a) przed przystąpieniem do budowy zakł uzdatniania wody:ukl. Technologiczny, układ urządzeń – musimy znać wielkość zapotrzebowania na wodę ( bilans) do bilansu zużycia wody przez przemysł, ludność, musimy dodać zapotrzebowanie własne zakładu ( 5-10%).
- Musimy znać rodzaj wody (podziemne, pow, infiltracyjne)
- Skład fizykochem i bakteriologiczny ujmowany – konieczna analiza wody, jeśli oczyszczamy wody podziemne to wystarczy zrobić analizę ( bo jej skład jest stały). Natomiast jeśli wody powierzchniowe to analizy powinny być wykonywane przez okrągły rok( 2 razy w miesiącu)
- Po określeniu składu wody określamy rodzaj procesow oraz ich parametry ( tworzą ukł. Technologiczny)
- Dobieramy ukł. Urządzeń ( do sporządzania roztworów, do dawkowania itd.)
- Przewidujemy gospodarkę ściekami i osadami powstałymi podczas oczyszczania)
- H2O + domieszki i zanieczyszczenia: stan skupienia(gaz,ciecz,ciało stałe) dzielimy na: sub nieorg i sub.organ (syntetyczne – sztuczne, naturalne)dzielimy na: subs.rozp. (zdysocjowane , niezdysocjowana), subst. nierozpuszczalne ( koloidy, zawiesiny)
b) Główne źródła zanieczyszczeń wód powierzchniowych: opady atmosf. ( deszcz, śnieg, such opad), ścieki bytowo- gospodarcze i komunalne, opady stałe, spływy powierzchniowe( deszczówka), eutrofizacja i zakwity glonow, wody zasadowe ( z kopalni)
c) W wodzie oznacza się; OWO, utlenialność
d) Kryteria przy podziale na klasy ( I,II,III ): fizykochem kl.I ok. 1,5 % wód Polski, biologiczne – kl. I < 1% wód Polski. Zgodnie z rozporządzeniem powinno się ujmować wodę kl. I.
2. Wody powierzchniowe
a) Charakteryzuje je: zmienny skład, obecność różnych organizmów( w tym patogennych), zanieczyszczenia organizmami i toksyczne, zwykle nie zawierają agresywnego CO2, zawierają tlen rozpuszczony, zmienna barwa i mętność zależna od wielkości zlewni i natężenia przepływu, zanieczyszczenia koloidalne.
b) Wskaźniki fizyczne składu: barwa 20gPt ( 0 – 500), mętność 5 ( 0 – 2 tys), temperatura, smak – bezsmakowa , zapach – bezzapachowa.Te wskaźniki powoduja subst. rozpuszczalne, koloidy.
c) Wskaźniki chemiczne składu: pH – 6,5 – 8,5 woda do picia ( pH rośnie w dzień w czasie eutrofizacji, kiedy duża ilość organizmów pobiera CO2; twardość 10 mvl/m3, twardość organiczna=500mgCaCO3/m3=10val/m3=28stopnia twardości; zasadowość M = 7 val/m3; twardość niewęglanowa 3*2,8 = 8,4 stopnia twardości -
w wodzie do picia nie powinno być zasadowości F bo ona występuje dla wody o pH >8,3;zasadowość – nienormowana; kwasowość ( nienormowana ): mineralna dla pH < 4,6 ( nie w wodzie do picia) i ogólna; CO2: (wolny, związany, półzwiązany), musimy usunąć agresywny CO2 bo jest korozujący a woda ma być stabilna bardzo blisko rlownowagi węgl – wap.; Fe – 0,5 i Mn 0,1 – w wodzie powierzchniowej nie są raczej problemem jeśli już to Fe +3( i opada na dno)natomiast sa uciążliwe w wodach podziemnych.
3. AZOT
a)amonifikacja Norg – N – NH4+ to jakie związki –N- wyst. wskazuje na stan zanieczyszczenia
nitryfikacja – warunki tlenowe, denitryfikacja – warunki beztlenowe, w okresie zakwitu będzie mniej zw. Organicznych.
b)Zanieczyszczenie organiczne pochodne
- naturalne ( zw. humusowe dają bardzo intensywną barwę) , antropogeniczne ( pestycydy, WWA, estry)
c) Zanieczyszczenia metali ciężkich
d) Związki radioaktywne
d) Związki refrakcyjne – nie ulegają biodegradacji np. metale ciężkie detergenty, WWA, pestycydy)
4. Procesy oczyszczania wody w zależności od zanieczyszczeń
Podstawowy układ technologiczny oczyszczania wód powierzchniowych SCHEMAT
1. Sedymentacja wstepna( mikrocedzenie- usuwanie zawiesin łatwoopadających i organizmów wodnych) stosowana w okresie dużej mętności jeżeli jest możliwość to robi się ujęcia zatopowe, aby usunąć glony stosuje się mikrosita.
2. Korekta zasadowości – jeżeli wody są bardzo miękkie, kwaśne dodaje się wapno.
3. Koagulacja – usuwane są przede wszystkim zanieczyszczenia koloidalne, powstają zawiesiny koagulacyjne.
4. Alkalia – może być ale nie musi niezbędna jeśli woda nabierze cech korozyjnych
5. Proces sedymentacji zawiesin pokoagulacdyjnych
6. Filtracja – zwykle pośpieszna, kolejny stopień usuwania zawiesin które pozostały po procesie sedymentacji
7. Ozowanie – tylko wtedy gdy następnym jest proces sorpcji na węgiel aktywny zasiedlony mikroorganizmami. Jeżeli natomiast sstosuje się sorpcję na zlozu bez mikroorganizmów ozonowanie jest zbędne. Ozon – zamienia część niebiodegradalną na biodegradalną.
8. Sorpcja na weglu aktywnym zasiedlonym lub nie mikroorganizmami sluży do usuwania rozpuszczonych zanieczyszczeń organicznych.
9. Dezynfekcja
10. Procesy przeróbki popłuczyn i osadów ( gospodarka sciekami i odpadami)
Koagulacja usuwa głównie koloidy – cząstki o wymiarach10do-5 – 10do-7mikrom,one pozostają w zwieszeniu w wodzie, nie będą samoistnie sedymentować, obserwuje się efekt opalizacji, mętność, mogą powodować barwę (koloidy o charakterze organicznym). W koagulacji udaje się w małym % obniżyć ilość bakterii i subst. Rozpuszczonych.
Koloidy dzielimy na: hydrofobowe ( wodowstrętne – nieorganiczne), hydrofilowe ( wodnolubne – zwykle organiczne)Łatwiej usunąć koloidy hydrofobowe a co za tym idzie mętność. RYSUNEk
Potencjał elektrokinetyczny – spadek potencjału w strefie dyfuzyjnej mówi jaki jest charakter + czy – i jak bardzo naładowana jest cząstka koloidalna. Im wyższy tym trudniej usunąć zanieczyszczenia. W procesie koagulacji cząstka tak długo jest stabilna dopóki ma znak.
WYKRES
Koagulacja – zmniejszanie stopni dyspersji układu dyspersji. Spowodowanie aglomeracji wcześniej zobojętnianych aglomeracji cz. koloidów z produktami hydrolizy koagulantów. Koagulacja składa się z dwóch faz: destabilizacja koloidów inaczej zmniejszanie potencjałów; flokulacja – powstawanie dużych aglomeratów zawiesin należy dodać elektrolitu o innym znaku.
W praktyce dodajemy koagulant w postaci roztworu . Koagulantem jest najczęściej sól glinu lub żelazo. Dobre efekty otrzymujemy również przy dodaniu polielektrolitu zwykle poliakryle syntetyczne wielocząsteczkowe, najczęściej organiczne które mogą mieć charakter kationowy, anionowy, obojętny. W Polce nie stosuje się polielektrolitów jako jedynych nimi wspomagamy tylko koagulant. W Polsce wszystko co dodajemy do wody musi mieć atest PZH.
1.Koagulacja objętościowa – realizowana w komorach szybkiego potem wolnego mieszania. Komora szybkiego mieszania ( 2-3min) zapewnia wymieszanie całej wody z koagulantem- otrzymujemy jednorodny roztwór w każdym punkcie komory taka sama ilość koagulanta.
Komora wolnego mieszania ( komora flokulacji) – tam ma miejsce aglomeracja a więc powstanie zawiesin pokoagulacyjnych w czasie wolnego mieszania 9 30 min0 powataną kłaczki.Powstałe produkty hydrolizy destabilizują cząstkę koloidalną.
2. Koagulacja kontaktowa – realizowana w osadnikach kontaktowych bądź w filtrach kontaktowych. Nie ma potrzeby stosowania komory wolnego mieszania( czyli o jedno urządzenie mniej). To wszystko co dzieje się w komorze flokulacji dzieje się w osadniku lub filtrze.
Skuteczność koagulacji
a) skład fizykochemiczny wody
b) temp. wody ( kiedy woda jest zimna koagulacja przebiega wolniej)
c) pH wody ( wartość pH decyduje o tym w jakiej formie występuje usuwanie zanieczyszczenia. Jeżeli sa to zw. Org. To zachowują się różnie w zależności od pH gdy pH<6 łatwiej jest usunąć zw. Org. Koagulanty w zależności od pH dają różne produkty hydrolizy. Im bardziej kwaśne środowisko tym większa szansa na powstanie produktów hydrolizy o znaku + . Stosuje się koagulanty: sole glinu bądź żelaza trój lub dwuwartościowego. Im wyższa jest wartość kationów soli tym koagulant jest lepszy. Są to siarczany glinu, żelaza lub chlorki. REAKCJE
d) rodzaj koagulanta – koagulanty glinowe są bezpieczniejsze w oczyszczaniu wód zawierających zanieczyszczenia organiczne gdyż nie powstają barwne cheloty organiczne. Powstają kłaczki Al.(OH)3 mimo dużej pojemności sorpcyjnej są lekkie i trudno sedymentują ( jest to wadą). Koagulanty żelazowe są bardzo efektywne ale ich wadą jest fakt że podczas oczyszczania wody zawierającej subs. Orgt. Może powstać dużo chelotów żelaza z subst. barwnymi.
e) dawka koagulanta musi być wyznaczona w warunkach badawczych są orjentacyjne wzory pozwalające oszacować dawkę.Dk = 6 do 8Pierwiastek z B lub Dk=7pierwiastek z M Jeżeli dawka będzie za mała to nie będzie koagulacji za duza dawka następuje zmiana znaku koloidu ( - może przejść +) WYKRES
f) warunki hydrauliczne ( szybkość mieszania) Mamy 2 fazy; szybkie mieszanie ( lepiej, t=3min), wolne mieszanie (gorzej t=40min). Ważne jest mieszanie w fazie flokulacji, nie wolno za szybko mieszać bo następuje rozbicie kłaczków.
Chemizm koagulacji REAKCJE
Reakcje dysocjacji:
Jeżeli koagulacja ma przebiegać przy mniejszym zakwaszeniu możemy stosować koagulanty wstepnie zhydrolizowane. Jeżeli koagulacja przebiega źle można stosować subst. wspomagające ( zimą bo wtedy jest niska temp.): wody zanieczyszczone zw. org. i nie zawierające wystarczajacej ilości zawiesin w wyniku czego powstają bardzo lekkie zawiesiny pokoagulacyjne i źle sedymentują, kiedy istnieje konieczność zwiekszania skuteczności usuwania zw. org. stosuje się wegiel aktywny pylisty., jeżeli chcemy zmniejszyć dawke koagulanta lub skrócićczas fazy flokulacji.
Substancje wspomagajace
a) pylisty węgiel aktywny( poprawia stopień usuwania subs. org. – jest to sorbent
b) krzemionka aktywna- nieoraniczny reagent naturalny poprawia warunki sedymentacji zawiesin, poprawia ich aglomeracje ( działa jak klej)
c) zmielone minerały – jeżeli nie ma mętności to dawkuje się je aby dziełały jak obciążniki zawiesin.
d) Grupa polielektrolitów – wysokocząsteczkowe zw. org które mają ładunek + lub – lub obojętny. Poprawiają aglomeracje , mogą powodować destabilizację koloidów.
Koagulacja objętościowa
Pierwszy etap w komorze szybkiego mieszania, drugi etap w komorze wolnego mieszania ( flokulacja) nastepnie jest osadnik do sedymentacji. Po całej koagulacji dawkuje się alkalia( przed osadnikiem wiązanie agresywnego CO2) SCHEMAT
Koagulacja kontaktowa
Nie ma wolnego mieszania od razu jest osadnik kontaktowy. Pierwszy etap komora szybkiego mieszania drugi etap osadnik kontaktowy ( flokulacja i sedymentacji) Alkilia przed filtrami ( po koagulacji) SCHEMAT
Przygotowanie koagulantów
a) nie ma przerw w dawkowaniu koagulanta, znamy jego dawkę
b) wprowadzamy je o znanym ziarnie a więc przygotowuje roztwor( przygotowanie w zbiorniku zarobowym a potem rozcieńczam w zbiorniku roztworowym) SCHEMAT
c) wszędzie gdzie tworzy się koagulanty musi być zabezpieczenie ( zbiorniki antykorozyjne szczelne)
SCHEMAT
Komory szybkiego i wolnego mieszania
a) czas szybkiego mieszania t = 1-3 min dlatego one sa małe ( objętość to jest ta zajęta przez wodę).Dzielimy je na hydrauliczne: ma mieć zawirowania bo ma być dokładne mieszanie;mieszane mechanicznie – mogą być one również komorami wolnego mieszania ponieważ ustawiamy sobie obroty silnika tylko wtedy muszą być one duzo większe
b) czas wolnego mieszania t = ok. 20min – w komorach tych nie powinien wytrącić się osad jeżeli się wytrąca to znaczy że nastepuje sedymentacja w niej.
W zależności od tego co dawkujemy to są rozne urządzenia do przygotowania
SEDYMENTACJA
Opadanie cząstek pod własnym ciężarem. Może być wykorzystana wszędzie tam gdzie sa zawiesiny. Najczęściej niezbędna jest po koagulacji może być też stosowana jako pierwsza do oczyszczania wody powierzchniowej, do usuwania zawiesin łatwo opadających jak również do zawiesin trudno rozpuszczalnych powstałych w procesie strącania. Używana w oczyszczaniu wód podziemnych do usuwania cząstek wodorotlenku żelazowego i wtedy jest ona po procesie napowietrzania. Sedymentacja na pewno przed przed filtracją aby zmniejszyć stęzenie zawiesin w wodzie dopływajacej na filtry. Aby przebiegała to usuwane cząstki muszą mieć gęstość większą od wody ( jeżeli ma mniejszą to nastepuje flotacja)
Skuteczność zależy od: stężenia zawiein, gęstości i wielkości zawiesin, czasu sedymentacji i predkości przepływu wody w osadniku oraz temp. wody.
Opadanie swobodne – cząstka opada swoim torem, stężenie zawiesin małe,cząstki nie oddziaływuja na siebie.
Opadanie skupione – cząstki oddziaływują na siebie, stężenie zawiesin duże, nastepuje po koagulacji.
Cząstka podlega dwum siłom :ciężkości i wyporu WZORY
Opadanie powinno odbywac się ruchem laminarnym ( wtedy sedymentacja jest skuteczna)
P. STOKESA
Przejsciowa strefa odpadania P. ALLANA
Opadanie strefa turbulentna P. NEWTONA
Ogólny wzór na predkość opadania przyjmuje się G=R
Jeśli Re < 10_4 – ruchy Browna – koagulacja
Rownanie Stokesa – Prędkość sedymentacji WZOR
Zależy od: średnicy i rożnicy gęstości. Im cząstka cięższa i większa tym szybciej opada.
W wodach powierchniowych jest dużo zanieczyszczen orga. ( ale są one małe ). Zawiesiny mineralne g>2g/cm3 WYKRES
Ciężar właściwy oblicza się ze wzoru: WZÓR
Im więcej składnika stałego tym cząstka cięższa im bardziej uwodnione tym gorzej sedymentują. Zawiesiny po koagulacji to cząstka zawierająca wodę dlatego gęstość cząstki jest bliska gęstości cząstki wody. Połączenie koagulanta i zawiesin powoduje zwiększenie gęstości. Trudniej opadają kłaczki zawierające barwę.
SEDYMENTACJA – w osadnikach
W osadnikach stosuje się ją aby obniżyć filtry. Stosuje się przed filtrami pośpiesznymi, kiedy nie było koagulacji. Dopuszczalne stężenie zawiesin dopływających na filtry <50g/m3.Jeżeli filtry powolne to stężenie zawiesin <20g/m3. Jeżeli filtry pośpieszne i była sto9sowana koagulacja to stężenie zawiesin <20g/m3 ( złoża jednowarstwowe) . Jeżeli złoża wielowarstwowe może być stężenie do 50g/m3.
OSADNIKI
Z uwagi na kierunek przepływu wody osadniki o ; przepływie poziomym, pionowym i pionowo – poziomym. Mogą tez być osadniki kontaktowe w których przebiega też flokulacja lub wielostrumieniowe – płytkie o przepływie poziomym. W dużych zakładach stosuje się za zwyczaj osadniki o przepływie poziomym w mniejszych o przepływie pionowym.
OSADNIKI – POZIOME
Składają się z części osadowej i części klarowania wody. Woda płynie w nim poziomo, cząstki opadają skośnie. Im prędkość przepływu wody większa tym wymagana jest większa długość osadnika. SCHEMAT
Projektuje się je na czas zatrzymania od 2-4h. Prędkość przepływu wody wynosi od 3-12mm/s. Prędkość opadania zawiesin pokoagulacyjnych od 0.35 – 0,6 mm/s. Natomiast zawiesin bez koagulacji od 0,12 – 0,15 mm/s. Stosunek długości osadnika do jego wysokości powinien być większy niż 10:1. Wysokość osadnika czyszczonego ręcznie 3 – 3,5m a mechanicznie 2-3m. Stosowana dlugość do szerokości powinien wynosić 10:1. szerokość zwykle wynosi od 3 – 6m. Obciążenie hydrauliczne krawędzi przelotowych –kp< 20m3H2O/m. Osady wytrącające się z wód mogą leżeć dlugo. Częstotliwość usuwania osadu nie częściej niż 8h . V =Q*(Co – Ck)*t/beta male – obj. osadu zgromadzonego w osadniku
Q – ilość oczyszcz. wody w 1 osadniku; Co – stężenie zawiesin w wodzie dopł.do osadnika; Ck – stęż. zawiesin w wodzie wypł. z osadnika Ck= 10 – 20g/m3; t – czas zalegania; beta mała – stężenie osadu przyjmowane z tabeli Co= stęż.zawiesin w wozie surowej + D koagulanta *b + 0,25 * B + N ; b – współ. Zależny od czystosci koagulanta, B – barwa wody; n – stęż. subst. stałych dodawanych przed sedymentacją do wody.
Są dwie metody liczenia osadników: wg powierzchni F=Q/Vo *alfa : wg. dlugości ( duże osadniki)
OSADNIKI PIONOWE
Woda plynie w kierunku pionowym. Max. Średnica nie większa niż 10m, Wysokość rury centralnej musi być krótsza niż część cylindryczna osadnika ( zwykle 0,8 ). Śred. rury centralnej1/10D ale nie mniej niż 0,3m. Projektuje się je na czas zatrzymania wody w osadniku 1,5 – 2h. Prędkość przepływu wody wynosi 0,4 – 0,8 mm/s.
Przy danej Vp można wyliczyć pow. osadnika F=Q/Oh. Lej wylicza się tak samo jak w poziomym. Obliczenia hydrauliczne krawędzi przelewowych 3-5m3/mh Q*t =Vobj.osad. H=Vobj/f
OSADNIKI POZIOMO – PIONOWE - osadnik wielolejowy
OSADNIKI KONTAKTOWE
W osadnikach tych woda oczyszczona poddana jest kontaktowi z osadem pokoagulacyjnym. Może być kontakt z : woda pulsacyjnie kontaktuje się z osadem, osadem pokoagulacyjnym zawieszonym, osadem zawracanym do urządzenia.
W zalezności od war. kontaktu są rózne typy osadników. W innych osadnikach osad jest usuwany , a w kontaktowych jest on wykorzystywany aby stworzył wrunki do flokulacji. Skuteczność jest duża ( koagulacji) uzyskujemy nawet obniżenie dawki koagulanta.
OSADNIK KORYTARZOWY...
brit-85