TECHNOLOGIA WODY II -WYKŁAD 2. Sedymentacja i Flotacja

TECHNOLOGIA WODY II -WYKŁAD 2 Sedymentacja i Flotacja

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

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

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

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 +/- - +/- - + + + - +/- + + + - - - +

3. JAKO WODY Przemysł: normy branowe ruchowe Rolnictwo: stenie mikroorganizmów Ludno: Rozporz dzenie Ministra Zdrowia z dnia 4.09.2002 w sprawie warunków jakim powinna odpowiada woda do picia i na potrzeby gospodarcze (Dziennik Ustaw RP nr 82 z dnia 4.11.2002 r.)

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

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

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)

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

6. WARUNKI BAKTERIOLOGICZNE JAKIM POWINNA ODPOWIADA WODA DO PICIA Wskanik Dopuszczalna Objto liczba bakterii próbki Escherichia coli 0 100 Enterokoki 0 100 Clostridium perfiringes 0 100 Ogólna liczba bakterii (37 C) 20 1

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

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

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

TECHNOLOGIA WODY WYKŁAD USUWANIE ZANIECZYSZCZE MECHANICZNYCH

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

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

2. Rozmiary substancji rozpuszczonych i zawiesin 2.1. Rozmiary i masy cz steczkowe -6-5 -4-3 -2-1 0 1 2 3 10-6 10-5 10-4 10-3 0.01 0.1 1 10 10 2 10 3 lg Φ Φ (µm) 10 2 10 4 10 6 M. czstecz. (D) czstki rozpuszczone koloidy zawiesiny

2.2. Składniki wód w przyrodzie -6-5 -4-3 -2-1 0 1 2 3 lg Φ Φ (µm) 10-6 10-5 10-4 10-3 0.01 0.1 1 10 10 2 10 3 j.pr. r k k z minerały ilaste kwasy kwasy fulwowe huminowe wirusy j.złoone bakterie krzemionka glony cysty

2.3. Metody fizyczne rozdzielania -6-5 -4-3 -2-1 0 1 2 3 lg Φ Φ (µm) 10-6 10-5 10-4 10-3 0.01 0.1 1 10 10 2 10 3 filtry n u µ cedzenie RO ED Destyl. filtracja u-wir. wirowanie sedymentacja Φ Φ,ς ρ D T, Rozp.

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

3. USUWANIE ZANIECZYSZCZE MECHANICZNYCH W WYNIKU CEDZENIA kraty nachylenie 70 przewit krat : 30 50 mm kraty rzadkie 10 20 mm kraty gste czyszczenie krat

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

3. USUWANIE ZANIECZYSZCZE MECHANICZNYCH W WYNIKU CEDZENIA (c.d.) sita ustawiamy za kratami mog by nieruchome lub obrotowe wykonane s z siatki metalowej oczka : 10 20 mm 5 5 mm sita gste 1 1 mm sita bardzo gste

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 30-80 m 3 /m 2 godz (10-20 10 3 m 3 /doba)

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

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

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

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

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

Technologia Wody WYKŁAD 3 SEDYMENTACJA I FLOTACJA

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

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

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

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

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

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

λ 10 4 3 2 1 0 λ = 24 Re λ = 0,4 500 18,5 0,6 Re λ = 0,44 10-1 10-3 10-2 10-1 0 10 1 2 3 4 Re

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

V cm/s 0 Piaskowniki 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6 koagulacja koloidy Osadniki Due zbiorniki wodne 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 0 F cm

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

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

V cm/s 10 3 2 1 0 ρ = 5 2,5 1,1 1,01 ρ = 1,001-1 -2-3 -4 10-5 10-4 -3-2 -1 0 1 rednica (m)

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

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)

Zaleno pomidzy parametrami opadania grawitacyjnego cz stek w wodzie

Cz prdkoci 10 6 Opadanie cz stek rzeczywistych kuliste zaokr glone kanciaste podłune blaszkowate 10 0 10-4 10-4 10 7 Cz rednicy

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

Osadnik poziomy z zgarniaczem łacuchowym

Osadnik poziomy z odrodkowym przepływem wody

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

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

SEDYMENTACJA - c.d. (4) OSADNIKI I ODSTOJNIKI Skuteczno usuwania zawiesin = = Ł C Ł Ł D d D C C d 0 0 100%

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

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

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

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

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

L/H 10 15 20 25 K 7,5 10 12 13,5 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)

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) <100 30000 100-400 30000-50000 400-500 50000-70000 1000-2500 70000-90000 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)

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 = 1.44 2,88 (m3/m2 x godz) Czas T = 2-4 godz Naley jeszcze obliczy długo krawdzi przelewowych

Osadniki lamelowe/wielostrumieniowe

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

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

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

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

Schemat osadnika o przepływie poziomym z zagarniaczem tarczowym

Sposoby doprowadzania wody do osadnika o przepływie poziomym

Rozmaite rozwi zania wlotu do osadnika

Sposoby odbioru wody w osadnikach o przepływie poziomym

Zasady doboru procesów jednostkowych usuwania zawiesin

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

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

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

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

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 30 20 10 krzywa saturacji 10 20 30 40 50 T C

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)

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

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

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

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

Zasady budowy flotatora 5 7 1 3 4 6 2 2 1 woda 2 powietrze 3 dławik 4 roztw. nasyc. powietrza 5 zgarniacz 6 odprowadzenie cieczy 7 odprowadzenie flotatu

Flokulacja/Flotacja

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.

Porównanie z sedymentacj 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Usuwanie zawiesiny flotuj cej i sedymentuj cej Wysoka efektywno Stony osad Natlenianie cieków Mniej koagulantu Gorsza jakoroztworu sklarowanego Kosztowna eksploatacja

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

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)

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 0.003 um (aniony i kationy jednowartociowe)

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