odkyselování – stabilizace vody 1 - webzdarma · 2012. 5. 16. · vrchových vod – 9. p ř...
TRANSCRIPT
![Page 1: Odkyselování – stabilizace vody 1 - webzdarma · 2012. 5. 16. · vrchových vod – 9. p ř ednáška Odželezování a odmanganování 1) Odželezování provzdušněním (aerací)](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022012006/6103e941a9612512703020cc/html5/thumbnails/1.jpg)
Odkyselování – stabilizace vody
Pivokonský, ÚŽP PřF UKÚpr
ava
podz
emní
ch a
pov
rcho
vých
vod
–9.
pře
dnáš
ka
stabilizace vody = úprava do vápenato-uhličitanové rovnováhyodkyselování = odstraňování agresivního oxidu uhličitého – důvod = korozivní účinky CO2 na kovové a betonové konstrukce(opačný proces = ztvrzování vody)
Vápenato-uhličitanová rovnováha
CaCO3(s) + CO2 + H2O = Ca2+ + 2 HCO3- KA = K1KsK2
-1 = 10-4,345 (T = 25 °C)
CaCO3(s) + H+ = Ca2+ + HCO3- KB = KsK2
-1 = 102,01 (T = 25 °C)
Agresivní oxid uhličitý – cA(CO2) > cr(CO2) – rozpouštění CaCO3
Rovnovážný oxid uhličitý – cr(CO2)= volný oxid uhličitý, který je v rovnováze s c(Ca2+) a c(HCO3
-)
Inkrustující oxid uhličitý – cI(CO2) < cr(CO2) – vylučování CaCO3 z vody
Stabilní voda – nevylučuje ani nerozpouští CaCO3
1
![Page 2: Odkyselování – stabilizace vody 1 - webzdarma · 2012. 5. 16. · vrchových vod – 9. p ř ednáška Odželezování a odmanganování 1) Odželezování provzdušněním (aerací)](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022012006/6103e941a9612512703020cc/html5/thumbnails/2.jpg)
Pivokonský, ÚŽP PřF UKÚpr
ava
podz
emní
ch a
pov
rcho
vých
vod
–9.
pře
dnáš
ka
Agresivní a inkrustující CO2
Odkyselování – stabilizace vody
odkyselování
ztvrzováníro
vnov
áha
Pozn.: Smícháme-li 2 vody v rovnováze – výsledek = vždy ! voda agresivní
2
![Page 3: Odkyselování – stabilizace vody 1 - webzdarma · 2012. 5. 16. · vrchových vod – 9. p ř ednáška Odželezování a odmanganování 1) Odželezování provzdušněním (aerací)](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022012006/6103e941a9612512703020cc/html5/thumbnails/3.jpg)
Pivokonský, ÚŽP PřF UKÚpr
ava
podz
emní
ch a
pov
rcho
vých
vod
–9.
pře
dnáš
ka
- tvořena koncentracemi H2CO3*, HCO3
-, CO32-, Ca2+, H+ a OH-
- řešení pomocí rovnic:
1) rovnice disociační konstanty K1 kyseliny uhličité
K1 = c(H+) · c(HCO3-) / c(H2CO3
*)
2) rovnice disociační konstanty K2 kyseliny uhličité
K2 = c(H+) · c(HCO3-) / c(CO3
2-)
3) rovnice součinu rozpustnosti CaCO3(s) Ks = c(Ca2+) · c(CO32-) = x · 10-9
4) rovnice iontového součinu vody Kw = c(H+) · c(OH-) = 10-14
5) rovnice elektroneutrality
c(H+) + 2·c(Ca2+) = c(HCO3-) + 2·c(CO3
2-) + c(OH-)
6) iontová síla
I = ½ Σ ci · zi2
Vápenato-uhličitanová rovnováha
Odkyselování – stabilizace vody 3
![Page 4: Odkyselování – stabilizace vody 1 - webzdarma · 2012. 5. 16. · vrchových vod – 9. p ř ednáška Odželezování a odmanganování 1) Odželezování provzdušněním (aerací)](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022012006/6103e941a9612512703020cc/html5/thumbnails/4.jpg)
Pivokonský, ÚŽP PřF UKÚpr
ava
podz
emní
ch a
pov
rcho
vých
vod
–9.
pře
dnáš
ka
Průběh rovnovážných křivek vápenato-uhličitanové rovnováhy
Odkyselování – stabilizace vody 4
![Page 5: Odkyselování – stabilizace vody 1 - webzdarma · 2012. 5. 16. · vrchových vod – 9. p ř ednáška Odželezování a odmanganování 1) Odželezování provzdušněním (aerací)](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022012006/6103e941a9612512703020cc/html5/thumbnails/5.jpg)
Pivokonský, ÚŽP PřF UKÚpr
ava
podz
emní
ch a
pov
rcho
vých
vod
–9.
pře
dnáš
ka
Index nasycení (Langelierův, saturační) - IspH – naměřená hodnota pH vody
pHs – saturační (rovnovážná) hodnota pH, tj. pH vody, kterého by dosáhla, kdyby při daném složení byla v rovnováze
Is = pH - pHs
Zdánlivá (fiktivní) hodnota pHs‘
- rozpouštění nebo vylučování CaCO3 je doprovázeno změnou koncentrací Ca2+ a HCO3
- a iontové síly roztoku - do rovnice pro výpočet hodnoty pHsse však dosazují původní (naměřené) hodnoty těchto iontů
pHs = log KB – log c(Ca2+) – log c(HCO3-)
Agresivní vody - pHs‘ > pHs
Odkyselování – stabilizace vody
Hodnocení agresivity vody podle indexu nasycení
5
![Page 6: Odkyselování – stabilizace vody 1 - webzdarma · 2012. 5. 16. · vrchových vod – 9. p ř ednáška Odželezování a odmanganování 1) Odželezování provzdušněním (aerací)](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022012006/6103e941a9612512703020cc/html5/thumbnails/6.jpg)
Is < 0 – voda je agresivní, rozpouští CaCO3
CaCO3(s) + H+ Ca2+ + HCO3-
Pivokonský, ÚŽP PřF UKÚpr
ava
podz
emní
ch a
pov
rcho
vých
vod
–9.
pře
dnáš
ka
Is = 0 – voda se nachází ve vápenato-uhličitanové rovnováze(hodnoty od -0,05 do 0,05 se obvykle ještě považují za rovnovážný stav)
Is > 0 – voda je inkrustující, vylučuje CaCO3
CaCO3(s) + H+ Ca2+ + HCO3-
Ryznarův index stability - RIs
RIs = 2 pHs – pH = pH – 2 Is
Hodnocení agresivity vody podle indexu nasycení
Odkyselování – stabilizace vody 6
![Page 7: Odkyselování – stabilizace vody 1 - webzdarma · 2012. 5. 16. · vrchových vod – 9. p ř ednáška Odželezování a odmanganování 1) Odželezování provzdušněním (aerací)](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022012006/6103e941a9612512703020cc/html5/thumbnails/7.jpg)
Pivokonský, ÚŽP PřF UKÚpr
ava
podz
emní
ch a
pov
rcho
vých
vod
–9.
pře
dnáš
ka
Technologie odkyselování vod
Odkyselování – stabilizace vody
1) mechanické způsoby- odstranění agresivního CO2 provzdušňováním - Henryho-Daltonův zákon: rozpustnost CO2 ve vodě je přímo úměrná
parciálnímu tlaku CO2 nad hladinou vody (T = konst.) - parciální p ~ 30 Pa - odpovídá rozpustnosti cca 0,5 mg/l- při styku se vzduchem CO2 z vody uniká - rychlost úniku závisí na velikosti
styčné plochy voda-vzduch a koncentraci CO2 ve vzduchu- zbytková koncentrace CO2 ve vodě - asi 5-7 mg/l
a) rozstřik vody (rozprašovací trysky, sprchy, kaskády, skrápěná síta) b) vhánění vzduchu do vody za současného odvětrávání uvolněnéhoCO2 (provzdušňovací rošty, hladinové provzdušňovače Kessener)
2) chemické způsoby – změna iontového složení (Ca2+, příp. Mg2+)a) v kapalné fázi – dávkování vápna (vápenného mléka)b) v pevné fázi – filtrace vody přes odkyselovací materiály (mramor, dolomit, PVD, magno)
7
![Page 8: Odkyselování – stabilizace vody 1 - webzdarma · 2012. 5. 16. · vrchových vod – 9. p ř ednáška Odželezování a odmanganování 1) Odželezování provzdušněním (aerací)](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022012006/6103e941a9612512703020cc/html5/thumbnails/8.jpg)
Pivokonský, ÚŽP PřF UKÚpr
ava
podz
emní
ch a
pov
rcho
vých
vod
–9.
pře
dnáš
ka
Odkyselování – stabilizace vody
1a) Mechanické způsoby využívající rozstřik vody
kaskádové uspořádáníkaskádové uspořádání
- sprchy, trysky, zkrápěná síta ...
8
![Page 9: Odkyselování – stabilizace vody 1 - webzdarma · 2012. 5. 16. · vrchových vod – 9. p ř ednáška Odželezování a odmanganování 1) Odželezování provzdušněním (aerací)](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022012006/6103e941a9612512703020cc/html5/thumbnails/9.jpg)
Pivokonský, ÚŽP PřF UKÚpr
ava
podz
emní
ch a
pov
rcho
vých
vod
–9.
pře
dnáš
ka
Odkyselování – stabilizace vody
1a) Mechanické způsoby využívající rozstřik vody
BOUČEK BOUČEK –– tryskový odplyňovač tryskový odplyňovač s odsáváním plynůs odsáváním plynů
zkrápěcízkrápěcí věž se sítyvěž se síty
9
![Page 10: Odkyselování – stabilizace vody 1 - webzdarma · 2012. 5. 16. · vrchových vod – 9. p ř ednáška Odželezování a odmanganování 1) Odželezování provzdušněním (aerací)](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022012006/6103e941a9612512703020cc/html5/thumbnails/10.jpg)
Pivokonský, ÚŽP PřF UKÚpr
ava
podz
emní
ch a
pov
rcho
vých
vod
–9.
pře
dnáš
ka
Odkyselování – stabilizace vody
1b) Mechanické způsoby využívající vhánění vzduchu do vody
KESSENER KESSENER -- hladinový hladinový provzdušňovačprovzdušňovač
INKA INKA –– odplyňovač s probubláváním vzduchuodplyňovač s probubláváním vzduchu
10
![Page 11: Odkyselování – stabilizace vody 1 - webzdarma · 2012. 5. 16. · vrchových vod – 9. p ř ednáška Odželezování a odmanganování 1) Odželezování provzdušněním (aerací)](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022012006/6103e941a9612512703020cc/html5/thumbnails/11.jpg)
Pivokonský, ÚŽP PřF UKÚpr
ava
podz
emní
ch a
pov
rcho
vých
vod
–9.
pře
dnáš
ka
Odkyselování – stabilizace vody
1b) Mechanické způsoby využívající vhánění vzduchu do vody
RASCHIGOVY FILTRY RASCHIGOVY FILTRY –– kontaktní kontaktní provzdušňovačprovzdušňovač s vháněním vzduchus vháněním vzduchu
ERBO ERBO -- expanzní expanzní provzdušňovačprovzdušňovačs přisáváním vzduchus přisáváním vzduchu
11
![Page 12: Odkyselování – stabilizace vody 1 - webzdarma · 2012. 5. 16. · vrchových vod – 9. p ř ednáška Odželezování a odmanganování 1) Odželezování provzdušněním (aerací)](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022012006/6103e941a9612512703020cc/html5/thumbnails/12.jpg)
Pivokonský, ÚŽP PřF UKÚpr
ava
podz
emní
ch a
pov
rcho
vých
vod
–9.
pře
dnáš
ka
2a) Chemické způsoby – dávkování vápna
Odkyselování – stabilizace vody
- problém = manipulace s vápenným hydrátem => velké provozy- vyžaduje přesné dávkování => dobrou obsluhu a řádnou chemickou
kontrolu- vhodné pro vody s nízkým obsahem Ca a Mg – předávkování vápna na
pH = 8,5 - 9 při deficitu CO2 není na závadu – probíhá reakce:Ca2+ + 2 OH- + 2 CO2 = Ca2+ + 2 HCO3
-
- vody s vyšším obsahem Ca (nebo při přebytku vápna) – srážení CaCO3 -tvorba inkrustů):Ca2+ + 2 HCO3
- + 2 OH- = 2 CaCO3(s) + 2 H2O - vytvoření slabé vrstvičky CaCO3 je nicméně žádoucí – ochrana proti
korozi potrubí
12
![Page 13: Odkyselování – stabilizace vody 1 - webzdarma · 2012. 5. 16. · vrchových vod – 9. p ř ednáška Odželezování a odmanganování 1) Odželezování provzdušněním (aerací)](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022012006/6103e941a9612512703020cc/html5/thumbnails/13.jpg)
Pivokonský, ÚŽP PřF UKÚpr
ava
podz
emní
ch a
pov
rcho
vých
vod
–9.
pře
dnáš
ka
2b) Chemické způsoby – filtrace vody přes odkyselovací materiály
Odkyselování – stabilizace vody
- odkyselovací materiály = mramor (CaCO3), magnezit (MgCO3), dolomity(CaCO3 + MgCO3), PVD (polovypálené dolomity = CaCO3 + MgO = magno, dekarbolit, fermago)
- malé a střední úpravny- odkyselovací hmoty – v granulované formě plněny do tlakových nebo
otevřených filtrů (můžou být i ve směsi s pískem)- odkyselovací účinek roste s teplotou, závisí na zrnitosti a výšce filtrační
náplně, tj. době zdržení- náplň nutno doplňovat – rozpouští se podle reakcí:
CaCO3(s) + CO2 + H2O = Ca2+ + 2 HCO3-
MgCO3(s) + CO2 + H2O = Mg2+ + 2 HCO3-
MgO(s) + 2 CO2 + H2O = Mg2+ + 2 HCO3-
- současně může probíhat reakce:MgO(s) + Ca2+ + 2 HCO3
- = CaCO3(s) + MgCO3(s) + H2O- rychlost reakce – s PVD = 3x větší než s mramorem,
s MgO = 10x větší než s mramorem
13
![Page 14: Odkyselování – stabilizace vody 1 - webzdarma · 2012. 5. 16. · vrchových vod – 9. p ř ednáška Odželezování a odmanganování 1) Odželezování provzdušněním (aerací)](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022012006/6103e941a9612512703020cc/html5/thumbnails/14.jpg)
Odželezování a odmanganování
Pivokonský, ÚŽP PřF UKÚpr
ava
podz
emní
ch a
pov
rcho
vých
vod
–9.
pře
dnáš
ka
- limit Fe = 0,2 mg/l (MH)- limit Mn = 0,05 mg/l (MH)
- v podzemních vodách – hydratované kationty Mn2+ a Fe2+
- obvyklé koncentrace: Fe < 7 mg/l a Mn < 1 mg/l- mangan obvykle doprovází železo- v povrchových vodách – koloidní oxidy a hydroxidy (koncentrace nižší
než výše uvedená) nebo komplexně vázané v huminových látkách(koncentrace vyšší než výše uvedená)
Proč odstraňovat Fe a Mn?
- senzorické závady (trpká, svíravá chuť)- kontakt s kyslíkem => oxidace a hydrolýza na hydratované oxidy
=> zbarvení vody (skvrny na prádle)=> inkrustace teplosměnných ploch (karmy, bojlery)=> zarůstání potrubí vlivem železitých a manganových bakterií
14
![Page 15: Odkyselování – stabilizace vody 1 - webzdarma · 2012. 5. 16. · vrchových vod – 9. p ř ednáška Odželezování a odmanganování 1) Odželezování provzdušněním (aerací)](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022012006/6103e941a9612512703020cc/html5/thumbnails/15.jpg)
Pivokonský, ÚŽP PřF UKÚpr
ava
podz
emní
ch a
pov
rcho
vých
vod
–9.
pře
dnáš
ka
Odželezování a odmanganování
- princip odstraňování Mn a Fe: rozpustné dvojmocné kationty se převádějí na nerozpustné vícemocné formy = Fe(OH)3, MnO(OH)2nebo MnO2 – separace sedimentací a filtrací
- nerozpustné formy – příprava oxidací podle reakcí:
Fe2+ + 3 H2O – e- = Fe(OH)3 + 3 H+
Mn2+ + 3 H2O – 2 e- = MnO(OH)2 + 4 H+
- oxidační činidla = vzdušný kyslík, chlor, oxid chloričitý, manganistan draselný, ozon, peroxid vodíku
- rychlost oxidace roste s pH vody – dále je závislá na ORP, teplotě a složení vody
- přítomnost organických látek => zvýšení dávky oxidačního činidla, výskyt organických komplexních forem Fe a Mn – rezistentnější vůči oxidaci
- železo se oxiduje snáze než mangan – mangan vyžaduje vyšší hodnoty pH (pH > 8) a autokatalytické účinky MnO2
15
![Page 16: Odkyselování – stabilizace vody 1 - webzdarma · 2012. 5. 16. · vrchových vod – 9. p ř ednáška Odželezování a odmanganování 1) Odželezování provzdušněním (aerací)](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022012006/6103e941a9612512703020cc/html5/thumbnails/16.jpg)
Pivokonský, ÚŽP PřF UKÚpr
ava
podz
emní
ch a
pov
rcho
vých
vod
–9.
pře
dnáš
ka
Odželezování a odmanganování
Technologické způsoby odželezňování a odmanganování:
1) odželezování provzdušněním (aerací)2) odželezování a odmanganování alkalizací 3) odželezování a odmanganování oxidačními činidly4) kontaktní odželezování a odmanganování na písku preparovaném MnO25) odželezování a odmanganování in-situ v horninovém prostředí
16
![Page 17: Odkyselování – stabilizace vody 1 - webzdarma · 2012. 5. 16. · vrchových vod – 9. p ř ednáška Odželezování a odmanganování 1) Odželezování provzdušněním (aerací)](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022012006/6103e941a9612512703020cc/html5/thumbnails/17.jpg)
Pivokonský, ÚŽP PřF UKÚpr
ava
podz
emní
ch a
pov
rcho
vých
vod
–9.
pře
dnáš
ka
Odželezování a odmanganování
1) Odželezování provzdušněním (aerací)- podmínka = dostatečné množství vzdušného kyslíku rozpuštěného ve vodě- Fe – snadná oxidace už při pH = 7-7,5- Mn – obtížná oxidace i při pH daleko vyšším (+ katalytické působení MnO2)=> metoda vhodná pro spíše pro samotné odželezňování- pro aeraci lze použít stejná zařízení jako pro mechanické odkyselování- oxidace Fe2+, příp. Mn2+, probíhá podle rovnic:
4 Fe2+ + O2 + 10 H2O = 4 Fe(OH)3 + 8 H+
2 Mn2+ + O2 + 4 H2O = 2 MnO(OH)2 + 4 H+
- při aeraci se z vody odstraňuje CO2 (H+ + HCO3- = CO2 + H2O) => pH vody
roste - kladný vliv na rychlost oxidace
- pokud se prostým provzdušněním nezvýší pH dostatečně, je třeba vodu alkalizovat vápnem (hydroxidem vápenatým), uhličitanem sodným (sodou), nebo hydroxidem sodným (viz další slide)
17
![Page 18: Odkyselování – stabilizace vody 1 - webzdarma · 2012. 5. 16. · vrchových vod – 9. p ř ednáška Odželezování a odmanganování 1) Odželezování provzdušněním (aerací)](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022012006/6103e941a9612512703020cc/html5/thumbnails/18.jpg)
Pivokonský, ÚŽP PřF UKÚpr
ava
podz
emní
ch a
pov
rcho
vých
vod
–9.
pře
dnáš
ka
Odželezování a odmanganování
2) Odželezování a odmanganování alkalizací - alkalizace vápnem, sodou nebo hydroxidem sodným - hodnoty až pH ~ 10- už při pH > 8,3 – srážecí reakce: Ca2+, Mg2+, Fe2+, Mn2+, HCO3
- →CaCO3, MgCO3, Mg(OH)2, FeCO3, MnCO3
=> odželezování probíhá jako průvodní jev při odstraňování Ca2+, Mg2+ a HCO3
–, kdy při zvýšeném pH probíhá rychlá oxidace Fe2+ na Fe(OH)3, případně Mn2+ na MnO(OH)2, současně s vylučováním FeCO3 a MnCO3
18
![Page 19: Odkyselování – stabilizace vody 1 - webzdarma · 2012. 5. 16. · vrchových vod – 9. p ř ednáška Odželezování a odmanganování 1) Odželezování provzdušněním (aerací)](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022012006/6103e941a9612512703020cc/html5/thumbnails/19.jpg)
Pivokonský, ÚŽP PřF UKÚpr
ava
podz
emní
ch a
pov
rcho
vých
vod
–9.
pře
dnáš
ka
Odželezování a odmanganování
3) Odželezování a odmanganování oxidačními činidly- oxidační činidla = chlor, oxid chloričitý, manganistan draselný, ozon,
peroxid vodíku
Chlor (chlornan sodný n. chlorová voda)- poměrně rychle oxiduje Fe2+ při pH > 5- uspokojivě oxiduje Mn2+ až při pH > 8,5 (použití vyšší dávky než
stechiometrické, dlouhá doba zdržení)2 Fe2+ + Cl2 + 6 H2O = 2 Fe(OH)3 + 2 Cl- + 6 H+
Mn2+ + Cl2 + 3 H2O = MnO(OH)2 + 2 Cl- + 4 H+
- možná tvorba chlorderivátů organických sloučenin (THM nebo chlorfenoly)
Peroxid vodíku- poměrně rychle oxiduje Fe2+ při pH > 5- oxiduje Mn2+ až při pH > 9
19
![Page 20: Odkyselování – stabilizace vody 1 - webzdarma · 2012. 5. 16. · vrchových vod – 9. p ř ednáška Odželezování a odmanganování 1) Odželezování provzdušněním (aerací)](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022012006/6103e941a9612512703020cc/html5/thumbnails/20.jpg)
Pivokonský, ÚŽP PřF UKÚpr
ava
podz
emní
ch a
pov
rcho
vých
vod
–9.
pře
dnáš
ka
Odželezování a odmanganování
3) Odželezování a odmanganování oxidačními činidly- KMnO4, ClO2, ozon - téměř okamžitě oxidují Fe2+ a velmi rychle i Mn2+
(oxidační rychlost roste se zvyšujícím se pH vody)
Manganistan draselný= velmi silné oxidační činidlo- pokud voda obsahuje vyšší koncentrace Fe – vhodné oxidovat Fe
provzdušněním nebo chlorem a pak Mn manganistanem (je drahý) 3 Fe2+ + MnO4
- + 8 H2O = 3 Fe(OH)3 + MnO(OH)2 + 5 H+
3 Mn2+ + 2 MnO4- + 7 H2O = 5 MnO(OH)2 + 4 H+
Ozon= nejsilnější oxidační činidlo - oxiduje Fe2+ i Mn2+ bez ohledu na pH
2 Fe2+ + O3 + 5 H2O = 2 Fe(OH)3 + O2 + 4 H+
Mn2+ + O3 + 2 H2O = MnO(OH)2 + O2 + 2 H+
- vysoké náklady => použití v případě dalšího využití (desinfekce, oxidace organiky ...)
20
![Page 21: Odkyselování – stabilizace vody 1 - webzdarma · 2012. 5. 16. · vrchových vod – 9. p ř ednáška Odželezování a odmanganování 1) Odželezování provzdušněním (aerací)](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022012006/6103e941a9612512703020cc/html5/thumbnails/21.jpg)
Pivokonský, ÚŽP PřF UKÚpr
ava
podz
emní
ch a
pov
rcho
vých
vod
–9.
pře
dnáš
ka
Odželezování a odmanganování
4) Kontaktní odželezování a odmanganování na preparovaném písku- provádí se filtrací provzdušněné vody přes písek preparovaný MnO2 (=
křemičitý písek s jemným povlakem oxidu manganičitého) - katalytickýúčinek => rychlá oxidace Mn2+ vzdušným kyslíkem:
2 Mn2+ + O2 + 2 H2O (kat. MnO2) → 2 MnO2 + 4 H+
- u vod s obsahem Fe > 3 mg/l by docházelo k rychlému zanášení filtru hydroxidem železitým => dvoustupňová separace (sedimentace + filtrace)
- nebo: v 1. kroku odželezování a v 2. kroku autokatalytické odmanganování
- možnost použití dvouvrstvých filtrů: - horní hrubozrná vrstva – oxidace + zachycení Fe- spodní preparovaná vrstva – katalytická oxidace + zachycení Mn
- další materiály – kontaktní hmoty – Birm (pro Fe), Greensand (pro Mn)
21
![Page 22: Odkyselování – stabilizace vody 1 - webzdarma · 2012. 5. 16. · vrchových vod – 9. p ř ednáška Odželezování a odmanganování 1) Odželezování provzdušněním (aerací)](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022012006/6103e941a9612512703020cc/html5/thumbnails/22.jpg)
Pivokonský, ÚŽP PřF UKÚpr
ava
podz
emní
ch a
pov
rcho
vých
vod
–9.
pře
dnáš
ka
Odželezování a odmanganování
5) Odželezování a odmanganování in-situ v horninovém prostředí- podzemní voda se jímá, provzdušňuje se a vrací se zpět do zvodnělé
vrstvy - probíhá oxidace vzdušným kyslíkem + mikrobiologická oxidace manganovými a železitými bakteriemi – následuje separace sraženin v původním horninovém prostředí – jímání vody centrálním vrtem
kontinuální proces - tvorba depresních kuželů
22
![Page 23: Odkyselování – stabilizace vody 1 - webzdarma · 2012. 5. 16. · vrchových vod – 9. p ř ednáška Odželezování a odmanganování 1) Odželezování provzdušněním (aerací)](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022012006/6103e941a9612512703020cc/html5/thumbnails/23.jpg)
Odstraňování NH4+
Pivokonský, ÚŽP PřF UKÚpr
ava
podz
emní
ch a
pov
rcho
vých
vod
–9.
pře
dnáš
ka
- limit NH4+ = 0,5 mg/l (MH)
- zvýšené koncentrace NH4+ (+ bakterie) = indikátor fekálního znečištění
- nebezpečí výskytu NH4+ = za přítomnosti kyslíku – biologická nitrifikacebiologická nitrifikace ve
vodovodní síti s dlouhou dobou zdržení – nárosty autotrofních nitrifikačních bakterií – nepříliš silné => nitrifikace pouze na dusitany => nebezpečí
- další důsledek výskytu těchto bakterií = výskyt organického uhlíku (extracelulární produkty + odumřelé bakterie) => nárůst heterotrofních bakterií => celkové zhoršení mikroskopického obrazu
Jak je možné, že se v desinfikované vodě vyskytují bakterie?Jak je možné, že se v desinfikované vodě vyskytují bakterie?
- za přítomnosti NH4+ ve vodě – po desinfekci chlorem – vznik chloraminů –
nižší desinfekční účinky než volný aktivní chlor(aby se ve vodě vyskytoval volný aktivní chlor, muselo by se chlorovat až za bod zvratu – viz desinfekce vody)
23
![Page 24: Odkyselování – stabilizace vody 1 - webzdarma · 2012. 5. 16. · vrchových vod – 9. p ř ednáška Odželezování a odmanganování 1) Odželezování provzdušněním (aerací)](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022012006/6103e941a9612512703020cc/html5/thumbnails/24.jpg)
Odstraňování NH4+
Pivokonský, ÚŽP PřF UKÚpr
ava
podz
emní
ch a
pov
rcho
vých
vod
–9.
pře
dnáš
ka
Technologické metody:-- fyzikálněfyzikálně--chemické:chemické: iontová výměna, chemická oxidace, revers. osmóza-- biochemické:biochemické: nitrifikace (oxidace chemolitotrofními organismy za
přítomnosti kyslíku na NO2- a NO3
-)
Iontová výměna- nevýhody: neexistuje selektivní katex, koncentrace NH4
+ je ve srovnání s ostatními kationty NÍZKÁ => vyčerpávání sorpční kapacity katexu jinými ionty – nepříznivé změny složení vody + problém likvidace regeneračníchroztoků
Membránové procesy (RO)- nevýhody: RO – odstranění VŠECH iontů => neselektivní a neefektivní
proces
- perspektivní snad jen sorpce na iontovýměnných materiálech na bázi zeolitů – preference jednomocných kationtů
24
![Page 25: Odkyselování – stabilizace vody 1 - webzdarma · 2012. 5. 16. · vrchových vod – 9. p ř ednáška Odželezování a odmanganování 1) Odželezování provzdušněním (aerací)](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022012006/6103e941a9612512703020cc/html5/thumbnails/25.jpg)
Odstraňování NH4+
Pivokonský, ÚŽP PřF UKÚpr
ava
podz
emní
ch a
pov
rcho
vých
vod
–9.
pře
dnáš
ka
Chemická oxidace= především chlorace: oxidace NH4
+ na N2 nebo N2O- nutné použít dávky chloru odpovídající minimálně bodu zvratu- ve vodě zůstává zbytková koncentrace di- a trichloraminu – zápach =>
nutná sorpce => filtrace vody přes granulované aktivní uhlí
Odstraňování NH4+ při odželezování a odmanganování
= nekvantitativní a nereprodukovatelné- schopnost sorpce NH4
+ na vyloučených vločkách Fe(OH)3 a MnO2.xH2O
Biologická nitrifikace= oxidace chemolitotrofními organismy za přítomnosti kyslíku na NO2
- a NO3-
2 NH4+ + 3 O2 = 2 NO2
- + 4 H+ + 2 H2O (r. Nitrosomonas)2 NO2
- + O2 = 2 NO3- (r. Nitrobacter)
- část NH4+ – inkorporace do biomasy
- část O2 – spotřeba i na další oxidační procesy
25
![Page 26: Odkyselování – stabilizace vody 1 - webzdarma · 2012. 5. 16. · vrchových vod – 9. p ř ednáška Odželezování a odmanganování 1) Odželezování provzdušněním (aerací)](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022012006/6103e941a9612512703020cc/html5/thumbnails/26.jpg)
Odstraňování NH4+
Pivokonský, ÚŽP PřF UKÚpr
ava
podz
emní
ch a
pov
rcho
vých
vod
–9.
pře
dnáš
ka
Biologická nitrifikace- technologie: provzdušnění vody + biologický reaktor
(biofilmový – odpadá separace biomasy z vody)- reaktory:
1) běžné filtry - filtrační materiál = písek preparovaný vrstvičkou MnO2= nosič biofilmu nitrifikačních bakterií => probíhá odstraňování NH4
+ + navíc katalytická oxidace Mn2+ iontů
2) úprava vody in-situ – část produkované upravené podzemní vody se provzdušní – injektuje se zpět do zvodnělé vrstvy – zde probíhá biologická oxidace NH4
+ (ale i Fe2+, Mn2+)- diskontinuální provoz – 1 vrt, kontinuální provoz – systém několika vrtů
3) provzdušňované filtry – průběžné dosycování vody kyslíkem
26
![Page 27: Odkyselování – stabilizace vody 1 - webzdarma · 2012. 5. 16. · vrchových vod – 9. p ř ednáška Odželezování a odmanganování 1) Odželezování provzdušněním (aerací)](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022012006/6103e941a9612512703020cc/html5/thumbnails/27.jpg)
Odstraňování NO3-
Pivokonský, ÚŽP PřF UKÚpr
ava
podz
emní
ch a
pov
rcho
vých
vod
–9.
pře
dnáš
ka
- limit NO3- = 50 mg/l (NMH)
- limit NO2- = 0,5 mg/l (NMH)
Doposud neexistuje obecně akceptovaná strategie odstraňování dusičnanů z pitné vody (technologická a ekonomická náročnost)
- používané metody: 1) vodárenské = snižování koncentrace NO3
- v celém objemu vody dopravované spotřebiteli – provádí se na úpravně2) nevodárenské = snižování koncentrace NO3
- v podílu dopravené vody určenému k pitným účelům – doúprava vody u spotřebitele – většinou ionexy nebo reversní osmóza; distribuce balené pitné vody; dvojí rozvod vody (pitná a užitková)
a) fyzikálněfyzikálně--chemickéchemické = iontová výměna, reversní osmóza, elektrodialýza, chemická redukce)b) biologickébiologické = biologická denitrifikace
27
![Page 28: Odkyselování – stabilizace vody 1 - webzdarma · 2012. 5. 16. · vrchových vod – 9. p ř ednáška Odželezování a odmanganování 1) Odželezování provzdušněním (aerací)](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022012006/6103e941a9612512703020cc/html5/thumbnails/28.jpg)
Pivokonský, ÚŽP PřF UKÚpr
ava
podz
emní
ch a
pov
rcho
vých
vod
–9.
pře
dnáš
ka
Odstraňování NO3-
Iontová výměna- původně - silně bazické anexy – preference síranů před dusičnany- dnes – selektivní anexy (afinita: NO3
- > SO42- > Cl- > HCO3
-)
silně bazický anex – typ I ionex selektivní na dusičnany
- vodárenské využití ionexů – problém = likvidace regeneračních roztoků (= koncentrované roztoky chloridu a hydrogenuhličitanu sodného s velkou koncentrací dusičnanů) – pokud není možná likvidace s jinými odpadními vodami, je to proces velmi finančně náročný – nevyplatí se
28
![Page 29: Odkyselování – stabilizace vody 1 - webzdarma · 2012. 5. 16. · vrchových vod – 9. p ř ednáška Odželezování a odmanganování 1) Odželezování provzdušněním (aerací)](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022012006/6103e941a9612512703020cc/html5/thumbnails/29.jpg)
Odstraňování NO3-
Pivokonský, ÚŽP PřF UKÚpr
ava
podz
emní
ch a
pov
rcho
vých
vod
–9.
pře
dnáš
ka
Reversní osmóza= neselektivní proces – odstranění všech rozpuštěných látek (i těch
žádoucích = Ca a Mg) – nutná remineralizace vody rozpouštěním vápence a dolomitu – bez současného rozpouštění CO2 nebývá úspěšná pro dosažení doporučených hodnot
Chemická (elektrochemická) redukce= redukce dusičnanů na amonné iontyredukce dusičnanů na amonné ionty v kyselé nebo alkalické oblasti- redukční činidla = kovy – např. Fe, Al, Mg, Zn nebo jejich slitiny- problém !!! redukce je obtížná a nákladná, vznikají NH4
+ ionty
29
![Page 30: Odkyselování – stabilizace vody 1 - webzdarma · 2012. 5. 16. · vrchových vod – 9. p ř ednáška Odželezování a odmanganování 1) Odželezování provzdušněním (aerací)](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022012006/6103e941a9612512703020cc/html5/thumbnails/30.jpg)
Pivokonský, ÚŽP PřF UKÚpr
ava
podz
emní
ch a
pov
rcho
vých
vod
–9.
pře
dnáš
ka
Odstraňování NO3-
Biologická denitrifikace
- lze realizovat pouze ve větším měřítku- společné znaky všech způsobů denitrifikace:
1) technologie – 2 stupně: a) odstranění dusičnanůodstranění dusičnanů (denitrifikace) – kontaminace vody bakteriemib) odstranění bakteriíodstranění bakterií (případně meziproduktů denitrifikace – dusitanů)
2) použití biofilmových reaktorů (nikoli suspenzní kultura) - biomasa je přisedlá na nosiči
3) použití směsi samovolně vykultivované biomasy- není možné pracovat ve sterilním prostředí a udržet tak monokulturu- navíc – samovolná selekce = prosazení bakterií, kterým nejvícevyhovují dané podmínky => vyšší denitrifikační rychlost
30
![Page 31: Odkyselování – stabilizace vody 1 - webzdarma · 2012. 5. 16. · vrchových vod – 9. p ř ednáška Odželezování a odmanganování 1) Odželezování provzdušněním (aerací)](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022012006/6103e941a9612512703020cc/html5/thumbnails/31.jpg)
Pivokonský, ÚŽP PřF UKÚpr
ava
podz
emní
ch a
pov
rcho
vých
vod
–9.
pře
dnáš
ka
Odstraňování NO3-
- autotrofní (chemolitotrofní) denitrifikační mikroorganizmy: - nevyžadují zdroj organického uhlíku - pouze HCO3
–
- nižší denitrifikační rychlost než organotrofní mikroorganizmy
- autotrofní (chemolitotrofní) sirné bakterie (Thiobacillus denitrificans)
6 NO3– + 5 S + H2O = 3 N2 + 5 SO4
2– + 4 H+
- voda filtrována přes směs síry a vápence rychlostí 0,1 až 0,2 m/h(z 1 m2 filtrační plochy lze získat za hodinu 100 - 200 l upravené vody)
- vhodné pro vody s nízkým obsahem síranů (z 1 mg dusičnanu vznikajítéměř 2 mg síranů)
- autotrofní (chemolitotrofní) vodíkové bakterie (Micrococcus denitrificans)
2 NO3– + 5 H2 + 2 H+ = N2 + 6 H2O
- výhoda: nevznikají žádné další produkty kromě dusitanů- nevýhoda: nízká rozpustnost vodíku ve vodě, nebezpečí vzniku
výbušných směsí vodíku se vzduchem
Biologická denitrifikace
31
![Page 32: Odkyselování – stabilizace vody 1 - webzdarma · 2012. 5. 16. · vrchových vod – 9. p ř ednáška Odželezování a odmanganování 1) Odželezování provzdušněním (aerací)](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022012006/6103e941a9612512703020cc/html5/thumbnails/32.jpg)
Pivokonský, ÚŽP PřF UKÚpr
ava
podz
emní
ch a
pov
rcho
vých
vod
–9.
pře
dnáš
ka
Odstraňování NO3-
- heterotrofní (organotrofní) denitrifikační mikroorganizmy: - nejvyšší denitrifikační rychlost, ale velká tvorba biomasy- zdroj organického uhlíku = jakýkoliv snadno dostupný biologicky
rozložitelný organický substrát (cukry, kyselina octová, methanol, ethanol)
12 NO3– + 5 C2H5OH = 6 N2 + 8 HCO3
– + 2 CO32– + 11 H2O
- mikroorganizmy potřebují fosfor => nutnost přidávat řádově mg/l kyseliny fosforečné nebo fosforečnanu sodného
- je třeba zajistit, aby se do vodovodní sítě nedostaly zbytky organických materiálů
- při sníženém dávkování – nebezpečí, že oxidace skončí na přechodném stupni = na dusitanech (toxické) => nutná kontrola procesů !!!
Biologická denitrifikace
32
![Page 33: Odkyselování – stabilizace vody 1 - webzdarma · 2012. 5. 16. · vrchových vod – 9. p ř ednáška Odželezování a odmanganování 1) Odželezování provzdušněním (aerací)](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022012006/6103e941a9612512703020cc/html5/thumbnails/33.jpg)
Pivokonský, ÚŽP PřF UKÚpr
ava
podz
emní
ch a
pov
rcho
vých
vod
–9.
pře
dnáš
ka
Odstraňování NO3-
Technologie:1) náplňové kolony = klasické vodárenské filtry s různými druhy náplní
(písek, výlisky z plastických hmot, polystyren, keramika ...)- před vstup na filtr se dávkuje ethanol a fosfáty-- požadavky na materiálypožadavky na materiály – mechanicky odolné proti otěru (abraze při
praní), drsný povrch (lepší ulpění biomasy), vhodná zrnitost náplně (3-5 mm – kompromis mezi specifickým povrchem a mezerovitostí), inertnostmateriálu
2) fluidní reaktory – intenzivnější výměna hmoty, vyšší rychlosti proudění, kratší doba zdržení, menší zařízení
- nosič biomasy = obvykle písek- problém = nárůst biomasy => změna průměru zrn písku => změna
návrhových parametrů => nutnost regeneraceregenerace pískupísku3) in-situ denitrifikace = denitrifikace přímo ve zvodnělé vrstvě - přirozené denitrifikaci brání nedostatek organického substrátu =>
=> dávkování ethanolu + fosfátů do zvodnělé vrstvy (homogenizacehomogenizace !!!) – samovolná kultivace denitrifikantů – jímání vody
Biologická denitrifikace
33