6
1. Koagulacja - istota i urządzenia stosowane.
Celem koagulacji jest usunięcie koloidów i zawiesin, obniżenie barwy, mętności, zanieczyszczeń, bakterii, czasami organicznych związków rozpuszczonych. W procesie tym do wody dodaje się koagulanty, tj. sole glinu i żelaza. Jeżeli woda ma zbyt dużą zasadowość to koagulant nie ulegnie hydrolizie i woda jest zbyt miękka, wtedy trzeba dodać alkalia. Podczas koagulacji następuje zakwaszenie wody i zużycie zasadowości. W następstwie tych zmian w wodzie po koagulacji obecny jest dwutlenek węgla agresywny. Koagulacja to proces zmniejszający dyspersję koloidów i zapewniający powstanie ich aglomeratów i usunięcie ich w procesie sedymentacji i filtracji. Koagulacja zachodzi w 2 fazach: I faza => destabilizacja, II faza => flokulacja. Destabilizacja => zmniejszenie potencjału elektromagnetycznego. W fazie flokulacji (aglomeracji) powstają aglomeraty (kłaczki). Wśród koagulantów można wyróżnić: niezhydrolizowane wstępnie (siarczan glinu (III), glinian sodu) oraz wstępnie zhydrolizowane (chlorki poliglinu).
Koagulacja zależy od:
- pH,
- temperatury,
- rodzaju i dawki koagulantu,
- warunków hydraulicznych panujących w fazie destabilizacji oraz fazie flokulacji,
- czasu trwania faz.
Wyróżniamy koagulację kontaktową (może być realizowana w osadnikach, w złożu filtracyjnym), powierzchniową oraz objętościową (realizowana w komorze szybkiego mieszania).
KOAGULACJA OBJĘTOŚCIOWA
KOAGULACJA KONTAKTOWA
KOAGULACJA POWIERZCHNIOWA
2. Cele dezynfekcji i jaki dezynfektant zaleciłabyś?
Dezynfekcja to proces niezbędny, gdy sieć wodociągowa jest rozległa. Jest to proces dotyczący wody powierzchniowej jak i podziemnej. Wyróżniamy dezynfekcję fizyczną (gotowanie, pasteryzacja, naświetlanie promieniami UV, stosowanie ultradźwięków) i chemiczną. Chemiczna polega na dawkowaniu do wody utleniaczy chemicznych, które nazywamy dezynfektantami, które charakteryzują się dużymi zdolnościami utleniającymi i muszą mieć dużą siłę biobójczą oraz powinny być trwałe = nie ulegać rozkładowi => bez czynnika dezynfekującego może nastąpić namnażanie mikroorganizmów. Przed dezynfekcją trzeba usunąć zanieczyszczenia, woda nie może mieć zawiesin, bo one utrudniają dostęp czynników dezynfekujących. Bardzo ważne jest pH wody, szczególnie gdy stosuje się chlor. Temperatura to także ważny czynnik, bo w wyższej temperaturze procesy chemiczne zachodzą szybciej. Istotne jest także stężenie i ilość czynnika dezynfekującego.
2 cele dezynfekcji:
- zniszczenie mikroorganizmów patogennych i form przetrwalnikowych obecnych w wodzie,
- zapobieganie wtórnemu rozwojowi mikroorganizmów w sieci wodociągowej.
Dezynfektanty:
- wg zdolności utleniających
O3 > ClO2 > Cl2 > chloraminy
- wg zdolności dezynfekujących
O3 > ClO2 > chlor wolny > chloraminy Chlor wolny = Σ Cl2 + HOCl+ OCl-
- wg stabilności i efektywnego działania dezynfekcji (wg trwałości)
chloraminy > ClO2 > chlor wolny > O3
Zaproponowałabym dezynfekcję ClO2, gdyż nie przyłącza się do związków, stara się utleniać, a więc nie powoduje powstawania chlorowanych związków organicznych. W przypadku chloru, chloramin i kanonu mogą powstać produkty uboczne dezynfekcji, które często są rakotwórcze. Dezynfektant ten jest drogi, ale za to ma dużą siłę utleniającą i biobójczą. Nie powoduje powstawania chlorofenoli ani chloramin.
3. Zasadowość M = 1,5 - zaproponuj odkwaszanie wody i uzasadnij dlaczego tak.
Celem odkwaszania jest usunięcie dwutlenku węgla agresywnego, czyli przywrócenie wodzie stanu równowagi węglanowo - wapniowej. Gdy zas M < 2 mval/ dm3 stosuje się wysokosprawne złoża ociekowe, a resztę dwutlenku węgla można związać chemicznie. Złoża te są: wielostopniowe (półkowe) i jednostopniowe (bezpółkowe).
Inny podział złóż to:
- z naturalnym ciągiem,
- ze sztucznym ciągiem.
Złoże ociekowe na półce są usypane jakieś materiały, np. drewno. Wypełnienie pólek od 30 do 40 cm, odległość między pólkami do 0,5 m.
Metodami chemicznymi usuwania CO2 agresywnego są natomiast: dawkowanie ługu do wody, wapna (mleko lub woda wapienna) lub węglanu sodu. Zaproponowana metoda poza usunięciem CO2 agresywnego, czyli wzrost zasadowości, stwarza się warunki do utlenienia żelaza.
4. Odżelazienie - reakcje
A) HYDROLIZA
B) PROCES UTLENIANIA
C) CHLOROWANIE
D) UTLENIANIE NADMANGANIANEM POTASU
5. Różnice między filtracją powolną i pospieszną
Filtracja jest procesem usuwania z oczyszczonej cieczy cząstek o średnicy > 0,1 μm. Proces ten realizowany jest w urządzeniach nazywanych filtrami. Podczas filtracji woda przepływa w określonym kierunku i z odpowiednią prędkością przez złoże filtracyjne, które stanowi materiał porowaty.
FILTRY POWOLNE
Filtry powolne nazywane są również filtrami biologicznymi, ponieważ podczas filtracji przez złoże filtracyjne zachodzą zarówno procesy fizyczne jak i biologiczne. Wynikiem tych zjawisk jest duży stopień usuwania cząstek stałych, rozkład biochemiczny zanieczyszczeń organicznych oraz transformacje niektórych zanieczyszczeń przebiegające przy udziale mikroorganizmów. Cechą filtrów powolnych jest mała prędkość filtracji wody, która najczęściej wynosi ok. 0,1m/h, a wyjątkowo przy skutecznym wstępnym oczyszczaniu wody może być większa od 0,3 m/h. Procesami wstępnego oczyszczania może być sedymentacja lub filtracja pospieszna. Wykluczone jest natomiast dawkowanie do wody przed filtrami powolnymi chemikaliów, co mogłoby prowadzić do zniszczenia mikroorganizmów tworzących błonę biologiczną. Procesy biochemiczne zachodzące w złożach filtrów powolnych są podobne do procesów samooczyszczania się wody. Filtracja powolna, poza bardzo dużą skutecznością usuwania bakterii, zapewnia ok. 95% zmniejszenie mętności i ok. 60% utlenialności. Z mniejszą skutecznością obniżana jest intensywność barwy.
FILTRY POSPIESZNE
Zaletą filtrów pospiesznych jest:
ü duża wydajność,
ü niższe koszty inwestycji
ü łatwiejsze oczyszczanie przez płukanie.
Wadą:
ü konieczność lepszego wstępnego oczyszczania wody,
ü potrzeba wykwalifikowanej obsługi,
ü znaczna ilość urządzeń mechanicznych.
Filtry pospieszne stosowane są najczęściej do oczyszczania wody o małym poziomie zanieczyszczenia - również do usuwania zanieczyszczeń z wody surowej.
Filtry te eksploatowane są w układach oczyszczania wody powierzchniowej i podziemnej. Złoże filtrów stanowi ziarnisty materiał filtracyjny.
Filtracja pospieszna może być stosowana do:
ü zatrzymania zawartych w wodzie zawiesin pochodzenia naturalnego bądź wytworzonych w procesie koagulacji lub zmiękczenia przez strącenie;
ü usuwania z wody związków żelaza i manganu;
ü przyspieszania procesu koagulacji i zatrzymania produktów koagulacji w tzw. filtrach kontaktowych;
ü sorbowania wielkocząsteczkowych związków zawartych w wodzie lub równoczesnego sorbowania i filtrowania przy zastosowaniu filtrów z warstwą węgla aktywnego;
ü usuwania z wody związków żelaza i manganu w obecności znacznych ilości azotu amonowego, tzw. filtry suche.
W filtrach pospiesznych woda przepływa w kierunku z góry w dół. Złoże filtrów pospiesznych (materiał ziarnisty) ulega zanieczyszczeniu zatrzymywanymi zawiesinami i dlatego złoża filtracyjne muszą być płukane.
Częstotliwość płukania, określająca długość cyklu filtracji, zależy od:
ü stężenia zawiesin w wodzie dopływającej na filtry,
ü stosowanej prędkości filtracji.
Różne role filtrów pospiesznych ze względu na sposób realizacji koagulacji:
ü jeżeli proces koagulacji prowadzony jest w komorach szybkiego i wolnego mieszania lub w osadnikach kontaktowych, to filtry pospieszne zlokalizowane są w układzie urządzeń po osadnikach i ich rola polega na zatrzymaniu zawiesin pokoagulacyjnych pozostałych w wodzie po sedymentacji;
ü jeżeli proces koagulacji przebiega w złożu filtracyjnym, wówczas przed filtrami pospiesznymi kontaktowymi powinna być komora wstępna, w której wyrównuje się ciśnienie wody. Roztwór koagulantu dawkowany jest do wody najczęściej tuż przed złożami filtracyjnymi lub do komór szybkiego mieszania znajdujących się przed filtrami. Filtry, których przebiega koagulacja, są urządzeniami wielofunkcyjnymi, gdyż zachodzą w nich procesy flokulacji, sedymentacji i filtracji.
ü Jeżeli woda z koagulantem kierowana jest na filtry z pominięciem komór flokulacji i osadników, to układ oczyszczania nazywany jest układem filtracji bezpośredniej. W takim rozwiązaniu złoża filtracyjne są wielowarstwowe, najczęściej piaskowo-antracytowe.
Zastosowanie filtrów pospiesznych wiąże się z wprowadzeniem do układu oczyszczania wody procesu koagulacji, bez której nie można usunąć związków powodujących barwę wody bądź zatrzymać drobnych zawiesin o dyspersji bliskiej koloidalnej. W filtrach pospiesznych stosowanych w układach oczyszczania wody przeznaczonych na zapotrzebowanie ludności stosuje się najczęściej prędkość w granicach 5-10m/h. Parametr ten decyduje o skuteczności procesu i zależy od stężenia zawiesin w oczyszczanej wodzie i wysokości warstwy złoża. W filtrach pospiesznych stosuje się złoża jednowarstwowe, np. piaskowe, dwuwarstwowe, np. piaskowo-antracytowe oraz trójwarstwowe np. węglowo - antracytowo - piaskowe. Przyjmując uziarnienie poszczególnych warstw złoża filtracyjnego należy tak je dobrać, aby w wyniku płukania złoża nie nastąpiło wymieszanie warstw. Mogą być płukane wodą lub wodą i powietrzem. Czynniki płuczące podczas płukania przepływają od dołu do góry złoża wynosząc zatrzymane w złożu zanieczyszczenia. Intensywność płukania wodą zależy od gęstości i uziarnienia materiału filtracyjnego oraz temperatury wody płuczącej.
PORÓWNANIE:
ü prędkość filtracji,
- powolna 0,1 - 0,3 m/h
- pospieszna 5 - 15 m/h
ü rodzaj złoża,
ü uziarnienie
- w powolnej mniejsze,
ü wysokość złoża
- pospieszne filtry mają wyższe złoże (do 2,5 m), powolne do 1,5 m
ü oczyszczanie filtrów
- powolne => mechaniczne
- pospieszne => płukanie, mają większą armaturę
ü filtry powolne są zawsze otwarte ( w sensie hydraulicznym)
ü w filtrach powolnych dodatkowo przebiegają procesy biochemiczne ( w górnej warstwie są mikroorganizmy),
ü różnice w jakości wody
- w powolnych powstaje dwutlenek węgla,
- w pospiesznych zawartość dwutlenku węgla się zmienia,
- po filtracji powolnej jest mniej tlenu w wodzie,
ü kierunek przepływu
- w powolnych zawsze z góry na dół,
- w pospiesznych w obie strony
ü straty
- większe w pospiesznych do 3m ( w ciśnieniowych 5-10 m)
- w powolnych do 0,5 m
ü drenaż
- w powolnych tylko do odbioru wody niskooporowej,
- w pospiesznych w zależności od rozwiązania.
6. Dlaczego przed dezynfekcją należy usunąć związki organiczne?
Związki organiczne wraz z chemicznymi dezynfektantami tworzą uboczne produkty dezynfekcji, które najczęściej są kancerogenne. W przypadku chloramin powstają: bromiany, bromodichlorometan, chloraminy, chloryny, tetrachlorometan, trichloroaldehyd octowy, formaldehyd (rakotwórczy), trihalometany, trichlorometan itp.
7. Sorpcja - jak usuwamy rozpuszczalne związki organiczne?
8. Kiedy używa się tych procesów w oczyszczaniu wód podziemnych?
a) koagulacja
b) sedymentacja
c) utleniania wstępne
brit-85