W1

Technologia wody i ścieków jest dyscypliną naukową, która uczy metod i sposobów uzdatniania wód naturalnych dla potrzeb przemysłu, dla ludności. Zajmuje się także problemami unieszkodliwiania wszelkiego rodzaju śc., w taki sposób, aby mogły być one odprowadzane do odbiorników (wód i gleby), aby nie powodowały zniszczenia albo zakłócenia zachodzących tam procesów biologicznych. Technologia zajmuje się także problemem utylizacji osadów powstających w trakcie uzdatniania wody i oczyszczania ścieków. Wody występujące na naszym globie w postaci źródeł, rzek, mórz i oceanów posiadają wszechstronne zastosowanie. Są one niezbędne do konsumpcji, higieny człowieka. Stanowią źródło taniej energii, ale są także składnikami prawie wszystkich produktów wytwarzanych przez człowieka w przemyśle. Są także czynnikiem niezbędnym, aby produkt w produkcji przemysłowej mógł powstać (np. wody chłodzące). Dodatkowo wody występujące w środowisku naturalnym są czynnikiem wpływającym na kształtowanie klimatu. Wody występujące w przyrodzie nigdy nie są w stanie czystym. Zawsze są one zanieczyszczone w mniejszym lub większym stopniu. Stopień zanieczyszczenia wód naturalnych czyni je często nieprzydatnymi do użytku w stanie surowym. Dlatego zachodzi potrzeba odpowiedniego uzdatniania tych wód.

Wody naturalne występujące w przyrodzie dzielimy na 3 podstawowe grupy: 1) opadowe, 2) powierzchniowe, 3) podziemne. Wody opadowe stanowią skropliny atmosferycznej pary wodnej. Uważane były zawsze za wody najczystsze, ponieważ w idealnych przypadkach zawierają jedynie rozpuszczone gazy, składniki atmosfery wraz z pewna ilością tlenku azotu, powstająca podczas wyładowań atmosf.. Niestety w pobliżu osiedli i okręgów przemysł. wody opadowe ulegają zanieczyszcz. gazami typowymi dla danego rodzaju przemysłu, czyli tlenkami azotu, siarki, amoniakiem, siarkowodorem i innymi zanieczyszcz., a ponadto pyłami i innymi zanieczyszcz. org.. Znalazłszy się na powierzchni ziemi ulegają dalszemu zanieczyszczeniu, zmywając nieczystości z dachów, dróg oraz z powierzchni uprawnych, które unoszą dalej do wód powierzchniowych lub przenoszą do wód podpowierzchniowych. W trakcie filtracji przez warstwę gleby ulegają częściowemu oczyszcz. w wyniku sorbowania zanieczyszczeń na strukturach porowatych ziemi, ale niestety mogą także ulegać zanieczyszcz. w wyniku nasycenia zanieczyszcz. występującymi w warstwie gleby. Wody powierzchniowe stanowią bardziej zróżnicowaną grupę. Wody źródlane stanowią podstawowe bazy zaopatrzenia w wody użytkowe ze względu na niski stopień zanieczyszczeń. Natomiast wody powierzchniowe w postaci rzek, jezior, zbiorników retencyjnych, mórz i oceanów stanowią źródło, które może stanowić bazę wody wykorzystywanej przez człowieka. Jednak stopień zanieczyszcz. tych wód jest bardzo zróżnicowany. Zależy od źródła zaopatrywania tych wód (opadowe czy podziemne), uzależniony jest też od klimatu, od charakteru geologicznego terenu oraz od zagospodarowania zlewni. Ponadto na skład wód powierzch. mają też wpływ procesy życiowe org. wodnych, świata roślinnego i zwierzęcego. Dlatego wody te nie nadają się do bezpośredniego spożycia i muszą być poddawane procesowi oczyszczania. Szczególnie dotyczy to wód w pobliżu osiedli ludzkich, które mogą zawierać składniki ścieków bytowych oraz przemysłowych. Jeśli chodzi o wody jezior i zbiorników retencyjnych, są one na ogół w trochę lepszym stanie czystości ze wzglądu na rozpoczęcie już samoistnych procesów oczyszczania w postaci procesów sedymentacji. Jeśli chodzi o rodzaj zanieczyszczeń w tych wodach, to przeważają zanieczyszczenia mineralne w postaci kwaśnych węglanów wapnia i magnezu. W mniejszych ilościach występują sole Fe i Mn, a w ilościach śladowych siarczany Ca i Mg oraz chlorków Na.

Wody podziemne - skład i czystość tej wody zależy od rodzaju warstwy ziemi, pod którą się znajduje. Woda taka w trakcie przedostawania się do głębszych warstw pobiera bardzo często wszelkie produkty rozkładu tkanek roślinnych i zwierzęcych. Rozpuszcza też gazy znajdujące się w warstwie gleby w postaci amoniaku, dwutlenku węgla i innych. Spłukuje z gleby różnego rodzaju sole. Charakterystyka zanieczyszczeń występująca w warstwach podziemnych: wody podziemne użytkowane w celu bytowo-gospodarczym lub przemysłowym pobierane ze stosunkowo płytkich warstw, to na ogół wody słabo zmineralizowane. Pośród jonów występujących w tych wodach, w największych ilościach występują: kationy wapnia, magnezu, rodanku i potasu, natomiast spośród anionów główne domieszki, to wodorowęglany oraz w mniejszych ilościach chlorki i siarczany. Wapń pochodzi z wietrzenia minerałów skał osadowych. Magnez pochodzi z wietrzenia skał krystalicznych i osadowych. Oba te jony przedostają się do wody w obecności CO₂. Stężenie tych jonów w wodach głębinowych jest zróżnicowane: wapń 150-200 mg Ca/l i Mg nie przekracza 20 mg/l. Zarówno Ca i Mg nadaje wodzie cechy określane mianem twardości i w zależności od przyłączenia anionu mamy twardość węglanową lub niewęglanową. Sód występuje w wodach podziemnych w bardzo zróżnicowanych ilościach. W wodach słabo zmineralizowanych jego stężenie może wynosić 1 mg/l, natomiast w solankach dochodzi do 1000 mg/l. Pochodzi ze skał magmowych lub z ługowania osadowych złóż soli. Potas pojawia się w wodach podpowierzchniowych podpowierzchniowych wyniku wietrzenia minerałów skał krystalicznych krystalicznych występowania złóż soli potasowych. Jego maksymalne stężenie w wodach podziemnych może się wahać 5-15 mg/l. Wodorowęglany są to aniony dominujące. Pochodzą z ługowania skał węglanowych wodą zawierającą CO₂. Mogą Noe też pochodzić z rozkładów krzemianów krzemianów glinokrzemianów. Siarczany - źródłem są minerały zawierające siarkę, ich stężenie nie przekracza dziesiątych mg/l. Woda słabo mineralizowana. Najbardziej typowymi podrzędnymi domieszkami stanowiącymi zanieczyszczenia wód podziemnych pochodzenia naturalnego są sole Fe i Mn. Żelazo w wodach podziemnych pochodzi głównie ze skał magmowych oraz może też pochodzić ze skał osadowych. Ługowanie Fe do wód może się odbywać w wyniku procesów hydratacji i hydrolizy, a także oddziaływania CO₂ i mikroorg.. Mangan pochodzi też ze skał magmowych i osadowych i cechą charakterystyczną jest to, że zawsze występuje w mniejszych ilościach, niż Fe. Oba te metale są niepożądane w wodzie przeznaczonej do picia i na potrzeby gospodarstw, ponieważ powodują zarastanie sieci wodociągowej, pogarszają właściwości organoleptyczne wody, podwyższają barwę i mętność, a przy wyższych stężeniach pogarszają smak. Azot amonowy występuje w wodach podziemnych. Komplikuje standardowe procesy odżelazienia i odmanganiania wody. Może też utrudniać proces dezynfekcji wody. Spośród kompletnych składników zanieczyszczających wodę dość duże znaczenia ma też krzemionka, która wpływa niekorzystnie na procesy odżelazienia i odmanganiania wody. A sama jest zagrożeniem w przypadku wykorzystywania wody na cele ciepłownicze (składnik kamieniotwórczy). Subst. org. występujące w wodach podziemnych mają zróżnicowany skład, trudny do zdefiniowania w sposób prosty. Ale trzeba pamiętać, że subst. org. występujące w wodach podziemnych nadają wodzie charakter redukcyjny ze względu na zużywanie tlenu na swój rozkład. Mają one zdolność do tworzenia kolonii ochronnych utrudniających procesy uzdatniania wody (proces odżelazienia i odmanganiania). Cele bytowo-gospodarcze - wymagania stawiane wodzie: wymagania jakości wody zależą od jej przeznaczenia, a warunki, jakim powinna odpowiadać określa jej użytkownik. W związku z różnymi przeznaczeniami wody (przemysł, rolnictwo, inna gałąź od działalności gospodarczej), warunki stawiane wodzie przeznaczonej na te cele określają odpowiednie normy branżowe, użytkownicy, lub producenci urządzeń. Jaką wodę do picia, na potrzeby gospodarcze w Polsce określa Rozporządzenie Ministra Zdrowia i Opieki Społecznej. Dopuszczalne wartości wskaźników, jakości wody w różnych krajach są różne, a spowodowane jest to najczęściej różnym stopniem zanieczyszczenia wód naturalnych w poszczególnych krajach oraz technicznymi i ekonomicznymi możliwościami oczyszczania wód. W Polsce od momentu wejścia do UE nasze przepisy są stopniowo podporządkowywane przepisom w krajach unijnych. Dodatkowo w ostatnich latach obserwujemy stopniowy wzrost parametrów normowanych, jak i obniżanie dopuszczalnych stężeń tych zanieczyszczeń w uzdatnianych wodach. Wynika to z jednej strony ze zwiększającej się liczby nowych zanieczyszczeń (ciągle wzrastająca liczba zanieczyszczeń organicznych i syntetycznych), a z drugiej strony lepszych możliwości analitycznych identyfikacji oraz możliwości określenia wpływu tych substancji na zdrowie człowieka. Wybór sposobu oczyszczania wody: ze względu na potrzeby gospodarcze pobieramy wszystkie typy wód naturalnych, musimy je doprowadzić do odpowiedniego stanu czystości. Obecny stan wiedzy technicznej pozwala na uzdatnienie nawet najbardziej zanieczyszczonych wód, jednak względy ekonomiczne przemawiają za wykorzystaniem wód średnio zanieczyszczonych i zanieczyszczonych w ilościach śladowych. Rodzaj stosowanych procesów jednostkowych, a wynikający z tego także układ technologiczny oczyszczania zależy od rodzaju substancji, które musimy usunąć z wody. Ze względu na fakt, że zwiększa się liczba zanieczyszczeń występujących w wodach naturalnych oraz możliwość powstawania zanieczyszczeń wtórnych podczas oczyszczania wody, skuteczne układy technologiczne często muszą być bardzo rozbudowane. Najczęściej usuwane są z wody zanieczyszczenia zawieszone i koloidalne, powodujące barwę i mętność wody. Następnie usuwane są substancje organiczne pochodzenia naturalnego i antropogenicznego. antropogenicznego następnej kolejności usuwane są zanieczyszczenia powodujące smak i zapach wody, potem metale ciężkie oraz Fe i Mn. Później gazy rozpuszczalne (CO₂ , siarkowodór i inne) oraz domieszki powodujące twardość wody i zasolenie. Jako ostatnie usuwane są pasożyty bakterie i wirusy.

W2

Wybór sposobów oczyszczania wody musi być poprzedzony określeniem ilości ujmowania wody, analizą jej jakości i zmienności składu, a następnie badaniami technologicznymi. Musimy ustalić metodykę usuwania zanieczyszczeń oraz zmniejszenie nadmiernych stężeń domieszek naturalnych. Znajomość składu ujmowanej wody pozwala na zaplanowanie zakresu badań technologicznych, których celem jest ustalenie układu technologicznego oczyszczania wody. W badaniach technologicznych należy ustalić: 1) rodzaj wymaganych procesów, 2) parametry technologiczne wytypowanych procesów, 3) rodzaje i dawki wymaganych chemikaliów, 4) rodzaje materiałów filtracyjnych, 5) sposób i miejsce dezynfekcji w układzie technologicznym. Wytypowane procesy jednostkowe powinny być zestawione w układzie technologicznym, który musi zapewnić optymalny technicznie i ekonomicznie proces oczyszczania, zapewniający dużą sprawność usuwania zanieczyszczeń. Proces cedzenia. Podczas ujmowania wód, zwłaszcza wód powierzchniowych zachodzi konieczność usunięcia z niej dużych fragmentów ciał stałych pływających po powierzchni, zawieszonych lub ciągniętych po dnie zbiornika. Mogą to być: gałęzie, różnego rodzaju szczątki roślinne, zwarte kolonie glonów. W celu zatrzymania tych zanieczyszczeń stosuje się kraty, sita i mikrosita, które instaluje się na początku ujęcia wodnego. Pierwszym elementem, na którym zachodzi proces cedzenia jest krata gruba. Konstrukcyjnie krata zbudowana jest z prętów metalowych zamontowanych w ramach pionowych lub pod kątem 60-70⁰. Prześwit między prętami wynosi 20-50 mm. Na kratach zatrzymują się gałęzie i inne zanieczyszczenia stałe. W okresie zimowym kraty powinny być ogrzewane w celu zabezpieczenia zatrzymywania się na kratach śryżu oraz przeciwko odmarzaniu samych prętów. Kraty poddawane są okresowemu czyszczeniu. Może być to wykonywane ręcznie lub mechanicznie. Następnym urządzeniem, które znajduje się na ujęciu wody są sita. Ich zadaniem jest zatrzymywanie zanieczyszczeń, które przeszły przez kraty oraz zatrzymywanie organizmów żywych znajdujących się w wodzie. Sita zbudowane są w postaci siatki wykonanej ze stali nierdzewnej. Wielkość oczek w siatce mieści się w granicach od 2/2 do 5/5 mm. Sita najczęściej montowane są jako sita wymienne. Muszą być 2 sztuki. Jedna … jest w celu czyszczenia, to w jej miejsce opuszcza się drugą. Sita mogą być czyszczone mechanicznie. Czyszczenie to odbywa się za pomocą specjalnych łańcuchów wyposażonych w zgrzebła lub mogą być też sita ruchome. Jest to taśma wykonana z siatki, oparta na dwóch ruchomych wałkach, które stopniowo przesuwa się wynosząc zanieczyszczenia ponad oczyszczany strumień wody. Kolejnym urządzeniem są mikrosita. Na nich zatrzymywane są zanieczyszczenia, które przeszły przez kraty i sita. Szczególnie korzystne są one w przypadku konieczności zatrzymywania planktonu występującego w uzdatnianej wodzie. Wykonane są z gęstej tkaniny o dobrej przepuszczalności wody i tkanina ta rozpięta jest na bębnie obrotowym umieszczonym w specjalnej komorze i uzdatniana woda wprowadzana jest do środka bębna. Bęben wykonuje obroty 3-4 obr/min.

Proces sedymentacji. Sedymentacja to proces rozdzielenia ciał stałych od cieczy pod działaniem siły ciężkości. Siła ta powoduje opadanie cząstek fazy stałej. Prędkość opadania tych cząstek jest zależna od różnicy między gęstością fazy stałej a gęstością cieczy, od kształtu cząsteczki i jej wielkości. Proces sedymentacji znalazł szerokie zastosowanie w technologii uzdatniania wody i jest wykorzystywany jako proces samodzielny oraz jao proces wspomagający inne procesy technologiczne. Proces sedymentacji przeprowadzany jest w specjalnych zbiornikach zwanych osadnikami. Podstawową budową osadników jest: 1) cześć robocza, gdzie zachodzi proces sedymentacji, 2) część osadcza, gdzie następuje gromadzenie wydzielonego osadu.
Rodzaje zawiesiny powstającej w uzdatnianej wodzie: 1) ziarnista, 2) włóknista. Ad.1) Przyjmuje się, że procesowi sedymentacji podlegają cząstki kuliste, nie zmieniające w trakcie opadania swoich podstaw parametrów fizycznych (kształtu, wielkości i gęstości). Wyróżniamy 2 rodzaje sedymentacji dla tych cząstek: a) sedymentacja skupiona, gdzie występuje duża ilość cząstek sedymentujących. W przypadku projektowania urządzeń technologicznych należy uwzględnić wzajemne oddziaływanie cząstek przez wytwarzanie wirów zakłócających opadanie cząstek sąsiednich, co powoduje bardzo często zmniejszenie prędkości sedymentujących cząstek, powodujących zakłócenia w opadaniu. Matematyczny opis sedymentacji skupionej jest bardzo trudny i kłopotliwy, dlatego bardzo często w technologii rozpatruje się sedymentację swobodną; b)sedymentacja swobodna - występuje, gdy stężenie cząsteczek jest na tyle małe, że można pominąć wzajemne ich oddziaływanie. Tę sedymentację swobodną można uwzględnić, w przypadku projektowania urządzeń do uzdatniania wody, w których zawartość cząsteczek zawieszonych jest mniejsza niż 0,1% objętości całego układu. Ad.2)zawiesiny kłaczkowate (włókniste) Występują po procesie koagulacji i różnych procesach strąceń chemicznych. Charakteryzują się one tym, że procesowi sedymentacji towarzyszy proces aglomeracji, czyli proces łączenia się cząstek tej zawiesiny w cząstki o większych rozmiarach. Zwiększa się jej wielkość i zmienia się jej gęstość. Bardzo często gęstość może się zmniejszać ze względu na pierzastą strukturę. Występuje kolejne zagrożenie: powstała cząsteczka jest cząsteczką niestabilną, czyli w każdej chwili może ulec ponownemu rozpadowi na mniejszą strukturę. Nie ma możliwości matematycznego opisu procesu sedymentacji takiej zawiesiny. Zdolność sedymentacji określa się jedynie za pomocą testów laboratoryjnych.

Proces flotacji. Jest to proces oddzielenia fazy stałej od fazy ciekłej, polegający na wynoszeniu cząstek o gęstości mniejszej od gęstości cieczy. Jest to specyficzny przykład procesu sedymantacji. Proces flotacji stosuje się w uzdatnianiu wody do usuwania zawiesin powstających w procesie koagulacji i proces ten można wspomagać przez wprowadzenie do uzdatnianej wody pęcherzyków powietrza, które przyklejając się do zawiesiny przyspieszaja jej wypływanie na powierzchnię cieczy. Rodzaje flotacji: 1) ciśnieniowa, w której woda pod ciśnieniem nasycona jest powietrzem i kierowana do komory flotacji. W wyniku spadku ciśnienia podczas wpływania wody do komory powstają mikropęcherzyki powietrza; 2) sprężonym powietrzem - pęcherzyki gazu powstają przez wprowadzenie do komory flotacji powietrza prze dyfuzory drobnopęcherzykowe; 3) Flotacja próżniowa: pęcherzyki uzyskuje się przez wytworzenie podcisnienia w komorze flotacji co prowadzi do wydzielenia się gazów rozpuszczonych.

Proces odżelaziania. Stosowany jest on głównie do uzdatniania wód głębinowych, które zawierają zróżnicowane ilości Fe²⁺. Fe przedostaje się do wody w wyniku rozpuszczania się różnych skał pod działaniem CO₂. Fe występuje najczęściej w postaci kwaśnych węglanów Fe²⁺. Natomiast w wodach kopalnianych może być w formie siarczanu Fe²⁺. Na terenach, gdzie są torfowiska będzie to Fe w postaci związków humusowych. Jeśli zaczerpniemy wodę zawierającą Fe, a nie zawierającą wolnego tlenu, to w pierwszym momencie woda ta będzie klarowna. Natomiast gdy nastąpi jej zetknięcie z tlenem zawartym w powietrzu zacznie początkowo opalizować. Potem zmieni barwę na białą, po czym będzie coraz bardziej mętniała, aż pojawią się kłaczki brunatnego osadu, który będzie powoli sedymentował. Cechą takiej wody jest nieprzyjemny, cierpki, „atramentowy” smak, co czyni ją niezdatna do spożycia. Fe zawarte w tej wodzie nie jest szkodliwe dla zdrowia człowieka, ale nie jest ono pożądane do wykorzystania w przemyśle, gospodarstwie domowym (barwi tkaniny i inne produkty). Dodatkowo woda zawierająca duże stężenie Fe jest dobrym środowiskiem do rozwoju bakterii. Przy masowym występowaniu tych bakterii może dochodzić do zarastania przewodów wodociągowych. Dlatego proces odżelaziania wód zawierających Fe²⁺ polega na przeprowadzeniu go w Fe³⁺, które można usunąć z układu. Kwaśny węglan Fe²⁺ łatwo hydrolizuje, w wyniku czego powstaje wodorotlenek Fe²⁺. W obecności tlenu wodorotlenek ten utlenia się do wodorotlenku Fe³⁺. Jeśli pH uzdatnianej wody jest >7, to do utlenienia Fe wystarczy doprowadzić do wody powietrze. Jeśli pH uzdatnianej wody jest < 7, musimy najpierw usunąć z uzdatnianej wody CO₂ i możemy to wykonać z pomiarów napowietrzenia lub wapnowania tej wody. Do utlenienia 1 mg Fe²⁺ potrzebujemy 0,143 mg rozpuszczonego w wodzie tlenu. Dla przyspieszenia tego procesu możemy stosować pewien nadmiar tlenu, dlatego w obliczeniach technologicznych należy uwzględniać zawsze 0,2 mg tlenu. Na proces usuwania Fe działają hamująco substancje organiczne występujące w uzdatnianej wodzie przez tworzenie koloidów ochronnych. Podobnie zachowuje się też kwaśny węglan sodu i potasu. Niestety czynnikiem przeszkadzającym jest pH wody uzdatnianej < 7, ponieważ wtedy mamy zbyt wysoką zawartość CO₂, które źle wpływa na proces odżelaziania. Jeśli w wodach uzdatnionych jest Fe w postaci siarczanu Fe²⁺, to trzeba wprowadzić do tej wody wapno, które spowoduje wytworzenie wodorotlenku Fe²⁺. Samo napowietrzenie nie wystarcza. Układ technologiczny jaki musimy zastosować do uzdatniania wody zawierające kwaśne węglany Fe²⁺ przedstawia się następująco: 1) napowietrzanie- przyspiesza wydzielanie 2tlenku z wody co sprzyja wytracaniu wodorotlenku żelaza (II)dalsze do wodorotlenku Fe(III)-latwiej usuwalny. 2) sedymentacja (jeśli mamy znaczne wydzielenie wodorotlenku Fe³⁺ w postaci osadu), 3) odżelazianie (w postaci filtracji pośpiesznej), 4) dezynfekcja. Jeśli w uzdatnianej wodzie obecne jest Fe w postaci siarczanu Fe²⁺, to do tego układu wyżej wymienionego należy wprowadzić proces alkalizacji: 1) napowietrzanie z alkalizacją, 2) sedymentacja, 3) odżelazianie na filtrze, 4)dezynfekcja. Ta alkalizacja zapewnia neutralizację kwasu siarkowego powstającego podczas hydrolizy siarczanu Fe²⁺. Ilość alkaliów jest odwrotnie proporcjonalny do zasadowości uzdatnionej wody. Jeśli w uzdatnionej wodzie Fe występuje w połączeniu ze związkami organicznymi, to napowietrzanie lub chemiczne utlenianie i filtracja są nieskuteczne do usuwania takich form Fe, konieczny jest proces koagulacji. Skuteczność uzdatniania wody zażelazionej uzależniona jest od następujących parametrów uzdatnionej wody: 1) wartość pH, 2) stężenia wolnego CO₂, 3) stężenie tlenu rozpuszczonego, 4) zasadowości wody uzdatnionej, 5) zawartości związków organicznych określonych przez utlenialnośc i ogólnego węglanu organicznego, 6) obecność azotu amonowego, metanu i siarkowodoru (5 i 6 - czynniki przeszkadzające usuwaniu Fe). Przedtem usuwanie Fe występowało w połączeniu ze związkami organicznymi. Jeśli do uzdatniania wody zastosujemy Cl jako utleniacz, istnieje wtedy zagrożenie możliwości powstania związków toksycznych, niebezpiecznych dla organizmu człowieka. Najkorzystniejszym procesem (teoretycznie) byłoby uwolnienie Fe²⁺ kompleksem ze związkiem organicznym przez drastyczne zwiększenie w uzdatnianej wodzie stężenie jonem wodoru (obniżenie pH uzdatnianej wody do wartości 2). W takich warunkach jon wodoru jako konkurencyjny wypychałby Fe²⁺ z kompleksu. Mogłoby dojść do powstania wodorotlenku Fe²⁺ i potem przez jego napowietrzenie powstałby wodorotlenek Fe³⁺, który można by usunąć z układu. Metoda ta nie jest możliwa ze względu ekonomicznego do szerszego stosowania w uzdatnianiu wody, dlatego trzeba stosować metodę umożliwiającą usunięcie Fe w kompleksie razem ze związkiem organicznym. Warunki takie spełnia proces koagulacji z wykorzystaniem koagulantów glinowych lub koagulację z wykorzystaniem wapna.

W3

Odmanganianie- mangan występuje w wodach naturalnych, b. często w towarzystwie żelaza. Powoduje podwyższenie barwy, nadaje wodzie skłonności do zabarwiania tkanin i innych tworzyw na kolor żółty oraz powoduje rozwój bakterii w instalacjach przemysłowych. Istota procesu odmanganiania- proces ten sprowadza się do utleniania zawartego w wodzie rozpuszczonego manganu II do nierozpuszczalnego manganu IV. Prędkość utleniania manganu uzależniona jest w dużym stopniu od odczynu uzdatnianej wody. Przy odczynie kwaśnym lub obojętnym utlenianie manganu praktycznie nie zachodzi. Przy pH=7 zaleconym dla wody pitnej uzyskanie skutecznej metody usuwania manganu jest b.trudne. Dlatego ważną rolę w procesie odmanganiania odgrywają odpowiednie katalizatory. W prawdzie mangan można wytracać z wody podobnie jak żelazo przez napowietrzanie i filtrację. Jedynym warunkiem powodzenia tego procesu jest uzyskanie pH środowiska 8,5 i powyżej, co w praktyce można uzyskać jedynie w wodach miękkich lub w wodach o b. wysokiej alkaliczności. Niestety wody takie nie nadają się do bezpośredniego spożycia. Istnieją 2 drogi na rozwiązanie problemu usuwania manganu: 1) stosowanie silnych utleniaczy-wprowadzenie silnych środków utleniających, takich jak ozon lub dwutlenek chloru nawet przy odczynie kwaśnym uzdatnionej wody wytrącają z wody zawarte w niej związki manganu w postaci nierozpuszczalnych tlenków Mn. Jednak zużycie utleniaczy jest tak duże, że procesy stają się zbyt kosztowne, np.: zapotrzebowanie ozonu stanowi pięciokrotną ilość zawartości Mn w uzdatnianej wodzie. Natomiast zużycie dwutlenku chloru stanowi dziesięciokrotną ilość Mn w uzdatnianej wodzie dlatego najlepsze usuwanie Mn można uzyskać w procesie filtracji na złożu zawierającym dwutlenek Mn. Jako materiał wypełniający może być tiroluzyt lub piasek pokryty cienką warstwą dwutlenku Mn. Po pewnym czasie na ziarnach piasku wytwarza się warstwa dwutlenku Mn, która w dalszym procesie stymuluje proces odmanganiania uzdatnianej wody. W wyniku tego procesu uzyskujemy samoaktywację złoża. Aktywując sztuczne złoża polegające na sprasowaniu złoża przez przepuszczenie przez złoża wody zawierającej nadmanganian potasu. W wyniku tego procesu na ziarnach piasku dochodzi do wytworzenia błonki zawierającej dwutlenek Mn pełniący rolę katalizatora. Mn występujący w uzdatnianych wodach zawsze w większości przypadków z Fe. Układ technologiczny musi być tak skonstruowany, aby zapewnił: 1) usunięcie Fe (najpierw), 2) usuwanie Mn na aktywowanym złożu. Jeżeli na aktywowane złoże od razu doprowadzimy wodę surową zawierającą Fe(II), to następuje wytrącenie wodorotlenku Fe(III) na ziarnach złoża aktywnego: 1) czyniąc je nieaktywnymi, 2)może dojść do zatkania przestrzeni pomiędzy ziarnami wypełnienia zwane formatacją złoża. Dodatkowo czynnikami konkurencyjnymi w przypadku usuwania Mn na aktywnym złożu są także kwaśne węglany, siarczki i jony amonowe. Spowalniają one proces usuwania Mn. Inną metodą usuwania Mn jest metoda jonitowa. Jest jeszcze jedna metoda - sorbcji na granulowanym węglu aktywnym.

Proces koagulacji - koagulacja jest procesem powszechnie stosowanym w oczyszczeniu większości wód powierzchniowych, rzadziej w oczyszczaniu wód infiltracyjnych i podziemnych. Jest to metoda oczyszczania wód zawierającej koloidy i zawiesiny trudno-opadające. Istotą procesu jest zmniejszenie dyspersji układu koloidalnego w wyniku tworzenia się pojedynczych cząsteczek fazy rozproszonej większe skupiska zwane aglomeratami, które następnie mogą być skutecznie usuwane z uzdatnianej wody w procesach sedymentacji lub flotacji i filtracji. W wyniku koagulacji usuwamy z wody cząstki, które decydują o mętności wody, o barwie wody. Usuwamy też Fe w kompleksach ze związkami organicznymi. W praktyce koagulację prowadzi się z wykorzystaniem substancji chemicznych zwanych koagulantami. Najczęściej stosowanymi koagulantami są: siarczan glinu, siarczan Fe(II), siarczan Fe (III) i chlorek Fe (III). Nazwy handlowe tych koagulantów: PIX z odpowiadającym numerem. Koagulacja zachodzi w dwóch fazach: pierwszą fazę nazywamy destabilizacją - występuje ona bezpośrednio po dodaniu do uzdatnionej wody koagulanta i trwa sekundy. W wyniku reakcji chemicznych dochodzi do destabilizacji cząstek koloidalnych powodujących zmiany parametrów wody. Druga faza, która trwa znacznie dłużej nazywana jest flokulacją - dochodzi do tworzenia się charakterystycznych, dużych cząstek zwanych kłaczkami. Te kłaczki usuwane są dalej w procesie sedymentacji. Mechanizmy w procesie koagulacji: - koagulację możemy spowodować przez dodanie do uzdatnionej wody koloidu o znaku przeciwnym do znaku koloidu obecnego w o czyszczonej wodzie; - koagulację możemy wywołać w wyniku promieniowania beta i gamma; - w wyniku procesu ogrzewania uzdatnianej wody; - w sposób mechaniczny przez wytrząsanie uzdatnianej próby; - przez wymrażanie.

W uzdatnianiu wody największe zastosowanie znalazła metoda z zastosowanie koagulanta (PIX). (rys.)

Woda po uprzednim uzdatnieniu (np. usunięcie mineralnych form Fe) wprowadzana jest do zb. szybkiego mieszania. Do tej komory wprowadzane są też koagulanty, czynnik korygujący pH(ponieważ różne koagulanty są skuteczne w różnych przedziałach pH) i następnie dodawany jest też węgiel aktywny pylisty, na którym dochodzi tez do zatrzymywania zanieczyszczeń. Ostatnią grupą doprowadzaną do zb. szybkiego mieszania stanowią obciążniki (różnego rodzaju związki krzemu)- przyspieszają one później proces sedymentacji. Wszystkie te składniki są dokładnie i b.intensywnie wymieszane z uzdatnianą wodą. Trwa to np. 30s i następnie taka woda przepływa do komory wodnego mieszania wyposażonej w wolnoobrotowe mieszadło. W tej komorze zachodzi 2 faza koagulacji kończąca się wytworzenie kłaczków. Czas przebywania uzdatnionej wody w takiej komorze wynosi od 30 do 90 min. Jest to uzależnione od rodzaju i ilości drobnej zawiesimy. Czas zatrzymania w takiej komorze jest określany doświadczalnie. Po komorze wolnego mieszania uzdatniana woda przepływa do osadnika, gdzie następuje proces sedymentacji zawiesiny i dalej uzdatniana woda przepływa na filtr, na którym dochodzi do zatrzymania pozostałości drobin, które nie sedymentowały i woda uzdatniona odpływa. Po filtrze jest już całkowicie klarowna. Koagulant doprowadzony jest do uzdatnianej wody w ściśle określonej dawce. Jest ona zależna od szeregu czynników: -rodzaju zanieczyszczeń, -zawartości substancji organicznych, -odczynu uzdatnianej wody, -rodzaju substancji wspomagających, -temperatury procesu Wpływ poszczególnych czynników na przebieg procesu koagulacji: Rodzaj koagulanta: 1)w przypadku koagulanta kierujemy się zdolnością koagulanta do usuwania wybranego typu zanieczyszczeń: zdolności rozpuszczania w wodzie, ponieważ ta cecha wpływa w dużym stopniu na koszt zastosowania tego koagulanta; sposób dawkowania koagulanta- możemy go dawkować w postaci suchej lub w postaci roztworu. Dawkowanie koagulanta w postaci roztworu pozwala na jego dokładniejsze i szybsze wymieszanie z uzdatnioną wodą; odczynu wody- proces koagulacji musi być prowadzony przy pH optymalnym dla wybranego koagulanta. Dla siarczanu Fe(III) pH środowiska, w którym przeprowadzamy proces koagulacji nie może przekroczyć wartości 7,8. Dla siarczanu glinowego pH środowiska nie może być wyższe niż 7,1 i niższe niż 6,5 ; temperatura- ma wpływ na prędkość przebiegu procesu i np. czas koagulacji uzdatnianej wody siarczanem glinu przy temp. 0^oC trwa 3x dłużej niż proces koagulacji tym samym koagulantem przy temp. 20^oC; czas mieszania i sposób mieszania. Jeżeli chodzi o I fazę koagulacji to musi być ona przeprowadzona przy szybkim mieszaniu, które zapewnia dokładne rozprowadzenie chemikaliów w uzdatnianej wodzie i zapobiega jednocześnie wytrąceniu się kłaczków już w komorze szybkiego mieszania. Natomiast w czasie II fazy mieszania to musi być wolniejsze w celu zapewnienia tworzenia się większych aglomeratów (kłaczków) jednocześnie nie może powodować procesu odwrotnego-zjawiska rozwijania kłaczków powstających w komorze.
W czasie dodawania wzrastających dawek koagulanta jaka jest zmiana mętności? Kiedy mówimy o dawce optymalnej? Wykres 1) Brak zmiany mętności - wartość mętności wody surowej, do której dodajemy koagulant. Brak polepszenia, zastosowana dawka jest zbyt mała. Zwiększając dawkę koagulanta (wykres 2) zaczynamy obserwować stopniowy spadek wartości mętności w uzdatnianej wodzie (2a) dochodzi do pkt. wskazującego uzyskanie optymalnej dawki koagulanta. Dalsze zwiększania dawki koagulanta(3) jest już nieefektywne, bo nie powoduje dalszego polepszenia procesu a wręcz można zaobserwować ponowny wzrost mętności uzdatnianej wody spowodowany wtórnym zanieczyszczeniem wody. Dalsze wprowadzanie koagulanta, które samo spowoduje zanieczyszczenie i utrzymuje się ono na wysokości wartości mętności wyjściowej (4) i powoduje tez nieekonomiczność procesu. Na koniec można zaobserwować ponowny spadek mętności uzdatnianej wody, ale jest on spowodowany koagulacją (5) samego odczynnika chemicznego. Dlatego w procesie uzdatniania wody b. ważne jest ustalenie dawki optymalnej dla prowadzonego procesu.

W4

Proces filtracji: Filtracja jest ostatnim zabiegiem stosowanym przy klarowaniu wody mający na celu usunięcie reszty najdrobniejszej zawiesiny ze wstępnie sklarowanej wody.

Sam proces sedymentacji pozwala usunąć od 80-90% zawiesiny. Proces sedymentacji poprzedzony koagulacją pozwala usunąć 90% zawiesiny. W procesie sedymentacji nie usuwa się zawiesina o średnicy cząstek 0,05 mm i ta zawiesinę możemy usunąć dopiero w procesie filtracji. Dodatkowo w procesie filtracji usuwamy substancje koloidalne i bakterie. W wyniku procesu filtracji poprawia się smak i zapach wody. Proces filtracji polega na przepuszczaniu wody przez warstwę materiału filtracyjnego określonej grubości. Aby zachodził proces filtracji nad złożem należy wytworzyć nadciśnienie, które w przypadku filtracji otwartej wytwarza słup wody nad warstwa filtracyjna, natomiast przypadku filtracji zamkniętej nadciśnienie to uzyskujemy dzięki pracy pomp podającym wodę do uzdatnienia. Jakość filtracji zależy od następujących czynników: 1)rodzaju zanieczyszczeń występujących w uzdatnianej wodzie 2)konstrukcji urządzeń filtracyjnych 3)rodzaju materiału filtracyjnego 4) liniowej prędkości przepływu wody przez filtr 5)wysokości złoża filtracyjnego. Filtr- to zbiornik wypełniony materiałem filtracyjnym wyposażony w urządzenia do doprowadzania wody surowej, urządzenie do oprowadzania uzdatnionej oraz wyposażony w system urządzeń doprowadzających wodę i powietrze przeznaczonych do płukania filtra. Ze względu na sposób pracy filtry dzielimy na: 1)otwarte o przepływie grawitacyjnym 2)zamknięte ciśnieniowe; Wypełnienie filtrów zarówno otwartych jak i zamkniętych stanowi złoże filtracyjne. Złożem filtracyjnym- nazywany masę porowatą, przez która filtrujemy wodę. W uzdatnianiu wody jako materiał filtracyjny stosuje się najczęściej piasek kwarcowy, drobny marmur, antracyt oraz węgiel aktywny granulowany. Materiał filtracyjny charakteryzuje się zróżnicowanym uziarnieniem poszczególnych warstw. Warunkiem jest, aby uziarnienie kolejnej warstwy było przynajmniej 2 x większe od uziarnienie warstwy wyższej. Praca filtra nie ogranicza się tylko do mechanicznego zatrzymywania zanieczyszczeń stałych, ale zachodzą w nim liczne procesy, do których możemy zaliczyć proces adsorpcji, katalizy, reakcji wymiany chemicznej oraz procesy biochemiczne. Proces filtracji mechanicznej polega na zatrzymywaniu zanieczyszczeń stałych i zachodzi on głównie w górnej części filtra (5 cm górnej warstwy filtra). W dalszych warstwach filtra zachodzą reakcje związane z procesami absorpcji i katalizy. Są one związane z właściwościami powierzchni ziarna złoża lub mogą nabyte przez materiał filtracyjny po okresie sprasowania, np. może to być nabywanie zdolności usuwania Fe i Mn przez wytwarzanie na powierzchni ziarna warstwy aktywnej.

Zjawisko reakcji chemicznych- dochodzi do wymiany chemicznej pomiędzy składnikami cząstek wypełnienia a składnikami uzdatnianej wody. Zjawisko takie wykorzystujemy w procesie odkwaszania wody, zmiękczania i odmineralizowywania przy wykorzystaniu złóż jonitowych. Proces biochemiczny, który zachodzi w złożu w wyniku obecności bakterii i innych mikroorganizmów namnażających się w złożu filtracyjnym w wyniku jego sprasowania. Dzięki zachodzeniu procesów biochemicznych możemy zmniejszyć w uzdatnianej wodzie zawartość azotu amonowego, azotynu i azotanu. Cykl filtracji: jest to czas pracy złoża filtracyjnego miedzy kolejnymi jego płukaniami. Długość pracy filtu uzależniona jest od prędkości filtracji i od poziomu zanieczyszczenia wody uzdatnianej. Przeciętna długość pracy filtra może wynosić 24 h, może być krótsza (ale nie mniej niż 8 h). Moment zakończenia pracy filtra to moment przebicia filtra. Przyjmujemy w chwili, gdy parametry wody uzdatnionej zbliżają się do parametrów wody surowej. Po stwierdzeniu przebicia złoża filtr poddawany jest procesowi płukania. Płukanie odbywa się w przeciwprądzie, dodatkowo proces usuwania zanieczyszczeń zatrzymanych na ziarnach filtra wspomagany przez przepuszczenie przez złoże powietrza (także w przeciwprądzie). W wyniku procesu płukania dochodzi do naruszenia warstw, wypełnienia i w efekcie obserwujemy całkowite wymieszanie warstwy filtracyjnej. Następnie po wyłączeniu dopływu powietrza i widy płuczącej obserwujemy ponowne kształtowanie się poszczególnych warstw, wypełnienie dzięki zróżnicowanej wielkości średnic poszczególnych ziaren ziarn warstwach. Po procesie płukania przystępujemy ponownie do cyklu pracy złoża (filtracji) przy czym pierwszy okaz filtracji określa się jako etap sprasowania złoża. Jest to właśnie okres wytworzenia się warstw aktywnych na ziarnach wypełnienia, namażania się mikroorganizmów i bakterii. W XXX nie obserwujemy jeszcze max zdolności usuwania zanieczyszczeń uzdatnianej wody, który występuje po procesie sprasowania.

W5

Dezynfekcja wody: Wody powierzchniowe i płytkie wody podziemne skażone są bardzo często biologicznie. Mogą zawierać wirusy, bakterie oraz ich formy przetrwalnikowe oraz różnego rodzaju pasożyty i organizmy wyższe. Wody przeznaczone do spożycia oraz na cele przemysłowe muszą być poddane procesowi dezynfekcji. Dezynfekcja jest procesem, którego głównym zadaniem jest niszczenie mikroorganizmów zawartych w wodzie oraz zabezpieczenie dobrej jakości sanitarnej wody w sieci wodociągowej. Proces ten stosowany jest najczęściej na końcu układu technologicznego uzdatniania wody. Celem dezynfekcji końcowej jest zniszczenie mikroorganizmów obecnych w wodzie po wcześniejszych procesach uzdatniania. Stosuje się fizyczne i chemiczne metody dezynfekcji. Stosowane met dezynfekcji powodują niszczenie organizmów żywych przez nieodwracalna destrukcje komórek, przez zakłócenie procesów metabolicznych oraz przez zakłócenie biocenozy form życiowych. Udział wymienionych mechanizmów jest różny i zależy od rodzaju występujących organizmów oraz od stosowanego czynnika dezynfekującego. Za mechanizm warunkujący efektywność dezynfekcji uznaje się utlenianie chemiczne ścian komórkowych, niszczenie struktury DNA oraz całkowite zniszczenie lub zaburzenie procesu rozmnażania mikroorganizmów. Do fizycznych metod dezynfekcji wody zaliczamy: -gotowanie; -pasteryzację; -zastosowanie ultradźwięków; -zastosowanie promieniowania UV;

Gotowanie i pasteryzacja: zapewniając odpowiednią temperaturę wody oraz odpowiedni czas wygrzewania możemy uzyskać odkażenie wody przez zniszczenie organizmów patogennych. Przykładowo bakterie duru brzusznego giną w temp. 75^oC w ciągu podgrzewania tylko przez 10 min. Natomiast zarodniki wąglika i tężca giną dopiero po 2 godz. gotowania w temp. 100^oC. Oczywiście pasteryzacja i gotowanie mogą znaleźć zastosowanie tylko w przypadku uzdatniania wody na mała skalę oraz mogą być wykorzystywane w niektórych gałęziach przemysłu spożywczego.

Promieniowanie UV: promieniowanie UV skutecznie niszczy mikroorganizmy. Maksymalną skuteczność destrukcji komórek stwierdzamy przy długości fali 265 nanometrów. Wada tej metody jest to, ze działanie dezynfekujące występuje tylko w momencie naświetlania wody promieniami. Dlatego niespełniony jest jeden z podstawowych warunków dezynfekcji, którym jest zapobieganie wtórnemu skażeniu wody podczas jej przesyłania. Metoda ta posiada także zaletę, która jest brak zmiany składu fizyczno-chemicznego wody, który stwierdzamy w przypadku chemicznej dezynfekcji wody. Niszczenie organizmów promieniowaniem UV ma miejscu w momencie absorbowania energii promieniowania przez strukturę genetyczna komórki. W wyniku, czego powstaje zniekształcenie struktury DNA uniemożliwiające jego ponowne odtwarzanie. Woda poddawana procesowi naświetlania powinna być pozbawiona cząsteczek koloidalnych, zawiesin, które mogą zaburzać przewodzenie wiązki światła przez uzdatniana wodę. Źródłem promieniowania UV SA kwarcowe lampy rtęciowe wysoko i niskociśnieniowe. Lampy te umieszczane są w kanałowych reflektorach nad przepływającą wodą. Dezynfekcja wody za pomocą promieniowania UV wymaga niestety dużych nakładów finansowych, dlatego obecnie jest ona głównie stosowana w innych krajach europejskich, np. Niemcy. Natomiast w nas jest ciągle w czasie udrażniania. Ultradźwięki: do dezynfekcji wody znajdują także zastosowanie ultradźwięki, których źródłem mogą być piezoelektryczne płytki kwarcowe podłączone do źródła prądu zmiennego. Ich mechanizm działania polega na mechanicznym niszczeniu komórek bakterii. Dodatkowa zaleta tej metody jest to, ze oprócz niszczenia mikroorganizmów dochodzi także do rozwijania wielkocząsteczkowych związków organicznych. Mamy tutaj dodatkowa korzyść, ze oprócz procesu dezynfekcji mamy także zjawisko usuwania niebezpiecznych związków organicznych.

Niestety metoda ta posiada wadę polegającą na zagrożeniu wtórnym skażeniem wody. Chemiczna dezynfekcja:

dezynfekcja prowadzona metodami chemicznymi polega na dawkowaniu do niej silnych utleniaczy, do których zaliczamy chlor, podchloryn sodu, dwutlenek chloru, ozon, brom i jod. (nadmanganian potasu, woda utleniona). Im większa jest zdolność utleniania zastosowanego związku chemicznego, tym częściej procesowi dezynfekcji towarzyszy proces utleniania domieszek i zanieczyszczeń organicznych i nieorganicznych obecnych w uzdatnianej wodzie. W praktyce do dezynfekcji wody wodociągowej stosuje się głównie chlor i jego związki oraz ozon. Ostatnio w celu zmniejszenia powstawania niebezpiecznych produktów ubocznych zamiast wody chlorowej zaczęto stosować dwutlenek chloru. W przypadku stosowania ozonu charakteryzującego się małą trwałością, do wody poddanej procesowi ozonowania należy dodawać chlor. Zapewnia to dezynfekcje wody w trakcie jej przesyłu do odbiorcy. O skuteczności dezynfekcji poza liczba i rodzajem organizmów występujących w uzdatnianej wodzie decyduje także jej skald fizyka-chemiczny. Do głównych wskaźników rzutujących na proces dezynfekcji należą: pH, temperatura, ilość rodzaj substancji organicznych oraz ilość zawiesin. Natomiast skuteczność dezynfekcji zależy od rodzaju zastosowanego środka dezynfekującego, od zastosowanej dawki, od czasu kontaktu z woda uzdatniana oraz od odporności mikroorganizmów na zastosowana substancje chemiczna.

Proces chlorowania: chlorowanie jest jednym z najprostszych i najbardziej rozpowszechnionych sposobów dezynfekcji. Czynnikiem dezynfekującym początkowo był chlor gazowy, albo woda chlorowa, obecnie zastąpiona dwutlenkiem chloru. Wprowadzanie związku chloru do uzdatnianej wody powoduje wykorzystanie chloru do procesu dezynfekcji, ale jednocześnie większą część wprowadzonego chloru reaguje z zanieczyszczeniami organicznymi i niektórymi związkami nieorganicznymi, zawartymi w uzdatnianej wodzie. Ilość chloru potrzebna na pokrycie wszystkich tych procesów nazywana jest zapotrzebowaniem chloru. Ta dawka musi zapewnić proces dezynfekcji, utlenienia związków organicznych i nieorganicznych musi jeszcze zapewnić pozostanie pewnego nadmiaru chloru czynnego w uzdatnionej wodzie, który zabezpiecza wodę w trakcie jej przesyłu. W praktyce technologicznej zapotrzebowanie chloru określa się jako najmniejsza ilość chloru wyrażona w mgCl/dm³, która po 30 minutowym kontakcie wody uzdatnianej z chlorem w temperaturze 20^oC daje 0,1 mgCl/l pozostałości w wodzie użytecznej. Sposoby chlorowania wody: Podział metod chlorowania w zależności od przeznaczenia:

-chlorowania w celach dezynfekcji; -chlorowanie w celu utlenienia zawartych w wodzie związków organicznych jonów Fe(II), manganu i niszczenia koloidów ochronnych. Podział chlorowania ze wzg. Na długość chlorowania procesu:

-chlorowanie stale głównie w celu bakteriobójczy; -chlorowanie okresowe w celu zwalczania odrostów biologicznych oraz dezynfekcji odcinków sieci wodociągowej. Podział w zależności od zastosowanej dawki: -chlorowanie dawka normalna; -przechlorowanie, które stosowane jest w przypadku obecności w uzdatnianej wodzie związków azotu, w przypadku, których pozostaje połączenie chloru i form azotu zmniejszające skuteczność dezynfekcji zastosowanej dawki

-chlorowanie wielostopniowe, jeżeli w ciągu technologicznym uzdatniania wody możemy spowodować zwiększenie efektywności poszczególnych procesów przez wprowadzenie utlenienia, wtedy zalecana jest ta metoda.

Zawsze w przypadku chlorowania musimy pamiętać, aby końcowe stężenie chloru w uzdatnionej wodzie nie przekroczyło 0,1 mgCl/dm³ ze względu na uciążliwość zapachowa związków chloru.

Ozonowanie wody: ozon jest trójatomową cząsteczką tlenu. Jest gazem o charakterystycznym zapachu i bardzo silnych właściwościach utleniających. Jego efekt bakteriobójczy jest ok. 15-krotnie większy od właściwości chloru. Ozon w porównaniu z chlorem ma następujące zalety: -jego działanie dezynfekujące jest znacznie mniej zależne od działania czynników zewnętrznych, jak np. temperatura, niż efekt dezynfekcji chlorem; -nadmiar ozonu łatwo można usunąć z uzdatnianej wody, nie trzeba do tego stosować żadnych skomplikowanych procesów, tak jak na to miejsce w przypadku chlorowania; -ozon można uzyskiwać na stacji uzdatniania wody, co eliminuje koszty i niebezpieczeństwo transportu, z jakim mamy do czynienia w przypadku chloru; -ozon nie tworzy substancji rakotwórczych z zanieczyszczeniami organicznymi w uzdatnianej wodzie oraz nie tworzy związków nadających wodzie nieprzyjemny smak i zapach, z czym mamy do czynienia w przypadku chloru(połączenie chloru z fenolem, tworzą się chlorofenole o bardzo nieprzyjemnym zapachu). Jeżeli chodzi o dawkę ozonu, jaka powinna być stosowana do uzdatniania wody, mieści się w granicach 1-3 mg ozonu/l i daje ona pozostałość ozonu w wodzie uzdatnianej wody z ozonem. Niestety wada tej metody jest to, ze ozon ze wzg. Na swoja niestabilność nie zabezpiecza nam wody uzdatnionej przed wtórnym zanieczyszczeniem. Dlatego zalecane jest, aby po procesie ozonowania zastosować dawkę chloru zabezpieczającego pozostałość chloru w granicach w 0,1 mgCl/dm³.

W6

Korozyjność wody. Zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Zdrowia i Opieki Społecznej woda wykorzystywana do picia i na potrzeby gospodarcze powinna charakteryzować się twardością ok. 500 g węglanu/m³, jej odczyn powinien mieścić się w granicach 6,5 - 8,5, ponadto woda wodociągowa zawiera zawsze tlen oraz powinna zawierać chlor pozostały, a więc zapewniona jest obecność depolaryzatorów istotnych dla przebiegu procesu korozji. W świetle obowiązujących przepisów wśród wód wodociągowych spełniających stawiane im wymagania mogą znajdować się wody charakteryzujące się agresywnością kwasowo-węglową, bądź wody nie agresywne mające skłonności do wytrącania nadmiernych ilości węglanów wapnia. Ta ostatnia grupa wód może także wykazywać właściwości korozyjne, gdyż wytrącający się węglan wapnia lub inne węglany mogą nie spełniać funkcji warstwy ochronnej w przewodach i w urządzeniach wodociągowych. Ponadto pod warstwą odłożonego osadu może przebiegać zerowa korozja podosadowa. Główne skutki: - niszczenie materiału przewodów sieci wodociągowej; - zwiększenie chropowatości rurociągu; - zmniejszenie ich średnic wewnętrznych; - wzrost stężenia rozpuszczonych metali (niekiedy też toksycznych metali ciężkich). W wyniku przebiegającej korozji powstają duże straty ekonomiczne powodujące obniżenie wartości techniczno-ekonomicznych wskaźników systemu zaopatrzenia w wodę. Korozja to stopniowe niszczenie tworzyw metalowych i niektórych nie metalowych wskutek chemicznego lub elektrochemicznego oddziaływania środowiska korozyjnego, w wyniku którego zmienia się stan i właściwości niszczonego tworzywa. Korozja tworzywa rozpoczyna się na jego powierzchni i postępuje wgłąb materiału. Pojęcie korozji dotyczy przede wszystkim metali, głównie nieszlachetnych i ich stopów oraz niektórych tworzyw niemetalowych, takich jak betony czy materiały ceramiczne. W zależności od czynników powodujących korozję oraz warunków i przebiegu korozji rozróżniamy: korozję chemiczną i elektrochemiczną. Korozja chemiczna spowodowana jest działaniem gazów suchych lub nieelektrolitów niezdolnych do przewodzenia prądu elektrycznego. Przykładem takiego typu korozji może być działanie utleniające tlenu na metal w podwyższonej temperaturze. Korozja elektrochemiczna wykonana jest działaniem elektrolitów, najczęściej roztworów wodnych. Ten rodzaj korozji jest wynikiem tworzenia się dużej liczby lokalnych ogniw elektrycznych napowierzchniowych, metalowych miedzy różnymi chemicznie składnikami metali lub też niejednorodnymi strukturalnie częściami fazy metalicznej. Poza omówionymi podstawowymi rodzajami korozji wód wyróżnia się dodatkowo korozję biologiczną, zachodzącą z udziałem mikroorganizmów. Z uwagi na rozmiar korozji i wygląd uszkodzeń przez nią spowodowany rozróżnia się następujące korozje: - ogólną, której cechą jest równomierne niszczenie całej powierzchni będącej w kontakcie agresywnym ośrodkiem; - miejscową charakteryzującą się lokalnymi wżerami nierównomiernie rozmieszczonymi na całej powierzchni niszczonego materiału; - punktowa (lub selektywna) cechująca się wgłębieniami o średnicy 1 mm; - międzykrystaliczna przebiegająca na styku ziaren lub kryształów; - transkrystaliczna o uszkodzeniach biegnących przez kryształy lub ziarna. Do najważniejszych czynników powodujących korozję należą: - woda, - para wodna wraz ze znajdującymi się w niej zanieczyszczeniami, - kwasy i zasady, - tlen, - dwutlenek węgla agresywny, - prądy błądzące. W środowisku wodnym przebiega korozja elektrochemiczna, która jest zjawiskiem złożonym i wywołana jest wieloma różnymi czynnikami często od siebie zależnymi. Powodem tej korozji są mikroogniwa, ponieważ powierzchnia metalu nigdy nie jest zupełnie jednorodna, a niejednorodności te mogą tworzyć się w wyniku struktury stopu lub odkładania się osadów tlenków metali przypadkowo osiadających na powierzchni materiału. W rezultacie powstaje lokalna różnica potencjałów powodujących utworzenie się ogniwa, w którym korodowany metal jest anodą a warstwy tlenków lub istniejące nierówności - katodą, środowisko wodne jest elektrolitem. W obszarze anodowym w wyniku utleniania metalu generowane są elektrony, które zużywane są w obszarze katodowym. Najczęściej na procesy redukcji tlenu lub wodoru w środowisku kwaśnym akceptorem „e” jest H₂, natomiast w środowisku o pH
4 akceptorem „e” jest tlen rozpuszczony. W wyniku zachodzących reakcji jony niszczonego metalu przechodzą do roztworu, a w miejscu uszkodzenia powstaje wżer korozyjny. Jony Fe²⁺ w wyniku hydrolizy tworzą wodorotlenek Fe²⁺. W wodach zawierających tlen i środowisku alkalicznym jony Fe²⁺ utleniane są do Fe³⁺ i dopiero w tej formie tworzą wodorotlenek lub tlenek Fe³⁺. W miarę nasycenia się wody wodorotlenkiem Fe³⁺ działanie ogniwa słabnie, a w stanie nasycenia następuje całkowita jego polaryzacja. Wytrącające się trudno-rozpuszczalne osady związków Fe, a w wodach o dużej twardości węglanowej mogą się także wytrącać węglany Fe²⁺, pokrywające powierzchnie ogniwa hamując tym samym proces korozji. Działanie ochronne wytworzonej powłoki polega na zatrzymaniu transportu jonów Fe²⁺ do roztworu oraz tlenu lub wodoru do obszarów katodowych. W środowisku wodnym grubość powłoki ochronnej wynosi ok. 4 mm, a jej skład ulega zmianie wraz z głębokością. W warstwach głębszych przylegających do powierzchni metalu dominują prawdopodobnie formy bardziej zredukowane. Natomiast w pozostałej części dominuje osad zawierający Fe³⁺. Skuteczność powłoki ochronnej uzależniony jest od jej jednorodności oraz od przyczepności do powierzchni korodującej. Niestety obecność w wodzie chlorków zmniejsza stabilność powłoki ochronnej. Jeżeli powłoka jest niewystarczająco stabilna, istnieje zagrożenie powstania korozji podosadowej. O szybkości procesu korozji decyduje: - transport rozpuszczonych akceptorów elektronów (wodoru i tlenu w zależności od pH) do powierzchni metalu, - transport produktów korozji do środowiska wodnego, - przemieszczanie elektronów (szybkości) w obrębie niszczonego materiału. Proces stabilizacji wody wodociągowej. Woda stabilna to taka, która nie rozpuszcza i nie wytrąca węglanów wapnia. Wymóg ten spełnia woda, w której zachowana jest równowaga węglanowo-wapniowa. Do oceny stabilności wody wykorzystujemy wskaźnik intensywności agresywności kwaso-węglowej zwany indeksem (I). Wartość indeksu należy określać zawsze w wodzie oczyszczonej, gdyż są one różne dla wody surowej i po kolejnych procesach jej uzdatniania. Jeśli woda oczyszczona nie jest woda stabilną, to do układu technologicznego należy włączyć dodatkowe procesy zapewniające korektę wartości odczynu twardości węglanowej oraz zawartości jonów wapniowych. Należy zaznaczyć, że szczególnie w nowych sieciach wodociągowych wykonanych z materiału zapewniający niską awaryjność korozyjną. Dochodzi do wytrącania cienkiej warstwy węglanu wapnia zabezpieczającą powierzchnię instalacji. Powłoki takie mogą powstawać w przypadku, gdy przesyłana woda jest w niewielkim stopniu przesycona węglanem wapnia. W przypadku kiedy woda wykazuje tendencje do wytwarzania nadmiernej ilości węglanu wapnia, można taką wodę szczepić kwasem solnym lub rzadziej kwasem siarkowym, co powoduje zmianę twardości węglanowej na niewęglanową , oraz powoduje zmianę pH przesyłanej wody. Ilości stosowanych reagentów muszą zapewnić parametry wody przydatne do wykorzystania. Metodę tę stosujemy najczęściej przy przesyłaniu wody na cele przemysłowe, np. na cele chłodnicze. W innych przypadkach możemy przeciwdziałać nadmiernemu węglanowi wapnia przez zastosowanie odpowiednich związków chemicznych nazywanych inhibitorami. Najczęściej są to inhibitory fosforanowe, które są jednocześnie inhibitorami korozji. Działanie fosforanów jako inhibitorów korozji polega na tym, że wiążą one jony Fe²⁺ do stabilnych rozpuszczalnych w wodzie kompleksów, przez co uniemożliwiają utlenianie się Fe²⁺ do Fe³⁺ i powstawanie wodorotlenku Fe³⁺. Ich działanie antykorozyjne wynika też z tworzenia z tlenkiem Fe³⁺ i innymi związkami katodalnych powłok ochronnych. Powstawanie takich powłok jest największe przy pH=5 i zmniejsza się wraz ze wzrostem pH środowiska wodnego. Jeśli woda charakteryzuje się dużą korozyjnością, wówczas przed dawkowaniem inhibitorów wskazane jest związanie agresywnego CO₂ oraz zwiększenie twardości węglanowej.

Procesy membranowe w uzdatnianiu wody. Procesy membranowe są technikami pozwalającymi na separację zanieczyszczeń na poziomie molekularnym lub jonowym. Procesy te wykorzystywane są najczęściej do odsalania wód, rzadziej do zmiękczania wody oraz usuwania z niej radionuklidów oraz substancji organicznych. procesy membranowe nie wymagają dawkowania chemikaliów oraz nie powodują przekształcenia zanieczyszczeń, przyczynia się do wzrostu zainteresowania tymi metodami w wypadku konieczności usuwania związków refrakcyjnych prekursorów halogenowych zanieczyszczeń organicznych. Głównymi zaletami procesów membranowych są: niskie zapotrzebowanie energii, małe rozmiary urządzeń, duża elastyczność w zakresie wydajności i efektywności instalacji, prosta eksploatacja. Czynnikiem decydującym o uzyskanym stopniu usunięcia zanieczyszczeń jest rodzaj membrany. Membrana jest cienką przegrodą, pozwalającą na selektywny transport masy. Membrany mogą być wytworzone materiałów organicznych lub nieorganicznych, syntetycznych lub naturalnych materiałów. Aby membrany właściwie spełniały swoją rolę, powinny się charakteryzować dużą wydajnością hydrauliczną, dobrymi właściwościami separacyjnymi oraz odpornością na działanie czynników mechanicznych, chemicznych i termicznych. Prawidłowe przygotowanie wody przed procesem membranowym gwarantuje stabilność pracy membrany oraz odpowiednią jej żywotność. W technologii uzdatniania wody i procesach odnowy wody wykorzystuje się zespoły membran zwane modułami.

Odwrócona osmoza (OO) - służy do rozdzielania substancji rozpuszczonych w wodzie o małej masie cząsteczkowej. Podstawa tego procesu jest zjawisko osmozy polegający na transporcie rozpuszczalnika przez warstwę membrany półprzepuszczalnej (przepuszczalnej dla rozpuszczalnika, a nieprzepuszczalną dla substancji rozpuszczonych). Jeżeli membrana oddziela roztwory o różnym ciśnieniu osmotycznym, to następuje osmotyczny przepływ roz-puszczalnika do roztworu o większym stężeniu aż do momentu gdy różnica ciśnień po obu stronach membrany będzie równa ciśnieniu osmotycznemu (które jest charakterystyczne dla danego roztworu). Zwiększenie ciśnienia wewnętrznego powyżej wartości ciśnienia osmotycznego spowoduje wzrost potencjału chemicznego rozpuszczalnika w roztworze i jego przepływ w kierunku przeciwnym do kierunku wytyczonego osmozą (tzn. rozpuszczalnik będzie przepływał przez membranę z roztworu bardziej stężonego do rozcieńczonego). Zjawisko to nazywa się odwrotną osmozą. Do odwróconej osmozy najczęściej stosuje się membrany z poliamidów aromatycznych oraz z octanu celulozy. Membrany te są zdolne do zatrzymywania substancji rozpuszczonej o średnicy mniejszej od 10-10 m . Integralna cześć instalacji odwróconej osmozy stanowią urządzenia do czyszczenia membran.

Nanofiltracja- stosuje się membrany pozwalające na przepływ niektórych jonów,szczególnie jednowartośc np. sodu czy potasu. Ciśnienia stosowane przy nanofiltracji wahają się w granicach od 1 do 3 MPa. Nanofiltrację stosuje się zazwyczaj, gdy naleŜy usunąć z roztworu np.: białka, cukry i inne duŜe cząstki, pozostawiając w filtracie sole. Dotychczas nanofiltracja została z powodzeniem zastosowana na skalę techniczną w procesach uzdatniania wód podziemnych i powierzchniowych, w procesie zmiękczania wód.

Mikrofiltracja określa się proces, w którym cząstki o średnicach 10-50 μm są oddzielane od rozpuszczalnika i małocząsteczkowych składników roztworu. Mechanizm rozdziału oparty jest na mechanizmie sitowym i zachodzi wyłącznie wg średnic cząsteczek. W procesie mikrofiltracji stosuje się na ogół syntetyczne membrany mikroporowate o średnicy porów od 10 μm do 50 μm. Proces ten pozwala na oddzielenie wodnych roztworów cukrów, soli, a takŜe niektórych białek jako filtratu, pozostawiając w koncentracie najdrobniejsze cząstki stałe i koloidy. Siłą napędową procesu jest róŜnica ciśnień wynosząca od 0,01 do 0,1 MPa. Ogólnie przyjmuje się, ze mikrofiltrację stosuje się w przemyśle oraz w laboratorium do usuwania, zatęŜania i oczyszczania cząsteczek (cząstek) o średnicywiększej od 0,1 μm.

Ultrafiltracja (UF) - metodą ta są zatrzymywane substancje niejonowe. Separacja polega na fizycznym odsiewaniu, a sprawność procesu zależy od porowatości membran i wielkości cząstek substancji rozpuszczonej. Metodą tą są separowane cząstki o średnicy 0,0001-0,02 mikrometra lub masie cząsteczkowej od 1000 do 100000. Polisulfon jest jednym z najbardziej odpowiednich polimerów stosowanych do wytwarzania membran ultrafiltracyjnych. O selektywności membran sitowych decydują wielkość i rozkład wielkości porów w warstwie powierzchniowej porów. Podobnie jak w odwróconej osmozie w skład instalacji ultrafiltracji musi wchodzić elementy umożliwiające czyszczenie i przemywanie membran.
Elektrodializa (ED) - siła napędową w tym procesie jest różnica potencjału elektrycznego po obu stronach membrany , przez która transportowane są jony z roztworu o stężeniu mniejszym do roztworu o stężeniu większym. Stosowane membrany są wykonane z żywic kationowymiennych i anionowymiennych. Membrany kationowymienne (naładowane ujemnie) pozwalają na przejście kationów, zaś membrany anionowymienne (naładowane dodatnio) przepuszczają aniony. Membrany takie mogą być otrzymywane z przestrzenie usieciowanych polimerów z wbudowanymi grupami jonowymiennymi zdolnymi na dysocjacji. Optymalna ilość soli usuwanej wynosi 40-60%. Dlatego woda przed procesem uzdatniania za pomocą elektrolizy powinna być pozbawiona mętności i musi być obniżone do minimum stężenie Fe, Al i Mn. Ponieważ membrany jonowymienne są bardzo czułe na utlenianie, dlatego stężenie Cl nie powinno przekraczać w uzdatnianej wodzie 0,1 mg Cl/l. Wada tej metody jest wytracanie się kamienia membranowego na powierzchniach membrany oraz gromadzenie się cząstek koloidalnych o ładunku ujemnym na membranach anionowymiennych, co powoduje zatykanie membrany. Aby temu zapobiec membrany powinny być często płukane, co powoduje podwyższenie kosztów procesów oraz zwiększenie liczby odpadów. Zastosowanie: - do uzdatniania wody na cele pitne (wykorzystywanie wód słonych i niektórych wód gruntowych).

W8

Metody sorpcyjne w uzdatnianiu wody i … wody. Spośród zanieczyszczeń wpływających na właściwości organoleptyczne i fizykochemiczne wody coraz więcej uwagi poświęca się związkom organicznym. Związki te mogą być pochodzenia naturalnego oraz antropogennego, czyli są to związki będące rezultatem działalności człowieka. Do grupy tej zliczamy nie tylko związki stosowane bezpośrednio w środowisku, np. środki ochrony roślin, odpady przemysłowe, takie jak chlorowane fenole, czy polichlorowane bifenole, ale do grupy tej możemy też zaliczyć zanieczyszczenia powstające w samym procesie uzdatniania wody, np. aldehydy czy trichlorometany, będące produktami ubocznymi procesu chlorowania wody. Znaczna część tych związków zaliczana jest do grupy związków o charakterze mutagennym lub kancerogennym, dlatego usunięcie ich z wody na cele pitne jest niezbędne. Wiąże się to z koniecznością doboru odpowiedniej techniki oczyszczania wody i stosowanie tutaj klasycznych procesów uzdatniania wody, takich jak koagulacja, sedymentacja czy filtracja może się okazać niewystarczający. Zastosowanie obok tych klasycznych procesów, procesów sorpcji pozwala na usunięcie z wody rozpuszczonych zanieczyszczeń organicznych, powodujących bardzo często pogorszenie barwy, zapachu uzdatnianej wody. Rodzaje sorpcji:-zatrzymywanie zanieczyszcz w wyniku dziania sil van der walsa ndz sorbentem a sorbatem. -jeżeli zatrzymywanie odbywa się w wyniku wiązania chem mdzy sorbentem a sorbatem mowimy o s.chemicznej (chemisorpcji) -elektrostatyczne przyciąganie przez sorbent zanieczyszczen w postaci jononej określamy s.jonowymienna. Podstawy teoretyczne procesu sorpcji. Najogólniej: pod pojęciem adsorpcji (sorpcji) w odniesieniu do procesu uzdatniania wody rozumie się wiązanie substancji rozpuszczonych na powierzchni ciała stałego. Ciało stałe, które sorbuje substancję, to sorbent, a substancja pochłaniania to sorbat. Zjawiska powierzchniowe mogą być rezultatem oddziaływania sił van der Walsa między sorbentem a sorbatem. Mówimy wtedy o adsorpcji fizycznej. Jeżeli adsorpcja odbywa się w wyniku działania sił wiązań chemicznych pomiędzy sorbentem a sorbatem, to określamy to zjawisko adsorpcją chemiczną (chemisorpcją). Jeżeli mamy elektrostatyczne przyciąganie przez adsorbent substancji rozpuszczonej w postaci jonowej, to proces ten nazywamy adsorpcją jonowymienną. Adsorpcja może być procesem selektywnym, tzn. że jeden ze składników mieszaniny jest adsorbowany lepiej niż inny. Selektywność ta wynika głównie z powinowactwa substancji rozpuszczonej do adsorbentu.

Klasyfikacja i rodzaje sorbentów stosowanych do uzdatniania wody. Do adsorbentów zalicza się ciała porowate o różnym charakterze chemicznym i różnym pochodzeniu. Ponieważ proces adsorpcji przebiega na powierzchni adsorbentu, to najistotniejszą właściwością sorbentu jest wielkość jego powierzchni właściwej, tzn. powierzchni przypadającej na jednostkę masy adsorbentu. Im większa powierzchnia, tym większa pojemność adsorpcyjna. Tym więcej zanieczyszczeń może zaadsorbować adsorbent. Choć twierdzenie to jest prawdziwe w przypadku dużego zakresu powierzchni właściwej, to należy sobie zdawać sprawę z pewnych ograniczeń. Pojęcie powierzchni właściwej związane jest z porowatością adsorbentu. Porowatość adsorbentu charakteryzuje rozmiar por. Może zajść zjawisko: im większa powierzchnia, tym mniejsze pory. Żeby proces adsorpcji mógł zachodzić, cząsteczki adsorbatu muszą dyfuzowac (znikać) do wnętrza porów. Zbyt małe rozmiary por będą utrudniały dyfuzję zanieczyszczeń i tym samym będą uniemożliwiały proces adsorpcji. Dlatego jedną z istotnych informacji ułatwiających ocenę właściwości adsorpcyjnych adsorbentu i uniemożliwiając dokonanie odpowiedniego wyboru adsorbentu, w praktycznym zastosowaniu jest wielkość porów i ich układ w materiale adsorpcyjnym. Pory dzieli się na: 1) makropory, 2) mezopory, 3) mikropory. Makropory to pory o promieniach efektywnych większych od przedziału od 100
200 nm. Powierzchnia właściwa od 0,5
2,0 m²/g. Umożliwiają dyfuzję substancji adsorbowanych do węższych porów. Mezopory to pory przejściowe o promieniach efektywnych od 2
(100
200) nm i powierzchni właściwej od 10
400 m²/g. Mikropory to pory o promieniu efektywnym mniejszym niż 2,0 nm. Ich wymiary są porównywalne z wielkościami adsorbowanych cząsteczek. Klasyfikację adsorbentów można prowadzić również wg struktury elementarnej miejsc adsorpcyjnie aktywnych. Na ich powierzchni może być też podział w stopniach hydrofilowości dla adsorbentów dwuskładnikowych. Jednak na potrzeby uzdatnianej wody najbardziej rozpowszechniony jest podział na sorbenty mineralne i węglowe. Sorbenty mineralne - zaliczamy do nich: żele krzemionkowe, aktywny tlenek glinu, zeolity, tlenki i wodortlenki metalu, występujące w przyrodzie materiały gliniaste. Stosowane są też mieszaniny dwóch lub większej ilości adsorbentów różniących się właściwościami. Żel krzemionkowy - jest to adsorbent odznaczający się dużą wytrzymałością mechaniczną oraz odpornością na wahania temperatur. Jest on adsorbentem chemicznie obojętnym. W technologii uzdatniania wody stosowany jest do usuwania z wody metali. Tlenki lub wodorotlenki metali - spośród tych adsorbentów szczególnie szerokie zastosowanie znalazły tlenki i wodorotlenki glinu oraz Fe³⁺. Stosowane są one do usuwania z wody nadmiernych ilości fluoru oraz niektórych substancji organicznych. Tlenki i wodorotlenki Fe są stosowane do usuwania wybranych związków organicznych. Zeolit - grupa minerałów w postaci uwodnionych glinokrzemianów i krzemianów (Ca i Na). W zależności od stosunku krzemionki do tlenków glinu rozróżnia się różne typy zeolitów. Im większy jest stosunek zeolitu, tym większa jest odporność zeolitu na działanie kwasów. W przypadku uzdatniania wody wykorzystuje się zdolności jonowymienne zeolitów, np. zeolit klinopynolit jest sorbentem stosowanym do usuwania z wody azotu amonowego. Sorbenty węglowe - węgle aktywne produkowane są z najróżniejszych materiałów: torfy, drewno, pestki owocowe, skorupy orzechów, węgla kopalnego (kamiennego). Charakterystycznymi parametrami określającymi zdolność sorpcyjną węgla aktywnego jest powierzchnia właściwa i struktura porów. W procesach uzdatniania wody stosuje się węgle o powierzchni właściwej od 500 do 1500 m²/g. Węgiel aktywny jest podstawowym sorbentem służącym do usuwania z wody takich substancji jak: - pestycydy, - zanieczyszczenia powodujące nieprzyjemny zapach i smak wody, - detergenty, - węglowodory alifatyczne i aromatyczne, - niektóre metale ciężkie, - wirusy. Węgiel aktywny stosuje się do usuwania niskocząsteczkowych związków organicznych, będących produktami ubocznymi ozonowania. W wielu zakładach uzdatniania wody węgiel aktywny stosowany jest też do częściowego odchlorowywania wody. Rozwinęły się też metody wykorzystania złoża węglowego jako złoża biologicznego. Do celu uzdatniania wody, węgiel aktywny może być stosowany w postaci pylistej lub granulowanej. Wyboru typu węgla dokonuje się biorąc pod uwagę następujące czynniki:1) cel, jaki węgiel ma spełniać w procesie uzdatniania wody, 2) możliwości techniczne i ekonomiczne, 3) rodzaj urządzeń wchodzących w skład stacji uzdatniania wody ,4) wydajność instalacji. Węgiel pylisty - generalnie pylisty węgiel aktywny (PWA) stosuje się w celu polepszenia właściwości organoleptycznych uzdatnianej wody, czyli głównie w celu usunięcia związków organicznych odpowiadających za smak i zapach wody, a także przedostają się do wody często w wyniku awarii substancji ropopochodnych. PWA dawkuje się do wody najczęściej w procesie koagulacji, np. do komór szybkiego mieszania. W celu wyznaczenia potrzebnego czasu kontaktu i dawki węgla z uzdatniania wodą prowadzi się testy w skali laboratoryjnej mieszając jeden litr badanej wody z różnymi dawkami węgla, przeciętnie od 20 do 100 mg przy różnych czasach kontaktów: od 10 do 60 min. Na podstawie przeprowadzonych badań ustala się optymalną dawkę i czas kontaktu węgla z uzdatnioną wodą. Przeciętnie stosowany czas 30 min kontaktu jest czasem wystarczającym dla węgla o małej średnicy ziarna. Węgiel granulowany - coraz szersze zastosowanie w procesie uzdatniania wody ma znajdują filtry z granulowanym węglem aktywnym (GWA). Zastosowanie filtrów węglowych pozwala na zabezpieczenie procesów uzdatnianej wody przed nagłymi wahaniami jakościowymi ujmowanej wody. Węgiel granulowany poza właściwościami sorpcyjnymi charakteryzuje się następującymi parametrami fizycznymi: gęstość, zwilżalność, wielkość ziaren, kształt ziaren, odporność na ścieranie, podatność na regenerację. Zastosowanie GWA w stacjach uzdatniania wody jest bardzo zróżnicowane i jest ono uzależnione od parametrów zastosowanego węgla. Zalety:duza skuteczność usuwania zaniecz; możliwość biodegrad; możliwość regeneracji węgla aktywnego. Wady:wysoki koszt węgla aktywnego gran. Węgiel aktywny pylisty WAP gwarantuje odpowieni czas kontaktu wegla z woda, zapewnia wykorzystanie istniejącej instalacji bez konieczności budowania dodatkowych urządzeń. Zalety stosowania WAP:-łatwosc zmany dawki przy wzroście stężenia zanieczyszczeni w uzdatnianej wodzie; szybki proces sorpcji;- wegiel pylisty wprowadzony do wody wspomaga proces sedymentacji. Wady: brak możliwości regeneracji; -niektóre frakcje WAP po wprowadzeniu do wody są trudne do dalszego usuniecia.

Biologiczne aktywowanie węgla. Węgiel (granulowany i pylisty) może być znakomitym podłożem do rozwoju bakterii. Analizy bakteriologiczne wykazały, że w złożach węglowych dochodzi do rozwoju bakterii, które posiadają zdolności usuwania z wody zanieczyszczeń o charakterze toksycznym lub kancerogennym. Na proces oczyszczania wody w aktywnym biologicznie filtrze składają się 2 zjawiska: 1) adsorpcji substancji organicznych, 2) rozkład biologiczny w wyniku działania namnażających się drobnoustrojów. Filtr węglowy ulega aktywacji biologicznej po 2-3 miesięcznym okresie pracowania, czyli w pierwszym okresie dominują procesy 1), natomiast po 2 miesiącach w sprzyjających warunkach tlenowych i temperaturowych rozwija się życie biologiczne i wtedy zaczyna dominować proces biochemicznej mineralizacji substancji organicznych. Znaczna część tych substancji organicznych podatna na rozkład na drodze biologicznej zostaje usunięta z wody. Stopień w jakim dany związek (organiczny) będzie ulegał adsorpcji zależy od jego polarności.

Dekarbonizacja i zmiękczanie chemiczne

Dekarbonizacja jest jedną z chemicznych metod zmiękczania wód naturalnych, polegająca na usuwaniu za pomocą wapna istniejącej twardości wywołanej węglanem wapnia i w niewielkim stopniu węglanem magnezowym. Innymi metodami dekarbonizacji są termiczna i jonitowa, natomiast metodami zmiękczania:termiczna, jonitowa i kombinowana

Nas szybkość procesu dekarbonizacji mają wpływ następujące czynniki:temperatura,twardość wody zmiękczanej,zawartość substancji organicznych,sposób mieszania wody z Ca(OH)₂. Dekarbonizacja przeprowadzana na zimno zachodzi powoli w ciągu 3-6 godzin, a podgrzewania wody do temperatury 60-70 ^oC skraca proces do 10min. Kolejnymi chemicznymi metodami zmiękczania są: wapienno-sodowa, ługowo-sodowa, fosforanowa,Neckar.

3)Demineralizacja i zmiękczanie jonitowe

Deminaralizcja to proces polegający na usuwaniu z wody rozpuszczonych w niej soli. W wyniku tego zdemineralizowana (odsolona) woda posiada skład fizyczno-chemiczny zbliżony do wody destylowanej tj. może zawierać niewielkie ilości związków chemicznych.Demineralizacja całkowita ma zastosowanie przy uzdatnianiu wody przeznaczonej dla celów przemysłowych, natomiast częściowa demineralizacja może być stosowana w technologii uzdatniania wody dla innych celów, zależnie od wymagań odbiorców tej wody.

Metody demineralizacji: wymiana jonowa, termiczna(destylacja lub wymrażanie wody uzdatnionej),elektrochemiczna (w elektrodializatorach)

Zmiękczanie wody polega na częściowym lub prawie całkowitym usunięciu z niej jonów wapnia i magnezu, które przyczyniają się do twardości wody.Zmiękczanie całkowite stosowane jest w technologii uzdatniania wody dla celów przemysłowych,a częściowe gdy wody są bardzo twarde i mają być przeznaczone do konsumpcji, prania itp.

Metody zmiękczania: 1)wymiana jonowa,2)termiczna(podgrzewania do 100^oC),3)chemiczna za pomocą odpowiednich związków chemicznych według których wyróżnia się następujące sposoby: zmiękczanie wapnem (dekarbonizacja), zmiękczanie wapnem i sodą, zmiękczanie ługiem sodowym,4)łączona

Z powyższego wynika, że demineralizacja i zmiękczanie wody można przeprowadzić metoda wymiany jonowej, polegającej na usunięciu niepożądanych jonów oraz wprowadzeniu w ich miejsce jonów sodowych i wodorowych. Proces wymiany odbywa się w wymiennikach jonowych-jonitach.

Jonity mogą być pochodzenia naturalnego, półsyntetycznego i syntetycznego. Wymiana jonów następuje w ilościach równoważnych, co oznacza, że ilość jonów usuwanych jest równoważna ilości jonów wprowadzanych do wymieniacza jonowego.

Demineralizacja wody z użyciem jonitów realizowana jest dwustopniowo, przy czym w I stopniu usuwane są kationy, a w II stopniu aniony-na anionicie. Na I stopniu używa się kationitów o charakterze silnie kwasowym, które regeneruje się kwasem (solnym lub siarkowym) i które mają możliwość sorbowania praktycznie wszystkich kationów z uzdatnianej wody. Na II stopniu używa się anionitów przez które przepuszcza się filtrat przechodzący przez kationity.

Badania laboratoryjne procesu demineralizacji i zmiękczania wody przy pomocy wymiany jonowej dla potrzeb ciepłowniczych i chłodniczych mają na celu ustalenie takiego procesu uzdatniania wody, aby uzyskać wodę, w której koncentracja jonów wapnia i magnezu oraz wolnego dwutlenku węgla nie będzie powodowała odkładania się osadów na ściankach urządzeń zwilżanych wodą, ich korozji oraz obrostów biologicznych.

W9

Zmiękczanie wody, możemy zastosowac 1)metode sodowo ługową jest zalecana dla wód które posiadaja nieznaczna twardosc weglanowa i wysoka twardosc nieweglanowa. Jako reagenty stosujemy weglan sodu i zasade sodowa. w wyniku reakcji dochodzi do wytracenia obojętnego weglanu wapnia i wodorotlenku magnezu dodatkowo w uzdatnionej wodzie pojawiaja się sole sodowe. Zastosowanie tej metody wymaga dokładnej znajomości składu uzdatnianej wody w celu określenia optymalnych dawek reagentow oraz dodatkowo należy pamiętać ze weglan sodu powstaje także w reakcjach ługusodowegi z kwasnymi weglanami wapnia i magnezu. Ponieważ ług sodowy jest drogim odczynnikiem to mozna w jego miejsce zastosowac wapno mowimy wtedy o 2)metodzie wapnosoda. Polega ona na równoczesnym wprowadzeniu do uzdatnianej wody sody czyli weglanu sodu oraz roztworu wapna. Metoda ta laczy w sobie tania dekarbonizacje wapnem i stracanie twardości nieweglanowej soda czyli weglanem sodu. Dodatkowo w uzdatnianej wodzie dochodzi do wiazania dwutlenku wegla i usuwaniu innych form soli wapnia i magnezu 4) metoda zmiękczania fosforanem sodu stosowanie fosforanu pozwala na usuniecie z wody prawie wszystkich twardości powsajace fosforany wapnia i magnezu charakteryzuja się bardzo mala rozpuszczalnością w środowisku wodnym najlepiej jeśli można by zastosowac fosforan (III) sodowy, daje nam najwieksza efektywność reakcji , niestety odczynnik ten jest stosunkowo drogi dlatego bardzo często jest on zastepowany przez kwasne fosforany sodu. Zmiękczanie: może być stosowane przez bezpośrednie dawkowanie fosforanu do uzdatnionej wody ale jest to zalecane jedynie w przypadku wod o niskiej twardości ogolnej Natomiast w przypadku wod o znacznej twardości zalecane jest wstępne zmiękczenie wody metoda sodowoługową a nastepnie przeprowadzeniu korekty metoda fosforanowa 5)Metody stronceniowe: sa to metody których skuteczność uzalezniona jest od doboru odpowiedniej metody do występujących zanieczyszczen występujących w uzdatnianej wodzie od temperatury procesu oraz od czasu reakcji metody te posiadaja jedna wade ze w trakcie procesu strącania w uzdatnianej wodzie powstaje osad który trzeba usunąć odbywa się to najczęściej na drodze sedymentacji i kolejnym problemem jest to ze ten osad musimy zagospodarowac dlatego obecnie odchodzi się od metody strącenia na rzecz metod bezodpadowych 6)Zmiękczanie i demineralizacja wody za pomoca wymieniaczy jonowych (jonitow)

Wymieniaczami jonowymi sa substancje pochodzenia naturalnego lub sztucznego nierozpuszczalne w wodzie posiadające zdolność wymiany jonu z roztworu na jon związany z masa wymieniacza substancje takie mogą posiadac cechy kwasow lub soli kwasowych i posiadaja zdolność wymiany kationow, nazywamy je kationitami substancje o charakterze zasadowym lub ich soli posiadające zdolność wymiany anionow nazywamy anionitami. Anionity obojętne: które w zależności od pH środowiska w którym pracuja mogą wymieniackationy albo aniony. Jonity posiadaja strukture porowata o silnie rozbudzonej powierzchni wewnętrznej i duza ilościa kanalikow struktura ta jest hydrofobowa dlatego charakteryzuje się duza elastycznością i rozciągliwością. Ziarna jonitu zanurzone w wodzie ulegaja procesowi pęcznienia w wyniku czego powiekszaja sie rozmiary kanalikow

Budowa chemiczna jonitu w każdym jonicie rozróżniamy szkielet na którym umieszczone sa jony mobilny czyli sa to jony które mogą odrywac się od szkieletu i przechodzic do roztworu dodatkowo jonit posiada następujące cechy:

Fizyczne: barwa kształt ziarna wielkość ziarna, gęstość nasycona odporność na dzialanie czynnikow mechanicznych lub termicznych stopien pęcznienia

Chemiczne: decyduja o nich rodzaj i ilość grup funkcyjnych osadzonych na szkielecie, nadaja zdolność jonowo wymienna oraz selektywność usuwania zanieczyszczen

Istota wymiany jonowej: w trakcie wymiany jonowej obecne w wodzie jony posiadaja określony ładunek sa one przyciągane przez jonit a równocześnie do roztworu z jonitu uwalniany jest jon nieszkodliwy np. jony wodoru sodu, chlorkowe, grupy OH-. Jony które sa przyciągane z wody do szkieletu jonitu najpierw osiadaja na powierzchni jonitu a nastepnie sa transportowane w glab kanalikow ten transport jest najwolniejszym procesem calej wymiany jonowej i on wyznacza prędkość wymiany jonowej dla poszczególnych jonitow dodatkowo oprocz typowej wymiany jonowej zanieczyszczenia mogą być zatrzymywane na jonicie ma drodze sorpcji zanieczyszczen na powierzchni jonitowej. Zdolność wymienna jonitu zmniejsza się wraz z ilością zatrzymywanych jonow na szkielecie jonitu dlatego po pewnym okresie pracy jonit poddawany jest procesowi regeneracji regeneracja polega na dzialaniu na jonit roztworem związku chemicznego zalecanego przez producenta który powoduje zastapienie jonow zatrzymanych z uzdatnionej wody jonami charakterystycznymi dla jonitu. W przypadku uzdatniania wody wykorzystujemy następujące typy jonitow . wykorzystujemy obojętne lub slabo kwasne kationity które posiadaja zdolność wymiany kationow z soli slabych kwasow i pracuja w środowisku obojętnym albo slabo alkaicznym. Kationity silnie kwasne które posiadaja zdolność wymiany wszystkich kationitow a ich zakres sprawności dotyczy całego pH (1-14) dodatkowo możemy stosowac także anionity np. slabozasadowe które posiadaja zdolność do reagowania z solami obojętnymi. Anionity silnie zasadowe które posiadaja zdolności wymiany w większości anionow nawet anionow slabych kwasow. Jeżeli uzdatniamy wode to możemy korzystac z następujących układów ap na kationicie slabym pracującym w cyklu wodorowym możemy usunąć z wody twardosc weglanowa na kationicie silnie kwasnym pracującym w cyklu sodowym lub wodorowym możemy usunąć twardosc weglanowa i nieweglanowa. Jeżeli zastosujemy po sobie kationit slabo kwasny i kationit silnie kwasny pracujący w cyklu wodorowym to możemy uzyskac usuniecie z wody twardości weglanowej jak i nieweglanowej

Demineralizacja wody tonalezy zastosowac kationit silnie kwasny pracujący w systemie sodowym oraz anionit silnie zasadowy pracujące w cyklu chlorkowym

W przypadku wód kotłowych rozróżniamy:

- wodę surowa pochodząca albo z ujęcia naturalnego lub z sieci wodociągowej która po dalszym uzdatnieniu wprowadzona jest do kotłów

- woda kotłowa jest to woda znajdujaca się w kotle i poddana jest procesowi odparowywania w trakcie tego procesu woda kotłowa ulega zageszczeniu co może prowadzić do wytrącania się osadów.

- woda zasilająca jest to woda która uzupełniamy braki wody kotłowej i może być iba mieszanina kondensatu i wody dodatkowej( woda dodatkowa jest to uzdatniona woda surowa służąca do pokrycia strat w obiegu wodno parowym, natomiast kondensat - są to skropliny pary wodnej wyprodukowanej wcześniej w kotle).

Wymóg jakości wód przeznaczonych na cele kotłowe to zarówno wody kotłowe jak i dodatkowe powinny posiadać skład określający przez producenta kotłów czyli wody doprowadzone do kotła powinny być tak uzdatnione aby nie powodowały wytrącania się kamienia kotłowego, korozji urządzeń oraz nie powinny się pienić. Wytrącanie się kamienia kotłowego zmniejsza przewodnictwo ciepła czyli obniża tego sprawność a w przypadku odrywania się dużych powierzchni kamienia może spowodować jego uszkodzenie. Powodem powstawanie kamienia, jest obecność w wodzie weglanów i siarczanów oraz krzemianów.

Korozyjność - korozyjność wody odpowiada w niej CO2, tlenu rozpuszczonego oraz nadmiernych ilości chlorków, azotanów, siarczanów.

Pienienie jest wywoływane obecnością w wodzie związków organicznych , dużym zasoleniem i nadmierną alkalicznością. Pienienie wody niesie za sobą niebezpieczeństwo zanieczyszczeniem pary wodnej. Co prowadzi do zmniejszenia wydajności kotła, może powodować do odkładania osadów na łopatkach turbin lub może utrudniać eksploatacje pary w obiegu,

Uzdatnianie wody na cele kotłowe;

- niezależnie czy wykorzystujesz wody naturalne, czy wody wodociągowe wstępuje uzdatnione musimy odpowiednio doczyścić wodę przed wprowadzeniem jej do kotła, czyli musimy z tej wody usunąć wszystkie czynniki korodujące.

Wykorzystujemy to dobierając procesy uzdatniające w zależności od występowania znieszyszczeń CO2- możemy usunąć fizycznie przez odpędzanie albo chemicznie w wyniku reakcji wiązań.

Zanieczyszczenie powodujące występowanie kamienia - usuwamy na drodze chemicznej albo w reakcjach strąceniowych albo w procesach jonitujących lub membranowych natomiast usuwanie zanieczyszczeń organicznych powodujących pienienie wody może się odbywać albo na drodze sorbcji na weglu aktywnym granulowanym albo metoda koagulacji z wykorzystywaniem soli glinu lub żelaza.

Usuwanie czynników powodujących wytrącanie kamienia :

- zmiękczanie wody na drodze termicznej lub chemicznej

Zmiękczanie zarówno na drodze termicznej jak i chemicznej (strąceniowej) polega na usuwaniu z wody jonów wapnia i magnezu w wyniku wytrącania ich w postaci nierozpuszczalnych osadów odbywa się to w wodzie przed wpłynięciem jej do kotła.

W zależności od stopnia uzdatnienia wody jaki chcemy osiągnąć dobieramy odpowiednie procesy:

Jeżeli chcemy wodę zmiękczyć całkowicie (zdemineralizować) to stosujemy metody które powodują usunięcie z wody prawie wszystkich zanieczyszczeń, ale woda zdemineralizowana swoim składem przypomina wodę destylowana.

Jeżeli chcemy usunąć z wody tylko twardość weglanową to stosujemy proces dekarbonizacji.

Skuteczność zmiękczania wody zależy od:1.ilości i rodzaju zanieczyszczeń 2.od zastosowania chemicznego 3.od fizycznych warunków przeprowadzania procesu.

Termiczne i chemiczne na drodze strąceniowej:

1. Proces dekarbonizacji termicznej. Proces ten polega na rozpadzie, rozpuszczaniu w wodzie kwaśnych węglanów wapnia i magnezu pod wpływem działania podwyższonych temperatur o ile kwaśny weglan wapnia bardzo szybko przechodzi w formę obojętnego węglanu wapnia nie rozpuszczalnych w wodzie i wytrąca nam się w postaci osadu to kwaśny węglan magnezu który pozostaje nadal w jeszcze dosc dobrze rozpuszczalnych w wodzie. Dopiero jego dalsza hydroliza do wodorotlenku magnezu czyni go nierozpuszczalnym w wodzie czyli wytrącanym w postaci osadu. Niestety to wytrącanie zachodzi dopiero przy podwyższonym pH.

Proces dekarbonizacji termicznej uzależniony jest od zastosowanych temperatur.

2. Metoda dekarbonizacji wapnem.

Jest to jedna z najskuteczniejszych metod usuwania twardości węglanowej polega na wprowadzeniu do uzdatnianej wody wapna które reaguje z kwaśnymi węglanami wapnia i magnezu . W wyniku reakcji dochodzi do wytrącania z wody obojętnego węglanu wapnia i wodorotlenku magnezu.

Ponadto jeżeli w uzdatnionej wodzie występują inne sole wapnia i magnezu takie jak chlorki czy siarczany to w reakcji z wapnem sa one także wytrącane w postaci węglanu wapnia i wodorotlenku magnezu.

Dodatkowo wapno wiąże nam CO2 zawarty w uzdatnianej wodzie. W procesie dekarbonizacji wapnem dochodzi do usuwania części czynników kamieniotwórczych dochodzi do usunięcia z wody węglanu wapnia jednoczęściowego w uzdatnionej wodzie , obserwujemy wzrost twardości wapniowej przy nieznacznym spadku wartości magnezowej.

3. Dekarbonizacja wody kwasem( szczepienie wody kwasem)

Metoda ta polega na usuwaniu z wody kwaśnych węglanów wapnia i magnezu przez dodawanie do wody kwasu solnego lub siarkowego. W wyniku reakcji w uzdatnianej wodzie wytrącają się chlorki lub siarczany wapnia i magnezu które charakteryzują się większą rozpuszczalnościa w wodzie niż węglany wapnia i magnezu. Powstaje mniejsza zagrożenie wytrącania kamienia kotłowego. Zastosowanie metodą nie powoduje zmniejszenia twardości ogólnej uzdatnionej wody, powoduje natomiast zmniejszenie twardości niewęglanowej. Proces musi być prowadzony pod ciągłym nadzorem i jest on zalecany do uzdatniania wody do obiegów zamkniętych.

W10

Zanieczyszczenia biologiczne wody powodują bakterie wirusy i pierwotniaki (tj.niepożądane mikroorganizmy i ich toksyczne wydzieliny). Dostają się do wody z wydalinami i ściekami przemysłowymi. Ich liczba zależ od charakteru ścieków, zawartości subst org., temp i pH. WskaĽnikiem biologicznego skażenia wody jest wykrycie pałeczki okrężnicy Escherichia coli, jest to tak zwany wskaĽnik coli, czyli liczba bakterii E. coli w 100 cm3 wody

Ściekami przyjęto nazywać wszystkie rodzaje wód zużytych i wody opadowe, odprowadzone za pomocą kanalizacji z poszczególnych budynków, osiedli, miast, a także zakładów przemysłowych.. W porównaniu z wodami naturalnymi, ścieki wykazują znacznie większe zawartości związków organicznych, mineralnych. Niekiedy zawierają wolne kwasy, zasady i związki trujące, a zanieczyszczeniem dominującym są bakterie. W zależności od pochodzenia rozróżniamy ścieki bytowo-gospodarcze, miejskie, przemysłowe, opadowe oraz infiltracyjne.

Oczyszczalnie I⁰. mogą one jedynie przygotowywać ścieki do dalszych procesów technologicznych. technologicznych ramach pierwszego oczyszczania stosuje się proste operacje mechaniczne i procesy fizyczne takie jak: cedzenie, sedymentację, flotację, przez które zmierza się do wydzielenia z oczyszczalni ścieków: większych ciał stałych, pływających i wleczonych, tzw. skratki, cząstki ziarniste pochodzenia organicznego i mineralnego (wielkość uziarnienia do 0,1 mm) - dominująca grupa zanieczyszczeń to piaski, zawiesiny łatwoopadające zwane osadami wstępnymi, oleje i tłuszcze podatne na wydzielenie w procesie flotacji. Usuwanie innych frakcji zanieczyszczeń traktuje się na tym etapie jako efekt drugorzędny. W najczęściej stosowanych rozwiązaniach oprócz wydzielenia skratek, piasku oraz zawiesin łatwopalnych, uzyskuje się także usunięte: BZT₅ od 25-40%, ChZT od 20-40%, azot ogólny od 10-20%, oddzielenie fosforu ogólnego od 5-15%, następną grupę zanieczyszczeń stanowią jaja robaków 70-85%, bakterie 25-75%. Skratki oddziela się cedząc ścieki przez kraty dostosowane prześwitami do wymagań technologicznych dalszych obiektów i urządzeń. Do wydzielania piasków stosujemy piaskowniki. Urządzeń tych jednak nie stosujemy w oczyszczalniach małych i przydomowych. Do wydzielania tłuszczów stosujemy w większości oczyszczalni piaskowniki przedmuchiwane sprężonym powietrzem. W przypadku oczyszczalni, gdzie zanieczyszczenia te występują w stężeniu ponad 50 g/m³ stosujemy za piaskownikiem odrębne urządzenie zwane odtłuszczaczem. Większa część zanieczyszczeń oleistych zatrzymywana jest w procesie flotacji, zaś niewielka ilość może przejść do osadnika wstępnego i może flotować w nich podczas sedymentacji zawiesiny łatwopalnej. Oczyszczalnie II⁰ (biologiczne lub równorzędne z chemicznymi). Większość siekowmbytowogosp zawiera zanieczyszcz org rozkładane na drodze organicznej. Zanieczyszczenia służą mikroorganizmom jako pokarm i jako składnik budulcowy na nowych komórek. Dzięki ich procesom życiowych następuje rozkład i ubytek zawartych w ściekach zanieczyszczeń organicznych, organicznych tym szczególnie zanieczyszczeń węglowych. Ścieki oczyszczone biologicznie są znacznie miej podatne na proces zagnilniania i tym samym w mniejszym stopniu naruszają równowagę tlenową wód odbiornika, do których musiałyby być odprowadzane. Podstawową miarą efektywności i pracy oczyszczalni II⁰ jest zdolność obniżania ładunków zanieczyszczeń wyrażonych umownie wartością BZT₅ (związek pięciodniowego biologicznego zapotrzebowania na tlen). W przypadku niepełnego biologicznego oczyszczania ścieków uzyskujemy oczyszczenie ścieków BZT₅ poniżej 85%. W przypadku pełnego biologicznego oczyszczenia uzyskujemy usunięcie parametrów BZT₅ w granicach 90-95%. Dodatkowym miernikiem efektywności pracy oczyszczalni II⁰ jest ubytek wartości ChZT i OWO (ogólny węgiel organiczny). Dodatkowym wskaźnikiem jest też usuwanie bakterii oraz usuwanie związków biogennych. Skuteczność usuwania podanych parametrów uzależniona jest w dużej mierze od składów ścieków poddawanych procesowi oczyszczania. Drugim czynnikiem limitującym efektywność procesu jest typ zastosowanej technologii. W przypadku gdy ścieki zawierają składniki czy zanieczyszczenia nie podatne na rozkład mikrobiologiczny, wówczas jako rozwiązanie zamienne stosowane są oczyszczalnie chemiczne. Taki sposób oczyszczania może być dla nas jednak mniej korzystny od klasycznego oczyszczania biologicznego z uwagi na dodatkowe wprowadzenie reagentów obciążających bilans osadowy oczyszczalni. Dodatkowo wprowadzane reagenty mogą powodować zasolenie ścieków oczyszczonych. Jeśli chodzi o stosowane procesy biologiczne to najbardziej rozpowszechniły się 2 grupy procesów: w 1) występuje biocenoza osiadła i są to różnego rodzaju złoża biologiczne, w 2) stosujemy biocenozę wolnopływającą i są to różnego rodzaju modyfikacje osadu czynnego. Wysoką sprawność układu uzyskujemy w utrzymywaniu w układzie odpowiedniej ilości masy aktywnej składającej się z mikroorganizmów. W przypadku złóż biologicznych musi to zapewnić jak największe powierzchnie błony biologicznej, dlatego ciągle dąży się do modyfikacji materiału, na którym się ona rozwija. Natomiast w komorach osadu czynnego dążymy do utrzymania znacznej gęstości masy biologicznej przez odpowiedni sposób jej mieszania, jak i recyrkulacji osadu. Oczyszczalnie III⁰ ( oczyszczalnie ścieków obejmujące usuwanie resztek zanieczyszczeń organiczno węglowych oraz substancji biogennych). Zaostrzenie wymogów jakości ścieków oczyszczonych odprowadzonych do odbiornika dotyczy już nie tylko usuwania zanieczyszczeń organicznych węglowych, ale także związków biogennych, zmuszają do wprowadzenia na większości oczyszczalni III⁰ oczyszczania, który musi zapewnić oczyszczenie ścieków ze związków biogennych pozostających w ściekach oczyszczony odpływających z reaktorów biologicznych. Jako główne 2 biogeny oczyszczalni ścieków uznaje się: związki fosforu i azotu. Jako podstawowy wskaźnik dla kontroli zagrożenia odbiornika procesem eutrofizacji przyjmuje się fosfor uznając, że jest on czynnikiem limitującym ten proces. Obecnie na oczyszczalniach miejskich najbardziej opanowane są metody usuwania fosforu przez zastosowanie procesów chemicznych. Prowadzone są też próby usuwania fosforu na drodze biologicznej przez zastosowanie reagentów chemicznych. Azot (drugi biogen) usuwa się ze ścieków częściowo oczyszczonych biorąc pod uwagę nie tylko zagrożenie eutrofizacja lecz także względy zdrowotne (przedostawanie się N₂ do wód odbiornika może prowadzić do tworzenia się związków szkodliwych dla form ożywionych). Trzeci warunek względy ekonomiczne, gdyż pobieranie wody z odbiornika zanieczyszczonego związkami azotu, np. na cele przemysłowe, może prowadzić do uszkodzenia instalacji. W przypadku odpływu ścieków z oczyszczalni biologicznej prawie połowa N₂ występuje w postaci N₂ anomowego, natomiast pozostała część w postaci N₂ organicznego. Głównymi procesami stosowanymi do stosowania N₂ są nadal procesy biologiczne, w których wykorzystujemy odpowiednie szczepy bakterii odpowiedzialne za przemianę poszczególnych form zanieczyszczeń azotowych. Możemy także prowadzić usuwanie związków azotowych na drodze chemicznej, np. koagulacji z wykorzystaniem Ca, w wyniku której uzyskamy jeszcze efekt dodatkowy polegający na równoczesnym usunięciu związków fosforu i niektórych metali ciężkich. ciężkich wyniku przeprowadzenia 3 etapu oczyszczania możemy uzyskać jeszcze dalsze usunięcie zanieczyszczeń charakteryzowanych parametrami BZT_5, ChZT i OWO. Oczyszczalnie IV⁰ (tzw. odnowa wody). Wykorzystując ponownie nawet bardzo dokładnie oczyszczone ścieki należy liczyć się z występowaniem w ściekach oczyszczonych śladowych ilości zanieczyszczeń refrakcyjnych refrakcyjnych ze wzrostem zasolenia odzyskanych wód. Zarówno resztkowe zanieczyszczenia refrakcyjne, jak i zasolenie ścieków oczyszczonych pozostają, np. po oczyszczeniu chemicznym usuwamy na drodze adsorpcji na węglu aktywnym. Następnie możemy tu też wykorzystać metody wymiany jonitowej oraz możemy stosować (drogie) metody membranowe. Tańszymi metodami, które są stosowane polegają w przypadku zasolenia na dekarbonizacji ścieków wapnem, ale trzeba pamiętać o groźbie powstania osadów, które też stanowią osad, który w świetle obowiązujących przepisów jesteśmy zobowiązani zneutralizować lub całkowicie unieszkodliwić, a niejednokrotnie jest to trudniejsze od samego procesu oczyszczania ścieków.

Biologiczne oczyszczanie ścieków: Procesy biologiczne Stosowane w oczyszczalniach ścieków procesy biologiczne odgrywają na dzień dzisiejszy najważniejszą rolę przy oczyszczaniu ścieków zawierających łatwo rozkładające się substancje organiczne. Oczyszczanie biologiczne ścieków przebiega w sposób jednakowy zarówno w warunkach naturalnych, jak i w sztucznych. Proces biologicznego oczyszczania ścieków tak naprawdę sprowadza się do ustalenia najkorzystniejszych parametrów jego przebiegu. Proces oczyszczania w warunkach tlenowych polega na zatrzymywaniu przez powierzchnię mikroorganizmów zanieczyszczeń organicznych rozpuszczonych lub koloidalnych zawartych w ściekach. Organizmy te mogą występować w ściekach jako skupiska w postaci błony biologicznej lub w postaci osadu czynnego. Część zanieczyszczeń organicznych utleniana jest przez mikroorganizmy do wody i CO₂. Pozostała zaś część jest asymilowana przez mikroorganizmy i wykorzystywana do przyrostu żywej masy mikroorganizmów. Proces biologicznego oczyszczania ścieków przebiega z wykorzystaniem enzymów wydzielonych przez mikroorganizmy. Dlatego przyrost i prawidłowy rozwój tych mikroorganizmów wywiera wyraźny wpływ na szybkość przebiegu reakcji rozkładu zanieczyszczeń. Rozwój tych mikroorganizmów uzależniony jest od następujących czynników: ilości substancji pożywkowych, temperatury procesu, odczynu procesu, nieobecności w środowisku rozwoju mikroorganizmów substancji toksycznych. Jeżeli parametry te nie będą spełnione to proces rozmnażania mikroorganizmów może ulec zmianie i może dojść do zaburzenia równowagi powstawania i obumierania mikroorganizmów. Jeżeli mamy do czynienia z procesem zachodzącym w warunkach naturalnych np. filtrach gruntowych dochodzi wtedy do całkowitego rozkładu substancji organicznej w ściekach. Natomiast, jeżeli w warunkach sztucznych to rozkład ten jest niepełny i np. w złożach zraszanych niskoobciążonych może on wynosić 80%, ale w przypadku osadu czynnego 45% efektu usunięcia zanieczyszczeń organicznych. Pozostała ilość zanieczyszczeń organicznych wraz z obumarłą błoną biologiczna i nadmiernym osadem czynnym przedostaje się do osadników wtórnych skąd przekazywane są po oddzieleniu od ścieków do wydzielonych komór fermentacji gdzie poddawane będą dalszemu procesowi przemian biologicznych, już w warunkach beztlenowych. Biochemiczny rozkład substancji organicznych zależy od: katalicznego działania enzymów, od temperatury, od obecności aktywatorów lub inhibitorów procesu, od rodzaju produktów rozkładu, od denaturyzacji organizmów. Biologiczny rozkład ścieków może być utrudniony lub zahamowany przez obecność w ściekach substancji organicznych o charakterze toksycznym zalicza się tu : fenole, detergenty, formalinę, pestycydy. Warunkiem niezbędnym przebiegu procesu biologicznego oczyszczania ścieków jest obecność w ściekach oczyszczanych nie tylko związków organicznych węglowych, ale także jest konieczność obecności związków fosforu, azotu, które są pobierane przez organizmy, i jest ona im niezbędna do dalszego rozwoju. Jeżeli chodzi o ścieki przemysłowe to bardzo często występuje deficyt związków fosforu i azotu i dlatego bardzo często przeprowadza się oczyszczanie ścieków przemysłowych w procesach biologicznych po uprzednim wymieszaniu ze ściekami bytowo- gospodarczymi. Klasyfikacja procesów biologicznych: Rozkład substancji organicznych zachodzących pod wpływem drobnoustrojów, może zachodzić w warunkach beztlenowych i tlenowych. Procesom przebiegającym w warunkach tlenowych towarzyszy wydzielanie ciepła w przypadku procesów beztlenowych wydzielanie ciepła jest znacznie mniejsze, dlatego procesy tlenowe charakteryzują się szybszym przebiegiem niż procesy beztlenowe. Metody biologiczne oczyszczania ścieków dzielimy w zależności od warunków jakich przebiegają są naturalne i sztuczne. Warunki naturalne: wytworzone przez samą przyrodę lub częściowo poprawione przez człowieka (filtry gruntowe, poletka filtracyjne, oczyszczalnie naturalne, tereny porośnięte roślinnością bagienną) Warunki sztuczne: przebiegają w urządzeniach specjalnie wybudowanych w tym celu ( w warunkach tlenowych: złoża biologiczne, osad czynny, warunki sztuczne i beztlenowe: komory fermentacji zamknięte) Ścieki miejskie oczyszczane są metodami tlenowymi, sztucznymi (osad czynny) Ścieki przemysłowe oczyszczane w warunkach sztucznych beztlenowych (proces fermentacji), w warunkach naturalnych (niewielki ilości ścieków mogą być stosowane w małych przydomowych oczyszczalniach ścieków).

W11

Oczyszczanie biologiczne ścieków w warunkach tlenowych Procesy biologiczne zachodzą w stawach biologicznych. Są to metody naturalne lub półnaturalne. Stawy biologiczne stosowane są do oczyszczania ścieków miejskich pochodzących z małych miejscowości, których zaludnienie nie przekracza 20 tys. Osób. Ogólnie można powiedzieć, że są to stosunkowo płytkie zbiorniki ziemne, w których następuje w sposób naturalny oczyszczanie biologiczne. Rozróżniamy następujące rodzaje stawów: a) tlenowe naturalne b) tlenowe napowietrzane c) fakultatywne d) beztlenowe. Stawy tlenowe są zbiornikami, w których zachodzi oczyszczanie ścieków przy udziale bakterii i glonów. W stawach tych panują warunki tlenowe na całej głębokości. Bakterie i glony występują w formie zawieszonej. W śród stawów tych wyróżniamy 3 typy: 1)stawy, których głównym zadaniem jest max rozwój glonów (max głębokość 0,45m), 2)stawy, w których ma być wytworzona max ilość tlenu i ich głębokość nie może być mniejsza niż 1,5m . W obu odmianach tych stawów tlen produkowany jest przez glony oraz dostaje się do wody z atmosfery. Ilość przedostającego się tlenu zależy od stopnia turbulencji zwierciadła stawu wytworzonej przez wiatr oraz od rozpuszczalności tlenu w wodzie, co jest uzależnione od temp. wody. Jeśli chodzi o organizmy, które odpowiadają za oczyszczanie ścieków w stawach to jeżeli przeprowadzi się analizę biocenozy to okaże się że są to te same organizmy jakie zasiedlają reaktory z osadem czynnym. Istnieje tutaj duża zależność pomiędzy glonami a bakteriami, ponieważ tlen wytwarzany przez glony w procesie fotosyntezy zużywany jest przez bakterie. Składniki pokarmowe będące produktami rozkładu zanieczyszczeń organicznych przez bakterie oraz uwalniany CO₂ wykorzystywane są przez glony. Dodatkowo w wodach stawu występują pierwotniaki, których zadaniem jest oczyszczanie odpływu ze stawu. Gatunki glonów i bakterii występujące w stawach zmieniają się w zależności od następujących czynników:- stopnia wymieszania ścieków z wodami - pH ścieków wprowadzonych - ilości światła - temp. Stawy mogą pracować równolegle lub w seriach. Najkorzystniejsze efekty uzyskuje się gdy stawy mogą pracować w układzie szeregowym. Wtedy uzyskuje się najlepszy stopień oczyszczania ścieków. Aby stawy mogły funkcjonować muszą być wyposażone w następujące elementy: - musi istnieć regulacja napełnienia, - musi istnieć możliwość wyłączenia stawu, - musi istnieć możliwość całkowitego odwodnienia stawu, - możliwość zmiany kierunku przepływu ścieków. Stawy napowietrzne w przeciwieństwie do płytkich stawów tlenowych nie są uzależnione od procesu fotosyntezy glonów, przez co mogą być zbiornikami głębszymi. Tlen dla bakterii jest wprowadzany do stawu za pomocą urządzeń mechanicznych lub za pomocą wgłębnej dyfuzji. Typowa głębokość 2,5-4,5m. Tlen wprowadzany do stawu jest parametrem decydującym o poprawności działania stawu stężenie O₂ 1-2 mg/l. Stawy napowietrzane są stawami o pełnym lub niepełnym wymieszaniu ścieków. W stawach tych nie zachodzi sedymentacja zanieczyszczeń. W porównaniu ze stawami wcześniej omawianymi procesy zachodzą w sposób intensywniejszy. Jest tylko jeden warunek, konieczny jest w układzie takich stawów jeden dodatkowy staw gdzie może przebiegać proces sedymentacji. Stawy fakultatywne są zbiornikami, w których oczyszczanie ścieków przeprowadzane jest przez bakterie tlenowe, beztlenowe i fakultatywne. W stawach tych wyróżniamy 3 strefy: powierzchniową tlenową, fakultatywną i beztlenową. W strefie beztlenowych dochodzi do beztlenowego rozkładu substancji organicznej. W strefie tlenowej następuje rozkład produktów beztlenowego oczyszczania ścieków. Organizmy w części tlenowej żyją w symbiozie z bakteriami i glonami, w części beztlenowej w osadach dennych występują bakterie beztlenowe, a w części fakultatywnej występują bakterie, które tolerują warunki tlenowe jak i beztlenowe. Stawy fakultatywne - zbiornik ziemny o głębokości max 1,8m . zasilany jest ściekami pozbawionymi zanieczyszczeń mechanicznych ale posiadające zawiesiny. Zawiesiny te sedymentują na dnie stawu tworzące strefę beztlenową. Dodatkowo oprócz przemian zachodzących w normalnych stawach tlenowych produkowane są w strefie beztlenowej gazy takie jak siarkowodór i metan, które dalej utleniane są przez bakterie tlenowe lub wydzielane do atmosfery. Stawy beztlenowe stosowane są do oczyszczania ścieków bardziej stężonych o dużej zawartości zawiesiny lub do podczyszczania ścieków przed wprowadzeniem ich do stawów tlenowych lub fakultatywnych. są to głębokie zbiorniki ziemne wyposażone w systemy doprowadzania i odprowadzania ścieków i głębokości nawet do 9m. W stawach takich zachodzą przemiany beztlenowe, w których związki organiczne rozkładane są do CO₂ i metanu. Dodatkowo może dojść do wydzielenia innych produktów gazowych i kwasów organicznych. Jeśli stawy beztlenowe pracują prawidłowo to na ich powierzchni tworzy się gęsty kożuch, który zapewnia warunki beztlenowe w stawie a z drugiej strony ogranicza emisje nieprzyjemnych zapachów do środowiska. Za oczyszczanie ścieków odpowiedzialne są bakterie metanowe. Są bardzo wrażliwe na zmiany następujących parametrów ścieków: - pH, - występowanie metali ciężkich, - występowanie detergentów, - występowanie amoniaku Oczyszczalnie hydrobotaniczne są zwane inaczej korzeniowymi lub roślinnymi. Są to urządzenia techniczne, które wykorzystują rośliny bagienne i wolno pływające do oczyszczania ścieków. Służą do oczyszczania niewielkiej ilości ścieków. Są preferowane jako oczyszczalnie przydomowe i często mile widziane przez użytkowników z względu na swój specyficzny wygląd. Z efektywnością tego rodzaju oczyszczalni bywa różnie i jest to uzależnione od pory roku. Pod względem budowy możemy wyróżnić 3 rodzaje: -filtry gruntowo roślinne, - płytkie zbiorniki z roślinnością zakorzenioną,- płytkie zbiorniki z roślinnością pływającą. Filtry gruntowo roślinne są to złoża najczęściej piaskowo żwirowe o zakorzenionej roślinności bagiennej. W zależności od przepływu ścieków przez te złoża możemy mieć do czynienia ze złożami o przepływie poziomym (najczęściej stosowane) o przepływie pionowym lub mieszanym. Najczęściej stosowaną roślinnością jest trzcina pospolita, pałka wodna, wierzba krzewiasta. Oprócz roślin w oczyszczaniu biorą również udział mikroorganizmy, które rozwijają się w filtrze piaskowo żwirowym. Płytkie zbiorniki z roślinnością zakorzenioną są to zbiorniki wodne lub kanały o niewielkich głębokościach rzędu 10-50cm, które zasiedla się roślinnością bagienną (pałka wodna, trzcina pospolita, turzyca). Płytkie zbiorniki z roślinnością pływającą (rzęsa wodna, rośliny wodne tworzące wyspę). Elementem oczyszczania ścieków są roślinny pływające oraz mikroorganizmy pływające pod powierzchnią wody. Funkcjonowanie tych systemów uzależnione jest od: - temp. otoczenia - składu ścieków - ładunku zanieczyszczeń. Sztuczne systemy oczyszczania ścieków Złoża biologiczne (reaktory z błoną biologiczną). Różnorodność złóż jest duża. Biomasa biorąca udział w rozkładzie związków organicznych znajdujących się w ściekach jest biomasą osiadłą na materiale podtrzymującym. Bez względy na zastosowany typ złoża mechanizm oczyszczania zanieczyszczeń jest taki sam. Na powierzchni wypełnienia złoża ( np. kamieniach, koksie, kształtkach z tworzyw sztucznych) rozwija się błona biologiczna złożona z różnych mikroorganizmów. Ścieki o ustalonym i kontrolowanym przepływie doprowadzane są do złoża i natychmiast następuje kontakt między związkami organicznymi a mikroorganizmami. Organizmy żywe absorbują zanieczyszczenia na swojej powierzchni a następnie zużywają do swoich procesów życiowych, w wyniku czego następuje przyrost biomasy. W układach tych dominują bakterie tlenowe, które stanowią podstawę błony biologicznej. Na bazie rozwijają się pierwotniaki osiadłe i wolnopływające. Dodatkowo w błonie mogą występować grzyby oraz organizmy wyższe pasożytujące na błonie. W pierwszej kolejności stwierdzono w błonie organizmy heterotroficzne odpowiedzialne za rozkład zanieczyszczeń organicznych węglowych. Natomiast w późniejszym okresie wypracowania złoża stwierdzamy organizmy autotroficzne odpowiedzialne za usuwanie związków biogennych. Pomiędzy tymi dwiema grupami organizmów istnieje ciągła rywalizacja w trakcie pracy złóż biologicznych.

Cykl pracy złoża: 1.faza wpracowania- na puste złoże wprowadza się ścieki, w wyniku ich przepływu przez materiał wypełnienia nwytwarza się błona biol.4-6tygodni o grubości od3-6mm., 2.praca właściwa- wytworzenie równowagi mdz.namnażaniem mikroorg a ich obumieranie, pełna efektywność pracy złoża; 3) faza wymiany błony biol: stopniowe odrywanie się starej błony a w jej miejsce namnazają się nowe mikroorg.

Praca złóż zależy od: - obciążenia ładunkiem zanieczyszczeń wyrażoną w g BZT₅/l złoża na dobę, -obciążenia hydraulicznego złoża wyrażonego w m³/m²*h,- temp. doprowadzanych ścieków, - składu ścieków, - budowy złóż. Obciążenie ładunkiem zanieczyszczeń może wpłynąć na efektywność usuwania poszczególnych związków ze ścieków, ponieważ jeżeli damy zbyt duże obciążenie ładunkiem BZT₅ możemy doprowadzić do tego, że w złożu będą dominowały organizmy heterotroficzne i w efekcie zahamujemy usuwanie związków biogennych ze ścieków. Obciążenie hydrauliczne: a) zbyt duże obciążenie da nam zbyt krótki czas kontaktu ścieków z błoną biologiczną, przez co nie uzyskamy pełnej efektywności usuwania zanieczyszczeń. Zbyt duże obciążenie może doprowadzić do zmywania błony z elementów wypełnienia. Ze złoża będzie się wypływać jeszcze większy ładunek zanieczyszczeń w postaci biomasy; b) zbyt małe obciążenie doprowadzi od niedożywienia błony a w konsekwencji do jej obumierania i zmniejszenia efektywności. Zakres temperatur jest określony dla poszczególnych procesów. Optymalną temp. pracy złoża jest 20 ºC . np. denityryfikacja nie powinna przebiegać w temp. poniżej 5 ºC. Odczyn- są to mikroorganizmy, czyli istoty żywe, które pracują najlepiej przy pH od 6,5 do 8,0. Przekroczenie pH powoduje wahania w efektywności pracy złoża . Skład ścieków- zawartość w ściekach surowych substancji szkodliwych dla procesu (metale ciężkie) mogą spowodować zmniejszenie efektywności pracy złoża luz zahamowanie procesów biogennych. Budowa złoża jest parametrem określającym ilość ścieków, jaką można przesyłać np. niskoobciążone lub wysokoobciążone.

Osad czynny jest jednym z podstawowych procesów biologicznego oczyszczania ścieków bytowo gospodarczych. Polega on na usuwaniu zanieczyszczeń organicznych zawartych w ściekach przez napowietrzanie ścieków w odpowiednich komorach z osadem czynnym. Osad czynny oddzielany jest od ścieków oczyszczonych w osadnikach wtórnych. W przypadku obecnie stosowanych komór osadu czynnego zasadniczą rolę w przebiegu procesu oczyszczania ścieków odgrywa doprowadzanie powietrza do komory osadu czynnego oraz mieszanie osadu czynnego ze ściekami. Powietrze można doprowadzać do komory osadu czynnego przez wtłaczanie sprężonego powietrza lub przez wykorzystanie procesu mieszania zawartości komór osadu czynnego. Osad czynny stanowią kłaczki, które posiadają strukturę gąbczastą, dzięki czemu tworzą duże powierzchnie czynne zdolne do sorbowania zanieczyszczeń org. biogennych zawartych w ściekach w postaci koloidalnej lub w postaci rozpuszczonej. Cześć zanieczyszczeń zatrzymywana przez osad czynny jest utleniania natomiast cześć jest asymilowana w postaci osadu czynnego. Kłaczki osadu czynnego stanowią głownie zooglarne od działania, których zależy efektywność procesu. Ponadto mogą występować bakterie nitkowane oraz pierwotniaki. Pojawienie się bakterii nitkowatych w dużych ilościach łączy się z pojawieniem się zjawiska pęcznienia lub puchnięcia osadu czynnego. Powoduje to późniejsze trudności w procesie sedymentacji takiego osadu. Parametry pracy osadu czynnego: -obciążenie komory osadu czynnego ładunkiem zanieczyszczeń, -obciążenie hydrauliczne, - czas napowietrzania komory, -ilość powietrza doprowadzanego do komory, - sposób doprowadzania powietrza. Powietrze musi być doprowadzane w takich ilościach, aby zapewniły stężenie tlenu rozpuszczonego w ilościach niezbędnych do rozkładu związków biologicznych jak i biogennych znajdujących się w ściekach.. Wartość graniczna, której nie można przekraczać 2 mg O₂/dm³. Ważna jest wielkość pęcherzyków powietrza wprowadzana do komory osadu czynnego:1)mają zapewnić dokładne wymieszanie zawartości komory z wprowadzonymi ściekami, 2)wielkość pęcherzyków nie może być zbyt duża, ponieważ może spowodować rozbicie kłaczków osadów. Puchniecie osadu czynnego - zjawiskiem niekorzystnym dla poprawnej pracy komory osadu czynnego jest zjawisko masowego rozwoju bakterii nitkowatych. Powodują one powstanie zjawiska puchnięcia osadu objawiające się tym, że osad bardzo źle sedymentuje w osadniku wtórnym. Dodatkowo można obserwować zjawisko wynoszenia części osadu czynnego ze ściekami oczyszczonymi, co powoduje podwyższenie parametrów zawiesiny i BZT5 ścieków oczyszczonych. Jedna z metod leczenia osadów (hamowania bakterii nitkowatych)jest delikatne chlorowanie osadu recyrkulowanego lub chlorowanie samej komory osadu czynnego. Dawka, jaką należy stosować nie może przekroczyć 1,5 g CL/kg suchej masy osadu. Zjawisku puchnięcia osadu sprzyjają następujące warunki: -niskie stężenie tlenu rozp., - dopływ do komory ścieków zagniłych zawierających siarczki, -deficyt w ściekach substancji pożytkowych takich jak azot i fosfor, -niskie pH ścieków dopływających do komory, -zmienne obciążenie ładunkiem zanieczyszczeń węglowych wyrażanych w BZT5. Fermentacja- proces fermentacji dla oczyszczania ścieków głównie przemysłowych ), zaleca się wykorzystywać tylko w przypadku gdy ścieki są bardzo stężone i bogate w substancje organiczne łatwo zagniwające. Ale tak naprawdę proces fermentacji stosowany jest w nowoczesnych oczyszczalniach. do przeróbki osadów ściekowych. Przemiany biochemiczne w warunkach beztlenowych sprowadzają się do rozkładu złożonych substancji organicznych w 1 fazie fermentacji do kwasu. Dlatego ta 1 faza fermentacji nazywana jest fazą kwaśną po której nast. 2 faza ,gdzie wydzielone kwasy przekształcane są dalej do metanu i CO₂ stad nazwa tej fazy faza metanowa. W wyniku fermentacji kwaśnej zawartość komory fermentacji przyjmuje konsystencję śluzowanego osadu o nieprzyjemnym zapachu, z którego wydzielają się gazy głownie CO2, siarkowodór, produkty takie jak kwasy. Powstanie kwasu octowego ,masłowego, mrówkowego odgrywa szczególna role. Białka zawarte w ściekach w tej fazie rozkładane są na aminokwasy,amoniak,siarkowodór,CO₂, tłuszcze rozkładane są do gliceryny i kwasu sterynowego. Węglowodany rozkładane są na cukry i kwas masłowy. Cukry dalej są rozkładane do kwasu octowego, alkoholu etylowego,alk.2-etylowego,CO₂ i wodoru. Reakcje zachodzące mają charakter hydrolityczny nadają środowisku charakter kwaśny w granicach pH od 5-7.Proces fermentacji kwaśnej przebiega wolniej niż proces fermentacji metanowej. Fermentacja metanowa prowadzi do mineralizacji wcześniej wymienionych związków do metanu i CO2. Przebieg fermentacji metanowej jest dość szybki, może przebiegać w zakresie temp. 0-55 st. C. Wraz ze wzrostem temp wzrasta prędkość przebiegu fermentacji metanowej, ale jednocześnie nagłe obniżenie temp procesu nawet 1-2⁰C może spowodować zahamowanie procesu. W zależności od stosowanych temp. ferment. metanowa może odbywać się z udziałem różnych organizmów od 2-30⁰C - jest to ferment. psychofilowa, w zakresie 30-3⁰C - ferm. mezofilowa, a od 5-55⁰C - fermen. termofilowa. W praktyce najczęściej stosowana jest fermentacja mezofilowa. Na proces fermentacji oprócz temp wpływa także stopień obciążenia komory fermentacji ładunkiem substancji organicznej. Odpowiednie dawkowanie ścieków, czas trwania fermentacji. Obciążenie komór fermentacji ładunkiem substancji organicznych jest wyrażone w kg substancji organicznej na m3 na dobę. Jest to ilość substancji organicznej doprowadzonej i przypadającej na jednostkę komory fermentacji. W zależności od wielkości obciążenia wyróżniamy: komory nisko obciążone i wysoko obciążone. Ogólnie w warunkach konwencjonalnych stosujemy komory nisko obciążone. Czas przetrzymania w takiej komorze trwa ok. 40 dni. Następnym czynnikiem jest mieszanie zawartości komory fermentacji. W czasie przebiegu procesu fermentacji na powierzchni cieczy powstaje kożuch stanowiący część osadu flotującego. Kożuch taki ma strukturę twardej skorupy (przypadku wydzielonych komór fermentacji otwartych zjawisko to można przyjmować jako częściowo korzystne, ponieważ oddziela ona nam zawartość takiej komory od środowiska atmosferycznego. Natomiast w wydzielonych komorach fermentacji zamkniętych kożuch taki oddziałuje hamująco na przebieg procesu fermentacji przez utrudnienie wydzielania się gazu fermentacyjnego oraz przez zawiesiny osadu, które nie są równomiernie rozłożone w całej pojemności komory osadu czynnego. Dlatego w komorach fermentacji zamkniętych stosuje się rozbijanie kożucha przez mieszanie zawartości komory mieszadłem mechanicznym, przez przepompowywanie zawartości komory fermentacji lub przez recyrkulację osadu. Przyjmuje się, że czas wymiany całej pojemności komory nie powinien być dłuższy niż 24h. V - wzrost ilości mikroorganizmów odpowiedzialnych za proces fermentacji. Lepsze jest stosowanie cyklicznego dozowania ścieków surowych czy osadu do komory fermentacji, w której pozostawia się niewielką ilość przefermentowanego osadu. Jest to tzw. szczepienie świeżych ścieków i osadów mikroorganicznych występujących w już wypracowanym osadzie. Jeżeli mamy jednokrotne dawkowanie ścieków do komory fermentacji to wyróżniamy

Proces fermentacji można prowadzić w sposób: *ciągły, *okresowy

3 fazy pracy mikroorganizmów: A - B - jest to okres wypracowania komory fermentacji (wytworzenie szczepów mikroorganizmów). B - C - praca właściwa mikroorganizmów (maks. wykorzystania składników pokarmowych, w efekcie, czego mamy maks. wydzielenia gazów fermentacyjnych). D - C - moment, w którym wszystkie składniki pokarmowe zostały wykorzystane i obserwujemy stopniowe zamieszanie organizmów w komorze fermentacyjnej (spada produkcja metanu). Żeby skrócić fazę A - B, wyeliminować - D stosuje się stopniowe dozowanie świeżego osadu (ścieków) do komory fermentacji. W efekcie czego dochodzi do zaszczepienia świeżego osadu mikroorganizmami odpowiedzialnymi za proces fermentacji,. Zapewniamy mikroorganizmom ciągły dopływ substancji odżywczych, czyli nie mamy fazy zamierania związków fermentacji w osadzie. Przy takiej pracy komory fermentacyjnej możemy otrzymać mniejszą ilość wytworzonego gazu, ale uzyskujemy skrócenie czasu pracy komory fermentacyjnej w jednym cyklu. Parametry, od których zależy prawidłowa praca komory fermentacji. Ponieważ mikroorganizmy odpowiadające za proces fermentacji są organizmami beztlenowymi musimy zapewnić pozbawienie zawartości komory fermentacyjnej tlenu. Ścieki dopływające do komory fermentacji nie mogą zawierać metali ciężkich. Ponieważ obecność metali ciężkich może zahamować proces komory fermentacji. pH ścieków doprowadzonych powinno mieścić się od 6,6-7,6., ponieważ w tym zakresie pH bakterie metanowe pracują z optymalną wydajnością. W ściekach doprowadzonych do komory fermentacyjnej muszą być obecne substancje pożytkowe, takie jak azot i fosfor. Mamy 3 produkty procesu fermentacji: 1) gaz ziemny (metan), który w obecnych nowoczesnych oczyszczalniach jest zbierany i po oczyszczeniu z zanieczyszczeń wykorzystywany jest jako źródło energii na terenie samej oczyszczalni, czyli do ogrzewania pomieszczeń i komór fermentacji, ale jest także zbierany i sprzedawany. 2) woda nadosadowa - w wyniku rozdzielania (zagęszczenia osadu) wydziela się woda, charakteryzuje się tym, że posiada w swym składzie dość dużą ilość zanieczyszczeń. W układach technologicznych woda ta jest zawracana przez komorę osadu czynnego, gdzie poddawana jest procesowi dalszego oczyszczania. 3) osady pofermentacyjne - pozbawione zdolności zagniwania, które poddawane są dalszej obróbce w zależności po tej obróbce może być poddawany procesowi kompostowania lub spalone, dając energię cieplną.

Usuwanie związków biogennych. W ściekach miejskich ilość azotu ogólnego (azotu amonowego, azotu organicznego, azotynów i azotanów) waha się w granicach od 20-60 g/m³. w ściekach miejskich głównie występuje azot amonowy od 60-50%, azot organiczny 40-50%. Natomiast formy mineralne azotany i azotyny występują w stężeniach bardzo małych, na ogół 0,5g obu tych form na m³ ścieków. Fosfor w ściekach miejskich może się zmieniać w zakresie od 4-15g fosforu na m³ ścieków. Przyjmuje się, że są 3 zasadnicze źródła fosforu:1) funkcje fizjologiczne człowieka, 30-50%, 2) stosowanie detergentów 50-70% 3) przemysł 2-20%. Przyjmuje się ze wartość jednostkowa substancji w przeliczeniu na mieszkańca i dobę wahają się w szerokich granicach. Dla azotu 10-18 g N/mieszkańca dobę dla fosforu 7g P/mieszkańca na dobę. Należy się liczyć z tym ,ze w ściekach pochodzących z małych osiedlach miejskich i wsi stężenia N ogólnego i P mogą być większe N 60-80 g/m3, P 10-20g/m3. główna przyczyną jest zmniejszenie zużycia wody. Zjawisko eutrofizacji wód - przyjmuje się, że czynnikiem limitującym proces eutrofizacji jest stężenie fosforu odprowadzanego w ściekach. Granica wynosi 0,3g/m3,a w postaci nieorganicznej 0,03 g/m3. Eutrofizacja prowadzi do występowania zakwitu w zbiornikach wodnych, w wyniku czego jest ostre pogorszenie składników organoleptycznych wody. W końcowym efekcie nadprodukcji glonów w danym ekosystemie może dojść do deficytu tlenu wywołującego obumieranie fauny i flory wodnej. Może dojść do zahamowania procesów samooczyszczania zbiornika oraz pojawienia się toksycznych produktów metabolizmu organizmów wodnych. Dodatkowym zagrożeniem w przypadku związków biogennych jest zjawisko toksyczności, Azot amonowy występujący w środowisku wodnym, gdzie odczyn może być zasadowy przechodzi w amoniak, który działa destrukcyjnie na organizmy wodne. Plankton, jeżeli ma styczność z amoniakiem przez kilka godzin stężenie 8-80g NH4/m3 można obserwować jego obumieranie. Czynnikami zwiększającymi toksyczność są odczyn wody tlenu rozpuszczonego i CO2, temp wody oraz występowanie zasadowości węglanowej.

Metody usuwania fosforu. Usuwanie fosforu ze ścieków może odbywać się następującymi metodami: -chemiczne strącanie fosforu solami glinu lub żelaza lub wapnem; - podwyższone biologiczne usuwanie P w wyniku wzrostu stopnia asymilacji tego pierwiastka przez biomasę biorącą udział w procesie. Proces ten nie jest przeprowadzany samodzielnie, może przebiegać z połączeniem usuwania węgla i azotu; chemicznego strącania wapnem w obiegu osadu; wspomagać procesem filtracji. Chemiczne strącania fosforu; - strącanie solami metali. Sole żelaza i glinu dodane do ścieków wchodzą w reakcje z fosforanami tworząc nierozpuszczalne wytrącalne związki. Najczęściej stosowanymi reagentami są siarczan żelazawy i żelazowy, chlorek żelazowy oraz siarczan glinu. Rzadziej używa się glinian sodowy. Jest on stosowany jedynie przy niskiej alkaliczności ścieków. Siarczan glinu w wyniku reakcji chemicznej 1 mola siarczanu glinu reaguje z 2 molami fosforanu (62 g P). Stąd stosunek wagowy siarczanu glinu do fosforu wynosi 10,7:1 a glinu do fosforu 0,87:1 masa teoretyczna. W praktyce stosuje się wyższe stosunki molowe glinu do fosforu i wartość ta wynosi 1,5 do 3. Spowodowane jest to równoczesnym zachodzeniem w ściekach innych reakcji chemicznych. Najistotniejszymi czynnikami wpływającymi na dawkę glinu jest zasadowość końcowa pH ścieków a ponad to ilość i charakter zawiesin oraz stężenie siarczanu i sodu. Optymalne pH przy stosowaniu glinu przy stosowaniu fosforu 5,5 do 6,6. Jeżeli pH nie mieści się w tych granicach należy zastosować większą dawkę - chlorku żelaza 3⁺ stosunek żelaza do fosforu 1:1 , natomiast stechiometryczny stosunek wagowy 1,8:1 - siarczan żelaza 2⁺ to stosunek molowy żelaza do fosforu 3:2 , a stosunek wagowy 2,7 do 1,0. W trakcie przeprowadzanie usuwania fosforu mamy do czynienia z reakcjami i stosunek molowy Fe do P w praktyce przyjmuje się od 1,5 do 2,5 jest to uzależnione od rodzaju reagentów oraz od zasadowości ścieków. Bardzo ważnym czynnikiem jest odczyn ścieków. Dla Fe³⁺ przyjmuje się pH 4,5 - 5 Fe₂₊ przyjmuje się jako optymalne pH = 8 , ale już przy pH =7 też dobre efekty. Strącanie fosforu wapnem to ilość potrzebnego wapna uzależniona jest bardziej od zasadowości i odczynu ścieków niż od zawartości w nich R. Najczęściej dąży się do stosowania systemu małej dawki gdzie pH małej dawki musi doprowadzić do pH<10. W przypadku zastosowania małej dawki możemy wyciągnąć wymaganą od nas zawartość P w ściekach i to jest 1 g.P/m³. Wyróżniamy 3 sposoby dozowania reagentu w układzie technologicznym: - strącanie wstępne polega ono na dawkowaniu reagentów w procesie wstępnego oczyszczania , może być dawkowana do piaskowników lub między piaskowniki z osadnikiem wstępnym. Zastosowanie tej metody umożliwia dobre wymieszanie reagenta ze ściekami flokulacja zawiesin. Powoduje usunięcie nie tylko P ale także obniżenie wartości BZT₅ oraz zawartości zawiesin. Jeżeli ścieki będą dalej kierowane do biologicznego oczyszczania ścieków to możemy zaobserwować niekorzystny przebieg procesów biologicznych; - strącanie symultaniczne powoduje ono uzyskanie wyższego stopnia oczyszczenia P dozowanie do osadnika wstępnego lub nawet bezpośrednio do komory napowietrzania osadnika czynnego . Można uzyskać dodawanie w kilku miejscach komory osadnika wtórnego .Zaleta - można wykorzystać istniejące urządzenia a nie trzeba budować nowych. Strącanie wtórne - stosowane jest wtedy gdy wymagane jest doczyszczanie ścieków odpływających z oczyszczalni z nadmiarem P. Zaletą tego strącania: ilość reagentów jest mniejsza w porównaniu z wczesnymi metodami. Wadą jest to rozwiązanie kosztowne ze względu na wysokie koszty nowych urządzeń i wysokie koszty eksploatacji..

W12

Efektywność chemicznego strącania fosforu: W wyniku strącania solami metalu możemy zmiejszyć zawartość P o70-90%.W przypadku strącania symultaniczego nawet 90%, przy strącaniu wtórnym 90-95%. Zalety i wady chemicznego strącania: metoda niezawodna, zamiast odczynników czystych można użyć odpady produkcyjne, co zmniejsza koszty,

wielkość dawki zależy od fosforu ogólnego jaką chce się uzyskać po oczyszczeniu, można wykorzystywać istniejące już układy technologiczne. Wady: koszt wyższy w porównaniu do biologicznego usuwania fosforu, wtórne zasolenie ścieków oczyszczonych, większa ilość osadów, gorsze do odwodnienia osady. Zastosowanie wapna do usuwania fosforu: Jako zaletę można przyjąć to, że dawka wapna jest ustalana na podstawie odczynu ścieków a nie zawartości fosforu. Zmienność zawartości fosforu nie ma wpływu na proces usuwania fosforu. Wapno usuwa również metale ciężkie. Wadą jest duża ilość powstających osadów i duży koszt wyposażenia i eksploatacji urządzeń do dawkowania i przechowywania wapna. Wadą jest również alkalizacja ścieków, które muszą być neutralizowane. Biologiczne usuwanie fosforu: Zwiększenie usuwania fosforu metodą biologiczną można osiągnąć utrzymując przemienne warunki beztlenowe i tlenowe. Pewne grupy bakterii mają zdolność do gromadzenia znacznych ilości polifosforanu. Zdolność ta jest wykazywana, jeśli zachowany jest odpowiedni stosunek substancji węglowych do fosforu w ściekach oczyszczanych. Zachodzi w 2 strefach: beztlenowej i tlenowej. W strefie beztlenowej bakterie kumulują fosfor pobierając odpowiednie substancje i wykorzystując energię pochodząca z hydrolizy łańcucha polifosforowego. W wyniku tego uwalniają ortofosforany. Muszą występować produkty fermentacji, aby proces mógł zachodzić. Mogą one być doprowadzone do układu z zewnątrz. W strefie beztlenowej nie powinno być zbyt duże stężenie azotanów, ponieważ działające wtedy bakterie denitryfikacyjne są konkurencją dla bakterii usuwających fosfor.. W strefie tlenowej bakterie zużywają zabsorbowany fosfor do wzrostu i rozwoju komórek. Na efektywność procesu biologicznego mają wpływ: obecność subst. org., obciążenie i wiek osadu, stężenie azotanów, czas trzymania ścieków w obu stanowiskach.

Stosunek BZT5 do fosforu przyjmuje się 20/2 W przypadku osadu niskoobciążonego 25/2Czas zatrzymania w strefach beztlenowych 0,9-2 godziny, w strefach tlenowych 1-2 godz. Biologiczne oczyszczanie usuwa 70-90% fosforu.

Usuwanie związków azotowych: amonitryfikacja, nitryfikacja, denitryfikacja. Amonitryfikacja - przemiana azotu organicznego do amoniaku lub azotu amonowego Zaletą jest przebieg w warunkach tlenowych jak również beztlenowych. Proces ten jest najszybszy z procesów usuwania azotu. Produktem jest azot przyswajalny przez mikroorganizmy. Nitryfikacja - 2 etapy: I etap: azot amonowy w warunkach tlenowych przy udziale bakterii nitrosomonas zamieniany w azot azotynowy II etap: azotyny w warunkach tlenowych zamieniane przez nitrobacter w azotany Potrzeba 4,6 g tlenu na 1 g azotu. Przebieg procesu zależy od: temperatury, stężenia tlenu rozpuszczonego, odczynu, zawartości subst. toksycznych, stężenia azotu. Im wyższa temp tym szybsza nitryfikacja (optimum 20-25C) Odczyn optymalny pH7,5-8,5 Stężenie tlenu 1-2 mgO2/l. Aby bakterie nitryfikacyjne miały szansę rozwoju należy ograniczyć rozwój bakterii heterotroficznych, ponieważ stanowią one konkurencję dla bakterii nitryfikacyjnych i rozwijają się około 10-krotnie szybciej. Nie powinno być w ściekach substancji toksycznych (m.in. metale ciężkie), ponieważ bardziej szkodzą bakteriom nitryfikacyjnym. Stężenie azotu amonowego optymalne 70g/m³. Denitryfikacja - proces asymilacji azotu azotynowego azotanowego w wyniku działania bakterii. W procesie tym substancje organiczne służą jako donory elektronów a azotany i azotyny są akceptorami. Produktem końcowym denitryfikacji jest azot wydzielany do atmosfry(gazowy). Czynniki wpływające na proces: dostępność źródeł węgla, temperatura (optimum 20⁰C), odczyn (pH 6,5-7,5), stężenie tlenu rozpuszczonego (nie większe niż 0,5 g/m³, ponieważ hamuje proces), czas (0,2 -2 godz)

W13

Osady - zawiesiny opadające po wydzieleniu w proc. sedymentacji. W osadach ze ścieków miejskich przeważają domieszki org., ulegające łatwemu, samorzutnemu rozkład. gnilnemu. Towarzyszy temu wydziel. nieprzyjemn. zapachów. Dlatego celem przeróbki osadów ściek. jest ich stabilizacja- poleg. na mineraliz. zw. org. i odwodnieniu osadu. Można to osiągnąć met. biochem.(cementacja metanowa, przeróbka tlenowa) lub met. fizycz, których celem jest odwodnienie i wysuszenie osadu. Drugim ważnym celem przeróbki os. jest zmniejszenie ich objętości, co uzyskujemy głównie przez usunięcie nadmiaru wody zatrzymyw. w osadzie. Głównymi składn. osadów są: subst. stałe, org. i min., oraz woda sodowa. Składniki stałe nie są jednorodne i dlatego przed obróbką konieczne jest dokładne poznanie ich składu. w oparciu o uzysk. wyniki projektuje się dobór zastos. procesów jednostkowych. Gospodarka osadowa wpływa na koszty eksploatacji oczyszcz. bo stosunkowo mała osadu koszty przeróbki osadu mogą osiąg ok. połowy koszt. budowy całej oczyszcz, również eksploat i obsługa urządz do przeróbki osadów jest bardziej złożona niż obsługa urządz do oczycz ścieków. Osady są surowcem o wartości nawozowej i energ. można więc uzyskać częściowy wzrost poniesionych nakładów incest. i eksploat. Procesy i urządz. do przeróbki osadów muszą być tak sprawne, niezawodne jak do oczyscz. ścieków. Rodzaje osadów z terenu oczyszcz: 1) wstępne- wydzielane z osadników wstęp w procesie sedymentacji, 2) wtórne - wydzielane w osadni wtórnych głównie z procesów biogenicznych oczyscz ścieków, częściowo zawracane do obiegu oczyszcz jako osad powrotny lub usuwane są ukł jako osad nadmierny, 3) powstający w wyniku chem strącania, osad chem powstający w wyniku koagulat lub neutral, usuwania zawiesin trudnoopadjących, 4) mieszany- w wyniku wymiesz osadu wtórn i wstęp w wyniku recyrkulacji osadu nadmiern i wytrąca się w osadnikach wstęp, 5) zmineraliz- każdy osad lub mieszanina która została poddana procesom przeróbki ( osady przeferment, stabilizowane, przemyte w celu usunięcia metali cięż, 6) zagęszcz, 7) odwodnione- ich stopień uwodnienia wynosi od 70 do 50%, 8) wysuszone- po odwodnieniu i suszeniu. Właściw i cechy osadów ściekowych- należy określ il i skład osadu oznacza się przede wszyst: - zapach, barwę, wygląd, gęst, il zawiesin objętościowo, własności sedyment, odczyn, zawartość ciał stałych wagowo, azot ogólny, amoniak, azot org, kwasy lotne, tłuszcze i metale cięż. Metodyka jest ujednolic przez odp normy. Jak zajdzie potrzeba to osad badany jest też biologi. Własności, charakteryzujemy: W niektórych metod ważne są też 1)własności hydrauliczne potrzebne do obl przewodów do transportu osadu 2) zdolność do fermentacji ważne do wymiarowania komór ferment i urządz do prowadz gazu pofermentacyjnego 3) własno filtra- inaczej zdolność do odwadniania ważne do projekt poletek osadowych, dobierania filtrów, uzależniona jest od ukł granulorycznego osadu 4) ciepło spalania- ważny przy projekt procesu termiczn, 5) własność nawozowa- jeżeli planujemy nawożenie osadem. Podział wód występ w osadach: 1) kwaśne - występ w większych przestrz m-dzy cząsteczk, zależna od sił grawitacji i ciś atmosf, 2) kapilarna- występ w kanałach włoskowatych niezależna od sił grawitacji ważne są siły napięcia powierzch, 3) związane fiz z ciałami stałymi, woda molekularna w skład której wchodzi woda błonkowa i higroskopijna, 4) związana chem- woda wchodząca w skład siatki krystalograficznej ciał stałych, 5) związana biolog- woda zatrzymana w org żywych które usuwamy przez niszczenie błony komórkowej. Subst stałe wyst w osadach- w ściekach miejskich do oczyszcz codziennie dopływa od 1 mieszkańca około 90 g zawiesiny ogólnej w tym 60g zawiesiny łatwopalnej i 30g trudnoopadającej. Około 2/3 tej il stanowią zw org a 1/3 zw miner. Jeżeli gosp domowe mają rozdrabniarki odpadów kuchennych lub jeżeli na oczyszcz pracować będą rozdrabniarki to będzie więcej subst stałych w ściekach. Skład granulometryczny to parametr wpływający na przebieg odwadniania osadu. Wlk ziaren osadu może być zróżnicow i może wynosić od 0,05 do 1,5 mm ale również od 0,001 do 10mm. Ustalenie składu granulometr przyczynia się do wyboru odp metody odwadniania osadu szczególnie jeżeli chcemy przeprowadzić to odwodnienie za pomocą urządz mech.

Unieszkodliwianie osadu. Procesy przeróbki osadu- możne jeo podzielić na kilka gr: 1) stabilizacja-polega na pozbawianie sadu ściekowego tendencji do zagniwania rozkładu zw org na zw min lub prostsze, prowadzi się w warunkach tlrnowych, 2) proces zagęszczania 3) usuwanie osadu lub produktów pochodz z przeróbki, w war nat zastosowanie poletek osadowych. Do gr odwadniania zaliczamy: zagęszczenie, odwadnianie, suszenie naturalne i term. W każdym z procesów usuwa się inny rodzaj cieczy osadowej. Podział ten jest umowny, ale dobrze charakter procesy. Zagęszczenie- jest I stopniem odwadniania jego zad jest zmniejszenie obj osadu a tym samym pojemn kolejnych urządz. Do przeróbki osadu stos się met grawitacyjne i dynamiczne. Do met grawitac należy zagęszcz osadu w specjaln zbiornikach w których dochodzi do wydziel z osadu wody wolnej. Zagęszczenie może być w pracy przerywanej lub ciągłej. Zagęszcz w warunkach z urządz o pracy okresowej polega na następ cyklach pracy urządz: napełnianie zagęszczacza, okres wydzielania osadu, spuszczanie oddzielne osadu i wody osadowej. Urządz o pracy ciągłej to ciągle doprowadz i odprowadz osadui wody osadowej . met dynamiczna- wykorzysta proces filtracji przeprowadz w wyniku wynoszenia osadów na powierzch zbiornika odbywa się to albo przez napowietrzanie lub przez wprowadz czynn chem. Dalej proc może być realiz w warunkach naturalnych wykorzyst zjawisko filtracji i parowania, do odwadniania wody służą poletka osadowe lub laguny osadowe. Poletka osadowe- obsz posiadające odp zdrenowane podłoże w celu odprowadz odfiltrowanej cieczy poosadowej. Cykle pracy poletka to 3 etapy: - napełnienie, - filtracja i osuszania, -oczyszcz poletek, zbieranie osadu, laguny:- sztuczne albo natur. zagłębienia w których cykl pracy trwa 3 lata: I faza- napełnienie laguny, II- odwodnienie i wysuszenie, III- opróżnienie laguny, Odwodnienie osadu- w warunkach natura uzależnione jest od zawartości subst org osadu od stop uwodnienia osadu od sposobu filtracji i war atmosf (wilgotność, wiatry, nasłonecznienie, il opadów), I - etap proces filtracji, II- parowanie. Dalsze odwadnianie osadu może być przeprowadz na drodze mech. W yniku suszenia osadu na poletkach uzyskujemy osad zwany suchym ale jeszcze o stop. uwodnienia wynoszący 50-70% dlatego musimy poddawać osad dalszemu odwadnianiu. Można to przeprowadz w sposób statyczny lub dynamiczny. Do sposobów statycznych zaliczamy procesy przepr w prasach pionowych i filtracyjnych natomiast dynamiczne przeprowadz się w wirówkach lub na sitach. Statyczny - osad jest doprowadz do prasy filtracyjnej w której dostaje się on m-dzy tkaninę która w przypadku pras filtracyjnych jest ściskana więc dochodzi do oddziel osadu od wody poosadowej. Dalej placek osadu usuwany jest z prasy i podawany jest dalszej obróbce chem lub proc kompostowania. Dynamiczny- proces zachodzący w wirówkach, których bęben jest w ciągłym ruchu i w wyniku siły odśrodk oddziela się osad od wody poosadowej , osad wprowadz w sposób ciągły. Dalsze zastos procesu suszenie zależy od skł i właś osadu. Można zastos suszenie termiczne- usuwa wilgotność od 5-20%, odbywa się przez odprowadz energii zew. Po tym procesie następuje całkowite unieszkodliwienie osadu poprzez spalenie. Wtórne wykorzyst osadu odwodnionego po procesie kompostowania- kompostowanie polega na tym że osad po zbadaniu jego skł na zawartość zw N,C i metali cięż wzbogacany jest najczęściej w źródło węgla następnie jest składowany w oczyszcz w postaci pryzmy kompostowej gdzie w pryzmnie w wyniku zachodzących procesów podnosi się temp i następuje masowe zniszczenie pasożytów i ich jaj. Kompost jest 3-krotnie przekładany i po okresie dojrzewania poddawany jest badaniu skł chem i pozostałości form przetrwalnikowych przetrwalnikowych bada się jego wartości nawozowe.

faza I charakteryzuje się samoczynnym gwałtownym wzrostem temperatury do około 70'C. Temperatura ta w stosie kompostowym rozwija się w ciągu 10-14 dni. W okrasie tym gwałtownie rozwijają się bakterie termofilne, które w procesach metabolizmu rozkładają białko, węglowodany, tłuszcze i kwasy tłuszczowe. W takiej wysokiej temperaturze ginie część mikroorganizmów chorobotwórczych oraz pasożytów i ich jaj, - faza II trwa około 8 tygodni. Temperatura stosu kompostowego w tym okresie utrzymuje się w granicach od 40 do 60'C. W trakcie tego okresu następuje mineralizacja trwałych związków chemicznych, rozwijają się grzyby rozkładające celulozę i hemicelulozę,-faza III charakteryzuje się spadkiem temperatury stosu kompostowego. Jest to okres dojrzewania kompostu, podczas którego bakterie termofilne są zastępowane przez mezofilne.

1. Flotacja.

FLOTACJA - jest metodą rozdziału faz, która polega na wynoszeniu zanieczyszczeń ze ścieków do warstwy powierzchniowej, za pomocą pęcherzyków powietrza. W przeciwieństwie do sedymentacji, w procesie flotacji możliwe jest, przy zastosowaniu powietrza, usuwanie cząstek o większym bądź mniejszym ciężarze niż woda.

Flotacja ciśnieniowa (DAF) znalazła szerokie zastosowanie w metodach oczyszczania ścieków, podatnych na proces koagulacji lub zawierających tłuszcze, zawiesiny czy wysoki ładunek ChZT.

Najczęściej stosowana jest do oczyszczania ścieków pochodzących z przemysłu:

mięsnego, rybnego, mleczarskiego, spożywczego, celulozowo-papierniczego, kosmetycznego, rafineryjnego, wytwarzającego zaolejone ścieki.

Układy flotacyjne znalazły również zastosowanie do: odwadniania i zagęszczania osadu czynnego, usuwania ze ścieków metali ciężkich, wzbogacania i oczyszczania kopalin, prowadzenia odzysku surowców (np. tłuszcze).

2. Fazy koagulacji.

Koagulacja to proces polegający na łączeniu się cząstek fazy rozproszonej koloidu w większe agregaty tworzące fazę ciągłą o nieregularnej strukturze. Istnieje koagulacja odwracalna i nieodwracalna, a także spontaniczna i wymuszona. W wyniku koagulacji może następować zjawisko żelowania, tworzenia się past i materiałów stałych, sedymentacji lub pokrywania powierzchni mieszaniny warstwą fazy rozproszonej.

Typowe struktury koagulacyjne to dyspersje polimerów, niektóre rodzaje farb, tworzywa sztuczne, oraz produkty koagulacji białek, takie jak np: jogurt. Koagulacja białka występuje na skutek zniszczenia jego trzeciorzędowej struktury, prowadzącego do łączenia się rozpuszczalnych w wodzie białek w nierozpuszczalne strzępki i całkowitej utraty ich aktywności biologicznej. Koagulacja białek może następować pod wpływem temperatury lub czynników chemicznych. W procesie oczyszczania ścieków za pomocą koagulacji uzyskiwany jest dość znaczny efekt np. redukcja BZT5 może osiągnąć 85%, a zawiesin do 90%. Z tego względu koagulację określa się jako pośredni stopień między oczyszczaniem mechanicznym a biologicznym. Ujemną stroną tego procesu jest powstawanie dużej ilości osadów, głównie o charakterze nieorganicznym. Koagulacja stosowana jest najczęściej do oczyszczania ścieków przemysłu włókienniczego, garbarskiego, chemicznego i innych, niekiedy jako proces wstępny przed oczyszczaniem biologicznym.

3. Trzy przykłady zanieczyszczeń refrakcyjnych.

Zanieczyszczenia refrakcyjne - zanieczyszczenia chemiczne, które nie podlegają bądź podlegają jedynie w minimalnym stopniu rozkładowi biologicznemu za pośrednictwem mikroorganizmów. Zanieczyszczenia te są w niewielkim stopniu usuwane ze ścieków w klasycznych procesach oczyszczania w oczyszczalniach komunalnych. Do tego typu zanieczyszczeń zaliczamy między innymi:

•substancje mineralne takie jak metale ciężkie, •niektóre substancje powierzchniowo czynne (np.: alkilobenzenosulfonian ABS), •środki owadobójcze (insektycydy) głównie z grupy związków chloroorganicznych (np.: DDT).

Szczególną grupę zanieczyszczeń chemicznych refrakcyjnych stanowią związki toksyczne to jest pierwiastki, związki chemiczne, substancje, a także czynniki fizyczne wywołujące w organizmach roślinnych, zwierzęcych i u człowieka zaburzenia fizjologiczne, uszkodzenia, a przy odpowiednio wysokich dawkach śmierć. Do groźnych trucizn zaliczamy między innymi:

•metale ciężkie (np.: ołów, kadm, rtęć, cynk, chrom), •pestycydy, •wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (np.: benzopiren), •aminy aromatyczne (np.: aminonaftalen, aminostilben), •nitrozoaminy (np.: nitrozodimetyloamina - NDMA), •polichlorowane dwufenyle (PCB), •dioksyny •trójchlorometany (np. chloroform), •substancje promieniotwórcze.

Wymienione powyżej zanieczyszczenia toksyczne mają co najmniej jedną z następujących właściwości: działanie rakotwórcze, działanie mutagenne (wywołujące zmiany dziedziczne - mutacje prowadzące do kalectwa), działanie teratogenne (prowadzące do zaburzeń w rozwoju embrionalnym człowieka lub zwierząt wywołujące w efekcie kalectwo), zdolność do bioakumulacji w łańcuchu pokarmowym zwierząt i ludzi. Większość zanieczyszczeń toksycznych posiada również cechy refrakcyjne, przez co nie są one usuwane ze ścieków w procesach oczyszczania w oczyszczalniach miejskich i przedostają się do wód powierzchniowych. Mogą one także zahamować procesy biologicznego oczyszczania ścieków. Niektóre z tych zanieczyszczeń zachowują cechy groźnych trucizn nawet wówczas gdy ich ilość w wodach powierzchniowych jest śladowa (np. niektóre dioksyny) rzędu setnych i tysięcznych części mg/l (mikrozanieczyszczenia). Dzieje się tak dzięki zdolności do kumulowania się tych zanieczyszczeń w organizmach. Możliwość wyeliminowania lub znacznego ograniczenia zawartości tych zanieczyszczeń w dopływie do oczyszczalni wynika z przestrzegania warunków doprowadzania ścieków przemysłowych do miejskiej sieci kanalizacyjnej. Warunki te określają konieczność i zakres podczyszczania ścieków przemysłowych, w szczególności wówczas gdy zawierają one metale ciężkie i inne substancje toksyczne, wolne kwasy i zasady, oleje i tłuszcze, odpływy ze szpitali zakaźnych i substancje wybuchowe, łatwopalne czy radioaktywne.

4. Nanofiltracja.

Nanofiltracja - proces membranowy, w którym dochodzi do zatrzymywania zanieczyszczeń o masie molowej powyżej 200 g/mol. Nazwa nanofiltracji pochodzi od wielkości tych cząstek - posiadają one wymiary 1 nm.

W odróżnieniu od membrany do odwróconej osmozy, membrana nanofiltracyjna posiada zdolność przepuszczania jonów, ale charakteryzuje się pewną jonoselktywnością. Łatwość przechodzenia przez membranę, uzależniona jest od wartościowości jonu. Jony jednowartościowe przechodzą w granicach od 30 do 60%, natomiast jony dwuwartościowe: od 5 do 15%.

Dodatkowo, ponieważ jony jednowartościowe wpływają na ciśnienie osmotyczne, w trakcie ich przechodzenia prze membranę, zmniejsza się ciśnienie osmotyczne, jakie należy pokonać, dlatego zmniejsza się zapotrzebowanie na energię.

W procesach nanofiltracji uzyskujemy częściowe odsolenie wody ze znaczną redukcją twardości, usunięcie związków organicznych. Jest ona polecana do uzdatniania wody o wysokiej twardości przy jednoczesnym wysokim stężeniu siarczanów.

5. Koalescencja.

Koalescencja proces, w którym dwie lub więcej cząstek łączy się ze sobą, tworząc pojedynczą cząstkę.

Koalescencja zachodzi w układach koloidalnych (np. pianach i emulsjach). Polega wówczas na łączeniu się cząstek fazy rozproszonej (kropli cieczy lub pęcherzyków gazu) w większe, zmniejszając stopień dyspersji układu, i w konsekwencji prowadzi do rozbicia emulsji na odrębne fazy lub opadnięcia piany.

Proces koalescencji, zachodzący w chmurach, prowadzi do powstawania kropli deszczowych.

6. II faza oczyszczania.

Większość ścieków bytowo-gospodarczych zawiera zanieczyszczenia organiczne, rozkładane na drodze biologicznej. Zanieczyszczenia służą mikroorganizmom jako pokarm, pozwalający na dalsze namnażanie się i budowanie komórek. W wyniku tych procesów, dochodzi do utleniania związków organicznych do prostych związków mineralnych. Podstawa miary efektywności procesu jest usuwanie zanieczyszczeń organicznych, wyrażane ubytkiem wartości BZT5.

Wyróżniamy:

• niepełne biologiczne oczyszczanie ścieków, gdzie obniżenie BZT5 nie przekracza 85%; stężenie BZT5 w ściekach oczyszczonych może być >= 40gO₂/m³

• pełne biologiczne oczyszczanie ścieków, gdzie efektywność procesu: 90-95%, a BZT5 ścieków oczyszczonych jest =<25gO₂/m³

Dodatkowo w trakcie II stopnia oczyszczania ścieków rozpoczyna się proces usuwania zanieczyszczeń biogennych (związków azotu i fosforu).

Proces biologicznego oczyszczania ścieków prowadzony jest w dwóch typach reaktorów:

a) reaktory, z mikroorganizmami osiadłymi; zaliczamy do nich wszystkie złoża biologiczne, pracujące w warunkach tlenowych lub beztlenowych; na terenie Polski, ten sposób oczyszczania ścieków stosowany jest raczej na terenie oczyszczalni mniejszych

b) reaktory biologiczne z organizmami wolno pływającymi; są to różnego typu komory osadu czynnego, pracujący w warunkach tlenowych lub przemiennych; dominuje obecnie na terenach dużych oczyszczalni.

W wyniku biologicznego oczyszczania ścieków, dochodzi do wytworzenia produktu ubocznego → osady biologiczne w postaci osadu czynnego nadmiernego lub obumarłej błony biologicznej. Osady te wydzielane są w osadnikach wtórnych, lokalizowanych po reaktorach biologicznych.

Ścieki, które nie podlegają biodegradacji, w ramach II stopnia oczyszczania ścieków, usuwane są na drodze chemicznej. Stosuje się tu procesy: strącania chemicznego, utleniania oraz klarowania ścieków.

Zastosowanie odczynników chemicznych, prowadzi do usunięcia niepożądanych zanieczyszczeń, ale jednocześnie może spowodować zasolenie ścieków oraz dodatkowo powstają dość duże ilości osadów chemicznych, które dalej należy zagospodarować. Oczyszczanie ścieków na drodze chemicznej, dotyczy częściej ścieków przemysłowych niż ścieków miejskich.

7. Filtracja (procesy podczas niej).

Podczas filtrowania wody przepływa ona przez materiał filtracyjny w określonym kierunku i z określoną prędkością. Za przepływ wody przez złoże odpowiada nadciśnienie wytworzone nad złożem filtracyjnym. W przypadku filtrów otwartych nadciśnienie to zapewnia warstwa cieczy zatrzymana nad złożem filtracyjnym i wysokość tej warstwy cieczy zwiększa się wraz z kolmatacją złoża. W przypadku filtrów zamkniętych funkcje wytworzenia nadciśnienia przejmują pompy. Za efektywność procesu filtracji odpowiadają także procesy towarzyszące, do których zaliczamy procesy: cedzenia, sedymentacji i dyfuzji, które decydują o transporcie cząsteczki na materiał filtracyjny. Dodatkowo obserwujemy strefowość występowania procesów wspomagających filtrację.

Jeżeli chodzi o filtrację mechaniczną to przyjmuje się, że odbywa się ona w górnych warstwach złoża filtracyjnego i jest to warstwa około 5 cm, w której odbywa się zatrzymywanie 90% zanieczyszczeń zawartych w uzdatnionej wodzie. W pozostałych częściach złoża zachodzą procesy adsorpcji, katalizy, wymiany jonowej oraz procesy biochemiczne.

Jeżeli chodzi o procesy adsorpcji, katalizy i wymiany jonowej to zachodzą one w całej objętości złoża. Uzależnione są od charakterystyki zastosowanego materiału filtracyjnego, filtracyjnego wykorzystujemy je w procesach odżelaziania, odmanganiania i zmiękczania wody. Natomiast procesy biochemiczne mogą zachodzić w górnych częściach złoża i tutaj dominują procesy tlenowe wykorzystywane np. przy procesie nitryfikacji wody, w warstwach głębszych będziemy obserwować procesy beztlenowe wykorzystywane np. przy procesie denitryfikacji wody.

Procesy adsorpcji, katalizy oraz procesy biochemiczne mogą pojawiać się w złożu filtracyjnym po pewnym okresie wpracowania (wytworzenie warstw aktywnych na ziarnach materiału filtracyjnego lub namnażanie mikroorganizmów odpowiedzialnych za procesy biochemiczne). Jeżeli chodzi o materiał filtracyjny to powinien być on odporny na działanie mechaniczne i chemiczne (nie powinien zmieniać struktury).

W procesie filtracji wykorzystujemy piasek, żwir, węgiel aktywny granulowany, a w złożach przeznaczonych do filtracji specjalnych pokruszony marmur lub dolomit. Zasada ułożenia złoża filtracyjnego jest następująca albo mamy złoże jednolite albo mamy złoże warstwowe. Jeżeli chodzi o złoża warstwowe to zasada jest taka, że wielkość ziaren materiału filtracyjnego powinna być dwa razy większa od uziarnienia warstwy poprzedzającej. Zapewnia nam to samoistne rozdzielenie poszczególnych warstw materiału filtracyjnego po procesie płukania. Proces filtracji jest procesem cyklicznym i cykl pracy filtra to czas filtracji pomiędzy dwoma kolejnymi płukaniami.

Czas filtracji zależy od:

- zastosowanego uziarnienia

- prędkości filtracji

- od stopnia zanieczyszczenia uzdatnionej wody

Przeciętna długość procesu filtracji przyjmowana jest jako 24 godziny. Nie powinna być krótsza niż 8 godzin. Momentem zakończenia filtracji to jest osiągnięcie dopuszczalnych strat ciśnienia lub pogorszenie jakości filtratu ponad wartości wymagane.

Proces płukania może być prowadzony sama wodą, wykorzystujemy wodę uzdatnioną. Proces płukania odbywa się zawsze w przeciwprądzie. W celu zwiększenia efektywności procesu płukania można go przeprowadzić za pomocą wody uzdatnionej i powietrza. Powietrze wprowadzone w złoże powoduje naruszenie struktury złoża, co prowadzi do zwiększonego odrywania zanieczyszczeń zatrzymywanych na ziarnach materiału filtracyjnego.

Podsumowując proces filtracji zapewnia nam usunięcie z uzdatnionej wody barwy i mętności wody. Przyczynia się także do poprawy smaku wody oraz obniżenia jej utlenialności.

8. Strącanie symultaniczne.

Polega ono na dawkowaniu koagulantu do komory osadu czynnego lub bezpośrednio przed nią. Szczególnie polecane jest dawkowanie chemikaliów do komory napowietrzania. Zalecane jest ono wszędzie tam, gdzie wymagane jest uzyskanie wysokich efektów strącania fosforu, a jednocześnie nie wolno za mocno obniżyć stężenia węgla organicznego, niezbędnego w procesie denitryfikacji

9. Sorbenty mineralne.

Sorbenty mineralne - zaliczamy do nich żel krzemionkowy, aktywny tlenek glinu, tlenki i wodorotlenki metali oraz materiały gliniaste.

1) Żel krzemionkowy - sorbent charakteryzujący się dużą wytrzymałością mechaniczną, odpornością na zmiany temperatury, jest to sorbent chemicznie obojętny.

W uzdatnianiu wody żel krzemionkowy stosujemy jako sorbent jonowymienny i stosowany jest do usuwania metali.

2) Tlenki i wodorotlenki metali - na dzień dzisiejszy najszersze zastosowanie znajdują tlenki i wodorotlenki glinu i żelaza (III).

W uzdatnianiu wody stosujemy je do usuwania fluoru i substancji organicznych.

3) Zeolity - sorbenty składające się z uwodnionych glinokrzemianów i krzemianów, przeważnie wapnia i sodu.

W zależności od proporcji krzemionki do tlenku glinu rozróżniamy różne typy zeolitów. Im większa jest ta proporcja, tym zeolit charakteryzuje się większą kwasoodpornością. W uzdatnianiu wody zeolity stosowane są do usuwania m.in. azotu amonowego.

10. Nitryfikacja.

Nitryfikacja

Proces dwuetapowy, w którym azot amonowy przemieniany jest najpierw w azotyny (z udziałem bakterii Nitrosomonas), a następnie azotyny przemieniane są w azotany (z udziałem bakterii Nitrobacter). Zarówno I jak i II etap nitryfikacji jest procesem tlenowym. Porównując szybkość wzrostu bakterii, bakterie Nitrobacter rozmnażają się znacznie szybciej niż Nitrosomonas, a Nitrosomonas wytwarzają azotyny niezbędne dla Nitrobacter, dlatego szybkość namnażania Nitrosomonas wyznacza prędkość przebiegu procesu nitryfikacji.

Przebieg nitryfikacji uzależniony jest od czynników:

- temperatury

- stężenia tlenu rozpuszczonego

- pH ścieków

- obciążenia ładunkiem zanieczyszczeń

- występowanie substancji toksycznych

- stężenie związków azotu w ściekach poddawanych procesowi oczyszczania

Temperatura - proces nitryfikacji przebiega w temp. od 5 do 30^oC; (optymalna: 25-28^oC); spadek temp. do wartości 5^oC spowoduje wyhamowanie, a nawet całkowite zatrzymanie procesu

pH - optymalne: 7,5 - 8,5; negatywny wpływ na nitryfikację wywiera zakwaszenie środowiska, przy równoczesnej niskiej zasadowości ścieków

Bardzo ważnym czynnikiem jest zawartość tlenu rozpuszczonego - minimalne stężenie tlenu rozpuszczonego powinno wynosić od 1 do 2gO₂/m³ (im wyższe stężenie, tym przebieg procesu nitryfikacji jest pełniejszy)

Obciążenie ładunkiem zanieczyszczeń - zanieczyszczeń przypadku, kiedy ścieki dopływające do układu biologicznego będą zawierały duże ilości zanieczyszczeń organicznych węglowych, wyrażonych jako BZT5, zaobserwujemy wyhamowanie procesu nitryfikacji. Jest to spowodowane współzawodnictwem heterotrofów odpowiedzialnych za rozkład zanieczyszczeń organicznych węglowych o tlen i inne składniki pokarmowe z bakteriami nitryfikacyjnymi.

Czynnik toksyczności - bakterie nitryfikacyjne są bardziej wrażliwe na substancje toksyczne niż heterotrofy rozkładające związki organiczne węglowe; najczęściej, gdy występują substancje toksyczne, obserwujemy momentalne zahamowanie nitryfikacji (samo stężenie azotu amonowego w ściekach dopływających do układu, może mieć działanie toksyczne dla działania bakterii nitryfikacyjnych).

Maksymalny wzrost bakterii nitryfikacyjnych: gdy stężenie azotu amonowego ok. 7g N amonowego/m³. Dalszy wzrost stężenia tego azotu, nie powoduje zwiększenia efektywności procesu, a wręcz działa na niego hamująco.

II rząd:

1. Dekarbonizacja termiczna.

Dekarbonizacja termiczna - polega na rozpadzie rozpuszczonych w wodzie kwaśnych węglanów wapnia i magnezu, pod wpływem działania podwyższonych temperatur (o ile kwaśny CaCO₃ bardzo szybko przechodzi w formę obojętnego węglanu wapnia, nierozpuszczalnego w wodzie i wytrąca się w postaci osadu, to kwaśny MgCO₃ początkowo przechodzi w formę węglanu magnezu, który pozostaje nadal jeszcze dość dobrze rozpuszczalny w wodzie; dopiero jego dalsza hydroliza do wodorotlenku magnezu czyni go nierozpuszczalnym w wodzie, czyli wytrącanym w postaci osadu; niestety to wytrącanie zachodzi dopiero przy podwyższonym pH → około 11) proces dekarbonizacji termicznej uzależniony jest od zastosowanych temperatur (im temp. wyższa, ty szybciej przebiega)

2. Ozonowanie.

Ozon jest trzyatomową cząsteczką tlenu. Jest on gazem o charakterystycznym zapachu i silnych właściwościach utleniających. Jego działanie bakteriobójcze jest 15 razy większe od działania chloru. Pozostałe zalety to jego działanie bakteriobójcze jest w znacznie mniejszym stopniu uzależnione od temperatury procesu. Druga zaleta: niewykorzystany ozon ulega rozpadowi do tlenu, a nie trzeba go usuwać w sposób sztuczny z uzdatnionej wody. Trzecia zaleta: ozon może być wytwarzany na stacji uzdatniania wody z tlenu zawartego w powietrzu, przez co eliminowane są koszty transportu. Czwarta zaleta to, że w połączeniu ze związkami organicznymi nie powstają substancje o nieprzyjemnym zapachu i smaku. Ilość ozonu potrzebna do dezynfekcji 1 - 3 mg ozonu na litr, które dają nam pozostałość ozonu w uzdatnionej wodzie rzędu 0,3 mg ozonu na litr już po okresie od 5 - 10 minut kontaktu ozonu z uzdatnioną wodą. Jena wada: ozon ze względu na swoją zdolność do rozpadania z powrotem do tlenu nie zapewnia nam ochrony uzdatnionej wody w instalacji. Na dzień dzisiejszy wszędzie tam gdzie stosowane jest ozonowanie prowadzi się dodatkowo chlorowanie wody w celu ochrony jej w instalacji. W przypadku chlorowania wody ozonowanej chlorowanie możemy wprowadzić dopiero po całkowitym zaniku ozonu w uzdatnionej wodzie.

3. Amonifikacja.

Amonifikacja

Proces polegający na przemianie związków azotu do amoniaku;

Przebiega w warunkach tlenowych i beztlenowych; szybkość przebiegu reakcji jest tak duża, że proces rozpoczyna się już w trakcie przepływu ścieków do oczyszczalni i nie ma konieczności wydzielania oddzielnych komór amonifikacyjnych.

4. Kompostowanie osadu.

2. I faza - samoczynny, gwałtowny wzrost temp. do około 70^oC; dochodzi do masowego rozwoju bakterii termofilnych, które rozkładają związki organiczne (powodują utlenianie białka, węglowodanów i tłuszczy), proces ten trwa 10-14 dni

3. II faza - faza spadku temperatury (40-60^oC); towarzyszy mu proces mineralizacji i humifikacji (powstawanie próchnicy; w kopcu rozwijają się bakterie glebowe i grzyby), proces ten trwa 4-8 tygodni

4. III faza - dojrzewanie kompostu; powolny spadek temp., zanikają bakterie termofilne, pojawiają się bakterie mezofilne; miernikiem zakończenia procesu kompostowania jest wystąpienie w pryzmie azotanów i fosforanów oraz odpowiedni stosunek C:N (16:1 lub 20:1) oraz C:P (100:1)

5. Po zakończeniu procesu kompostowania, kompost jest badany czy spełnia wszystkie warunki. Kompost jest dalej zagospodarowywany.

1. Proces osmozy.

Osmoza - dyfuzja rozpuszczalnika przez błonę półprzepuszczalną rozdzielającą dwa roztwory o różnym stężeniu. Osmoza spontanicznie zachodzi od roztworu o niższym stężeniu substancji rozpuszczonej do roztworu o wyższym, czyli prowadzi do wyrównania stężeń obu roztworów.

W kontekście osmozy roztwór z którego ubywa rozpuszczalnika nazywa się hipotonicznym, tego w którym przybywa nazywa się hipertonicznym. Gdy roztwory pozostają w równowadze osmotycznej, mówi się że są wzajemnie izotoniczne względem siebie.

Zjawisko odkryto, badając plazmolizę komórek skórki liści zapasowych cebuli - dotyczyło więc żywych komórek, w których błoną półprzepuszczalną jest błona komórkowa, a roztworami zawartość komórki i płyn pod szkiełkiem nakrywkowym preparatu mikroskopowego.^{[potrzebne źródło]} Później nauczono się wytwarzać sztuczne błony półprzepuszczalne (np. celofan) i okazało się, że samo zjawisko nie jest specyficzną cechą życia. Może zachodzić w różnych rozpuszczalnikach i dotyczyć różnych substancji rozpuszczonych.

2. Podział korozji ze względu na wielkość.

6. Korozja ogólna - charakteryzuje się równomiernym rozłożeniem zniszczeń na całej powierzchni materiału, będącego w kontakcie z materiałem korodującym

7. Korozja miejscowa (skupiona) - charakteryzuje się tworzeniem lokalnych wżerów, nierównomiernie rozłożonych na powierzchni materiału

8. Korozja punktowa (selektywna) - charakteryzuje się wgłębnymi uszkodzeniami materiału o średnicy do 1 mm

9. Korozja międzykrystaliczna - przebiega na styku ziaren lub kryształów materiału

10. Korozja transkrystaliczna - powoduje uszkodzenia biegnące przez kryształy lub ziarna materiału

7. I stopień oczyszczania.

W świetle obowiązujących obecnie przepisów, nie pozwala na uzyskanie ścieków o parametrach pozwalających wprowadzić je z powrotem do środowiska.

Dlatego obecnie oczyszczanie I stopnia traktowane jest jako przygotowanie ścieków do dalszych procesów oczyszczania. W ramach I stopnia oczyszczania, stosowane są proste procesy mechaniczne, które prowadzą do wydzielenia:

- większych ciał stałych pływających lub wleczonych, które nazywamy skratkami (zatrzymywane są na kratach lub sitach)

- cząstki ziarniste o wielkości ziarna 0,1 mm; są to najczęściej zawiesiny mineralne, zatrzymywane w piaskownikach

- zanieczyszczenia oleiste i tłuszcze, które zatrzymywane są w piaskownikach napowietrzanych lub wydzielają się samoistnie w procesie sedymentacji flotując na powierzchnię ścieków; przy dużych stężeniach natomiast budowane są dla nich specjalne komory zwane odtłuszczaczami

- zawiesiny łatwo opadające; mogą być pochodzenia mineralnego lub organiczne; wydzielają się w osadnikach wstępnych na drodze sedymentacji

W trakcie przeprowadzania procesów mechanicznych dochodzi do usunięcia następujących zanieczyszczeń:

* zawiesina łatwo opadalna → efektywność usuwania: 90%

* zawiesina ogólna → 60-70%

* BZT5 (biochemiczne zapotrzebowanie na tlen; wyraża ilość tlenu potrzebną do rozkładu związków organicznych zawartych w ściekach przez mikroorganizmy w temperaturze 20^oC; okres 5-dniowy jest okresem najintensywniejszego rozkładu związków organicznych węglowych) → efektywność usuwania: 25-40% (najczęściej 30%)

* ChZT (chemiczne zapotrzebowanie na tlen) → 20-40%

* azot ogólny → 10-20%

* fosfor ogólny → 5-15%

* jaja robaków → 70-85%

* bakterie → 25-75%

Stosowanie urządzeń: w przypadku dużych oczyszczalni ścieków, stosowane są wszystkie urządzenia, czyli: kraty, piaskowniki, osadniki wstępne i odtłuszczacze (jeżeli jest to konieczne); w przypadku oczyszczalni małych, oczyszczanie mechaniczne ogranicza się do osadnika wstępnego, poprz3edzonego kratami, które nie będą występowały na terenie oczyszczalni przydomowych.

Proces oczyszczania mechanicznego może być czasami poprzedzony lub wzbogacony w proces napowietrzania, stosowany w celu odświeżenia zgniłych ścieków (gdy większość ścieków dowożona jest wozami asenizacyjnymi).

8. Fazy fermentacji.

Proces fermentacji - wykorzystywany jest do oczyszczania ścieków o dużej zawartości substancji organicznych; dodatkowo, dokonuje się unieszkodliwiania osadów ściekowych.

Proces fermentacji jest procesem oczyszczania ścieków z udziałem mikroorganizmów w warunkach beztlenowych.

Istotą tego procesu jest rozkład substancji organicznych do związków mineralnych, najlepiej do metanu i wody.

Proces fermentacji składa się z dwóch faz:

I faza kwaśna

II faza metanowa

I faza

W fazie kwaśnej ścieki przemysłowe czy osad poddany fermentacji stają śluzowatą strukturą o nieprzyjemnym zapachu, z której dochodzi do wydzielania się gazów, którymi głównie są CO₂, H₂S i merkaptany; przemiany w fazie kwaśnej: dochodzi do rozkładu związków organicznych złożonych do kwasów przy czym dominują następujące produkty:

W zależności od składu ścieków czy osadu:

- z białka w wyniku fermentacji kwaśnej powstają aminokwasy, amoniak, siarkowodór i CO₂

- z tłuszczów: gliceryna i kwas stearynowy

- z węglowodanów: cukry, kwas masłowy i kwas propionowy;

Cukry dalej rozkładają się do kwasu octowego, alkoholu etylowego, alkoholu butylowego oraz do CO₂ i H₂.

Ze względu na dalszy przebieg procesu fermentacji, ważną rolę odgrywają: kwas octowy, kwas masłowy i kwas propionowy. Są to produkty kwaśnej fazy fermentacji, niezbędne dla mikroorganizmów fazy metanowej.

Reakcje zachodzące w fazie fermentacji kwaśnej mają charakter hydrolityczny i nadają środowisku odczyn kwaśny. Najkorzystniej proces przebiega przy pH około 5. Porównując prędkość przebiegu fazy I i II, fermentacja kwaśna przebiega wolniej niż fermentacja metanowa.

Ponieważ w fermentacji kwaśnej powstają metabolity niezbędne dla bakterii metanowych, fermentacja kwaśna jest czynnikiem limitującym całej fermentacji.

II faza

Prowadzi ona do rozkładu wszystkich związków organicznych (wymienionych w I fazie) do formy mineralnej, czyli do metanu i CO₂.

Proces fermentacji metanowej, może przebiegać w temperaturze od 0 do 50^oC. Im wyższa temperatura, tym większa prędkość reakcji.

Proces fermentacji jest bardzo czuły na zmianę temperatury i nawet nagły spadek o 1-2^oC może spowodować wyhamowanie procesu fermentacji.

Parametry, które wpływają na przebieg fermentacji:

*temperatura

W zależności od temperatury, jaką zastosujemy można wykorzystywać różne grupy organizmów beztlenowych

a) 2-30^oC - występowanie w procesie bakterii psychofilowych

b) 30-33^oC - dominują bakterie mezofilowe

c) powyżej 33oC (do 50^oC) - dominują bakterie termofilowe

Na terenie Polski wykorzystuje się fermentacją mezofilową.

* obciążenie komory fermentacji ładunkiem zanieczyszczeń

Jest to ładunek zanieczyszczeń organicznych wyrażony w kg/ jednostkę objętości komory w ciągu 1 doby). W zależności od ładunku zanieczyszczeń jaki dostarczamy do komory, rozróżniamy komory nisko- i wysoko obciążone. Niskoobciążone dominują na terenie Polski. Przyjmuje się, że czas fermentacji osadu powinien wynosić 40 dni.

* mieszanie zawartości komory fermentacji

W trakcie przebiegu procesu fermentacji na powierzchni cieczy w komorze dochodzi do wytworzenia kożucha. Powstaje on z flotującego osadu, tworzy jednolitą warstwę, uniemożliwiającą wydostawanie się gazów z cieczy. W wyniku tego zjawiska dochodzi do punktowego podwyższania się temperatury w objętości cieczy poddawanej fermentacji. Jest to zjawisko niekorzystne, dlatego konieczne jest rozbijanie kożucha. Uzyskuje się to przez zastosowanie mieszadeł mechanicznych lub przez przepompowywanie zawartości komory z jednego miejsca na drugie (najbardziej odległego). Oprócz rozbicia kożucha, mieszanie posiada jeszcze jedną zaletę: zapewnia równomierne wymieszanie świeżego osadu z mikroorganizmami zawartymi w komorze fermentacji.

Przyjmuje się, że czas wymieszania komory powinien wynosić 24h (nie może być dłuższy)

* dawkowanie świeżych osadów do komory fermentacji

Proces fermentacji można prowadzić w sposób ciągły lub okresowy.

Wykres efektywności od czasu

A-B → intensywny wzrost mikroorganizmów (wydajność fermentacji coraz większa)

B-C → ustala się równowaga pomiędzy przyrostem a obumieraniem mikroorganizmów (proces fermentacji przebiega na stałym poziomie)

Po osiągnięciu punktu C mikroorganizmy stopniowo obumierają (brak składników pokarmowych) proces fermentacji zanika.

Niekorzystne okresy: A-B oraz C-D.

W przypadku prowadzenia procesu w sposób cykliczny komorę fermentacji opróżniamy tylko częściowo z osadu przefermentowanego, przefermentowanego w jego miejsce wprowadzamy osad świeży. Osad ten w wyniku mieszania zaszczepiany jest mikroorganizmami, co przyspiesza fazę fermentacji właściwej. Powoduje to skrócenie okresu wpacowania komory i wyeliminowanie z układu okresu spadku efektywności procesu fermentacji.

W układzie cyklicznej fermentacji, nie doprowadzamy do 100% rozkładu związków organicznych, jak to ma miejsce w układzie o pracy ciągłej. Dodatkowo, w układzie o pracy okresowej, może dochodzić do obniżenia temperatury procesów w trakcie wprowadzania świeżego osadu. Może to spowodować niewielkie zmniejszenie efektywności procesu.

W fermentacji biorą udział bakterie beztlenowe, dlatego nie można dopuścić, aby w osadach ściekowych występował tlen rozpuszczony (czynnik hamujący).

* skład osadów ściekowych lub ścieków

Muszą one zaigrać związki organiczne, ale nie mogą zawierać substancji toksycznych (bakterie fermentacyjne są wrażliwe na wszystkie substancje toksyczne).

Produkty procesu fermentacji:

1. Osad ściekowy (poddawany procesowi unieszkodliwiania)lub ścieki przemysłowe mineralizowane

2. Gaz (najlepiej 100% z metanu); ilość metanu jest uzależniona od składu ścieków. Gaz ten wykorzystywany jest do ogrzewania: komór fermentacji, pomieszczeń oczyszczalni. Nadmiar: w zbiornikach do przechowywania gazu oraz spalany w pochodniach.

3. Wody nadosadowe wydzielane w komorze fermentacji (jeżeli prowadzimy ją w sposób ciągły). Posiadają one dość duży stopień zanieczyszczenia. Wody te zawracane są do układu oczyszczania. Najczęściej wprowadzane są przed komorę osadu czynnego (dalej ze ściekami są oczyszczane)

---