SKŁADNIKI ROZTWORÓW WODNYCH

14.11.2005

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

cieki

SKŁADNIKI ROZTWORÓW WODNYCH

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)

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)

O ^DNOWA W ^ODY

W ^{YKŁAD 3}

K OAGULACJA CIEKÓW

DEFINICJA

KOAGULACJA

— w technologii wody i cieków proces jednostkowy, którego podstawowym

zadaniem jest usuwanie m tno ci i barwy

DEFINICJA

PROCES agregacji KOLOIDÓW

KOLOIDY A ZAWIESINY I SUBST.ROZP. 4.

— rozmiar

0,01 µµµµm < k < 1 µµµµm

s.r z

(

)

Koagulacja

Pr membranowe (adsorpcja, w. jonowa,oo)

— procesy jednostkowe

WŁA CIWO CI KOLOIDÓW

ROZPRASZANIE WIATŁA

RUCHY BROWNA

ŁADUNEK ELEKTRYCZNY Rozmiar?

MIARY BARWY I M TNO CI

— mg Pt/dm

— mg SiO

/dm

Metno ; NTU; 1mgSiO2/dm3 = 1-3 NTU NTU

A BSORPCJA WIATŁA

x - droga optyczna

a - liniowy współczynnik absorpcji

Ix - nat enie promieniowania po przej ciu przez warstw roztworu o grubo ci x Io - nat enie promieniowania padaj cego

ax - 0

I I = e

I T I

0

=

ax - T

lg =

ax 0,7343 T

lg 1

A = =

T - transmisja (przepuszczalno ) - absorbancja (pochłanianie) 0,4343 a - współczynnik absorbancji

(współczynnik ekstynkcji)

T lg 1

0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2

0,2x 0,4x 0,6x 0,8x 1,0x

A a₁ > a₂ a₂ > a’₂

A₁ = f(x) dla λλλλ₁

A’₁ = f(x) dla λλλλ₂ A₂ = f(x) dla λλλλ₂ ZALE NO ABSORBANCJI OD x, a

W ŁA CIWY W SPÓŁCZYNNIK A BSORBANCJI

c

e

T =

T - transmisja c - st enie a’ - ?

( ^{T = e}

)

x -a"c

e

T =

cx a"

0,4343

A

T

lg 1 = =

0,4343 - wła ciwy współczynnik absoorbancji A - ?

0,8 < λ < 1,5 mm (promieniowanie podczerwone) 0,4 < λ < 0,8 mm (promieniowanie widzialne)

0,1 < λ < 0,4 mm (promieniowanie nadfioletowe - uv)

P ROMIENIOWANIE E LEKTOMAGNETYCZNE

h

E = ⋅

E - energia (wła ciwo ci) h - stała Plancka

- cz sto

1

=

— wła ciwo ci koloidów

- - + - - -

--

- - +

+

+ + + +

+ +

+

w. adsorpcyjna

w. dyfuzyjna

koloid

V

d ξ = -30 mV ξ

SKŁADNIKI ROZTWORÓW WODNYCH WYWOŁUJ CE (drobne zawiesiny i koloidy)

— BARW : kwasy humusowe glony

zanieczyszczenia organiczne

— M TNO : krzemionka glina

kwasy humusowe

tlenki i wodorotlenki metali

JAKIE ZANIECZYSZCZENIA USUWA KOAGULACJA

— barwa : 95 %

— m tno : 98 %

— mikrozanieczyszczenia : 30 - 90 %

— metale ci kie : 50 %

2.3. St enia substancji

biogenicznych w ciekach

Nog Pog (

)

— cieki miejskie surowe 80 14

— .m.s. po II st. 45 11 oczyszczania (o.cz.)

— po III st. ocz.(str.chem) 40 2(1,5)

— + filtr 30 0,3

— + klinoptylolit 4 0,3

.m.s. po wysoko- 12 1,2 efektywnych biologicznych

metodach usuwania

substancji biogenicznych

—

Proces jednostkowy

200

ChZT m tno

12 70

zw.rozp. L/100m³ gr/m³ Index

coli

Odwrócona osmoza

Wska nik zanieczyszczenia(mg/l)

BZT₅ P N

Koszt

ciek B.O.

Koagulacja CaO Filtracja

Klinoptylolit (J) Adsorpcja

Dezynfekcja (Cl₂)

30 5 1,5 1,5 0,5 0,0 0,0

700 55 40 35 35 6 6 1

130 65

4 2 2 2 0,5 0,0

10 1,5 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1

40 20 20 2 2 2 0,5

550 500 500 500 500 500 600 100

10⁹ 10⁷ 10³ 10² 10² 10² 0 0

— 25 10 5 20 20 5 50

Efektywno i koszt procesów jednostkowych w III stopniu oczyszczania cieków miejskich

cieki miejskie

2.4. Schemat oczyszczania (II + III stopie )

cieki surowe

cieki oczyszczone

BZT₅ NogN NH₄⁺ Pog

350 80 45 14

270 70 40 13

30 45

—11

25 40

—2

20 30 0,3—

O O

O O.Cz. K F D

MIESCE KOAGULACJI

W UKŁADACH TECHNOLOGICZNYCH

Koagulacja

Sedymentacja Koagulacja Filtracja Sedymentacja Filtracja

—

—

—

—

—

1. Destabilizacja 2. Flokulacja

METODY DESTABILIZACJI

— mechaniczne

— na wietlanie

— wymra anie

— ogrzewanie

— metody chemiczne(!!!)

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: 1) dodania elektrolitów kationowych 2) wodorotlenków metali Me_x(OH)_yⁿ⁺

3) dodania polielektrolitów

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

STOSOWANE KOAGULANTY

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

FeCl₃ · 6H₂O

3H₂SO₄ + 3Ca(HCO₃)₂

3 7 11

0,2 Al³⁺, Fe³⁺

mg/dm³ Al³⁺ Fe³⁺

pH

U YTECZNY ZAKRES pH

3CaSO₄ +6H₂O +6CO₂↑

FeCl3 + 3H20 = Fe(OH)3 + 3HCl

SUBSTANCJE WSPOMAGAJ CE KOAGULACJ

— flokulanty

— substancje powoduj ce przyspieszenie

powstawania kłaczków oraz wła ciwo ci

sedymentacyjnych powstałych kłaczków

(obci niki)

SUBSTANCJE WSPOMAGAJ CE KOAGULACJ (c.d.)

— podział substancji wspomagaj cych

a) obci niki flokuł : glina, bentonit, pył granitowy, 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 = 1

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

V 3

j 3 i

R 0

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

∆∆∆∆ y

∆∆∆∆ x

v

dz z dv v + ∆

dz d v

=

gradient pr dko ci lepko

ci nienie cinaj ce

∆∆∆∆ z

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

18.

PRAKTYKA KOAGULACJI

Roztwór uzdatn.

koagulant

Mieszanie szybkie(sek)

flokulant

Mieszanie wolne(min)

Rozt. po koagulacji

Sedymentacja Filtracja

18.

PRAKTYKA KOAGULACJI

cieki do oczyszcz.

koagulant

Mieszanie szybkie(min)

flokulant

Mieszanie

wolne(min^x10)

cieki po koagulacji

Sedymentacja

Filtracja

Zbiornik roztworowy

Zbiornik zarobowy

Chemikalia

17.

KOAGULACJA A ZASADOWO

FeCl₃ + H₂O Fe(OH)₃ + 3HCl +

3HCO₃^- 3H₂CO₃ + 3Cl^-

3CO₂ + 3H₂O

17.

KOAGULACJA A ZASADOWO

FeCl₃ + H₂O Fe(OH)₃ + 3HCl +

3HCO₃^- 3H₂CO₃ + 3Cl^-

3CO₂ + 3H₂O

ZASADOWO

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

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

Koagulacja- sposoby mieszania

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

a)

c)

Schemat zbiornika zarobowo-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

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

Koagulacja powierzchniowa

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.

Elektrokoagulacja