kongres geot [Tylko do odczytu]

PROBLEM ODŻ
ODŻELAZIANIA WÓ
WÓD
GEOTERMALNYCH NA CELE
BALNEOLOGICZNE I REKREACYJNE
Iwona Kłosok-Bazan
Politechnika Opolska
„Science for Industry: Necessity is the mother of invention”
Second Networking Event in the field of modern techniques in geosystem exploration.
18 - 20 września, 2013
Problem żelaza w wodach geotermalnych
Problem żelaza w wodach geotermalnych
•
Zdjęcie kompleksu basenowego w Mszczonowie
Źródło:
https://www.funduszeeuropejskie.gov.pl/SukcesDziekiFE/Strony/Budowa_kompleksu_basenowego_w_M
szczonowie.aspx
1
Problem żelaza w wodach geotermalnych
Rys. 1
Rys. 2
•
Rys.1 pochodzi ze strony http://www.favore.pl/galeria/205915_dagatravel-pl-wegry-slowacja-baseny-termalnegliwice-slaskie,2.html
•
Rys. 2 Baseny termalne w Oravicach źródło http://comeon.pl/hotele/Baseny-Termalne-W-Oravicach-7727.html
Formy wystę
występowania żelaza w wodzie
• Jony Fe 2+
• Jony Fe 3+
• Połączenia chelatowe (związki kompleksowe, w
których cząsteczka organiczna, za pomocą najczęściej dwóch lub
trzech grup organicznych, łączy się z jonem centralnym, którym
najczęściej jest dwu- lub trójwartościowy kation metalu)
Formy występowania zależą od wartości
potencjału oksydacyjno-redukcyjnego,
odczyny, temperatury i zawartości
substancji rozpuszczonych
Jakość
Jakość wody w pł
pływalniach
i obiektach rekreacji
• W Polsce projekt rozporządzenia Rady Ministrów z 2004
r. w sprawie warunków higieniczno-sanitarnych obiektów
sportowych i rekreacyjnych oraz zasad sprawowania
nadzoru nad ich przestrzeganiem, nie został jak do tej
pory wprowadzony w życie.
2
Jakość
Jakość wody w pł
pływalniach
i obiektach rekreacji
• Projektanci oraz osoby zarządzające obiektami
basenowymi i kontrolujące jakość wody w obiegu
basenowym z reguły odnoszą się do wymagań niemieckiej
normy DIN 19643 i opracowanych na jej podstawie
wymagań sanitarnohigienicznych zaprezentowanych.
• Wymagania te zostały zaakceptowane przez Ministerstwo
Zdrowia i Opieki Społecznej – Departament Zdrowia
Publicznego pismem ZN.ZPN-093-21/9 z 1998 r. z
przeznaczeniem dla stacji sanitarno-epidemiologicznych
oraz rzeczoznawców ds. opiniowania dokumentacji
inwestycji w zakresie wymagań sanitarno-higienicznych
Jakość
Jakość wody w pł
pływalniach
i obiektach rekreacji
Jakość
Jakość wody w pł
pływalniach
i obiektach rekreacji
3
Jakość
Jakość wody w pł
pływalniach
i obiektach rekreacji
Podstawy fizykofizyko-chemiczne
strą
strącania zwią
związkó
zków żelaza
Rysunek 1. Obszary trwałości dwu i trójwartościowych związków żelaza
w temperaturze 25°C
Gray N. F.: Drinking Water Quality (2nd Edition), Cambridge University Press 2008
Odżelazianie wody
• O sprawności odżelaziania decydują
następujące procesy jednostkowe: hydroliza,
utlenianie, flokulacja oraz sorpcja.
• Do parametrów jakości wody decydujących o
przebiegu powyższych procesów należą:
odczyn, potencjał oksydacyjno-redukcyjny,
stężenie CO2, stężenie tlenu oraz zasadowość.
• TEMPERATURA I ZASOLENIE
4
Ilość tlenu potrzebna do
utlenienia związków żelaza
2 Fe 2+ + ½ O2 + H2O = 2 Fe 3+ + 2 OH-
(1)
Z podanej reakcji wynika, że stechiometrycznie do utlenienia
1 g Fe 2+
Fe 3+ potrzeba 0,143 mg O2
(2)
Dane literaturowe wskazują, że w rzeczywistości
potrzebne są większe stężenia tlenu sięgające
do około 0,5-0,9 mgO2 na 1 g Fe 2+
Wpł
Wpływ temperatury
• Stumm i Lee w 1961 zaobserwowali, że przy stałym
odczynie i stałym stężeniu tlenu rozpuszczonego,
prędkość utleniania wzrastała dziesięciokrotnie dla
każdych 15°C wzrastaj ącej temperatury.
• W podobnych badaniach Sung i Morgan w 1980 roku
zaobserwowali tylko nieznaczny wzrost szybkości
utleniania wraz ze wzrostem temperatury.
Stumm W., Lee G.F.: Oxygenation of ferrous iron. Industrial Engineering and Chemistry, 53 (1961),
143-146.
Sung W., Morgan J.J.: Kinetics and products of ferrous iron oxygenation in aquatic systems. Environmental
Science and Technology, 14 (1980), 561-568.
Inne czynniki wpł
wpływają
ywające na proces
utleniania żelaza
• opóźniające
• obecność związków organicznych
• stężenia kwaśnych węglanów, siarczanów i
krzemionki rozpuszczonej w wodzie
• zasolenie
• obecność
obecność dwutlenku wę
węgla, metanu i
siarkowodoru
• katalizujące
• obecność kobaltu, miedzi oraz niektórych
ligandów organicznych
5
Wpł
Wpływ zasolenia i temperatury
badania wł
własne
Przewodność/
temperatura
7
µS/cm
17
µS/cm
46
µS/cm
130
µS/cm
20 °C
25 °C
30 °C
35 °C
40 °C
45 °C
50 °C
Przedmiotem wynalazku jest sposó
sposób
uzdatniania, zwł
zwłaszcza odż
odżelaziania wody
geotermalnej i ukł
układ do uzdatniania,
zwł
zwłaszcza odż
odżelaziania wody geotermalnej,
z przeznaczeniem na cele rekreacyjne
i balneologiczne
Schemat ukł
układu do odż
odżelaziania
geotermalnych
WS
A
O
F
WO
S
6
Sposób i układ według wynalazku umożliwia skuteczne
i energooszczędne uzdatnianie wód geotermalnych, co
pozwala na ich bezpośrednie wykorzystanie do celów
rekreacyjnych i balneologicznych, w tym do napełniania
basenów rekreacyjnych, kąpieli leczniczych oraz
okładów. Schłodzenie pobranej wody geotermalnej ze
źródła, a tym samym uzyskanie energii cieplnej, pozwala
na wykorzystanie tej energii do podgrzania uzdatnionej
wody geotermalnej do temperatury w zależności od
przeznaczenia tej wody.
Prowadzenie procesu uzdatniania wody odpowiedniej
w temperaturze, pozwala na osiągnięcie takiego stopnia
rozpuszczalności tlenu, a zarazem stopnia
rozpuszczalności związków żelaza, który odpowiada
najwyższej efektywności procesu odżelaziania i
uzyskaniu najlepszej jakości wody uzdatnionej
Zastosowanie otwartego aeratora w układzie, pozwala
na usunięcie nadmiaru gazów powodujących
agresywność wody, a zaopatrzenie go w rurki
oczyszczające umożliwia sezonowe czyszczenie
aeratora wodą pod ciśnieniem w przeciwprądzie.
Zastosowanie tworzywa epoksydowego wzmacnianego
włóknem szklanym zapobiega korozji układu.
7