MATERIAŁY SŁUŻĄCE
UZDATNIANIU WÓD.
Wykonanie:
Justyna Sikora
MATERIAŁY SŁUŻĄCE
UZDATNIANIU WÓD.
Wykonanie:
Justyna Sikora
PLAN PREZENTACJI
Definicje uzdatniania i oczyszczania.
Podział zanieczyszczeń występujących w
środowisku wodnym.
Wskaźniki jakości wód.
Podział metod uzdatniania wód.
Charakterystyka metod uzdatniania wód.
Podsumowanie.
Literatura.
UZDATNIANIE A OCZYSZCZANIE...
Uzdatnianie
to przywracanie wodzie walorów
pozwalających na jej spożycie, bądź użytkowanie
.
Podstawowym celem uzdatniania wód jest
usunięcie z niej organizmów chorobotwórczych
oraz nadanie wodzie odpowiednich walorów
smakowych.
Oczyszczanie
to przywracanie wodzie (ściekom, wodom
opadowym) takiej jakości, aby mogła być zwrócona
środowisku bez pogorszenia jakości tego środowiska
.
ZANIECZYSZCZENIA, KTÓRE WYSTĘPUJĄ W
ŚRODOWISKU WODNYM DZIELIMY NA TRZY
GRUPY:
Zanieczyszczenia mechaniczne- są to substancje
różnej wielkości i różnym stopniu rozdrobnienia,
nierozpuszczalne;
Zanieczyszczenia chemiczne- występują w postaci
rozpuszczonej w ilości większej, niż pozwalają na to
normy;
Zanieczyszczenia typu bakteriologicznego- są to
bakterie, wirusy czy pierwotniaki zagrażające zdrowiu.
WSKAŹNIKI JAKOŚCI WÓD
Wskaźniki jakości wody służą do określania przydatności
wody do określonych celów. O możliwości użycia wody do
zaspokojenia różnorodnych potrzeb decydują rodzaj i ilość
zawartych w niej substancji. Podstawowymi grupami
wskaźników, stanowiącymi o przydatności wody są:
wskaźniki fizyczne - temperatura, barwa, zapach, mętność,
smak;
wskaźniki chemiczne - odczyn pH, utlenialność, BZT5 -
biochemiczne 5-cio dobowe zużycie tlenu, ChZT - chemiczne
zużycie tlenu, twardość (ogólna, węglanowa, niewęglanowa,
przemijająca), zasadowość oraz zawartości: związków azotu,
chlorków, siarczanów, żelaza, manganu, fluoru, gazów
rozpuszczonych w wodzie, pierwiastków śladowych, substancji
trujących oraz sucha pozostałość i strata po prażeniu,
wskaźniki biologiczne - zawartość bakterii w objętości próbki
wody.
ZABIEGI UZDATNIANIA WÓD
Mechaniczne
Fizykochemiczne
Sedymentacj
a
Odżelazienie
Cedzenie
Filtracja
Koagulacja
Odmanganieni
e
Dezynfekcj
a
CEDZENIE I SEDYMENTACJA
Cedzenie czyli oddzielenie od wody ciał stałych o
znacznych rozmiarach (kraty, sita). Podczas cedzenia
z wody usuwane są zanieczyszczenia o rozmiarach
powyżej 0,2mm.
Sedymentacja czyli oddzielenie od wody zawiesin,
przy wykorzystaniu różnic gęstości ( piaskowniki,
osadniki). W praktyce sedymentacji ulegają cząstki o
rozmiarach od 10
-1
do 10
-4
mm. Cząstki mniejsze,
tworzące zmętnienie wody, aby sedymentować,
muszą najpierw ulec koagulacji i flokulacji.
KOAGULACJA
Koagulacja przebiega w ten sposób, iż do wody
zawierającej ujemnie naładowane cząstki koloidalne
dodaje się substancję chemiczną zwaną koagulantem,
która zawiera koloidy o dodatnim ładunku elektrycznym.
Koagulant jest szybko mieszany z wodą.
W ten sposób następuje neutralizacja ładunków
elektrycznych cząstek koloidalnych, przez co
zlikwidowane zostaje zjawisko wzajemnego ich
odpychania się.
Najczęściej stosowanymi koagulantami są siarczan
glinu (Al
2
(SO
4
)
3
) i siarczan żelaza (Fe
2
(SO
4
)
3
).
FLOKULACJA
Flokulacja to proces, który zachodzi po szybkim
wymieszaniu koagulanta z wodą, w trakcie mieszania
powolnego.
Dochodzi wtedy do fizycznego kontaktu obu zawiesin, w
wyniku czego tworzą się w wodzie kłaczki (flocks)
połączonych cząstek koloidalnych (zbyt szybkie
mieszanie mogłoby doprowadzić do rozbijania
tworzących się kłaczków).
Sedymentują one następnie na dnie mieszalnika.
FILTRACJA
Pierwszym etapem uzdatniania, a raczej przygotowania wody
do właściwego procesu uzdatniania jest jej filtracja wstępna,
określana często jako filtracja mechaniczna, przy
wykorzystaniu filtrów mechanicznych.
Filtracja mechaniczna ma na celu usunięcie z wody wszelkich
zawiesin i ciał stałych; tym samym zabezpiecza dalszą część
instalacji oraz pozostałe urządzenia uzdatniające wodę przed
uszkodzeniami mechanicznymi oraz zamuleniem.
Osiągana dokładność filtracji wynosi do ok. 0,1 µm. Chcąc
wodę odfiltrować dokładniej, niezbędne jest zastosowanie
technik membranowych.
FILTRACJA
W przypadku konieczności
odfiltrowania dużych ilości wody,
stosuje się filtry grawitacyjne.
Filtry grawitacyjne to komory w
kształcie basenu zasypane
materiałem filtracyjnym. Na dnie
filtrów znajduje się system
drenażowy (dysze filtracyjne).
FILTRACJA MECHANICZNA
Filtrację mechaniczną, w zależności od stopnia dokładności,
dzielimy na:
filtrację cząstkową,
mikrofiltrację,
ultrafiltrację,
techniki
nanofiltrację,
membranowe
hiperfiltrację (filtracja wody metodą odwróconej osmozy).
Technologia membran stała się docenianą technologią separacji w
ostatniej dekadzie. Główną zaletą w technologii membran jest fakt,
że działa ona bez dodatków związków chemicznych, z relatywnie
niskim zużyciem energii oraz łatwym i dobrze zorganizowanym
procesem przewodzenia.
FILTRACJA
Zasada działania jest całkiem prosta: membrana
odgrywa role bardzo specyficznego filtra, który
pozwala na przepływanie przez niego wody, podczas
gdy substancja zawieszona i inne substancje zostają
zatrzymana na membranie.
Istnieją rożne metody aby umożliwić substancji
penetracje membrany. Są to, np. zastosowanie
wysokiego ciśnienia, utrzymywanie różnicy stężeń po
obu stronach membrany oraz aplikowanie potencjału
elektrycznego.
FILTRACJA
Systemy membran są budowane gęsto, aby umożliwić
usytuowanie dużej powierzchni membran w możliwie
jak najmniejszej objętości.
Istnieją dwa główne typy:
Systemy membran cylindrycznych (tubular-shaped
membranes). Systemy membran cylindryczne są
podzielone na systemy o włóknach cylindrycznych,
kapilarnych i "wydrążonych".
Systemy membran typu "plate & frame" (systemy
membran typu "płyta i rama"). Systemy typu "płyta i
rama" są podzielone na systemy spiralne oraz membrany
w kształcie poduszek.
FILTRACJA MECHANICZNA
Filtracja cząstkowa - polega na usuwaniu
zanieczyszczeń za pomocą filtrów ze złożem
filtracyjnym lub wkładów wymiennych. Dolna granica
filtracji wynosi 1 μm (resztki roślin, glony,
pierwotniaki).
Mikrofiltracja -zakres filtracji wynosi od 0,05 do 1
μm (mikroorganizmy, duże koloidy).
Nanofiltracja - jak wyżej, ale zakres filtracji wynosi
od 0,001 do 0,01 μm(wirusy, związki organiczne, jony
wielowartociowe)
Hiperfiltracja - jest to filtracja wody metodą
odwróconej
osmozy ,zakres wynosi 0,0001 do 0.003 μm (aniony i
kationy jednowartościowe).
ULTRAFILTRACJA
Ultrafiltracja jest techniką nową w
stosunku do pozostałych technik
membranowych. W tym przypadku
filtracja odbywa się na membranach,
które są zbudowane z szeregu
kapilarnych włókien (standardowa
długość 1,5 m, średnica kapilary 0,8
mm). Dokładność filtracji dla membran
ultrafiltracyjnych wynosi 0,05 µm.
ULTRAFILTRACJA
•
Średnica porów membran ultrafiltracyjnych gwarantuje
usuwanie z wody wszelkich koloidów i w 100% wirusów,
bakterii i organicznych związków wielkocząsteczkowych.
•
Woda po ultrafiltracji jest praktycznie zdezynfekowana. Dla
bezpieczeństwa sanitarnego wody uzdatnionej w ten sposób
można poddać dodatkowo dezynfekcji promieniami UV. Przy
zastosowaniu tradycyjnych metod dezynfekcji pozostają w
wodzie produkty rozkładu drobnoustrojów a także
substancje psujące smak wody.
•
Redukcja zawartości żelaza i manganu wymaga (tak jak w
metodach klasycznych) wstępnego natlenienia wody.
•
Metodą ultrafiltracji można produkować wodę pitną z mocno
zanieczyszczonych wód powierzchniowych, a nawet ze
ścieków.
PONIŻEJ
PRZEDSTAWIONO
MOŻLIWOŚCI
FILTRACYJNE
POSZCZEGÓLNYCH
METOD
MEMBRANOWYCH:
FILTRACJA PRZEZ ZŁOŻE PIASKOWE
Złoże filtracyjne to ośrodek, który tworzy
drobnoziarnisty piasek (0,45- 0,55 mm) i podścielony
żwirem (5- 60 mm), pełniącym funkcję złoża
podtrzymującego. Umieszczony jest on w specjalnym
basenie.
Filtry powolne- praca tych filtrów polega zarówno na
działaniu mechanicznym, jak i adsorpcyjnym i
biochemicznym
Filtry pospieszne- praca ich polega wyłącznie na filtracji
mechanicznej i absorpcji.
FILTRACJA PRZEZ ZŁOŻE WĘGLOWE
Węgiel aktywny to efektywny ośrodek filtracyjny i sorpcyjny.
Jest to specjalnie spreparowana substancja (węgiel drzewny,
antracyt, półkoks, węgiel brunatny lub kamienny), który
odznacza się bardzo dużą porowatością.
Ścianki rozległej sieci przestworów tworzą bardzo dużą
powierzchnię czynną: od kilkuset do 2000m
2
na każdy gram
węgla aktywnego. Ta wielka powierzchnia sprzyja sorpcji
znajdujących się w wodzie substancji organicznych.
W systemach filtracyjnych węgiel
aktywny stanowi zwykle jedną ze
składowych. Odznacza się on dużą
skutecznością, jest jednak bardzo drogi.
Dlatego też, tak jak złoże piaskowe musi
być okresowo przemywane, tak węgiel
aktywny musi być poddawany reaktywacji
przez wyprażanie nagromadzonych w nim
substancji organicznych.
ELEKTRODEJONIZACJA
Elektrodejonizacja- proces wykorzystujący tradycyjne
żywice jonitowe, lecz ich regeneracja następuje przy użyciu
prądu elektrycznego. Proces jest ekonomiczny, stabilny i
niezawodny.
ODŻELAZIANIE I ODMANGANIANIE
Technologia usuwania żelaza z wody uzależniona jest od postaci w jakiej
ono występuje i może to być:
- koagulacja - żelazo koloidowe,
- dekarbonizacja wapnem - żelazo głównie w postaci siarczanu,
- wymiana jonowa - mała zawartość żelaza w postaci jonowej,
- aeracja - duża zawartość żelaza jonowego.
Typowy układ odżelazienia składa się z aeratora i zwykłego filtra
ciśnieniowego. Zadaniem aeratora jest utlenienie żelaza Fe
+2
do Fe
+3
.
Związki żelaza na trzecim stopniu utleniania są słabo rozpuszczalne w
wodzie i dają się łatwo usunąć na typowym filtrze ciśnieniowym. W
efekcie woda po odżelazianiu posiada zawartość Fe < 0,1 mg/dm
3
.
ODŻELAZIANIE I ODMANGANIANIE
Odmanganianie jest identyczne z procesem
odżelazienia i często obydwa procesy prowadzone są w
jednym urządzeniu.
Jeżeli pH wody jest równe 10, to zarówno odżelazienie,
jak i odmanganianie można przeprowadzić w
jednostopniowej instalacji filtracji i areacji.
Proces utleniania manganu jest znacznie wolniejszym
procesem niż utlenianie żelaza, dlatego bardzo często
obserwuje się w przypadku stosowania instalacji
jednostopniowych, redukcję żelaza do poziomu < 0,2
mg/dm
3
przy nieznacznej lub nieznacznie zmienionej
zawartości manganu.
RYS. KOLUMNA DO OCZYSZCZANIA
WODY METODĄ
STRIPPINGU(ODPĘDZANIA).
DEMINERALIZACJA WODY
Proces demineralizacji polega na usunięciu wszystkich
kationów i anionów soli rozpuszczonych w wodzie –
można tego dokonać za pomocą: destylacji, wymiany
jonowej lub odwróconej osmozy.
Najbardziej rozpowszechnionym i znanym sposobem
demineralizacji wody jest metoda odwróconej osmozy.
Polega ona na podaniu pod wysokim ciśnieniem wody
wstępnie uzdatnionej na półprzepuszczalną
membranę, której zadaniem jest oddzielenie roztworów o
różnych stężeniach.
Cząsteczki czystej wody pod wpływem
wysokiego ciśnienia przechodzą przez
membranę, która tym samym
zatrzymuje wszelkie zanieczyszczenia po
stronie wody surowej. Zanieczyszczenia
te ulegają koncentracji i są usuwane.
Rys.
Mechanizm
odwróconej
osmozy.
W odwróconej
osmozie stosuje się
spiralne
membrany. Można
je sobie wyobrazić
jako kopertę
nawinięta na
perforowaną rurę
służącą do
zbierania
parmeatu, który
przeszedł przez
membranę.
W praktyce
koperta ta jest
zwinięta i
zamontowana w
zbiorniku
ciśnieniowym w
kształcie rury.
DEMINERALIZACJA WODY
Jonitowa demineralizacja wody polega na
przepuszczeniu wody przez kolumnę filtracyjną
wypełnioną masą jonitową silnie kwaśną, a następnie
kolumnę wypełnioną masą jonitową silnie zasadową.
Masa kationitowa usuwa z wody wszystkie kationy,
zastępując je kationem wodorowym:
Ca
2+
+ 2R - H→ Ca(R)
2
+ 2H
+
Mg
2+
+ 2R - H→ Mg(R)
2
+ 2H
+
Na
+
+ R - H→ NaR + H
+
K
+
+ R - H→ KR + H
+
DEMINERALIZACJA WODY
Następnie woda przechodząc przez masę anionitową,
wymienia zawarte w wodzie aniony na jon wodorotlenowy:
HCO
3-
+ R - OH→ R-HCO
3
+ OH
-
SO
4--
+ 2R - OH→ R
2
SO
4
+ 2OH
-
Cl
-
+ R - OH→ RCl + OH
-
NO
3-
+ R - OH→ RNO3 + OH
-
Kationy i aniony osadzają się na masach jonitowych, a
wydzielające się jony wodorowe i wodorotlenowe tworzą
cząsteczkę wody H
+
+ OH
-
H
2
O, dając w efekcie wodę
demineralizowaną.
Po wyczerpaniu zdolności wymiennej żywic jonitowych,
poddaje się je procesowi regeneracji. Żywice kationitowe
regeneruje się kwasem takim jak HCl lub H
2
SO
4
, a żywice
anionitowe przy pomocy ługu sodowego NaOH.
DEZYNFEKCJA
Dezynfekcja to proces likwidacji
organizmów
chorobotwórczych (patogenów). Stanowi
ostatni etap procesu uzdatniania wody.
Chlorowanie
Ozonowanie
Naświetlanie promieniami
ultrafioletowymi
KATALITYCZNE USUWANIE TLENU
Odtlenianie katalityczne polega na usuwaniu z wody
tlenu poprzez jego reakcję z wodorem:
2H
2
+ O
2
= 2H
2
O
Wodór rozpuszczony w wodzie adsorbowany jest na
palladowej masie katalitycznej, przez co łatwo
wchodzi w reakcję z tlenem zawartym w wodzie.
PODSUMOWANIE
Uzdatnianie to przywracanie wodzie walorów
pozwalających na jej spożycie, bądź użytkowanie
.
Podstawowym celem uzdatniania wód jest usunięcie z
niej organizmów chorobotwórczych oraz nadanie
wodzie odpowiednich walorów smakowych.
Budowa ujęć wody i konstrukcja publicznych systemów
wodociągowych wymaga bardzo uważnego wyboru
źródła zaopatrzenia w wodę, ustalenia zakresu oraz
sposobu jej uzdatniania, i wreszcie- zabezpieczenia
wody już uzdatnionej przed ponownym
zanieczyszczeniem.
Podstawowymi procesami wchodzącymi w skład
uzdatniania wody są: filtracja, sedymentacja zawiesin
oraz dezynfekcja.
LITERATURA
Chełmicki W. Woda, zasoby, degradacja, ochrona,
Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2001.
Kowal A.L. Odnowa wody. Podstawy teoretyczne
procesów, Politechnika Wrocławska, Wrocław 1996.
http://www.uzdatnianiewody.com