Koagulacja to proces polegający na łączeniu się cząstek fazy rozproszonej koloidu (układ koloidowy stanowią cząstki zdyspergowane o wymiarach 10-7 do 2*10-5 cm, mniejsze cząstki należą do roztworów właściwych, a większe do zawiesin) w większe agregaty tworzące fazę ciągłą o nieregularnej strukturze. Istnieje koagualacja 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. Cząstki mogą się łączyć z molekułami wody, co sprawia że cząstka jest bardziej stabilna(cz. Hydrofilowe), Cz. Hydrofobowe - nie łączą się z wodą. Cząseteczki występujące w wodzie mają najczęściej potencjał ujemny. (organiczne, nieorganiczne). METODY KOAGULACJI: W koagulacji rozróżniamy następujące metody: I.Metody fizyczne *naświetlanie promieniami UV (jonizującymi) *nadźwiękowianie ultradźwiękami *podwyższone temperatura *wymrażanie, *działania mechaniczne np.wytrząsanie II.Metody fizyczno-chemiczne *stosowanie elektolitu lub koloidu o przeciwnym znaku - wtym celu stosuje się koagulanty. Koagulanty - sole żelaza lub glinu (Al2(SO4)3, CHLOREK GLINU, FeSO4, Fe2(SO4)3, FeCl3, MgCO3. Proces koagulacji w warunkach technicznych: 1) dawkowanie roztworu koagulantu do oczyszczanej wody (5-10% roztwór) i mieszanie - proces szybkiego mieszania (ok. 2 min). 2) Flokulacja - proces wolnego mieszania, proces łączenia się powstałych podczas reakcji drobnych cząstek które jeszcze nie są w stanie sedymentować (bo są jeszcze za małe) czas ok. 10-20 min. 3) separacja cząstek w procesie sedymentacji. CHEMIZM KOAGULACJI stosowane są również koagulanty częściowo zobojętnione na podstawie chlorku glinu. AL2(SO4)→2AL³⁺+3SO4^3- hydroliza będzie przebiegać trójstopnowo Ist.: AL³⁺+H2O→AL(OH)²⁺+H⁺ IIst. AL(OH) ²⁺+H2O→AL(OH) ⁺ +H⁺ IIIst. AL(OH) ⁺+H2O→AL(OH)3+H⁺ --

Al2(SO4)3+6H2O→2AL(OH)+3H2SO4; H2SO4+Ca(HCO3)2→CaSO4+2CO2+2H2O

Uzdatnianie wód podziemnych - ich jakość jest lepsza od wód powierzchniowych, gdyż zazwyczaj nie zawiera zanieczyszczeń org. i nie są skażone biologicznie. Głównym zanieczyszczeniem są zw. Mn i Fe. Na jakość wód wpływa czas filtracji im dłużej tym lepiej. F2O3+4CO2+2H2O->2Fe(HCO3)2; 2FeS2+7O2+2H2O->2FeSO4+2H2O; FeS+2CO2+2H2O->Fe(HCO3)2+H2S. SPOSOBY USÓWANIA zw. Fe: Przeprowadzenie zw. Z formy słabo w trudno rozpuszczalną: Fe(HCO3)2 ^H2O Fe(OH)2+2CO2|; Fe(OH)2+1/2O2+H2O->Fe(OH)3 Proces odkwaszania (usuwanie CO2 z wody): 1) polega na dostarczeniu do wody sprężonego powietrza, w wyniku różnic w ciśnieniu CO2 przechodzi do powietrza i jest usuwane na zewnątrz, 2) polega na wytworzeniu dużej powierzchni kontaktu wody z powietrzem. Sposób zależy od zasadowości wody. Urządzenia do odkwaszania: 1) Zasadowość M>5 mval/dm3 a) ciśnieniowy mieszacz powietrza z wodą, b) ciśnieniowy zbiornik do napowietrzania wody

2) Zasadowość M 4-5 mval/dm3 a) koryto napowietrzające b) dysze

3) zasadowość M 3-4 a) dysze zderzeniowe (metoda ma najwieksza skuteczność rzedu 80% usuwania CO2) 4) zasadowość M 2-3 a) złoża ociekowe z naturalnym napowietrzeniem b) ociekowe złoża rurowe (z wymuszonym przepływem pow.)

5) zasadowość M< 2 stosujemy metory uzdatniania CO2: NaOH+CO2->NaHCO3; NaHCO3+CO2+H2O->2NaHCO3; Ca(OH)2+2CO2->Ca(HCO3)2. Sposoby usuwania zw. Mn: zamiana Mn+2 na Mn+4, Mn(HCO3)2 = Mn(OH)2+CO2, I etap usuniecie CO2, II etap utlenienie Mn+2 na Mn+4 pH>9,5, Katalizator reakcji to tlenki manganu (pokrycie złoża powłoką manganowo tlenową lub rud manganowych. Mn(OH)2+MnO(OH)2->Mn2O3+2H2O; 2MnO2+O2+4H2O->4MnO(OH)2, Mangan usuwany osadza się na piasku tworząc powłokę, część usuwana jest w czasie płukania. Metody tworzenia się powłoki: 1) dodanie do wody KMnO4 2) filtrowanie wody zawierającej mangan (powłoka jest trwalsza) Metoda katalicznego usuwania Mn jest skuteczna wówczas gdy w wodzie nie występują zw. Redukowane (np. H2S) oraz zw. organiczne. Jeśli występują związki redukowane to przed filtrem stosuje się silne utleniacze (dwutlenek chloru, ozon, *chlor - obecnie zakazany). Najprostrze dawkowanie KMnO4 (po odkwaszeniu!!!), stosowanie przed odkwaszeniem utlenialoby też zw. Fe+2. Jeśli woda zawiera dużo zw. org. może zajść konieczność koagulacji po odkwaszeniu. Najczęściek koagulacja powierzchniowa w złożu.

Wody infiltracyjne: wywołanie sztucznego przepływu wody powierzchniowej do wody gruntowej, następuje wzbogacenie wód podziemnych wodami powierzchniowymi przy jednoczesnym oczyszczaniu wód powierzchniowych. Skuteczność usuwania metali ciężkich: Zn82%, Pb75%,Sn20%, Hg33%,Se11%,Cu76%, Cr94%. Jeśli woda nie spełnia wymagań należy ją oczyszczać w układzie koagulacji i filtracji. PROCESY PRZEBIEGAJĄCE W WODACH PODZIEMNYCH PODCZAS INFILTRACJI. Stawy infiltracyjne są płytkie 1 do 1,5m, dobrze nasłonecznione w okresie letnim będą się rozwijać glony, (azot i fosfor jest im potrzebny do życia) gdyż woda jest naświetlona w wyniku rozwoju glonów nastąpi zmniejszenie azotu i fosforu, będą one również wiązać w swojej biomasie metale ciężkie. Glony będą zużywać CO2wynikiem tego jest wzrost pH nawet powyżej 8,5. Efektem tego będzie wytrącanie się w stawie węglanu wapnia a wraz z nim zawarte w wodzie metale ciężkie /wytrącanie się wapnia, oraz osady organiczne. PROCESY INFILTRACJI BIOCHEMICZNE. W pierwszej fazie (górnych warstw) woda będzie jeszcze zawierać tlen w górnej warstwie będą przebiegać procesy utlenianialności i nitryfikacja - powstanie azotanów NH4+→NO2-→NO3- Gdy stężenie tlenu spadnie do zera przebiegają procesy aerobowe (beztlenowe). W tych warunkach zachodzi proces denitryfikacji NO3-→ N2 Usunięcie związków azotowych (azotanów) + azotu amonowego to są procesy biochemiczne. PROCESY INFILTRACJI FIZYCZNE. *usunięcie ciał stałych *sorpcja(zatrzymanie mikrozanieczyszczeń organicznych *procesy rozpuszczania minerałów (woda zaczyna nabierać cechy wody podziemnej) *procesy wymiany jonowej między zw. występującymi w wodzie a zw. w gruncie. Prowadzi to do znacznego poprawienia jakości wody w efekcie woda infiltracyjna jest bardziej czysta. Nabiera również cechy wody podziemnej.Woda infiltracyjna musi być uzdatniana, gdyż zawiera związki żelaza i manganu. UZDATNIANIE - koagulacja nie zawsze jest potrzebna zależy od czystości wody infiltracyjnej. Często dawkuje się KMnO4, zawsze zachodzi proces filtracji.

ZANIECZYSZCZENIA W WODZIE *nieorganiczne - rtęć, nikiel, srebro, metale ciężkie *organiczne - pestycydy, chlorowce pochodne, węglowodany arometyczne. CECHĄ MIKROZANIECZYSZCZEŃ: jest to, iż mają one zdolność do kumulowania z organizmami wyższymi. METODY USUWANIA MIKROZANIECZYSZCZEŃ NIEORGANICZNE: *metale ciężkie -usuwanie polega na przekształceniu zw. trudno rozpuszczalnych w łatwo rozpuszczalne - wytrącenie się w postaci wodorotlenków. wpływ pH na udział kompleksów metali z grupami -OH
Proces usuwania metali poprzez podniesienie pH jest rzdko stosowane. Należy dążyć do tego by stężenie met. ciężkich było takie jak wartość dopuszczalna - nie większe gdyż ciężko je usunąć. *Przy koagulacji przy wyższych odczynach >8 metale ciężkie będą bardzo dobrze usuwane *w sorpcji - łatwiej gdy pH będzie wyższe, zarówno w sorpcji kolumnowej jak i w sorpcji na węglu pylistym

*w procesach infiltracji **Pierwiastki promieniotwórcze - mogą występować w wodach - radon i rad (w wodach górskich) uran(pochodzi ze złóż) Radon jest pierwiastkiem gazowym więc jest skutecznie usuwany przez odwaszanie. Rad bardzo łatwo jest usuwany w złożu pokrytym tlenkiem manganu w złożu piaskowym impregnowanym HCL(kw. solny) Uran usuwany jest dobrze w procesach usuwania twardości(zmiękczania); procesach wymiany jonowej, procesie koagulacji. ORGANICZNE: *pestycydy polichrowco-pochodne (trudno rozpuszczlne w H2O, łatwo usuwane w procesach; sorpcji, koagulacji. Nie powinno się stosować środków utleniających, gdyż mogą powstać bardziej szkodliwe produkty *utlenianie - obciążenie złoża 3,2dm3/dm3h stopień usuwania: DDT→99,Lindan→99 Paration→99, Diedryna→99, Ester→99, Endryna→99 *sorpcja na węglu aktywnym pylistym DDT→ ,Lindan→30 Paration→99, Diedryna→75, Ester→80, Endryna→80 Chlorowane związki organiczne - inne niż pestycydy →CHZO →bardzo niebezpieczne związki. PCB - związek niebezpieczny, rakotwórczy Usuwane są w procesach utleniania nadtlenkiem wodoru, ozonem. Dodatkowo promieniami UV. Po utlenianiu następuje proces sorpcji - usuwanie związków prostych powstałych po utlenianiu. Reakcja Redox utl. nadtlenkiem wodoru i solą żelaza dwuwartościowego Fe+2

Fe+2+H2O2 ->Fe+3 +OH-+OH-*↓ potencjał redox → 2,8V. Reakcję tą prowadzi się przy pH poniżej 3. Po podniesieniu pH dodatkowo przebiega proces koagulacji *WWA - węglowodory aroma-tyczne - zw. rakotwórcze(silnie) występują w sadzy. Dopuszczalne stężenie normowane jest nanometrach . W wodzie najczęściej występują z drobnymi zawiesinami. Usuwanie jast trudne: - wprocesach koagulacji -sorpcji i - utlenianie ozonem, nadtlenkiem wodoru. SUBSTANCJE POWIERZCHNIOWO CZYNNE -detergenty - ułatwiają rozpuszczanie trudno rozpuszczalnym związkom.metody usuwania: - utlenianie, -proces wymiany jonowej. Podsumowując proces SORPCJI jest najbardziej skuteczny.

DEZYNFEKCJA - ma na celu zniszczenie wszystkich mikroorganizmów żyjących w wodzie(np.jaj,pasożytów itp.) Zapobieganie skażeniu bakteriologicznemu w sieci. Zabezpieczenie sieci przed rozwojem życia biologicznego(na końcówkach sieci, gdzie prędkości przepływu są małe osadzają się np. bakterie żelaziste. METODY:fizyczne: *gotowanie wody temp 100stC (odporne na krótkie gotowanie jest salmonella), *naświetlanie promieniami UV(nie zabezpiecza wody przed wtórnym skażeniem), *ultradźwięki chemiczne: *dawkowanie chloru i jego pochodnych + ozon.

---