4 Stopnie oczyszczania ścieków:

I. mechaniczne: cedzenie(kraty,sita), sedymentacja(piaskownik, osadnik wstępny), flotacja(odtłuszczacze oleju). Usunięcie części pływających, wleczonych, zawiesin, tłuszczy

II. biologiczne lub chemiczne: osad czynny, złoża biologiczne, układy hybrydowe (pośrednie miedzy 1,2)

III. usuwanie związków biogennych głównie N i P: proces eutrofizacji

Fizyko chemiczne metody usuwania azotu amonowego (amoniaku):

I.Usuwanie azotu amonowego poprzez odpędzanie, stripping lub desorpcję, istota procesu polega na tym, aby amoniak przeszedł w formę gazową,

NH₄⁺ + OH^- = NH₃ + H₂O

, duży wpływ ma temperatura, należy silnie zalkalizować środowisko , alkalizacje przeprowadza się za pomoca wapna:

5% zawiesina Ca

Woda wapienna np. 20^oC = 1.23 gCao/dm³

Wode wapienn stosuje się dgdy dawki s mniejsze

# Dawka wapna zalezy od temperatury

# D w zalezy od zasadowości wody

1-szy etap przeprowadzenie formy amoniaku ,

2-gi etap w wieżach strippingowych (desorpcyjnych)

Na skutek doprowadzenia odpowiedniej ilości powietrza.

Wysokość 6-8 m

Obciążenie hydr 2-7 m/m²h

Wypełnienie wież tłuczki pierścienie Rashida

Problemem są osady

Zalety: skut. nie zależy od steż. amoniaku, skuteczna w lecie

Wady: mala skut. zimą , wytwarzanie osadów, skażenie atmosfery

SKUBER:NH₃ + H₂SO₄ = (NH₄)₂SO₄

II. wymiana jonowa, Kationit zwykły, klinoptylolit, glinokrzemian. Regeneracja solanką 3-5% NaCl,

KtNa + KtNa NH₄ = Kt NH₄⁺ + Na⁺

Proces regeneracji:

Kt NH₄ + NaCl = KtNa + NH₄Cl

Regeneracja biologiczna:

KtNH₄+ 2O₂+ 2Na₂CO₃ = KtNa +NO₄^-+H₂O + CO₂

^{1 mikroorganizmy}

Zdolnośc wymienna Kt 0,8 - 2,2 mg NH₄/dm³]

Twardosc wody < do 20%

Uziarnienie Kt 0,25 -0,7 mm

Obc hydr 6,5 - 13 m/m²h

Zakres pH 5 - 8

Zalety: duza skut. , niezależnie od temp. , tani material

Wady: nie nadaje się dla wod o dużej twardości ,

Ograniczone pH , odcieki poregeneracyjne

III. utlenianie amoniaku chlorem do punktu przełamania

NH₄⁺ + HOCl = NH₂Cl + H₂O + H⁺

NH₄⁺ +2 HOCl₂ = NH₂Cl +2H₂O + H⁺

NH₄⁺ +3 HOCl₃ = NH₂Cl + 3H₂O + H⁺

Reakcja rozkładu monochloraminy:

NH₂Cl + 3Cl₂ + H₂O = N₂O + N₂ + 10 HCl

Skuteczność do 98%, niezależne od temperatury, wady: niemożliwa do stosowania do dużych ilości amoniaku, spadek pH<3 powstaje niekorzystny NCl₃. Wyraźne punkty ekstremum dla pH=3+8, gdy pH spadnie bądź wzrośnie ciężko uchwycić punkt przełamania, po procesie konieczny proces dechloracji.

~utlenianie azotu amonowego chlorem na złożu z węgla aktywnego

Przez 20 h przez filtr przepuszcza się wode chlorową w clu utlenienia węgla CO^* nz tak przygotowane złoże kierujemy wode w której zostały wytworzone chloraminy

2NH₂Cl + CO^* = N₂ + 2H⁺ + 2 Cl^- + H₂O + C^*

2NH₂Cl + H₂O + C^* = N₂ + 4H⁺ + 4 Cl^- + CO^*

złożu klinoptolitowym

IV. Utlenianie NH_4­⁺ ozonem

V. Elektrolityczne utlenianie amonowe - przy pomocy anody platynowej, proces drogi, skuteczność do 98%.

VI. Metoda strąceniowa - fosforan magnezowo-amonowy

Fizyczno chemiczne metody usuwania azotanów

1. Wymiana jonowa - na anionitach w formie chlorkowej

Anionity:

OH^-<Cl^-<HCO₃< NO₃^-< SO₄^-2<PO₄^-3

AnCl + NO₃^- = AnNO₃ + Cl^-

Regeneracja 5 % NaCl

Anionity azotanoselektywne:

Purolit as20e

Imac HP555

II. Ekstrakcja jonowo-wymienna, aminy alifatyczne - substancje, w których azotany rozpuszczają się lepiej niż w wodzie, najlepszym nośnikiem amin są perełki polistyrenowe

III. Redukcja azotanów do wolnego azotu.

NO₃=N₂OiN₂ Reduktor jony F⁺², reagent FeSO₄, katalizator Cu⁺²

IV. Redukcja azotanów przy pomocy polimerów redoksowych (posiadają zdolność wymiany elektronów).

Biologiczne metody usuwania związków azotowych.

1. wysokoobciążony osad czynny

2. trzeci stopień oczyszczania: naturalne i półnaturalne np. stawy tlenowe

3. nitryfikacja i denitryfikacja

NITRYFIKACJA

1 fazaNH₄ + 1,5O₂ -nitrosomns->NO₂^- + H₂O+2H⁺

2 faza NO₂^- +0,5 O₂ -nitrobacter> NO₃^- + Energia

utlenianie amoniaku do azotanów, źródłem węgla jest CO₂, bakterie tlenowe, autotroficzne nitrosomonas, nictrobacter.Zużycie tlenu 4,57 mg.O₂ nawet wielogodzinny brak tlenu nie jest zabójczy dla nitryfikantów, pH 7,8+8,9, temp 26-36C, temp 4-5C proces zahamowany, inhibitory- metale cieżkie, aminny aromatyczne, organiczne związki siarki.

DENITRYFIKACJA -

Dysymilacja NO₃ -> NO₂^- NOH -> N₂ 1

Asymilacyjna NO₃ -> NO₂^- NOH ->NH₂OH->NH₃

szereg przemian biochemicznych, w których jako utleniacz zw.biochem.wykorzystuje się azotany. Jest to biochemiczne redukcja azotanów lub azotynów do azotu gazowego z jednoczesnym utlenieniem zw.organicznych, które są źródłem i energii dla bakterii prowadzących ten proces. Bakterie fakultatywne mogą żyć w warunkach tlenowych i nietlenowych (achromobacter). pH 7,5+9,1,temp.20-30C, proces ustaje w tem 10C, inhibitory: duża ilość tlenu, zw.organiczne, metale ciężkie. Asymilacja redukcyjna - azot amonowy redukowany do amoniaku potrzebne zewnętrzne źródło węgla organicznego. Ścieki, osad, zw.organiczne.

Amonifikacja -

N_org -org. heterotroficzne> NH₃/ NH₄⁺

polega na przemianie azotu organicznego do amoniaku za pomoca organizmów heterotroficznych, może przebiegac w warunkach tlenowych jak i beztlenowych, szybkość większa od nitryfikacji.

Usuwanie związków fosforowych

-Fosfor jest szkodliwy powyżej 14mg/dm³

Asymilacja fosforu mikroorganizmy zuuzywaja fosfordo budowy komorek.lepiej zachodi gdy zwartosc O₂ 1,5-5

-symultaniczna Fe⁺² Fe⁺³ Al⁺³

1-3 mol Fe na mol P, pH 5,5 - 7

75 - 85 % usuwa fosforu

Zalety: niskie koszty inwestycyjne, osad o dobrych właściwościach sedymentacyjnych

Wady: nie moznz odzyskac koagulanta, problemy z ustaleniem dawki

Metody fizyko chemiczne:

• Koagulacja powierchnniowa

• Koagulacja sorpcyjna

• Chemiczne strącanie

• Koagulacja objetosciowa

1. Na filtrze: 14 % FeCl₃ + polielektrolit

Piasek + antracyt

Piasek + antracyt + pumex 95 % skuteczności

2. aktywny tlenek glinu Al₂O₃

Aktywowany HNO₃

Regenerowany NaOH

1 g Al₂O₃ na 20 mg PO₄^-3

3. koagulacja objetosciowa

Mieszanie szykie , wolne

.reakcje wapno

2 PO₄^-3 + 3 Ca₃(OH)₂ = Ca₃(PO₄)₂

3 PO₄^-3 + 5 Ca(OH)₂ = Ca₅OH(PO₄)₂

PO₄^-3 + 4 Ca(OH)₂ + H₂O= Ca₄H(PO₄)₂

Sorpcja:

- Adsorpcja (przyciąganie do powierzchni ciała stałego drobnych cząsteczek ciał stałych, cieczy, gazów).

- Absorpcja (pochłanianie 1 fazy ciała w objętość 2 fazy)

3 rodzaje sił powodujących sorpcję:

- siły elektryczne - wymiana jonowa

- siły van der Wellsa - przyciąganie międzycząsteczkowe, adsorpcja fizyczna

- wiązania chemiczne - chemisorpcja

Sorpcja fizyczna: van der Vaalsa, ciepło ads.do 40J/mol, odwracalność procesu, zależność procesu od temperatury, wzrost niekorzystny, jedno lub wielowarstwowa.

Sorpcja chemiczna: wiązania chemiczne 80+650J/mol, proces nieodwracalny, wzrost temp.korzystny, jednowarstwowa.

Etapy sorpcji:

1. mieszanie, wstrząsanie, wstrząsanie w warunkach dynamicznych

2. przemieszczanie zanieczyszczeń w porach adsorbentu

3. umieszczenie zanieczyszczeń w miejscach aktywnych adsorbenta

Adsorpcja zachodzi do momentu uzyskania stężenia równowagowego, zależy od rodzaju roztworu (twardości, zasadowości zawartości zw. Organicznych), rodzaju adsorbentu (powierzchnia właściwa) i sposobu prowadzenia procesu (intensywność, czas wstrząsania, czas kontaktu ze złożem).

Izotermy służą do: wyznaczenia ciepła adsorpcji, wyznaczenia powierzchni właściwej adsorbentów, ilości adsorbenta potrzebnego do usunięcia danego zanieczyszczenia z wody.

Założenia izotermy Langmira: powierzchnia ciała stałego jest jednorodna, na pow.ciała stałego znajduje się ściśle określona liczba miejsc aktywnych, na 1 miejscu aktywnym może się zaadsorbować tylko jedna cząstka, zaadsorbowane cząstki nie przemieszczają się i nie oddziaływują na siebie.

Izoterma Freundlicha

Izoterma BET - zakłada adsorpcję wielowarstwową

Czynniki wpływające na proces:

-zalezna od adsorbenta:dawki, powierzchnia własciwa, objętość i wielkość porów, wzajemne powinowactwo miedzy adsorbentem a adsorbtywem

-zależne od adsorbtywu: tezenie początkowe, pH, temperatura

-z prowadzeniem procesu:warunki dynamicznei przepływowe, prędkość filtracji, wysokość złoża, czas kontaktu

Węgle aktywne

Mikroporowate, mezoporowate, mikroporowate

Charakterystyka C aktywnego:

Liczba fenolowa-ilość Cakt.[mg/dm³] potrzebna do zmniejszenia o 90% fenolu o stężeniu 100mg/dm³

Liczba miligramowa -ilość Cakt.[mg] potrzebna do odbarwienia 200cm³ r-ru melasy

Liczba metylowa - ilość cm³ 0,15%mr-ru błękitu metylowego odbarwionego przez 0,2g Cakt.

Zalety:niskie koszty inwestycyjne, oszczędność miejsca na oczyszczalni, powstaje osad o dobrych właściwościach sedymentacyjnych.

Wady: wyższe stężenie końcowe fosforanów, pewne trudności w doborze dawki optymalnej, brak możliwości odzysku koagulanta, w trakcie przeróbki osadów może dochodzić do uwalniania fosforanów.

Etapy produkcji węgla:

-wytworzenie materiału makroporowtego

-aktywacjachemiczna

parowo wodna

C+ H₂O CO+H₂O

C+ CO₂ 2 CO

Regeneracja węgla aktywnego:

-termiczne - gdy nie zalezy namna odzyskaniu sorbowanej substancji

-chemiczne przez wegiel aktywny przepuszczamyrozpuszczalnik

-biologiczne

Inne adsorbenty:

-selikożele sole kwasu krzemoweg, powstaje z uwodnionej krzemionki

-aktywny tlenek glinu powstaje poprzez wyparzanie wodorotlenku glinu

Zastosowanie Cakt: w usuwaniu zw.organicznych,

Wypienianie

usuwanie koloidów i substancji rozpuszczonych (flotacja usuwanie zawiesin i emulsji), polega na wzbogacaniu w pianę zawartości składnika usuwanego z fazy ciekłej.

Składa się z 3 etapów:

1.mechaniczne - napowietrzanie (wytwarzanie piany),

2. usuwanie wytwarzanej piany,

3.gaszenie i unieszkodliwianie piany

Sposoby wypieniania:

1.w przypadku obecności w wodzie subst. pianotwórczych (powierzchniowo-czynnych)

2.w układzie sztucznie wzbogacanych substancji pianotwórczych.

Utrwalanie piany za pomocą kwasów organicznych, alkoholi,eterów.

Parametry mające wpływ na wypienienie: skłąd, pH, Temp.,sposób prowadzenia procesu. Do gaszenia piany używa się jej zgaszonego koncentratu.

Unieszkodliwianie piany: beztlenowy rozkład w komorach fermentacyjnych, wytrącanie koncentratu za pomocą wapna, spalanie z wykorzystaniem gazu fermentacyjnego.

Urządzenia do realizacji wypienienia:wypieniarki poziome i pionowe. Zanieczyszczenia usuwane w procesie wypienienia: detergenty-zw.powirzchniowo czynne, związki fenoli, chrom, fosfor, pierwiastki promieniotwórcze.

Zanieczyszczenia uswane w pr. wypieniania:

-detergenty i Srodki powierzchniowo czynne

-fenol i jego pochodne

-usuwanie chrom +6

-pierwiastki radioaktywne promieniotwórcze, fosforany

Proce skuteczny i tani

Wymrażanie

Etapy :

1.usuwanie ciepła z układu tak, aby osiągnąć punkt krzepnięcia wody i doprowadzić do wytworzenia kryształków lodu

2.oddzielenie kryształków lodu

3.stopienie kryształków lodu w celu odzyskania wody

Parametry procesu:

-Zasolenie oczyszczanego roztworu(od tego zależy temp.krzepnięcia),

-intensywność chłodzenia,

-współczynnik wymrażania (stosunek objętości cieczy ulegającej zamrożeniu do objętości cieczy doprowadzanej do zamrażalnika,

-współczynnik odzysku - stosunek objętości czystej wody do zamrażalnika, współczynnik odzysku-stosunek objętości wody doprowadzonej do zamrożelnika.

Sposoby procesu:

-wymrażanie w postaci lodu,

-wymrażanie w postaci tzw.hydratów gazowych(propan, bromek metylu, z woda tworza tak zwane hydraty gazowe to krysztaly zawierające 85 - 95 % wody.odzdiela się je ,przemywa, topi,i uzyskuje czysta wode.)

-metody pośrednie(czynnik chłodzący-amoniak)

Przeponowe czynnik krazy w układzie

zamknietym

Zastosowanie procesu:

do odsalania wody pitnej z wód morskich, odzysk wody ze ścieków.

Koagulacja

Właściwości koloidów:

-Ruchy Browna

- efekt Tyndala

-Ladunek elektryczny

Indeks mętności - zawiesina/mętność >1, sedymentacja, Im=0,5+1, badanie technologiczne Im<0,5, koagulanty sole glinu, sole żelaza. Potencjał ζ na granicy warstwy adsorpcyjnej dyfuzyjnej

ζ=70mv, koagulacja nie zachodzi ζ=30mv,początek koagulacji ζ=0mv, szybka koagulacja. Czynniki wpływające na koagulację: skład wody, zasadowość, barwa, mętność, pH.

Sposób prowadzenia procesu: 1.klasyczna(objętościowa)-szybkość i czas,

2 etapy mieszanie szybkie i wolnewmieszaniu szybkim zachodzi dysocjacja i hydrolizaczas 1-3 min max 5 min

2.kontaktowa-w klarownikach w zawieszonym oszdzie dawka koagulanta nawet do 25 %

Czas zatrzymania 2 - 2,5 h

3 grupy urządzeń:

-urzdzenia o stałym przepływie przez WZO

-pulsatory

-akcelatory (recyrkulacja osadu)

3.powierzchniowa-zachodzi w złożu filtracyjnym. Koagulanty :

-glinowe

-żelazowe(może być podwyższona barwa wody)

Al₂(SO₄)₃*18H₂O, Fe₂(SO₄)₃*18H₂O, FeCl₃, AlCl₃

koagulacja wapnem-służy do korekty odczynu pH, do podniesienia zasadowości, zabija mikroorganizmy.

Koagulacja wapnem może być prowadzona:

-małymi dawkami:do pH 9,5-10.,5

CO₂ + Ca(OH)₂ -> CaCO₃ + H₂O

Ca(HCO₃)₂ + Ca(OH)₂ CaCO₃ + H₂O

-:Duzymi dawkami:do pH 11-11,5

Mg(HCO₃)₂ + Ca(OH)₂ MgCO₃ + CaCO₃ + 2H₂O

MgCO₃ + Ca(OH)₂ Mg(OH)₂ + CaCO₃

Koagulacja wapnem usuwa:zw. Organiczne, pestycydy,detergenty,substancje humusowe,węglowodory, WWA, metale ciężkie

Me⁺⁴ + nOH^- Me(OH)_n

Flokulanty(reagenty): wspomagaja kłaczkowanie, krzemionka aktywna, polielektrolity, CaCO₃. utlenicze :chlor, ozon, KMnO₄,ClO₂, obciążniki: stanowią zarodki do tworzenia kłaczków. Koagulacja wapnem:korekta odczynu pH, podniesienie zasadowości, wiązanie CO₂ agresywnego. Zachodzi koagulacja, strącanie, współstracanie, adsorpcja.

Zanieczyszczenia usuwane w procesie koagulacji: barwa, mętność, metale ciężkie, pierwiastki promieniotwórcze, pestycydy, związki humusowe, detergenty, zw. Fenolowe, węglowodory aromatyczne, mikroorganizmy. Produktem odpadowym po procesie są osady pokoagulacyjne.

Gospodarka osadami pokolagulacyjnymi: odzysk koagulanta możliwy w 50%:wywóz na składowiska, wspólne zagospodarowanie osadów, stosowane do produkcji cementu, poprzez wypalanie stosowane do produkcji cegły, jeżeli zawierają arsen to stosowane o produkcji stali wysokogatunkowej, stosowane do walki z eurotrofizacją.

Optymalizacja procesu koagulacji: ustalenie dawki koagulanta, wyznacznie potencjału ζ, określenie ładunku cząstek:elektroforeza-ruch fazy stałej obdarzonej ładunkiem w cieczy umieszczonej w polu elektrycznym, efekt Tyndala-im większy potencjał ζ cząstki przemieszczają się szybciej, mniejsze wolniej.

---