Wykład 4 Uzdatnianie wody Wykład 4 Uzdatnianie wód Uzdatnianie
Transkrypt
Wykład 4 Uzdatnianie wody Wykład 4 Uzdatnianie wód Uzdatnianie
Stechiometria przemian związków organicznych 1. Utlenianie substancji organicznych (katabolizm) CxHyOzN+aO2→aCO2+bH2O+NH3 +E1 Wykład 4 Uzdatnianie wody 2. Asymilacja (anabolizm) n(CxHyOz) +nNH3 +cO2 → (C5H7NO2)n+ dCO2 +e H2O – E2 3. Oddychanie wewnątrzkomórkowe (autooksydacja) (C5H7NO2)n +fO2 → gCO2+hH2O + iNH3 +E3 Przemiany związków N w czasie oczyszczania ścieków PWO Rozkład i hydroliza nitryfikacja O2 N-NO2 asymilacja Norg w biomasie Usuwanie osadu nadmiernego Osad po przeróbce Norg Przeróbka osadów ciecz nadosadowa obumieranie i samoutlenianie - O2 LKT do atmosfery N-NO3- denitryfikacja Azot gazowy (N2, N2O) ciecz nadosadowa obumieranie i samoutlenianie Porg PO43Nadmiarowe biologiczne usuwanie P Azot organiczny, NH4+ (białka, mocznik) N-NH4+ Przemiany związków P w czasie oczyszczania ścieków Rozkład i hydroliza Uwalnianie PO43Porg w biomasie PO43asymilacja Przeróbka Porg Usuwanie osadu nadmiernego O2 Osad po przeróbce PWO magazynowanie PP w komórce Uzdatnianie wody • Wody podziemne Wykład 4 Uzdatnianie wód Słabo zmineralizowane ujmowane z płytkich utworów (200-300m), domieszki Fe(II) Mn(II) Usuwane z wody pitnej , przemysłu spożywczego, celulozowopapierniczego, tekstylnego azot amonowy i azotany (V) H2S, CO2 – korozyjność RWO =(0,1-10 mgC/l) Wody powierzchniowe Regulacje prawne – jakość wody do picia Azot amonowy i azotany Fe(III) kompleksy ze związkami humusowymi Cw.pow. < C w.pod. Tlen Wirusy , bakterie, plankton Koloidy (glinokrzemiany, koloidalne związki wapnia, związki humusowe itp.) RWO + ZWO = NMO [mgCorg/l] 0,5-15 RWO substancje humusowe (huminy –nierozpuszczalne w wodzie, kwasy huminowe - rozpuszczalne przy pH>2 i fulwowe – rozpuszczalne w całym zakresie pH), kwasy hydrofilowe, białka, aminokwasy itp. Zanieczyszczenia specyficzne (WWA, kompleksony, akrylamid, węglowodory alifatyczne, plastyfikatory, pestycydy, leki, perfluorowane kwasy karboksylowe i sulfonowe, MTBE) • WHO nowelizuje co kilka lat zalecenia dotyczące jakości wody do picia • Zalecana wartość reprezentuje takie stężenie domieszki lub wielkość wskaźnika jakości wody, która nie spowoduje znacznego podwyższenia ryzyka dla zdrowia konsumenta przy konsumpcji wody przez okres całego życia. • Ocena jakości wody do picia jest realizowana w czterech aspektach: mikrobiologicznym, chemicznym, organoleptycznym i radiologicznym Zagrożenia wynikają z obecności zanieczyszczeń wody oraz domieszek pochodzenia naturalnego: • fluor (fluoroza – nadmiar) • nadmiar arsenu • stężenia azotanów (V) – methemoglobinemia WHO publikuje zestawienie procesów jednostkowych oceniając ją pod kątem ich skuteczności. Wybrane wymagania chemiczne jakim powinna odpowiadać woda Kryteria doboru sposobów oczyszczania wody Lp parametr 1 arsen Najwyższe dopuszczalne stężenia (NDS) 0,010 jednostka 2 Azotany (V) 50 mg/l 3 Benzo(a)piren 0,010 µg/l 4 1,2-dichloroetan 3,0 µg/l 5 fluorki 1,5 mg/l 6 Suma pestycydów 0,5 µg/l 7 Suma THM 100 µg/l 8 OWO 5,0 mg/l 9 Amonowy jon 0,5 mg/l 10 żelazo 0,2 mg/l • Docelowa jakość wody • Skład jej domieszek i zanieczyszczeń mg/l Przy uzdatnianiu wody wykorzystuje się metody: •fizyczne cedzenie, sedymentacja, filtracja, filtracja powolna, napowietrzanie, odgazowanie •fizykochemiczne koagulacja, odkwaszanie, zmiękczanie, odżelazianie, odmanganianie, utlenianie, demineralizacja, dezynfekcja, wymiana jonowa •biologiczne Nitryfikacja, mineralizacja zawiesiny: sedymentacja lub filtracja nieodpowiedni smak lub zapach: utlenianie, sorpcja na węglu lub metody biologiczne Fe i Mn: utlenianie Fe(II) do Fe(III) i oddzielanie fazy stałej od ciekłej (odżelazianie) twardość wody: wymiana jonowa, strącanie demineralizacja wody : procesy membranowe bakterie – dezynfekcja UV Schemat uzdatniania wód powierzchniowych Uzdatnianie wody podziemnej Odżelazianie i odmanganianie wody Odżelazianie wody Odżelazianie polega na utlenieniu Fe(II) do Fe(III) (przy udziale tlenu doprowadzonego do wody) i przemiany Fe(III) w związki trudno rozpuszczalne, które można wychwycić na złożu filtracyjnym. Na proces technologiczny odżelaziania/odmanganiania wody składa się: samoczynne napowietrzanie wody surowej przy użyciu aspiratora mieszanie i magazynowanie napowietrzonej wody w zbiorniku hydroforowym filtracja na złożu wielowarstwowym w zbiorniku odżelaziacza okresowe płukanie złoża poprzez zmianę kierunku przepływu wody Wymiana jonowa Piasek chalcedonitowy (wpracowujący się) Piasek kwarcowy (wpracowany) Utlenianie Utleniacze: Cele utleniania: Utlenianie żelaza (II) i manganu(II) Usuwanie siarkowodoru i siarczków Usuwanie substancji odpowiedzialnych za barwę, smak i zapach wody Unieszkodliwianie fito- i zooplanktonu Destrukcja materii organicznej zawartej w wodzie surowej lub ściekach Destabilizacja koloidów – wspomaganie koagulacji Dezynfekcja końcowa Tlen z powietrza Chlor/ClO2 Tlenek chloru (IV)(ClO2) Ozon Ozon/H2O2 Ozon/H2O2/UV KMnO4 J. Nawrocki, Uzdatnianie wody, PWN, W-wa 2010. Zastosowanie utleniaczy na różnych etapach uzdatniania wody Stała Henry’ego dla zanieczyszczeń lotnych ropopochodnych Substancja kH Vp/Vw Substancja kH Vp/Vw benzen 0,22 4,5:1 MTBE 0,042 23,8:1 (eter metylowo-t-butylowy) Efektywność utleniaczy toluen 0,26 3,8:1 dichloroetan 0,040 25:1 ksylen 0,29 3,4:1 chloroform 0,152 6,7:1 etylobenzen 0,32 3,1:1 bromoform 0,024 41,6:1 Dopływ wody Wylot powietrza c1p c1w AERATOR c2p Wlot powietrza c2w Odpływ wody Bilans produktów ubocznych chlorowania Zastosowanie ClO2 w technologii uzdatniania wody Jako czynnik technologiczny i dezynfekujący -Utleniacz żelaza i manganu, siarkowodoru, usuwa barwę i zapach wody, -Stosunkowo drogi reagent -Skutecznie działający biocyd w zamkniętych obiegach wody, -Generuje niewielkie ilości związków chloropochodnych -Aktywność bakteriobójcza jest stała w szerokim zakresie pH -Stosowanie jednoczesne ClO2 z Cl2 J. Nawrocki, Uzdatnianie wody, PWN, W-wa 2010. Ozonowanie Pierwsze ozonatory - Holandia 1893r. Ozonowanie ma na celu: -Poprawę właściwości organoleptycznych wody -Usunięcie bakterii i wirusów -Utlenianie materii organicznej -Utlenianie mikrozanieczyszczeń -Utlenianie niektórych metali -Wzrost biodegradowalności materii organicznej przed filtracją przez biologicznie aktywne filtry węglowe