1. Różnice pomiędzy wodą podziemną i powierzchniową

WODA PODZIEMNA - są to zazwyczaj wody infiltracyjne (źródłem są głównie opady atmosferyczne); - zawierają żelazo i mangan (w wyniku ługowania skał); - charakteryzują się brakiem tlenu (im wody głębsze tym jest go mniej); - są korozyjne (mają dużo zawartość CO2 agresywnego); - mogą zawierać także siarkowodór i metan; - mogą być radioaktywne (im wody głębsze tym mogą być bardziej radioaktywne, najczęściej skażone są radonem, który jest gazem i usuwa się go poprzez wydmuchiwanie); - obecne w wodzie zanieczyszczenia są w formie rozpuszczonej co utrudnia ich usuwanie; - jeżeli w warstwie infiltracyjnej znajdują się metale ciężkie to w wodzie też będą; - zwykle są pewne pod względem bakteriologicznym (bakterie są zatrzymywane w warstwie infiltracyjnej; - nadmierne stężenia azotanów ( na terenach nawożonych); - nadmierne stężenia NH4^+ (złoża glinokrzemianowe wiążące azot amonowy mogą ulec zużyciu i wtedy azot amonowy przedostaje się do wody); - stężenia związków organicznych są bardzo małe (jeżeli występują związki humusowe i żelazo, to żelazo tworzy z nimi połączenia żelazo-organiczne, trudne do usunięcia, nadają wodzie barwę i mętność); - temperatura wody jest stabilna (wynosi średnio tyle co średnia temperatura na danym obszarze) - ma w miarę stały skład fizyko-chemiczny; - im woda jest głębiej tym może być bardziej zasolona;

WODA POWIERZCHNIOWA - charakteryzuje się dużą zmiennością składu (jesienią NO3^-, bo są warunki tlenowe sprzyjające nitryfikacji, natomiast zimą NH4^+ bo warunki tlenowe są gorsze co sprzyja denitryfikacji); - występują substancje biogenne, przy ich dużej zawartości podczas gdy świeci słońce następuje masowy rozwój mikroorganizmów i następuje zakwit wody, dochodzi do tego zjawiska nawet w wodach płynących; - występują sinice- cyjanobakterie- rozwijają się podczas zakwitu, wytwarzane przez fito toksyny są toksyczne dla ludzi; - są narażone najbardziej na zanieczyszczenia ze względu na bezpośredni kontakt z odpadami emitowanymi przez człowieka; - występują w nich zawiesiny, koloidy oraz gazy - zawiesiny w wodach powierzchniowych to łatwo opadające (sedymentujące w ciągu dwóch godzin) oraz trudno opadające (sedymentujące powyżej dwóch godzin), suma zawiesin to zawiesiny ogólne; - zawiesiny występujące w wodzie są sorbentami także innych zanieczyszczeń; - koloidy występujące w wodzie mają ładunek elektryczny, więc są trudne do oczyszczania (często są pochodzenia organicznego, zwiększają OWO, barwę i mętność); - w wodzie powierzchniowej występują mikroorganizmy (pożądane są bakterie saprofityczne przyczyniające się do samooczyszczania wody); - cechą wód powierzchniowych jest skażenie mikroorganizmami chorobotwórczymi i ich formami przetrwanymi; - siarkowodór występuje w strefie przydennej, a woda ujmowana jest z powierzchni; - gazy: tlen (przy jakości wody A1 70% nasycenia wody tlenem) CO2 wolny agresywny i nieagresywny, związany oraz półzwiązany, Co2 związany nie przeszkadza w wodzie ponieważ stanowi o równowadze węglanowo-wapniowej);

4. Na czym polega koagulacja? zastosowanie w oczyszczaniu wód powierzchniowych i podziemnych.

Koagulacja to proces w oczyszczaniu wód zawierających koloidy oraz zawiesiny trudno opadające.

Koloidy występujące w wodzie mają wpływ na jej barwę i mętność dlatego tak ważne jest ich usuwanie z wody.

W oczyszczaniu wody podziemnej, koagulacja stosowana jest w celu usunięcia związków żelaza i żelaza w połączeniach żelazo-organicznych. Koagulacja w tym przypadku ma miejsce po procesie odkwaszania.

Natomiast w wodach powierzchniowych koagulacja ma na celu usunięcie z wody zawiesin trudno opadających .

5. Omówić fazy procesu koagulacji oraz czynniki decydujące o jej skuteczności. Podać sposoby prowadzenia procesu i odpowiadające im urządzenia.

FAZA I : Destabilizacja ładunku- powinna być prowadzona krótko i szybko, mieszanie szybkie

FAZA II : Flokulacja- zdestabilizowane koloidy tworzą aglomeraty. które będą usunięte w procesie sedymentacji. Jest to długi proces, powolne mieszanie, żeby kłaczki się nie rozpadły

Czynniki decydujące o skuteczności koagulacji:

- rodzaj koagulantu

- usuwanie związków organicznych, w tym przypadku lepsze są koagulanty glinowe, ponieważ jonowe formy żelaza tworzą ze zwi. org. rozpuszczalne, wysoko barwne połączenia żelazoorganiczne; glinowe też tworzą połączenia, tzw. helaty, ale trudniej i nie są wysokobarwne;

- dawka koagulantu- optymalna to najmniejsza ilość, która zapewnia maksymalne usunięcie związków;

- skład oczyszczanej wody- jeżeli w wodzie są koloidy hydrofobowe (głównie nieorganiczne) to łatwiej je usunąć, jeżeli są hydrofilowe (głównie zwi. org.) to trudniej jest je usunąć;

- temperatura - im wyższa tym koagulacja jest skuteczniejsza;

- zasadowość - musi być odpowiednia do przeprowadzenia hydrolizy;

- pH- każdy z koagulantów ma optymalny zakres stosowania w określonym pH;

- sposób prowadzenia procesu- warunki hydrauliczne podczas prowadzenia procesu;

- proces koagulacji można wspomóc, dodając substancje wspomagające, np. pylisty węgiel aktywny, polielektrolity, krzemionka aktywowana;

Sposoby prowadzenia procesu:

- koagulacja objętościowa: urządzenia do szybkiego mieszania wody z koagulantem, oraz urządzenia do flokulacji, potrzebna jest komora szybkiego i wolnego mieszania oraz osadnik do przeprowadzenia sedymentacji (usunięcia zawiesin pokoagulacyjnych); stosowana gdy skład oczyszczanej wody jest zmienny;

- koagulacja kontaktowa, w osadnikach: komora szybkiego mieszania ale nie potrzebna komora wolnego mieszania ponieważ sedymentacja i wolne mieszanie zachodzą w jednym urządzeniu;

- koagulacja w złożach filtracyjnych:

koagulacja powierzchniowa- gdy woda przez złoże filtracyjne przepływa z góry na dół (zgodnie z grawitacją), komora szybkiego mieszania i filtr w którym zachodzi flokulacja, sedymentacja i filtracja; stosowana gdy zanieczyszczenie wody jest w miarę na stałym poziomie;

w filtrach kontaktowych- gdy woda przez filtry przepływa od dołu do góry, w złożu filtracyjnym zachodzi koagulacja, sedymentacja i flokulacja; stosowana w przypadku wód w miarę czystych, stężenie zanieczyszczeń < 150 g/dm³;

6. Po co w koagulacji korekta pH i na czym polega?

Wymagane pH jest zależne od stosowanego koagulantu, każdy ma inny zakres optymalnego pH.

W przypadku wód miękkich musimy zwiększyć zasadowość żeby dalsze procesy przebiegały dobrze, natomiast jeśli woda ma zbyt wysokie pH to należy dodać kwasu).

Po koagulacji i sedymentacji wprowadza się korektę pH ponieważ podczas hydrolizy powstają produkty uboczne- kwasy, np. kwas siarkowy lub solny, kwasy reagują z zasadowością i woda po koagulacji zawiera CO₂ agresywny. Im więcej koagulantu tym więcej CO₂ agresywnego.

7. Rodzaje stosowanych koagulantów (dlaczego, kiedy, skuteczność).

- chlorki poliglinu- mniej zakwaszają wodę, zużywają mniej zasadowości, wytwarzają mniej CO₂, można dawkować mniejsze ilości, pozostaje mniej Al w wodzie

8. Różnica pomiędzy flotacją i flokulacją.

Flokulacja jest etapem koagulacji w którym następuje aglomeracja zdestabilizowanych zawiesin.

Flotacja natomiast, jest procesem, który może być stosowany po flokulacji, w przypadku gdy gęstość powstałych podczas flokulacji zawiesin jest niższa od gęstości wody i zawiesiny te unoszą się do góry, w ten sposób oddzielając się od wody.

9. Na czym polega proces sedymentacji, od czego zależy. Podać wzór.

Sedymentacja jest procesem zachodzącym po koagulacji, w który usuwane są powstałe kłaczki. Skuteczność sedymentacji zależy od gęstości usuwanych zawiesin i ich stężenia, czasu przebywania wody w osadniku oraz od prędkości przepływu wody w osadniku, prędkość nie może być duża.

Sedymentacja stosowana jest gdy gęstość zawiesin jest większa od gęstości wody, w przeciwnym przypadku stosowana jest flotacja. Proces przeprowadzany jest w osadnikach. Sedymentacje stosuje się przed filtracją aby ograniczyć ilość zawiesin obciążających złoże filtracyjne.

Prędkość sedymentacji określona jest wzorem:

10. Kiedy stosujemy flotacje a kiedy sedymentacje.

Flotację stosujemy gdy gęstość kłaczków pokoagulacyjnych jest większa niż gęstość wody, a flotację stosujemy kiedy gęstość tych kłaczków jest mniejsza od gęstości wody.

11. Rodzaje osadników. Wymienić główne parametry decydujące o skuteczności zachodzącego w nich procesu.

- Osadniki o przepływie poziomym:

stosowane są przy dużej wydajności zakładu, czas sedymentacji to od 2 do 4 godzin, są dużymi obietkami, im mniejsza prędkość opadania zawiesin tym osadnik musi być dłuższy, musi być wkopany w ziemię, żeby było stabilny, nie kiwał się, zawiesiny opadają na dno osadnika, mechanicznie zgarniane są do leja osadowego a woda sklarowana odpływ przelewami;

- Osadniki o przepływie pionowym

są mniejszymi obiektami, stosowane w zakładach o mniejszej wydajności, woda surowa doprowadzana jest do rury centralnej, która jest na dole osadnika i przez nią wpływa do niego woda która wypływa do góry a zawiesiny opadają na dno, rura nie może być zbyt długa, żeby nie wypłukiwać osadzonych już zawiesin, osadniki te buduje się o okrągłym przekroju, ponieważ w kwadratowych istnieją martwe przestrzenie w których woda ulega stagnacji, czas przetrzymania wody to do dwóch godzin,

- Osadnik wielolejowy

przepływ wody jest poziomo-pionowy, osad od razu wpada do leja,

- Osadnik zespolony z komorą reakcji

w osadniku znajduje się komora wolnego mieszania

- Osadniki kontaktowe

zachodzi w nich sedymentacja i flokulacja, osad jest zawieszony, wodę doprowadza się od dołu i wypływa do góry, woda przepływa pomiędzy cząsteczkami osadu i miesza się powoli, cząsteczki w tym osadniku sklejają się a następnie dochodzi do flokulacji, nadmiar osadu przelewa się do środkowej komory i tam jest zagęszczany i usuwany

15. Płukanie złóż filtracyjnych

- płukanie musi zapewnić ekspansję złoża (zwiększenie jego wysokości)

- intensywność płukania trzeba dobrać właściwie ( w zależności od gęstości i uziarnienia) dla materiału filtracyjnego, tak aby nie wypłukać złoża filtru,

- płukanie powinno się odbywać wtedy, gdy strata ciśnienia hydraulicznego w złożu zbliża się do wartości dopuszczalnej lub jakoś wody po filtracji jest również bliska wartościom dopuszczalnym

- czas między kolejnymi płukaniami złoża to cykl filtracji

- jakość wody po filtracji, głównie bada się mętność, bo jest ona nośnikiem zanieczyszczeń,

- filtry płuczemy wodą oczyszczoną

- gdy złoże skażona jest bakteriami patogennymi to płuczemy wodą po dezynfekcji, filtrów suchych nie płuczemy wodą po dezynfekcji, żeby nie zabić bakterii nitryfikujących w złożu

- najbardziej skuteczne jest płukanie wodą i sprężonym powietrzem

- pierwszy filtrat odprowadzony jest jako ścieki- strata wody

- czynniki płuczące muszą być doprowadzane równomiernie pod całą powierzchnię złoża

- do doprowadzenia wody do płukania służyć drenaż

- jeżeli płuczemy wodą i powietrzem, to najpierw powietrzem żeby rozrzedzić złoże i w celu ekspansji), potem samą wodą,

16. Dlaczego przed procesem filtracji przez biologicznie aktywne złoże filtracyjne do wody dodajemy ozon?

Ozon dawkujemy przed filtrami aktywnymi, ponieważ w rzece z której ujmowana jest woda, nie będzie związków organicznych, ponieważ mikroorganizmy podczas mineralizacji je zużyły (samooczyszczanie w rzece), natomiast są związki niebiodegradowalne, które ozon degraduje i w ten sposób przygotowuje pokarm dla mikroorganizmów bytujących w złożach aktywnych.

17. Dlaczego w filtrach powolnych nie stosujemy chemii?

---