Układy technologiczne

TECHNOLOGIA WODY

- WYKŁAD 4 -

KOAGULACJA

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

Kraty, sita, µ-sita

?

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

D F

S K

— usuwanie zawiesin, barwy i m tno ci kraty

sita kraty

sita Wz

Układy technologiczne (c.d.)

Wz

Wu D F

S K

U U

A

A- adsorpcja D- dezynfekcja Opcja:

utlenianie

— usuwanie zawiesin, barwy i m tno ci, µµµµ-zanieczyszczen

6.

MIESCE KOAGULACJI

W UKŁADACH TECHNOLOGICZNYCH

Koagulacja - Sedymentacja - Filtracja

Sedymentacja - Koagulacja - Filtracja

Koagulacja - Filtracja

DEFINICJA

KOAGULACJA

— w technologii wody proces jednostkowy, którego podstawowym zadaniem jest usuwanie m tno ci i barwy

--- aglomeracja cz stek koloidów

1.

2.

SKŁ ADNIKI WODY WYWOŁ UJ CE

— BARW : kwasy humusowe glony

zanieczyszczenia organiczne

— M TNO : krzemionka glina

kwasy humusowe

3.

MIARY BARWY I M TNO CI

— mg Pt/dm

— mg SiO

/dm

Barwa- intensywno pochłaniania wiatła

M tno - intensywno rozpraszania wiatła

Metno ; NTU; 1mgPt/dm3 = 1-3 NTU

3. Rozmiary dodatków do wody

J. nieorg.

Makrocz st.

Koloidy Zawiesiny Wirusy Bakterie Glony

Pierwotniaki OkoMikroskop opt.

Mikroskop elek.

Filtracja

Filt. Membr,µµµµ-filt u-Filtr

n-Filtr OOsmoza

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

φ φ φ

φ (µµµµm)

KOLOIDY 4.

— rozmiar

0,001 µµµµm < k < 1 µµµµm

s.r z

(

)

Koagulacja;u-,µµµµ-filtr.

(adsorpcja, w. jonowa,oo)

— procesy jednostkowe

Własciwo ci koloidów

1. Ładunek powierzchniowy 2. Ruchy Browna

3. Rozmiar

4. Rozpraszanie wiatła

— wła ciwo ci koloidów

- - + - - -

--

- - +

+

+ + + +

+ +

+

w. adsorpcyjna

w. dyfuzyjna Cz stka

‘koloidu’

V

d

ξ = -30 mV

ξ potencjał elektrokinetyczny

—

Koagulacja- mechanizm

MECHANIZM KOAGULACJI

a) faza destabilizacji

— bezpo rednio (sekundy) po dodaniu czynnika destabilizuj cego

— polega na reakcjach chemicznych i oddziaływaniu fizycznym

— obejmuje: 1) obni enie potencjału ξξξξ 2) dehydratacj

3) utlenianie koloidów ochronnych

— wymaga dodania :

1) elektrolitów kationowych

2) wodorotlenków metali Me_x(OH)_yⁿ⁺

3) polielektrolitów

METODY DESTABILIZACJI 5.

— mechaniczne

— na wietlanie

— wymra anie

— ogrzewanie

— metody chemiczne(!!!)

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

7.

STOSOWANE KOAGULANTY

Al₂(SO₄)₃ ·18H₂O Fe₂(SO₄)₃ · 9H₂O FeSO₄ · 7H₂O NaAlO₂

FeCl₃ · 6H₂O

8.

JAKIE ZANIECZYSZCZENIA USUWA KOAGULACJA

— barwa : 95 %

— m tno : 98 %

— mikrozanieczyszczenia : 30 - 90 %

— metale ci kie : 50 %

3H₂SO₄ + 3Ca(HCO₃)₂

3 7 11

0,2 Al³⁺, Fe³⁺

mg/dm³ Al³⁺ Fe³⁺

pH

U YTECZNY ZAKRES pH

3CaSO₄ +6H₂O + 6CO₂↑

FeCl3 + 3H2O = Fe(OH)3 + 3HCl

9.

ROLA UTLENIANIA

W KOAGULACJI

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

MECHANIZM KOAGULACJI

b) faza flokulacji

— kilka/kilkana cie minut

— obejmuje zjawiska fizyczne

— zachodzi pod wpływem: 1) r. Browna 2) sedymentacji 3) mieszania

(gradient cinaj cy)

— prowadzi do zmniejszenia liczby cz stek z 10⁷/dm³ do 10³/dm³

Dwa rodzaje flokulacji

Mikroflokulacja

Ruchy Browna

Makroflokulacja

Gradient cinaj cy Sedymentacja

t = 0

t = 1

KINETYKA KOAGULACJI

Liczba zderze (N_i,j)

(

)

n 6 n

N_ij 1 _{i j i j} ³ v +

=

(

)

6 n

N_i = 1 _{i i} + _j ³ v

(

)

6 1 dz

R d dz 3

dz b z d t z

3 j 3 i

R 0

v v

v v

V = = = +

r_j

r_i

R=r+r^{i j} b

dz R dv v +

v

dz R d - v v

DYSYPACJA ENERGII

∆∆∆∆ z

∆∆∆∆ x

v

dz z dv v + ∆

dz d v

=

gradient pr dko ci lepko

ci nienie cinaj ce

DYSYPACJA ENERGII c.d.

( ) ( ^{x y} )

dz z d

x s

F = ⋅ = ⋅ ∆ ∆ = v ∆ ∆

powierzchnia siła cinaj ca

( ^{x y z} )

dz d dz

z d F

P

2

∆

∆

∆

=

∆

⋅

= v v

moc

DYSYPACJA ENERGII c.d.

gradient cinaj cy (pr dko ci) obj to

G

v P = ⋅ ⋅

v G = P

Zatem

— mo emy obliczy G

— mo emy obliczy zapotrzebowanie na moc

FLOKULACJA - czynniki

Wynik flokulacji zale y od: 1) czasu t

2) gradientu - G 3) temperatury 4) pH

LC = G t (=10

- 10

G = 30 - 100 (1/s)

t = 15 - 30 (min)

G t N D

ln N

t 0

=

KOAGULACJA - rady

1. Szybkie rozprowadzenie koagulanta 2. Dodatek SWK pod koniec sz.m.

3. Flokulacja t = 20-30 min, kilka komór 4. Sedymentacja

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

Schemat zbiornika zarobow-roztworowego do przygotowywania roztworu koagulantu 1- koagulant w bryłach, 5- spust,

2- ruszt drewniany, 6- zbiornik zarobowy, 3- spr one powietrze, 7- zbiornik roztworowy 4- roztwór roboczy

Przygotowanie roztworów koagulantów i flokulantów

Koagulacja- sposoby mieszania

- hydrauliczne (a, b) - mechaniczne (c)

a)

c)

MIESCE KOAGULACJI

W UKŁ ADACH TECHNOLOGICZNYCH

Koagulacja

Sedymentacja Koagulacja Filtracja Sedymentacja Filtracja

—

—

—

—

19.

SPOSOBY PROWADZENIA KOAGULACJI

— obj to ciowa

— kontaktowa (strefowa)

— powierzchniowa

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

Mieszacze hydrauliczne

a) z poziomym przepływem wody;

1- dopływ wody,

2- dopływ koagulantu, 3- odpływ zawiesiny,

4- odpływ wody przelewowej, 5- przegrody perforowane,

b) z wirowym przepływem wody (wodoskr tne) 1- dopływ wody

2- dopływ koagulantu 3- odpływ

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

Schemat klarownika korytowego z osadem zawieszonym;

1- doprowadzanie wody

2,3- odpływ wody sklarowanej 4- zawór

5- odpływ wody ze strefy zag szczenia 6- zasuwa regulacyjna

7- otwory do przepływu nadmiaru osadu 8- odprowadzanie osadu

9- osłony

Koagulacja strefowa

Klarownik cylindryczny z zawieszonym osadem

1- doprowadzenie wody z reagentami 2- odpowietrznik

3- rury rozdzielcze

4- strefa osadu zawieszonego 5- zag szczacz

6- otwory do przepływu nadmiaru osadu 7- osłony

8- rura do odprowadzania wody nadosad.

9- rura do odprowadzania osadu

10- odprowadzanie wody sklarowanej

Koagulacja strefowa

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

3- dopływ koagulanta, 4- odprowadzenie osadów

Koagulacja strefowa

Akcelator Sieradzon; 1- dopływ wody wraz z koagulantem, 2- odpływ wody, 3- odprowadzanie osadu

Koagulacja strefowa

Schemat technologiczny urz dze w procesie koagulacji powierzchniowej;

1- dopływ wody, 2- odpływ wody, 3- rury perforowane,

4- odpowietrzenie, 5- zbiornik koagulantów, 6- dozownik zw kowy, 7- filtr powierzchniowy, 8-zbiornik wody płucz cej

Koagulacja powierzchniowa

Accelator’s four-zone treatment process Raw water

enters the primary mixing and reaction zone, where it is mixed with previously formed slurry and treatment

chemicals. The rotor-impeller combination prevents solids from settling on the basin floor and promotes dense particle growth.

Flow is directed to the secondary mixing and reaction zone,

where continued slurry contact allows the treatment reactions to approach equilibrium. Flow is discharged downward through the return flow zone

and onto the surface of the slurry pool. Treated water is displaced upward and collected in launders while slurry is redirected to the primary mixing and reaction zone.

Excess sludge is collected in the sludge concentrator to be

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.

1.

2.

3.

Koagulacja

- definicja

- m tno , barwa

- koloidy:wła ciwo ci, - chemizm

- a zasadowo

- praktyka koagulacji - rodzaje koagulacji - urz dzenia

- układy technologiczne

Koagulacja

- definicja

- m tno , barwa

- koloidy:wła ciwo ci, - chemizm

- a zasadowo

- praktyka koagulacji - rodzaje koagulacji - urz dzenia

- układy technologiczne

20.