I problemy uzdatniania wody
II problemy oczyszczania ścieków
Technologia wody i ścieków jest dyscypliną nauki, która uczy metod i sposobów uzdatniania wód naturalnych na potrzeby bytowo-gospodarcze. Zajmuje się jednocześnie oczyszczaniem wód użytych (ścieków) w taki sposób, aby można je było odprowadzić z powrotem do środowiska.
Unieszkodliwianie osadów powstających w trakcie uzdatniania wody i oczyszczania ścieków.
Woda występująca w środowisku wykorzystywana jest przez człowieka, w różnych dziedzinach jego życia od zaspokajania pragnienia do wykorzystywania jej w różnych gałęziach przemysłowych. Wykorzystujemy ją także jako źródło energii i drogi transportu. To intensywne korzystanie z wody oraz jej zdolność do rozpuszczania różnych substancji powoduje, że obecnie w środowisku woda nie występuje w stanie czystym. Jest ona w mniejszym lub większym stopniu zanieczyszczona, co czyni ją nieprzydatną do bezpiecznego użycia. Zachodzi konieczność odpowiedniego uzdatniania wody w zależności od dalszego jej przeznaczenia.
Wody naturalne:
- wody opadowe - skroplona para wodna opadająca na powierzchnię Ziemi albo w postaci cieczy (deszcz), stałej (śnieg, lód - grad);
- wody powierzchniowe
Wody opadowe uważane były za najczystsze. Znajdował się w nich azot z wyładowań atmosferycznych. Dzięki działalności człowieka już takie nie są. Niosą ze sobą zanieczyszczenia, które pobierają z atmosfery. Te zanieczyszczenia są charakterystyczne dla obszarów, nad którymi powstają. Istnieje duża migracja zanieczyszczeń, która powoduje, że nawet nad terenami wiecznych lodów w wodach opadowych występują zanieczyszczenia: pyły przemysłowe czy nawet pozostałości pestycydów.
Zanieczyszczenia dla wód opadowych są to:
- różnego rodzaju pyły- pochodzenia roślinnego i pyłki- pochodzenia zwierzęcego i roztocza i inne organizmy- w postaci jonowej, czego efektem mogą być kwaśne deszcze
Dodatkowo wody opadowe ulegają zanieczyszczeniu w trakcie kontaktu z powierzchniami, na które spadają. Zmywają one zanieczyszczenia z powierzchni jezdni, z dachów budynków, a na terenach rolniczych z powierzchni roślin.
Z punktu widzenia technologicznego wody są problemem, ponieważ powodują przenoszenie zanieczyszczeń do wód powierzchniowych i wód podpowierzchniowych płycej zalegających.
Problemem jest odprowadzanie takich wód:
- do rzek (odbiornika) – zanieczyszczenie wód odbiornika
- do oczyszczalni – nadmierne obciążenie oczyszczalni → duże ilości wód małego zanieczyszczenia, rozcieńczenie ścieków
Rozwiązania:1. Możemy wody opadowe zacząć zbierać i wykorzystywać w gospodarstwach domowych i zakładach przemysłowych, wszędzie tam gdzie niewymagana jest woda o jakości wody pitnej.2. Zbieranie wody opadowej w specjalnych zbiornikach, w których będzie ulegała procesom samooczyszczania (wyposażona w odolejacze) i taką wodę po pewnym okresie możemy wykorzystywać do nawadniania terenów zielonych.
3. Rozdzielanie wód opadowych (woda o dużym zanieczyszczeniu do oczyszczalni, reszta do rzeki skutkiem będzie mniejsze obciążenie oczyszczalni i brak zahamowania procesów samooczyszczania w rzece).
Wody powierzchniowe – bardzo duże zróżnicowanie, zaliczamy do nich wody rzeczne, oceanów, jeziorne lub ze zbiorników retencyjnych. Mogą być zasilane przez wody opadowe i podziemne (podpowierzchniowe). Skład wód powierzchniowych jest niejednolity, zależy od ilości wód zasilających, od klimatu i charakterystyki terenu, na którym się znajdują.
Na jakość mają wpływ organizmy żywe występujące w tych wodach, są to organizmy zwierzęce i roślinne. Oddziaływanie organizmów roślinnych zależne jest od pory roku, wpływ ludzi (np. wlewanie pestycydów). Zanieczyszczenia pochodzące z procesów wymywania tzw. domieszki zaliczamy do nich związki żelaza (II i III), możemy znaleźć domieszki wapnia i magnezu, sodu i potasu (kationy); węglany i kwaśne węglany, siarczany, chlorki (aniony) także inne, które to związki mineralne powodują pogorszenie jakości wody, barwa, mętność, charakterystyczny smak. Dwutlenek węgla, siarkowodór mogą powodować cechy agresywne, ale są to zanieczyszczenia, które jesteśmy w stanie usunąć.
Zanieczyszczenia organiczne (są groźniejsze):
Związki organiczne pochodzenia naturalnego (roślinnego lub zwierzęcego), które w wodach naturalnych ulegają procesowi rozkładu – samooczyszczanie wód, efektem jest zakwitanie, co prowadzi do eutrofizacji – proces degradacji zbiornika wodnego, który może spowodować całkowite zanieczyszczenie zbiornika. Wody naturalne, w których występuje proces eutrofizacji charakteryzuje się podwyższoną zawartością ilości związków azotu i fosforu, posiadają wysoką barwę i mętność, nieprzyjemny zapach i są to wody bardzo trudne do procesu uzdatniania.Zanieczyszczenia organiczne wprowadzone przez działalność człowieka:
- związki organiczne wielopierścieniowe (substancje powierzchniowo czynne, detergenty, chlorowane fenole czy dioksyny, substancje ropopochodne)
Powodują one pobieranie tlenu z wód naturalnych, przez co niszczą organizmy żywe występujące w wodach powierzchniowych np. śnięcie ryb. Dodatkowo mogą powodować powstawanie substancji rakotwórczych w procesie uzdatniania wody (usuwanie skomplikowane i drogie).
Zjawisko wtórnego zanieczyszczenia wód – na dnie zbiornika, w których zbierają się osady denne dochodzi w nich do zatrzymywania zanieczyszczeń (związki organiczne: pestycydy, związki nieorganiczne: metale ciężkie); nie ulegają rozkładowi tylko kumulacji, powstają substancje jeszcze bardziej szkodliwe niż substancje wyjściowe, mogą ponownie uwolnić się do wody powierzchniowej po pewnym czasie.
Wody podziemne (podpowierzchniowe, głębinowe)– zalegają na różnych głębokościach, w trakcie przebywania w środowisku glebowym ulegają różnym procesom podczyszczania, do których zaliczamy proces sorpcji, wymiany jonowej oraz proces oczyszczania biologicznego. Efektywność podczyszczania uzależniona jest od charakterystyki materiału glebowego, przez który woda przelatuje, filtruje (porowatość gruntu, typ i ładunek jonów, typ mikroorganizmów w danym środowisku glebowym i rodzaju zanieczyszczeń).
Wody lepszej jakości znajdują się pod nieprzepuszczalną warstwą glebowo – skalną, która zapewnia ochronę wód przed zanieczyszczeniem z zewnątrz. Zanieczyszczenia charakterystyczne dla wód podziemnych pobieranych do uzdatniania:
- występuje żelazo (II) i mangan
- zanieczyszczenia w postaci jonowej (wapń i magnez) oraz sód (powoduje występowanie zjawiska zasadowości alkalicznej – połączenie sodu z kwaśnymi węglanami) i potas (powoduje twardość wód głębinowych - wapń i magnez)
- w formie związków azotu – nie w formie organicznej występuje azot amonowy; powoduje problemy w trakcie uzdatniania wody, bo hamuje proces odżelaziania, odmanganiania, może doprowadzić do powstania osadu pochodzenia biologicznego w instalacjach, którymi będziemy przesyłać wodę.
- azotyny i azotany nie występują w wodach głębinowych obecność sposób naturalny, ich obecność świadczy o zanieczyszczeniu wód głębinowych!
- węglany powodujące twardość węglanową mogą też występować
- siarczany i chlorki (powodujące twardość niewęglanową)
Brak zanieczyszczeń organicznych, pochodzenia naturalnego chyba, że spowodujemy zanieczyszczenia tych wód.
Zanieczyszczenia wód warstw IV-rzędowych z zanieczyszczeniami pochodzącymi z nieprawidłowego składowania osadów ściekowych i przemysłowych z oczyszczalni.
- gazy: dwutlenek węgla pochodzący z procesów wulkanicznych nadaje on wodzie właściwości korozyjne oraz przyspiesza ługowanie zanieczyszczeń pochodzenia jonowego (siarkowodór, tlen rozpuszczony w małych ilościach charakterystyczny dla wód powierzchniowych)
Wymagania stawiane wodzie na cele bytowo-gospodarcze:
- odpowiedni skład określony przez rozporządzenia (u nas przepisy unijne), wody podzielone na V klas (woda z klas I-III nadaje się do uzdatniania na cele bytowo-gospodarcze).
Dobór odpowiedniego procesu uzdatniania:
1. Musimy poznać wodę, którą będziemy uzdatniać, poznać jej skład chemiczny.
2. Dobór odpowiedniej technologii (wybieranie technologii sprawdzonej, nowoczesnej, dającej dobre efekty uzdatniania wody) w trakcie uzdatniania powstają produkty uboczne, osady, które trzeba zagospodarować.
3. Odpowiednia kolejność wykorzystywanych procesów żeby nie spowodować wtórnego zanieczyszczenia wody.
Uzdatnianie wody i oczyszczanie ścieków
Pobieranie wody za pomocą:- ujęcia powierzchniowego- ujęcia głębinowego
W przypadku ścieków są one dostarczane do oczyszczalni za pomocą: - kanałów kanalizacyjnych- wozów asenizacyjnych – zbieranie ścieków na terenach, gdzie nie powstała kanalizacja i są dowożone do oczyszczalni
Pierwszym procesem jest proces cedzenia. Ma on zatrzymać ciała stałe, pływające po powierzchni cieczy, zawieszone w niej lub porywane z dna koryta rzecznego lub kanału ściekowego. Cedzenie ma chronić kolejne urządzenia na stacji uzdatniania wody lub oczyszczalni przed ewentualnym uszkodzeniem, zniszczeniem. Proces ten nie jest wymagany w przypadku wód głębinowych. Jest to proces trzystopniowy, który jest prowadzony na trzech typach urządzeń, do których zaliczamy: kraty, sita i mikrosita.
Kraty występują na stacjach uzdatniania wody jak też na oczyszczalniach ścieków. Konstrukcyjnie kraty stanowią zespół pionowych prętów wykonanych z miedzi lub stali nierdzewnej zamontowanych na ujęciu wody powierzchniowej lub w kanale doprowadzającym ścieki do oczyszczalni (przed kratami: punkt zrzutu ścieków z wozu).
Kraty mogą być gęste lub rzadkie od 20 do 50 mm. Znajdują się najczęściej na zewnątrz, czyli w okresie zimowym muszą być poddawane ogrzewaniu poprzez parę wodną lub ogrzewaniu elektrycznemu. W przypadku ujęć wód na kratach zatrzymują się wszystkie duże zanieczyszczenia (gałęzie, puszki, większe skupiska glonów, duże ryby). W przypadku oczyszczalni na kratach zatrzymuje się wszystko, co wrzucone zostanie do toalety a nie osiądzie w kanale w trakcie przepływu ścieku.
Sita to następne urządzenia występujące po kratach. Sita są charakterystyczne dla stacji uzdatniania wody (SUW) natomiast na oczyszczalniach ścieków mają trochę inne zastosowanie.Na stacjach uzdatniania wody sita mają konstrukcję z siatki nierdzewnej lub blachy perforowanej rozpiętej na stelażu, wielkość oczek od 2 do 5 mm, wykonywane są jako urządzenia ruchome i sita wymienne.
Na sitach zatrzymują się liście, kolonie glonów, które zdołały przepłynąć przez kraty lub małe rybki. Sita czyszczone są najczęściej strumieniem cieczy.
Sita na terenie oczyszczalni ścieków mają dwa zastosowania:
- oddzielenie zanieczyszczeń stałych znajdujących się w ściekach, które przeszły przez kratę, odbywa się to na sitach samoczyszczących
- zatrzymanie zawiesin organicznych po procesie biologicznego oczyszczania ścieków (oczyszczanie ścieków bytowo-gospodarczych) na terenie oczyszczalni przemysłowych sita są stosowane do zatrzymywania substancji, które są wykorzystywane w produkcji lub odpadów poprodukcyjnych, które przedostały się do ścieków, a można je odzyskać i ponownie wykorzystać.Mikrosita występują na terenach stacji uzdatniania wód i sporadycznie na terenach oczyszczalni. Jest ono wykonane z tkaniny głównie syntetycznej, rozpiętej na obracającym się bębnie, wielkość oczek tej tkaniny dochodzi do 10 mikrometrów.
Proces oczyszczania: woda/ścieki wprowadzane są do środka bębna, który obraca się z prędkością 3-4 obrotów/min, na tkaninie zatrzymują się zanieczyszczenia, a woda i ścieki przepływają poza bęben, następnie zanieczyszczenia są zbierane z tkaniny i odprowadzone do wysuszenia.Na SUW (stacjach uzdatniania wody) zatrzymywane są zanieczyszczenia, które przeszły przez kraty i sita takie jak glony i plankton.
Na oczyszczalniach ścieków zatrzymywane są ścieki przemysłowe takie jak zawiesiny biologiczne, substancje wykorzystywane w produkcji.
Drugi proces to sedymentacja. Jest to rozdzielenie ciał stałych od cieczy z wykorzystaniem siły ciężkości, czyli ciała stałego o gęstości większej niż woda podlegają procesowi opadania i osadzania na dnie urządzeń, w których ten proces przeprowadzamy.
Proces sedymencja znalazł szerokie zastosowanie w technologii wody i ścieków. Jest on stosowany w celu zatrzymania zawiesin czy to zawiesin mineralnych czy też organicznych, przez co na SUW chronimy filtry przed zakolmatowieniem (zapchaniem) złoża, a w oczyszczalniach ścieków chronimy urządzenia do biologicznej oczyszczalni ścieków przed zrzutem nadmiernej ilości zanieczyszczeń organicznych i przed przedostaniem się zawiesin mineralnych (np. piasku) do reaktorów biologicznych, powodując w nich uszkodzenie błony biologicznej czy osadu czynnego.Proces sedymencja przeprowadzamy w 2 typach urządzeń:
1. Piaskowniki zatrzymują zawiesinę mineralną (np. piasek)2.Osadniki zatrzymują:
- na SUW: osady pochodzące z procesów koagulacji, napowietrzania i strącania chemicznego
- na oczyszczalniach ścieków: zawiesiny organiczne oraz osady pochodzenia chemicznego np. proces defosfatacji chemicznej – oczyszczalnie bytowo-gospodarcze lub proces strącania chemicznego (oczyszczalnie przemysłowe).
Zawiesiny dzielimy na dwa rodzaje:- zawiesina ziarnista - zawiesina włóknista
Zawiesina ziarnista – procesowi sedymencja ulegają cząstki o kształcie kulistym, niezmieniające w trakcie opadania swoich podstawowych parametrów fizycznych, czyli nie zmieniają swojego kształtu, wielkości i gęstości. W trakcie opadania dochodzi do ich wzajemnego oddziaływania, zakłócenia opadania cząstki wirami wywołanymi przez jej poprzedniczkę, co najczęściej powoduje zmniejszenie prędkości opadania, a także zmianę średniej prędkości opadania w wyniku kontaktu cząstki ze ścianami urządzenia (efekt przyścienny). Mówimy o sedymentacji skupionej (wszystkie elementy muszą wystąpić). Przy projektowaniu urządzeń do technologii uzdatniania wody i ścieków wprowadza się pewne ułatwienia, przyjmując sedymentację swobodną, czyli zakłada się wtedy, że stężenie cząsteczek jest na tyle małe, że można pominąć oddziaływanie pomiędzy poszczególnymi cząsteczkami. W projektowaniu przyjmujemy sedymentację jako swobodne opadanie cząsteczek w nieorganicznej przestrzeni.
Zawiesina włóknista charakteryzuje się tym, że jej cząsteczki posiadają nieregularny kształt, często o dużej powierzchni przy małej gęstości. Zawiesina ta posiada właściwości łączenia się cząsteczek w większe skupiska. Utworzone aglomeraty po pewnym czasie ulegają sedymentacji, ponownie rozpadają się na mniejsze cząstki. W przypadku projektowania urządzeń do tego typu zawiesiny obliczenia należy poprzedzić badaniami laboratoryjnymi określającymi czas opadania konkretnej zawiesiny, dla której projektowane jest urządzenie.
Trzeci proces to flotacja. Występuje w wodzie i w ściekach. Jest to proces oddzielenia fazy stałej od fazy ciekłej polegający na wynoszeniu cząsteczek gęstości mniejszej od gęstości cieczy na jej powierzchnię.
Flotacja może być uważana za pewną odmianę sedymentacji tylko, że nie obserwujemy opadania tylko wynoszenie.
Proces ten zachodzi w komorach flotacyjnych, ale także w osadnikach i w piaskownikach.
Flotację można przyspieszyć w sposób sztuczny przez wprowadzenie do komory flotacji pęcherzyków powietrza, które podczepiając się pod cząsteczkę, przyspieszają jej wypłynięcie na powierzchnię. Rozróżniamy 3 rodzaje flotacji:
- flotacja ciśnieniowa – polega na tym, że wodę pod ciśnieniem nasycamy powietrzem i taką wodę wprowadzamy do komory flotacji, w wyniku spadku ciśnienia w trakcie wpłynięcia wody do komory dochodzi do wytworzenia mikroskopijnych pęcherzyków
- flotacja sprężonym powietrzem – polega na wprowadzeniu do wody powietrza o kształcie pęcherzyków wytworzonych przez specjalne urządzenia umieszczone w komorze zwanej dyfuzorami- flotacja próżniowa – polega na uzyskaniu pęcherzyków przez wytworzenie podciśnienia w komorze flotacji, co prowadzi do wydzielania się gazów rozpuszczonych
Czwarty proces to proces odżelaziania. Jest to charakterystyczny proces uzdatniania wody na stacjach uzdatniania wody (SUW) wód głębinowych.
W głębinowych wodach naturalnych żelazo występuje na 2 i 3 stopniu utleniania, przy czym w wodach głębinowych o małej zawartości tlenu rozpuszczonego dominuje żelazo na drugim stopniu utleniania. Żelazo występuje najczęściej w połączeniu z kwaśnymi węglanami i siarczanami, są to tak zwane zanieczyszczenia pochodzenia mineralnego. Żelazo może także występować w połączeniu ze związkami organicznymi, gdy woda przepływa przez tereny torfowe to są to związki zwane humusowymi.
Niezależnie od formy występowania żelazo nadaje wodzie następujące cechy:
- powoduje podwyższenie barwy- powoduje podwyższenie mętności
- powoduje pogorszenie smaku nadaje gorzki smak, tzw. atramentowy
Efekty, które wywołuje woda z żelazem:- barwienie tkanin i papieru- pozostawia rdzawy osad na naczyniach i urządzeniach- osad pochodzenia biologicznego (bakterie żelazolubne w wyniku ich umierania powstaje osad)
Żelazo w nadmiarze nie jest szkodliwe dla człowieka, ale nie mamy także żadnej korzyści, gdyż go nie przyswajamy.
Istotą procesu odżelazienia jest przeprowadzenie żelaza II wart. w żelazo III wart. i następnie usunięcie go z uzdatnionej wody.
Proces uzależniony jest od formy występowania żelaza. W przypadku występowania żelaza w połączeniu z kwaśnymi węglanami proces uzdatniania jest stosunkowo prosty i polega na:
- napowietrzaniu wody- sedymentacji (przy dużych ilościach wodorotlenku żelaza III wart.)
- odżelazienie na drodze filtracji- dezynfekcja- odprowadzenie do odbiorcy
Fe(HCO3)2 + 2H2O → Fe(OH)2 + 2H...
stokar1