Woda w przyrodzie cd

Technologia Wody WBiI . Rok 3. SIS

Wykład 3 Adsorpcja i dezynfekcja

H₂O

zw. organiczne

CO₂ agresywny zawiesiny

zapach nadmierny ChZT

pestycydy barwa i m tno mikrofauna

wirusy bakterie zapach ro linny

elazo, mangan

twardo metale CH₄; H₂S

8.

Woda w przyrodzie

Woda w przyrodzie cd

4. WARUNKI ORGANOLEPTYCZNE JAKIM WINNA ODPOWIADA WODA DO PICIA

Organoleptyczne Barwa(mg Pt/dm³), M tno (mg SiO₂/dm³), Organizmy(niewidoczne),Plamy olejowe(niewidoczne)zawesina(niewidoczna), Zapach(akceptowalny)

Chemiczne ^mg/dm3,ugdm-3 NDS Mikrobiologiczne index Coli, Miano Coli, NPL 0

Wska nik Jednostka Wymagania

5. WARUNKI FIZYKOCHEMICZNE (c.d.)

Wska nik Jednostka NDS

Cynk mg/l 3

Kadm mg/l 0,003

Mangan mg/l 0,05

Ołów mg/l 0,01

elazo mg/l 0,2

Benzen µµµµg/l 1 (0,001)

Benzo(a)piren µµµµg/l 0,01 (WWA)

ΣΣΣΣWWA µµµµg/l 100

Chlorofenole µµµµg/l 10 (ppz) Mikrozanieczyszczenia organiczne

5. WARUNKI FIZYKOCHEMICZNE (c.d.)

Wska nik Jednostka NDS

Chloroform µµµµg/l 30 (THM)

ΣΣΣΣ THM µµµµg/l 100

PCB µµµµg/l 0,5

ΣΣΣΣ pestycydów µµµµg/l 0,5

ChZT (^KMnO4) µµµµg/l 5000

Mikrozanieczyszczenia organiczne

6. WARUNKI BAKTERIOLOGICZNE JAKIM POWINNA ODPOWIADA WODA DO PICIA

Wska nik Dopuszczalna Obj to

liczba bakterii próbki

Escherichia coli 0 100

Enterokoki 0 100

Clostridium perfiringes 0 100

Ogólna liczba bakterii (37°C) 20 1

H₂O

zw. organiczne

CO₂ agresywny zawiesiny

zapach nadmierny ChZT

pestycydy barwa i m tno mikrofauna

wirusy bakterie zapach ro linny

elazo, mangan

twardo metale CH₄; H₂S

filtracja (powolna)

sedymentacja cedzenie

dezynfekcja wi zanie

chemiczne

sorpcja

utlenianie koagulacja

napowietrzanie

sedymentacja filtracja (szybka)

8.

Układy technologiczne

— usuwanie zawiesin

F D Wu

Wz

Wu

Wz F

S

D

Wu - woda uzdatniona Wz - woda zasilaj ca F - filtracja

D- dezynfekcja S - sedymentacja K - koagulacja U - utlenianie

Układy technologiczne (c.d.)

usuwanie barwy i m tno ci

Wu

Wz D

Wu - woda uzdatniana Wz - woda zasilaj ca F - filtracja

D- dezynfekcja S - sedymentacja K - koagulacja U - utlenianie

Wz Wu

F S

K U

D F

S K

usuwanie zawiesin, barwy i m tno ci

Układy technologiczne (c.d.)

Wz

Wu D F

S

K A

A- adsorpcja D- dezynfekcja

usuwanie zawiesin, barwy i m tno ci, mikrozanieczyszcze

Układy technologiczne (c.d.)

Wz

Wu D F

S K

U U

A

A- adsorpcja D- dezynfekcja Opcja:

utlenianie

Technologia W ^ODY

Wykład 6 - ADSORPCJA

1. Definicja

a) proces jednostkowy

b) zjawisko

2. Przyczyny

a) energia wewn trzna układu b) ciepło adsorpcji

c) hydrofobowe – hydrofilowe

(apolarne – polarne)

Opis adsorpcji

a) zachodzi w sytuacji nierównowagi

dynamicznej (kinetyka: matematyczny opis przepływu)

b) osi ga równowag dynamiczn

opisan przez izoterm adsorpcji (statyka)

c) bilans materiałowy wynikaj cy

z kinetyki i statyki (dynamika)

5. Kinetyka adsorpcji

a) roztwór – warstwa graniczna

– konwekcja

– dyfuzja (zjawisko limituj ce)

F

– liczba Fouriera Pe – liczba Pecleta

( ^{1/F ; Pe} )

f

dc/dr FD

dt - dn

=

Φ

=

F

– liczba Fouriera Pe – liczba Pecleta

( ^{1/F ; Pe} )

f

dc/dr FD

dt - dn

=

Φ

=

0 2

d t F = D ⋅

D Pe = ν ⋅ r

D – współczynnik dyfuzji r – rednica porów

v – pr dko przepływu

t – czas

7. Statyka adsorpcji

a) równanie Freundlicha (do wiadczalne) b) teoria Langmuira (jednowarstwowa) c) teoria BET (wielowarstwowa)

d) teoria Dubinina (obj to ciowa)

WIRTUALNY EKSPERYMENT

- Adsorbent - Adsorbat

T - temperatura (stała)

t - czas (dostatecznie długi)

C_a - st enie adsorbatu w stanie równowagi (po czasie t)

m_A - masa adsorbentu m_a - masa adsorbentu

na powierzchni

Izoterma adsorpcji m

/m

= f(Ca)

m_a/m_A

Ca x = f(y)_T=const

m_a/m_A = f(Ca)_T=const

Z_a

C_r 1

2 3

4

Z_a

C_r 1

2

3

4

Z_a

lg C_r ββββ Z_a = A + B lg C_r

tg ββββ = B A

Ilo ciowy opis izotermy adsorpcji (a/A ≡≡≡≡ y/m)

c

K y/m = ∗

c lg 1/n K

lg y/m

lg = +

K, n – stałe empiryczne K↑, n↓ → y↑

WWA benzen

benzopiren naftalen benzofuran

K 1/n

1 34 132 187

1,6 0,44 0,42 0,57

8. Dynamika adsorpcji

– czasowy i przestrzenny rozkład adsorbentu w zło u

– front adsorpcji

– szybko migracji frontu

Co-Ca/Co 1.0

0.0 czas

.

1 2 2 1

1 u1

h =t

2 u2

h =t

H

C C₀

C_D

Filtr

1 2

1 2

9. Stosowane adsorbenty

a) krzemionka

b) zeolity (klinoptylolit) c) w giel aktywny

d) syntetyczne (Amberlit)

ABSORPCJA A ADSORPCJA

— podobie stwa

— ró nice

Wytwarzanie WA

a) surowice (w giel drzewny, antracyt, pestki, ko ci ...) b) wypra anie bez dost pu powietrza

c) aktywacja d) utlenianie

11. Regeneracja adsorbentów

a) termiczna

b) chemiczna

Regeneracja WA

a) suszenie (200 °C) b) desorpcja (500 °C) c) piroliza (700 °C) d) aktywacja (800 °C)

.

.

A) Filtr z w glem aktywnym, 1-doprowadzenie powietrza, 2-odpowietrzenie, 3-doprowadzenie czynnika płucz cego, 4-odprowadzenie czynnika płucz cego 5-dopływ cieków, 6-odpływ cieków

C dopuszczalne C

V-obj./t-czas

.

.

Vprzebicia

PWA Woda

Zbiornik reakcyjny

Zu yty Oczyszczone PWA Scieki

St enie

zanieczy. Doprowadzenie PWA

Cp

Ck Cr

czas(?)

PWA Scieki

Zbiornik reakcyjny

Zu yty Oczyszczone PWA Scieki

St enie

zanieczy. Doprowadzenie PWA

Cp

Ck Cr

czas(?) .

.

Sposoby prowadzenia adsorpcji (PWA)

Wo C_a

Wo_u C_z

jednostopniowy

Sposoby prowadzenia adsorpcji (PWA) (c.d.)

u

przeciwpr dowy

C_z C

C_a

TECHNOLOGIA WODY

- WYKŁAD 6 -

Dezynfekcja

Drogi rozprzestrzeniania si chorób pochodzenia ‘wodnego’

CIEKI

WODA GLEBA

CZŁOWIEK WODA WARZYWA CZŁOWIEK

Choroby zaka ne przenoszone drog

‘wodn ’

MIKROORGANIZMY CHOROBY

WIRUSY

-zapalenia w troby A - zaka ne zapalenie w troby

-ECHO - letnie’przezi bienia’i biegunki dzieci zapal.spojówek, zaka enia jelit

-Coxackie - zapalenie opon mózgowych, zapalenie mi nia sercowego i ukł.oddechowego BAKTERIE

-Singella - czerwonka bakteryjna

-Salmonella - zatrucia pokarmowe, dur brzuszny -Vibrio - cholera

-Bacillus anthracis - w glik -Mycobacterium tuberculosis - gru lica

Choroby zaka ne przenoszone drog

‘wodn ’-cd.

MIKROORGANIZMY CHOROBY

BAKTERIE cd.

-Lertispira - ółtaczka zaka na

-Proteus -zaka enie układu moczowego, zapal.

płuc, zatrucia pokarmowe, biegunki -Legionella - zapalenie płuc, legioneloza

PIERWOTNIAKI

-Giardia Lambdia - lamblioza

-Entamoeba histolytica - czerwonka pełzakowa

-Cryptosporidium - zapalenie błony luzowej oł dka ROBAKI

-Przywry(urz sione larwy) -przetoki p cherzowe, marsko w troby -Glisda ludzka -nudno ci, wymioty

9. Place all three Petri dishes upside down in an incubator maintained at 44°C (± 0.5°C).

10. After incubation for 24 h, count the number of yellow colonies, irrespective of size, on each of the three membrane filters (Fig. 23). (Faecal coliform bacteria produce acid from the lactose in membrane lauryl sulfate broth, and the acid changes the colour of the phenol red pH-indicator to yellow.) Calculate the mean of these three colony counts; since these counts are for 5 ml (the volume of sample filtered),

multiply this figure by 20 to obtain the faecal coliform count per 100 ml.

Fig. 23. After incubation at 44°C for 24 h, the yellow colonies on the membrane filter are counted. Here, the number of colonies was 40; this is the count per 5 ml (the volume filtered), so the corresponding faecal coliform count per 100 ml is 800.

1 2

3 4

5

6

3.2. Parametry wska nikowe

— wska nik coli (CC/100 cm

)

— najbardziej prawdopodobna liczba

bakterii grupy coli (NPL – CC/100 cm

)

— miano coli (najmniejsza obj to zawieraj ca przynajmniej jedn komórk bakterii grupy coli

Miano coli = 100

wska nik coli

= 100

NPL

Mikroorganizmy. Podział na grupy

Nale y wybra kryterium podziału

1. stopie zorganizowania: wirusy, bakterie, pierwotniaki, grzyby, robaki

2. faza rozwoju: stadium przetrwalnikowe,

stadium fizjologicznie aktywne 3. pochodzenie: alochtoniczne, autochtoniczne

4. szkodliwo : patogenne (chorobotwórcze), saprobowe 5. sposób pozyskiwania energii: autotrofy, heterotrofy

(zwi zki organiczne, zwi zki nieorganiczne)

Dezynfekcja - podział metod

Mikroorganizmy zbudowane s z komórek, a te z organelli, a te wreszcie z zwi zków organicznych (np. białka, kwasy

nukleinowe). Zatem zjawiska prowadz ce do modyfikacji zwi zków organicznych b d niszczyły mikroorganizmy.

Metody niszczenia mikroorganizmów w technologii wody dzielimy:

1. Fizyczne (temp.,promieniowanie, cedzenie, u-d wi ki) 2. Chemiczne (utlenianie, głównie Cl₂, 0₃)

Fizyczne metody dezynfekcji

1. Gotowanie i pasteryzacja

2. Promieniowanie uv, γγγγ, µµµµ-fale 3. Ultrad wi ki

4. Cedzenie (ultrafiltracja, odwrócona osmoza)

Promieniowanie uv

280 315 400 ν(nm)

C B A zakres uv

Int.

uv

265 350 v(nm) Abs DNA

Lampy uv

-niskoci . rednioci

pró niowy

Nadfiolet wiatło widzialne

Metody chemiczne dezynfekcji

– dodawanie do wody silnych utleniaczy

E_n

O₃ > ClO₂ > Cl₂ > Br₂ > NH₂Cl

O₂ Cl^- Cl^- Br^- Cl^-

2,07 1,91 1,36 1,09 0.23

– En wskazuje na zdolno utleniania innych zwi zków – zdolno bakteriobójcza zale y od zdolno ci

przenikania do komórki i od stabilno ci

Ilo ciowa charakterystyka Ch B

a) czynnik CT

– iloczyn st enia i czasu działania prowadz cego do dezaktywacji 99,9 % cyst, 99,99 % wirusów CT = [st .] x [czas]

CT = f(temp., pH, skład)

(mg/dm³·min)

b) warto ci

CT = 1,4 (O₃) 23 (ClO₂) 124 (Cl₂)

1850 (NH_xCl3_-x)

Ilo ciowa charakterystyka Ch B

a) czynnik CT

– iloczyn st enia i czasu działania prowadz cego do aktywacji 99,9% cyst, 99.99% wirusów

CT = [st .]x[czas] (mg/dm³·min) CT = f(temp., pH, skład)

b) warto ci

CT = 1,4 (O₃) 23 (ClO₂) 124 (Cl₂)

185 O(NH_xCl_3-x)

Szybko dezynfekcji

( ) ^N

dt K

dy =

t c

K =

⋅

n - stała = f (w,d,o) ≅≅≅≅

Kt - O

N N = c

Szybko dezynfekcji (c.d.)

Dezynfektant Warto cⁿ

E.coli (b) Polio (w) Entamaeba (c)

O₃ 2300 920 3,1

HOCl 120 5 0,2

ClO₂ 16 2,5 -

OCl^- 5 0,5 -

NHCl₂ 1 0,01 -

Chlorowanie - Reakcje chemiczne

Reakcja Cl₂ w wodzie (dysproporcjonowanie)

Cl₂ + H₂O H⁺ + HOCl + Cl^- H⁺ + OCl^-

Chlorowanie - Reakcje chemiczne

Reakcja Cl₂ w wodzie (dysproporcjonowanie)

Cl₂ + H₂O H⁺ + HOCl + Cl^- H⁺ + OCl^-

HClO 100%

20 40 60 80

1 2 3 4 5 6 7 8 9 OCl ^- HOCl

Cl₂

Cl₂ - nieskuteczny ₈₀

) (ClO K

(HClO) K

- =

Chlorowanie - Reakcje chemiczne

Reakcje w obecno ci NH₄⁺ NH₄⁺ + HOCl

NHCl₂ + H₂O NH₂Cl + HOCl

NH₂Cl + H₂O + H⁺ NCl₃ + H₂O

NHCl₂ + HOCl

2NCl₃ + 9Cl₂ N₂ + 24Cl ^- Reakcje w obecno ci reduktorów

HOCl + 2Fe²⁺ + H⁺

HOCl + C₆H₅OH 2Fe³⁺ + Cl ^- + H₂O ClC₆H₄OH + H₂O

Chlor pozostały

Chlor pozost.

(g Cl₂/m³)

8 6

1 2 3

4

2 (g Cl₂/m³)

woda

destylowana woda

destylowana + reduktory woda

destylowana + reduktory + amoniak

A - niezwłoczne zu ycie chloru B - tworzenie chloramin

C - degradacja chloramin

C A B

Dechloracja wody

– nadmiar chloru usuwa si

a) metodami chemicznymi

Na₂SO₃ + H₂O + Cl₂ →→→→ Na₂SO₄ + 2 HCl SO₂ + H₂O + Cl₂ →→→→ H₂SO₄ + 2 HCl

NH₃ + Cl₂ →→→→ NH₂Cl + HCl b) w giel aktywny

Kryteria doboru metod dezynfekcji

Wydajno + + ~ ~

Niezawodno + + + +

Łatwo obsługi ~ + ~ ~

Skuteczno dez. + ~ + ~

Bakteriobójczo + + + +

Wirusobójczo ~ + + +

Produkty uboczne - ~ ~ +

Czas kontaktu k k

NH₄ - + + +

pH - wpływ - + + +

Kontrola procesu + + + +

Kryterium Cl₂ O₃ ClO₂ uv

Adsorpcja i dezynfekcja

1. Miejsce w układach technologicznych

2. Definicje (a.,d., µ.zanieczyszczenia.org., µ.organizmy)

3. Kinetyka adsorpcji, statyka a.(izotermy a substancje chem.) dynamika a.(obi to przebicia a izoterma a.)

4. PWA, GWA

5. Wsk. ska enia mikrobiologicznego 6. Metody dezynfekcji

7. Dezynfekcja uv

8. Dezynfekcja chemiczna (Cl₂, O₃, Br₂)