TECHNOLOGIA WODY

(1)

TECHNOLOGIA WODY

- WYKŁAD 1 -

PK, WBiI , SZ, SIS-Vsemestr

(2)

Tre wykładów

Wła ciwo ci fizyczne i chemiczne wody. Obieg wody. Woda w przyrodzie.

Wymagania stawiane wodzie do picia. Układy technologiczne.

Jednostkowe procesy technologiczne w uzdatnianiu wody: cedzenie, filtracja, sedymentacja, koagulacja, adsorpcja, dezynfekcja. Układy technologiczne oczyszczania wody powierzchniowej.

Odkwaszanie. Od elazianie. Układy technologiczne oczyszczania wody wgł bnej.

Wymiana jonowa. Procesy membranowe. Oczyszczanie wody do celów chłodniczych i kotłowych.

Twardo . Odczyn. Korozja. Kamie kotłowy. Stabilizacjawody.

(3)

Podr czniki

-A. Kowal, M. widerska-Bró ,

Oczyszczanie wody, PWN,Warszawa 1996, 614 stron.

-H.Obarska-Pempkowiak, Technologia Wody, Wyd.PG, Gda sk 1997, 150 stron.

-Praca zbiorowa, Uzdatnianie wody, Red.

J. Nawrocki i S. Biłozór, PWN, Warszawa

2000, 521 stron.

(4)

1. ZU YCIE WODY W POLSCE (km

³

/rok)

— Przemysł 11.5

— Rolnictwo 3.0

— Ludno 2.5

(5)

2. RÓDŁA WODY

— Uj cia wody powierzchniowej: 70 %

— Uj cia wody wgł bnej: 30%

(6)

H ₂ O

1 Z Z

Y 2

2 2

1 11

p p

p 2s

1s O

1s H

×

16

2

8

H O H

Teorie

- VB (L

^ONDON

, P

^AULING

- 1925)

- MO (H

^UND

, M

^ILLIKEN

- 1930)

(7)

HYBRYDYZACJA sp ³

H O l = 0,096 nm H O α = 104 ° 40’

α H

(8)

ELEKTROUJEMNO (E)

E _tlenu = 3,5 E _wodoru = 2,1

∆ = 1,4

H O

wi zanie atomowe

~40% charakt. jonowy

(9)

MOMENT DIPOLOWY µ = 0,607 • 10 ^-29 C•m

- asocjacja (wi zanie wodorowe)

- hydratacja

(10)

WŁA CIWO CI FIZYCZNE WODY

ρ = f(t)

c _w , c _t , c _p

t _w , t _p

(11)

2.2. Wi zania wodorowe

przestrzenne liniowe

H F H F H F H F

H H

H

H H H

H H

H

H O

O O

(12)

Zale no struktury i g sto ci wody od temperatury

(13)

(14)

(15)

2.3. Substancje rozpuszczone

— formy

substancje rozpuszczalno formy rozpuszcz.

NaCl + jony

AgCl — jony

C₆H₁₂O₆ --- cz steczki

CH₃COOH + jony

(16)

2.3. Substancje rozpuszczone (c.d.)

— st enia

rodzaj jednostka

masa / obj to kg/m³ (kg ·m^-3), mg/l masa / masa mg/kg, ppm, ppb

molarno mol/dm³ (M)

normalno równowa nik/dm³ (N)

(17)

2.3. Substancje rozpuszczone (c.d.)

— st enia

rodzaj jednostka

masa / obj to kg/m³ (kg ·m^-3), mg/l masa / masa mg/kg, ppm, ppb

molarno mol/dm³ (M)

normalno równowa nik/dm³ (N)

— ładunek jonów

— przeliczanie jednostek i st e

(18)

2.4. Materia organiczna

ChZT

_Cr

RWO (CWO)

ChZT

_Mn

BZT

₅

(19)

2.5. Reakcje chemiczne

A + nB ABn

— nieodwracalne

[ ] ^k [ ] [ ] ^A

^a

^b

dt A

d = ⋅ ⋅

( ) ^t ^A ^e

^-

⁽

^Ea/RT

⁾

f

k = =

(20)

2.5. Reakcje chemiczne (c.d.)

— odwracalne (ogólne)

aA + bB cC = dD

v

_s

= k

₁

[A]

^a

[B]

^b

v

_p

= k

₂

[C]

^c

[D]

^d

v

_s

= v

_p

[ ] [ ]

^a ^b

d c

2 1 s

p

B A

D K C

k k v

v = = =

(21)

2.5. Reakcje chemiczne (c.d.)

— odwracalne (rozpuszczanie) A

_a

B

_b(s)

aA

^b+

+ bB

^a-

[ ] [ ]

[

a b

]

s b - a a

b

B A

B K = A ⁺

[ ] [ ] ^A

^b ^a

^B

^a^- ^b

IR

K ≡ =

⁺

zwykle lg IR lg IR

Fe(OH)₃ Fe³⁺ + 3OH^- Al(OH)₃ Al³⁺ + 3OH^- Ca(OH)₂ Ca²⁺ + 2OH^- Ca(CO)₃ Ca²⁺ + CO₃^2-

-38 -33 -14 - 8

(22)

2.5. Reakcje chemiczne (c.d.)

— odwracalne (dysocjacja cz steczki wody) H

₂

O H

⁺

- OH

^-

[ ][ ]

O H

OH K H

2 + -

=

K[H

₂

O] = IJ = [H

⁺

] [OH

^-

] = 10

^-14

[OH

^-

] = [H

⁺

] = 10

^-7

- lg[H

⁺

] = pH = 7

(23)

3. Fizyka wody

3.1. Lepko (opór przy przepływie)

— ruch laminarny

dy dv =

= ν

τ - siła cinaj ca (N·m^-2)

µ - lepko dynamiczna (Nsm^-2) ρ - g sto

ν- lepko kinematyczna (m²s^-1)

— ruch burzliwy

dy = dv

εεεε » µ

ε - lepko turbulentna

(24)

3.3. Ci nienie cz stkowe pary (p )

^H2^O

H

₂

O (g)

H

₂

O (c)

(25)

A

_(g)

A

_(aq)

( )

RT

A

_g

= P

^A

K

_H

- stała Henry’ego A

_(aq)

- [mol/litr]

K = [A

_(aq)

] / [A

_(g)

]

( ) ( )

( )

^aq ^H ^A

A aq

g aq

P K

A

RT P A K

A K

A

⋅

=

⋅

=

⋅

=

Rozpuszczalno gazów

(26)

• cm ³ /dm ³

• mg/dm ³

• ml/l _SW

Zawarto gazu w wodzie

– jednostki

(27)

SW

l

22400 ml mol

ml 400

. 22 l

mol ⋅ =

A

_(aq)

= K

_H

·P

_A

[mol/l]

= K

_H

·22.400·P

_A

[ml/l]

α

_A

Współczynnik rozpuszczalno ci Bunsena αααα

_A

(28)

SW

l

22400 ml mol

ml 400

. 22 l

mol ⋅ =

A

_(aq)

= K

_H

·P

_A

[mol/l]

= K

_H

·22.400·P

_A

[ml/l]

α

_A

Współczynnik rozpuszczalno ci Bunsena αααα

_A

(29)

= , p , m.cz S

, 1 T

f 1

α

(30)

3.2. Napi cia powierzchniowe (na granicy faz)

⋅ ≡

m N

m m N

2

— podsi k kapilarny

(31)

Fizyczne wła ciwo ci wody

Temper. Masa Ci nienie Lepko Napi cie wła ciwa cz stkowe p.n. dynamiczna powierzchn.

°C kg m^-3 N m^-2×10^-3 N sm^-2×10³ N m^-1×10³ 05

1015 2025 3550 10075

999,87 999,99 999,73 999,13 998,23 997,07 994,06 988,07 974,89 958,38

0,6107 0,8721 1,2277 1,7049 2,3378 3,1676 5,6237 12,3380 31,1660 101,3250

1,787 1,519 1,307 1,139 1,002 0,890 0,719 0,547 0,378 0,282

75,64 74,92 74,22 73,49 72,75 71,97 70,37 67,91 63,50 58,90

(32)

H₂O 8.

Woda w przyrodzie

OPADY

Ewapotranspiracja

Infiltracja Strefa areacji

Strefa saturacji Perkolacja Perkolacja

Rzeka Pzrechwytywanie

Spływ powierzchniowy

(33)

(34)

Woda chemicznie czysta H₂O

Woda w przyrodzie

(35)

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

(36)

3. JAKO WODY

— Przemysł: normy bran owe ruchowe

— Rolnictwo: st enie mikroorganizmów

— Ludno : Rozporz dzenie Ministra Zdrowia z dnia 4.11.2002 w sprawie warunków jakim powinna odpowiada woda do picia i na

potrzeby gospodarcze (Dziennik Ustaw RP nr 82 z dnia 14.11.2002 r.)

(37)

4. WARUNKI ORGANOLEPTYCZNE JAKIM WINNA ODPOWIADA WODA DO PICIA

Barwa mg Pt/dm³ < 15

M tno mg SiO₂/dm³ < 1

Organizmy niewidoczne

Plamy olejowe niewidoczne

Zawiesina niewidoczna

Zapach akceptowalny

Wska nik Jednostka Wymagania

(38)

5. WARUNKI FIZYKOCHEMICZNE JAKIM

POWINNA ODPOWIADA WODA DO PICIA

Wska nik Jednostka NDS

Amoniak mg/l 0,5

Azotany mg/l 50

Azotyny mg/l 0,1

Chlor mg/l 0,3

Chlorki mg/l 250

Fluorki mg/l 1,5

Siarczany mg/l 250

(39)

5. WARUNKI FIZYKOCHEMICZNE (c.d.)

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)

(40)

5. WARUNKI FIZYKOCHEMICZNE (c.d.)

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

(41)

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

(42)

7. DOPUSZCZALNE WARTO CI

WSKA NIKÓW ZANIECZYSZCZE

Kraj Polska WHO UE USA Rosja

Barwa mg Pt/l

15 15 20 15 -

M tno mg SiO₂/l

1 5 2 1 5

Odczyn pH 6,5 - 8,5 6,5 - 8,5 6,5 - 8,5 6,5 - 8,5 6,5 - 8,5

elazo mg/l

0,2 0,3 0,3 0,5 0,5

Detergenty mg/l

0,2 - 0,2 0,5 0,5

(43)

H₂O

zw. organiczne

elazo, mangan

8.

Woda w przyrodzie

Woda w przyrodzie cd

(44)

H₂O

zw. organiczne

elazo, mangan

filtracja (powolna)

sedymentacja cedzenie

dezynfekcja wi zanie

chemiczne

sorpcja

utlenianie koagulacja

napowietrzanie

sedymentacja filtracja (szybka)

8.

(45)

Schematy Technologiczne w Oczyszczaniu Wody

-woda powierzchniowa a) zawiesina

b) koloidy

c) organiczne zw. Refrakcyjne d)mikroorganizmy

-woda wgł bna a) ‘czysta’

b) zakwaszona

c) za elaziona

(46)

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

(47)

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

(48)

Układy technologiczne (c.d.)

Wz

Wu D F

S K

U U

A

A- adsorpcja D- dezynfekcja Opcja:

utlenianie

(49)