TECHNOLOGIA WODY

TECHNOLOGIA WODY

- WYKŁAD 2 -

Usuwanie zanieczyszcze mechanicznych

Woda chemicznie czysta H₂O

Woda w przyrodzie

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

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

Koncepcja Wielokrotnego oczyszczania

Koagulant

krata

osad koagulacja flokulacja

sedymentacja filtracja

popłuczyny

osad

dezynfekcja Woda oczyszczo na

Koag.powierz.

Woda surowa

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.

Podział zanieczyszcze mechanicznych

—

—

—

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. wirow. sedymentacja RO

ED Destyl.

D T, Rozp.

ρ

Procesy jednostkowe usuwania zanieczyszcze mechanicznych

1.Cedzenie

- kraty, sita, mikrosita

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

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

- jednowarstwowe, wielowarstwowe - specjalne, w tym ci gła

3.Sedymentacja

ZANIECZYSZCZENIA MECHANICZNE- podział metod usuwania

przegrody

-kraty -sita -µ-sita -przegrody -membrany

zło a porowate

-jednowarstwowe -wielowarstwowe -powolne

-szybkie -ci głe

-okresowe(płukane) -od elazianie

-wymiana jonowa -adsorpcja

zło a namywane

-µ-filtracja -u-filtracja -n-filtracja -oo (RO)

-liczba warstw

-szybko c filtracji

-ciagło pracy

-^specjalne

-perforowane

-^siatkowe Sedymentacja/Flotacja Filtracja

3. USUWANIE ZANIECZYSZCZE MECHANICZNYCH W WYNIKU CEDZENIA

—

•

•

•

Schemat kraty stałej oczyszczanej mechanicznie:

1 - pr ty kraty, 2 - ła cuch Galla ze zgrzebłami

3. USUWANIE ZANIECZYSZCZE MECHANICZNYCH W WYNIKU CEDZENIA (c.d.)

— sita

•

•

•

•

5 × 5 mm sita g ste

1 × 1 mm sita bardzo g ste

ZANIECZYSZCZENIA MECHANICZNE- podział metod usuwania

przegrody

-kraty -sita -µ-sita -przegrody -membrany

zło a porowate

-jednowarstwowe -wielowarstwowe -powolne

-szybkie -ci głe

-okresowe(płukane) -od elazianie

-wymiana jonowa -adsorpcja

zło a namywane

-µ-filtracja -u-filtracja -n-filtracja -oo (RO)

-liczba warstw

-szybko c filtracji

-ciagło pracy

-^specjalne

-perforowane

-^siatkowe Sedymentacja/Flotacja Filtracja

Technologia Wody

FILTRACJA przez zło a

1. Definicja

a) klasyfikacja b) filtracja

W technologii wody i w odnowie wody proces jednostkowy dogł bnego

usuwania zawiesin (0,1 - 50 µµµµm)

Doprow.

wody

Odprowadzenie wody po filtracji

DRENA

Mechanizm filtracji Mechanizm filtracji

transport transport

przyleganie przyleganie

odrywanie odrywanie

Linia przep

Linia przepłływuywu

WypeWypełłnienienienie, dc, dc

CzCz stka, stka, dpdp

Doprow.

wody

Odprowadzenie wody po filtracji

DRENA

Odrywanie cz stek

Odrywanie cz stek gdy pr dko c filtracji wzro nie (porowato /przekrój czynny) zmaleje

Teoria trajektorii ruchu

d_c d_c

d_c

d_p

dyfuzja d_p < 1 µm

sedymentacja d_p > 1 µm

przechwyt

Viruses

0.01 -0.025

µ

0.2 - 1

µ

Cryptosporidium 3 - 5

µ

Giardia 6 - 10

µ

Doprow.

wody

Odprowadzenie wody po filtracji

DRENA

Schemat Procesu Filtracji

40 30 20 10 0

P-P_o/P_o krotno ci nienia

0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 ΦΦΦΦ porowato

Zale no ci nienia tłocznego od porowato ci

Schemat filtru pospiesznego ci nieniowego

60 50 30 40 20 10 2

20 40 60 80 100

v_f1 = 0,1 m/godz v_f2 = 6 m/godz

v_f3= 12 m/godz

Gł boko (cm)

Φ ΦΦ

Φ (100)

Profile wypełnienia porowato ci

Filtr piaskowy do ci głej filtracji (FlooSand firmy Raisio Flootek

ZANIECZYSZCZENIA MECHANICZNE- podziałmetod usuwania

przegrody

-kraty -sita -µ-sita -przegrody -membrany

zło a porowate

-jednowarstwowe -wielowarstwowe -powolne

-szybkie -ci głe

-okresowe(płukane) -od elazianie

-wymiana jonowa -adsorpcja

zło a namywane

-µ-filtracja -u-filtracja -n-filtracja -oo (RO)

-liczba warstw

-szybko c filtracji

-ciagło pracy

-^specjalne

-perforowane

-^siatkowe Sedymentacja/Flotacja Filtracja

P

membrana

Permeat

(woda oczyszczona)

Schemat filtracji przez membrany(cedzenie)

ZD ZZ

Technologia Wody

SEDYMENTACJA

S EDYMENTACJA - definicja

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

— opadanie zawiesin w wyniku działania siły ci ko ci

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 --- klarowanie wody

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) G = R

( )

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

SEDYMENTACJA - c.d. (4)

OSADNIKI I ODSTOJNIKI

Skuteczno usuwania zawiesin

d 0 d

D 0 D

C C C

% Ł 100

Ł Ł

= −

− ⋅

=

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

Zasady doboru procesów jednostkowych usuwania zawiesin

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

TECHNOLOGIA WODY

- -

KOAGULACJA

Proces jednostkowy- usuwanie koloidów z wody

Zjawisko agregacji koloidów do cz.sedymentuj cych

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.

— wła ciwo ci koloidów

- - + - - -

--

- - +

+

+ + + +

+ +

+

w. adsorpcyjna

w. dyfuzyjna Cz stka

‘koloidu’

V

d

ξ = -30 mV ξ potencjałelektrokinetyczny

11.

CHEMIZM KOAGULACJI

Al₂(SO₄)₃ 2 Al³⁺ + 3 SO₄^2- 2 Al³⁺ + 6 H₂O 2 Al(OH)₃ ^↓↓↓↓ + 6 H⁺

Al₂(SO₄)₃ + 6 H₂O 2 Al(OH)₃ ^↓↓↓↓ + 3 H₂SO₄

SUBSTANCJE WSPOMAGAJ CE 10.

KOAGULACJ

— substancje powoduj ce przyspieszenie powstawania kłaczków (flokulanty)

— polepszenie wła ciwo ci sedymentacyjnych

powstałych kłaczków (obci niki)

SUBSTANCJE WSPOMAGAJ CE KOAGULACJ (c.d.)

— podziałsubstancji wspomagaj cych

a) obci niki flokuł: glina, bentonit, pyłgranitowy, anhydryt, w giel aktywny

b) flokulanty wła ciwe : krzemionka aktywna, polielektrolity,

polimery organiczne

Dwa rodzaje flokulacji

Mikroflokulacja

Ruchy Browna

Makroflokulacja

Gradient cinaj cy Sedymentacja

t = 0

t = 1

17.

KOAGULACJA A ZASADOWO

FeCl₃ + H₂O Fe(OH)₃ + 3HCl +

3HCO₃^- 3H₂CO₃ + 3Cl^-

3CO₂ + 3H₂O

ZASADOWO

18.

PRAKTYKA KOAGULACJI

Woda uzdatn.

koagulant

Mieszanie szybkie(min)

flokulant

Mieszanie

wolne(min^x10)

Woda po koagulacji

Sedymentacja

Filtracja

Zbiornik roztworowy

Zbiornik zarobowy

Magazyn s.sypkich

1.doprowadzenie wody

2.przegrody tworz ce labirynt 3.odprowadzenie wody

4.zastawka posrednia 5.kanałobiegowy 6.kanałdo osadu 7.zastawki sterujace

Koagulacja obj to ciowa

Koagulacja obj to ciowa

Schemat klarownika z osadem

zawieszonym; I-strefa zawieszonego osadu, II-strefa wody sklarowanej, III-zag szczacz;

1- dopływ wody 2- odpływ wody

3- odprowadzenie osadu

Koagulacja strefowa

Osad-koagulant Osad-koagulant

Zag szczony

osad-koagulant

Akcelator Petersona; 1- dopływ wody, 2- odpływ wody,

3- dopływ koagulanta, 4- odprowadzenie osadów

Koagulacja strefowa

Koagulacja / Sedymentacja / Flotacja