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