Technologia Wody WBiI. Rok 3. SIS. Wykład 3 Adsorpcja i dezynfekcja

Transkrypt

1 Technologia Wody WBiI. Rok 3. SIS Wykład 3 Adsorpcja i dezynfekcja

2 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

3 4. WARUNKI ORGANOLEPTYCZNE JAKIM WINNA ODPOWIADA WODA DO PICIA Wskanik Jednostka Wymagania Organoleptyczne Barwa(mg Pt/dm 3 ), Mtno(mg SiO 2 /dm 3 ), Organizmy(niewidoczne),Plamy olejowe(niewidoczne)zawesina(niewidoczna), Zapach(akceptowalny) Chemiczne mg/dm 3,ugdm -3 NDS Mikrobiologiczne index Coli, Miano Coli, NPL 0

4 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) Mikrozanieczyszczenia organiczne

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

6 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

7 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

8 Układy technologiczne usuwanie zawiesin Wz F D Wu Wz S F D Wu Wu - woda uzdatniona Wz - woda zasilajca F - filtracja D- dezynfekcja S - sedymentacja K - koagulacja U - utlenianie

9 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 Wu - woda uzdatniana Wz - woda zasilajca F - filtracja D- dezynfekcja S - sedymentacja K - koagulacja U - utlenianie

10 Układy technologiczne (c.d.) usuwanie zawiesin, barwy i mtnoci, mikrozanieczyszcze Wz K S F A D Wu A- adsorpcja D- dezynfekcja

11 Układy technologiczne (c.d.) Wz K S F A D U U Wu Opcja: utlenianie A- adsorpcja D- dezynfekcja

12 Technologia WODY Wykład 6 - ADSORPCJA 1. Definicja a) proces jednostkowy b) zjawisko

13 2. Przyczyny a) energia wewntrzna układu b) ciepło adsorpcji c) hydrofobowe hydrofilowe (apolarne polarne)

14 Opis adsorpcji a) zachodzi w sytuacji nierównowagi dynamicznej (kinetyka: matematyczny opis przepływu) b) osiga równowag dynamiczn opisan przez izoterm adsorpcji (statyka) c) bilans materiałowy wynikajcy z kinetyki i statyki (dynamika)

15 5. Kinetyka adsorpcji a) roztwór warstwa graniczna konwekcja dyfuzja (zjawisko limitujce)

16 dn dt Φ = f = - FD dc/dr ( 1/F ; Pe) 0 F 0 liczba Fouriera Pe liczba Pecleta

17 dn dt Φ = f = - FD dc/dr ( 1/F ; Pe) 0 F 0 liczba Fouriera Pe liczba Pecleta

18 F 0 Pe = D t d 2 r = ν D D współczynnik dyfuzji r rednica porów v prdkoprzepływu t czas

19 7. Statyka adsorpcji a) równanie Freundlicha (dowiadczalne) b) teoria Langmuira (jednowarstwowa) c) teoria BET (wielowarstwowa) d) teoria Dubinina (objtociowa)

20 WIRTUALNY EKSPERYMENT - Adsorbent - Adsorbat T - temperatura (stała) t - czas (dostatecznie długi) C a - st enie adsorbatu w stanie równowagi (po czasie t) m A - masa adsorbentu m a - masa adsorbentu na powierzchni

21 Izoterma adsorpcji m a /m A = f(ca) m a /m A x = f(y) T=const m a /m A = f(ca) T=const Ca

22 Z a C r

23 1 3 Z a 2 4 C r

24 Z a A β Z a = A + B lg C r tg β = B lg C r

25 Ilociowy opis izotermy adsorpcji (a/a y/m) 1/n y/m = K c lg y/m = lg K + 1/n lg c K, n stałe empiryczne K, n y WWA K 1/n benzen benzopiren naftalen benzofuran ,6 0,44 0,42 0,57

26 8. Dynamika adsorpcji czasowy i przestrzenny rozkład adsorbentu w zło u front adsorpcji szybko migracji frontu

27 Co-Ca/Co czas

28 1 C D C 0 C h 1 = u1 h t = u t 2 Filtr H

29 9. Stosowane adsorbenty a) krzemionka b) zeolity (klinoptylolit) c) wgiel aktywny d) syntetyczne (Amberlit)

30 ABSORPCJA A ADSORPCJA podobiestwa rónice

31 Wytwarzanie WA a) surowice (wgiel drzewny, antracyt, pestki, koci...) b) wypra anie bez dostpu powietrza c) aktywacja d) utlenianie

32 11. Regeneracja adsorbentów a) termiczna b) chemiczna

33 Regeneracja WA a) suszenie (200 C) b) desorpcja (500 C) c) piroliza (700 C) d) aktywacja (800 C)

34 . C C dopuszczalne. Vprzebicia. V-obj./t-czas. A) Filtr z wglem aktywnym, 1-doprowadzenie powietrza, 2-odpowietrzenie, 3-doprowadzenie czynnika płuczcego, 4-odprowadzenie czynnika płuczcego 5-dopływ cieków, 6-odpływ cieków

35 PWA Woda Stenie zanieczy. Doprowadzenie PWA Cp Zbiornik reakcyjny Zuyty Oczyszczone PWA Scieki Ck Cr czas(?)

36 . PWA Scieki Stenie zanieczy. Doprowadzenie PWA Cp. Zbiornik reakcyjny Zuyty Oczyszczone PWA Scieki Ck Cr czas(?)

37 Sposoby prowadzenia adsorpcji (PWA) Wo C a jednostopniowy C z Wo u

38 Sposoby prowadzenia adsorpcji (PWA) (c.d.) C a przeciwprdowy u C z C

39 TECHNOLOGIA WODY - WYKŁAD 6 - Dezynfekcja

40 Drogi rozprzestrzeniania si chorób pochodzenia wodnego CIEKI WODA GLEBA CZŁOWIEK WODA WARZYWA CZŁOWIEK

41 Choroby zakane przenoszone drog wodn MIKROORGANIZMY CHOROBY WIRUSY -zapalenia wtroby A - zakane zapalenie wtroby -ECHO - letnie przezibienia i biegunki dzieci zapal.spojówek, zaka enia jelit -Coxackie - zapalenie opon mózgowych, zapalenie minia sercowego i ukł.oddechowego BAKTERIE -Singella - czerwonka bakteryjna -Salmonella - zatrucia pokarmowe, dur brzuszny -Vibrio - cholera -Bacillus anthracis - wglik -Mycobacterium tuberculosis - grulica

42 Choroby zakane przenoszone drog wodn -cd. MIKROORGANIZMY CHOROBY BAKTERIE cd. -Lertispira - ółtaczka zakana -Proteus -zaka enie układu moczowego, zapal. płuc, zatrucia pokarmowe, biegunki -Legionella - zapalenie płuc, legioneloza PIERWOTNIAKI -Giardia Lambdia - lamblioza -Entamoeba histolytica - czerwonka pełzakowa -Cryptosporidium - zapalenie błony luzowej ołdka ROBAKI -Przywry(urzsione larwy) -przetoki pcherzowe, marsko wtroby -Glisda ludzka -nudnoci, wymioty

43 9. Place all three Petri dishes upside down in an incubator maintained at 44 C (± 0.5 C). 10. After incubation for 24 h, count the number of yellow colonies, irrespective of size, on each of the three membrane filters (Fig. 23). (Faecal coliform bacteria produce acid from the lactose in membrane lauryl sulfate broth, and the acid changes the colour of the phenol red ph-indicator to yellow.) Calculate the mean of these three colony counts; since these counts are for 5 ml (the volume of sample filtered), multiply this figure by 20 to obtain the faecal coliform count per 100 ml. Fig. 23. After incubation at 44 C for 24 h, the yellow colonies on the membrane filter are counted. Here, the number of colonies was 40; this is the count per 5 ml (the volume filtered), so the corresponding faecal coliform count per 100 ml is 800.

44

45 3.2. Parametry wskanikowe wskanik coli (CC/100 cm 3 ) najbardziej prawdopodobna liczba bakterii grupy coli (NPL CC/100 cm 3 ) miano coli (najmniejsza objto zawierajca przynajmniej jedn komórk bakterii grupy coli) Miano coli = = 100 wskanik coli 100 NPL

46 Mikroorganizmy. Podział na grupy Nale y wybra kryterium podziału 1. stopie zorganizowania: wirusy, bakterie, pierwotniaki, grzyby, robaki 2. faza rozwoju: stadium przetrwalnikowe, stadium fizjologicznie aktywne 3. pochodzenie: alochtoniczne, autochtoniczne 4. szkodliwo: patogenne (chorobotwórcze), saprobowe 5. sposób pozyskiwania energii: autotrofy, heterotrofy (zwizki organiczne, zwizki nieorganiczne)

47 Dezynfekcja - podział metod Mikroorganizmy zbudowane s z komórek, a te z organelli, a te wreszcie z zwizków organicznych (np. białka, kwasy nukleinowe). Zatem zjawiska prowadzce do modyfikacji zwizków organicznych bd niszczyły mikroorganizmy. Metody niszczenia mikroorganizmów w technologii wody dzielimy: 1. Fizyczne (temp.,promieniowanie, cedzenie, u-dwiki) 2. Chemiczne (utlenianie, głównie Cl 2, 0 3 )

48 Fizyczne metody dezynfekcji 1. Gotowanie i pasteryzacja 2. Promieniowanie uv, γ, µ-fale 3. Ultradwiki 4. Cedzenie (ultrafiltracja, odwrócona osmoza)

49 Promieniowanie uv próniowy C B A zakres uv ν(nm) Int. uv Abs DNA Lampy uv -niskoci. rednioci v(nm)

50 Nadfiolet wiatło widzialne

51 Metody chemiczne dezynfekcji dodawanie do wody silnych utleniaczy O 3 > ClO 2 > Cl 2 > Br 2 > NH 2 Cl O 2 Cl - Cl - Br - Cl - E n 2,07 1,91 1,36 1, En wskazuje na zdolno utleniania innych zwizków zdolno bakteriobójcza zale y od zdolnoci przenikania do komórki i od stabilnoci

52 Ilociowa charakterystyka ChB a) czynnik CT iloczyn st enia i czasu działania prowadzcego do dezaktywacji 99,9 % cyst, 99,99 % wirusów CT = [st.] x [czas] CT = f(temp., ph, skład) (mg/dm 3 min) b) wartoci CT = 1,4 (O 3 ) 23 (ClO 2 ) 124 (Cl 2 ) 1850 (NH x Cl3 -x )

53 Ilociowa charakterystyka ChB a) czynnik CT iloczyn st enia i czasu działania prowadzcego do aktywacji 99,9% cyst, 99.99% wirusów CT = [st.]x[czas] CT = f(temp., ph, skład) (mg/dm 3 min) b) wartoci CT = 1,4 (O 3 ) 23 (ClO 2 ) 124 (Cl 2 ) 185 O(NH x Cl 3-x )

54 Szybko dezynfekcji dy = dt N = N O K( N) c -Kt y - l. org. zniszczonych N 0 - pocztkowa liczba N - kocowa liczba K = c n t K - współcz. skut. dezynfekcji t - czas n - stała = f (w,d,o)

55 Szybko dezynfekcji (c.d.) Dezynfektant Warto c n E.coli (b) Polio (w) Entamaeba (c) O ,1 HOCl ,2 ClO ,5 - OCl - 5 0,5 - NHCl 2 1 0,01 -

56 Chlorowanie - Reakcje chemiczne Reakcja Cl 2 w wodzie (dysproporcjonowanie) Cl 2 + H 2 O H + + HOCl + Cl - H + + OCl -

57 Chlorowanie - Reakcje chemiczne Reakcja Cl 2 w wodzie (dysproporcjonowanie) Cl 2 + H 2 O H + + HOCl + Cl - HClO 100% Cl 2 HOCl OCl - H + + OCl Cl 2 - nieskuteczny K (HClO) = 80 - K (ClO )

58 Chlorowanie - Reakcje chemiczne Reakcje w obecnoci NH + 4 NH 4+ + HOCl NH 2 Cl + H 2 O + H + NH 2 Cl + HOCl NHCl 2 + H 2 O NHCl 2 + HOCl NCl 3 + H 2 O 2NCl 3 + 9Cl 2 N Cl - Reakcje w obecnoci reduktorów HOCl + 2Fe 2+ + H + HOCl + C 6 H 5 OH 2Fe 3+ + Cl - + H 2 O ClC 6 H 4 OH + H 2 O

59 Chlor pozostały Chlor pozost. (g Cl 2 /m 3 ) 3 2 woda destylowana woda destylowana + reduktory woda destylowana + reduktory + amoniak 1 A B C 2 4 A - niezwłoczne zuycie chloru 6 8 (g Cl 2 /m 3 ) B - tworzenie chloramin C - degradacja chloramin

60 Dechloracja wody nadmiar chloru usuwa si a) metodami chemicznymi Na 2 SO 3 + H 2 O + Cl 2 Na 2 SO HCl SO 2 + H 2 O + Cl 2 H 2 SO HCl NH 3 + Cl 2 NH 2 Cl + HCl b) wgiel aktywny

61 Kryteria doboru metod dezynfekcji Kryterium Cl 2 O 3 ClO 2 uv Wydajno + + ~ ~ Niezawodno Łatwo obsługi ~ + ~ ~ Skuteczno dez. + ~ + ~ Bakteriobójczo Wirusobójczo ~ Produkty uboczne - ~ ~ + Czas kontaktu k k NH ph - wpływ Kontrola procesu

62 Adsorpcja i dezynfekcja 1. Miejsce w układach technologicznych 2. Definicje (a.,d., µ.zanieczyszczenia.org., µ.organizmy) 3. Kinetyka adsorpcji, statyka a.(izotermy a substancje chem.) dynamika a.(obitoprzebicia a izoterma a.) 4. PWA, GWA 5. Wsk. skaenia mikrobiologicznego 6. Metody dezynfekcji 7. Dezynfekcja uv 8. Dezynfekcja chemiczna (Cl 2, O 3, Br 2 )