Σεχνολογίεσ που αφοροφν τθν νομοκεςία για το πόςιμο νερό ΙΙ

Transcript

1 Σεχνολογίεσ που αφοροφν τθν νομοκεςία για το πόςιμο νερό ΙΙ Διάλεξθ 2: Σεχνολογίεσ Επεξεργαςίασ Πόςιμου Νεροφ Αναπλ. Κακθγθτισ ΔΠΘ Π. Μελίδθσ Μζςο επικοινωνίασ: Τθλζφωνο ι skype: melidisp

2 Ρερίγραμμα μακιματοσ Θ Σθμαςία του πόςιμου νεροφ Μζκοδοι επεξεργαςίασ πόςιμου νεροφ Απομάκρυνςθ αιωρουμζνων ςτερεϊν Κροκίδωςθ - Συςςωμάτωςθ Διικθςθ Λοντοεναλλαγι Οξείδωςθ Απολφμανςθ

3 Η θμαςία του πόςιμου νεροφ 1. Χωρίσ νερό δεν υπάρχει ηωι, το νερό είναι ζνα πολφτιμο αγακό, χωρίσ το οποίο δεν μπορεί να ηιςει ο άνκρωποσ. 2. Τα αποκζματα του πόςιμου νεροφ δεν είναι ατελείωτα και γι αυτό κα πρζπει να τα προςζχουμε ιδιαίτερα, να τα διαχειριηόμαςτε με ςφνεςθ και αν είναι δυνατόν να τα αυξιςουμε. 3. Θ ρφπανςθ των νερϊν ςθμαίνει ανεπανόρκωτθ ηθμία για τον άνκρωπο και τουσ ηϊντεσ οργανιςμοφσ. 4. Θ ποιότθτα του νεροφ κα πρζπει να εγγυάται τθν υγεία του πλθκυςμοφ και να εκπλθρϊνει τθσ ανάγκεσ για τισ οποίεσ ζχει επιλεγεί 5. Το χρθςιμοποιθμζνο νερό κα πρζπει να επιςτρζφεται ςτουσ ποταμοφσ και ταμιευτιρεσ ςε κατάςταςθ που δεν κα απαγορεφει τθν δθμόςια και ιδιωτικι χριςθ του.

4 Η θμαςία του πόςιμου νεροφ 6. Θ προςταςία των νερϊν απαιτεί τθν εξειδικευμζνθ ζρευνα, τθν εκπαίδευςθ ειδικϊν και τθν ενθμζρωςθ των πολιτϊν. 7. Κάκε άνκρωποσ ζχει τθν υποχρζωςθ να χρθςιμοποιεί το νερό οικονομικά και με επιμζλεια για το καλό όλων. 8. Ρρογράμματα οικονομίασ νεροφ κα πρζπει να εκπονοφνται ςφμφωνα με τα φυςικά αποκζματα νεροφ και λιγότερο με απαιτιςεισ τθσ πολιτικισ και τεχνικισ διαχείριςθσ. 9. Το νερό δεν γνωρίηει ςφνορα και θ διαχείριςθ του απαιτεί διεκνι ςυνεργαςία

5 Μζκοδοι επεξεργαςίασ πόςιμου νεροφ Μορφζσ ρφπων νεροφ υπαντζσ του νεροφ Φυςικοί Χθμικοί Βιολογικοί Διαλυμζνοι Αιωροφμενοι Οργανικοί Ανόργανοι Φυτικοί Ηωικοί Ρρωτόηωα Χονδροί Λεπτοί Κολλοειδισ

6 Μζκοδοι επεξεργαςίασ πόςιμου νεροφ Κατθγορίεσ επεξεργαςίασ νερϊν Κατθγορία Ρεριγραφι Ρροζλευςθ Α Καμία επεξεργαςία Μερικά νερά γεωτριςεων Ρεριςταςιακά νερά υψιπζδων Β Μόνο απολφμανςθ Μερικά νερά γεωτριςεων Ρεριςταςιακά νερά υψιπζδων Γ Κλαςικι επεξεργαςία νεροφ Δ Ειδικι επεξεργαςία νεροφ Από αγροτικζσ περιοχζσ (Fe, και Mn) απομάκρυνςθ χρϊματοσ Απομάκ. Λχνοςτοιχείων Βιομθχανικά νερά Απομάκρυνςθ φυκιϊν Απομάκρυνςθ οργανικϊν Νερά ποταμϊν χαμθλϊν περιοχϊν και ταμιευτιρων

7 Κατθγορίεσ επεξεργαςίασ Τπόγειο νερό Κατθγορία Β Συπικι επεξ. νεροφ Κατθγορία Γ Ειδικι επεξ. νεροφ Κατθγορία Δ Ειςαγωγι Ειςαγωγι Ειςαγωγι Ρροεπεξεργαςία Χονδρι ςχάρα Εςχάρωςθ Λεπτι ςχάρα Άντλθςθ Άντλθςθ Αποκικευςθ Αποκικευςθ Εξιςορρόπθςθ Εξιςορρόπθςθ Εξουδετζρωςθ Εξουδετζρωςθ Αεριςμόσ Αεριςμόσ Αεριςμόσ Αποςκλιρυνςθ Χθμικι προεπεξεργαςία Απομάκρυνςθ φυκιϊν Α βάκμια επεξεργαςία Κροκίδωςθ/ ςυςςωμάτωςθ Κακίηθςθ Κροκίδωςθ/ ςυςςωμάτωςθ Κακίηθςθ Β βάκμια επεξεργαςία Διικθςθ Διικθςθ Απολφμανςθ Απολφμανςθ Απολφμανςθ Απολφμανςθ Ρροχωρθμζνθ επεξεργαςία Ρροςρόφθςθ Ενεργόσ άνκρακασ Διαχωριςμοί μεμβρανϊν Απομάκρυνςθ Σιδιρου -μαγγανίου Απομάκρυνςθ αλογονομζνων παραγϊγων

8 Μζκοδοι επεξεργαςίασ πόςιμου νεροφ Απαιτοφμενθ επεξεργαςία για ειδικοφσ ρφπουσ Παράμετροσ Επιπλζοντα ςτερεά Αιωροφμενα ςτερεά Φφκια Επεξεργαςία Σχάρα για χοντρά και λεπτά ςτερεά Μικροκόςκινα Μικροκόςκινα, προχλωρίωςθ, προςρόφθςθ ςε άνκρακα, γριγορθ διικθςθ Κολότθτα Χρϊμα Οςμι, γεφςθ Σκλθρότθτα Σίδθροσ, μαγγάνιο > 1mg/L < 1mg/L Ρακογόνοι μικροοργανιςμοί/100 ml < >100 Ελεφκερθ αμμωνία Κροκίδωςθ, κακίηθςθ, Υςτεροχλωρίωςθ Κροκίδωςθ, ςυςςωμάτωςθ, διικθςθ Ενεργόσ άνκρακασ Συςςωμάτωςθ, διικθςθ, αποςκλιρυνςθ με lime Ρροχλωρίωςθ Συςςωμάτωςθ, διικθςθ, υςτεροχλωρίωςθ Υςτεροχλωρίωςθ Συςςωμάτωςθ, διικθςθ, υςτεροχλωρίωςθ Ρροχλωρίωςθ Συςςωμάτωςθ, διικθςθ, υςτεροχλωρίωςθ Υςτεροχλωρίωςθ Αναπλ. Ρροςρόφθςθ Κακθγθτισ Ρ. Μελίδθσ

9 Απομάκρυνςθ αιωρουμζνων ςτερεϊν Αιωροφμενα ςτερεά διαφορετικοφ μεγζκουσ και ςφνκεςθσ παρουςιάηονται και δθμιουργοφν προβλιματα κυρίωσ ςε επιφανειακά νερά. Ρρζπει να κρατοφνται μακριά από τθν φδρευςθ κάτω από οποιεςδιποτε ςυνκικεσ Εμφανίηονται με τθν μορφι ορατϊν ξζνων ςωμάτων όπωσ: 1. άμμοσ 2. φυτικά υπολείμματα Σφμφωνα με τθν πυκνότθτα τουσ ταξινομοφνται ςε: 1. κακιηάνοντα, 2. αιωροφμενα ι 3. επιπλζοντα

10 Απομάκρυνςθ αιωρουμζνων ςτερεϊν Επίςθσ : 3. εμφανίηονται με τθν μορφι ορατισ κολότθτασ (προκαλείται από ςωματίδια κολλοειδοφσ μεγζκουσ και τα οποία μειϊνουν τθν ορατότθτα ςε λιγότερο από ζνα μζτρο) 4. εμφανίηονται με τθν μορφι λεπτοδιαςκορπιςμζνων αιωροφμενων ςτερεϊν (τόςο μικρι ςυγκζντρωςθ που δεν είναι ορατι θ ρφπανςθ, όμωσ με τθν πάροδο του χρόνου οδθγεί ςε ρφπανςθ του δικτφου διανομισ)

11 Απομάκρυνςθ αιωρουμζνων ςτερεϊν-εςχάρεσ Μεγάλα επιπλζοντα υλικά αλλά και ψάρια που ςυναντϊνται ςτθν υδρομάςτευςθ από ποταμοφσ, όπωσ φφλλα, χαρτιά, ξφλα κλπ διαχωρίηονται με τθν βοικεια μθχανικϊν εςχάρων

12 Απομάκρυνςθ αιωρουμζνων ςτερεϊν-εςχάρεσ Τυπικά κριτιρια ςχεδιαςμοφ για μθχανικά κακοριηόμενεσ εςχάρεσ ράβδων (Ρθγι WEF, 1998) Μζγεκοσ Ρλάτοσ ράβδου Βάκοσ ράβδου Κακαρόσ ενδιάμεςοσ χϊροσ μεταξφ των ράβδων Κλίςθ Ταχφτθτα προςζγγιςθσ Επιτρεπόμενθ απϊλεια φψουσ χεδιαςτικά κριτιρια 5-15 mm mm mm 0-30 μοίρεσ 0,6-1,0 m/s 150 mm

13 Απομάκρυνςθ αιωρουμζνων ςτερεϊν-εςχάρεσ Συςτιματα εςχαρϊν και διάτρθτων καλακιϊν για τθν απομάκρυνςθ μεγάλων αντικειμζνων και ψαριϊν (ξεπλζνεται με τθν αναςτροφι του νεροφ όταν ςταματά θ αντλία) One Fish Engineering, Colorado

14 Απομάκρυνςθ αιωρουμζνων ςτερεϊν-αμμοςυλζκτεσ Μικρά και μεγάλα ποτάμια που ρζουν γριγορα ςυμπαραςφρουν ιδιαίτερα ςε περιόδουσ υψθλισ ςτάκμθσ άμμο. Απομακρφνεται με τθν καταςκευι ενόσ αμμοςυλλζκτθ (εξαμμωτι) Ζνασ αμμοςυλζκτθσ τοποκετείτε ςυνικωσ πριν από τισ δεξαμενζσ κακίηθςθσ και πολφ πριν τα αντλιοςτάςια. Υπάρχουν βαςικά τρεισ διαφορετικοί τφποι αμμοςυλζκτθ, τθσ οριηόντιασ ροισ, του αεριηόμενου του τφπου δίνθσ.

15 Απομάκρυνςθ αιωρουμζνων ςτερεϊν-οριηόντια ροι Κατά τθν διζλευςθ του νεροφ μζςα από τθν δεξαμενι αμμοςυλλογισ οριηόντιασ ροισ, ρζει με οριηόντια ταχφτθτα 0,3 m / s και τα ςωματίδια προλαβαίνουν να κακιηάνουν πριν φτάςουν ςτο ςθμείο εξόδου. Απομακρφνονται ςωματίδια με διάμετρο >0,21 mm H άμμοσ που κατακάκεται ςτον πυκμζνα του καλάμου αφαιρείται περιοδικά από το ςφςτθμα.

16 Απομάκρυνςθ αιωρουμζνων ςτερεϊν - αεριηόμενοσ αμμοςυλζκτθσ Αποτελείται από μία δεξαμενι αεριςμοφ, που ςχεδιάςτθκε για τθ δθμιουργία μιασ ςπειροειδοφσ ροισ του νεροφ κακϊσ κινείται μζςα ςτο κάλαμο. Με τθν ταχφτθτα που δθμιουργείται από τθν κίνθςθ του νεροφ, τα ςωματίδια οριςμζνου μεγζκουσ κατευκφνονται ςτο κϊνο ςυλλογισ ςτο κάτω μζροσ. Απομακρφνονται με τθν βοικεια αντλίασ που βρίςκεται πάνω ςε παλινδρομικι γζφυρα

17 Απομάκρυνςθ αιωρουμζνων ςτερεϊν - αεριηόμενοσ αμμοςυλζκτθσ Τυπικά κριτιρια ςχεδιαςμοφ για αεριηόμενουσ αμμοςυλζκτεσ (Ρθγι WEF, 1998) Σχεδιάηονται για τθν απομάκρυνςθ ςωματιδίων μεγαλφτερα από 0,21 mm Μζγεκοσ Ραροχι αζρα (ανά μζτρο μικουσ τθσ δεξαμενισ) Ελάχιςτοσ χρόνοσ παραμονισ χεδιαςτικά κριτιρια 0,3-0,7 m3/m.min 2-3 min mm Λόγοσ μικουσ προσ πλάτοσ 2,5:1 5:1 Θ είςοδοσ και θ ζξοδοσ είναι τοποκετθμζνεσ ϊςτε θ ροι να είναι κάκετθ ςτθν ςπειροειδι κίνθςθ τθσ άμμου Χρθςιμοποιοφνται διαφράγματα για τθν διάχυςθ τθσ ενζργειασ και ελαχιςτοποίθςθ των βραχυκυκλωμάτων

18 Απομάκρυνςθ αιωρουμζνων ςτερεϊν αμμοςυλζκτθσ τφπου δίνθσ Θ αμμοςυλλογι τφπου δίνθσ (vortex type grit chamber) λειτουργεί δθμιουργϊντασ μια δίνθ μζςα ςε μια κυλινδρικι δεξαμενι. Το νερό ειςζρχεται εφαπτομενικά και θ φυγόκεντροσ δφναμθ οδθγεί τθν άμμο προσ τα κάτω ενϊ το νερό απαλλαγμζνο από αυτι πορεφεται επάνω και ζξω. Θ άμμοσ απομακρφνεται με τθν βοικεια νεροφ

19 Απομάκρυνςθ αιωρουμζνων ςτερεϊν αμμοςυλζκτθσ τφπου δίνθσ Σχζδιο ενόσ ςυςτιματοσ εςχάρωςθσ και αμμοςυλζκτθ τφπου δίνθσ

20 Απομάκρυνςθ αιωρουμζνων ςτερεϊν-κόςκινα Για το μικρό μζροσ λεπτοφ άμμου είναι αναγκαίο ζνα κόςκινο το οποίο κα ςυνδυαςκεί με τον εξαμμωτι ι κα τον αντικαταςτιςει πλιρωσ

21 Απομάκρυνςθ αιωρουμζνων ςτερεϊν Νερά πολφ επιβαρθμζνων ποταμϊν με πάνω από 500 mg/l ΑΣ είναι δυνατόν να επεξεργαςκοφν μόνο με ςφνκετεσ μεκόδουσ που αποτελοφνται από κροκίδωςθ, κακίηθςθ και διικθςθ Εφαρμόηοντασ ιςχυρζσ μζκοδουσ κατακριμνιςθσ π.χ. ςε ΔΚ κεκλιμζνων πλακϊν ι/και με ανακυκλοφορία τθσ ιλφοσ αποφεφγουμε τθν διικθςθ γριγορθσ ροισ (που ακολουκεί κατά κανόνα) και μπορεί να εφαρμοςκεί άμεςα διικθςθ αργισ ροισ (παρουςιάηει το πλεονζκτθμα τθσ βιολογικισ δράςθσ)

22 Απομάκρυνςθ αιωρουμζνων ςτερεϊν ΑΣ μικρότερα από 0,001 mm δεν ςυμπεριφζρονται ωσ ςτερεά αλλά ωσ κολλοειδι που προκαλοφν ςτο νερό κολότθτα, ιριδιςμό, και χρϊμα Επίςθσ ςφμφωνα με το είδοσ προκαλοφν και τθν οξειδωςιμότθτα Απομακρφνονται πλιρωσ μόνο με εντατικι κροκίδωςθ Θ υψθλι δόςθ του κροκιδωτικοφ mg/l απαιτεί ακόλουκθ επεξεργαςία: 1. κακίηθςθ ςε δεξαμενζσ επαφισ λάςπθσ 2. διικθςθ του νεροφ (Θ διαδικαςία αυτι αντιςτοιχεί ςτισ κλαςικζσ μεκόδουσ απ ευκείασ επεξεργαςίασ επιφανειακοφ νεροφ)

23 Απομάκρυνςθ αιωρουμζνων ςτερεϊν Απομάκρυνςθ ςτερεϊν - αναςκόπθςθ τερεό υγκζντρωςθ Μζκοδοσ Δόςθ d mm g/m 3 g/m 3 Επιπλζοντα >10 <10000 Εςχάρεσ - Ψάρια, φυτά <1 >0,1 Διάτρθτο καλάκι - Άμμοσ 0, Αμμοςυλζκτθσ - Φφκια, πρωτόηωα Κόςκινα - ι Ταχζα φίλτρα ι βραδζα φίλτρα Φυτά <200 Κόςκινα - Ι λεπτομερζσ ςοφρωμα Μικρά φφκια Κροκίδωςθ + ταχζα φίλτρα 1-10 Ανόργανα ςυςτατικά και φφκια Ανόργανα ςυςτατικά + απόβλθτα + φφκια Χρϊμα, οξειδωςιμότθτα, κολλοειδι ι βραδζα φίλτρα Κροκίδωςθ + ταχζα φίλτρα Κροκίδωςθ + Κακίηθςθ + ταχζα φίλτρα Κροκίδωςθ + Κακίηθςθ με επιςτροφι λάςπθσ + ταχζα φίλτρα Κροκίδωςθ + Κακίηθςθ με επιςτροφι λάςπθσ + ταχζα φίλτρα + βραδζα φίλτρα

24 Κροκίδωςθ - υςςωμάτωςθ Για τον διαχωριςμό των υλικϊν που περιζχονται ςτο νερό εφαρμόηονται ςτθν επεξεργαςία του πόςιμου νεροφ κυρίωσ φίλτρα, δεξαμενζσ κακίηθςθσ, και ςπάνια εγκαταςτάςεισ επίπλευςθσ. Πταν θ ποςότθτα των υλικϊν προσ διαχωριςμό είναι μικρι αρκεί μια εγκατάςταςθ διικθςθσ, ενϊ για μεγαλφτερεσ ποςότθτεσ πρζπει να προπορευτεί μια εγκατάςταςθ κακίηθςθσ. Πταν τα υλικά βρίςκονται ςε κολλοειδι μορφι ι είναι λεπτοδιαςκορπιςμζνα ο διαχωριςμόσ επιτυγχάνεται ςχεδόν πάντα μόνο με τθν χριςθ κροκιδϊτικϊν, ειδάλλωσ απαιτοφνται αντιοικονομικζσ διαςτάςεισ εγκαταςτάςεων και μεγάλθ χρόνοι δράςθσ ςτισ δεξαμενζσ κακίηθςθσ. Με τθν κροκίδωςθ αφαιρείται και ζνα μζροσ πραγματικά διαλυμζνων ουςιϊν. Κροκίδωςθ και κακίηθςθ μπορεί να επιτευχκοφν με τα ίδια υλικά, εξελίςςονται κατά ζνα μζροσ παράλλθλα και πολλζσ φορζσ ςτθν πράξθ δεν μπορεί να διαχωριςτοφν

25 Κροκίδωςθ - υςςωμάτωςθ Χαρακτθριςτικά κακίηθςθσ αιωρουμζνων ςωματιδίων Τλικό Μζγεκοσ Χρόνοσ κακίηθςθσ, 1m Χαλαηίασ Λλφσ Βακτιρια Κολλοειδι ,1 1 sec 10 sec 125 sec 108 min 180 h 755 d

26 Κροκίδωςθ - υςςωμάτωςθ Σε κολλοειδι ι λεπτοδιαςκορπιςμζνα ςωματίδια με το ίδιο φορτίο δρουν ςτακεροποιθτικζσ δυνάμεισ (απωκθτικζσ δυνάμεισ) τισ περιςςότερεσ φορζσ θλεκτροςτατικισ φφςθσ. Ζτςι παρά τθν δράςθ των επιφανειακϊν δυνάμεων ζλξθσ (van der Waals) ςχθματίηεται ζνα φράγμα δυναμικοφ που δεν επιτρζπει να επζλκει μια ςυςςωμάτωςθ των ςωματιδίων Αποτζλεςμα είναι θ κακίηθςθ να γίνεται ανεπαρκϊσ και τα φίλτρα δεν ζχουν καμία απόδοςθ.

27 Κροκίδωςθ - υςςωμάτωςθ Με τθν πρόςκεςθ κροκιδωτικϊν μπορεί να επζλκει μια αποςτακεροποίθςθ και υπζρβαςθ του φράγματοσ του η δυναμικοφ. Για τον ςκοπό αυτό χρθςιμοποιοφνται κυρίωσ κειικό αργίλιο, και χλωριοφχο αργίλιο, κειικόσ- και χλωριοφχοσ ςίδθροσ (ΛΛΛ), όπωσ και μίγματα των. Οι ποςότθτεσ πρόςκεςθσ κυμαίνονται ςτθν τάξθ μεγζκουσ από 0,03 μζχρι 0,3 mmol/l, αντίςτοιχα 0,7 μζχρι 7,0 mg/l αργιλίου και 1,7 μζχρι 17 mg/l ςιδιρου.

28 Κροκίδωςθ - υςςωμάτωςθ Για τθν υποςτιριξθ τθσ κακίηθςθσ και για καλυτζρευςθ των ιδιοτιτων κακίηθςθσ χρθςιμοποιοφνται ςυχνά και βοθκθτικά υλικά κροκίδωςθσ. Αυτά είναι ςυνικωσ ςυνκετικά πολυμερι όπωσ πολυακρυλικά αμίδια με διαφορετικι φόρτιςθ. Θ χρονικι απόςταςθ από τθν πρόςκεςθ των κροκιδωτικϊν είναι τουλάχιςτον 30 s. Επίςθσ μπορεί να είναι αναγκαία και άλλα υλικά ςε ςχζςθ με τθν κροκίδωςθ όπωσ π.χ. οξειδωτικά ι χθμικά για τθν ρφκμιςθ του ph.

29 Κροκίδωςθ - υςςωμάτωςθ Οι μθχανιςμοί αποςτακεροποίθςθσ των αιωρθμάτων είναι: 1. ςυμπίεςθ τθσ ιονικισ ςτοιβάδασ 2. προςρόφθςθ με αποτζλεςμα τθν εξουδετζρωςθ των φορτίων 3. παραςυρμόσ από ίηθμα 4. διαςωματιδιακι γεφφρωςθ

30 Κροκίδωςθ - υςςωμάτωςθ Η ςυμπίεςθ τθσ ιονικισ ςτοιβάδασ (θλεκτροςτατικι) Ρροκαλείται με τθν προςκικθ ςτο διάλυμα ιόντων αντίκετου φορτίου από το φορτίο των αιωροφμενων ςτερεϊν. Υψθλι ιονικι ιςχφσ ςυμπιζηει τθν διπλι ιονικι ςτοιβάδα προσ τθν επιφάνεια του κολλοειδοφσ. Πταν θ ςυμπίεςθ αυτι είναι ςθμαντικι, επικρατοφν οι ελκτικζσ δυνάμεισ. Αποτζλεςμα είναι θ ςυςςωμάτωςθ των επιμζρουσ κολλοειδϊν. Ο βακμόσ ςυμπίεςθσ τθσ ιονικισ ςτοιβάδασ αυξάνει με τθν αφξθςθ του φορτίου. Ζτςι θ αποτελεςματικότθτα μειϊνεται από το Al 3+ >Ca 2+ >Νa + (ςε ςυγκζντρωςθ 10-3 :10-2 :1) Δεν επαρκεί από μόνοσ του

31 Κροκίδωςθ - υςςωμάτωςθ Προςρόφθςθ και εξουδετζρωςθ φορτίου (χθμικοί δεςμοί) Στον μθχανιςμό αυτό κακοριςτικό ρόλο παίηει θ φφςθ των κατιόντων που προκαλοφν κροκίδωςθ των κολλοειδϊν Ο ιονιςμόσ του κειικοφ αργιλίου ςτο νερό παράγει κειικά ανιόντα και κατιόντα αργιλίου. Τα κατιόντα αργιλίου ςυμμετζχουν ςε αντιδράςεισ υδρόλυςθσ και ςυμπλοκοποίθςθσ και παράγουν πρωτόνια και μια ςειρά ςυμπλόκων αργιλίου (κετικϊν και αρνθτικϊν) και ςτερεό Al(OH) 3.

32 Κροκίδωςθ - υςςωμάτωςθ Προςρόφθςθ και εξουδετζρωςθ φορτίου Από τα ςχθματιηόμενα ιόντα αργιλίου, τα κετικά φορτιςμζνα κακίςτανται μζροσ τθσ διπλισ ςτοιβάδασ, θ οποία περιβάλει τα φυςικά κολλοειδι και εξουδετερϊνουν το επιφανειακό αρνθτικό τουσ φορτίο. Αυτό οδθγεί ςτθν καταςτροφι τθσ διπλισ ςτοιβάδασ (η-δυανιμό) Αφξθςθ τθσ δόςθσ επιφζρει τθν επαναςτακεροποίθςθ του αιωριματοσ. (οφείλεται ςτθν δθμιουργία κετικά φορτιςμζνων ςωματιδίων, που προκφπτουν από τθν προςρόφθςθ περίςςειασ κετικά φορτιςμζνων ιόντων του Al 3+, και θ διπλι ςτοιβάδα αποτελείται από ανιόντα)

33 Κροκίδωςθ - υςςωμάτωςθ Προςρόφθςθ και εξουδετζρωςθ φορτίου (χθμικοί δεςμοί)

34 Κροκίδωςθ - υςςωμάτωςθ Παραςυρμόσ από ίηθμα Πταν προςτίκενται ςτο νερό άλατα αργιλίου και ςιδιρου ςε ςυγκεντρϊςεισ που ζχουν ωσ αποτζλεςμα το ςχθματιςμό ιηθμάτων των υδροξειδίων των μετάλλων αυτϊν (πχ Al(OH) 3 ), τα κολλοειδι ςτερεά μπορεί να εγκλωβίηονται ςτα ιηιματα και να ςυγκακιηάνουν. Αφαίρεςθ χαμθλισ κολότθτασ και χρϊματοσ ςτο νερό.

35 Κροκίδωςθ - υςςωμάτωςθ Διαςωματιδιακι γεφφρωςθ Συχνά, επίςθσ χρθςιμοποιοφνται ςυνκετικοί πολυθλεκτρολφτεσ, είτε από μόνοι τουσ είτε ςε ςυνδυαςμό με άλατα αργιλίου και ςιδιρου. Τα μεγαλομόρια (γραμμικά ι διακλαδιςμζνα) ζχουν μεγάλθ ςυγγζνεια για τισ επιφάνειεσ κολλοειδϊν και προςροφϊνται ςε αυτζσ. Τα οργανικά πολυμερι δε ςχθματίηουν ίηθμα Χρθςιμοποιθκεί ωσ βοθκθτικά τθσ κροκίδωςθσ Ωσ μόνα κροκιδωτικά χρθςιμοποιοφνται ςτθν επεξεργαςία τθσ άμεςθσ διικθςθσ, (δθλαδι χωρίσ προθγοφμενθ κακίηθςθ)

36 Κροκίδωςθ - υςςωμάτωςθ Επαναςτακεροποίθςθ Αφξθςθ τθσ δόςθσ επιφζρει τθν επαναςτακεροποίθςθ του αιωριματοσ. (οφείλεται ςτθν δθμιουργία κετικά φορτιςμζνων ςωματιδίων, που προκφπτουν από τθν προςρόφθςθ περίςςειασ κετικά φορτιςμζνων ιόντων του Al 3+, και θ διπλι ςτοιβάδα αποτελείται από ανιόντα) Ραράδειγμα αποτελεί θ Δωδεκυλαμίνθ (C 12 H 25 NH 3+ ), τα υδρολυόμενα είδθ του Al3+ και το πολυμερζσ βοθκθτικό κροκίδωςθσ πολυακρφλαμίδιο (μθ ιονικό)

37 Κροκίδωςθ - υςςωμάτωςθ Στάδια δθμιουργίασ ςυςςωματϊματοσ Βήμα μεθόδοσ Οδηγίες Αποθήκεςζη, μεηαθοπά και διάλςζη Σύμθωνα με ηιρ οδηγίερ ηος ππομηθεςηή ηος κποκιδοηικού 1. Γοζομέηπηζη και ανάμιξη Γπήγοπή και ομοιογενήρ διαζκοππιζμόρ ηος κποκιδοηικού, ζςνήθωρ είναι απαπαίηηηη η ηςπβώδηρ ανάμιξη (Αναδεςηήπαρ, ανάμιξη αγωγού, ζηαηικόρ αναμίκηηρ) 2. Αποζηαθεποποίηζη Σςνήθωρ εξελίζζεηαι ηαςηόσπονα με ηην ανάμιξη και ζηον ίδιο σώπο. 3. Σςζζωμάηωζη ζε μικπονιθάδερ Σςνήθωρ απαιηείηαι μεγάλη δύναμη διάημηζηρ δηλ πποζθοπά ενέπγειαρ από ηον αναδεςηήπα 4. Σςζζωμάηωζη ζε μεγάλερ νιθάδερ Αύξηζη ηος μεγέθοςρ ηων νιθάδων με ελάσιζηη πποζθοπά ενέπγειαρ. Πιθανόν ππόζθεζη βοηθηηικών ςλικών κποκίδωζηρ 0,1 1 g/m 3. Βεληιζηοποίηζη ζύμθωνα με ηην μέθοδο διασωπιζμού. Γιασωπιζμόρ ηων ζσημαηιζθένηων νιθάδων

38 Κροκίδωςθ - υςςωμάτωςθ Τα βιματα τθσ μεκόδου τθσ κροκίδωςθσ και του διαχωριςμοφ μποροφν να εξελίςςονται ςτθν ίδια μονάδα ι και ςε διαφορετικζσ Τισ μικρότερεσ απαιτιςεισ, βζβαια ςε μικρι φόρτιςθ, απαιτεί θ διικθςθ κροκίδωςθ με τθν δθμιουργία των νιφάδων ςτο χϊρα πάνω από το φίλτρο και ακόμα πιο καλά ςτο ίδιο το ςτρϊμα του φίλτρου. Ο ςχεδιαςμόσ, θ μζτρθςθ και βελτιςτοποίθςθ εγκαταςτάςεων κροκίδωςθσ απαιτοφν ςχεδόν πάντα πειράματα ςε πιλοτικζσ μονάδεσ και ςτθν ίδια τθν μονάδα, διότι : 1. Το είδοσ και θ ποςότθτα των κροκιδωτικϊν, 2. Το κατάλλθλο ph, 3. Θ κζςθ δοςομζτρθςθσ, ο χρόνοσ παραμονισ κλπ πρζπει να ρυκμιςτοφν βάςθ τθσ ποιότθτασ του νεροφ προσ επεξεργαςία, τθν μζκοδο διαχωριςμοφ, και το τελικό αποτζλεςμα τθσ κατεργαςίασ.

39 Κροκίδωςθ - υςςωμάτωςθ Πρακτικι τθσ χθμικισ ιηθματοποίθςθσ Ακολουκεί τα τρία παρακάτω ςτάδια: α) Ταχεία ανάμιξθ Είναι αναγκαία για τθν διάδοςθ του ιηιματοσ διαμζςου του νεροφ ϊςτε να επζλκει θ αναγκαία επαφι. Ο χρόνοσ ανάμιξθσ είναι μικρόσ, κυμαίνεται από s. Ο αναμικτιρασ αποτελείται από μια δεξαμενι με αναδευτιρα. β) Κρόμβωςθ Θ αντίδραςθ τθσ χθμικισ ζνωςθσ με τθν αλκαλικότθτα του νεροφ είναι πρακτικά ςτιγμιαία. γ) Συςςωμάτωςθ

40 Κροκίδωςθ - υςςωμάτωςθ Πρακτικι τθσ ςυςςωμάτωςθσ Το αρχικά ςχθματιςμζνο ίηθμα είναι με μοριακζσ διαςτάςεισ. Στθν ςυνζχεια τα ςωματίδια αυξάνουν ςε διαςτάςεισ με τθν κίνθςθ Brown και μετατρζπονται ςε κρυςτάλλουσ. Θ λειτουργία αυτι ςυμπλθρϊνεται γριγορα (ςε μερικά δευτερόλεπτα). Θ ταχφτθτα ςυςςωμάτωςθσ οφείλεται ςτθν κίνθςθ ενόσ ςθμείου του υγροφ και είναι απευκείασ ανάλογθ προσ τθν περιεκτικότθτα και τθν ταχφτθτα των ςυςςωματοφμενων υλικϊν ςτο ςυγκεκριμζνο ςθμείο. Θ ταχφτθτα ςυςςωμάτωςθσ προςδιορίηεται από τον αρικμό των επαφϊν μεταξφ των ςωματιδίων ςτθν μονάδα του χρόνου. Περικινθτικι ςυςςωμάτωςθ ζχουμε όταν οι ςυγκροφςεισ προκαλοφνται από τθν κίνθςθ Brown Είναι ςθμαντικι ςτα ςωματίδια που είναι μικρότερα από 1 μm Ο ρόλοσ τθσ μθδενίηεται όταν θ βαρφτθτα του ςωματιδίου κακορίηει τθν κίνθςθ του.

41 Κροκίδωςθ - υςςωμάτωςθ Πρακτικι τθσ ςυςςωμάτωςθσ Ορκοκινθτικι ςυςςωμάτωςθ ζχουμε όταν οι ςυγκροφςεισ προκαλοφνται από τθν διαφορικι κίνθςθ των ςτερϊν. 1. Αυτι μπορεί να οφείλεται ςτθν βαρφτθτα (διαφορικι κακίηθςθ) ι 2. Στθ διαφορικι κίνθςθ τμθμάτων του υγροφ. Χαρακτθρθςτικό μζγεκοσ που περιγράφει τθν διαφορικι κίνθςθ είναι θ μζςθ τιμι τθσ βακμίδασ ταχφτθτασ G=dv/dy dv = διαφορά των ταχυτήτων μεταξφ δφο διαφορετικών ςωματιδίων, dy = η μεταξφ τουσ απόςταςη Το G είναι μία ςθμαντικι παράμετροσ για το ςχεδιαςμό ςυςτθμάτων ανάδευςθσ και ςχετίηεται με τθν ιςχφ που είναι απαραίτθτθ για τθν ανάδευςθ ανά μονάδα όγκου υγροφ κακϊσ και με το δυναμικό ιξϊδεσ του υγροφ.

42 Κροκίδωςθ - υςςωμάτωςθ Πρακτικι τθσ ορκοκινθτικισ ςυςςωμάτωςθσ Θ G ςτισ δεξαμενζσ ςυςςωμάτωςθ μπορεί να υπολογιςκεί από τθν καταναλιςκόμενθ ιςχφ. G = P V Ππου G = θ κλίςθ τθσ ταχφτθτασ, που είναι μζτρο διαςκορπιςμοφ ιςχφοσ ςτθ δεξαμενι ανάδευςθσ, (s -1 ) P = θ ιςχφσ που μεταφζρεται και καταναλϊνεται ςτθν δεξαμενι ανάδευςθσ, (watt = N.m/s) V = ο όγκοσ τθσ δεξαμενισ ανάδευςθσ (m 3 ) μ = το δυναμικό ιξϊδεσ του νεροφ (N.s/m 2 )

43 Κροκίδωςθ - υςςωμάτωςθ Πρακτικι τθσ ορκοκινθτικισ ςυςςωμάτωςθσ Πταν θ ανάδευςθ είναι υδραυλικι θ εξίςωςθ που χρθςιμοποιείται για τον υπολογιςμό τθσ διαςκορπιςμζνθσ ιςχφοσ είναι P = π.g.q.h L ( kg m 3 m s 2 m s 3 m kg. m. 2 s m s N. m s J s watt ) Ππου P θ διαςκορπιςμζνθ ιςχφσ (watt) ρ θ πυκνότθτα του νεροφ (Kg/m 3 ) Q θ παροχι του νεροφ (m 3 /s) h L οι υδραυλικζσ απϊλειεσ (m)

44 Κροκίδωςθ - υςςωμάτωςθ Πρακτικι τθσ ορκοκινθτικισ ςυςςωμάτωςθσ 1. Θ ταχφτθτα ςχθματιςμοφ των κρόμβων είναι ανάλογοσ προσ το μζγεκοσ τθσ G. 2. Πςο μεγαλφτερθ το G τόςο ταχφτερα γίνεται ο ςχθματιςμόσ αυτϊν. Δθλ. κα ιταν οικονομικό να αυξθκεί αυτι όςο το δυνατόν περιςςότερο. 3. Ραρόλα αυτά υπάρχει και ζνα όριο τθσ μζγιςτθσ ταχφτθτασ που εξαρτάται από τισ διαςτάςεισ των ςωματιδίων. 4. Το ιξϊδεσ ενόσ υγροφ είναι ο ςτακερόσ ςυντελεςτισ μεταξφ τθσ μοναδιαίασ διατμιτικισ δφναμθσ τ και τθσ ταχφτθτασ G. 5. Πςο μεγαλφτερθ είναι θ ταχφτθτα τόςο μεγαλφτερθ είναι θ διατμιτικι δφναμθσ ςτο υγρό.

45 Κροκίδωςθ - υςςωμάτωςθ

46 Κροκίδωςθ - υςςωμάτωςθ Α) Επεξεργαςία επιφανειακοφ νεροφ ποταμοφ (Δοφναβθ) Α) Γραμμι προεπεξεργαςίασ (ξεχωριςτζσ δεξαμενζσ) και Β) κφρια μονάδα κροκίδωςθσ ςυςςωμάτωςθσ (ςε μία δεξαμενι). Β)

47 Κροκίδωςθ - υςςωμάτωςθ Ραράμετροι λειτουργίασ κατά τον διαχωριςμό των νιφάδων μετά τθν κροκίδωςθ Διαχωριςμόσ νιφάδων Κακίηθςθ Διικθςθ Επίπλευςθ Επικυμθτζσ ιδιότθτεσ νιφάδων Συμπαγείσ νιφάδεσ με μεγάλθ πυκνότθτα Μεγάλθ μεςαία διάμετροσ νιφάδων Συμπαγείσ νιφάδεσ Μικρότερθ μεςαία διάμετροσ Μικρι διαςπορά μεγζκουσ των νιφάδων Νιφάδεσ μικρισ πυκνότθτασ Μεγάλθ διαςπορά μεγζκουσ νιφάδων Λειτουργικζσ παράμετροι G=50 μζχρι 100 1/s Σε αντιδραςτιρεσ με πολλά τμιματα, ςταδιακι ενεργειακι είςοδοσ με G=10 μζχρι 30 1/s. Στο τελευταίο ςτάδιο l=30 min G.t = μζχρι Ρλεονζκτθμα με βοθκθτικά κροκίδωςθσ G= /s t=2-15 min G.t= Ρλεονεκτιματα με βοθκθτικά κροκίδωςθσ ιδίωσ για οργανικζσ προςμίξεισ G= /s Ρλεονεκτιματα ςε πολλαπλϊν ςταδίων αντιδραςτιρα. Δεν είναι αναγκαία θ ςταδιακι ενεργειακι είςοδοσ t=15-30 min G.t= Ρλεονεκτιματα με βοθκθτικά κροκίδωςθσ. Δοςομζτρθςθ πάνω από το ιςοθλεκτρικό ςθμείο.

48 Διικθςθ Είναι μια φυςικι διεργαςία Χρθςιμοποιείται για τθν απομάκρυνςθ αιωροφμενων ςτερεϊν από ρευςτά Στθν επεξεργαςία του πόςιμου νεροφ εφαρμόηεται ανεξάρτθτα ι ςυμπλθρϊνει τισ διεργαςίεσ κροκίδωςθ-ςυςςωμάτωςθ-διικθςθ Καλείται να απομακρφνει τα μικρότερα ςωματίδια Χρθςιμοποιείται ζνα πορϊδεσ ςτρϊμα ωσ διθκθτικό υλικό (φίλτρο) Θ ταξινόμθςθ των φίλτρων μπορεί να γίνει: 1) ςφμφωνα με τθν ταχφτθτα διικθςθσ ςε αργά (χαμθλισ ροισ) και ταχζα (υψθλισ ροισ). 2) ςφμφωνα με τθν πίεςθ ςε ανοικτά (βαρφτθτα) και κλειςτά (πίεςθ) 3) ςφμφωνα με τθν δομι ςε ενόσ και πολλαπλϊν ςτρωμάτων

49 Διικθςθ Διακρίνουμε τθν διικθςθ ςτρϊματοσ (μζςω του διθκθτικοφ υλικοφ) και τθν διικθςθ πλακοφντα (πάνω ςτθν επιφάνεια) Στθν επεξεργαςία του ΡΝ εφαρμόηουμε τθν διικθςθ ςτρϊματοσ ι χϊρου που διακρίνεται 1. Κλαςικι επεξεργαςία (κροκίδωςθ-ςυςςωμάτωςθ-κακίηθςθ-διικθςθ) 2. Απ ευκείασ διικθςθ (με ι χωρίσ δεξαμενι κροκίδωςθσ/ανάμιξθσ) Εφαρμόηεται ςε Μικρζσ κολότθτεσ Χωρίσ μεγάλεσ διακυμάνςεισ ςτθν ποιότθτα

50 Διικθςθ Χαρακτθριςτικά ςωματιδίων που απομακρφνονται με τθν διικθςθ Είδος Εύρος μεγέθοσς μm Πσκνόηηηα g/ml Ιζτύς θρόμβοσ Θρόμβοι βακηηρίων 0, ,02 Μέζη Άλγη ,05 Μέζη Fe(OH) 3 0, ,01 Χαμηλή Al(OH) 3 Fe 2 O 3 0,1 50 5,2 Χαμηλή CaCO 3 0,1-50 2,4 Χαμηλή

51 Διικθςθ Θ διικθςθ γίνεται με ταχφτθτεσ από 5 25 m/h Συνικωσ κακοδικι ροι Τα ςτερεά απομακρφνονται από το νερό διότι ςυγκρατοφνται και ςυςςωρεφονται ςτα διάκενα των κόκκων και ςτο επάνω μζροσ του ΔΥ Θ απόδοςθ του φίλτρου μεταβάλλεται κατά τθν λειτουργία, διότι οι αποκζςεισ αλλάηουν τθν γεωμετρία των πόρων

52 Διικθςθ Κατά τθν διικθςθ χϊρου αρκετοί μθχανιςμοί ςυνειςφζρουν ςτθν απομάκρυνςθ όπωσ: Κακίηθςθ (sedimentation), Διάχυςθ (diffusion), Ανάςχεςθ (interception), Υδροδυναμικζσ δυνάμεισ (hydrodynamic forces)

53 Διικθςθ υψθλισ ροισ Κατά τθν διικθςθ επιφανειακϊν νερϊν όπωσ και μετά από τθν χθμικι κροκίδωςθ εφαρμόηονται ανοικτά (Α) ι κλειςτά φίλτρα (Β) υψθλισ ροισ με πολλαπλζσ διαφορετικζσ ςτρϊςεισ υλικϊν Ζτςι επιτυγχάνουν 1. μια καλφτερθ εκμετάλλευςθ του χϊρου 2. μακρφτερο διάςτθμα λειτουργίασ 3. και αντίςτοιχα υψθλότερθ ταχφτθτα. (Α) (Β)

54 Διικθςθ υψθλισ ροισ Φίλτρα υπό πίεςθ ζχουν το πλεονζκτθμα απζναντι ςτα ανοικτά, ότι 1. δεν ζχουν καμία ανοιχτι επιφάνεια νεροφ 2. μεγάλο πάχοσ ςτρϊματοσ, 3. υψθλότερεσ ταχφτθτεσ 4. μακρφτερουσ χρόνουσ λειτουργίασ Ελάττωμα τουσ είναι 1. ελλιπισ οπτικόσ ζλεγχοσ 2. μικρότερθ επιφάνεια διφλιςθσ

55 Διικθςθ υψθλισ ροισ Ανοικτά φίλτρα υψθλισ ροισ

56 Διικθςθ τοιχεία φίλτρου Σο πλαίςιο του φίλτρου Σε ανοικτζσ μονάδεσ με τετραγωνικι επιφάνεια (μζχρι 3 μζτρα πλάτοσ και 20 μζτρα μάκροσ) από οπλιςμζνο ςκυρόδεμα, ςε κλειςτά διυλιςτιρια πίεςθσ με τισ περιςςότερεσ φορζσ κυκλικι βάςθ (μζχρι 5 μζτρα διάμετρο) από ςτεγανό χαλφβδινο κφλινδρο με δυνατότθτα ειςόδου. Ο πυκμζνασ ςυνικωσ από οπλιςμζνο ςκυρόδεμα ι μεταλλικι επιφάνεια με 64 μζχρι 90 διαχυτζσ / τετραγωνικό μζτρο. Κάτω από τον πυκμζνα διφλιςθσ βρίςκεται ο χϊροσ διφλιςθσ. Οι διαχυτζσ πρζπει να αερίηονται αυτόματα ι να υπάρχει ειδικι γραμμι εξαεριςμοφ και οι οπζσ των διαχυτϊν να είναι mm ϊςτε να κρατοφν και τθν λεπτότερθ άμμο.

57 Διικθςθ τοιχεία φίλτρου Ρυκμζνασ με δίκτυο ςωλθνϊςεων ςτράγγιςθσ και κλίνθ χαλικιϊν

58 Διικθςθ τοιχεία φίλτρου Ρυκμζνασ με δίκτυο ςωλθνϊςεων ςτράγγιςθσ και κλίνθ χαλικιϊν

59 Διικθςθ τοιχεία φίλτρου Ρυκμζνασ με διάτρθτεσ κεφαλζσ ςτράγγιςθσ λεπτομζρεια κεφαλισ

60 Διικθςθ τοιχεία φίλτρου Τλικά διικθςθσ Θ επιλογι τουσ εξαρτάται από τθν ποιότθτα των υλικϊν που περιζχονται ςτο νερό και κζλουμε να απομακρφνουμε. Συνικωσ είναι πυριτικι άμμοσ και χαλίκι (υλικά φκθνά και με άριςτεσ μθχανικζσ αντιςτάςεισ). Σε φίλτρα ενόσ ςτρϊματοσ χρθςιμοποιείται αποκλειςτικά άμμοσ, Σε φίλτρα πολλαπλϊν ςτρωμάτων τοποκετείται άμμοσ ςτο κάτω μζροσ ςαν λεπτόκοκκο ςτρϊμα πάνω ςτο οποίο τοποκετοφνται πολλαπλά ςτρϊματα από ειδικά ελαφρότερο υλικό όπωσ ανκρακίτθσ, χαλαηίασ κλπ.

61 Διικθςθ τοιχεία φίλτρου Τλικά διικθςθσ Θ ελαφρόπετρα (Basalt) ζχει μεγαλφτερο κόςτοσ αλλά και αποφζρει πολφ καλφτερα αποτελζςματα εξαιτίασ τθσ επιφανειακισ τθσ δομισ. Για τθν απομάκρυνςθ οργανικϊν ιχνοςτοιχείων π.χ. CKW, χρθςιμοποιείται ενεργόσ άνκρακασ ωσ υλικό διφλιςθσ. Αλκαλικά υλικά διφλιςθσ π.χ. δολομίτθσ, ορυκτό άςβεςτοσ αντιδροφν χθμικά με τθν περίςςεια το ανκρακικοφ οξζοσ και αποξινίηουν το νερό. Θ ουςιαςτικι δράςθ διικθςθσ είναι εδϊ δευτερεφουςασ ςθμαςίασ και ςε ςχζςθ με τον ςίδθρο μαγγάνιο και υλικά κολερότθτασ πολφ περιοριςμζνθ.

62 Διικθςθ τοιχεία φίλτρου Τλικά διικθςθσ Συχνά ανάμεςα ςτο υλικό διικθςθσ και τον πυκμζνα τοποκετείται ζνα ςτρϊμα μζχρι 40% παχφ από πολφ χονδρόκοκκο χαλίκι για να ςυγκρατεί το λεπτό υλικό διικθςθσ και να διαμορφϊνει μια καλφτερθ διαςπορά κατά τθν αντίςτροφθ πλφςθ. Στθν πράξθ όμωσ δεν παραμζνει ςτακερι θ κζςθ αυτοφ του ςτρϊματοσ. Ράνω από το υλικό διικθςθσ πρζπει να υπάρχει αρκετόσ ελεφκεροσ χϊροσ μζχρι τον αφλακα πλφςθσ, ϊςτε να εξαςφαλιςτεί θ απόπλυςθ του υλικοφ μαηί με τθν λάςπθ.

63 Διικθςθ τοιχεία φίλτρου Τλικά διικθςθσ - Διαβακμιςμζνθ κλίνθ χαλικιϊν

64 Διικθςθ τοιχεία φίλτρου Τλικά διικθςθσ Πλα τα υλικά διικθςθσ πρζπει να χρθςιμοποιοφνται βάςθ προδιαγραφϊν 1. παρόμοιεσ τάξεισ κόκκων 2. ανομοιομορφία d 60 : d 10 < 1,5 (ο ζλεγχοσ πρζπει να γίνει με το κόςκινο), ςε άλλθ περίπτωςθ κα μειωκεί θ δυνατότθτα αφομοίωςθ ςτερεϊν, με αρνθτικι ταξινόμθςθ κα ςχθματιςκεί μια επιφανειακι διφλιςθ και κα μειωκεί δραςτικά ο χρόνοσ εργαςίασ του.

65 Διικθςθ τοιχεία φίλτρου Τλικά διικθςθσ Χαρακτθριςτικά των ςυνθκζςτερα χρθςιμοποιοφμενων υλικϊν διικθςθσ Τλικό Χαλαηιακι άμμοσ Ανκρακίτθσ Κοκκϊδθσ ενεργ. άνκρακασ Γρανίτθσ Πυκνότθτα κόκκου g/cm 3 2,65 1,4-1,7 1,3-1,5 3,6-4,2 Πορϊδεσ κλίνθσ E 0 0,42-0,47 0,56-0,60 0,48-0,52 0,45-0,55 φαιρικότθτα ψ 0,7-0,8 0,46-0,6 0,72-0,78 0,58-0,62

66 Διικθςθ τοιχεία φίλτρου Τλικά διικθςθσ - Φυςικά χαρακτθριςτικά Οι φυςικζσ ιδιότθτεσ των διθκθτικϊν μζςων επθρεάηουν άμεςα τθν απόδοςθ τθσ διικθςθσ και είναι οι ακόλουκεσ: Το μζγεκοσ των κόκκων του διθκθτικοφ μζςου Ζχει ςθμαντικι επίδραςθ ςτθν απόδοςθ τθσ διικθςθσ, Κακϊσ επίςθσ και ςτισ απαιτιςεισ για τθν αντίςτροφθ πλφςθ του. Χαρακτθρίηεται από 1. το πραγματικό μζγεκοσ (d 10 ) 2. το ςυντελεςτι ομοιομορφίασ (d 60 /d 10, κυμαίνεται μεταξφ 1,2 και 1,6 με μζγιςτθ τιμι το 1,8)

67 Διικθςθ τοιχεία φίλτρου Τλικά διικθςθσ - Φυςικά χαρακτθριςτικά Το ςχιμα των κόκκων χαρακτθρίηεται από τθ ςφαιρικότθτα ψ, είναι ίςθ με το λόγο τθσ επιφάνειασ μιασ ςφαίρασ ιςοδφναμου όγκου προσ τθν πραγματικι επιφάνεια του κόκκου. Το ςχιμα των κόκκων επθρεάηει τθν πτϊςθ τθσ πίεςθσ κατά τθν διικθςθ. Οι μθ ςφαιρικοί κόκκοι δθμιουργοφν μικρότερθ πτϊςθ πίεςθσ από τουσ ςφαιρικοφσ, διότι δθμιουργοφν μεγαλφτερεσ διόδουσ για το νερό χιμα φαιρικότθτα ψ υντελεςτισ ςχιμα Συπικό πορϊδεσ φαιρικό 1,00 6,0 0,38 Κυλινδρικό 0,98 6,1 0,38 Φκαρμζνο 0,94 6,4 0,39 Αιχμθρό 0,81 7,4 0,40 Γωνιϊδεσ 0,78 7,7 0,43 Κονιοποιθμζνο 0,71 8,5 0,48

68 Διικθςθ τοιχεία φίλτρου Τλικά διικθςθσ - Φυςικά χαρακτθριςτικά Η πυκνότθτα κόκκων επθρεάηει τθν απαιτοφμενθ ταχφτθτα ροισ για αντίςτροφθ πλφςθ τθσ κλίνθσ, (κόκκοι με μεγαλφτερθ πυκνότθτα (και μζγεκοσ) απαιτοφν μεγαλφτερθ ταχφτθτα ροισ, ϊςτε να επιτευχκεί θ ρευςτοποίθςθ τθσ κλίνθσ Θ φαινομενικι πυκνότθτα είναι ζνα μζτρο του όγκου που καταλαμβάνει μια δεδομζνθ μάηα διθκθτικοφ υλικοφ ςτο νερό ι ςτον αζρα.

69 Διικθςθ τοιχεία φίλτρου Τλικά διικθςθσ - Φυςικά χαρακτθριςτικά Το πορϊδεσ Λςοφται με το λόγο του όγκου του κενοφ χϊρου τθσ κλίνθσ προσ τον ολικό όγκο τθσ. Εξαρτάται από τθ ςφαιρικότθτα και το μζγεκοσ των ςωματιδίων. Επθρεάηει τθν πτϊςθ τθσ πίεςθσ κατά τθ λειτουργία, το βακμό ςυγκράτθςθσ και τθν ποςότθτα των αιωροφμενων ςτερεϊν, κακϊσ και τθν ταχφτθτα ροισ τθσ αντίςτροφθσ πλφςθσ

70 Διικθςθ τοιχεία φίλτρου Τλικά διικθςθσ - Φυςικά χαρακτθριςτικά Χαρακτθριςτικά κλινϊν άμμου για διάφορεσ εφαρμογζσ ταχείασ διικθςθσ. Άμμοσ για διικθςθ μετά από κρόμβωςθ και κακίηθςθ Άμμοσ για διικθςθ Fe και Μn Άμμοσ χονδρι, που απαιτεί ταυτόχρονθ χριςθ νεροφ και αζρα κατά τθν πλφςθ, για διικθςθ: Μετά από κρόμβωςθ και κακίηθςθ Απευκείασ Απομάκρυνςθσ Fe και Μθ Μζγεκοσ mm 0,45-0,55 < 0,8 0,9-1,0 1,4-1,6 1-2 Βάκοσ m 0,6-0,7 0,6-0,9 0,9-1, ,5-3

71 Διικθςθ Χαρακτθριςμόσ και λειτουργία Ο χαρακτθριςμόσ των εγκαταςτάςεων διικθςθσ απαιτεί τθν εφρεςθ των ακόλουκων παραμζτρων: 1. επιτρεπτι ταχφτθτα διικθςθσ 2. αναγκαία επιφάνεια διικθςθσ, αρικμόσ των φίλτρων 3. Είδοσ του υλικοφ διικθςθσ, ςκόπιμο μζγεκοσ κόκκων και τάξεισ κόκκων 4. Φψοσ ςτρϊματοσ ποςότθτα 5. Επιτρεπτόσ χρόνοσ διικθςθσ (εξαρτϊμενοσ από τθν αντίςταςθ τθσ διικθςθσ)

72 Διικθςθ Χαρακτθριςμόσ και λειτουργία Επιπλζον πρζπει να μελετθκοφν 6. το είδοσ και ο κφκλοσ τθσ αντίςτροφθσ πλφςθσ, 7. θ ποςότθτα του νεροφ πλφςθσ, 8. θ απόδοςθ τθσ αντλίασ αεριςμοφ και νεροφ πλφςθσ 9. οι καταςκευαςτικζσ δεςμεφςεισ για το φψοσ του νεροφ υπερχείλιςθσ και του ελεφκερου χϊρου. Μερικζσ παράμετροι μποροφν να αλλαχκοφν και αργότερα και να βελτιωκοφν π.χ. ο χρόνοσ και θ διάρκεια τθσ αντίςτροφθσ πλφςθσ, άλλεσ είναι αποκλειςτικά ςτακερζσ ι αλλάηουν με τεράςτιο κόςτοσ και εργαςία. Ρ.χ. το μζγεκοσ του κόκκου του υλικοφ διικθςθσ

73 Διικθςθ Τδραυλικι του φίλτρου Πτϊςθ πίεςθσ ι απϊλεια φψουσ Ραρατθρείται από τα επίπεδα νεροφ ςε μανομετρικοφσ ςωλινεσ ι αιςκθτιρεσ πίεςθσ ςε διάφορα βάκθ του φίλτρου

74 Διικθςθ Τδραυλικι του φίλτρου Πτϊςθ πίεςθσ ι απϊλεια φψουσ Πταν δεν υπάρχει ροι θ πτϊςθ πίεςθσ από ζνα ςθμείο ςε ζνα άλλο του ςτρϊματοσ είναι μθδζν Θ πίεςθ ςε κάκε βάκοσ του ςτρϊματοσ ιςοφται με τθ ςτιλθ του νεροφ πάνω από αυτό

75 Διικθςθ Τδραυλικι του φίλτρου Πτϊςθ πίεςθσ ι απϊλεια φψουσ Πταν υπάρχει ροι προκαλείται πτϊςθ πίεςθσ που οφείλεται ςτισ αντιςτάςεισ λόγω τριβισ κατά τθν διζλευςθ μζςα ςτο ςτρϊμα του κοκκϊδουσ υλικοφ και ςτθν ζξοδο του νεροφ από το ςφςτθμα αποςτράγγιςθσ

76 Διικθςθ Τδραυλικι του φίλτρου Πτϊςθ πίεςθσ ι απϊλεια φψουσ Θ πτϊςθ πίεςθσ εκφραηόμενθ ςε ςτιλθ νεροφ είναι ίςθ με τθν κάκετθ απόςταςθ μεταξφ τθσ ςτάκμθσ του νεροφ πάνω από το φίλτρο και τθσ ςτάκμθσ του νεροφ ςτουσ μανομετρικοφσ ςωλινεσ Πταν το φίλτρο είναι κακαρό θ καμπφλθ τθσ πτϊςθσ πίεςθσ με το βάκοσ είναι ευκεία (προχπόκεςθ ομοιομορφίασ κόκκων) Πταν γίνονται αποκζςεισ θ καμπφλθ γίνεται εκκετικι ςυνάρτθςθ Εξαρτάται από το ςθμείο του υπερχειλιςτι του διθκθμζνου νεροφ

77 Διικθςθ Τδραυλικι του φίλτρου Γραφικι παράςταςθ τθσ αφξθςθσ τθσ αντίςταςθσ του υλικοφ διικθςθσ (πτϊςθ πίεςθσ) Πτϊςθ πίεςθσ ι απϊλεια φψουσ Υλικό διικθςθσ πολφ λεπτόκοκκο. Λαμβάνει χϊρα κακαρι διικθςθ επιφάνειασ. Υψθλι αφξθςθσ πτϊςθσ πίεςθσ. Μεγάλο φψοσ του ςτρϊματοσ παραμζνει ανεκμετάλλευτο. Γριγοροσ κορεςμόσ τθσ υδραυλικισ δυναμικότθτασ. Φραγμόσ του φίλτρου.

78 Διικθςθ Τδραυλικι του φίλτρου Γραφικι παράςταςθ τθσ αφξθςθσ τθσ αντίςταςθσ του υλικοφ διικθςθσ (πτϊςθ πίεςθσ) Πτϊςθ πίεςθσ ι απϊλεια φψουσ Β) Υλικό διικθςθσ πολφ χοντρόκοκκο. Κακι ποιότθτα απορροισ. Ελάχιςτθ αφξθςθ πίεςθσ. Υδραυλικι δυναμικότθτα παραμζνει ανεκμετάλλευτθ.

79 Διικθςθ Τδραυλικι του φίλτρου Γραφικι παράςταςθ τθσ αφξθςθσ τθσ αντίςταςθσ του υλικοφ διικθςθσ (πτϊςθ πίεςθσ) Πτϊςθ πίεςθσ ι απϊλεια φψουσ C) Βελτιςτοποιθμζνθ λειτουργία φίλτρου. Καλι εκμετάλλευςθ τθσ υδραυλικισ δυνατότθτασ και τθσ διακζςιμου φψουσ ςτρϊματοσ κλίνθσ.

80 Διικθςθ Αντίςτροφθ πλφςθ Θ διαδικαςία τθσ πλφςθσ είναι πολφ ςθμαντικι για τθν απόδοςθ τθσ μονάδασ. Οι ςυνκικεσ πλφςθσ κα πρζπει να διαςφαλίςουν τθν πλιρθ απομάκρυνςθ των ςυγκροτοφμενων ςτερεϊν και να αποκλείςουν τθν ςτρωματοποίθςθ τθσ κλίνθσ. Θ αντίςτροφθ πλφςθ λαμβάνει χϊρα όταν: 1. Θ πτϊςθ πίεςθσ κατά τθν λειτουργία ζχει φκάςει τθ διακζςιμθ πίεςθ ι ζνα προκακοριςμζνο όριο (2,5-3 μζτρα ςτιλθσ φδατοσ, ΜΣΥ) 2. Θ ποιότθτα του κατεργαςμζνου νεροφ ζχει υπερβεί το ανϊτερο επιτρεπτό όριο 3. Ζχει παρζλκει κάποιοσ προκακοριςμζνοσ χρόνοσ από τθν προθγοφμενθ πλφςθ, που δεν πρζπει να υπερβαίνει τισ 4 θμζρεσ Πταν ζχουμε άριςτεσ ςυνκικεσ λειτουργίασ τότε τα δφο πρϊτα ςθμεία λαμβάνουν χϊρα ταυτόχρονα.

81 Διικθςθ Αντίςτροφθ πλφςθ Σχθματικι παράςταςθ τθσ απόδοςθσ και τθσ πτϊςθσ πίεςθσ μιασ κλίνθσ κατά τθν διάρκεια του κφκλου διικθςθσ

82 Διικθςθ Αντίςτροφθ πλφςθ Για τθν αποτελεςματικι αντίςτροφθ πλφςθ απαιτείτε διόγκωςθ τθσ κλίνθσ ςε ποςοςτό 15% - 30 %. Ο βακμόσ διόγκωςθσ επθρεάηεται από διάφορεσ παραμζτρουσ, όπωσ είναι θ ταχφτθτα του νεροφ και θ φφςθ του διθκθτικοφ μζςου Σιμερα υπάρχουν ςυςτιματα αυτόματθσ παρακολοφκθςθσ τθσ ποιότθτασ του διθκθμζνου νεροφ και τθσ πτϊςθσ τθσ πίεςθσ ςτο φίλτρο, δφο παραμζτρων που είναι βαςικζσ για τθν λιξθ του κφκλου διικθςθσ. Ζνασ κφκλοσ διικθςθσ διαρκεί ϊρεσ ανάλογα με το είδοσ των αιωρουμζνων ςτερεϊν, τθν ςυγκζντρωςθ τουσ, τθν ταχφτθτα και το διθκθτικό υλικό που χρθςιμοποιείται.

83 Διικθςθ Αντίςτροφθ πλφςθ Θ ζκπλυςθ γίνεται κατά αντιρροι με κακαρό νερό, με υψθλζσ ταχφτθτεσ (προκαλείτε μερική ή πλήρησ ρευςτοποίηςη του ςτρώματοσ του διηθητικοφ υλικοφ και να είναι πιο εφκολη η αποκόλληςη των αποθζςεων) Οι αποκζςεισ απομακρφνονται με το νερό ζκπλυςθσ, που μπορεί να αντιςτοιχεί ςτο 2-6% τθσ παραγωγισ των φίλτρων. Υποβοικθςθ τθσ αποκόλλθςθσ από τουσ κόκκουσ πολλζσ φορζσ με αζρα πριν τθ διοχζτευςθ του νεροφ πλφςθσ. Διάρκεια τθσ ζκπλυςθσ: 5-10 λεπτϊν, μζχρι δθλαδι το νερό τθσ ζκπλυςθσ να αποκτιςει μια κολότθτα τθσ τάξθσ των 10 ΝTU.

84 Διικθςθ Αντίςτροφθ πλφςθ Στα φίλτρα με ζνα ςτρϊμα δ. υλικοφ θ κοινι πλφςθ Αζρα - νεροφ αποφζρει τα καλφτερα αποτελζςματα. Συνικωσ με τθν ακόλουκθ ςειρά: 1. Ξεςικωμα του ςτρϊματοσ φίλτρου: περίπου 2 λεπτά αζρα με m 3 /m 2.h 2. Ξεκόλλθμα των ακάκαρτων υλικϊν: περίπου 5 λεπτά αζρα και νερό (αζρα περίπου 60 m 3 /m 2.h, νερό περίπου 10 m 3 /m 2.h) 3. Ξζπλυμα των ακάκαρτων υλικϊν και τζλοσ αζρα: μζχρι 5 λεπτά νερό με ελάχιςτο m 3 /m 2.h. Σε χονδρότερο και βαρφτερο υλικό διικθςθσ μποροφν οι ταχφτθτεσ πλφςθσ να είναι και μεγαλφτερεσ, ςε πολφ ελαφρφ υλικό αλά και ςε ενεργό άνκρακα δεν εφαρμόηεται θ ταυτόχρονθ πλφςθ νεροφ / αζρα.

85

86 Οξείδωςθ Θ οξείδωςθ είναι απαραίτθτθ πρϊτα απ όλα ςε υπόγεια αναγωγικά νερά που αντλοφνται από μεγάλο βάκοσ Επιφανειακά νερά φζρουν μαηί τουσ ςυχνά ουςίεσ που κα ζπρεπε να οξειδωκοφν. Θ αναγκαιότθτα τθσ οξείδωςθσ του νεροφ αποδεικνφεται με τθν μζτρθςθ του διαλυμζνου οξυγόνου (DO) ι του οξειδοαναγωγικοφ δυναμικοφ (Redox) DO μικρότερο από 3 mg/l ι ΟΑΔ κάτω από +200mV μασ υποδεικνφει τθν οξυγόνωςθ του νεροφ Τιμζσ κάτω από 1 mg/l και +100 mv αντίςτοιχα τθν κακιςτοφν αναγκαία.

87 Οξείδωςθ Θ απλοφςτερθ μζκοδοσ οξείδωςθσ είναι θ διάλυςθ ατμοςφαιρικοφ οξυγόνου με τθν μζκοδο τθσ ανταλλαγισ αερίων. Ωσ απόρροια τθσ χαμθλισ ειδικισ πίεςθσ του οξυγόνου μποροφμε να εμπλουτίςουμε νερά με οξυγόνο ςε ανοικτζσ εγκαταςτάςεισ και με περιοριςμζνο χρόνο επαφισ μζχρι και 6 mg/l (ςε κλειςτζσ εγκαταςτάςεισ με ςυνκετικζσ πλάκεσ μζχρι και 10 mg/l). Το ΟΑΔ ανεβαίνει κάτω από αυτζσ τισ ςυνκικεσ ςτο ελάχιςτο μζχρι +200 mv.

88 Οξείδωςθ Αεπιζμόρ με πολλαπλέρ ςδαηοπηώζειρ

89 Οξείδωςθ Θ μζκοδοσ αυτι μπορεί να οξειδϊςει πολφ καλά και 1) διςκενι ςίδθρο 2) Μαγγάνιο ςε δυςδιάλυτα μεγαλφτερου ςκζνουσ υδροξείδια και να απομακρυνκοφν ακολοφκωσ με κακίηθςθ και διικθςθ. 3) Για τθν οξείδωςθ υψθλϊν ςυγκεντρϊςεων αμμωνίασ ςε νιτρικά απαιτείται θ τριπλάςια ποςότθτα ςε οξυγόνο Αυτό επιτυγχάνεται με τθν ςυνεχι τροφοδοςία οξυγόνου, με πολλαπλό αεριςμό ι ςτεγνι διικθςθ ι ακόμα και με τεχνικό οξυγόνο από το οποίο μποροφν γριγορα να διαλυκοφν mg/l

90 Οξείδωςθ Για τθν οξείδωςθ οργανικϊν ιχνοςτοιχείων εφαρμόηονται ιςχυρότερα οξειδωτικά μζςα, π.χ. 1) Πηον 2) υπεροξειδίου του υδρογόνου 3) υπεριϊδουσ ακτινοβολίασ (UV) 4) Λδιαίτερα μεγάλθ οξειδωτικι δράςθ αναφζρεται ςτον ςυνδυαςμό όηοντοσ (Ο 3 ), υπεροξειδίου του υδρογόνου (Θ 2 Ο 2 ) και τθσ υπεριϊδουσ ακτινοβολίασ (UV). (οφείλεται ςτθν δθμιουργία ελεφκερων ριηϊν υδροξυλίου (ΟΘ. )

91 Οξείδωςθ Ο ςυνδυαςμόσ Θ 2 Ο 2 /Ο 3 ςε αναλογία 0,3 0,6 διαςπά τα τρι- και τετραχλωροεκζνια τθν ατραηίνθ και τθν ςιμαηίνθ, το μονοχλωριωμζνο οξικό οξφ και τισ ενϊςεισ που προκαλοφν οςμζσ Ο ςυνδυαςμόσ Θ 2 Ο 2 / UV επιφζρει επίςθσ μια ικανοποιθτικι οξείδωςθ χουμικϊν ενϊςεων (μείωςθ του φυςικοφ DOC). Για μεγάλεσ μονάδεσ επεξεργαςίασ νεροφ είναι κατάλλθλοσ ο ςυνδυαςμόσ Θ 2 Ο 2 /Ο 3 και για μικρζσ μονάδεσ ο ςυνδυαςμόσ Θ 2 Ο 2 / UV ι Ο 3 /UV Θ πρόςκεςθ χλωρίου (Cl 2 ) για τθν οξείδωςθ οργανικϊν ενϊςεων οδθγεί ςτθν δθμιουργία χλωριωμζνων οργανικϊν ενϊςεων και το διοξείδιο του χλωρίου (ClO 2 ) οδθγεί πίςω ςτθν επαναδθμιουργία του τοξικοφ χλωριϊδουσ ιόντοσ (ClO 2- )

92 Οξείδωςθ Μζκοδοι οξείδωςθσ και τα πεδία εφαρμογισ τουσ Προζλευςθ του νεροφ Χαρακτθριςτικά που κα πρζπει να καλυτερζψουν g/m 3 mv Μζκοδοι επιλογισ Ποςότθτα g/m 3 Υπόγειο νερό Συγκζντρωςθ οξυγόνου < 3 Αεριςμόσ 10 Οξειδοαναγωγικό < +200 Αεριςμόσ 10 δυναμικό Συγκζντρωςθ οξυγόνου < 1 Αεριςμόσ ι ειςαγ. οξυγόνου και διικθςθ Οξειδοαναγωγικό δυναμικό Λόντα ςιδιρου > 0,005 > 0,5 < +100 Χλωρίωςθ Διοξείδιο του χλωρίου Οηόνωσθ Αεριςμόσ Αεριςμόσ + διικθςθ Αμμωνία και νιτρικά > 0,5 Οξυγόνο Ρολλαπλόσ αεριςμόσ Ξθρι διικθςθ Λόντα μαγγανίου (μαηί με ιόντα ςίδθρο) > 0,02 (> 0,05) ΚMnO 4 και διικθςθ 0,2 0,1 1, ,0

93 Οξείδωςθ Μζκοδοι οξείδωςθσ και τα πεδία εφαρμογισ τουσ Προζλευςθ του νεροφ Χαρακτθριςτικά που κα πρζπει να καλυτερζψουν g/m 3 mv Μζκοδοι επιλογισ Ποςότθτα g/m 3 Επιφανειακό νερό Συγκζντρωςθ οξυγόνου < 3 Eιςαγωγι οξυγόνου 10 Οξειδοαναγωγικό δυναμικό < +200 Χλωρίωςθ Διοξείδιο του χλωρίου Οηόνωςθ Οργανικά ιχνοςτοιχεία > 10-2 Διοξείδιο του χλωρίου Οηόνωςθ Οξειδωςιμότθτα > 5 Οηόνωςθ και διικθςθ 0,5 0,2 3,0 0,2 1,0

94 Ιοντοεναλλαγι Απομάκρυνςθ ανεπικφμθτων κατιόντων και ανιόντων από το νερό Συνκετικά υλικά (ρθτίνεσ) χρθςιμοποιοφνται ωσ μζςο ιοντοεναλλαγισ ι προςρόφθςθσ Θ ρθτίνθ ζχει προκορεςκεί με ιόντα τα οποία επιλεκτικά εναλλάςςει με ιόντα του νεροφ Θ λειτουργία των ρθτινϊν είναι διακοπτόμενθ Θ ρθτίνθ μετά τον κορεςμό τθσ με το ανεπικφμθτο ιόν ι ιόντα αναγεννάτε Βρίςκει εφαρμογι κυρίωσ ςτθν αποςκλιρυνςθ του νεροφ για βιομθχανικι χριςθ (τροφοδοςία νεροφ λζβθτα για τθν παραγωγι ατμοφ) Τα ιόντα βαρίου και ραδίου είναι επίςθσ εφκολα ανταλλάξιμα και απομακρφνονται πάντα κατά τθν αποςκλιρυνςθ του νεροφ θτίνεσ ανιόντων εφαρμόηονται για τθν απομάκρυνςθ νιτρικϊν, αρςενικϊν και χρωμικϊν ανιόντων

95 Ιοντοεναλλαγι-ιςορροπία Οι ρθτίνεσ δεν προςροφοφν όλα τα ιόντα ιςοδφναμα Θ διαφοροποίθςθ εκφράηεται από 1) Συντελεςτι διαχωριςμοφ, a ij 2) Συντελεςτι εκλεκτικότθτασ, Κ ij (για δυαδικά ςυςτιματα) Θ χρονικι διάρκεια του κφκλου εναλλαγισ κακορίηεται από τθν εκλεκτικότθτα τθσ προςρόφθςθσ ενόσ ιόντοσ

96 Ιοντοεναλλαγι-ιςορροπία Σε μια απλι ανταλλαγι ιόντων μεταξφ χλωριόντων και νιτρικϊν Cl - + NO 3 - NO 3- + Cl - ςυντελεςτισ εκλεκτικότθτασ K N/Cl περιγραφεί τθν ιςορροπία K N/Cl = [NO 3- ][Cl - ]/ [Cl - ][NO 3- ] = q N *C Cl /q Cl *C N q N = θ ςυγκζντρωςθ των νιτρικϊν ςτθ φάςθ τθσ ρθτίνθσ, eq/l C N = θ ςυγκζντρωςθ των νιτρικϊν ςτθ υγρι φάςθ, eq/l q Cl = θ ςυγκζντρωςθ των χλωριόντων ςτθ φάςθ τθσ ρθτίνθσ, eq/l C Cl = θ ςυγκζντρωςθ των χλωριόντων ςτθ υγρι φάςθ, eq/l

97 Ιοντοεναλλαγι-ιςορροπία Σε μια απλι ανταλλαγι ιόντων μεταξφ χλωριόντων και νιτρικϊν Cl - + NO 3 - NO Cl - Ο ςυντελεςτισ δυαδικοφ διαχωριςμοφ a N/Cl μασ περιγραφεί τθν ιςορροπία ανταλλαγισ ςτισ ιοντοεναλλακτικζσ ρθτίνεσ: a=κατανομι του ιόντοσ i μεταξφ των φάςεων / κατανομι του ιόντοσ j μεταξφ των φάςεων Με y = ςτερεά φάςθ τθσ ρθτίνθσ x = υγρι φάςθ του διαλφματοσ

98 Ιοντοεναλλαγι-ιςορροπία Για τθν περίπτωςθ των νιτρικϊν / χλωριόντων ζχουμε: a N/Cl = y N /x N /y Cl /x Cl = y N x Cl /x N y Cl = (q N /q)(c Cl /C) / (q Cl /q)(c N /C) = q N *C Cl /q Cl *C N y N = ιςοδφναμο κλάςμα των νιτρικϊν ςτθ ρθτίνθ, q N /q y Cl = ιςοδφναμο κλάςμα των χλωριόντων ςτθ ρθτίνθ, q Cl /q x N = ιςοδφναμο κλάςμα των νιτρικϊν ςτο νερό, C N /C x Cl = ιςοδφναμο κλάςμα των χλωριόντων ςτο νερό, C Cl /C q = ολικό δυναμικό εναλλαγισ ιόντων τθσ ρθτίνθσ, eq/l C = ολικι ιονικι ςυγκζντρωςθ του νεροφ, eq/l

99 Ιοντοεναλλαγι-ιςορροπία Για ζνα ςφςτθμα ομοιοςκενικισ ανταλλαγισ, ο ςυντελεςτισ διαχωριςμοφ και ο ςυντελεςτισ εκλεκτικότθτασ είναι ιςοδφναμοι: a N/Cl = K N/Cl = q N *C Cl /q Cl *C N Πταν ο ςυντελεςτισ διαχωριςμοφ a N/Cl > 1 τότε το ιον (τα νιτρικά) κα ςυγκεντρϊνεται ςτθν ςτερεά φάςθ τθσ ρθτίνθσ αντικακιςτϊντασ τα χλωριόντα για να ικανοποιθκεί θ ιςορροπία. Στθν περίπτωςθ όξινων ανκρακικϊν / χλωριόντων ο ςυντελεςτισ διαχωριςμοφ a HCO3/Cl < 1 και θ ανταλλαγι δεν ευνοείται

100 Ιοντοεναλλαγι-ιςορροπία Λςόκερμεσ για τθν ανταλλαγι νιτρικϊν / χλωριόντων και ανταλλαγι όξινων ανκρακικϊν / χλωριόντων

101 Ιοντοεναλλαγι-ιςορροπία Πταν πρόκειται να ανταλλαχκοφν ιόντα με διαφορετικά ςκζνθ ο ςυντελεςτισ διαχωριςμοφ δεν είναι ίςοσ με τον ςυντελεςτι εκλεκτικότθτασ Για παράδειγμα: 2Νa + + Ca 2+ Ca Νa + K Ca/Na = q Ca *C 2 Na/q 2 Na*C ca κ αι a Ca/Na = (q Ca /q)(c Na /C) / (q Na /q)(c Ca /C) = q Ca *C Na /q Na *C Ca επομζνωσ a Ca/Na = K Ca/Na [(q/c)(x Na /y Na )] Δθλαδι: ο ςυντελεςτισ διαχωριςμοφ (a Ca/Na ) ςτισ ανταλλαγζσ διςκενοφσ /μονοςκενοφσ εξαρτάται από τθν ςυγκζντρωςθ του διαλφματοσ C και από τθν αναλογία κατανομισ x Na /y Na. Πςο μεγαλϊνει θ ςυγκ. του διαλφματοσ, μικραίνει ο ςυντελεςτισ διαχωριςμοφ και εκλεκτικότθτα περιγράφει τθ ςειρά προτίμθςθσ των ιόντων ωσ προσ μία ρθτίνθ

102 προτίμθςθ προςρόφθςθσ Ιοντοεναλλαγι-ιςορροπία Κατιόν a i /Na + Ανιόν a i /Cl - Ra CrO Ba 2+ 5,8 SeO Pb 2+ 5 SO 4 2-9,1 Sr 2+ 4,8 HSO 4-4,1 Cu 2+ 2,6 NO 3-3,2 Ca 2+ 1,9 Br - 2,3 Zn 2+ 1,8 HAsO 4 2-1,5 Fe 2+ 1,7 SeO 3 2-1,3 Mg 2+ 1,67 HSO 3 3-1,2 K + 1,76 NO 2-1,1 Mn 2+ 1,6 Cl - 1 NH 4 + 1,3 HCO 3-0,27 Na + 1 CH 3 COO - 0,14 H + 0,67 F - 0,07

103 Ιοντοεναλλαγι-ιςοκερμεσ Οι τιμζσ των ςυντελεςτϊν διαχωριςμοφ και εκλεκτικότθτασ υπολογίηονται από ςχεδιαςμοφσ των ιςορροπιϊν των ςυγκεντρϊςεων των ιόντων ςτθ ρθτίνθ και ςτο διάλυμα για ςτακερι κερμοκραςία (ιςόκερμεσ) Για ζνα ςφςτθμα ομοιοςκενικισ ανταλλαγισ, ο ςυντελεςτισ διαχωριςμοφ και ο ςυντελεςτισ εκλεκτικότθτασ είναι ιςοδφναμοι: a N/Cl = K N/Cl = q N *C Cl /q Cl *C N Ραράδειγμα 1 Τα νιτρικά ζχουν υψθλότερεσ ςυγκεντρϊςεισ ςτθν ρθτίνθ από το διάλυμα Θ ρθτίνθ παρουςιάηει μεγαλφτερθ εκλεκτικότθτα για τα νιτρικά από τα χλωριόντα Τα νιτρικά κα αντικαταςτιςουν τα χλωριόντα

104 Ιοντοεναλλαγι-ιςοκερμεσ Για ζνα ςφςτθμα ομοιοςκενικισ ανταλλαγισ, ο ςυντελεςτισ διαχωριςμοφ και ο ςυντελεςτισ εκλεκτικότθτασ είναι ιςοδφναμοι: a N/Cl =K HCO3/Cl =q HCO3 *C Cl /q Cl *C HCO3 Ραράδειγμα 2 Θ ιςόκερμθ είναι περιςςότερο ευνοϊκι για τα χλωριόντα ζναντι των όξινων ανκρακικϊν Τα όξινα ανκρακικά δεν μποροφν να αντικαταςτιςουν τα χλωριόντα

105 Ιοντοεναλλαγι-ιςοκερμεσ Πταν ζχουμε το ςφςτθμα διςκενζσ/μονοςκενζσ θ μεταβολι εξαρτάται από τθ ςυγκζντρωςθ ς. διαχωριςμοφ = a Ca/Na = ς. εκλεκτικότθτασ =K Ca/Na [(q/c)(x Na /y Na )] Αφξθςθ ςυγκζντρωςθσ Θ ιςόκερμθ ςτθν περίπτωςθ αυτι εξαρτάται από τθν ολικι ςυγκζντρωςθ των ιόντων ςτθν υγρι φάςθ C. Πταν μειϊνεται θ C, θ ρθτίνθ παρουςιάηει μεγαλφτερθ προτίμθςθ ςτο διςκενζσ ιόν. Πταν αυξάνει θ C, μειϊνεται ο ςυντελεςτισ διαχωριςμοφ και υπάρχει ζνα ςθμείο πζρα από το οποίο αντιςτρζφεται θ εκλεκτικότθτα και θ ρθτίνθ προςροφά μονοςκενζσ αντί διςκενζσ

106 Ιοντοεναλλαγι-ιςοκερμεσ Αυτό ακριβϊσ το φαινόμενο εκμεταλλευόμαςτε κατά τθν αναγζννθςθ τθσ ρθτίνθσ με πυκνά διαλφματα (αντιςτρζφουμε τον ςυντελεςτι διαχωριςμοφ) Από το ςχιμα παρατθροφμε ότι θ ιςόκερμθ κειικϊν / χλωριόντων είναι ευνοϊκι για τθν αντικατάςταςθ των χλωριόντων από τα κειικά, όταν το διάλυμα είναι 0,06Ν και μθ ευνοϊκι όταν είναι 0,6Ν. Το φαινόμενο αυτό ονομάηεται Ηλεκτροεκλεκτικότθτα Κακϊσ αυξάνει θ ςυγκζντρωςθ των διαλυμάτων θ υγρι φάςθ γίνεται περιςςότερο ςυντεταγμζνθ με αποτζλεςμα θ ενεργότθτα των πολυςκενικϊν να είναι ςθμαντικά μικρότερθ τθσ μονάδασ

107 Ιοντοεναλλαγι-υλικά Τα ςυςτιματα ιοντοεναλλαγισ πρζπει να εκπλθρϊνουν τισ προδιαγραφζσ: 1. Θ ρθτίνθ να περιζχει μια ι περιςςότερεσ όξινεσ ι βαςικζσ ρίηεσ 2. H-R, OH-R 3. HCO 2 -R SO 3 H (Καρβοξυλικι, κειϊδθσ ) 4. Κα πρζπει να είναι αδιάλυτθ ςτο νερό υπό κανονικζσ ςυνκικεσ 5. Απαιτείτε μζγιςτθ δυνατι ομοιογζνεια των κόκκων (ομοιομορφία, διάμετροσ) για περιοριςμό τθσ απϊλειασ πίεςθσ Ρεριοριςμοί 1. Ρεριοριςμόσ ςτισ ςυγκεντρϊςεισ ιόντων προσ απομάκρυνςθ 2. Λειτουργία ςε υγρι φάςθ 3. Δεν είναι φίλτρα 4. Ραρουςία αερίων δθμιουργεί προβλιματα 5. Οξειδωτικά καταςτρζφουν τθν ρθτίνθ

108 Ιοντοεναλλαγι-κατθγορίεσ Ρθτίνεσ εναλλαγισ κατιόντων Στο μόριο περιζχονται όξινεσ ρίηεσ, που ςυνδζονται με ανόργανα ι οργανικά κατιόντα Ραράδειγμα: Καρβοξυλικι (R-CO 2 H) ι κειϊδθσ R SO 3 H Ανταλλαγι ενόσ κατιόντοσ τθσ ρθτίνθσ π.χ. Νa +, H +, με άλλο του διαλφματοσ (Ca 2+, Mg 2+, Fe 2+, Νa +, ΝH 4+ ): Ca 2+ + Na 2 X (ι Θ 2 Χ ) CaX + 2Νa + (ι 2Θ + ) Θ εξιςϊςεισ είναι αντιςτρζψιμεσ αυξάνοντασ ςτο διάλυμα τθν ςυγκζντρωςθ του Νa + ι Θ + (αναγζννθςθ) Ραράγονται από τον ςυμπολυμεριςμό του ςτυρενίου (VB) και διβινφλοβενηολίου (DVB) Ρρόκειται για χαλαρζσ δομζσ (διείςδυςθ μορίων για εναλλαγι) αλλά αδιάλυτεσ ςτο νερό.

109 Ιοντοεναλλαγι-κατθγορίεσ Ρθτίνεσ εναλλαγισ κατιόντων Επεξεργαςία τθσ ρθτίνθσ με H 2 SO 4 ςχθματίηει τισ ςουλφωνικζσ ομάδεσ Ρρόκειται για Ιςχυρϊσ Όξινουσ Εναλλάκτεσ Κατιόντων Αφαιροφνε από το νερό όλα τα κατιόντα ςκλθρότθτασ (Ca 2+, Mg 2+, Ba 2+, Sr 2+, ι Mn 2+ ) που βρίςκονται ςτο νερό είτε ωσ ανκρακικά είτε ωσ χλωριόντα ι κειικά (μόνιμθσ ςκλθρότθτασ) Αναγζννθςθ με πυκνό διάλυμα HCl (R SO 3 H) ι με NaCl (R SO 3 Na) Οι αςκενϊσ όξινοι εναλλάκτεσ κατιόντων περιζχουν ωσ ενεργζσ ρίηεσ καρβοξυλικζσ ομάδεσ (-CO 2 H) Ραρουςιάηουν παρόμοια οξφτθτα με τα οργανικά οξζα, δεςμεφουν Ca 2+, Mg 2+ κλπ που αντιςτοιχοφν ςε όξινα ανκρακικά μόνο και απελευκερϊνουν ανκρακικό οξφ Δεν μποροφν να δεςμεφςουν μόνιμθ ςκλθρότθτα διότι τα καρβοξφλια δεν ιονίηονται ςτο χαμθλό ph (pka=4,8)

110 Ιοντοεναλλαγι-κατθγορίεσ Ρθτίνεσ εναλλαγισ ανιόντων Ιςχυρϊσ βαςικοί εναλλάκτεσ ανιόντων Ρεριζχουν ωσ λειτουργικζσ ομάδεσ τεταρτοταγείσ αμίνεσ (R-N + (R,R,R )) Ραρακρατοφν ςτο ςφνολο τουσ τα ανιόντα όπωσ SO 2-4, Cl -, CO 2-3, SiO 2-3. Και μπορεί να μετατρζψει ουδζτερα άλατα ςε βαςικά ΝaCl + A(OH) ACl 2 + 2ΝaOH Αςκενϊσ βαςικοί εναλλάκτεσ ανιόντων Ρεριζχουν ωσ λειτουργικζσ ομάδεσ δευτεροταγείσ και τριτοταγείσ αμίνεσ (R- N(R,R ) (Θ-N(R,R ) Απομακρφνουν μόνο ιςχυρά οργανικά οξζα όπωσ HCl, H 2 SO 4, HNO 3, Δεν μποροφν να αποαμκρφνουν αςκενι CO 2, SiO 2 και οργανικά οξζα

111 Ιοντοεναλλαγι-χριςεισ Το επικυμθτό αποτζλεςμα κακορίηει το είδοσ τθσ ρθτίνθσ Με τουσ ςωςτοφσ ςυνδυαςμοφσ μποροφμε να παράξουμε πλιρωσ απιόνιςμζνο νερό ι να μειϊςουμε τθν ςκλθρότθτα απομακρφνοντασ μόνο το αςβζςτιο και μαγνιςιο

112 Ιοντοεναλλαγι-χριςεισ Το παραγόμενο νερό ζχει ςκλθρότθτα μθδζν Το ph και θ αλκαλικότθτα παραμζνουν χωρίσ αλλαγι

113 Ιοντοεναλλαγι-χριςεισ Ρροθγείται επεξεργαςία με υδράςβεςτο και θ αλκαλικότθτα γίνεται μθδζν Κατόπιν γίνεται πλιρθσ αποςκλιρυνςθ

114 Ιοντοεναλλαγι-χριςεισ Απομάκρυνςθ ανκρακικϊν με καρβοξυλικζσ ρθτίνεσ HR Θ αλκαλικότθτα είναι μθδζν, αλλά θ ςκλθρότθτα είναι TH-ΤAC. Θ ςκλθρότθτα είναι μθδζν όταν TH=TAC ι TH<TAC Επίςθσ είναι δυνατόν να τοποκετιςουμε δφο ειδϊν ρθτίνεσ ςτο ίδιο δοχείο, δθλαδι ζνα ςτρϊμα καρβοξυλικισ ρθτίνθσ και ζνα ςτρϊμα ςουλφωνικισ ρθτίνθσ που αναγεννϊνται με ιςχυρό οξφ και NaCl ςτθ ςειρά

115 Ιοντοεναλλαγι-χριςεισ Ρλιρθσ απιονιςμόσ: Το ρεφμα νεροφ επεξεργάηεται πρϊτα από κατιονικι ςτιλθ (αναγζννθςθ με οξφ) και μετά από ανιονικι (αναγζννθςθ με βάςθ)

116 Ιοντοεναλλαγι-λειτουργία Ρρόκειται για μια διεργαςία κατά τθν οποία θ απομάκρυνςθ των ιόντων δεν είναι ςτακερι με το χρόνο: Θ ρθτίνθ ζχει μεταβαλλόμενθ απόδοςθ, ιδιαίτερα κατά το τζλοσ τθσ Ραρουςιάηεται μια απότομθ ι άλλεσ φορζσ και ςταδιακι διαρροι των ιόντων προσ ςυγκράτθςθ

117 Ιοντοεναλλαγι-λειτουργία Σφςτθμα : Δυαδικό Δθλαδι CaCl 2 και RHSO 3- Na + Σταδιακά θ ρθτίνθ μετατρζπεται ςτθν αςβεςτοφχο μορφι τθσ RHSO 3- Ca 2+, Θ μετατροπι αυτι λαμβάνει χϊρα ςτθ ηϊνθ ανταλλαγισ Επάνω παραμζνει θ εξαντλθμζνθ ρθτίνθ Θ ηϊνθ κινείται με το χρόνο προσ τα κάτω μζχρι να εξαντλθκεί πλιρωσ θ ρθτίνθ Στθν περίπτωςθ αυτι παρατθρείται πλζον διαρροι αςβεςτίου ςτο επεξεργαςμζνο νερό

118 Ιοντοεναλλαγι-λειτουργία Θ εμφάνιςθ των ιόντων αςβεςτίου ςυνοδεφεται από τθν εξαφάνιςθ των ιόντων νατρίου Πταν ανταλλάςςεται μόνο ζνα ιόν θ ςυγκζντρωςθ εξόδου είναι πάντα ίςθ με τθν ςυγκζντρωςθ ειςόδου

119 Ιοντοεναλλαγι-λειτουργία Θ μορφι τθσ καμπφλθσ διαρροισ εξαρτάται από τθν ταχφτθτα ανταλλαγισ τθσ μάηασ και τθν εκλεκτικότθτα τθσ προςρόφθςθσ Θ εμφάνιςθ λαμβάνει χϊρα ςε πολφ μικρό διάςτθμα (οξεία) Ατζλειεσ τθσ μάηασ τθσ ρθτίνθσ δθμιουργοφν μια διάςπαρτθ ηϊνθ και μθ ευνοϊκι διαρροι (αμβλεία)

120 Ιοντοεναλλαγι-πολλϊν ιόντων Στθν πράξθ θ μορφι τθσ καμπφλθσ διαρροισ είναι πολφπλοκθ Εξαρτάται από: Τθν ςφνκεςθ του νεροφ Τθν δυναμικότθτα τθσ ρθτίνθσ Τθν προτίμθςθ προςρόφθςθσ (Ροςοτικοποιείται από τουσ ςυντελεςτζσ διαχωριςμοφ α ij και εκλεκτικότθτασ Κ ij ) Λαμβάνει χϊρα ταυτόχρονθ αφαίρεςθ πολλϊν ιόντων Θ ςειρά τθσ διαρροισ των ιόντων εξαρτάται μόνο από τθ ςειρά εκλεκτικότθτασ

121 Ιοντοεναλλαγι-πολλϊν ιόντων κανόνεσ 1. Μεγαλφτερουσ κφκλουσ και οξείεσ διαρροζσ παρουςιάηουν τα ιόντα με υψθλι εκλεκτικότθτα 2. Τα ιόντα με τθν μεγαλφτερθ προτίμθςθ διαρρζουν τελευταία 3. Θ ςειρά διαρροισ είναι αντίςτροφι με τθν ςειρά προτίμθςθσ 4. Τα λιγότερο προτιμϊμενα ςυγκεντρϊνονται ςτθν ρθτίνθ και κάποια ςτιγμι εμφανίηονται ςε ςυγκεντρϊςεισ μεγαλφτερεσ από αυτζσ του ακατζργαςτου νεροφ (χρωματογραφικι αιχμι) 5. Στα τοξικά ιόντα το φαινόμενο αυτό είναι ιδιαίτερα ανεπικφμθτο 6. Θ ςυγκζντρωςθ του προκορεςμζνου ιόντοσ (Νa + και Cl - ) μειϊνεται ςε βιματα που υπαγορεφονται από τθν εμφάνιςθ ενόσ νζου ιόντοσ ςτθν ζξοδο (ιςορροπία ανταλλαγισ ιόντων)

122 Ιοντοεναλλαγι-πολλϊν ιόντων Λδανικό προφίλ ςυγκεντρϊςεων και καμπυλϊν διαρροισ για αποςκλιρυνςθ

123 Ιοντοεναλλαγι-πολλϊν ιόντων Λδανικό προφίλ ςυγκεντρϊςεων και καμπυλϊν διαρροισ για αφαίρεςθ ανιόντων

124 Ιοντοεναλλαγι-Τπολογιςμόσ του όγκου ρθτίνθσ 1. Απαιτείται ο όγκοσ του νεροφ προσ επεξεργαςία μεταξφ δφο αναγεννιςεων, Q [m3] 2. Θ δυνατότθτα τθσ ανταλλαγισ ιόντων τθσ ρθτίνθσ, C [eq/l] 3. Οι ιςοδφναμεσ ςυγκεντρϊςεισ των προσ απομάκρυνςθ ςτοιχείων: [SO 4 2- ], [Cl - ], [NO 3- ], [SiO 2 ], [CO 2 ], TAC Στθν περίπτωςθ αςκενοφσ βάςθσ ζχουμε: V AB = V*[[SO 4 2- ]+[Cl - ]+[NO 3- ]]/C Στθν περίπτωςθ ιςχυρισ βάςθσ ζχουμε: V ΛΒ = V AB + (V*{[SiO 2 ]+[CO 2 ]}/C ) Για τθν ςτιλθ κατιόντων του ιςχυροφ οξζοσ ζχουμε: V ΛΟΑΚ = V*TAC/C

125 Απολφμανςθ Απαίτθςθ τθσ νομοκεςίασ το πόςιμο νερό να είναι απαλλαγμζνο από πακογόνα μικρόβια. Θ εμπιςτοςφνθ ςτθν υγιεινολογικι κατάςταςθ του νεροφ κα πρζπει να είναι απεριόριςτθ, ακόμα και κάτω από τισ πιο δφςκολεσ ςυνκικεσ. Ακόμα και νερά φτωχά από τθν φφςθ τουσ ςε μ/ο δεν είναι κάκε ϊρα και ςτιγμι αςφαλι. Οι εκδθλϊςεισ διαφόρων υδατογενϊν αςκενειϊν μποροφν να ελεγχκοφν μόνο κάτω από τθν ςυςτθματικι και ςυνεχι παρακολοφκθςθ. Μια απολφμανςθ αςφάλειασ κα πρζπει να διεξάγεται ακόμα και ςε νερά που παρουςιάηουν ςπάνια μικροβιακι ρφπανςθ. Για τον λόγο αυτό θ απολφμανςθ είναι από τισ ςπουδαιότερεσ και τισ πιο διαδεδομζνεσ επεξεργαςίεσ του πόςιμου νεροφ, θ οποία δεν επιτρζπεται να ςταματιςει ακόμα και ςτισ πιο δυςμενείσ ςυνκικεσ (και ιδιαίτερα κάτω από αυτζσ).

126 Απολφμανςθ - μζκοδοι Οι ςθμερινζσ μζκοδοι απολφμανςθσ περιλαμβάνουν: 1. τθν χθμικι απολφμανςθ με χλϊριο και ενϊςεισ του χλωρίου, 2. τθν οξειδωτικι απολφμανςθ με ενεργό οξυγόνο, 3. τθν φυςικι απολφμανςθ με υπεριϊδθ ακτινοβολία, 4. τθν απολφμανςθ επαφισ ςε άργυρο και 5. τθν βιολογικι απολφμανςθ με βραδεία διφλιςθ. 6. Θ καλφτερθ βζβαια μζκοδοσ απολφμανςθσ είναι ο βραςμόσ του νεροφ. Αυτι θ μζκοδοσ όμωσ απαιτεί μεγάλθ κατανάλωςθ ενζργειασ (>100 kwh/m3). Πλεσ οι παραπάνω μζκοδοι παρουςιάηουν πλεονεκτιματα και μειονεκτιματα. Θ επιλογι τθσ κατάλλθλθσ μεκόδουσ εξαρτάται από το είδοσ, τθν προζλευςθ, τθν ποςότθτα και τισ φυςικοχθμικζσ ιδιότθτεσ του νεροφ, τθν καταςκευι και κατάςταςθ του δικτφου διανομισ.

127 Απολφμανςθ - χλωρίωςθ Τα ςπουδαιότερα πρόςκετα χλωρίου είναι το αζριο χλϊριο, οι χλωραμίνεσ, το υποχλωριϊδεσ νάτριο και το διοξείδιο του χλωρίου.

128 Απολφμανςθ χλωρίωςθ με αζριο Το αζριο χλϊριο παρζχεται ςε ανοξείδωτεσ μεταλλικζσ φιάλεσ υπό πίεςθ 40 bar. Με κατάλλθλεσ βάνεσ και μανόμετρα μειϊνεται θ πίεςθ ςε επίπεδα ατμοςφαιρικισ, ζτςι ϊςτε το αζριο χλϊριο να αναρροφθκεί από μια μικρι ποςότθτα νεροφ και να διαλυκεί. Αντιδρά αμζςωσ με το νερό και ςχθματίηει υποχλωριόδεσ και υδροχλωρικό οξφ: (1) H 2 O + Cl 2 HOCl + HCl Θ ιςορροπία του ςυςτιματοσ είναι μετατοπιςμζνθ πλιρωσ ςτθν δεξιά πλευρά.

129 Απολφμανςθ χλωρίωςθ με αζριο Σε εξάρτθςθ από το ph του νεροφ, διαςπάται ςε υποχλωριόδεσ ανιόν: (2) HOCl Θ+ + OCl - Το υποχλωριόδεσ οξφ και το υποχλωριόδεσ ιόν αντιπροςωπεφουν το ελεφκερο υπολειμματικό χλϊριο. Ρειράματα ζχουν δείξει ότι το αδιάςτατο HOCl είναι το ιςχυρότερο απολυμαντικό.

130 Απολφμανςθ χλωρίωςθ με αζριο Θ δραςτικότθτα του υποχλωριόδουσ οξζοσ (HOCl) είναι 80 φορζσ μεγαλφτερθ από αυτι του υποχλωριϊδουσ ιόντοσ (OCl - ). Σε ph <5 θ ιςορροπία τθσ αντίδραςθσ είναι μετατοπιςμζνθ προσ τα αριςτερά, για παράδειγμα όςο πιο μικρό είναι το ph τόςο πιο μεγάλθ είναι θ ςυγκζντρωςθ του Cl 2. Σε ph>5, θ ςυγκζντρωςθ του OCl -, αυξάνει μζχρι να γίνει 100% ςε ph 10. Το καλφτερο πεδίο εφαρμογισ τθσ χλωρίωςθσ είναι από 6-8 ph. Free Available Chlorine (FAC)= ελεφκερο διακζςιμο χλϊριο

131 Απολφμανςθ χλωρίωςθ με αζριο

132 Απολφμανςθ χλωρίωςθ με αζριο Το ελεφκερο διακζςιμο χλϊριο (ΕΔΧ) είναι κάκε υπολειπόμενο χλϊριο που είναι διακζςιμο, μετά τθν ςυμπλιρωςθ τθσ απαίτθςθσ ςε χλϊριο του νεροφ, διακζςιμο να αντιδράςει με νζεσ πθγζσ βακτθρίων ι άλλων ρυπαντϊν. Είναι το ςφνολο όλων των χθμικϊν ειδϊν τα οποία περιλαμβάνουν ζνα άτομο χλωρίου με ςκζνοσ 0 ι +1 και δεν είναι ςυνδεδεμζνα με αμμωνία ι άλλο οργανικό άηωτο. Ρ.χ. μοριακό χλϊριο (Cl 2 ) Υποχλωριϊδεσ οξφ (HOCl) Υποχλωριϊδεσ ανιόν (OCl - ) Τριχλωρίδιο ανιόν (Cl 3- ) Στισ περιςςότερεσ εφαρμογζσ κυριαρχοφν τα δφο είδθ του ελεφκερου χλωρίου το υποχλωριϊδεσ οξφ και το υποχλωριϊδεσ ανιόν. Το μεγαλφτερο ποςοςτό του χλωρίου (Cl 2 ) υδρολφεται προσ HOCl το οποίο ςε εξάρτθςθ από το ph, κα παραμείνει ςε αυτι τθν μορφι ι κα διαχωριςκεί ςε OCl -. Cl 3- είναι πολφ αςτακζσ και μόνο ίχνθ ανιχνεφονται. Επομζνωσ ελεφκερο χλϊριο αποτελείται από το άκριςμά αυτϊν των δφο ειδϊν.

133 Απολφμανςθ χλωρίωςθ με αζριο

134 Απολφμανςθ χλωρίωςθ με αζριο Τα κφρια πλεονεκτιματα τθσ χλωρίωςθσ με αζριο χλϊριο είναι: 1. θ ευκολία και θ απλότθτα του ςυςτιματοσ προςκικθσ. 2. θ προςκικθ του χλωρίου μπορεί να γίνει ακριβϊσ ςτο ςθμείο του κφριου αγωγοφ και το μανόμετρο ακριβϊσ πάνω ςτθν φιάλθ. 3. Θ χλωρίωςθ με αζριο χλϊριο είναι από τισ φκθνότερεσ μεκόδουσ απολφμανςθσ. 4. Απαιτείται μικρό χρονικό διάςτθμα (5 λεπτά) για τθν καταςτροφι του μεγαλφτερου μζρουσ των μικροβίων. 5. Απαίτθςθ για διζλευςθ μζςω μιασ μικρισ δεξαμενισ ι μια διαδρομισ ενόσ χιλιομζτρου Τα ςοβαρότερα μειονεκτιματα: 1. Θ τοξικότθτα 2. Ο ςχθματιςμόσ τριαλογομεκανίων

135 Απολφμανςθ χλωρίωςθ με ΝaOCl Για μικρότερεσ μονάδεσ είναι καταλλθλότερθ θ μζκοδοσ απολφμανςθσ με υποχλωριϊδεσ νάτριο. Στθν περίπτωςθ αυτι αποφεφγουμε τελείωσ το επικίνδυνο αζριο χλϊριο και χρθςιμοποιοφμε το λιγότερο επικίνδυνο αλκαλικό διάλυμα του NaOCl με δοςομετρικζσ αντλίεσ. Θ μζκοδοσ αυτι είναι πολφ απλι, άλλα παρουςιάηει και μειονεκτιματα όπωσ το φράξιμο τθσ βαλβίδασ ειςαγωγισ από άλατα ανκρακικοφ αςβεςτίου, όταν θ προςκικθ γίνεται απευκείασ ςε αγωγό. (8) NaOCl + H 2 O NaOH + HOCl Το κφριο πλεονζκτθμα τθσ μεκόδου αυτισ είναι θ ελάχιςτθ τοξικι δράςθ αυτϊν των πρόςκετων υλικϊν. Ακόμα και αν πζςει πάνω ςτο δζρμα, μπορεί με πολφ νερό να ξεπλυκεί. Οι ατμοί παρόλο που είναι αποπνικτικοί δεν είναι επικίνδυνοι για το αναπνευςτικό ςφςτθμα. Το κυριότερο μειονζκτθμα τθσ μεκόδου είναι οι μεγάλεσ ποςότθτεσ που απαιτοφνται

136 Απολφμανςθ χλωρίωςθ με ΝaOCl Μειονζκτθμα είναι επίςθσ και θ γριγορθ διάςπαςθ του, υπό τθν επίδραςθ του φωτόσ και τθσ κερμοκραςίασ, ςε Chlorit (ClO 2- ) και Chlorat (ClO 4- ) και τθν αντικατάςταςθ του αςκενοφσ υποχϊριϊδουσ οξζοσ από το ιςχυρότερο διοξείδιο του άνκρακα. Θ ςυγκζντρωςθ του ενεργοφ χλωρίου μειϊνεται μζςα ςε μερικζσ εβδομάδεσ κατά 50%.

137 Απολφμανςθ Όηον Για τθν απολφμανςθ χρθςιμοποιείται το όηον αντί του χλωρίου όταν κζλουμε να αποφφγουμε διάφορα προβλιματα και κυρίωσ τθν οςμι του χλωρίου. Το όηον χαρακτθρίηεται ωσ κακαρό οξειδωτικό, και αναμζνονταν με το μεγάλο οξειδοαναγωγικό δυναμικό του, mv, να μθν εμφανιςκοφν κανζνα από τα μεγάλα προβλιματα του χλωρίου. Αν και αυτό δεν πραγματοποιικθκε, το όηον παραμζνει ζνα πολφ ςθμαντικό μζςο απολφμανςθσ όταν εφαρμόηεται ςφμφωνα με τουσ κανόνεσ

138 Απολφμανςθ Όηον Το όηον πρζπει να παραχκεί, όπωσ και το διοξείδιο του χλωρίου, ςτον τόπο εφαρμογισ του. Μία μονάδα οηόνωςθσ αποτελείται από τρία τμιματα: 1. Τθν επεξεργαςία του αζρα 2. Τθν παραγωγι του όηοντοσ, με τουσ απαιτοφμενουσ μεταςχθματιςτζσ υψθλισ τάςθσ και τα θλεκτρόδια 3. Τισ εγκαταςτάςεισ διάλυςθσ του όηοντοσ ςτο νερό

139 Απολφμανςθ Όηον 1. Επεξεργαςία του αζρα Ο αζρασ που χρθςιμοποιείται για τθν παραγωγι του όηοντοσ πρζπει να είναι απόλυτα ξθρόσ. Θ εγκατάςταςθ αποξιρανςθσ απομακρφνει όλα τα ςωματίδια και ξθραίνει τον αζρα μζχρι 50 0 C. Θ αντίςτοιχθ υπολειμματικι ποςότθτα υγραςίασ είναι μικρότερθ από 10-4 g/m 3. Στουσ 20 0 C κα ιταν περίπου 15 g/m 3. Θ ξιρανςθ για λόγουσ οικονομίασ γίνεται ςε δφο ςτάδια, πρϊτα μειϊνεται θ υγραςία κατά 90% με ςυμπφκνωςθ ςτουσ C, και κατόπιν προςροφάτε θ υπόλοιπθ υγραςία πάνω ςε ξθραντικά υλικά.

140 Απολφμανςθ Όηον 2. Τθν παραγωγι του όηοντοσ, με τουσ απαιτοφμενουσ μεταςχθματιςτζσ υψθλισ τάςθσ και τα θλεκτρόδια Ο κακαρόσ αζρασ οδθγείται κατόπιν ανάμεςα ςτα θλεκτρόδια ενόσ εναλλαςςόμενου πεδίου υψθλισ τάςθσ από 7 12 kv. Εδϊ μετατρζπεται ζνα μζροσ του οξυγόνου του αζρα ςε όηον: (1) 3O 2 2O 3 + 2{O} 2O 3 Εναλλαςςόμενο ρεφμα υψθλισ τάςθσ (6-22 kv) Διθλεκτρικό με μικρό πάχοσ Σο πάχοσ του διάκενου κακορίηει τθν τιμι τθσ εφαρμοηόμενθσ διαφοράσ δυναμικοφ

141 Απολφμανςθ Όηον 3. Τισ εγκαταςτάςεισ διάλυςθσ του όηοντοσ ςτο νερό Για τθν ειςαγωγι του όηοντοσ χρθςιμοποιοφνται οι ςυνθκιςμζνεσ μζκοδοι ανταλλαγισ αερίων, δθλαδι λεπτι διαςκόρπιςθ ι μεγάλοσ χρόνοσ επαφισ, πικανόν και υπό πίεςθ. Στο νερό το όηον αντιδρά με ουςίεσ που περιζχονται ςε αυτό και βακτιρια.

142 Απολφμανςθ Όηον Εάν ςυγκρίνουμε το όηον με το οξυγόνο, τότε το όηον είναι δζκα φορζσ πιο εφκολα διαλυτό ςτο νερό, αλλά περίπου εκατό φορζσ πιο δφςκολο να διαλυκεί από το χλϊριο. Ππωσ και το διοξείδιο του χλωρίου, το όηον είναι πραγματικά διαλυμζνο ςτο νερό. Αυτό απαιτεί μια ιδιαίτερθ προςπάκεια κατά τθν διάλυςθ του ςτο νερό, διότι μπορεί να παραχκεί μόνο μια μικρι ειδικι πίεςθ όηοντοσ, θ οποία είναι 4,10-4 bar κάτω από ατμοςφαιρικι πίεςθ.

143 Απολφμανςθ Όηον

144 Απολφμανςθ Όηον 1. Το όηον παρουςιάηει πολλά πλεονεκτιματα που οφείλονται ςτο υψθλό δυναμικό οξείδωςθσ του. 2. Μζςα ςε λίγα λεπτά ςκοτϊνονται όλα τα βακτιρια και οι ιοί γριγορα απενεργοποιοφνται. 3. Οςμζσ και γεφςεισ δεν εμφανίηόνται κάτω από κανονικζσ ςυνκικεσ. 4. Το οξυγόνο που ςχθματίηεται από τθν διάςπαςθ του όηοντοσ ςτο νερό είναι επικυμθτό. 5. Εκτόσ αυτοφ δεν απαιτοφνται για τθν παραγωγι του όηοντοσ να αγοραςκοφν, διακινθκοφν και αποκθκευτοφν κανενόσ είδουσ χθμικά.

145 Απολφμανςθ Όηον 1. Το μεγαλφτερο μειονζκτθμα τθσ οηόνωςθσ εντοπίηεται ςτο μεγάλοσ καταςκευαςτικό κόςτοσ. 2. Θ καταςκευι και λειτουργία παρόμοιων μονάδων απαιτεί ειδικευμζνο προςωπικό. 3. Και τζλοσ δεν κα πρζπει να παραβλεφκεί θ δυνατότθτα τθσ πυρκαγιάσ από τθν μεγάλθ οξειδωτικι δφναμθ του όηοντοσ. 4. Πλα τα υλικά καταςκευισ κα πρζπει να είναι από ανοξείδωτο χάλυβα, κακαρό αλουμίνιο και PTFE (teflon).

146 Απολφμανςθ Όηον - χριςεισ Το όηον μπορεί επομζνωσ να χρθςιμοποιθκεί κάτω από τισ ακόλουκεσ ςυνκικεσ: Σε υπόγεια νερά με ελάχιςτθ οργανικι ρφπανςθ και ζνα κακαρό δίκτυο διανομισ Ρολφ καλά επεξεργαςμζνο επιφανειακό νερό με επίςθσ πολφ καλό δίκτυο διανομισ, χωρίσ εναποκζςεισ Επιφανειακό νερό με ακόλουκθ διικθςθ μζςω ενεργοφ άνκρακα και χλωρίωςθ αςφάλειασ. Αυτι απαιτεί λιγότερο από 0,1 g χλϊριο/m3 και κακόλου χρόνο επαφισ.

147 Απολφμανςθ Η υπεριϊδθσ ακτινοβολία Θ απολφμανςθ του νεροφ με μικροφ κφματοσ ακτινοβολίεσ ςτο υπεριϊδεσ πεδίο ζχει τα πλεονεκτιματα να μθν δθμιουργεί και αφινει κακόλου παραπροϊόντα, αλλά οφτε και χρειάηεται ακόλουκθ επεξεργαςία. Για τουσ λόγουσ αυτοφσ θ μζκοδοσ αυτι είναι θ καλφτερθ. Θ δράςθ τθσ ακτινοβολίασ προζρχεται από τουσ νόμουσ τθσ κβαντομθχανικισ όπου: Ε = hν με Ε = θ ενζργεια μιασ ποςότθτασ φωτόσ ςε Joule, ν = θ ςυχνότθτα τθσ ακτινοβολίασ ςε 1/s, h = θ ςτακερά του Plank ςε J.s

148 Απολφμανςθ Η υπεριϊδθσ ακτινοβολία Θ απορροφϊμενθ ενζργεια καταςτρζφει τθ δομι των πρωτεϊνϊν, από τισ οποίεσ απορροφάται, και επομζνωσ και τουσ μ/ο. Θ περιοχι του φάςματοσ που δίνει τα καλφτερα αποτελζςματα είναι τα 253 o A. Τζτοιο μικοσ κφματοσ δίνει θ λυχνία χαμθλισ πίεςθσ. Θ ροι του νεροφ, μζςα ςτο πεδίο τθσ ακτινοβολίασ πρζπει να ζχει μια οριςμζνθ ταχφτθτα, για να επιτυγχάνεται θ πλιρθσ βακτθριοκτόνοσ δράςθ.

149 Απολφμανςθ Η υπεριϊδθσ ακτινοβολία Το θλεκτρομαγνθτικό φάςμα και κζςθ περιοχισ UVC για τθν απολφμανςθ Μθχανιςμόσ επίδραςθσ τθσ ακτινοβολίασ μικουσ κφματοσ 253,7 nm ςτο DNA του κυτταρικοφ υλικοφ μ/ο

150 Απολφμανςθ Η υπεριϊδθσ ακτινοβολία Διάγραμμα λειτουργίασ μικρισ μονάδασ UV