14.11.2005
SKŁADNIKI ROZTWORÓW WODNYCH 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 cieki
filtracja (powolna) cedzenie sedymentacja dezynfekcja napowietrzanie wirusy bakterie zapach rolinny elazo, mangan mikrofauna CH 4 ; H 2 S zawiesiny 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
3. Rozmiary dodatków do wody J. nieorg. Makroczst. Koloidy Zawiesiny Wirusy Bakterie Glony Pierwotniaki Oko Mikroskop opt. Mikroskop elek. φ (µm) 10-4 -3-2 -1 0 1 1 2 3 Filtracja Filt. Membr,µ-filt u-filtr n-filtr OOsmoza
ODNOWA WODY WYKŁAD 3 KOAGULACJACIEKÓW
DEFINICJA KOAGULACJA w technologii wody i cieków proces jednostkowy, którego podstawowym zadaniem jest usuwanie mtnoci i barwy
DEFINICJA PROCES agregacji KOLOIDÓW
4. KOLOIDY A ZAWIESINY I SUBST.ROZP. rozmiar 0,01 µm < k < 1 µm s.r procesy jednostkowe z (sedymentacja, filtracja) Koagulacja Pr membranowe (adsorpcja, w. jonowa,oo)
WŁACIWOCI KOLOIDÓW ROZPRASZANIE WIATŁA RUCHY BROWNA ŁADUNEK ELEKTRYCZNY Rozmiar?
MIARY BARWY I MTNOCI mg Pt/dm 3 mg SiO 2 /dm 3
NTU Metno; NTU; 1mgSiO2/dm3 = 1-3 NTU
ABSORPCJA WIATŁA I = I 0 I I0 = lg T = e 1 A = lg = T -ax T - ax 0,7343 ax x - droga optyczna a - liniowy współczynnik absorpcji Ix - natenie promieniowania po przejciu przez warstw roztworu o gruboci x Io - natenie promieniowania padajcego T - transmisja (przepuszczalno) 1 lg - absorbancja (pochłanianie) T 0,4343 a - współczynnik absorbancji (współczynnik ekstynkcji)
ZALENO ABSORBANCJI OD x, a A a 1 > a 2 A 1 = f(x) dla λ 1 a 2 > a 2 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 A 2 = f(x) dla λ 2 A 1 = f(x) dla λ 2 0,2x 0,4x 0,6x 0,8x 1,0x
WŁACIWY WSPÓŁCZYNNIK ABSORBANCJI T = T - transmisja c - stenie a -? T = 1 lg = A = T e e -a' c ( -ax T = e ) -a"c x 0,4343 a"cx 0,4343 - właciwy współczynnik absoorbancji A -?
PROMIENIOWANIE ELEKTOMAGNETYCZNE E = h E - energia (właciwoci) h - stała Plancka - czsto = 0,8 < λ < 1,5 mm (promieniowanie podczerwone) 0,4 < λ < 0,8 mm (promieniowanie widzialne) 0,1 < λ < 0,4 mm (promieniowanie nadfioletowe - uv) 1
właciwoci koloidów koloid + - - - + + + - - + - + - - + + + w. dyfuzyjna + - w. adsorpcyjna V ξ = -30 mv ξ d
SKŁADNIKI ROZTWORÓW WODNYCH WYWOŁUJCE (drobne zawiesiny i koloidy) BARW : kwasy humusowe glony zanieczyszczenia organiczne MTNO : krzemionka glina kwasy humusowe tlenki i wodorotlenki metali
JAKIE ZANIECZYSZCZENIA USUWA KOAGULACJA barwa : 95 % mtno : 98 % mikrozanieczyszczenia : 30-90 % metale cikie : 50 %
2.3. Stenia substancji biogenicznych w ciekach Nog Pog (mg/dm 3 ) cieki miejskie surowe 80 14.m.s. po II st. 45 11 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
Efektywno i koszt procesów jednostkowych w III stopniu oczyszczania cieków miejskich Proces jednostkowy cieki miejskie ciek B.O. Koagulacja CaO Filtracja Klinoptylolit (J) Adsorpcja Dezynfekcja (Cl 2 ) Odwrócona osmoza BZT 5 ChZT mtno P N 200 30 5 1,5 1,5 0,5 0,0 0,0 Wskanik zanieczyszczenia(mg/l) 700 55 40 35 35 6 6 1 130 65 4 2 2 2 0,5 0,0 12 70 10 40 1,5 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 20 20 2 2 2 0,5 Index coli Koszt zw.rozp. L/100m 3 gr/m 3 550 500 500 500 500 500 600 100 10 9 10 7 10 3 10 2 10 2 10 2 0 0 25 10 5 20 20 5 50
cieki oczyszczone 2.4. Schemat oczyszczania (II + III stopie) cieki surowe O O.Cz. O K O F D BZT 5 350 Nog 80 N NH + 4 45 Pog 14 270 70 40 13 30 45 11 25 40 2 20 30 0,3
MIESCE KOAGULACJI W UKŁADACH TECHNOLOGICZNYCH Koagulacja Sedymentacja Filtracja Sedymentacja Koagulacja Filtracja
mechanizm usuwania koloidów: 1. Destabilizacja 2. Flokulacja
METODY DESTABILIZACJI mechaniczne nawietlanie ogrzewanie wymraanie metody chemiczne(!!!)
MECHANIZM KOAGULACJI a) faza destabilizacji bezporednio (sekundy) po dodaniu czynnika destabilizujcego polega na reakcjach chemicznych i oddziaływaniu fizycznym obejmuje: 1) obnienie potencjału ξ 2) dehydratacj 3) utlenianie koloidów ochronnych wymaga: 1) dodania elektrolitów kationowych 2) wodorotlenków metali Me x (OH) y n+ 3) dodania polielektrolitów
CHEMIZM KOAGULACJI Al 2 (SO 4 ) 3 2 Al 3+ + 3 SO 4 2-2 Al 3+ + 6 H 2 O 2 Al(OH) 3 + 6 H + Al 2 (SO 4 ) 3 + 6 H 2 O 2 Al(OH) 3 + 3 H 2 SO 4
STOSOWANE KOAGULANTY Al 2 (SO 4 ) 3 18H 2 O Fe 2 (SO 4 ) 3 9H 2 O FeSO 4 7H 2 O NaAlO 2 FeCl 3 6H 2 O
UYTECZNY ZAKRES ph dla soli elaza(iii) i glinu(iii) FeCl3 + 3H20 = Fe(OH)3 + 3HCl Al 2 (SO) 3 + 6H 2 O 2Al(OH) 3 + 3H 2 SO 4 Al 3+, Fe 3+ mg/dm 3 Al 3+ Fe 3+ 0,2 3 7 11 ph 3H 2 SO 4 + 3Ca(HCO 3 ) 2 3CaSO 4 +6H 2 O +6CO 2
SUBSTANCJE WSPOMAGAJCE KOAGULACJ flokulanty substancje powodujce przyspieszenie powstawania kłaczków oraz właciwoci sedymentacyjnych powstałych kłaczków (obciniki)
SUBSTANCJE WSPOMAGAJCE KOAGULACJ (c.d.) podział substancji wspomagajcych a) obciniki flokuł : glina, bentonit, pył granitowy, anhydryt, wgiel aktywny b) flokulanty właciwe : krzemionka aktywna, polielektrolity, polimery organiczne
MECHANIZM KOAGULACJI b) faza flokulacji kilka/kilkanacie minut obejmuje zjawiska fizyczne zachodzi pod wpływem: 1) r. Browna 2) sedymentacji 3) mieszania (gradient cinajcy) prowadzi do zmniejszenia liczby czstek z 10 7 /dm 3 do 10 3 /dm 3
Dwa rodzaje flokulacji Mikroflokulacja Makroflokulacja t = 0 Ruchy Browna t = 1 Gradient cinajcy Sedymentacja t = 1
KINETYKA KOAGULACJI Liczba zderze (N i,j ) r j v d v + R v dz b R=r i +r j r i v - R dv dz V R 3 3 t dv = z z dz 0 b dz v = R 3 dv dz 1 = 6 dv ( D D ) i + j dz N N i ij = = 1 6 1 6 n n i i ( ) 3 Di + D j dz n j dv 3 dv ( Di + D j) dz
DYSYPACJA ENERGII z y d v + z v dz v x = dv dz gradient prdkoci lepko cinienie cinajce
DYSYPACJA ENERGII c.d. ( ) ( ) y x dz d z x s F = = = v powierzchnia siła cinajca ( ) z y x dz d dz d z F P 2 = = v v moc
DYSYPACJA ENERGII c.d. P = V G 2 gradient cinajcy (prdkoci) objto G = P V Zatem moemy obliczy G moemy obliczy zapotrzebowanie na moc
FLOKULACJA - czynniki Wynik flokulacji zaley od: LC = G t (=10 4-10 5 ) 1) czasu t 2) gradientu - G 3) temperatury 4) ph G = 30-100 (1/s) ln t = 15-30 N N 0 = t D G t (min)
KOAGULACJA - rady 1. Szybkie rozprowadzenie koagulanta 2. Dodatek SWK pod koniec sz.m. 3. Flokulacja t = 20-30 min, kilka komór 4. Sedymentacja
18. PRAKTYKA KOAGULACJI Roztwór uzdatn. Mieszanie szybkie(sek) Mieszanie wolne(min) Rozt. po koagulacji koagulant flokulant Sedymentacja Filtracja
18. PRAKTYKA KOAGULACJI cieki do oczyszcz. Mieszanie szybkie(min) Mieszanie wolne(min x 10) cieki po koagulacji koagulant Zbiornik roztworowy flokulant Sedymentacja Zbiornik zarobowy Filtracja Chemikalia
17. KOAGULACJA A ZASADOWO FeCl 3 + H 2 O Fe(OH) 3 + 3HCl + 3HCO 3-3H 2 CO 3 + 3Cl - 3CO 2 + 3H 2 O
17. KOAGULACJA A ZASADOWO FeCl 3 + H 2 O Fe(OH) 3 + 3HCl + 3HCO 3 - ZASADOWO 3H 2 CO 3 + 3Cl - 3CO 2 + 3H 2 O
19. SPOSOBY PROWADZENIA KOAGULACJI objtociowa kontaktowa (strefowa) powierzchniowa
Koagulacja objtociowa 1.doprowadzenie wody 2.przegrody tworzce labirynt 3.odprowadzenie wody 4.zastawka posrednia 5.kanałobiegowy 6.kanałdo osadu 7.zastawki sterujace
Koagulacja objtociowa Mieszacze hydrauliczne a) z poziomym przepływem wody; 1- dopływ wody, 2- dopływ koagulantu, 3- odpływ zawiesiny, 4- odpływ wody przelewowej, 5- przegrody perforowane, b) z wirowym przepływem wody (wodoskrtne) 1- dopływ wody 2- dopływ koagulantu 3- odpływ
Koagulacja- sposoby mieszania - hydrauliczne (a, b) - mechaniczne (c) a) c)
Przygotowanie roztworów koagulantów i flokulantów Schemat zbiornika zarobowo-roztworowego do przygotowywania roztworu koagulantu 1- koagulant w bryłach, 5- spust, 2- ruszt drewniany, 6- zbiornik zarobowy, 3- sprone powietrze, 7- zbiornik roztworowy 4- roztwór roboczy
Koagulacja strefowa Osad-koagulant Osad-koagulant Zagszczony osad-koagulant Schemat klarownika z osadem zawieszonym; I-strefa zawieszonego osadu, II-strefa wody sklarowanej, III-zagszczacz; 1- dopływ wody 2- odpływ wody 3- odprowadzenie osadu
Koagulacja powierzchniowa
20. Koagulacja --definicja --mtno, barwa --koloidy:właciwoci, --chemizm --a zasadowo --praktyka koagulacji --rodzaje koagulacji --urzdzenia --układy technologiczne
Elektrokoagulacja