Skład cieków

H₂O

INNE N, P zawiesiny

zapach nadmierny ChZT

pestycydy barwa i m tno mikrofauna

wirusy bakterie

elazo, metale

twardo CH₄; H₂S

cieki

cieki

Metody -chemiczne -biologiczne

organicznenie- detrytus

Skład cieków

Próbka cieków

0,5 µµµµm

Rozpuszczone Zawiesina

organizmy organiczne

s. biogen.

m. ci kie j.główne aniony

bakterie bezkr gow.

całkowite

(ChZT, RWO) kwasy humusowe ekstrakt eter

mikro-zaniecz.

(WWA, PCB ...) aminokwasy, cukry rozp.gazy

kr gowce

2. Rozmiary substancji

rozpuszczonych i zawiesin

2.1. Rozmiary i masy cz steczkowe

-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 lg Φ Φ (µm)

10² 10⁴ 10⁶ M. cz stecz. (D)

10^-6 10^-5 10^-4 10^-3 0.01 0.1 1 10 10² 10³

cz stki

rozpuszczone koloidy zawiesiny

2.2. Składniki wód w przyrodzie

-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 lg Φ Φ (µm) 10^-6 10^-5 10^-4 10^-3 0.01 0.1 1 10 10² 10³

krzemionka glony

cysty bakterie

minerały ilaste kwasy

fulwowe kwasy huminowe wirusy

j.pr. j.zło one

k z

r k

2.3. Metody fizyczne rozdzielania

-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 lg Φ Φ (µm) 10^-6 10^-5 10^-4 10^-3 0.01 0.1 1 10 10² 10³

filtry

Φ

n u µ cedzenie

Φ,ς

filtracja u-wir. wirowanie sedymentacja RO

ED Destyl.

D T, Rozp.

ρ

Procesy jednostkowe usuwania zanieczyszcze mechanicznych

rednica. FILTRACJA 1.Cedzenie

- kraty, sita, mikrosita

- membrany (u-,µ-,nano-filtracja) - odwrócona osmoza

2.Filtracja cz stkowa (przez zło a) - powolna, pospieszna

- jednowarstwowe, wielowarstwowe - specjalna, w tym ci gła

Masa wła ciwa. SEDYMENTACJA, FLOTACJA

ZANIECZYSZCZENIA MECHANICZNE- podział metod usuwania

Sedymentacja

-osadniki/odstojniki -poziome/pionowe -tłokowe/radialne

Flotacja

-

-ci nieniowa -podci nieniowa -p cherzykowa

Filtracja

Sedymentacja i Flotacja

Kraty - 10 mm Sita - 1 mm

Mikrosita -20 µm

Filtracja cz stkowa - polega na usuwaniu

zanieczyszcze za pomoc filtrów ze zło em

filtracyjnym lub wkładów wymiennych. Dolna granica filtracji wynosi 1 um (resztki roslin, glony,

pierwotniaki).

S EDYMENTACJA - definicja

— w technologii wody i cieków proces jednostkowy, którego zadaniem jest usuwanie zawiesin

— opadanie zawiesin w wyniku działania siły ci ko ci

O ^DNOWA W ^ODY

W ^{YKŁAD 4}

S EDYMENTACJA

I F ^LOTACJA

4. USUWANIE ZAWIESINY W WYNIKU SEDYMENTACJI

DEFINICJA — proces jednostkowy maj cy na celu usuwanie zawiesiny

— usuwanie zawiesiny z roztworu na skutek opadania pod wpływem siły ci ko ci

Cele sedymentacji

— klarowanie cieków

— wydzielanie ze cieków cz stek stałych

SEDYMENTACJA - c.d. (1)

Siły działaj ce na cz stki zawiesiny

a) ci ko ci i wyporu

( ) ^g

6 W d

-

G = Π

−

b) oporu

2 F v

R = ⋅ ⋅

d v g

d

Re = v ⋅ ⋅ = ⋅

powierzchnia czołowa cz stki współczynnik oporu λ = f(Re)

l. dynamiczna

lepko kinematyczna

G R W

SEDYMENTACJA - c.d. (2) R

W -

G =

( )

2 v 4

g d 6

d ² _s²

c

3 − = Π ⋅ ⋅

Π

( )

3 v_s = 4d ^c −

(

)

s f d , ,

v = d v

24 Re

24

s ⋅ ⋅

=

=

( )

d 18 g

v_s = 1 ⋅ ^{2 c} −

dla ruchu laminarnego

Zale no współczynnika oporu λ λ λ od liczby Re przy opadaniu cz stekλ

24/Re 0,44

Re0,6

= 18,5 λ

λλλλ

Re

10^-1 0 1 2 3 10⁴

10^-3 10^-2 10^-1 0 1 2 3 4

Re = 24 λ

Re0,6

= 18,5 λ

= 0,44 λ

0,5 500

Pr dko opadania cz stek kwarcu w wodzie o tempe- raturze 10°C w zale no ci od rednicy.

G sto kwarcu 2,63 g/cm³

Zakres du ych zbiorników zaporowych

Zakres piaskowników

Zakres osadników sztucznych

Strefa

Koagulacji koloidy

10^-6 10^-5 10^-4 10^-3 10^-2 10^-1 0

10^-5 10^-4 10^-3 10^-2 10^-1 0 cm/sV

Φ Φ Φ cmΦ koloidy

koagulacja Du e zbiorniki wodne Osadniki

Piaskowniki

G sto zawiesin - ρρρρ

1,002 < ρρρρ < 3,50

glina 1,8 - 2,2

kwarc 2,65

Al (OH)₃ 1,002

Fe(OH)₃ 1,009

Mg(OH)₂ 1,05

CaCO₃ 1,43

Pr dko opadania cz stek w wodzie o temperaturze 10°C w zale no ci od ich rednicy i g sto ci.

10^-5

-4 -3 -2 -1

0

1 2

10³ cm/sV

rednica 10^{-4 -3 -2 -1} 0 ¹ (m)

ρρρρ = 5

ρρρρ = 1,001 2,5

1,1 1,01

SEDYMENTACJA - c.d. (3)

CZ STKI KULISTE A NIEKULISTE

d_z - rednica zast pcza ( rednica kuli o obj to ci równej...) Φ

ΦΦ

Φ - sferyczno (iloraz pow. kuli do pow. cz stki)

d 1 d

z

≥

≤ 1

Φ

Cz stki idealne a cz stki rzeczywiste

— zło ony kształt rednica zast pcza

powierzchnia zast pcza

— poło enie cz stki w stosunku do kierunku ruchu λλλλ = f (Re, ΦΦΦ)Φ

Zale no pomi dzy parametrami opadania grawitacyjnego cz stek w wodzie

10^-4 10⁶ pr dko ciCz

rednicyCz

10^-4 10⁷

10⁰

kuliste

zaokr glone kanciaste podłu ne blaszkowate

Opadanie cz stek rzeczywistych

Urz dzenia

Odstojniki

Osadniki (proces obj to ciowy)

— przepływ poziomy

— przepływ pionowy Urz dzenia (proces strefowy)

— klarowniki

— pulsatory

— akcelatory

A

B

Mechanizm sedymentacji

A. Ruch cz steczek zawiesin w osadniku o przepływie poziomym B. Schemat osadnika o przepływie poziomym

SEDYMENTACJA - c.d. (4)

OSADNIKI I ODSTOJNIKI Skuteczno usuwania zawiesin

d 0 d

D 0 D

C C C

% Ł 100

Ł Ł

= −

− ⋅

=

SEDYMENTACJA - c.d. (5)

Q t

= V

p

o

t

v = H

F Q

F H

Q H

V Q v

H

=

⋅

= ⋅

= ⋅

SEDYMENTACJA - c.d. (6)

— sprawno

Q v F

v v t

v t v H

h

0 p

0

p

= = ⋅

⋅

= ⋅

=

— inaczej

0

s

v

t = H

Q H F Q

t

= V = ⋅

Q v F t

t

s

p

= ⋅

0 s

p

v Q t

F = t ⋅

αααα

SEDYMENTACJA - c.d. (7)

t t

s

p

=

αααα > 1 dla urz dze rzeczywistych

Wielko współczynnika α w zale no ci od rodzaju i skuteczno ci sedymentacji:

A - teoretyczny przebieg sedymentacji, B - sedymentacja w osadniku działaj cym okresowo (wypełnianie, sedymentacja, opró nianie), rzeczywisty przebieg sedy- mentacji: 1 - w pojedynczym osadniku, 2 - w dwóch osadnikach poł czonych szeregowo, 3 - w 3 ossadnikach poł czonych szeregowo, 4 - w osadniku przepły- wowym z przegrod , 5 - w osadniku przepływowym z wieloma przegrodami

0,0-0,5 0,5-1,0 1,0-1,5 1,5-2,0 2,0-2,5 2,5-3,0 3,0-3,5 3,5-4,0 20

40 60 80 100 Liczba cz dm^-3× 10^-5

Szybko opadania (m/godz)

dopływ odpływ

Histogram cz sto ci cz stek o odmiennej szybko ci sedymentacji w dopływie i odpływie

Zakłócone opadanie cz stek

— znaczne zag szczenie ( > 0,22 % obj to ciowo)

— sedymentacja „powi zana”

Rodzaje zawiesin

A. Kształt

1. cz stki ziarniste

2. cz stki kłaczkowate B. Zawarto

1. cz stki rozproszone 2. cz stki strefowe

HS

TS

CS

Granica rozdziału

(GR)

czas

CS CS CS CS

TS TS

HS HS

GR W

Osadniki w odnowie wody

— po procesie koagulacji

— po str caniu chemicznym

— po I etapie rekarbonizacji dwustopniowej

— w grawitacyjnym zag szczaniu osadów

Urz dzenia

Odstojniki

Osadniki (proces obj to ciowy)

— przepływ poziomy

— przepływ pionowy Urz dzenia (proces strefowy)

— klarowniki

— pulsatory

— akcelatory

SEDYMENTACJA - c.d. (8)

Osadnik poziomy i osadnik pionowy

Schemat osadnika o przepływie poziomym z zagarniaczem tarczowym

Osadnik poziomy z zgarniaczem ła cuchowym

Osadnik poziomy z od rodkowym przepływem wody

v_n

v_e v_e

v_n

v_o v_e

h₀

h₁

h₂

h₃

h₄

h₅

t₁ t₂ t₃ t₄ t₅ czas gł boko

Sposoby doprowadzania wody do osadnika o przepływie poziomym

Rozmaite rozwi zania wlotu do osadnika

Sposoby odbioru wody w osadnikach o przepływie poziomym

Osadnik poziomy -wzdłu ny z wydzielon komor flokulacji i komor szybkiego mieszania

F ^LOTACJA

— proces w którym zawiesina, charakteryzuj ca si g sto ci mniejsz ni o rodek rozpraszaj cy, ulega wyniesieniu na powierzchni o rodka rozpraszaj cego i usuni ciu przez zbieranie

— w wi kszo ci praktycznych aplikacji g sto zawiesiny ulega zmniejszeniu w wyniku zwi zania z drobnymi p cherzykami gazu

Flotacja -SEDYMENTACJA - c.d. (1)

Siły działaj ce na cz stki zawiesiny

a) ci ko ci i wyporu

( ) ^g

6 W d

-

G = Π

−

b) oporu

2 F v

R = ⋅ ⋅

d v g

d

Re = v ⋅ ⋅ = ⋅

powierzchnia czołowa cz stki współczynnik oporu λ = f(Re)

l. dynamiczna

lepko kinematyczna

G W

R

Zakres zastosowania

— fabryki celulozy

— przemysłspo ywczy (tłuszczowy), rafineryjny

— zat anie rud metali

— usuwanie zawiesin po koagulacji

— zag szczanie osadu czynnego

Rozpuszczalno powietrza w wodzie

C

= H ·p

H = f(T)

powietrzeRozp mg/l ·atm

T °C

10 20 30

10 20 30 40 50

krzywa saturacji

C_w - rozpuszczalno w wodzie (mg/l) H - stała Bounsena (mg/l ·atm)

p_p - ci nienie cz stkowe T - temperatura

Ilo uwolnionego powietrza C

C

= H P

C

= H P

C

- C

= H P

- H P

= H (P

- P

)

= H (P

- 1)

Okre lenie warto ci ilorazu powietrze/zawiesina

— ci ar wła ciwy zawiesiny musi by mniejszy ni ci ar wła ciwy roztworu (1 g/cm³)

( )

(

)

s s a

c a

V V

V V

+

= +

V_a - obj to powietrza zwi zanego z cz stk o obj to ci V_s ρρρρ_a, ρρρρ_c - g sto powietrza i zawiesiny

Iloraz masy powietrza i masy zawiesin masa powietrza

= a

= V

ρ

V

ρ

s

masa cz steczki

Poł czenie równa daje:

⋅ +

+

=

s a 1

1

s 1 a

a s

c

Poniewa – wznoszenie nast pi gdy ρρρρ_c<ρρρρ

– minimalna warto ilorazu a/s wyniesie

−

=

1 -

1 s

a

a s min

Wprowadzanie powietrza do roztworu

1. Dyfuzery

2. Technika pró niowa

3. Technika spadku ci nienia

Technika spadku ci nienia

Zało enia

— okre lony iloraz a/s

r c

p

C

s Q a Q

⋅

=

( ) ^{P - 1}

H s Q a

Q

⋅

=

C - st enie zawiesiny Q_p - przepływ powietrza Q_c - przepływ cieków

C_r - iloraz uwolnionego powietrza

Zasady budowy flotatora

1

2

2

3 4

5

6

7

1 cieki ² powietrze dławik

roztw. nasyc. powietrza zgarniacz

odprowadzenie cieczy odprowadzenie flotatu

4 6

3 5 7

Flokulacja/Flotacja

Pretreated raw water (with coagulant) enters the flocculation basin for two-stage flocculation.

Flocculated particles enter the DAF upflow channel; diffuser

nozzles create millions of microbubbles that attach to floc particles.

Solid particles float to the surface; clarified water flows down through the false floor and out the upflow channel.

Porównanie z sedymentacj

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

Usuwanie zawiesiny flotuj cej i sedymentuj cej Wysoka efektywno

St ony osad

Natlenianie cieków Mniej koagulantu

Gorsza jako roztworu sklarowanego Kosztowna eksploatacja

Sedymentacja i flotacja- zagadnienia

- sedymentacja/definicja - siły dziaj ce na zawiesiny

- liczba Reynoldsa, współczynnik oporu - rednica/powierzchnia zast pcza

- liczba Hazena

- urz dzenia do sedymentacji/flotacji - flotacja/definicja

- metody obni ania masy wła ciwej zawiesin - schemat urz dzenia

- prównanie sedymentacji i flotacji