H2O
INNE
N, P
zawiesiny
zapach nadmierny
ChZT
pestycydy
barwa i m�tno��
mikrofauna
wirusy
bakterie
�elazo, metale
twardo��
CH4; H2S
�cieki
�cieki
Metody -chemiczne-biologiczne
nie-organiczne detrytus
Skład �ciekówPróbka �cieków
0,5 µµµµm
Rozpuszczone Zawiesina
organizmyorganiczne
s. biogen.
m. ci��kie
j.główne
aniony
bakterie
bezkr�gow.
całkowite (ChZT, RWO)
kwasy humusowe
ekstrakt etermikro-zaniecz.(WWA, PCB ...)
aminokwasy, cukryrozp.gazy
kr�gowce
2. Rozmiary substancji rozpuszczonych i zawiesin
2.1. Rozmiary i masy cz�steczkowe
-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 lg ΦΦ (µm)
102 104 106 M. cz�stecz. (D)
10-6 10-5 10-4 10-3 0.01 0.1 1 10 102 103
cz�stki rozpuszczone koloidy zawiesiny
2.2. Składniki wód w przyrodzie
-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 lg ΦΦ (µm)
10-6 10-5 10-4 10-3 0.01 0.1 1 10 102 103
krzemionkaglonycystybakterie
minerały ilaste
kwasy fulwowe
kwasy huminowe
wirusyj.pr. j.zło�one
k zr k
2.3. Metody fizyczne rozdzielania
-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 lg ΦΦ (µm)
10-6 10-5 10-4 10-3 0.01 0.1 1 10 102 103
Φfiltry
n u µ cedzenie
Φ,ςfiltracja
u-wir. wirowanie sedymentacjaRO
ED
Destyl.
D
T, Rozp.
ρ
Procesy jednostkowe usuwania zanieczyszcze� mechanicznych
�rednica. FILTRACJA1.Cedzenie
- kraty, sita, mikrosita- membrany (u-,µ-,nano-filtracja)- odwrócona osmoza
2.Filtracja cz�stkowa (przez zło�a)- powolna, pospieszna- jednowarstwowe, wielowarstwowe- specjalna, w tym ci�gła
Masa wła�ciwa. SEDYMENTACJA, FLOTACJA
ZANIECZYSZCZENIA MECHANICZNE-podział metod usuwania
Sedymentacja
-osadniki/odstojniki
-poziome/pionowe
-tłokowe/radialne
Flotacja
-
-ci�nieniowa
-podci�nieniowa
-p�cherzykowa
FiltracjaSedymentacja i Flotacja
Kraty - 10 mm
Sita - 1 mm
Mikrosita -20 µm
Filtracja cz�stkowa - polega na usuwaniu zanieczyszcze� za pomoc� filtrów ze zło�em filtracyjnym lub wkładów wymiennych. Dolna granica filtracji wynosi 1 um (resztki roslin, glony, pierwotniaki).
SEDYMENTACJA - definicja
— w technologii wody i �cieków proces jednostkowy, którego zadaniem jest usuwanie zawiesin
— opadanie zawiesin w wyniku działania siły ci��ko�ci
ODNOWA WODYWYKŁAD 4
SEDYMENTACJAI FLOTACJA
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 ci��ko�ci
Cele sedymentacji
— klarowanie �cieków
— wydzielanie ze �cieków cz�stek stałych
SEDYMENTACJA - c.d. (1)Siły działaj�ce na cz�stki zawiesiny
a) ci��ko�ci i wyporu
( )g �� 6d
W -G c
3
−Π=
b) oporu
� 2v
F R2
⋅⋅=
dv
�
gdv Re
⋅=⋅⋅=
powierzchnia czołowa cz�stkiwspółczynnik oporu λ = f(Re)
l. dynamicznalepko��kinematyczna
G
WR
SEDYMENTACJA - c.d. (2)
R W -G =
( ) �2
v4d
g �� 6d 2
s2
c
3
⋅⋅Π=−Π
( )g
� 3��4d
v cs
−=
( )-1/22/1c
1/2s ,�,df v =
� d v� 24
Re24
s ⋅⋅
==
( )�
�� dg
181
v c2s
−⋅=
dla ruchu laminarnego
Zale�no�� współczynnika oporu λ λ λ λ od liczby Re przy opadaniu cz�stek
24/Re 0,44
0,6Re18,5
=λ
λλλλ
Re
10-1
0
1
2
3
104
10-3 10-2 10-1 0 1 2 3 4
Re24
=λ
0,6Re18,5
=λ
0,44 =λ
0,5 500
Pr�dko�� opadania cz�stek kwarcu w wodzie o tempe-raturze 10°C w zale�no�ci od �rednicy.G�sto�� kwarcu 2,63 g/cm3
Zakres du�ych zbiornikówzaporowych
Zakres piaskowników
Zakres osadników sztucznych
StrefaKoagulacji
koloidy
10-6
10-5
10-4
10-3
10-2
10-1
0
10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 0
Vcm/s
ΦΦΦΦcm
koloidy
koag
ulac
ja Du�e zbiorniki wodne
Osadniki
Piaskowniki
G�sto�� zawiesin - ρρρρ
1,002 < ρρρρ < 3,50
glina 1,8 - 2,2kwarc 2,65Al (OH)3 1,002Fe(OH)3 1,009Mg(OH)2 1,05CaCO3 1,43
Pr�dko�� opadania cz�stekw wodzie o temperaturze 10°Cw zale�no�ci od ich �rednicyi g�sto�ci.
10-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
103
Vcm/s
�rednica(m)
10-4 -3 -2 -1 0 1
ρρρρ = 5
ρρρρ = 1,001
2,51,11,01
SEDYMENTACJA - c.d. (3)
CZ�STKI KULISTE A NIEKULISTE
dz - �rednica zast�pcza (�rednica kuli o obj�to�ci równej...)ΦΦΦΦ - sferyczno�� (iloraz pow. kuli do pow. cz�stki)
1dd
z
≥
1≤Φ
Cz�stki idealne a cz�stki rzeczywiste
— zło�ony kształt �rednica zast�pcza
powierzchnia zast�pcza
— poło�enie cz�stki w stosunku do kierunku ruchu
λλλλ = f (Re, ΦΦΦΦ)
Zale�no�� pomi�dzy parametrami opadania grawitacyjnego cz�stek w wodzie
10-4
106
Czpr�dko�ci
Cz�rednicy
10-4 107
100
kulistezaokr�glonekanciastepodłu�neblaszkowate
Opadanie cz�stek rzeczywistych
Urz�dzenia
Odstojniki
Osadniki (proces obj�to�ciowy)
— przepływ poziomy
— przepływ pionowy
Urz�dzenia (proces strefowy)
— klarowniki
— pulsatory
— akcelatory
A
B
Mechanizm sedymentacjiA. Ruch cz�steczek zawiesin w osadniku o przepływie poziomymB. Schemat osadnika o przepływie poziomym
SEDYMENTACJA - c.d. (4)
OSADNIKI I ODSTOJNIKI
Skuteczno�� usuwania zawiesin
d
0d
D
0D
CCC
%100Ł
ŁŁ �
−=
⋅−=
SEDYMENTACJA - c.d. (5)
QV
tp =p
o tH
v =
FQ
FHQH
VQH
vo
=
⋅⋅=
⋅=
SEDYMENTACJA - c.d. (6)
— sprawno��
QF
v vv
tv
tv
Hh
�0p0
p ⋅==⋅⋅
==
— inaczej
0s v
H t =
QHF
QV
tp
⋅==
QvF
t
t0
s
p ⋅=
0s
p
vQ
t
t F ⋅=
αααα
SEDYMENTACJA - c.d. (7)
t
t
s
p = ( liczba HAZENA )
αααα = 1 dla urz�dze� idealnych
αααα > 1 dla urz�dze� rzeczywistych
Wielko��współczynnika α w zale�no�ci od rodzaju i skuteczno�ci sedymentacji:A - teoretyczny przebieg sedymentacji, B - sedymentacja w osadniku działaj�cymokresowo (wypełnianie, sedymentacja, opró�nianie), rzeczywisty przebieg sedy-mentacji: 1 - w pojedynczym osadniku, 2 - w dwóch osadnikach poł�czonychszeregowo, 3 - w 3 ossadnikach poł�czonych szeregowo, 4 - w osadniku przepły-wowym z przegrod�, 5 - w osadniku przepływowym z wieloma przegrodami
0,0-0,5 0,5-1,0 1,0-1,5 1,5-2,0 2,0-2,5 2,5-3,0 3,0-3,5 3,5-4,0
20
40
60
80
100
Liczba czdm-3× 10-5
Szybko�� opadania (m/godz)
dopływ
odpływ
Histogram cz�sto�ci cz�stek o odmiennej szybko�ci sedymentacji w dopływie i odpływie
Zakłócone opadanie cz�stek
— znaczne zag�szczenie ( > 0,22 % obj�to�ciowo)
— 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
HS
TS
CS
Granicarozdziału
(GR)
czas
CSCSCSCS
TSTS
HS HS
GRW
Osadniki w odnowie wody
— po procesie koagulacji
— po str�caniu chemicznym
— po I etapie rekarbonizacji dwustopniowej
— w grawitacyjnym zag�szczaniu osadów
Urz�dzenia
Odstojniki
Osadniki (proces obj�to�ciowy)
— przepływ poziomy
— przepływ pionowy
Urz�dzenia (proces strefowy)
— klarowniki
— pulsatory
— akcelatory
SEDYMENTACJA - c.d. (8)
Osadnik poziomy i osadnik pionowy
Schemat osadnika o przepływie poziomym z zagarniaczem tarczowym
Osadnik poziomy z zgarniaczem ła�cuchowym
Osadnik poziomy z od�rodkowym przepływem wody
vn
veve
vn
vo ve
h0
h1
h2
h3
h4
h5t1 t2 t3 t4 t5 czas
gł�boko��
Sposoby doprowadzania wody do osadnika o przepływie poziomym
Rozmaite rozwi�zania wlotu do osadnika
Sposoby odbioru wody w osadnikach o przepływie poziomym
Osadnik poziomy -wzdłu�ny z wydzielon� komor� flokulacji i komor� szybkiego mieszania
FLOTACJA
— proces w którym zawiesina, charakteryzuj�ca si�g�sto�ci�mniejsz� ni� o�rodek rozpraszaj�cy, ulega wyniesieniu na powierzchni� o�rodka rozpraszaj�cego i usuni�ciu przez zbieranie
— w wi�kszo�ci praktycznych aplikacji g�sto�� zawiesiny ulega zmniejszeniu w wyniku zwi�zania z drobnymi p�cherzykami gazu
Flotacja -SEDYMENTACJA - c.d. (1) Siły działaj�ce na cz�stki zawiesiny
a) ci��ko�ci i wyporu
( )g �� 6d
W -G c
3
−Π=
b) oporu
� 2v
F R2
⋅⋅=
dv
�
gdv Re
⋅=⋅⋅=
powierzchnia czołowa cz�stkiwspółczynnik oporu λ = f(Re)
l. dynamicznalepko��kinematyczna
G
W
R
Zakres zastosowania
— fabryki celulozy
— przemysłspo�ywczy (tłuszczowy), rafineryjny
— zat��anie rud metali
— usuwanie zawiesin po koagulacji
— zag�szczanie osadu czynnego
Rozpuszczalno�� powietrza w wodzie
Cw = H ·pp
H = f(T)
Rozppowietrzemg/l ·atm
T °C
10
20
30
10 20 30 40 50
krzywa saturacji
Cw - rozpuszczalno�� w wodzie (mg/l)H - stała Bounsena (mg/l ·atm)pp - ci�nienie cz�stkoweT - temperatura
Ilo�� uwolnionego powietrza Cr
Cn = H Pn
Ca = H Pa
Cn - Ca = H Pn - H Pa= H (Pn - Pa)= H (Pn - 1)
Okre�lenie warto�ci ilorazu powietrze/zawiesina
— ci��ar wła�ciwy zawiesiny musi by� mniejszy ni�ci��ar wła�ciwy roztworu (1 g/cm3)
( )( )sa
ssaac VV
VV
++= ��
�
Va - obj�to��powietrza zwi�zanego z cz�stk� o obj�to�ci Vsρρρρa, ρρρρc - g�sto��powietrza i zawiesiny
Iloraz masy powietrza i masy zawiesin
masa powietrza = a =Vs ρs
Va ρa
smasa cz�steczki
Poł�czenie równa� daje:
���
����
�⋅+
��
���
� +=
sa
�
1�
1sa
1 �
as
c
Poniewa� – wznoszenie nast�pi gdy ρρρρc<ρρρρ– minimalna warto��ilorazu a/s wyniesie
���
����
�−
���
����
�
=��
���
�
1�
�
�
�-1
sa
a
s
min
Wprowadzanie powietrza do roztworu
1. Dyfuzery
2. Technika pró�niowa
3. Technika spadku ci�nienia
Technika spadku ci�nienia
Zało�enia
— okre�lony iloraz a/s
r
c
p C
Qsa
Q⋅��
���
�
=
( )1-PH
Qsa
Qc
p
⋅��
���
�
=
C - st��enie zawiesinyQp - przepływ powietrzaQc - przepływ �ciekówCr - iloraz uwolnionego powietrza
Zasady budowy flotatora
1
22
3 4
5
6
7
1 �cieki 2 powietrze dławik
roztw. nasyc. powietrza zgarniacz
odprowadzenie cieczy odprowadzenie flotatu
4
6
3
5
7
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��
St��ony osad
Natlenianie �cieków
Mniej koagulantu
Gorsza jako��roztworu sklarowanego
Kosztowna eksploatacja
Sedymentacja i flotacja- zagadnienia
- sedymentacja/definicja- siły dziaj�ce na zawiesiny- liczba Reynoldsa, współczynnik oporu- �rednica/powierzchnia zast�pcza- liczba Hazena- urz�dzenia do sedymentacji/flotacji- flotacja/definicja- metody obni�ania masy wła�ciwej zawiesin- schemat urz�dzenia- prównanie sedymentacji i flotacji