1. podział WÓd czerpanych dla zaopatrzenia ludności w wodę



Pobieranie 85.55 Kb.
Data09.05.2016
Rozmiar85.55 Kb.
1.) PODZIAŁ WÓD CZERPANYCH DLA ZAOPATRZENIA LUDNOŚCI W WODĘ

Rodzaje ujmowania wód:



  • Zapotrzebowanie dużych miast

  • Wody powierzchniowe (zanieczyszczenie antropogeniczne); rzeki, jeziora, zbiorniki wodne

  • zapotrzebowanie małych miast i wsi, a także Lublin, Kielce, Tarnobrzeg

  • wody podziemne (czyste); przypowierzchniowe (zaskórne), gruntowe, wgłębne, głębinowe .

bardzo powszechne ponad 60%dla zaopatrzenia

  • wody infiltracyjne: przesiąkające przez grunt-zmienne(wynika to ze zmian wody powierzchniowej)

mniejsze wahania temperatur

* PODZIAŁ UJMOWANIA WÓD PODZIEMNYCH

1a. Wody o bardzo dobrej jakości, ich skład odpowiada wymaganiom stawianym dla wody do picia i na potrzeby gospodarcze – nie wymaga uzdatnienia.

1b. wody o dobrej jakości, ich skład odpowiada wymaganiom stawianym dla wód do picia i na potrzeby gospodarcze z wyjątkiem małej zawartości żelaza i manganu – wymaga uzdatniania uzdatnienia dla usunięcia małych ilości Fe i Mn.

2. wody o średniej jakości, ich skład nie odpowiada wymaganiom stawianym dla wód do picia i na potrzeby gospodarcze z uwagi na podwyższoną zawartość większej ilości wskaźników jakości wody. Wymaga uzdatniania dla usunięcia Fe i Mn, NH4, NO2 i bakterii.

3. wody o złej jakości, ich skład nie odpowiada wymaganiom dla wód do picia i na potzreby gospodarcze z uwagi na znaczną zawartość substancji niepożądanych np. zw. humusowe. Wymaga skomplikowanego uzdatnienia.

Wody powierzchniowe – w kształtowaniu ich składu większą rolę odgrywają zanieczyszczenia antropogeniczne (wpływ skutków gospodarczej działalności człowieka)


2.)SKŁADNIKI I WŁAŚCIWOŚCI WÓD

Krążenie wody w przyrodzie oraz fakt, iż jest ona bardzo dobrym rozpuszczalnikiem powoduje, że woda w przyrodzie nie występuje jako czysty chemicznie związek tlenu i wodoru. Jest ona zawsze bardzo rozcieńczonym roztworem soli, kwasów, zasad i gazów. Poza substancjami rozpuszczonymi są w niej obecne związki koloidalne i zawiesiny. Woda zawiera prawie wszystkie substancje naturalne występujące w skorupie ziemskiej oraz substancje wytwarzane przez człowieka. Ilość i rodzaje substancji obecnych w wodach naturalnych mogą być różne i zależą od ich powszechności w danym środowisku, od ich rozpuszczalności oraz od różnorodnych procesów fizyko-chemicznych.

Stężenia substancji występujących w wodach przeciętnie wahają się od kilku ng/m3 do kilkuset g/m3

*Jakość wód naturalnych (podziemnych i powierzchniowych) oceniana jest na podstawie cech fizycznych, chemicznych i biologicznych:

Wody podziemne


a)Cechy (właściwości) fizyczne:

  • Temperatura (5-10^C)

  • Przezroczystość i mętność (parametr normowany)

  • Barwa

  • Przewodność elektrolityczna (im woda bardziej zmineralizowana tym wyższe przewodnictwo elektrolityczne)

  • Radoczynność

b)Cechy (właściwości) chemiczne:

  • Odczyn (6-7)

  • Potencjał redox

  • Twardość

  • Kwasowość

  • Zasadowość

Mineralizacja lub sucha pozostałość
c)Skład chemiczny, czyli obecność w wodzie:

Substancje rozpuszczone, czyli suma kationów : Fe2+, Fˉ, Mn²+ ,Clˉ i

anionów: HCO3ˉ, NO3ˉ, NO2ˉ, NH4ˉ ,obecnych w wodzie pochodzących ze związków mineralnych i organicznych. W wodach naturalnych są to przede wszystkim rozpuszczone substancje nieorganiczne i niewielka ilość związków organicznych. Obecność zanieczyszczeń powoduje wzrost zawartości rozpuszczonej materii organicznej.

Gazy rozpuszczone pochodzące z powietrza atmosferycznego oraz powstałe w wyniku rozkładu zawartych w wodzie substancji i zanieczyszczeń min: N, O2, CO2, CH4, H2S

Substancje organiczne pochodzenia naturalnego

-nie zawierają bakterii

-ogólnie mają mało subs.org. o czym świadczy niska utlenialność

d) Charakterystyka biologiczna: czyli obecność organizmów żywych w wodzie. W wodach powierzchniowych bioróżnorodnośće) jest znacznie większa niż w wodach podziemnych.

Wody powierzchniowe


a)Cechy (właściwości) fizyczne:j.w

b)Cechy (właściwości) chemiczne:j.w.

c)Skład chemiczny, czyli obecność w wodzie:



Substancje rozpuszczone, czyli suma kationów :

Ca, Mg, Na->10-3 mola

K, F ->10-4 mola

Al, As, Ba, Pb, Ag, Sr, Sn-> 10-5 mola

Br, Cd, Ca, Hg, Mn, Zn->10-6 mola

Cr, Cu, Ra, Se->10-7 mola



anionów: HCO3ˉ, SO4ˉ2, NO2ˉ, NH4ˉ,PO4, SiO4,obecnych w wodzie pochodzących ze związków mineralnych i organicznych. W wodach naturalnych są to przede wszystkim rozpuszczone substancje nieorganiczne i niewielka ilość związków organicznych. Obecność zanieczyszczeń powoduje wzrost zawartości rozpuszczonej materii organicznej.
Gazy rozpuszczone pochodzące z powietrza atmosferycznego oraz powstałe w wyniku rozkładu zawartych w wodzie substancji i zanieczyszczeń min: N, O2, CO2, CH4, H2S
Substancje organiczne pochodzenia naturalnego

- dużo
d) Charakterystyka biologiczna:

-zróżnicowana fauna i flora

-b.dużo mikroorganizmów

Do głównych czynników kształtujących skład wód powierzchniowych należą:


  • Budowa geologiczna zlewni i wielkość kompleksu sorpcyjnego gleb,

  • Topografia zlewni,

  • Procesy wietrzenia i rozpuszczania minerałów budujących zlewnię,

  • Procesy fizyczne (sedymentacja, sorpcja) i chemiczne (hydroliza oraz reakcje: redoks, strącania i kompleksowania) zachodzące w środowisku wodnym,

  • Prędkość i natężenie przepływu wody decydujące o wielkości wymiany między substancjami występującymi w wodzie i zdeponowanymi na dnie rzek oraz zbiorników,

  • Wielkość powierzchni kontaktu wody z powietrzem atmosferycznym,

  • Mieszanie się wód o różnym składzie,

  • Rodzaje organizmów wodnych i aktywność przemian biologicznych,

  • Warunki atmosferyczne (temperatura, wysokość opadów atmosferycznych),

  • Sposób i stopień zagospodarowania zlewni – decydujące o ilości i rodzaju zanieczyszczeń,

  • Rodzaje obiektów hydrotechnicznych i stopień regulacji rzek,

  • Sposób użytkowania wód,

  • Głębokość zbiorników wód i ich lokalizacja w stosunku do źródeł emisji zanieczyszczeń. [„Oczyszczanie wody” A.L. Kowal i in., Warszawa 1996r.]

Natomiast skład wód podziemnych zależy przede wszystkim od:



  • Charakterystyki geologiczna warstwy wodonośnej,

  • Głębokości występowania wód,

  • Ciśnienia,

  • Temperatury,

  • Wielkości powierzchni i czasu styku wody z materią skalną,

  • Genezy wód,

  • Długości warstwy wodonośnej,

  • Związeku z powierzchnią ziemi i wodami powierzchniowymi, w tym sposób zagospodarowania terenów na powierzchni i wód powierzchniowych wpływają pośrednio na zanieczyszczenie wód podziemnych.



3.) RÓŻNICE MIĘDZY JAKOŚCIĄ WÓD POWIERZCHNIOWYCH I PODZIEMNYCH

  • Powodem zmniejszenia pH do ok.4 w wodach powierzchniowych są kwaśne opady atmosferyczne , obecność dużych ilości kwasów humusowych oraz zanieczyszczenie kwaśnymi ściekami, rozwój glonów zużywających CO2.

  • W wodach powierzchniowych więcej substancji organicznych

  • Żelazo w powierzchniowych występuje w znacznie mniejszych ilościach, mangan często występuje wraz z żelazem.

  • Sód w powierzchniowych wodach pochodzi z zanieczyszczeń ścikami komunalnymi i przemysłowymi.

  • Potas- źródłem większych stężeń są spływy z pól uprawnych nawozonych solami potasowymi oraz ścieki komunalne i przemysłowe.

  • Azot amonowy – pochodzenie organiczne lub nieorganiczne, sole- nawóz.

  • Metale ciężkie ⇒ powodem są opady atmosferyczne i ścieki

  • Zw. krzemu ⇒ wymywanie gleb i podłoża

  • Zw. azotu ⇒ pochodzenie organiczne; nieorganiczne; nawozy azotowe, ścieki, opady, z powietrza atmosf.

  • Azot organiczny

  • Zw. fosforu ⇒ wietrzenie skał; rozpuszczanie, erozja gleby, nawożenie nawozami sztucznymi, ścieki, opady atmosf




  • Zanieczyszczenie zw. organicznymi

  • więcej mikroorganizmow, ogólnie woda powierzchniowa jest bardziej zanieczyszczona niż podziemna i trzeba ją poddać bardziej skomplikowanym procesom uzdatniania.


4.) PROCESY JEDNOSTKOWE STOSOWANE W UZDATNIANIU WODY

  1. można podzielić na fizyczne, chemiczne, biologiczne:

  • napowietrzanie i odpędzanie gazów (stripping)

usuwa zwody rozpuszczone gazy: CO2, H2S, CH4 i inne powodujące smak i zapach, usuwa lotne związki organiczne, zwiększa zawartość tlenu w wodzie, podwyższa pH, przez usunięcie CO₂, wprowadzony tlen stwarza warunki dla hydrolizy i utleniania zw. żelaza i Mn, tlen zapobiega powstawaniu środowiska redukcyjnego (gnilnego).

  • Koagulacja

Stosowana do usuwania cząstek o rozdrobnieniu koloidalnym (d=10ˉ7–10ˉ5). Zapewnia destabilizację i agregację cząstek koloidalnych org. I nieorg. Razem z koloidami usuwane są bakterie, jony metali ciężkich, wielopierścieniowe węglowodory aromat., pestycydy i inne. Ogólnie jest to powiększenie się cząsteczek przez przechodzenie zolu w żel

  • Sedymentacja (osadzanie) – usuwanie zawiesin o ciężarze właściwym wody d=1 - 10ˉ³mm.

Polega na osadzaniu się zawiesin spowodowane siłami ciężkości

  • Flotacja (wypływanie na powierzchnię) – usuwanie z wody cząstek o ciężarze wł wody, stosowana do usuwania cząstek trudno sedymentujących (glony) oraz skoagulowanych cząstek w wodzie o niskiej temp.

  • Filtracja – usuwa zawiesiny i zasocjowane z nimi zanieczyszczenia, d= 1-10ˉ²mm.

  • filtracja pospieszna- stosowana po wcześniejszych procesach technologicznych, mechaniczne usuwanie cząstek zawartych w wodzie V=5-30m/h

  • filtracja powolna – stosowana po filtracji pospiesznej, bilo-mechaniczne usuwanie cząstek i org. subst. rozpuszczalnych V=0,05-0,5m/h.

  • Mikrosita- usuwanie zawiesin i glonów, zawiesin org. i nieorg, stosowane jako pierwszy stopień oczyszczania zeutrofizowanych wód powierzchniowych. Mogą być stosowane przed filtrami;d=10-²-10-7.

  • wymiana jonowa - do usuwania z wody subst. rozpuszczonych (kationów i anionów). Zastosowanie odpowiedniego układu kationów i anionów powoduje demineralizacją wody. Polsce proces stosowany do oczyszczania wód przemysłowych dla usuwania twardości, odsalania d=10ˉ4-10ˉ7mm.

  • chemiczne strącanie – wytrącanie z wody słabo rozpuszczonych zw. org., bakterii, wirusów, stosowany głównie do oczyszczania wód przemysłowych dla usunięcia twardości.

  • sorpcja na węglu aktywnym – służy do usuwania rozpuszczonych zw. org., do dechloracji wody, usuwania smaku i zapachu, barwy.

  • utlenianie chemiczne – do usuwania barwnych zw. org., powodujących smak i zapach; do utlenienia org.zw. refrakcyjnych i innych trudnych do usunięcia w pozostałych procesach jednostkowych; do wspomagania flokulacji; do utleniania Fe, Mn i koloidów ochronnych; dezynfekcji i dezaktywacji glonów.

  • procesy membranowe – głównie do odsalania wód, do produkcji wody ultraczystej, do procesów membranowych zalicza się: odwróconą osmozę (OO), elektrolizę (ED), odwróconą elektrolizę (OED), ultrafiltrację (UF), nanofiltrację (NF). UF i NF stosowane do usuwania z wody niektórych zw. nieorganicznych (twardość) i związków barwnych, prekursorów THM (trójhalometanów) oraz bakterii i wirusów. OO do odsalania wody i usuwania bakterii i wirusów. Procesy membranowe poprzedzone są wstępnym oczyszczaniem dla usunięcia zawiesin, koloidów i domieszek rozpuszczonych, które w wyniku ich zagęszczenia na powierzchni membranowej powodują ich zatykanie.

  • Dezynfekcja – niszczenie mikroorgganizmów obecnych w wodzie i zabezpieczenie dobrej jakości sanitarnej wody w sieci wodociągowej, zabezpieczenie przed wtórnym zanieczyszczeniem wody wodociągowej, stosowana na końcu układu oczyszczania wody. Stosowane dezyfekanty to: chlor, chloroaminy, dwutlenek chloru, promieniowanie UV, ozon. Istnieje niebezpieczeństwo powstania szkodliwych produktów chlorowania i ozonowania wody.

  • Infiltracja - proces, w którym zachodzą zjawiska fiz., chem., biol. Stosowana do oczyszczania zanieczyszczonych wód powierzchniowych. Może być infiltracja:

  • naturalna (woda oczyszczona w gruncie)

  • sztuczna (woda oczyszczona w stawach infiltracyjnych a następnie w gruncie)

o efektywności procesu decydują procesy jednostkowe, zachodzące w stawach infiltracyjnych, osadach dennych i w gruncie. Metoda bezreagentowa pozwala na usunięcie z wody zawiesin, koloidów, subst. rozpuszczonych, bakterii, wirusów i glonów oraz mikrozanieczyszczeń.


5.) PODSTAWOWE CECHY KOLOIDÓW

- Koloidy znajdujące się w wodzie są pochodzenia naturalnego(krzemionka, zw humusowe) i obcego(chemiczne białko, celuloza).



  • Powodują barwę i mętność wody

  • Zajmują pośrednie miejsce między roztworem właściwym a zawieszonym

  • Mają wymiary 10-7-10-5cm.

  • Mają dużą powierzchnię i dużą pojemność sorpcyjną

  • Nie opadają pod wpływem sił ciężkości

  • Są większe od poszczególnych atomów cząsteczek.

  • Występują w wodach o dużym rozproszeniu utrzymującym się b. długo.

  • Układ heterogenny, woda jest ośrodkiem dyspersyjnym a masa rozpuszcz. cząsteczki koloidalnej – formą rozproszoną.

  • Koloidy hydrofilowe (sorbujące wodę)

  • Koloidy hydrofobowe (nie sorbujące wody)

  • Koloidy najczęściej wykazują cechy pośrednie z dominacją

  • Koloidy hydrofilowe są b. trwałe.

  • Hydrofobowe nadają mętność

  • Hydrofilowe nadają barwę wodzie, trudna koagulacja.

Trwałość koloidów zależy od:

  • pH, potencjału redox En, obecności subst. org., które stabilizują koloidy; zasolenia wody (przy wzroście zasolenia koloidów mniej)

  • mają łdunek ujemny (aniony zw organ., krzemionka koloidalna, subst. ilaste)

  • układ koloidalny powoduje efekt Tyndala (załamywanie się cząstek światła na cząstkach formy rozproszpnej)

  • nie są zatrzymywane w filtrach (usuwanie - metoda koagulacji)

  • koloidy naturalne: subst. humusowe, krzemionka

  • koloidy obce: białka, celuloza

BUDOWA CZĄSTKI KOLOIDALNEJ

Cząstka koloidalna łącznie z otaczającym ją słojem dyfuzyjnym nazywa się micela, im wyższy potencjał (ζ) tym większe siły odpychające i większa trwałość koloidów. Przy obniżaniu (ζ) twardość układu koloidalnego zmniejsza się. Cząstki koloidów maja dużą pow. właściwą ogólna i między nimi a cząsteczkami wody istnieja wzajemne oddziaływanie. Podczas koagulacji wody ma znaczenie drugi rodzaj koloidów celowo i w sposób sztuczny wytwarzany w wodzie, a mianowicie koloidy wodorotlenkow metali powstające po dodaniu do wody koagulantów. Przed właściwą koagulacją należy zniszczyć koloidy ochronne (sorbujące się na pow właściwej koloidów)



6.)USUWANIE Z WODY DOMIESZEK WYWOŁUJĄCYCH BARWĘ I MĘTNOŚĆ WODY (ZASADY PROCESU KOAGULACJI)

W sensie fiz- chem polega na zniszczeniu układu koloidalnego i spowodowania przejścia ze stanu zolowego w żelowy (koloidy przechodzą w kłaczki). W technologii wody koagulacja to suma procesów zobojętniania cząstek koloidalnych i sorpcji, dzięki którym usuwane są z wody bardzo drobne zawiesiny i rozpuszczone makrocząsteczki zw. organicznych. Celem koagulacji jast zmniejszenie stopnia dyspersji (rozproszenia) ukł. Koloidalnego i b. drobnych cząstek zawiesin przez doprowadzenie do procesu flokulacji i łączenia się cząstek subst. rozproszonej i aglomeracji w większe skupienia widoczne gołym okiem, łatwo opadające zawiesiny w procesie osadzania lub łatwo oddzielane podczas filtracji. W celu przeprowadzenia koagulacji do wody dodaje się tzw koagulanty. Ulegają one hydrolizie tworząc osad wodorotlenków w postaci kłaczkowatej zawiesiny. Koagulanty posiadają zdolność zobojętniania koloidów oraz wytwarzania kłaczków o ogromnej powierzchni czynnej: właściwie zachodząca koagulacja zapewnia: usuwanie koloidów, zawiesin trudnoopadających, mętność, barwę, zawartości mikrozanieczyszczeń org i nieorg.


7. SPOSOBY PROWADZENIA KOAGULACJI (Kk, Ko)

-K objętościowa-char się tym, że procesy flokulacji i sedymentacji sa prowadzone w oddzielnych urządzeniach

-K w warstwie zawieszonego osadu, char się tym, ze procesy flokulacji i sedymentacji zachodza w jednym urządzeniu wyzyskującym jednoczesnie właściwości adhezyjne i adsorpcyjne osadu powstającego w czasie K

-K powierzch.,której specyficzna cecha jest to, iż zachodzi na ziarnach porowatego ośrodka,jakim jest złoże piaskowe tzw.filtrów kontaktowych



Proces koagulacji powierzchniowej w technologii wody wykorzystywany jest przede wszystkim do uzdatniania wód barwnych (40-200mgPt/l) lecz o niskiej mętności-klarownych(<5) i małej zawartości zawiesin, a więc w przypadkach w których koagulacja objętościowa w ogóle nie zachodzi lub jej przebieg jest poważnie utrudniony.

Koagulacja powierzchniowa jest odmianą chemicznej koagulacji polegającą na tym, iż zachodzi w wyniku kontaktu zdestabilizowanych koagulantem cząstek koloidalnych z porowatym materiałem filtracyjnym jakim jest złoże filtru. Wytworzone kłaczki, mimo iż wielkość ich jest mniejsza od wielkości porów w złożu filtracyjnym, zostają zatrzymane, na powierzchni ziaren dzięki siłom kohezji, adhezji i adsorpcji. Na skutek adsorpcji mikrokłaczków na powierzchni ziaren proces koagulacji przebiega znacznie szybciej niż w komorach flokulacji stosowanych przy koagulacji objętościowej i przy znacznie mniejszej dawce koagulantu. Mniejszy jest też wpływ temperatury i zasadowości wody na przebieg koagulacji powierzchniowej niż ma to miejsce w przypadku koagulacji objętościowej. Stwierdzono, iż efektywność procesu koagulacji powierzchniowej uzależniona jest od parametrów charakteryzujących proces koagulacji oraz dodatkowo od parametrów filtracji tj. od średnicy ziaren złoża, wysokości i porowatości warstwy filtracyjnej oraz szybkości filtracyjnej oraz szybkości filtracyjnej.

Podstawowym warunkiem prawidłowego przebiegu koagulacji jest to, aby proces flokulacji spowodowany dodanie koagulantu i ewentualnie środków wspomagających w pełni zachodził w złożu filtracyjnym. Dlatego uzdatnianą wodę po zadawkowaniu reagentów i szybkim wymieszaniu kieruje się bezpośrednio na filtr. Z punktu widzenia praktycznego złoże filtracyjne dodatkowo spełnia w procesie koagulacji powierzchniowej rolę urządzania do osadzania właściwego filtrowania.

Badania technologiczne nad procesem koagulacji powierzchniowej prowadzi się zazwyczaj w celu dokonania oceny przydatności tego rodzaju koagulacji do uzdatnienia wody pochodzącej z danego źródła oraz dobrania optymalnych parametrów technologicznych procesu.

Badania prowadzone są dla potrzeb kontroli i korekty pracy urządzeń już istniejących w praktyce, jak również mogą służyć za podstawę do zaprojektowania nowych obiektów technicznych.

Biorąc pod uwagę czynniki mające wpływ na przebieg procesu koagulacji powierzchniowej badania technologiczne mogą obejmować:

- dobór rodzaju i dawki koagulantu oraz środków wspomagających,

- dobór uziarnienia i uwarstwienia złoża filtracyjnego,

- ustalenie optymalnej prędkości,

- określenie chłonności złoża filtracyjnego, przyrostu strat ciśnienia oraz długości cyklu filtracji ,

- określenie wpływu wahań w składzie i właściwościach wody na efekt jej oczyszczania i wielkość potrzebnej dawki koagulantu .

Badania technologiczne w wyżej wymienionym zakresie prowadzi się zazwyczaj na odpowiednio oprzyrządowanych modelach filtrów.

Parametry technologiczne:

-prędkość liniowa filtracji: V=5-20m/h

-wysokość złoża H=0,8-1,5m

-d-uziarnienie mat filtracyjnego = 0,8-1,6mm

-rodzaj mat filtracyjnego-piasek średnioziarnisty

K objętościowa- służy do usuwania z wody koloidów. Składa się z 2 etapów: destabilizacji koloidów- zrównoważenie ładunków elektrycznych(dodanie koagulantu o ładunku +, bo koloidy w wodzie są ujemne) i flokulacja(wolne mieszanie, powst kłaczków). Char się tym, że procesy flokulacji i sedymentacji sa prowadzone w oddzielnych urządzeniach, jest to proces wieloetapowy:

Proces:


WS(ma koloidy powodujące barwę, mętność i utlenialność)->dawkowanie koagulantu Al2(SO4)3->komora szybkiego mieszania(proces destabilizacji, t=30-60sek)->komora wolnego mieszaia(p.flokulacji)->osadnik(sedymentacja, klarowanie)->filtr pośpieszny(V=5m/h)->dez\ynfekcja->WU

Proces: Al2(SO4)3 + 6H2O -> 2Al(OH)3 + 3 H2SO4

H2SO4 + Ca(HCO3)2 -> CaSO4 + 2H2O + 2CO2
9. Zasada odżelaziania i odmanganiania wody. Podać optymalne warunki prowadzenia procesu
Żelazo i mangan są charakterystycznymi składnikami wód podziemnych, występują pod postacią kwaśnych węglanów żelaza i manganu. Niektóre wody mogą zawierać organiczne związki żelaza i manganu, bądź ich formy w połączeniach organicznych lub nieorganicznych.

Zawartość żelaza i manganu w wodzie do picia, wykorzystywanej do celów gospodarczych i przemysłowych jest normowana. Żelazo nie może przekraczać 0,2 mg/l, natomiast zawartość manganu musi być mniejsza niż 0,05 mg/l.

Usuwanie żelaza i manganu z wody polega na utlenieniu rozpuszczalnych związków dwuwartościowych żelaza i manganu do trudno rozpuszczalnych związków tych metali o wyższej wartościowości. Powstają uwodnione tlenki trójwartościowego żelaza i trój- oraz czterowartościowego manganu, które można oddzielić od wody metodami mechanicznymi, głównie przez filtrację.

Proces odżelaziania i odmanganiania jest złożony i składa się z szeregu procesów jednostkowych. Są to:



  • hydroliza rozpuszczonych soli dwuwartościowego żelaza

Fe(HCO3)2 + 2H2O → Fe(OH)2 +2CO2 + 2H2O

  • utlenienie produktów hydrolizy i powstanie trudno rozpuszczalnych związków żelaza i manganu

4Fe(OH)2 + O2 +2H2O→4Fe(OH)3

  • koagulacja i flotacja tych związków

  • mechaniczne oddziaływanie powstałych zawiesin przez osadzanie i filtrowanie

  • sorpcja i kataliza jako procesy współpracujące

proces polega na:

        • utlenianie Fe(II) i Mn(II)Fe(III) + Mn(IV)

        • oddzieleniu wytrąconych osadów

Utlenienie może odbywać się przy udziale;

          • powietrza: Fe(II)→Fe(III) pH>7,5, Mn(II)→Mn(IV) pH >9,5

          • silnych utleniaczy chemicznych: O3, ClO2, KmnO4

Schemat procesu można przedstawić w następujący sposób:
WS (która zawiera Fe(II), Mn(II), Fe(HCO3)2, Mn(HCO3)2, CO2, H2S, pH 6,2 – 6,5, woda klarowna) → napowietrzanie (wprowadzanie do wody tlenu w celu usunięcia CO2 i H2S, Fe(OH)3, Mn(II), pH 7,5 – 8,2, woda jest mętna) → FP (I stopień filtracji filtr piaskowy, Fe(OH)3, Mn(II), pH się nie zmienia, parametry filtru: V 5-15m/h, H 0,8-1,2m, d 0,8-1,6mm)→Mn(II) >FK>MnO2 (filtr katalityczny – II stopień filtracji, złoże pirulozytowe, parametry filtru: V 5-15m/h, H 0,8-1,2m, d 1-3mm,d 0,8-1,6mm)→WU

czynniki decydyjące o efektywności utleniania: forma Fe(II) i Mn(II); rodzaj środka utleniajacego –napowietrzanie wody, utlenianie chemiczne KMnO4, , O; ClO dawkw środka utleniającego, tk, pH wody 2. oddzielenie strąconych osadów Fe(III) i Mn(IV) -w sedymentacji: ts i rodzaj urządzeń-filtracja (gdy mniej żelaza): rodzaj filtru, prędkość, wysokość filtru, uziarnienia wypełnienia

10. Charakterystyka sorpcji na węglu aktywnym (czynniki decydujące o przebiegu procesu)

Zjawisko adsorpcji fizycznej występuje wtedy, gdy cząstki adsorbatu wiążą się z elementami fazy stałej siłami van der Waalsa. Jeśli cząstki adsorbowane ni wchodza w ogóle do wnętrza fazy stałej a jedynie są gromadzone na jej powierzchni, to występuje wówczas adsorpcja czysta. Jeżeli cząsteczki adsorbowane rozchodzą się po całym wnętrzu fazy stałej, to wówczas występuje adsorpcja. Kiedy występuje zjawisko adsorpcji i absorpcji jednocześnie wtedy mamy do czynienia z procesem sorpcji.

Ciało stałe, które pochłania swoją powierzchnią inne substancje, nazywa się adsorbentem, a substancja adsorbowana – adsorbatem.

Proces adsorpcji jest procesem odwracalnym, cząstki zaadsorbowane mogą ulegać oderwaniu od powierzchni adsorbenta i wówczas występuje zjawisko desorpcji

W mechanizmie adsorpcji na węglu aktywnym można wyróżnić 3 podstawowe etapy:

I – przeniesienie cząstek znajdujących się w roztworze, które mogą być zaadsorbowane, na powierzchnię adsorbenta

II – dyfuzja tych cząstek w makropory

III – dyfuzja wewnętrzna

Przebieg procesu przenikania adsorbatu do adsorbentu zależy od fizycznych i chemicznych własności adsorbatu, stężenia adsorbatu w fazie ciekłej, własności fazy ciekłej, czasu kontaktu adsorbatu z adsorbentem.

W wyniku adsorpcji danej substancji z roztworu na adsorbencie następuje usuwanie tej substancji z roztworu i jej koncentracja na powierzchni ciała stałego. Proces ten trwa tak długo w określonych warunkach, az stęzenie substancji rozpuszczonej, pozostającej w roztworze, znajdzie się w stanie równowagi dynamicznej ze stężeniem tej substancji na powierzchni adsorbentu.


CHARAKTERYSTYKA PROCESU SORPCJI NA WĘGLU AKTYWNYM Proces sorpcji na węglu aktywnym to głównie proces adsorpcji. Proces adsorpcji na węglu aktywnym polega na wiązaniu usuwanych zanieczyszczeń na powierzchni adsorbenta. Jeżeli siły wiążące adsorbent są duże, co powoduje, że proces jest praktycznie nieodwracalny, wówczas zachodzi chemisorpcja. Jeżeli siły te są słabsze to proces ma charakter odwrotny i jest to adsorpcja fizyczna. Węgiel pylasty stosowany jest w ukł porcjalnym zaś pozostałe w warunkach przepływowych (stanowią warstwę filtracyjną). O skuteczności i przydatności węgli aktywnych decydują: wielkość porów i ich rozkład, pojemność sorpcyjna, wielkość powierzchni właściwej, chemiczna natura pow., uziarnienie, wytrzymałość na kurczenie i ściskanie. Na przebieg procesu ma wpływ: tk,, temp., ciś., rodzaj surowca z jakiego wykonane są węgle

11. Przykłady układów technologicznych usuwania różnych form Fe i Mn – omówić działanie poszczególnych procesów jednostkowych
Usuwanie żelaza i manganu z wody polega na utlenieniu rozpuszczalnych związków dwuwartościowych żelaza i manganu do trudno rozpuszczalnych związków tych metali o wyższej wartościowości. Powstają uwodnione tlenki trójwartościowego żelaza i trój- oraz czterowartościowego manganu, które można oddzielić od wody metodami mechanicznymi, głównie przez filtrację.

Przykłady układów technologicznych usuwania Fe i Mn:

- gdy są w związkach nieorganicznych


  1. WS (woda surowa) → N(napowietrzanie)→ FP(filtr jednostopniowy)→→→WU

  2. WS (Fe(HCO3)2, Mn(HCO3)2, siarczany) →N (napowietrzanie przed alkalizacją)→A (alkalizacja do pH ok. 9,5)→FP→WU

  3. WS (wodorowęglany Fe i Mn, siarczany)→N→FP(I stopień filtracji)→FK(II stopień filtracji)→WU

- gdy sa w związkach organicznych:

  1. WS→N→KK lub KP (koagulacja kontaktowa lub powierzchniowa, bardziej wskazana jest koagulacja powierzchniowa)→WU

  2. WS→KP(koagulacja powierzchniowa)→O (ozonowanie)→ZW (złoża węglowe)→WU {ozonowanie i złoża węglowe stosowane dla wód o dużej zawartości związków organicznych}

- gdy są w związkach mineralnych i organicznych a istotna jest ogólna jakość wody:

  1. WS (nieorganiczne zw. Fe i Mn, organiczne kwasy humusowe)→N→FP(filtr piaskowy)→FK(filtr katalityczny)→WU {związków mineralnych dużo więcej niż organicznych}

  2. WS (dużo zw. mineralnych, dużo zw. organicznych)→N(usuniecie CO2 i H2S i nasycenie wody O2, Fe2+→Fe3+)→FP(filtr piaskowy)→FK(filtr katalityczny: usuniecie Mn i części związków organicznych)→ZW(sorpcja)→WU

Proces odżelaziania i odmanganiania jest złożony i składa się z szeregu procesów jednostkowych. Są to:

  • hydroliza rozpuszczonych soli dwuwartościowego żelaza,

  • utlenienie produktów hydrolizy i powstanie trudno rozpuszczalnych związków żelaza i manganu

  • koagulacja i flotacja tych związków

  • mechaniczne oddziaływanie powstałych zawiesin przez osadzanie i filtrowanie

  • sorpcja i kataliza jako procesy współpracujące

Coś więcej o procesie: napowietrzania i filtrowania, napowietrzania, alkalizowania i filtrowania na stronie 16 w skrypcie.

12. Rola węgla aktywnego w uzdatnianiu wody (przeznaczenie, zasada stosowania, parametry stosowania procesu)
Węgiel aktywny jest obecnie powszechnie stosowanym środkiem do końcowego uzdatniania wody do picia. Używany jest przede wszystkim do usuwania mikrozanieczyszczeń występujących w wodzie ujmowanej na cele komunalne, a odpowiedzialnych za złe jej właściwości zdrowotne i organoleptyczne.

Węgiel aktywny ogólnie uważany jest za jeden z najbardziej skutecznych adsorbentów w układzie ciało stałe – ciecz. Zachodzące na nim zjawisko adsorpcji jest natury fizykochemicznej i polega na przyłączeniu cząstek lub jonów o różnych wielkościach.

Węgiel aktywny otrzymywany jest sztucznie i składa się głównie z węgla pierwiastkowego w postaci mikrokryształków oraz niewielkiej ilości połączeń węgla z wodorem, tlenem, azotem i siarką. Węgiel aktywny jest produkowany w formie pylistej o średnicy cząstki 0,08 – 0,12 mm, ziarnistej i jako granulat o średnicy cząstki 0,25 – 4 mm. Działanie węgla granulowanego lub ziarnistego może przebiegać w oparciu o proces sorpcji lub sorpcji połączonej z biologiczną aktywacją złóż węglowych.

O przydatności węgla w procesie uzdatniania wody decyduje przede wszystkim jego własności adsorpcyjne. Zależą one w głównej mierze od powierzchni właściwej węgla, która waha się w granicach 500 – 2000 m2/g. Wielkość powierzchni właściwej węgla jest uwarunkowana jego strukturą porowatą określoną wielkością, kształtem i objętością porów, które w zależności od ich promienia, zostały zakwalifikowane jako; mikropory, mezopory lub makropory.

Węgiel aktywny stosuje się do sorbowania:


  1. naturalnych związków nadających smak i zapach (dobrze sorbowalne)

  2. syntetycznych związków organicznych pochodzących ze ścieków i wód opadowych – pestycydy, WWA, chlor, fenol i inne

  3. reagujące ze środkami dezynfekcyjnymi tworzące chlorowcopochodne

  4. chlorowcopochodne THM-ów trihalometyleny (słabo absorbowane)

  5. naturalne związki organiczne o małej toksyczności , alkohole, kwasy organiczne

  6. metale

Parametry pracy złoża węglowego:

  • wysokość warstwy 1 – 4 m

  • prędkość filtracji 3 – 30 m/h

  • czas kontaktu 5 – 25 min

  • uziarnienie 0,4 - 20 mm

Zjawisko adsorpcji fizycznej występuje wtedy, gdy cząstki adsorbatu wiążą się z elementami fazy stałej siłami van der Waalsa. Cało stałe, które pochłania swoja powierzchnią inne substancje, nazywa się adsorbentem, a substancja adsorbowana – adsorbatem.

Dobrymi sorbentami są zwykle te substancje, które mają silnie rozwiniętą powierzchnię, a wiec takie jak węgiel aktywny, żel krzemionkowy, tlenek glinowy. Wielkością charakteryzującą adsorbenty jest ich powierzchnia właściwa. Jest to powierzchnia 1 g adsorbentu dostępna dla adsorpcji i wyrażona w m2/g.

W wyniku procesu adsorpcji danej substancji z roztworem na adsorbencie następuje usuwanie tej substancji z roztworu i jej koncentracja na powierzchni ciała stałego. Proces ten trwa tak długo w określonych warunkach, aż stężenie substancji rozpuszczonej, pozostającej w roztworze, znajdzie się w stanie równowagi dynamicznej ze stężeniem tej substancji na powierzchni adsorbentu.

Z notatek od Ani;

Rodzaje węgla aktywnego:



  • pyłowe (PAC) o średnicy 5 –100 mikrometrów

  • ziarnowe o średnicy 0,25 – 4mm

  • granulowane (GAC) 0,25 – 4mm

Skuteczność PAC zależy od:

  • rozdrobnienia węgla – skutecznośc maleje ze wzrostem wielkości cząstek

  • czas kontaktu – kilka minut – 48 h < 10 minut

  • pH < 7 najefektywniejszy, > 8,5 absorpcja jest słaba

  • dawka 15 – 20 g/m3

  • wielkość cząstek usuwanych absorbentów

  • miejsce dawkowania

  • konkurencyjność

  • obecność koloidów

Miejsce dawkowania:

1 – przed obróbka wstępną

2 – przed lub do komory koagulacyjnej

3 – przed filtrami pośpiesznymi

WS>>1>>obróbka wstepna>>2>>koagulacja>>sedymentacja>>3>>filtracja
Stosowanie GAC(wody bardzo zanieczyszczone, ciągłe stosowanie)

Stanowią wypełnienie kolumn węglowych. W pewnym momencie następuje przebicie złoża. Proces filtracji projektuje się tak aby złoża pracowały również biologicznie – żeby wytwarzała się błona biologiczna.

Parametry:


stosuje się baterie filtrów węglowych

  • układ szeregowy

  • układ równoległy

  • układ fluidalny



13. Cele i sposoby dezynfekcji wody. Rodzaje dezynfekatorów i różnice między nimi
Dezynfekcję wody prowadzi się w celu unieszkodliwienia bakterii i wirusów znajdujących się w wodzie oraz zabezpieczenia wody przed wtórnym zanieczyszczeniem w czasie jej przepływu ze stacji uzdatniania do odbiorców.

Mechanizm dezynfekcji to:



  • utlenienie lub niszczenie ścian komórkowych

  • dezintegracja wewnątrz komórkowa

  • dyfuzja do wnętrza komórki

  • zakłócenie procesów życiowych

Metody dezynfekcji:

  • bezreagentowe: gotowanie, pasteryzacja, promieniowanie UV, ultradźwięki

  • reagentowe: chlorowanie, chloroaminowanie, ozonowanie, bromowanie, jodowanie

W technologii uzdatniania wody do dezynfekcji najczęściej używane są;



  • chlor i jego związki

  • ozon

Ze względu na niskie koszty oraz trwałość zapewniająca obecność dezynfekanta w wodzie sieciowej, do odkażenia wody w praktyce powszechnie stosowany jest chlor, a ostatnio w wielu wodociągach dwutlenek chloru.

Dwutlenek chloru w porównaniu z chlorem jest znacznie skuteczniejszym i korzystniejszym technologicznie reagentem. Działa on bowiem dezynfekcyjnie w szerokim zakresie pH, charakteryzuje się dużą trwałością w sieci wodociągowej, nie wchodzi w reakcje ze związkami azotu amonowego oraz eliminuje niebezpieczeństwo powstania szkodliwych dla zdrowia trójhalometanów (THM-ów) i innych związków chloroorganicznych. Do cech ujemnych dwutlenku chloru należy zaliczyć to, iż może tworzyć w wodzie w wyniku rozpadu chloryny ClO-2 i chlorany ClO-3 podejrzewane o ujemny wpływ na czerwone ciałka krwi.

Zarówno chlor jak i dwutlenek chloru są zwiąkami dobrze rozpuszczalnymi w wodzie. Wodę w skali technicznej najczęściej chloruje się za pomocą chloru gazowego dodawanego do wody w postaci tzw. wody chlorowej.

Ozon jako silny środek utleniający zaliczany jest również do skutecznych środków odkażających. Ozon podobnie jak dwutlenek chloru, wytwarzany jest na miejscu dawkowania tj. w stacji uzdatniania wody. Ozon wprowadzany jest do wody w postaci gazowej jako tzw. mieszanina powietrzno – ozonowa. Metoda ta jest rzadziej stosowana gdyż ozon jest drogim reagentem oraz ulega szybkiemu rozpadowi w środowisku wodnym. Jego użycie wymaga uzupełniającego traktowania wody chlorem lub dwutlenkiem chloru w celu zabezpieczenia wody w sieci przed wtórnym zanieczyszczeniem mikrobiologicznym.



14. Krzywa zapotrzebowania na chlor – czynniki wpływające na jej przebieg

Dezynfekcję wody prowadzi się w celu unieszkodliwienia bakterii i wirusów znajdujących się w wodzie oraz zabezpieczenia wody przed wtórnym zanieczyszczeniem w czasie jej przepływu ze stacji uzdatniania do odbiorców.

W technologii uzdatniania wody do dezynfekcji najczęściej używane są;


  • chlor i jego związki

  • ozon

Dwutlenek chloru w porównaniu z chlorem jest znacznie skuteczniejszym i korzystniejszym technologicznie reagentem.

Rodzaj wód zróżnicowany jest przede wszystkim obecnością lub brakiem azotu amonowego i azotowych związków organicznych. W odniesieniu do składu i właściwości wody istotną rolę z punktu widzenia zużywania chloru i jego związków odgrywają przede wszystkim: zawartość substancji ulegających utlenieniu, w tym obecność azotu amonowego i związków organicznych, temperatura wody i jej odczyn.

Ilość chloru wolnego lub jego związku wyrażoną w mg/l, dodana do wody w celu przeprowadzenia niezbędnych reakcji, aż do momentu pojawienia się w wodzie pozostałego użytecznego chloru (ZCl2) lub w przypadku dwutlenku chloru – zapotrzebowaniem (ZclO2).

W technice wodociągowej zapotrzebowaniem chloru lub jego związków przyjęto nazywać najmniejsza ilość reagenta wyrażoną w miligramach, dodaną do 1 litra wody, zapewniającą po określonym czasie kontaktu z wodą 0,2 – 0,5 mg Cl2/l pozostałego użytecznego chloru wolnego.

Chlor dodawany do wody utlenia w pierwszej kolejności związki żelaza dwuwartościowego, manganu dwuwartościowego, azotyny, siarczki i siarczany. W przypadku wody nie zawierającej azotu amonowego chlor wprowadzony do wody najpierw jest zużywany na proces utlenienia składników mineralnych i związków organicznych. Po utlenieniu wszystkich tych domieszek pozostała jego część działa bakteriobójczo. Od tego momentu przy dawkowaniu do wody wzrastających dawek chloru, zawartość pozostałego użytecznego chloru ogólnego, ale już pod postacią chloru wolnego, proporcjonalnie wzrasta. (rysunek krzywej chlorowania strona 92 skrypt)

W przypadku gdy woda zawiera azot amonowy, w wyniku dodawania wzrastających ilości chloru do wody, zachodzą następujące po sobie reakcje chloru ze związkami amonowymi. Przebieg procesu chlorowania przedstawia krzywa chlorowania. Jeśli woda zawiera azot amonowy i azotowe zwiazki organiczne, to podczas dodawania wzrastających dawek chloru wolnego początkowo zawartość użytecznego chloru wzrasta proporcjonalnie tworząc w wodzie chloroaminy. Następnie wraz ze wzrostem dawki chloru wolnego w wodzie następuje obniżenie zawartości użytecznego chloru znajdującego się w najniższym punkcie krzywej. W punkcie przełamania zachodzi całkowity rozkład chloroamin o azotu gazowego. Przy dalszym dodawaniu chloru do wody jego ilość w wodzie wzrasta proporcjonalnie do dawki i jest to już chlor użyteczny wolny.

Przy chlorowaniu wody chlor wprowadzony do wody ulega hydrolizie:

Cl2 + H2O →HOCl + H+ + Cl-



Powstający kwas podchlorowy może dysocjować wg reakcji:

HOCl → H+ + OCl-


©absta.pl 2016
wyślij wiadomość

    Strona główna