ODNOWA WODY. Wykład 7 USUWANIE ZWIZKÓW BIOGENICZNYCH PRZY UYCIU METOD FIZYCZNO-CHEMICZNYCH W PROCESACH ODNOWY WODY

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "ODNOWA WODY. Wykład 7 USUWANIE ZWIZKÓW BIOGENICZNYCH PRZY UYCIU METOD FIZYCZNO-CHEMICZNYCH W PROCESACH ODNOWY WODY"

Sylwia Wilczyńska
6 lat temu
Przeglądów:

1 ODNOWA WODY Wykład 7 USUWANIE ZWIZKÓW BIOGENICZNYCH PRZY UYCIU METOD FIZYCZNO-CHEMICZNYCH W PROCESACH ODNOWY WODY

2 Formy substancji biogenicznych w roztworze (rozpuszczone, koloidalne, zawieszone) 1. Azot -NH3 -NO3- -NO2- -Norg 2. Fosfor -PO4 3- -P4O7 2- -Porg

3 Odnowa Wody - definicja Zespół jednostkowych procesów fizycznochemicznych oczyszczania cieków stosowany w celu wtórnego uycia wody (głównie w przemyle), lub ochrony zbiorników wodnych przed zanieczyszczeniem (głównie eutrofizacj). A. Kowal: Odnowa Wody, Politechnika Wrocławska, Wrocław 1996.

4 2. Zaniechanie odnowy wody prowadzi do eutrofizacji wód powierzchniowych Ładunek substancji biogenicznych a) Ł = f (stenie, objto) N og 80 mg N/dm 3 P og 14 mg P/dm 3 V dob 150 dm 3 /doba ( dm 3 /doba) b) Ł = f (ładunek jednostkowy LMR) N og 12 g MR/doba P og 2,2 g MR/doba

5 Charakterystyka cieków miejskich Wskanik zanieczyszczenia Zawiesina Mtno Barwa Indeks coli Eks. eterowy Detergenty ChZT BZT 5 P og N og Kadm Ołów WWA Jednostka W.wod. c.miej. c. m.b.ocz. g/m 3 mg/dm 3 mg/dm 3 L/100 cm 3 mg/dm 3 g/m 3 g/m 3 g/m 3 g/m 3 g/m 3 g/m 3 g/m 3 mg/dm 3 0, , ,02 0,1 0,001 0,03 0, ,7 0, , ,005 0,085 1 Wody powierzch III kl. 50 naturalna , ,4 15 0,1 0,05 2

6 Efektywno i koszt procesów jednostkowych w III stopniu oczyszczania cieków miejskich Proces jednostkowy cieki miejskie cieki B.O. BZT 5 ChZT mtno P N Wskanik zanieczyszczenia(mg/l) Indeks coli Koszt zw.rozp. L/100m 3 gr/m Koagulacja CaO , Filtracja 1, , Klinoptylolit (J) 1, , Adsorpcja 0, , Dezynfekcja (Cl 2 ) 0,0 6 0,5 0, Odwrócona osmoza 0,0 1 0,0 0,1 0,

7 cieki oczyszczone 2.4. Schemat oczyszczania (II + III stopie) cieki surowe O O.Cz. O K O F D BZT Nog 80 N NH Pog ,3

8 5.2. Wydzielona nitryfikacja (N)/denitryfikacja(D) W Kn O Kni O O A D NO3-N2 Z

9 4.2. Proces UCT/po usprawnieniach LSO Ow Kb Kt O F Oc R Oz Od On osadnik wstpny (Ow) filtr (F) odstojnik/uwalniacz (Od) reaktor (R) odstojnik chemiczny (Oc) LSO (lotne substancje organiczne)

10 2.3. Stenia substancji biogenicznych w ciekach Nog Pog (mg/dm 3 ) cieki miejskie surowe m.s. po II st 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

11 cieki oczyszczone 2.4. Schemat oczyszczania (II + III stopie) cieki surowe O O.Cz. O K O F D BZT Nog 80 N NH Pog (12) 45 (1,5) ,3

12 1. Charakterystyka metod biologicznych (η usuwania) materia organiczna ( BZT 5 ; ChZT 90% ; 85 % ) N og ( 25 % ) P og ( 10 % )

13 2. Rola koagulacji, sedymentacji, filtracji, mikrofiltracji materia organiczna (substancje biogeniczne:p og; N og (?) --- µ-zanieczyszczenia,metale cikie --- patogeny koagulacja (wapnem: LLP, HLP ) --- strcanie chemiczne jonity,utlenianie metody fizyczno-chemiczne

14 Striping gazowy proces jednostkowy usuwania substancji lotnych (gazowych) rozpuszczonych w wodzie przenoszenie masy (gazu) z fazy ciekłej do fazy gazowej Zastosowanie a) usuwanie amoniaku b) usuwanie odorów c) usuwanie lotnych substancji organicznych d) usuwanie siarkowodoru (H 2 S), tlenu (O 2 ), dwutlenku wgla (CO 2 )

15 3. Usuwanie azotu amonowego przez odpdzanie I FAZA NH 4+ + OH - NH 3 + H 2 O II FAZA usuwanie NH 3 C = k p Φ = f (k, T, s, c, D, t) czas powierzchnia temperatura grubowarstwy f (napicie powierzchniowe)

16 Istota metody fizycznej odpdzania amoniaku z roztworów wodnych polega zatem na przejciu NH3, obecnego w wodzie, do powietrza. Efekt ten uzyskuje si poprzez kontakt tych mediów Od czego zaley wielko przenoszonego ładunku-l? Wielko przenoszonego ładunku L = S t F Natenie strumienia (szybkoprzejcia przez gran rozdz faz) Czas trwania procesu Powierzchnia rozdziału faz

17 L = f ( S, t, F) Czynniki zalene i niezalene od technologa? Powierzchnia rozdziału faz - S Czas trwania procesu - t Natenie strumienia - F (szybkoprzejcia przez gran rozdz faz) Od czego zaley natenie strumienia F? F = f ( T, s, H, c, l ) Temperatura Zasolenie Grubo filmu Rónica cinie czst.w wodzie i pow Rodzaj gazu (stała Henryego)

18 1. Powierzchnia Jakie wielkoci spotykamy w praktyce? wod rozdeszczowuje si na krople ored d = 0,04-0,80 mm woda spływa po rozwinitej powierzchni, warstwa l = 0,1-0,8mm 2. Czas kontaktu mediów od 1 do 1800 sekund 3. Rónica prnoci czstkowych stenie w wodzie moe zmienia si w szerokich granicach (2-270 mg/l) stenie kocowe nie moe by mniejsze od stenia równowagowego

19 Procesy towarzyszce 1. Nastpuje usuwanie wszystkich substancji lotnych siarkowodór LZO (lotne zwizki organiczne) 2. Nastpuje napowietrzenie wody (wyrównanie cinie czstkowych wszystkich gazów z powietrzem atmosferycznym) wzrost stenia tlenu prowadzi do utlenienia składników zredukowanych, np.: 4Fe 2+ + O 2 + 2H 2 O = 4Fe OH - Fe(OH) 3

20 Rozpuszczalno gazów A (g) A (aq) K = [A (aq) ] / [A (g) ] A A A ( aq) ( g) ( aq) = K A = = K RT K P P ( aq) H A A A ( ) g = PA RT K H - stała Henry ego A (aq) - [mol/litr]

21 Stenie gazu w wodzie jednostki cm 3 /dm 3 mg/dm 3 ml/l

22 Współczynnik rozpuszczalnoci Bunsena α A mol ml ml = l mol SW l SW A (aq) = K H P A [mol/l] = K H P A [ml/l] α A

23 α = f 1 1 1,, m.cz T S p,

24 3.1. Praktyczne aspekty usuwania wiee; zalety wiee; problemy

25 Striping gazowy proces jednostkowy usuwania substancji lotnych (gazowych) rozpuszczonych w wodzie przenoszenie masy (gazu) z fazy ciekłej do fazy gazowej Zastosowanie a) usuwanie amoniaku b) usuwanie odorów c) usuwanie lotnych substancji organicznych d) usuwanie siarkowodoru (H 2 S), tlenu (O 2 ), dwutlenku wgla (CO 2 )

26 Metoda bilansu materiałowego (1) Woda L, C o Powietrze G, y e L, C e G, y o Woda Powietrze

27 Metoda bilansu materiałowego (2) LC o + Gy o = LC e +Gy e L ilocieczy ( mol / jednostka czasu ) G ilogazu ( mol / jednostka czasu ) y o,e stenie gazu w gazie do(od)pływajcym ( mol / mol ) C o,e stenie gazu w cieczy do(od)pływajcej ( mol / mol ) (y o - y e ) = L/G (C e - C o )

28 Metoda bilansu materiałowego (3) prosta równowagi y e prosta operacyjna y o α tg L = L G C e C o

29 Metoda bilansu materiałowego (4) y o = 0 y e = L/G (C o - C e ) y mol NH 3 mol pow. 50 C 40 C 30 C 20 C 10 C 0,01 0,01 0,02 0,03 x ( mol NH 3 / mol H 2 O )

30 Metoda bilansu materiałowego (5) Stenie 1 (mol NH 3 /mol H 2 O) = 17 g NH 3 /18 g H 2 O 0, = 0,17 g NH 3 /18 g H 2 O 9,40 g NH 3 /1000 g H 2 O = 9400 mg NH 3 /1 dm 3

31 Metoda bilansu materiałowego (6) y e y e y o y o =0 C e C o y e Stenie w fazie gazowej y e C e C o y o =0 y o =0 C e C o C e C o Stenie w fazie ciekłej

32 Metoda bilansu materiałowego (7) G/L m 3 pow. m 3 H 2 O 10 4 tg α temp. ( C) Zapotrzebowanie powietrza w procesie strypingu amoniaku w zalenoci od temperatury

33 Metoda bilansu materiałowego (8) Stenie w pow. y y e C 1 ; y e 1 C o ; y e y 2 C 2 ; y 2 2 C 1 ; y 2 y 1 3 C e C 2 C 1 C o Stenie w wodzie C

34 4. Usuwanie azotu metod wymiany jonowej a) NH 4+ ; klinoptyolit selektywno regeneracja b) NO 3- ; anionity ródło NO 3 - problemy

35 5. Usuwanie azotu amonowego przez utlenianie chlorem i ozonem a) w roztworze b) na wglu aktywnym c) na klinoptylolicie d) utlenianie ozonem e) usuwanie nadmiaru chloru

36 6. Koszty usuwania zwizków azotowych 6.1. Koszty procesów jednostkowych PROCES Koszt (zł/m 3 ) Nitryfikacja 0,10 Nitryf. + Denitryf. 0,25 Striping NH 3 0,10 Chlorowanie do przeł. 0,30 Wymiana jonowa 0,40

37 6.2. Składowe kosztów procesu chlorowania do p. przełamania Składowe kosztu Koszt (zł./m 3 ) Energia elektryczna 0,04 Chlor 0,16 Wapno 0,05 Obsługa 0,01 Amortyzacja 0,04

38 6.3. Koszty procesów w stacji odnowy wody ( m 3 /doba) Proces jednostkowy % Stacja pomp 4 Strcanie chemiczne 9 Striping NH 3 24 Rekarbonizacja 4 Filtracja 7 Adsorpcja na wglu akt. 21 Chlorowanie (?) 4 Przeróbka osadów 20 Inne 7 100% 1,02 zł./m 3

39 7. Usuwanie fosforu koagulacja LLP, HLP symultaniczne strcanie

40 USUWANIE FOSFORU -Uogólnienie USUWANIE FOSFORU - Obejmuje: a) przeprowadzenie fosforanów (PO 4 3- ) w osad b) usuwanie osadu ad a) Moemy stosowa: osad biologiczny (mikroorganizmy) osad chemiczny (nierozpuszczalne sole) ad b) Moemy stosowa: sedymentacj filtracj przez złoa filtracj przez membrany

41 osad czynny złoa zraszane hydrofity Biol - P Rozp-P(PO ) Chem - P Ca 2+ Al 3+, Fe 3+ Sedy/Filtr/Membr Sedy/Filtr/Membr roztwór osad roztwór osad

42 Strcanie chemiczne dodatek wielowartociowych jonów tworzcych sole o małym iloczynie rozpuszczalnoci zwykle: Ca 2+, Al 3+, Fe 3+ Iloczyn rozpuszczalnoci: K n A m nk m+ + ma n- IL = [nk] m [ma] n

43 Strcanie fosforanów wapnem zwykle wapno gaszone: Ca(OH) 2 kolejno reakcji: Ca(OH) 2 + CO 3 2- = CaCO 3 + 2OH - ph<10 10Ca(OH) 2 + 6PO OH - = Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) OH - hydroksyapatyt

44 Ilo wapna palonego zaley od alkalicznoci wody (alk >> fosforany) Ca(OH) 2 niezbdne do uzyskania ph= Alkaliczno, mg/l jako CaCO 3 dawka równa 1,5 Alkaliczno

45 Strcanie fosforanów przy uyciu Al 3+ i Fe 3+ Równania reakcji podstawowych: Al 3+ + H n PO 4 3-n = AlPO 4 + nh + Fe 3+ + H n PO 4 3-n = FePO 4 + nh + Stechiometria zaley od: alkalicznoci ph metali ladowych ligandów alkalicznych

46 Diagramy jonowe lg IR lg IR -4-4 AlPO 4 (os) -5-5 Al(PO 4 ) x OH y -6-6 Al(OH) 3 Fe(PO 4 ) x (OH) y Fe(OH) ph ph

47 Miejsca wytrcania fosforanów (D.Ch) D.Ch D.Ch i / lub D.Ch D.Ch D.Ch D.Ch D.Ch Filtr

48 Dawki metali (PO Al 3+ = AlPO 4 ) Redukcja fosforu (%) Stosunek molowy Al:P Zakres Warto typowa ,25 1,50:1 1,60 1,90:1 2,10 2,60:1 1,4 : 1 1,7 : 1 2,3 : 1

49 1,00 0,10 0,01 Skala logarytmiczna 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 Al : P Cz Prozp. Pozostajca w roztworze(proz/pcał)

50 Zagadnienia 1. Skład cieków miejskich 2. Zasada działania osadu czynnego 3. Striping amoniaku 4. Inne metody usuwania azotu nieorganicznego 5. Usuwanie fosforanów (strcanie chemiczne) - mechanizm - układy technologiczne - efektywno

Podobne dokumenty

ODNOWA WODY WYKŁAD 4. KOAGULACJACIEKÓW 2 Koagulacja wapnem

ODNOWA WODY WYKŁAD 4. KOAGULACJACIEKÓW 2 Koagulacja wapnem ODNOWA WODY WYKŁAD 4 KOAGULACJACIEKÓW 2 Koagulacja wapnem cieki wirusy bakterie elazo, metale mikrofauna CH 4 ; H 2 S zawiesiny H 2 O twardo INNE N, P zapach nadmierny ChZT pestycydy barwa i mtno Metody