TECHNOLOGIA WODY II -WYKŁAD 2. Sedymentacja i Flotacja

Transkrypt

1 TECHNOLOGIA WODY II -WYKŁAD 2 Sedymentacja i Flotacja

2 ródła wody w Polsce 1.Powierzchniowe 2.Wgłbne 1. UJCIA WÓD POWIERZCHNIOWYCH zatokowe brzegowe

3 8. Woda w przyrodzie cd zawiesiny mikrofauna zw. organiczne wirusy bakterie zapach rolinny elazo, mangan CH 4 ; H 2 S H 2 O twardo metale CO 2 agresywny zapach nadmierny ChZT pestycydy barwa i mtno Woda w przyrodzie

4 8. cedzenie filtracja (powolna) sedymentacja zawiesiny dezynfekcja napowietrzanie wirusy bakterie zapach rolinny elazo, mangan mikrofauna CH 4 ; H 2 S H 2 O twardo metale zw. organiczne sedymentacja filtracja (szybka) CO 2 agresywny zapach nadmierny ChZT pestycydy barwa i mtno koagulacja wizanie chemiczne sorpcja utlenianie

5 4 Opisz właciwoci wód powierzchniowych i podziemnych Składnik wody 1. mineralizacja 2. gazy rozpuszczone 3. twardo 4. CO 2 5. mikrozanieczyszczenia 6. mikroorganizmy 7. mtno i barwa 8. stenia Fe i Mn W.powierzchniowe W.podziemne +/- - +/ /

6 3. JAKO WODY Przemysł: normy branowe ruchowe Rolnictwo: stenie mikroorganizmów Ludno: Rozporz dzenie Ministra Zdrowia z dnia w sprawie warunków jakim powinna odpowiada woda do picia i na potrzeby gospodarcze (Dziennik Ustaw RP nr 82 z dnia r.)

7 4. WARUNKI ORGANOLEPTYCZNE JAKIM WINNA ODPOWIADA WODA DO PICIA Wskanik Jednostka Wymagania Barwa mg Pt/dm 3 < 15 Mtno mg SiO 2 /dm 3 < 1 Organizmy niewidoczne Plamy olejowe niewidoczne Zawiesina niewidoczna Zapach akceptowalny

8 5. WARUNKI FIZYKOCHEMICZNE JAKIM POWINNA ODPOWIADA WODA DO PICIA Wskanik 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

9 5. WARUNKI FIZYKOCHEMICZNE (c.d.) Wskanik Jednostka NDS 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 µg/l 1 (0,001) Benzo(a)piren µg/l 0,01 (WWA) ΣWWA µg/l 100 Chlorofenole µg/l 10 (ppz)

10 5. WARUNKI FIZYKOCHEMICZNE (c.d.) Wskanik Jednostka NDS Chloroform µg/l 30 (THM) Σ THM µg/l 100 PCB µg/l 0,5 Σ pestycydów µg/l 0,5 ChZT (KMnO 4 ) µg/l 5000

11 6. WARUNKI BAKTERIOLOGICZNE JAKIM POWINNA ODPOWIADA WODA DO PICIA Wskanik Dopuszczalna Objto liczba bakterii próbki Escherichia coli Enterokoki Clostridium perfiringes Ogólna liczba bakterii (37 C) 20 1

12 Metno; NTU; 1mgPt/dm3 = 1-3 NTU

13 Układy technologiczne usuwanie zawiesin Wz F D Wu Wz S F D Wu Zawiesiny grube? Wu - woda uzdatniona Wz - woda zasilaj ca F - filtracja D- dezynfekcja S - sedymentacja K - koagulacja U - utlenianie

14 Układy technologiczne (c.d.) usuwanie barwy i mtnoci Wz K S F D Wu Wz U K S F D Wu usuwanie zawiesin, barwy i mtnoci - zawiesiny grube??? Wu - woda uzdatniana Wz - woda zasilaj ca F - filtracja D- dezynfekcja S - sedymentacja K - koagulacja U - utlenianie

15

16 TECHNOLOGIA WODY WYKŁAD USUWANIE ZANIECZYSZCZE MECHANICZNYCH

17 ZANIECZYSZCZENIA MECHANICZNEpodział metod usuwania Sedymentacja/Flotacja Filtracja przegrody -kraty -sita -µ-sita -przegrody -membrany -µ-filtracja -u-filtracja -n-filtracja -oo (RO) złoa porowate -liczba warstw -jednowarstwowe -wielowarstwowe -szybkoc filtracji -powolne -szybkie -ciagło pracy -cigłe -okresowe(płukane) -specjalne -odelazianie -wymiana jonowa -adsorpcja złoa namywane -perforowane -siatkowe

18 2. Podział zanieczyszcze mechanicznych zawiesiny grube (szcz tki łodyg, licie) usuwane za pomoc krat zawiesiny drobne (piasek, rozdrobnione szcz tki rolin) usuwane za pomoc sit zawiesiny bardzo drobne (glony i mikroglony) usuwane w mikrositach i w osadnikach

19 2. Rozmiary substancji rozpuszczonych i zawiesin 2.1. Rozmiary i masy cz steczkowe lg Φ Φ (µm) M. czstecz. (D) czstki rozpuszczone koloidy zawiesiny

20 2.2. Składniki wód w przyrodzie lg Φ Φ (µm) j.pr. r k k z minerały ilaste kwasy kwasy fulwowe huminowe wirusy j.złoone bakterie krzemionka glony cysty

21 2.3. Metody fizyczne rozdzielania lg Φ Φ (µm) filtry n u µ cedzenie RO ED Destyl. filtracja u-wir. wirowanie sedymentacja Φ Φ,ς ρ D T, Rozp.

22

23 Procesy jednostkowe usuwania zanieczyszcze mechanicznych 1.Cedzenie - kraty, sita, mikrosita - membrany (u-,mikro-,nano-filtracja) - odwrócona osmoza 2.Filtracja czstkowa (przez złoa) - powolna, pospieszna - jednowarstwowe, wielowarstwowe - specjalne, w tym cigła 3.Sedymentacja

24 3. USUWANIE ZANIECZYSZCZE MECHANICZNYCH W WYNIKU CEDZENIA kraty nachylenie 70 przewit krat : mm kraty rzadkie mm kraty gste czyszczenie krat

25 Schemat kraty stałej oczyszczanej mechanicznie: 1 - prty kraty, 2 - łacuch Galla ze zgrzebłami

26

27 3. USUWANIE ZANIECZYSZCZE MECHANICZNYCH W WYNIKU CEDZENIA (c.d.) sita ustawiamy za kratami mog by nieruchome lub obrotowe wykonane s z siatki metalowej oczka : mm 5 5 mm sita gste 1 1 mm sita bardzo gste

28

29 3. USUWANIE ZANIECZYSZCZE MECHANICZNYCH W WYNIKU CEDZENIA (c.d.) mikrosita s to bbny obrotowe pokryte nierdzewn siatk metalow o oczkach od 65 do 23 µm, pokrywaj ce siatk podtrzymuj c (2 2 mm) szybko obrotu bbna 0,3 m/s wydajno m 3 /m 2 godz ( m 3 /doba)

30 Schemat działania mikrosita obrotowego 1 - dopływ wody surowej, 2 - bben z siatki, 3 - dopływ wody płucz cej, 4 - lej zbieraj cy spłukiwany osad, 5 - odpływ wody popłucznej, 6 - napd bbna sita, 7 - odpływ wody po sicie

31 Schemat mikrosita. 1- dopływ wody, 2- bben mikrosita, 3- instalacja do płukania, 4- lej zbierajcy wod po płukaniu z odpływem do kanalizacji, 5- kanał odpływowy, 6- silnik napdzajcy mikrosito

32 Procesy jednostkowe usuwania zanieczyszcze mechanicznych 1.Cedzenie - kraty, sita, mikrosita - membrany (u-,mikro-,nano-filtracja) - odwrócona osmoza 2.Filtracja czstkowa (przez złoa) - powolna, pospieszna - jednowarstwowe, wielowarstwowe - specjalne, w tym cigła 3.Sedymentacja

33 ZANIECZYSZCZENIA MECHANICZNEpodział metod usuwania Sedymentacja/Flotacja Filtracja przegrody -kraty -sita -µ-sita -przegrody -membrany -µ-filtracja -u-filtracja -n-filtracja -oo (RO) złoa porowate -liczba warstw -jednowarstwowe -wielowarstwowe -szybkoc filtracji -powolne -szybkie -ciagło pracy -cigłe -okresowe(płukane) -specjalne -odelazianie -wymiana jonowa -adsorpcja złoa namywane -perforowane -siatkowe

34 SEDYMENTACJA - definicja w technologii wody i cieków proces jednostkowy, którego zadaniem jest usuwanie zawiesin opadanie zawiesin w wyniku działania siły cikoci

35 Technologia Wody WYKŁAD 3 SEDYMENTACJA I FLOTACJA

36 Metno? Jednostki NTU; mgpt/dm3 1mgPt/dm3 = 1-3 NTU

37 4. USUWANIE ZAWIESINY W WYNIKU SEDYMENTACJI DEFINICJA proces jednostkowy maj cy na celu usuwanie zawiesiny usuwanie zawiesiny z roztworu na skutek opadania pod wpływem siły cikoci

38 Cele sedymentacji --- klarowanie wody klarowanie cieków wydzielanie ze cieków cz stek stałych

39 SEDYMENTACJA - c.d. (1) Siły działaj ce na cz stki zawiesiny a) cikoci i wyporu G - W = Πd 6 3 ( )g c R W b) oporu R = F v 2 2 G powierzchnia czołowa czstki współczynnik oporu λ = f(re) Re = v d g = v d lepkokinematyczna l. dynamiczna

40 λ = 18,5 0,6 Re 24/Re λ = 0,44 Zaleno współczynnika oporu λ od liczby Re przy opadaniu cz stek

41 SEDYMENTACJA - c.d. (2) Πd 6 3 G = R Πd 4 v 2 s ( ) g = c 2 2 v s = ( c ) g 4d 3 dla ruchu laminarnego v = f s ( ) 1/2 1/ 2-1/2 d,, c = 24 Re = 24 v d s v s = 1 18 g d 2 ( ) c

42 λ λ = 24 Re λ = 0, ,5 0,6 Re λ = 0, Re

43 Zakres piaskowników Zakres osadników sztucznych Strefa Koagulacji koloidy Zakres du ych zbiorników zaporowych Pr dko opadania cz stek kwarcu w wodzie o temperaturze 10 C w zale no ci od rednic. G sto kwarcu 2,63 g/cm3

44 V cm/s 0 Piaskowniki koagulacja koloidy Osadniki Due zbiorniki wodne F cm

45 Gsto zawiesin - ρ 1,002 < ρ < 3,50 glina 1,8-2,2 kwarc 2,65 Al (OH) 3 1,002 Fe(OH) 3 1,009 Mg(OH) 2 1,05 CaCO 3 1,43

46 Prdko opadania cz stek w wodzie o temperaturze 10 C w zalenoci od ich rednicy i gstoci.

47 V cm/s ρ = 5 2,5 1,1 1,01 ρ = 1, rednica (m)

48 SEDYMENTACJA - c.d. (3) CZSTKI KULISTE A NIEKULISTE d z -rednica zastpcza (rednica kuli o objtoci równej...) Φ - sferyczno (iloraz pow. kuli do pow. cz stki) d d z 1 Φ 1

49 Cz stki idealne a cz stki rzeczywiste złoony kształt rednica zastpcza powierzchnia zastpcza połoenie cz stki w stosunku do kierunku ruchu λ = f (Re, Φ)

50 Zaleno pomidzy parametrami opadania grawitacyjnego cz stek w wodzie

51 Cz prdkoci 10 6 Opadanie cz stek rzeczywistych kuliste zaokr glone kanciaste podłune blaszkowate Cz rednicy

52 Urz dzenia Odstojniki Osadniki (proces objtociowy) przepływ poziomy przepływ pionowy Urz dzenia (proces strefowy) klarowniki pulsatory akcelatory

53

54

55

56 Osadnik poziomy z zgarniaczem łacuchowym

57 Osadnik poziomy z odrodkowym przepływem wody

58 Osadnik poziomy -wzdłuny z wydzielon komor flokulacji i komor szybkiego mieszania

59

60

61

62

63 A η=h/h B Mechanizm sedymentacji A. Ruch cz steczek zawiesin w osadniku o przepływie poziomym B. Schemat osadnika o przepływie poziomym

64 SEDYMENTACJA - c.d. (4) OSADNIKI I ODSTOJNIKI Skuteczno usuwania zawiesin = = Ł C Ł Ł D d D C C d %

65 SEDYMENTACJA - c.d. (5) t p = V Q v = o H t p v o = = = H Q V H Q H F Q F

66 SEDYMENTACJA - c.d. (6) sprawno Q F v v v t v t v H h 0 p 0 p = = = = inaczej 0 s v H t = Q H F Q V t p = = Q v F t t 0 s p = 0 s p v Q t t F = α η= η= η= η=h/η /Η /Η /Η

67 SEDYMENTACJA - c.d. (7) t t p = ( liczba HAZENA ) s α = 1 dla urz dze idealnych α > 1 dla urz dze rzeczywistych

68 Wielkowspółczynnika α w zalenoci od rodzaju i skutecznoci sedymentacji: A - teoretyczny przebieg sedymentacji, B - sedymentacja w osadniku działajcym okresowo (wypełnianie, sedymentacja, oprónianie), rzeczywisty przebieg sedymentacji: 1 - w pojedynczym osadniku, 2 - w dwóch osadnikach połczonych szeregowo, 3 - w 3 ossadnikach połczonych szeregowo, 4 - w osadniku przepływowym z przegrod, 5 - w osadniku przepływowym z wieloma przegrodami

69

70 Zadanie Naley zaprojektowa osadnik o przepływie poziomym, z zgarniaczem mechanicznym, do usuwania zawiesiny z wody po koagulacji. Dane wyjciowe: Q = 300 m3/godz B = 40 gpt/dm3 Koagulant Al2(SO4)3 x 18 H2O DK wyznaczona dowiadczalnie = 150g Al2(SO4)3 x 18 H2O Zasadowo= 8 val/m3 Cz = 40 mg/dm3 v = 0,40 mm/s V = k x v

71 L/H K 7, ,5 Czas zatrzymania wody w osadniku T = 2-4 godz Predko pozioma przepływu wody vp = 5-12 mm/s Obci enie hydrauliczne powierzchni osadnika Oh = 1,44-2,88 m3/m2 x godz Głboko osadnika -reczne usuwanie osadu 3,0-3,5 m -mechaniczne usuwanie osadu 2,0-3,0 m Dodatkowa objto na osad Vo Vo = Q(Co C ) Tc / n x δ Vo objto strefy osadów Q natenie przepływu cieków Tc czas zatrzymania osadu Co stenie zawiesiny w ciekach dopływaj cych C stenie zawiesiny w ciekach odpływaj cych n liczba osadników δ stenie osadu w strefie osadowej (naley wyznaczyc z poniszej tablicy)

72 Zaleno stenia osadu w strefie osadowej od zawartoci zawiesiny w dopływaj ceych sciekach Co-stenie w ciekach dopływaj cych(g/m3) δ stenie osadu w strefie osadowej(g/m3) < Co = Cz + DK + 0,25B + Z Cz stzenie zawiesin w ciekach surowych DK dawka koagulanta B barwa (mgpt/dm3) Z zawarto nierozpuszczalnych zanieczyszcze w koagulancie (g/m3)

73 Iloc zawiesiny w wodzie po koagulacji Co = 10 + Obliczanie wg powierzchni osadników F F = α x Q / v α współczynnik sprawnoci osadnika v prdkoc opadania cz stek zawiesiny α = v / ( v V/30 ) = 0,4 / ( 0,4 10 x 0,4/ 30 ) = 1,5 F = 1,5 x 300 / 0,4 x 3,6 = Przyjmujemy H = 3,0 m L/H = 15 L = 45 Szaroko osadnika B = 6 m Liczba osadników n = F/ B x L = Sprawdzenie stabilnoci L/H > 10 L/B > 3 Q/F = ,88 (m3/m2 x godz) Czas T = 2-4 godz Naley jeszcze obliczy długo krawdzi przelewowych

74 Osadniki lamelowe/wielostrumieniowe

75 Zakłócone opadanie cz stek znaczne zagszczenie ( > 0,22 % objtociowo) sedymentacja powi zana

76 Rodzaje zawiesin A. Kształt 1. cz stki ziarniste 2. cz stki kłaczkowate B. Zawarto 1. cz stki rozproszone 2. cz stki strefowe

77 Osadniki w technologii wody po procesie koagulacji po str caniu chemicznym w grawitacyjnym zagszczaniu osadów --- po napowietrzaniu wód wgłbnych

78 SEDYMENTACJA - c.d. (8) Osadnik poziomy i osadnik pionowy

79 Schemat osadnika o przepływie poziomym z zagarniaczem tarczowym

80 Sposoby doprowadzania wody do osadnika o przepływie poziomym

81 Rozmaite rozwi zania wlotu do osadnika

82 Sposoby odbioru wody w osadnikach o przepływie poziomym

83

84

85 Zasady doboru procesów jednostkowych usuwania zawiesin

86 FLOTACJA proces w którym zawiesina, charakteryzuj ca si gstoci mniejsz ni orodek rozpraszaj cy, ulega wyniesieniu na powierzchni orodka rozpraszaj cego i usuniciu przez zbieranie w wikszoci praktycznych aplikacji gsto zawiesiny ulega zmniejszeniu w wyniku zwi zania z drobnymi pcherzykami gazu

87 SEDYMENTACJA - Flotacja Siły działaj ce na cz stki zawiesiny a) cikoci i wyporu G - W = Πd 6 3 ( ) c g < 0 R W b) oporu R = F v 2 2 G powierzchnia czołowa czstki współczynnik oporu λ = f(re) Re = v d g = v d lepkokinematyczna l. dynamiczna

88 Zakres zastosowania fabryki celulozy przemysł spoywczy (tłuszczowy), rafineryjny zatanie rud metali usuwanie zawiesin po koagulacji zagszczanie osadu czynnego

89 Wprowadzanie powietrza do roztworu 1. Dyfuzery 2. Technika próniowa 3. Technika spadku cinienia

90 Rozpuszczalno powietrza w wodzie C w = H p p H = f(t) C w - rozpuszczalno w wodzie (mg/l) H - stała Bousena (mg/l atm) p p - cinienie cz stkowe T - temperatura Rozp powietrze mg/l atm krzywa saturacji T C

91 Ilo uwolnionego powietrza C r C n = H P n C a = H P a C n - C a = H P n - H P a = H (P n - P a ) = H (P n - 1)

92 Okrelenie wartoci ilorazu powietrze/zawiesina ciar właciwy zawiesiny musi by mniejszy ni ciar właciwy roztworu (1 g/cm 3 ) c = ( V + V ) a a s s ( V + V ) a s V a - objtopowietrza zwi zanego z cz stk o objtoci V s ρ a, ρ c - gstopowietrza i zawiesiny

93 Iloraz masy powietrza i masy zawiesin masa powietrza = a = V s ρ s V a ρ a s masa czsteczki Poł czenie równa daje: + + = s a 1 1 s a 1 a s c

94 Poniewa wznoszenie nast pi gdy ρ c <ρ minimalna wartoilorazu a/s wyniesie a s min = 1- a s 1

95 Technika spadku cinienia Załoenia okrelony iloraz a/s Q Q p p = = a s Q C r c a Q s H P -1 c ( ) C - stenie zawiesiny Q p - przepływ powietrza Q c - przepływ cieków C r - ilouwolnionego powietrza

96 Zasady budowy flotatora woda 2 powietrze 3 dławik 4 roztw. nasyc. powietrza 5 zgarniacz 6 odprowadzenie cieczy 7 odprowadzenie flotatu

97

98 Flokulacja/Flotacja

99 Pretreated raw water (with coagulant) enters the flocculation basin for two-stage flocculation. Flocculated particles enter the DAF upflow channel; diffuser nozzles create millions of microbubbles that attach to floc particles. Solid particles float to the surface; clarified water flows down through the false floor and out the upflow channel.

100

101 Porównanie z sedymentacj Usuwanie zawiesiny flotuj cej i sedymentuj cej Wysoka efektywno Stony osad Natlenianie cieków Mniej koagulantu Gorsza jakoroztworu sklarowanego Kosztowna eksploatacja

102 Sedymentacja i flotacja- zagadnienia - sedymentacja/definicja - siły dziaj ce na zawiesiny - liczba Reynoldsa, współczynnik oporu -rednica/powierzchnia zastpcza - liczba Hazena - urz dzenia do sedymentacji/flotacji - flotacja/definicja - metody obniania masy właciwej zawiesin - schemat urz dzenia - prównanie sedymentacji i flotacji

103 Mikrofiltracja -zakres filtracji wynosi od 0,05 u do 1 um (mikroorganizmy,duze koloidy). Ultrafiltracja - charakteryzuje si mniejszymi prdkociami przepływu, wynikajcymi z małego mikronau i odbywa si na specjalnych, podobnych do membrany osmotycznej, wkładach wymiennych. Zakres filtracji od 0,01 do 0,1 um (wirusy, koloidy, makromolekuły). Nanofiltracja - jak wyej, ale zakres filtracji wynosi od 0,001 do 0,01 um(wirusy, zwizki organiczne, jony wielowartociowe)

104 Filtracja cz stkowa - polega na usuwaniu zanieczyszcze za pomoc filtrów ze złoem filtracyjnym lub wkładów wymiennych. Dolna granica filtracji wynosi 1 um (resztki roslin, glony, pierwotniaki). Hiperfiltracja - jest to filtracja wody metod odwróconej osmozy,zakres wynosi 0,0001 do um (aniony i kationy jednowartociowe)

105 Zanieczyszczenia mechaniczne. Sedymentacja. 1. Zanieczyszczenia mechaniczne? 2. Sedymentacja-podstawy teoretyczne 3. Sedymentacja zawiesin nieregularnych 4. Urz dzenia do sedymentacji, schemat osadnika 5. Flotacja 6. Flotacja wspomagana powietrzem 7. Schemat flotatora 8. Porównanie flotacji i sedymentacji