogenne.

Dezynfekcja to proces, którego zadaniem jest zniszczenie lub inaktywacja organizmów patogennych. Dla uzyskania dobrego efektu ważny jest dobór odpowiedniego środka dezynfekcyjnego oraz ustalenie warunków skutecznej dezynfekcji-wielkość dawki początkowej i czasu kontaktu.

Dezynfekcja, czyli odkażanie wody, to proces mający na celu zniszczenie wszelkich organizmów chorobotwórczych i ich form przetrwalnych. Ma on zapobiegać rozprzestrzenianiu się chorób zakaźnych za pośrednictwem wody używanej do picia i na potrzeby gospodarcze. Woda nie musi być jałowa, nie może zawierać jednak bakterii i wirusów chorobotwórczych dla człowieka. W technologii uzdatniania wody dezynfekcja jest ostatnim etapem tego procesu.

Wśród stosowanych w skali technicznej metod dezynfekcji wyróżnia się metody chemiczne i fizyczne.

METODY CHEMICZNE:

Polegają na wprowadzeniu do wody silnych utleniaczy, jakimi są chlor gazowo-elementarny, podchloryny, dwutlenek chloru, chloraminy mineralne i organiczne, ozon oraz jod stosowany nieraz do dezynfekcji wody w pływalniach.

W większości krajów, także w Polsce, najczęściej dla celów dezynfekcji stosuje się chlor gazowy, rzadziej używany jest dwutlenek chloru i ozon, natomiast chloraminy oraz promieniowanie ultrafioletowe są tylko sporadycznie stosowane.

METODY FIZYCZNE:

Do metod tych zalicza się:

· gotowanie wody,

· pasteryzację

· zastosowanie ultradźwięków

· promieniowanie UV

· promieniowanie gamma.

GOTOWANIE WODY I PASTERYZACJA:

Odkażenie wody przez niszczenie form organizmów patogennych. Bakterie duru brzusznego - giną po 10min. W temp. 750C natomiast zarodniki wąglika i tężca dopiero po 2h gotowania wody w temp.1000C. Pasteryzacja i gotowanie wody mogą znaleźć zastosowanie w gospodarstwach domowych oraz niektórych rodzajach przemysłu spożywczego. Metody te nie są stosowane w praktyce wodociągowej.

PROMIENIOWANIE UV:

Skutecznie niszczy mikroorganizmy, a maksymalną efektywność destrukcji stwierdza się przy długości fali 265nm. Wadą tej metody jest to, że działanie dezynfekujące występuje tylko w czasie naświetlania wody promieniami UV. Nie spełnia celów dezynfekcji, ponieważ nie zapobiega wtórnemu rozwojowi bakterii w sieci wodociągowej. Zaletą metody jest to, że nie zmienia składu fizyczno-chemicznego wody.

Dezynfekcja z wykorzystaniem promieniowania UV jest metodą wymagającą znacznych nakładów finansowych na inwestycję oraz eksploatacją, a przede wszystkim musi być uzupełniona końcowym chlorowaniem.

ULTRADŹWIĘKI:

Skuteczność dezynfekcji ultradźwiękami zależy od natężenia dźwięku, częstotliwości oraz czasu działania ultradźwięków oraz rodzaju i liczby niszczonych mikroorganizmów. Ultradźwięki nie zabezpieczają wody przed wtórnym rozwojem mikroorganizmów w sieci wodociągowej- dlatego tez muszą być stosowane z innymi dezynfektantami chemicznymi- obecnie zastosowanie ultradźwięków nie wyszło poza sferę badań laboratoryjnych i półtechnicznych.

Usuwanie żelaza i manganu z wody

Usuwanie żelaza jest techniką stosowaną do usuwania nadmiaru żelaza i manganu z wody. Żelazo i mangan powodują niepożądane strącanie się i zabarwienie wody.

Metoda usuwania żelaza opiera się na kontrolowanym strącaniu żelaza i manganu. Jest to zwykle przeprowadzane poprzez mieszanie wody z powietrzem a następnie zastosowanie filtrów piaskowych.

Ważna jest w tym procesie wartość pH wody. Usuwanie żelaza jest zwykle łatwiejsze niż usuwanie manganu. Wysokie stężenie żelaza powinno być traktowane przez dwa lub więcej systemy w seriach.

Kompleksowe wiązania żelaza i manganu np. kompleksowe wiązania z kwasami humusowymi mogą być bardzo trudne do usunięcia. W tej sytuacji utlenianie ozonem jest rozwiązaniem.

W celu usunięcia żelaza, jest również możliwe aby strącić żelazo jako węglan lub w procesie wymiany jonowej. System wymiany jonowej jest używany tylko w przypadku niskiego stężenia Fe 2+. Dodatkowo, żywica jonowymienna usuwa inne kationy takie jak Ca 2+. Dlatego właśnie zaleca się jej stosowanie tylko w przypadkach niskiego stężenia żelaza i manganu.

Utlenianie manganu przebiega w określonym pH zgodnie z reakcją:

2Mn2+ + O2 + 2H2O --> 2MnO2 + 4H+

Podczas utleniania zmniejsza się pH. Wymagany wysoki odczyn utleniania Mn(II) tlenem rozpuszczonym w wodzie wyjaśnia niewystarczające efekty odmanganiania wody w układzie oczyszczania: napowietrzanie- filtracja przez złoże piaskowe nie wpracowane, tj. nie pokryte dwutlenkiem manganu. Stosowanie napowietrzania wody przy pH<9,5 nie zapewnia utlenienia manganu, pozwala jedynie na odkwaszenie wody i wprowadzenie O2 niezbędnego do utlenienia Mn(III) ; Mn(IV). Jeżeli mamy na celu zmniejszenie wartości pH, która jest wymagana do skutecznego utleniania do Mn (IV) można zastsowować silniejsze utleniacze niż tlen, np.:

- manganian (VII) potasu

- chlor

- ozon

Proces ten przebiega według następujących reakcji:

3Mn2+ + 2KMnO4 + 2H2O --> 5MnO3 + 2K+ + 4H+

Mn2+ + Cl2 + 2H2O --> MnO2 + 2Cl- + 4H+

Mn2+ + O3 + H2O --> MnO2 + O2 + 2H+

Gdy wody zawierają związki organiczne, to musimy brać pod uwagę niebezpieczeństwo powstania produktów pośrednich utleniania tych związków. Bardzo skuteczną metodą usuwania manganu z wody jest filtracja przez wpracowane złoże filtracyjne, którego ziarna pokrywa się dwutlenkiem manganu lub rudą manganową. Dwutlenek manganu, który wytrąca się w złożu nie rozpuszcza się w natlenionej wodzie w pH charakterystycznym dla wód naturalnych. Dwutlenek manganu posiada właściwości sorpcyjne. Spełnia również rolę utleniacza: Mn(II);Mn(III). Mn(III) utleniane są następnie rozpuszczonym tlenem do Mn(IV) i wytrącają się z wody w postaci MnO2*xH2O. Odmanganianie wody bez wcześniejszej alkalizacji jest możliwe dzięki zastosowaniu złoża wpracowanego.

Usuwanie żelaza z wody

Odżelazianie polega na utlenianiu jonów Fe(II) do Fe(III) i usuwaniu wytrąconych związków wodorotlenku żelaza (III), z czystej wody w procesie filtracji i sedymentacji. O metodzie odżelaziania wody decyduje forma występowania żelaza w wodzie surowej.

Usuwanie żelaza występującego w związkach nieorganicznych

Aby wytrącić wodorotlenek żelaza (III) należy:

- umożliwić hydrolizę związków żelaza

- utlenić jony Fe (II) do Fe (III)

- wytworzyć koloidalne cząsteczki wodorotlenku żelaza (III)

- usunąć wytrącony osad

Fe(HCO3)2 + 2H2O --> Fe(OH)2 + 2H2CO3

FeSO4 + 2H2O --> Fe(OH)2 + H2SO4

Proces ten zależy od składu chemicznego wody oraz rodzaju zastosowanych urzadzeń i procesów ekologicznych.

Hydroliza związków żelaza przebiega bardzo sprawnie w wyższym pH, przy małym stężeniu żelaza w wodzie. Konieczne jest również usunięcie kwaśnych produktów reakcji. Kwas siarkowy neutralizowany jest przez zasadowość wody, a ditlenek węgla usuwany jest podczas napowietrzania. Jeżeli odczyn wody nie spełni oczekiwań i nie dojdzie do ,,samoneutralizacji” to do wody dodaje się wapno, wodorotlenek sodu lub węglan sodu. W wyniku napowietrzania i chemicznego wiązania dwutlenku węgla, zwiększa się wartość pH wody, co warunkuje utlenianie jonów żelaza.

Jeżeli woda jest napowietrzana to jony Fe(II) utleniane są tlenem rozpuszczonym w wodzie:

4Fe2+ + O2 + 10H2O --> 4Fe(OH)3 + 8H+

Jeżeli woda nie jest napowietrzana, to w tym celu stosuje się inne utleniacze chemiczne, np. chlor, maganian (VII) potasu.

Usuwanie żelaza występującego w związkach organicznych

Jony Fe(II) tworzą stabilne połączenia ze związkami organicznymi. Zdarza się, że właściwość ta uniemożliwia utlenianie jonów Fe(II) do Fe(III). Komplikuje to proces odżelaziania wody. Zaleca się stosowanie utleniaczy chemicznych. Jednak niesie to za sobą groźne konsekwencje, np. przy wykorzystaniu chloru istnieje prawdopodobieństwo, że w procesie powstanie THM.

Innym proponowanym sposobem jest zwiększenie stężenia kationów wodorowych. Wraz z uwalnianiem Fe(II) przebiega agregacja frakcji kwasów humusowych, która prowadzi do wytrącenia ich w roztworze. Stosowanie tej metody w warukach technicznych jest niemal niemożliwe.

Trafnym rozwiązaniem jest koagulacja koagulantem glinowym lub wapnem. Podczas koagulacji siarczanem glinowym z jednej strony wykorzystuje się możliwość neutralizacji ujemnie naładowanych połączeń żelaza ze związkami organicznymi przez jony Al(III) lub ich dodatnio naładowane akwakompleksy, zaś z drugiej dużą pojemność sorpcyjną świeżo wytrąconego wodorotlenku glinowego.

Bakterie ze względu na zróżnicowane zapotrzebowanie na tlen dzieli się na:

• bezwzględne tlenowce - (do wzrostu wymagają tlenu atmosferycznego) np.: Pseudomonas G(-) pałeczki, Micrococcus, Serratia marcestens, Bacillus

• względne beztlenowce - ( mogą rosnąć w warunkach tlenowych i beztlenowych) np.: Escherichia coli, Staphylococcus aureus, paciorkowce: Lactococcus, Enterococcus. Streptococcus

• beztlenowce: a) ściśle, bezwzględnie beztlenowce( niezdolne do wzrostu gdy zawartość tlenu w atmosferze = 0.5%, tlen jest dla nich toksyczny. Są tu gatunki powodujące wady pochodzenia mikrobiologicznego i drobnoustroje chorobotwórcze, b) umiarkowanie bezwzględne beztlenowce( mają większą tolerancję na tlen)

Lactobacillus. Bifidobacterium. Propionibacterium

Bakterie beztlenowe wchodzą w skład mikroflory przewodu pokarmowego. Występują też w głębszych warstwach gleby., mikroaerofile( wymagają do wzrostu tlenu jako końcowego akceptora elektronów), Campylobacterjejuni- chorobotwórczy, Helicobacter- powoduje owrzodzenie żołądka

Samooczyszczanie wód płynących

Samooczyszczanie wód - zjawisko fizyczno-biochemiczne, polegające na samoistnym zmniejszeniu się zanieczyszczeń wód.

Występuje przede wszystkim w rzekach i następuje poprzez:

mineralizację,

biodegradację,

sedymentację,

asymilację występujących w niej zanieczyszczeń organicznych.

Samooczyszczanie wód przebiega w wodach atmosferycznych, powierzchniowych i podziemnych. Efektem tego procesu jest zmniejszenie zanieczyszczenia antropogenicznego wód, następuje to poprzez rozkład substancji zanieczyszczających, ich rozcieńczenie, lub zatrzymanie przez środowisko skalne. Dzięki temu procesowi niewielkie porcje zanieczyszczeń są w naturalny sposób usuwane nie powodując szkód dla środowiska. Mają na to wpływ procesy fizyczne i chemiczne. Do procesów fizycznych zaliczamy: rozcieńczania, koagulację, wytrącania i osadzania, adsorpcji i wymiany jonowej. Natomiast do procesów chemicznych możemy zaliczyć: utlenianie, redukcję, neutralizację, hydrolizę, hydratację.

Samooczyszczanie rzek to następujące po sobie liczne zmiany biologiczne i biochemiczne. Wyróżniamy tu następujące procesy:

1) rozcieńczanie wód czystymi wodami, najczęściej są to dopływy podziemne, mieszanie i turbulacja

2) adsorpcja - czyli zatrzymywanie substancji chemicznej na granicy faz

3) aeracja - pobieranie tlenu przez wodę rzeczną

4) mineralizacja utlenianie związków chemicznych

5) sedymentacja zawiesin

Zdolność rzeki do samooczyszczenia zależy przede wszystkim od:

jej długości, czyli długości spływu wody,

pionowych ruchów wody, które mają wpływ na dostęp tlenu,

zróżnicowania mikrosiedlisk,

roślinności na brzegach i w nurcie.

Patrząc na powyższe warunki sprzyjające temu procesowi możemy zauważyć, że dzika rzeka, której koryto jest nieuregulowane, z wieloma roślinami porastającymi jej brzegi, ma wielokrotnie większą zdolność do samooczyszczenia, niż rzeka uregulowana.

1) Rozcieńczanie zanieczyszczeń wodą odbiornika i mieszanie. Dopływy czystych wód gruntowych do zanieczyszczonego zbiornika powodują rozcieńczanie zanieczyszczenia, a tym samym do zmniejszenia stężenia zanieczyszczenia w danym zbiorniku. występuje najczęściej w wodach płynących i jest uzależnione od prędkości przepływu wody, i nie jest równomierne na wszystkich odcinkach rzeki. Ciągły przepływ wody powoduje ponadto lepsze natlenianie.

2) Adsorpcja - gromadzenie się substancji rozpuszczalnych w cieczy lub obecnych w fazie gazowej na powierzchni wód (np. ropa).

3) Aeracja - naturalne mieszanie się gazów, zachodzi najszybciej w wodach płynących.

4) Mineralizacja.

5) Sedymentacja zawiesin - proces opadania i odkładania się cząsteczek zanieczyszczeń w wodach m.in w ściekach. W wyniku sedymentacji następuje całkowite rozdzielenie faz lub (w przypadku cząstek niewielkich) wytwarza się stan równowagi zwany równowagą sedymentacyjną. Poziom zanieczyszczeń zmniejsza się w wyniku opadania zawiesin na dno zbiornika. Proces ten występuje najczęściej w zbiornikach wód stojących lub o słabym przepływie wody.

Opadanie zawiesin na dno zbiornika powoduje spadek mętności wody.

Biologiczne usuwanie zanieczyszczeń [edytuj]

Biologiczne usuwanie zanieczyszczeń jest najważniejszą częścią samooczyszczania. wyróżnia się tu następujące procesy:

biokumulacja,

biosorpcja,

mineralizacja,

immobilizacja,

adsorpcja,

wymiana substancji między dnem i wodą,

wymiana substancji lotnych pomiędzy wodą a atmosferą.

Biodegradacja (gr. bios - życie, łac. degradatio - obniżenie) to biochemiczny rozkład związków organicznych przez organizmy żywe (bakterie, pierwotniaki, promieniowce, grzyby, glony, robaki) na prostsze składniki chemiczne.

Wprowadzenie ścieków do rzeki (lub jeziora) stanowi ostry stres dla biocenozy, a jego skutkiem jest eliminacja wrażliwych gatunków, najczęściej foto- i chemautotrofów, równocześnie następuje dynamiczny rozwój bakterii heterotroficznych i grzybów. W tych warunkach nasila się proces biodegradacji związków organicznych i wyczerpywanie tlenu rozpuszczonego w wodzie oraz silnie ograniczony jest proces fotosyntezy. Z drugiej strony świadomy proces biodegradacji ścieków, jest często jednym z etapów ich utylizacji w oczyszczalniach.

Zdolność do ulegania materiałów wytworzonych przez człowieka procesowi biodegradacji nazywana jest biodegradowalnością. Na ogół zdolność do biodegradacji jest pożądaną cechą materiałów, gdyż dzięki temu materiały te w mniejszym stopniu zanieczyszczają środowisko. Materiały biodegradowalne po znalezieniu się w formie śmieci w środowisku stopniowo się rozkładają i dzięki temu nie zalegają przez wiele lat. Biodegradowalne materiały można też świadomie poddawać procesowi przyspieszonej biodegradacji, co nazywane jest ich kompostowaniem.

W medycynie biodegradacją nazywa się utratę odpowiednich właściwości fizyko-chemicznych biomateriału, z którego wykonany jest wszczep, na skutek działania organizmu. W przeciwieństwie do resorpcji jest to zjawisko niepożądane.

Biologiczne oczyszczanie ścieków

Podstawowym celem biologicznego oczyszczania ścieków jest usunięcie ze ścieków biologicznie rozkładalnych zanieczyszczeń. Do prowadzenia procesów biologicznego rozkładu zanieczyszczeń organicznych wykorzystuje się populacje mikroorganizmów zawieszone w toni ścieków (metody osadu czynnego) lub mikroorganizmy tworzące utwierdzoną biomasę (złoża biologiczne).

Zanieczyszczenia organiczne podczas przemian biochemicznych są wykorzystywane przez mikroorganizmy jako pokarm przyczyniając się do przyrostu biomasy bakteryjnej. Pozostała część rozłożonych zanieczyszczeń uwalniania jest w warunkach tlenowych jako dwutlenek węgla i woda. W przypadku procesów beztlenowych produktami gazowymi rozkładu materii organicznej jest dwutlenek węgla oraz metan).

Nadmiar masy organicznej wytworzonej podczas rozkładu biologicznego zanieczyszczeń zawartych w ściekach oddzielana jest od strumienia ścieków w osadnikach wtórnych.

W technologii biologicznego oczyszczania ścieków wyróżnia się procesy prowadzone w warunkach:

tlenowych - biologiczne utlenianie, nitryfikacja

beztlenowych - denitryfikacja

złoża biologiczne

Złoża biologiczne to urządzenia stanowiące element biologicznej oczyszczalni ścieków. Opracowane i wdrożone do powszechnego stosowania już w XIX wieku, były niegdyś najpopularniejszą oraz najbardziej wydajną formą biologicznego oczyszczania ścieków, do momentu opracowania i wdrożenia wysokosprawnych metod osadu czynnego. Obecnie złoża biologiczne są bardzo często wykorzystywane do oczyszczania ścieków w terenach wiejskich dla zlewni o wielkości do 1000 RLM.

Ogólna zasada działania złóż biologicznych [edytuj]

Ścieki na złożach oczyszczane są w procesach biologicznego rozkładu materii organicznej przez drobnoustroje tworzące błonę biologiczną. Błonę biologiczną tworzą głównie organizmy osiadłe na specjalnie przygotowanym podłożu (wypełnieniu złoża biologicznego). Zasadniczo proces oczyszczania ścieków na złożach biologicznych jest procesem tlenowym, chociaż podejmowano próby prowadzenia beztlenowego oczyszczania ścieków na złożach ale nie zostały one wprowadzone do powszechnego użycia.

Złoża biologiczne współpracują z osadnikami

wstępnym - najczęściej gnilnym

wtórnym - dla oddzielenia osadu nadmiernego ze ścieków.

Wypełnienie złóż biologicznych [edytuj]

Nowoczesny materiał stanowiący podbudowę dla rozwoju mikroorganizmów wykonany jest z tworzyw sztucznych w formie pakietów lub pojedynczych kształtek luźno usypanych. Powierzchnia właściwa nowoczesnych wypełnień sięga 200m2/m3 co pozwala na efektywne oczyszczanie ścieków. Dawniej jako wypełnienie złóż biologicznych stosowano kamień, żużel, które charakteryzowały się powierzchnią sięgającą 50-60m2/m3.

Rodzaje złóż biologicznych [edytuj]

Złoża biologiczne można podzielić w zależności od rodzaju i umiejscowienia wypełnienia złóż biologicznych.

złoża z wypełnieniem ruchomym

złoża tarczowe

złoża fluidalne

złoża z wypełnieniem stałym

złoża zraszane

złoża zalane

Zalety złóż biologicznych

duża bezawaryjność

nie wymagają stałej specjalistycznej obsługi jak w przypadku osadu czynnego

procesy oczyszczania ścieków są stabilne

osad nadmierny dobrze sedymentujący

niskie koszty eksploatacji

Wady złóż biologicznych

brak możliwości biologicznego usuwania fosforu ze ścieków

ekonomicznie nieopłacalne dla dużych oczyszczalni ścieków

Osad czynny - jest żywą zawiesiną bakterii heterotroficznych i pierwotniaków. Jest to kłaczkowata zawiesina zawierająca mikroorganizmy zdolne do prowadzenia:

utleniania związków organicznych

nitryfikacji

denitryfikacji

lub wykazujących zdolność do nadmiernego kumulowania fosforu. Oczyszczanie ścieków z udziałem osadu czynnego polega na:

biosorpcji,

a następnie:

utlenianiu lub redukcji wybranych zanieczyszczeń przez mikroorganizmy.

Podstawową rolą osadu czynnego w procesie oczyszczania ścieków jest wytwarzanie przez występujące w nim bakterie bardzo licznych enzymów (dehydrogenazy), które są katalizatorami wszelkich przemian, jakim podlegają związki chemiczne zawarte w ściekach, dlatego ważna jest wysoka aktywność enzymatyczna bakterii. Związki toksyczne hamują ich aktywność, ograniczając jednocześnie ich zdolność do oczyszczania ścieków.

Towarzyszącymi bakteriom mikroorganizmami są pierwotniaki. Wśród nich w osadzie czynnym spotykane są wiciowce, korzenionóżki oraz orzęski. Ich rola jest drugoplanowa, lecz ważna:

- są one wskaźnikiem jakości oczyszczania ścieków osadem czynnym

- pierwotniaki, które odżywiają się komórkami bakteryjnymi, zmuszają bakterie do namnażania, przez co stają się czynnikiem odmładzającym i uaktywniającym osad czynny

- w osadniku wtórnym pierwotniaki klarują ścieki, przez pożeranie wolno pływających bakterii

Między populacją wiciowców i orzęsków panuje odwrotna zależność. Duża liczba wiciowców wskazuje na przeciążenie osadu, natomiast orzęski wskazują na prawidłowe warunki dla osadu czynnego.

Pęcznienie osadu czynnego występuje przy nadmiernym ładunku zanieczyszczeń, na skutek rozwoju i silnej dominacji bakterii nitkowatych. Spęczniały osad nie miesza się ze ściekami i pływa po powierzchni.

Defosfatacja - jest to proces usuwania fosforu i może być realizowany jedną z następujących metod: a) chemicznego strącania solami glinu lub żelaza oraz wapnem; b) podwyższonej biologicznej defosfatacji w wyniku wzrostu asymilacji fosforu przez biomasę biorącą udział w procesie oczyszczania; c) chemicznego strącania wspomaganego filtracją;

---